Anyon değişim membran yakıt hücreleri için imidazolyum fonksiyonlu membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of imidazolium functionalized membranes for anion exchange membrane fuel cells
Yazar: ÖYKÜ ŞİMŞEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Anyon değiştirici membranlar = Anion exchange membranes ; Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol

Özet:
Bu tez çalışmasında, bir yakıt hücresi türü olan anyon değişim membran yakıt hücresi uygulamaları için polielektrolit membranlar geliştirilmiştir.
İmidazolyum fonksiyonlu PVA esaslı anyon değişim membranlar (ADM) hazırlamak için önce asetalizasyon reaksiyonu üzerinden imidazol fonksiyonlu PVAlar sentezlenmiş sonra kuaternizasyon reaksiyonları gerçekleştirilerek İmidazolyum fonksiyonlu PVA (PVA-Im) yapılar elde edilmiştir. Kompozit yapıda ADMler elde etmek üzere gözenekli polikarbonat(PK) kullanılarak imidazolyum fonksiyonlu PVA/PK kompozit membranları hazırlanmış ve karakterizasyon testleri gerçekleştirilmiştir.
Karşılaştırma yapılabilmesi için kuaternize amonyum fonksiyonlu PVA esaslı bileşik sentezlenmiştir. Sentezlenen yapı ile hem homojen (PVA-QAm) hem de PK ile kompozit yapılı (PVA-QAm/PK) ADM hazırlanmış ve karakterizasyon testleri gerçekleştirilmiştir.
İmidazol ve imidazolyum fonksiyonlu PVA yapılarının başarılı bir şekilde sentezlenebildiği FTIR, 1H NMR, TG ve elementel analiz ile belirlenmiştir. Saf PVA-Im ile başarılı bir şekilde homojen membran hazırlanamamıştır. Bu nedenle PK ile kompozit membranlar hazırlanarak iyonik iletkenlik (empedans), su tutma kapasitesi, şişme oranı, iyon değişim kapasitesi, metanol geçirgenlik, hidrolitik ve oksidatif dayanım testleri ile termogravimetrik ve dinamik mekanik analizler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirildiğinde, hazırlanan membranlar arasında imidazolyum fonksiyonlu PVA ile hazırlanan kompozit yapılı (PVA-Im/PK) ADMnin en yüksek iyonik iletkenlik ve alkali ortam dayanımı ve en düşük metanol geçirgenlik hızı ve su tutma kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Sonuçlar, imidazolyum grubunun alkali ortam kararlılığı ve iyon iletim özelliklerinin kuaternize amonyum grubuna göre daha üstün olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, polyelectrolyte membranes have been developed for anion exchange membrane fuel cell applications which is a fuel cell type.
In order to prepare with imidazolium functionalized PVA-based anion exchange membranes(AEM) firstly, imidazole functionalized PVAs were synthesized via acetalization reaction then quaternization reactions were carried out and Imidazolium functionalized PVA (PVA-Im) structures were obtained. Imidazolium functionalized PVA/PK composite membranes were prepared by using porous polycarbonate (PK) in order to obtain composite AEMs and then characterization tests were performed.
For comparison, quaternized ammonium functionalized PVA was synthesized. Both the homogenous (PVA-QAm) and the composite (PVA-QAm/PK) AEMs have been prepared with the synthesized structure and characterization tests have been carried out.
The structure of the prepared membranes have been identified by FTIR, 1H NMR, TG and
elemental analysis. The results showed that Imidazole and imidazolium functionalized PVA
structures have been synthesized successfully. A pure homogeneous membrane could not be
prepared with pure PVA-Im. For this reason, composite membranes were prepared with PK,
ionic conductivity(impedance), water uptake capacity, swelling ratio, ion exchange capacity,
methanol permeability, hydrolytic and oxidative strength tests and thermogravimetric and
dynamic mechanical analyzes were performed. When the results were evaluated comparatively, it was determined that the composite AEM prepared with the use of imidazolium functionalized PVA(PVA-Im/PK) has the highest ionic conductivity and alkaline media resistance with the lowest methanol permeability rate and water uptake capacity among the prepared membranes. The results showed that the alkaline media stability and ion-conduction properties of the imidazolium group are superior to the quaternized ammonium group.