Polimer elektrolit membran yakıt hücrelerinde kullanım amaçlı polistiren bazlı nemsiz proton iletken membranların sentez ve karakterizasyonları
Synthesis and characterizations of polystyrene based anhydrous proton conductive membranes for polymer electrolyte membrane fuel cell
Yazar: ŞEHMUS ÖZDEN
Danışman: PROF. DR. AYHAN BOZKURT
Fatih Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: 1,2,4-triazol = 1,2,4-triazole ; 5-amino-1H-tetrazol = 5-amino-1-H-tetrazole ; Polielektrolit = Polyelectrolyte ; Proton değişimi = Proton exchange

Özet:
Serbest radikal polimerizasyon yöntemi kullanılarak, 4-vinilbenzilklorür monomerinden poli(vinilbenzilklorür) homopolimeri sentezlendi. Sentezlenen homopolimere, 5-aminotetraazol (ATET), 3-amino-1,2,4-triazole (ATri) ve 1H-1,2,4-triazole (Tri) grupları bağlandı. Üretilen fonksiyonel polimerlerin elemental analiz, 13C-NMR, 1H-NMR ve FT-IR karakterizasyonları yapıldı. Elementel analiz sonuçlarına göre homopolimer sırasıyla %80, %68 ve %50 oranlarında bağlandığı tespit edildi. Fonksiyonel polimerler farklı mol oranlarında triflik asit ile dop edilerek membranlar hazırlandı. Proton iletkenliğinin Grotthuss mekanizması ile iletildiği FT-IR karakterizasyonu ile gösterildi. Daha sonra membranların ısıl özellikleri, çözücü emilim özellikleri, elektrokimyasal kararlılıkları ve proton iletkenlikleri incelenmiştir. Membranlar yaklaşık 200 oC'ye kadar ısısal kararlılık göstermişlerdir. DSC sonuçlarına göre membranların homojen oldukları görüldü. Membranların -0,5-1,5 V potansiyel aralığında kimyasal kararlılık gösterdikleri döngüsel voltametri ile ispatlandı. Membranların su/methanol emilim testi sonucunda90 dk'ya kadar PVBCATri0,5TA polimer elektrolit membranın yaklaşık %70 oranında, PVBCTri2TA polimer elektrolit membranın yaklaşık %30 oranında çözücü absorbe ettiği görüldü. Proton iletkenlik çalışmasında, PVBCATET2,5TA, PVBCATri3TA ve PVBCTri3TA membranları sırasıyla 0,01 S/cm, 0,086 S/cm ve 0,042 S/cm iletkenliklere sahip olduğu görüldü.

Abstract:
In this study, poly(vinylbenzylchloride), PVBC was produced by free radical polymerization of 4-vinylbenzylchloride and then it was functionalized with 5-aminotetrazole, 3-amino-1,2,4-triazole (ATri) and 1H-1,2,4-triazole (Tri). The composition of the polymers was verified by elemental analysis (EA) and the structure was characterized by FT-IR and 13C-NMR spectra. PVBC was modified by ATET with 80 %, ATri with 68 % and Tri with 50 % yield. The polymers were doped with trifllic acid (TA) at various molar ratios with respect to tetrazole, aminotriazole and triazole units. Proton transfer from TA to the triazole rings was proved with FT-IR spectroscopy. Thermogravimetry (TG) analysis showed that the samples are thermally stable up to approximately 200 °C. Differential scanning calorimetry (DSC) results illustrated the homogeneity of the materials. According to result of cyclic voltammetry, polymer electrolyte membranes have chemical stability between -0,5 and 1,5 V potential range. The membranes PVBCATri0.5TA and PVBCTri2TA were swelled in methanol/water solution. During 90 min., percent solvent absorbtion were 70 % and 30 %, respectively. Under anhydrous conditions PVBCATET2,5TA, PVBCATri3TA and PVBCTri3TA showed highest proton conductivities of 0,01 S/cm, 0.086 S/cm and 0.042 S/cm respectively.