Geri Dön

Development and characterization of composite proton exchange membranes for fuel cell applications

Yakıt pili uygulamaları için kompozit proton değişim membranları geliştirilmesi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 177437
  2. Yazar: R. GÜLTEKİN AKAY
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURCAN BAÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2008
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bugün endüstri standardı olan florlu membranların (PFSA) yükseksıcaklıkta (>80 C) verim düsüklügü, yüksek maliyet gibi bilinenlimitasyonlarından dolayı, alternatif proton degisim membranlı (PEM) yakıtpili membranları üzerine tüm dünyada yogun bir çalısma yürütülmektedir.Bu çalısmanın amacı PFSA membranlara alternatif, onların özelliklerineyakın daha düsük maliyetli malzemeleri gelistirmek ve karakterize etmektir.Aromatik mühendislik termoplastiklerinden polyether-ether ketone (PEEK)ve polyether-ethersulfone (PES) temel yapı olarak seçilerek optimumözellikler için post-sülfonasyon çalısmaları yapılmıstır. Sülfonlanmıspolimerler sülfonlama derecelerinin (SD) tayini için H-NMR, sulfurelementel analizi ve titrasyon gibi yöntemlerle, termal dayanım ve camgeçis sıcaklıgı (Tg) tespiti için TGA ve DSC ile karakterize edilmistir. Protoniletkenlikleri electrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) yöntemiyleincelendiginde sülfonlanmıs PEEK (SPEEK) membranların iletkenligininSD ile lineer olarak arttıgı görülmüstür. Fakat, belirli bir SD üstündeSPEEK'in asırı sisme sonucu mekanik dayanımının kayboldugu da tespitedilmistir. Bu yüzden SD % 50-70 arasında optimize edilmis daha sonrahazırlanan karısım ve kompozit membranlar için bu aralık kullanılmıstır.Mekanik dayanımı artırmak için daha uyumlu ve dayanıklı polyethersulfone(PES) veya düsük sülfonlanmıs PES (SPES) veyapolybenzimidazole (PBI) gibi hidrofobik ve bazik polimerlerle karısımlarhazırlanmıs proton iletkenlik düsüsünü karsılamak ve artırmak için zeolitbeta, TiO2, MMT, heteropoliasitler gibi inorganik doldurucularla kompozitmalzeme hazırlanması yaklasımı da kullanılmıstır. Kompozit membranlariçinde 20% TPA/SPEEK (DS=68) proton iletkenligi oda sıcaklıgında Nafioniletkenliginden yüksek sonuç vermistir. Membranların hazırlanmasürecindeki inorganik katkı çesidi/yüklemesi, sülfonlanmıs polimerin SD`si,döküm için kullanılan çözücü, ve termal/kimyasal muamele gibiparametrelerin performans üzerine etkisi incelenmistir. Gelistirilenkimyasal ve termohidrolitik olarak dayanıklı kompozit/karısımmembranlardan 25% tungstophosphoric asit (TPA)/PBI(5%)/SPEEK(DS=68), 80 0C`de yüksek tek hücre yakıt pili performansı vermistir.SPEEK (DS=59)/5% PBI/ 10% TiO2 kompozit/karısım membran ise 80 0Cden 90 0C`ye çıkıldıgında daha yüksek performans vermistir. Nafion`unperformansı 80 0C`den sonra belirgin biçimde düstügünden bu sonuçönemlidir. Proton iletkenligin metanol geçirgenlige oranı olarak tanımlananseçicilik parametresi (9.3x107) 10% TiO2/10% PES/SPEEK (DS=68) gibibazı kompozit/karısımlarda Nafion`dan (S=7.3x107) yüksek çıkmıstır.

Özet (Çeviri)

Intensive research on development of alternative low cost, hightemperature membranes for PEM fuel cells is going on because of thewell-known limitations of industry standard perfluorinated sulfonic acid(PFSA) membranes such as the decrease in performance at hightemperatures (>80 0C) and high cost. The objective of this study is todevelop alternative membranes that possess comparable properties withPFSA membranes at a lower cost. Aromatic engineering thermoplasticspolyether-ether ketone (PEEK) and polyether-ethersulfone (PES) weresulfonated and characterized with H-NMR, sulfur elemental analysis andtitration to calculate the degree of sulfonation (DS) values and with TGAand DSC for thermal stability and glass transition temperature (Tg). Protonconductivities measured by electrochemical impedance spectroscopy(EIS) of sulfonated PEEK (SPEEK) were observed to increase linearly withdegree of sulfonation (DS). Since, above a certain DS, SPEEK loses itsmechanical stability with excessive swelling, DS of 50-70% were used forthe fabrication of composite membranes. To improve mechanical stability,SPEEK polymers were blended with more stable polymers, polyethersulfone(PES) or in its sulfonated form (SPES) or with polybenzimidazole(PBI) and composites prepared with inorganic fillers such as zeolite beta,TiO2, MMT, heteropolyacids incorporated into the structure for furtherimprovement of proton conductivity were characterized. Chemically andthermo-hydrolytically stable composite/blend membranes such as25%TPA/SPEEK( DS=70)/PBI with single cell performances close toNafion 112 were developed. The performance of the hydrolytically stablecomposite/blend membrane prepared with SPEEK (DS=59); 5% PBI; and10% TiO2 increased appreciably when the temperature was raised from 800C to 90 0C while the performance of Nafion decreases sharply after 80 0C.Effects of various parameters during the fabrication process such as thefiller type and loading, DS of sulfonated polymer, casting solvents, andthermal and chemical treatment were investigated. Selectivities(conductivity/methanol permeability) greater than Nafion 112 for DMFCwere observed for composite/blend membranes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    223473

    Development and characterization investigations of mechanically alloyed W-SiC and W-SiC-Y2O3 composites

    Mekanik alaşımlama yöntemiyle üretilmiş W-SiC ve W-SiC-Y2O3 kompozitlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    SELİM COŞKUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU

  2. Tez No

    39380

    Toz metalurjisi yöntemleriyle geliştirilen 9OW7N;3Fe ağır alaşımlarının sıvı faz sinterlemesi süreçleriyle üretilmesi ve karakterizasyonu

    Liquid phase sintering processes and characterization of 9OW-7N-3Fe heavy alloys developed by P/M methods

    TUNCAY ŞULAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1993

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU

  3. Tez No

    223111

    Mekanik alaşımlama yöntemleri ile üretilmiş Al-Fe tabanlı SiC ve Y2O3 pekiştiricili kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of Al-Fe based SiC and Y2O3 reinforced composites developed via mechanical alloying

    AHMET UMUT SÖYLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU

  4. Tez No

    197768

    Development and characterization of light-weight armor materials

    Kompozit hafif zırh malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    EROL ÜNALER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Mühendislik Bilimleriİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. METİN TANOĞLU

    DOÇ.DR. MUSTAFA GÜDEN

  5. Tez No

    213510

    In-situ alümina partikül takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin üretim ve karakterizasyonu

    Production and characterization of in-situ alumina particle reinforced aluminum matrix composites

    ÖZGÜR ÖZÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. YAMAN ERARSLAN

Geri Dön