Fabrication of poly (m-tolyloxy-co-4-pyridinoxy phosphazene) based proton exchange membranes for fuel cell applications
Yakıt pilleri için poli (m-toliloksi-ko-4-pridinoksi fosfozen) esaslı proton değişim membranlarının üretimi.
- Tez No: 386741
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL, Assoc. Prof. Dr. YUNUS KARATAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nafion® polimer üstün ısıl ve mekanik özellikleri sebebiyle elektrolit membranlı yakıt pillerinde (PEMFC) yaygın kullanılan ticari bir proton değişim membranıdır.. Nafion® membranlarının temel problemleri ise iletkenliklerinin sıcaklığa bağlı olması, 80 ºC'nin üzerinde ve 100% ün altındaki nemliliklerde bozunmaya uğramaları ve yüksek maliyetleridir. Bu sebeplerle PEMFC uygulamaları için alternatif membranların üretilmesi gerekmekdir. Polifosfazenler, sınırsız yan gruplarla bağlanabilmeleri ve ısıl ve kimyasal kararlılıkları sebebiyle önemli bir potansiyel oluşturmaktadırlar. Bu çalışmada değişen heteroatom grubu içeren ve içermeyen olmak üzere- değişen aril yan zincirlerden oluşan üç çeşit poli(m-toliloksi-ko-4-pridinoksi fosfazen)ler üzerinde yoğunlaşılmıştır. Sülfonlama tepkimesiyle, proton iletimini sağlayan sülfonik asit grubu yapıya eklenmiştir. Sıcaklık, tepkime süresi ve polimerlerdeki değişen miktarlardaki yan grupların sülfonlama tepkimesi üzerindeki etkileri incelenmiş ve sonuçlar gösterilmiştir. Sülfonlama sonrasında çözeltiden dökme yöntemiyle 80-120 μm kalınlığında membranlar üretilmiş ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Sülfonlama öncesi ve sonrasında, NMR (13C, 31P and 1H) ve FTIR yöntemleri kullanılarak yapısal değişiklikler incelenmiştir. FTIR sonuçlarına göre 1300 cm-1 de sülfonik asit gruplarına ait bölgeler görülmüştür. DSC ve TGA yöntemleriyle ısıl özellikleri çalışılırken DMA yöntemiyle de mekanik özellikleri incelenmiştir. Ardından, üretilen membranlar PEMFC'ye özgü temel özelikler olan; iyon değişim kapasitesi (IEC), su alımı ve proton iletkenliklerinin belirlenmesi için detaylı olarak karakterize edilmiş ve elde edilen sonuçlar, aynı koşullarda karakterizasyonları gerçekleştirilen Nafion® 115 membranlarına ait sonuçlarla kıyaslanmışlardır. Bu çalışmada üretilen membranların IEC değerleri 1.07 meq/g gibi oldukça yüksek ve literatürdeki Nafion® 115 (0.91 meq/g) membranlara ait değerlere oldukça yakındır. Üretilen membranların iletkenlikleri ise sülfonlama parametrelerine bağlı olarak değişmekle birlikte Nafion® 115 membranlarının iletkenlikleriyle kıyaslanabilir değerler elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Nafion® is the most commonly used commercial proton-exchange membrane for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) due to its excellent thermo-mechanical properties. The main drawbacks of Nafion® membranes are their temperature dependent conductivity, degradation at temperatures greater than 80 ºC and relative humidity less than 100% and also high cost, hence it is necessary to find the alternative membranes for PEMFC. Polyphosphazenes are a potential candidate owing to their ability to incorporate unlimited side-groups and their good thermal and chemical stability. In this work, three poly (m-tolyloxy-co-4-pyridinoxy phosphazene)s with varying heteroatom containing and not containing aryl side chains in varying ratios were studied. Through sulfonation the sulfonic acid group which promotes proton conduction was incorporated. Different parameters such as effect of temperature, time and varying amounts of each side groups of the polymers on the sulfonation process were investigated and the results reported. After sulfonation membranes with thicknesses in the range of 80-120 μm were obtained through solution casting and later on characterized. Structural characterizations by use of NMR (1H, 13C and 31P) and FTIR were carried out before and after sulfonation in order to check the post process changes. FTIR revealed extra peaks at 1300 cm-1 that belonged to the sulfonic acid groups. DSC and TGA were used to check the membranes' thermal properties while the mechanical stabilities was investigated using the DMA. The resultant membranes were then evaluated for the basic PEMFC relevant properties such as IEC, water uptake and proton conductivity and the results compared to those of Nafion® 115. In this work, we reported IEC values of as high as 1.07 meq/g which was comparable to that of Nafion® 115 (0.91 meq/g) in the literature. Conductivity of the membranes varied depending on the sulfonation parameters and values obtained were comparable to the membranes in the literature and Nafion® 115 as well.
Benzer Tezler
- Fabrication of microfluidic devices via 3D printer
Mikroakışkan cihazların 3b yazıcı kullanılarak üretilmesi
SEREN KEÇİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN CUMHUR TEKİN
PROF. DR. ESMA VOLGA BULMUŞ ZAREIE
- Design, fabrication and characterizations of n-Si columnar structures for solar cell applications
Nano-Si kolon yapılarının güneş pili uygulamarı için tasarlanıp, üretilip, karakterize edilmesi
AYŞEGÜL DEVELİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Tirozinaz bağlı polimerik nanofiberler kullanılarak dopamin tayini için elektrokimyasal biyosensör üretimi
Fabrication of an electrochemical biosensor for detection of dopamine, employing tyrosinase immobilized polymeric nanofibers
UĞUR DAĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Palladyum, niobyum, tantalyum nanotellerin üretilmesi ve hidrojen gazını algılama özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of palladium, niobium, tantalum nanowires and determination of hydrogen gas sensing properties
NEVİN TAŞALTIN
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER ZİYA ÖZTÜRK
- Poli(azure B) ve grafen/azure B ince filmlerinin hazırlanması ve amperometrik NADH sensör özelliklerinin incelenmesi
Preparation of poly(azure B) and graphene/azure B thin films for investigation of NADH amperometric sensor properties
OĞUZ BAYINDIR