Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Aygün ÇALI
Danışman: İrfan Ar
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Doktora tez çalışması kapsamında yüksek sıcaklık (120 ˚C – 180 ˚C) şartlarına uygun proton değişim membranlı yakıt pilleri için karışım membranı eldesi amacıyla polibenzimidazol (PBI) polimeri çözelti yoğunlaştırma yöntemiyle sentezlenmiştir. Ardından, kütlece farklı oranlarda PBI/Polivinil alkol (PVA) karışım membranları (95:5, 90:10, 70:30 ve 50:50) çözelti döküm yöntemiyle elde edilmiştir. Sentezlenen kütlece farklı oranlardaki PBI/PVA karışım membranlarının suda çözünmelerinin engellenmesi amacıyla, yapıya gluteraldehit ile kimyasal çapraz bağlama işlemi uygulanmıştır ve bu yöntemle membranların oda sıcaklığında ve 80˚ C’de suda çözünmesi başarıyla engellenmiştir. Elde edilen karışım membranının yüksek sıcaklık şartlarındaki mekanik ve termal dayanımının artırılması amacıyla yapıya katkı maddesi olarak bor fosfat eklenmesine karar verilmiştir. Gluteraldehit ile uygulanan kimyasal çapraz bağlama sonrası sentezlenen membranlar arasından en yüksek iyon değişim kapasitesine (3,60 meq g-1) PBI/PPVA-90:10-BP35 membranı ulaşmıştır. TGA sonuçlarına göre en yüksek termal kararlılığa Cr-PBI/PVA-90:10-BP1 membranı (900 ˚C sonunda % 28 kütle kaybı) ulaşmıştır. En yüksek çekme dayanımı değerine (79 MPa) Cr PBI/PVA-90:10-BP1 membranı ulaşmıştır. Katkısız karışım membranları arasında (kuru hava ortamında) 80 °C sıcaklıktaki en yüksek proton iletkenlik değerine Cr-PBI/PVA-90:10 (0,02 S.cm-1) membranı ulaşmıştır. PBI/PVA-90:10-BP1 membranının 130 °C sıcaklığındaki proton iletkenliği 0,00545 S cm-1, 180 °C sıcaklığındaki proton iletkenliği ise 0,00448 S cm-1 olarak ölçülmüştür. PBI membranının camsı geçiş sıcaklığı 382 ˚C olarak belirlenmiştir. Cr-PBI/PVA-90:10 membranına eklenen % 1 bor fosfat katkısı ise karışım membranının camsı geçiş sıcaklığını başarıyla 430 ˚C’ye çıkarmıştır. Bu sonuca göre, eklenen kütlece % 1’lik bor fosfat katkısı sentezlenen karışım membranının termal/mekanik özelliklerini iyileştirmiş ve yapının camsı geçiş sıcaklığını yükseltmiştir. Son olarak, Cr PBI/PVA-90:10 karışım membranına yakıt hücresi performans testleri (80 ˚C, % 100 nemlilik) uygulanmıştır. Cr-PBI/PVA-90:10 membranının 0,6 Voltta ölçülen akım yoğunluğu 504 mA.cm-2, ticari PBI membranının akım yoğunluğu ise 566 mA.cm-2’dir. Sonuç olarak, ticari membranlara alternatif olabilecek ve yüksek sıcaklık şartlarına uygun bir karışım membranı sentezi başarıyla elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler : Proton değişim membranlı yakıt pilleri, polibenzimidazol, polivinil
alkol, karışım membranları, membran sentezi ve karakterizasyonu