PEM Yakıt Pilleri İçin SPSf/hBN/MWCNT-OH Nanokompozit Membranların Geliştirilmesi, Yanıt Yüzey Metodolojisi ile Membran Hazırlama ve Hücre Performans Parametrelerinin Optimizasyonu

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2026

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: TOLGA KOCAKULAK

Danışman: Hamit Solmaz

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmada, düşük maliyetli sülfonasyonlu polisülfon bazlı ve hekzagonal bor nitrür (hBN) ve hidroksil fonksiyonlu çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT-OH) nanopartikül katkılı proton değişim membranın geliştirilmesi ve hücre testlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, polisülfon polimeri 2,5 saat sülfonasyon işlemine tabi tutulmuş ve %1, %2 ve %3 hBN içeren nanokompozit membranlar üretilmiş ve karakterize edilmiştir. hBN katkısının membranların su tutma kapasitesi, şişme oranı, termal, kimyasal ve mekanik dayanım özelliklerini iyileştirdiği gözlenerek en iyi membran etkinliği SPSf-%2hBN membranı ile elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada, sülfonasyon süresi (2–6 saat), hBN oranı (%0–3) ve MWCNT-OH oranı (%0–3) değişken parametreleri ile Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) yöntemi ile deney tasarımı, üretimi, karakterizasyonu, modellenmesi ve optimizasyonu süreçleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda, hBN ve MWCNT-OH nanopartiküllerinin, membran proton iletkenliği ve kimyasal/termal kararlılığı artırdığı, sülfonasyon süresinin artmasının ise proton iletkenliğini iyileştirirken mekanik ve kimyasal dayanımı azalttığı belirlenmiştir. Optimize edilmiş parametreler %2,5 hBN, %2,75 MWCNT-OH ve 4,2 saat sülfonasyon süresi olarak belirlenmiştir. Optimum nanokompozit membranın farklı çalışma koşullarında hücre testleri gerçekleştirilmiştir. RSM tabanlı optimizasyon sonucunda en iyi yakıt hücre performansı, 75 °C sıcaklıkta, 1,3 L/dk hidrojen akış oranı, 8,99 L/dk hava akış oranı, 44,98 kPa anot ve 99,99 kPa katot basıncında elde edilmiş, maksimum güç yoğunluğu 530,06 mW/cm² olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, geliştirilen membranın proton değişim yakıt hücreleri için yüksek performans potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.