Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Öğrenci: ALPAY ŞAHİN
Danışman: İRFAN AR
Özet:Yakıt hücreleri, kullanılan elektrolit malzeme çeşidine göre; alkali yakıt hücreleri, proton değişim membranlı yakıt hücreleri (PDMYH), doğrudan metanol yakıt hücreleri, fosforik asit yakıt hücreleri, katı oksit yakıt hücreleri ve erimiş karbonat yakıt hücreleri şeklinde sınıflandırılabilirler. PDMYH, sessiz çalışması, saf suyun dışında herhangi bir atık oluşturmaması, maliyetinin yüksek olmaması ve yüksek verimle çalışması ve çalışma koşullarındakideğişikliklere kolay adapte edilebilmesi nedenleriyle en çok ilgi çeken yakıt hücresidir. PDMYH'nin en önemli elemanı membrandır. Şu an ticari olarak kullanılan PDMYH'de, yaygın olarak Nafyon membran kullanılmaktadır. Nafyon membranın kimyasal ve mekanik özellikleri ile proton iletkenliği değerleri oldukça iyi olmasına rağmen, pahalı olması ve 90 °C'den daha yüksek sıcaklıklarda suyun buharlaşması nedeniyle proton iletkenliğinin azalmasından dolayı alternatif membran arayışları kaçınılmaz olmuştur. Bu çalışmada ilk önce membran ana yapısı, sentez yöntemi ve katkı maddeleri belirlenmiş, daha sonra membran sentezi ve karakterizasyon deneyleri gerçekleştirilmiş ve son olarak da yakıt hücresi performans testleri yapılmıştır. Membran ana yapısı için öncelikli olarak 3 farklı polimerin (Polivinil alkol, Chitosan ve Teflon) bir kombinasyonu öngörülmüş ancak daha sonra yapılan çalışmalar sonucunda ana yapının Polivinil alkol-FormaldehitHipofosforöz asit kombinasyonundan oluşturulmasına karar verilmiştir. Membran sentez yöntemi olarak literatürde sıklıkla kullanılan klasik sol-jel yöntemi ve bu çalışma kapsamında geliştirilen asit içinde polimerin çözülmesi yöntemiyle polivinil alkol bazlı ve farklı oranlarda (%5, %10, %15, %20, %25, %30, %40) farklı katkılar (TEOS, LUDOX ve TiO2) içeren organik-inorganik nanokompozit membranlar sentezlenmiştir. Membran sentezinden sonra FT-IR analizleri, su tutma kapasitesi değerleri, şişme kapasitesi değerleri, iyon değişim kapasitesi değerleri (IEC), TGA-DSC analizleri, fenton testi, damla testi ve elektrokimyasal empedans ölçümleri (EIS) gibi karakterizasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon deneylerinden sonra sentezlenen membranların yakıt hücresi performans testleri yapılmış ve performans analizleri incelenmiştir. Karakterizasyon deneyleri ve performans analizleri sonucunda doktora çalışmasında geliştirilen asit içinde polimerin çözülmesi yöntemi ile sentezlenen membranların klasik sol-jel yöntemi ile sentezlenen membranlara göre daha iyi özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Makro boyutta SiO2 içeren LUDOX katkılı membranlar ve nano boyutta SiO2 taneleri içeren TEOS katkılı membranlara göre nano boyutta TiO2 katkılı membranlar daha iyi sonuçlar vermiştir. %15 Titanyum dioksit katkılı membranlardan en iyi sonuçlar elde edilmiştir. Bu membran 0,03 S/cm proton iletkenliğine, 1,04 meq/gr iyon değişim kapasitesi değerine ve %45 su tutma kapasitesine sahiptir ve diğer özellikleri ile de ön plana çıkarak yakıt hücresinde kullanılabilirliği açısından umut vermiştir.