Yakıt hücresi uygulamaları için stiren-(etilen-bütilen)-stiren (SEBS) esaslı kompozit polielektrolit membran geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: KİNYAS POLAT
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MURAT ŞEN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:SEBS (stiren-(etilen-bütilen)-stiren) termoplastik ve elastomerik özelliğe sahip bir triblok kopolimerdir. SEBS triblok kopolimeri uygun bir metot ile sülfonik asit (SO3H) grubu ile fonksiyonelleştirildiğinde yakıt hücresi uygulamalarında kullanılmak üzere proton iletkenliğine sahip polielektrolit membran (PEM) hazırlanabilmektedir. Bu çalışmanın ilk aşamasında SEBS triblok kopolimeri ve farklı peroksitler ve hızlandırıcılar kullanılarak çapraz bağlı SEBS filmleri hazırlanmıştır. Çapraz bağlı SEBS filmlerinin hazırlanması için önce çözeltiden döküm tekniği kullanılarak çapraz bağlanmamış SEBS filmleri hazırlanmıştır. Bu filmler daha sonra sıcak basma yöntemi ile çapraz bağlı yapıya dönüştürülmüştür. Hazırlanan bu filmlere klorosülfonik asitin (KSA) 1-2-dikloretan daki çözeltisi kullanılarak ve değişik sürelerde gerçekleştirilen sülfolama reaksiyonu ile proton iletkenliği kazandırılarak, yakıt hücresi uygulamalarında kullanılabilirliği araştırılmıştır. Ancak çapraz bağlı SEBS filmlerinden hazırlanmış sülfolanmış membranların, sülfolanmış saf SEBS filmlerinin yüksek % şişme dezavantajını ortadan kaldırmasına ve yüksek iyon değiştirme kapasitelerine sahip olmalarına karşın, düzgün yüzeyli elde edilememeleri ve kalınlıkları sebebiyle pratik olarak yakıt hücrelerinde kullanılma şanslarının olmadığı görülmüştür.Bu sebeple çalışmanın ikinci aşamasında poliolefin sınıfına ait polipropilen (PP) polimeri kullanılarak SEBS esaslı kompozit filmler hazırlanmıştır. SEBS ve PP polimerlerinin karışımından hazırlanan kompozit membranlar ekstrüzyon ve sıcak basma yöntemi ile hazırlanmıştır. SEBS ve PP polimerlerinden hazırlanan kompozit filmler için mum proses kolaylaştırıcı olarak kullanılmıştır. Karışımlardaki SEBS, PP ve MUM oranı değiştirilerek 3 karışım hazırlanmıştır. Tek vidalı ekstrüder kullanılarak hazırlanan bu karışımlar %35 SEBS, %24 PP, % 40 mum ve %1 kararlı kılıcıdan oluşan 1 no'lu karışım, %35 SEBS, %10 PP, % 54 mum ve %1 kararlı kılıcı içeren 35S kodlu 2 no'lu karışım ve bu karışıma ağırlıkça bire bir oranında SEBS katılarak elde edilen ve %67,5 SEBS, % 5 PP, % 27 mum ve % 0,5 kararlı kılıcı içeren 68S kodlu 3 no'lu karışımdır. 1 no'lu karışım film hazırlama aşamasında büzülme özelliği gösterdiği için sülfolama çalışmalarında kullanılmamıştır. Karışımlar önce çift vidalı ekstrüder kullanılarak 300 ?m kalınlıkta film şeklinde elde edilmiş daha sonra sıcak basma uygulanarak 35S kodlular 60 ?m ve 68S kodlular 125 ?m kalınlığında olmak üzere filmler haline getirilmişlerdir. Bu filmler de yine aynı yöntem ile sülfolanarak proton iletkenliği kazandırılmıştır. Filmler spektroskopik mekanik ve termal yöntemlerle karakterize edilmiş ve özellikleri günümüzün en başarılı polielektrolit membranlarından birisi olan Nafion 112 ve 117 nin özellikleri ile karşılaştırılmıştır. SEBS/PP/MUM karışımından hazırlanan kompozit filmlerin değişik sürelerde sülfolanması ile elde edilen membranlardan 35S kodlu olanların 25 ºC de ki proton iletkenlikleri 68S kodlu membranlara göre oldukça düşük bulunmuştur ve bu iletkenlik değerleri yakıt hücresinin çalışma sıcaklığı yani 75-80 ºC ye arttırıldığında gözlenememiştir. İletkenlikteki bu düşüş membranların bu sıcaklıklarda kurumasından kaynaklanmıştır. 68S kodlu membranlar için ise 75-80 ºC de yapılan ölçümlerde yalnızca 45 dakika ve 60 dakika sülfolanmış örneklerin proton iletkenliği ölçümleri Nafion 117 ile kıyaslanabilecek kadar iyi sonuç vermiştir. 5 dakika sülfolanmış membranın ayrıca metanol geçirgenliği değeri de ölçülmüş ve metanol yakıt hücrelerinde kullanılma şansının olabileceği görülmüştür.