Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı 2

(DMYH) için Geliştirilmesi
Son yıllarda dünya genelinde artan nüfüsa ve enerji ihtiyacına bağlı olarak mevcut petrol esaslı yakıtlarında tükenmeye başlaması bilimsel kurumlar ve araştırma kurumları tarafından alternatif enerji kaynaklarının araştırılması önem verilen bir konu haline gelmiştir. Alternatif eneri kaynaklarının arasında özellikle yüksek enerji yoğunluğu, uzun süreli ve kararlı enerji sağlama özelliği ve kontrol edilebilen güç çıktılarına sahip yakıt hücreleri dikkat çekmektedir. Farklı tipte yakıt hücreleri bulunmakla birlikte polimer esaslı membranları içeren polimer elektrolit membran yakıt hücresi (PEMYH) özellikle taşınabilir uygulamalar için önemli bir alternatif güç kaynağı olarak kullanılmaktadır. Polimer elektrolit membran yakıt hücrelerini kullanılan yakıt tipine bağlı olarak kendi arasında başlıca ikiye ayırmak mümkündür. Bunlar hidrojen yakıt hücreleri ve sıvı yakıt (metanol) şeklindedir.
Doğrudan metanol yakıt hücreleri (DMYH) yakıt olarak metanol-su karışımının kullanıldığı ve metanolün kimyasal enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine çevrildiği sistemler olarak tanımlanmaktadırlar. Doğrudan metanol yakıt hücresi uygulanmalarında günümüzde dikkat çeken iki problem günümüzde çözüm beklemektedir. Bu problemler, metanolün protona yükseltgendiği anot tabakasındaki katalizör çeşitliliğinin sağlanamamış olması ve elektrolit olarak kullanılan membranın metanol karşısındaki yüksek metanol difüzyonudur. Ticari olarak yakıt hücrelerinde sıklıkla kullanılan Nafion türü membranların üstün proton iletkenliklerine karşın yüksek metanol geçirgenlikleri hücre performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu sebeple, sunulan projede farklı yaklaşımlar ortaya konularak DMYH için üstün metanol bariyer özelliğine ve kabul edilebilir proton iletkenliği değerine sahip polimer esaslı membranların geliştirilmesi ve ticari Nafion ürüne karşı karşılaştırmalı olarak karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla DMYH uygulamaları için Nafion’a alternatif oluşturabilmesi açısından polieter-eterketon (PEEK) yapısı sülfonasyonu sonucunda sülfone polieter-eterketon (sPEEK) yapısında polimerler hazırlanmıştır. Hem Nafion hem de sPEEK esaslı membranların proton iletkenlik değerini etkilemeksizin metanol geçirgenliği değerini azaltmak için farklı inorganik katkılar polimer matris içerisine ilave edilmiştir. Bu kapsamda, tungstik asit, SiO2 ve organik montmorillanit (OMMT) kullanılmıştır. Yine yenilikçi bir yaklaşımla hem Nafion hem de sPEEK yapısındaki membranlar destek olarak değerlendirilerek tabakalı kaplama (LbL) yöntemiyle inorganik katkı içeren poli allilamin hidroklorit (PAH) ve karboksimetil selüloz (CMC) ile kaplanmış ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. LbL işlemi tek tabaka üzerinden 1-8 saat aralığında farklı kaplama sürelerinde gerçekleştirilmiştir.
Bu amaçla, hazırlanan membranların proton iletkenlikleri, iyon değişim kapasiteleri (IEC), termo gravimetrik analizleri (TGA), metanol geçirgenlikleri, membran seçicilik değerleri incelenmiştir. Ayrıca membranların yüzey özelliklerinin belirlenmesi için taramali elekton mikroskopi analizi (SEM) analizleri ve yüzey temas açısı çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Son olarak, hazırlanan membranlar ticari elektrotlarla membran elektrot yığını (MEY) haline getirilerek açık devre voltaj değerleri (OCV) belirlenerek benzer kalınlıktaki Nafion örneğe göre karşılaştırılmıştır.
Elde edilen tüm karakterizasyon sonuçlarından Nafion membrana alternatif olarak önerilen saf sPEEK ve elde edilen sPEEK esaslı kompozit membranların DMYH uygulamalarında kullanım potonsiyelinin yüksek olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte gerek sPEEK membranın kullanımı gerekse de modifikasyonu ile elde edilen kompozit membranların kullanımlarının ticari saf Nafion’a göre üstün ısıl dayanımları, kontrol edilebilir iletkenlik ve metanol geçirgenlikleri değeri nedeni ile araştırılmasının yeni tip membranların geliştirilmesinde yol gösterici olacağı düşünülmektedir.