Alkali Polimer Elektrolit Membran Sentezlemek İçin Yeni Bir Yöntem Ve Yakıt Pili Uygulaması

Abstract

İyonik olarak yalıtkan bir polimer olan poli ether sulfon (PES) ile başlanarak, iletken membranlar daldırma-çöktürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Sodyum hidroksit çözeltisi daldırma banyosu olarak kullanılmış ve PES/N-Methyl-2-Pyrrolidone (NMP) polimer çözeltisi bu banyo içine anyonik olarak iletken membranların (AAEM) sentezlenmesi için daldırılmıştır. Daldırma banyosu sıcaklığı kontrol edilerek bu parametrenin sentezlenen membranlara yüklenen NaOH miktarı ile membran porozitesi üzerindeki etkisi çalışılmıştır. Farklı banyo sıcaklıklarında sentezlenen membranlardan alınan örnekler distile suda üç hafta boyunca bekletilmiş ve bu süre zarfında örneklerin ağırlık değişimleri ve içinde bekletilen suyun pH değerleri kayıt edilmiştir. Sonuç olarak sadece ağırlıkça % 0.16-0.27 arasında NaOH’ın suya salındığı görülmüştür. pH değerleri ilk 24 saat içinde maksimum değere ulaşıp daha sonrasında aynı kalmıştır. Sentezlenen membranların yakıt pili performansları sentez banyo sıcaklığına göre irdelenmiştir. En iyi sonuç 46°C de 13.04 mW.cm-2 ile elde edilmiştir. Kıyaslama amacı ile Nafion, Na+ iletken formuna dönüştürülmüş ve aynı koşullarda 11.82 mW.cm-2 zirve birim güç elde edilmiştir. Özetle, kompozit PES membranlar az farkla Nafion-Na+ membrandan daha iyi performans göstermiştir.In this work a new method for synthesizing ion conductive polymers from insulating material is demonstrated for use in alkaline direct ethanol fuel cells (ADEFC). Using immersion precipitation technique with polyethersulfone dissolved in N-methyl-pyrrolidone, cast films are immersed in an aqueous NaOH coagulation bath. The effect of coagulation bath temperature on membrane NaOH loading, water free porosity, leaching out of NaOH and fuel cell performance is studied. The fuel cell performances of the synthesized membranes are benchmarked against the Na+ form of Nafion 117®. 13.04 mW.cm-2 maximum power density (MPD) is obtained with the synthesized membranes whereas 11.82 mW.cm-2 MPD is obtained with the modified Nafion. Increasing bath temperature caused more NaOH loading to the membranes; however the best MPD is obtained at an intermediate coagulation bath temperature of 46°C and the highest open circuit voltage is obtained at 66°C. Leaching out of NaOH in stagnant distilled water was insignificant for the synthesized membranes whereas the residual NMP adversely affected the ADEFC performance.