Anyon Değişim Membranlı (AEM) Yakıt Pilleri için Radyasyon Başlatmalı Aşılama ile Sentez ve Elektrodokuma Yöntemleriyle Özgün Membran Yapılarının Geliştirilmesi

Abstract

Fosil yakıtlı motorlara alternatif olarak yakıt hücrelerinin geliştirilmesi ve ticarileştirilmesi, küresel iklim değişikliği krizi nedeniyle büyük önem öneme sahiptir ve aciliyet içindedir. Proton değişim membranlı (PEM) yakıt pilleri, Nafion® membranlarının geliştirilmesindeki atılımla büyük bir teknolojik sıçrama yapmıştır ancak yüksek katalizör ve membran maliyetleri, PEM yakıt pilleri teknolojilerinin yönündeki en büyük engellerdir. Anyon değişim membranlı (AEM) yakıt pillerinde Pt grubu katalizörlerin kullanımı gerekmediği için maliyet sorunun önüne geçebileceği düşünülmektedir. Ancak bu teknolojide de, yüksek anyon iletkenliği ve iyon değiştirme kapasitesine sahip, ucuz, dayanıklı bir anyon değişim membranı geliştirmek oldukça önemlidir. Radyasyona başlatmalı aşılanmış polimerlere sahip membranlar, genellikle iyi iyon değişim kapasitesi ve iletkenlik sağlayabilir fakat düşük mekanik sağlamlık yan etkisine sahiptir. Bu nedenle, iyonik iletkenlik makul seviyede tutularak mekanik özelliklerin ayarlanabilmesi için dual elektrodokuma tekniğini kullanılmıştır. İnert poli(vinilidenflorür) (PVDF) tozları ve çeşitli oranlarda vinil benzil klorür (VBC) ile radyasyonla başlatılıp aşılanmış PVDF-g-VBC kullanılarak dual elektrodokuma tekniği ile dual fiber esaslı matlar hazırlanmıştır. Dual fiber esaslı bu matlar sırasıyla sıcak presleme, aminleme ve iyon değişimi yapılarak anyon değişim membranları hazırlanmıştır. Daha sonra, bu hazırlanmış dual-fiber esaslı membranlarının aşılanma seviyeleri, mekanik özellikleri, iyonik değişim kapasitesi, iyonik iletkenliği ve morfolojik özellikleri optimize edilmiş ve incelenmiştir. Hazırlanan bu yeni nesil membranlar, yüksek iyon değişim kapasitesi (2.5-7.55 mmol/g), yüksek mekanik mukavemet ve yüksek uzama göstermiştir (299-761 MPa ve %10-40 kopma uzaması). Son olarak, anyon değiştirici membranlardan hazırlanan MEA'ların düzlemsel taramalı voltametri (LSV) ve yakıt pili performans test sonuçları da sunulmuştur. Bu projeden elde edilen sonuçlar, yeni nesil anyon değişim membranlarının özelliklerinin belirlenmesi açısından umut vadedicidir.