Yakıt pilleri için alternatif polimerik membranlar

Yakıt pilleri, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Dizel veya benzinli motorlara göre daha yüksek verime sahip olduklarından dolayı ilgi çeken alternatif güç kaynaklarındandır, sessiz çalışabilirler ve fosil yakıtların yanması sonucu oluşan kirliliği azaltabilirler. Yakıt olarak hidrojen kullanan polimer elektrolit yakıt pillerinin ve yakıt olarak metanol kullanan doğrudan metanol yakıt pillerinin (DMFC'lerin) en önemli birleşenlerinden biri, polimer elektrolit membranlar (PEM'ler) dır. Polimer elektrolit membran, proton iletkenliği sağlar ve yakıt ile oksijen arasında oluşabilecek doğrudan teması engellemek amacıyla bariyer görevi görür. Yüksek proton iletkenliği, düşük su veya yakıt geçirgenliği, termal ve mekanik dayanıklılık ve de düşük maliyet, yakıt pilli membranları için arzu edilen özelliklerdir. Doğrudan metanol yakıtlı yakıt pillerinde, proton iletkenliği sağlayan membranların yakıt geçişini en aza indirgemek üzere düşük metanol geçirgenliği göstermeleri gerekir. Bu çalışmada, sulfone edilmiş poli(aril eter sulfon) ve çapraz bağlanmış türevleri polimer elektrolit membran olarak hazırlanmış ve doğrudan metanol yakıtlı yakıt pillerinde kullanılmak üzere karakterize edilmiştir. Kısmen sulfone edilmiş poli(aril eter sulfon) (PESS); hidrokinon 2- potasyum sulfonat, bisfenol A ve 4-Florofenil sulfon, monomerlerinin çözelti polikondenzasyonu ile hazırlanmıştır. Sentezlenen polimerler gisidil metakrilatla reaksiyona sokularak metakrile edilmiş (PESSGMA) ve sonrasında mekanik özelliklerini geliştirmek ve metanol geçirgenliğini azaltmak üzere homopolimerizasyon ile veya stiren (STY) ve vinil fosfonik asit (VPA) gibi komonomerlerle radikal ko-polimerizasyona sokularak çapraz bağlı türevleri hazırlanmıştır. Çapraz bağlanmış olan PESSGMA ve kopolimerleri, hem PESSGMA pre-polimer sentezi hem de kür döngülerindeki optimizasyon çalışmaları sonucunda çözelti dökme yöntemi ile hazırlanmıştır. PESS polimerinin çapraz bağlanması, membranların modül ve camsı geçiş sıcaklığını arttırırken; iyon değiştirme kapasitesini, proton iletkenliğini, suda şişme ve metanol geçirgenliğini belirgin bir şekilde düşürmüştür. Ancak, VPA ko-monomerinin PESSGMA ağına dahil edilmesi, proton iletkenliğini arttırırken, hem PESS hem de ticari Nafyon membranlarına kıyasla mühim oranda yüksek olan mükemmel metanol geçişi direncinin korunmasına neden olmuştur.