Proton değişim membranlı yakıt hücreleri için grafen oksit katkılı kompozit elektrolitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Yakıt hücreleri, kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren elektrokimyasal sistemlerdir. Yakıt hücresi türleri içerisinde proton değişim membranlı yakıt hücreleri (PDMYH) de, birçok uygulama alanında kullanıma elverişli, çevre dostu ve yüksek enerji verimli alternatif enerji kaynakları olarak dikkat çekmektedir. Yaygın olarak kullanılan ticari Nafion membran, tamamen nemlendirilmiş, suya doygun operasyon şartlarında, üstün proton iletkenliği sergilerken, proton iletkenliğinin 80 ℃ üzerine çıkıldığında düşmesi, büyük ölçekli uygulamalar için Nafion kullanımını engellemektedir. Bu operasyon şartlarında, polieter eter keton (PEEK), polibenzimidazol (PBI) ve polisülfon (PSF) gibi aromatik polimer matrisleri yüksek sıcaklıklarda üstün termomekanik kararlılıklarıyla proton değişim membran alternatifi olarak ilgi görmektedir. Saf polimer matrislerinin düşük iyonik iletkenlikleri, yakıt hücresi uygulamalarında kullanımı için uygun değildir. Bu nedenle, sülfonasyon ve klorometilasyon gibi çeşitli yöntemlerle iyon iletken forma dönüştürülmeleri gerekir. Özellikle sülfone polieter eter keton (SPEEK) uygun maliyeti, üstün termal/mekanik dayanımı ve yüksek kimyasal stabilitesiyle iyi bir alternatif olarak dikkat çekmiş ve bu alanda literatürde birçok çalışmaya konu olmuştur. Son yıllarda, hidrofilik grafen oksit (GO) molekülü, benzersiz yapısı ile birçok uygulama alanında kullanımı ve verimliliği ile dikkat çekmiştir. GO yapısındaki fonksiyonel grupların varlığı daha fazla su tutmaya ve proton iletkenliğini geliştirmeye yardımcı olur. Bunun yanı sıra yapının sülfonasyon işlemi gibi işlemlerle işlevselleştirilmesi, inorganik bir dolgu maddesi olarak polimer matrisler için uygun hale gelmesini sağlar. Bu çalışmada belirli bir sülfonasyon derecesine (SD) sahip SPEEK polimer matrisine farklı oranlarda GO katkısıyla üretilmiş polimer elektrolit membranların yakıt hücresi uygulamaları için performansı değerlendirilmiştir. Polimer elektrolit membranlara ait yapısal, termal ve morfolojik karakterizasyonlar sırasıyla FT-IR, TGA ve SEM analizleri ile gerçekleştirilmiş, membranların proton iletkenlikleri değerlendirilmiştir.