Yakıt hücrelerinde kullanmak üzere yüksek sıcaklığa dayanıklı kompozit membran sentezi

Membran, Proton Değiştirici Membran Yakıt Hücrelerinin (Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücresi - PEMYH) kalbi olarak kabul edilmektedir. Yakıt hücresinin verimli çalışması için membranların bazı özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu özellikler; yüksek sıcaklık dayanımı, termal kararlılığının iyi olması, yüksek proton iletkenliği, ucuz olması, inert olması, mekanik dayanımının yüksek olmasıdır. Polimer elektrolit membran olarak günümüzde en yaygın kullanılan membranlar perfluoro sülfonik asit membranlardır. Ancak bu membranların yüksek sıcaklıkta proton iletkenliği düşüktür ve çok pahalıdır. Bu nedenle çalışmalar alternatif membranlar arayışı üzerine yoğunlaşmıştır. Bu çalışmada Nafion içerikli membrana göre daha iyi fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip, hem organik hem de inorganik yapıyı bir arada bulunduran kompozit membran sentezi amaçlanmıştır. Polistiren, polivinil alkol bazlı ve farklı katkılar kullanılarak (Amberlisit, HZSM-5 Si/Al:50, HZSM-5 Si/Al:500, Borik Asit, Boron Fosfat ve Ludox) organik-inorganik kompozit membranlar sentezlenmiştir. Membran sentezinden sonra FT-IR, TGA-DSC, Su tutma kapasitesi, İyon değişim kapasitesi (IEC) ve Elektrokimyasal Empedans ölçümleri gibi karakterizasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen membranlardan PVA + H3PO4 ve PVA + H2SO4 bazlı membranlar diğerlerine v göre daha iyi özellikler göstermiştir. En yüksek proton iletkenliği değerleri 60°C'de ve %100 nemlilikte 0.1P-L40 (PVA + 0.1M H3PO4 + %40 Ludox) kodlu membrandan ve 90°C'de ve %100 nemlilikte 0,01S-L40 (PVA + 0.01M H2SO4 + %40 Ludox) kodlu membranlardan elde edilmiştir. Bu değerler sırasıyla 3.75 mS/cm ve 4,77 mS/cm'dir. 0.1P-L40 membranının termal gravimetrik analizleri sonucunda 150°C'ye kadar dayanıklı olduğu, 0,01S-L40 kodlu membranında 250°C'ye kadar dayanıklı olduğu bulunmuştur. Ayrıca bu membranların iyon değişim kapasiteleri 6.26 meq/gr ve 5,02 meq/gr'dır. Sentezlenen membranların karakterizasyon deneyleri sonucu belirlenen özellikleri bu membranların polimer elektrolit membranlı yakıt hücrelerinde kullanılabileceğini göstermiştir.