Yakıt hücreleri için nanolifli kompozit membranlar
Proje no. 21411 · Durum: Kapanmış · 2020
Özet
Son yıllarda sera gazı emisyonlarındaki artış nedeniyle araştırmacılar yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanan yüksek verimli ve temiz enerji dönüşüm sistemlerine odaklanmıştır. Bu kapsamda polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücreleri kullanım kolaylığı ve yüksek verim nedeniyle ön plana çıkmaktadır. Yakıt hücrelerinin en önemli bileşenlerinden birisi proton iletiminden sorumlu membrandır. Günümüzde kullanılan standart membran perflorlanmış elektrolit bazlı ticari Nafion filmleridir. Ancak Nafion yüksek maliyet, yüksek sıcaklıklarda su yönetiminin ve dolayısıyla proton iletkenliğinin zayıflaması ve yüksek metanol geçirgenliği gibi önemli eksikliklere sahiptir. Bu nedenle araştırmacılar yeni membranların geliştirilmesine odaklanmıştır ve özellikle enerji etkileşimli tekstil malzemelerinin bir sınıfı olan nanolifli kompozit membranlar potansiyel bir aday olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu proje kapsamında, özellikle doğrudan metanol yakıt hücrelerinde kullanılabilecek, Nafion membranın eksikliklerini barındırmayan nanolifli membranların geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla Nafion nanoliflerinin üretimi ve dolgu malzemesi ile birlikte kompozit membrana dönüştürülmesi planlanmıştır. Ancak tek başına Nafion’dan nanolif eldesi mümkün olmamaktadır, taşıyıcı bir polimere gereksinim duyulmaktadır. Nihai membranlarda su yönetiminin de sağlanabilmesi için taşıyıcı polimer olarak doğal ve sentetik hidrofil polimerlerin (sırasıyla selüloz/selüloz türevi ve polivinil alkol (PVA)) araştırılması amaçlanmıştır. PVA/Nafion ve selüloz/Nafion nanolifleri elektrolif çekim yöntemine göre üretilecek ve nanolif üretimi için en uygun parametreler saptanacaktır. Hem membran dayanımının sağlanması hem de su tutuculuğun kontrol edilebilmesi amacıyla hidrofil polimer kısmının stabilizasyonu da parametrik olarak incelenecektir. Çapraz bağlı ve sülfonlanmış nanolifli kompozit membranların kapsamlı karakterizasyonu ve proton iletkenliği, metanol geçirgenliği ve yakıt hücresi testleri ile performansı belirlenerek doğrudan metanol yakıt hücrelerinde kullanılabilecek model nanolifli membran geliştirilecektir.