PEM Yakıt Hücreleri için Sülfone Polieter Eter Keton (sPEEK) Elektrolitlerin Sentezi ve Karakterizasyonu: Sülfonasyon Derecesi Etkisi

Abstract

Bu araştırma, proton değişim membran (PEM) yakıt hücrelerinde proton taşıyıcı olarak kullanılan ticari membranlara alternatif olabilecek sülfone polieter eter keton (sPEEK) membranların sentezi ve karakterizasyonu ile ilgilidir. Çalışmada saf PEEK membran matrisinin farklı sürelerde (1, 2 ve 3 saat) sülfonasyonuyla, sülfonasyon derecesi farklı membranlar üretilmiş, hazırlanan membranların yapısal ve termomekanik karakterizasyonu gerçekleştirilerek standart yakıt hücresi çalışma koşullarında proton iletkenlikleri belirlenmiştir. Hazırlanan sülfone polimerik membranların termomekanik davranışları ve proton iletkenlikleri sülfonasyon derecelerine bağlı olarak değerlendirilmiştir. Membranların termal dayanımları termogravimetrik analizlerle (TGA) incelenmiş, tüm ürünler standart yakıt hücresi çalışma koşulları için yüksek termal kararlılık sergilemişlerdir. Proton iletkenlik değerleri ve iyon değişim kapasiteleri sülfonasyon süresi ve sülfonasyon derecesiyle artmış, en yüksek iletkenlik değerleri % 81.44 sülfonasyon derecesi ile hazırlanan sPEEK-3 membranlarında gözlenmiştir. sPEEK-3 membranları için 300-330 K sıcaklık aralığında en yüksek proton iletkenlik değerine (3.38x10 -2 S/m) 330 K sıcaklıkta ulaşılmıştır. sPEEK-3 membranların mekanik mukavemeti dinamik mekanik analizle (DMA) incelenmiş, depolama modülü (E’: 0.23 GPa) ve camsı geçiş sıcaklığı (T g : 143 o C) değerlerinin ticari Nafion 212 proton taşıyıcı membranlarla mukayese edilebilir seviyelerde olduğu gözlenmiştir. Bu çalışma sonucunda, hazırlanan sPEEK-3 membranlarının termomekanik kararlılıklarının ve iletkenlik değerlerinin standart PEM yakıt hücresi işletme koşullarında alternatif olabilecek düzeyde olduğu görülmüştür.