Polimer elektrolit membran yakıt hücreleri için polibenzimidazol (PBI) membran üretimi ve geliştirilmesi

Abstract

Son yıllarda enerji üretimi sorununa çözüm olarak görülen en önemli alternatiflerden birisi de enerji taşıyıcısı olan ve yanması sonucu sadece su buharının oluştuğu hidrojendir. Yakıt hücreleri hidrojenden etkin biçimde elektrik enerjisi üretiminde kullanılan cihazlardır. Nafion gibi perflorosülfonik asit bazlı membranlar, polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerinde sıklıkla kullanılmaktadırlar. Ancak Nafion membranların 80 oC'den yüksek sıcaklıklarda proton iletkenliklerinin düşmesi ve pahalı olmaları nedeniyle alternatif membran malzemeleri geliştirmeye yönelik yoğun çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmada, çözelti polimerizasyonu yöntemiyle sentezlenen polibenzimidazol (PBI) polimeri kullanılarak 80oC'den yüksek sıcaklıklarda çalışabilen bir polimer elektrolit membran hazırlanmıştır. Sentezlenen polimerin karakterizasyonu 1H-NMR, FTIR ve TGA yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. TGA analiz sonuçları polimerlerin ısıl kararlılığının yüksek olduğunu göstermiştir(~800oC). PBI membranlar çözelti döküm yöntemiyle hazırlanmıştır. Hazırlanan membranlara fosforik asit yüklemesi gerçekleştirilerek fosforik asit yüklü PBI membranlar üretilmiştir. Üretilen membranların tek hücre performansları, standart PEM yakıt hücresi test istasyonunda test edilmiştir. Yapılan testlerde en yüksek güç yoğunlukları 63 μm kalınlığındaki membran ile 80oC'de 163,0 mW/cm2 ve 130 μm kalınlığındaki membran ile 90oC'de 119,7 mW/cm2, 100oC'de 118,5 mW/cm2 ve 110oC'de 139 mW/cm2 olarak ölçülmüştür. Bu değerler fosforik asit katkılı PBI membranın yüksek sıcaklıkta çalışan PEM yakıt hücreleri için umut vaat eden bir membran adayı olduğunu göstermiştir.