Susuz Proton Değişim Membran Uygulamaları için 1,2,3-Triazol Esaslı İyonik Sıvı Katkılı Sülfone Polisülfon (SPSU) Elektrolitlerin Geliştirilmesi

Bu çalışmada triazol esaslı iyonik sıvı katkılı sülfone polisülfon (SPSU) kompozit membranlar, yüksek sıcaklık proton değişim membran yakıt hücresi (PEMYH) sistemleri için değerlendirilmiştir. Kompozit membranların hazırlanmasında, aromatik polisülfon (PSU) polimer matrisinin sülfonasyonuyla elde edilen SPSU kullanılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda geliştirilmiş proton iletimi için kompozit elektrolitler, çalışma kapsamında sentezlenen üç farklı triazol esaslı iyonik sıvı (TIL-1, TIL-2 ve TIL-3) ile katkılanmış ve kompozit membran serileri oluşturulmuştur. Yapısal, termal ve mekanik karakterizasyonlar sırasıyla Fourier dönüşüm kızılötesi spektroskopisi (FTIR), termogravimetrik analiz (TGA) ve dinamik mekanik analiz (DMA) ile gerçekleştirilmiştir. Proton iletkenlikleri geniş bir sıcaklık aralığında (380-450 K) ölçülmüş ve kompozit membranların yüksek sıcaklık PEMYH sistemlerinde etkinliği değerlendirilmiştir. TGA analizi sonucunda, tüm triazol esaslı iyonik sıvı katkılı membran serileri, yüksek termal dayanım sergilemiştir. Yüksek sıcaklık proton iletkenlik ölçümleri ile kompozit yapıların proton iletkenliklerinin büyük ölçüde geliştirildiği (SPSU için 8.05 mS/cm; SPSU/TIL-3(1.0) için 58.1 mS/cm) ve elde edilen membranların yüksek sıcaklık PEMYH şartlarında alternatif olabileceği görülmüştür.

Development of 1,2,3-Triazole Based Ionic Liquid Doped Sulfonated Polysulfone (SPSU) Electrolytes for Anhydrous Proton Exchange Membrane Applications

In this study, triazole based ionic liquid doped sulfonated polysulfone (SPSU) composite membranes were evaluated for high temperature proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) systems. SPSU obtained by sulfonation of aromatic polysulfone (PSU) polymer matrix was used in the preparation of composite electrolytes. Sulfonated polymer matrices were doped with three different triazole-based ionic liquids (TIL-1, TIL-2 and TIL-3) synthesized within the scope of the study and composite membrane series were formed. Structural, thermal and mechanical characterizations were performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and dynamic mechanical analysis (DMA), respectively. Proton conductivities were measured over a wide temperature range (380-450 K) and the effectiveness of composite membranes in high temperature PEMFC systems was evaluated. As a result of TGA analysis, all triazole based ionic liquid doped membrane series exhibited high thermal resistance. It was observed that the proton conductivity of the composite structures was greatly improved with high temperature proton conductivity measurements (8.05 mS/cm for SPSU; 58.1 mS/cm for SPSU/TIL-3(1.0)) and the obtained membranes could be an alternative in high temperature PEMFCs.

___

  • [1]. Stambouli, A.B., Fuel Cells: The Expectations for an Environmental-Friendly and Sustainable Source of Energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15 (9), 4507-4520.
  • [2]. Yılmazoğlu, M., PEM Yakıt Hücreleri için Sülfone Polieter Eter Keton (sPEEK) Elektrolitlerin Sentezi ve Karakterizasyonu: Sülfonasyon Derecesi Etkisi, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2020, 7 (2), 424-435.
  • [3]. Karimi, M.B., Mohammadi, F., Hooshyari, K., Effect of Deep Eutectic Solvents Hydrogen Bond Acceptor on The Anhydrous Proton Conductivity of Nafion Membrane for Fuel Cell Applications, Journal of Membrane Science, 2020, 605, 118116.
  • [4]. Mallant, R.K.A.M., PEMFC Systems: The Need for High Temperature Polymers As a Consequence of PEMFC Water and Heat Management, Journal of Power Sources, 2003, 118 (1-2), 424-429.
  • [5]. Quartarone, E., Angioni, S., Mustarelli, P., Polymer and Composite Membranes for Proton-Conducting, High-Temperature Fuel Cells: A Critical Review, Materials, 2017, 10 (7), 687.
  • [6]. Jung, D.H., Cho, S.Y., Peck, D.H., Shin, D.R., Kim, J.S., Performance Evaluation of a Nafion/Silicon Oxide Hybrid Membrane for Direct Methanol Fuel Cell, Journal of Power Sources, 2002, 106 (1-2), 173-177.
  • [7]. Amjadi, M., Rowshanzamir, S., Peighambardoust S.J., Hosseini, M.G., Eikani, M.H., Investigation of Physical Properties and Cell Performance of Nafion/TiO2 Nanocomposite Membranes for High Temperature PEM Fuel Cells, International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35 (17), 9252-9260.
  • [8]. Higashihara, T., Matsumoto, K., Ueda, M., Sulfonated Aromatic Hydrocarbon Polymers as Proton Exchange Membranes for Fuel Cells, Polymer, 2009, 50 (23), 5341-5357.
  • [9]. Song, M., Lu, X., Li, Z., Liu, G., Yin, X., Wang, Y., Compatible Ionic Crosslinking Composite Membranes Based on SPEEK and PBI for High Temperature Proton Exchange Membranes, International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41 (28), 12069-12081.
  • [10]. Jannasch, P., Recent Developments in High-Temperature Proton Conducting Polymer Electrolyte Membranes, 2003, 8 (1), 96-102.
  • [11]. Yang, J., Gao, L., Wang, J., Xu, Y., Liu, C., He, R., Strengthening Phosphoric Acid Doped Polybenzimidazole Membranes with Siloxane Networks for Using as High Temperature Proton Exchange Membranes, Macromolecular Chemistry and Physics, 2017, 218 (10), 1700009.
  • [12]. Liu, H., Yu, H., Ionic Liquids for Electrochemical Energy Storage Devices Applications, Journal of Materials Science & Technology, 2019, 35 (4), 674-686.
  • [13]. Fernandes, A.M., Rocha, M.A.A., Freire, M.G., Marrucho, I.M., Coutinho, J.A.P., Santos, L.M.N.B.F., Evaluation of Cation−Anion Interaction Strength in Ionic Liquids, The Journal of Physical Chemistry B, 2011, 115 (14), 4033-4041.
  • [14]. Arkhipova, E.A., Ivanov, A.S., Maslakov, K.I., Savilov, S.V., Lunin, V.V., Effect of Cation Structure of Tetraalkylammonium- and Imidazolium-Based Ionic Liquids on Their Conductivity, Electrochimica Acta, 2019, 297, 842-849.
  • [15]. Sun, Y., Shi, L., Basic Ionic Liquids with Imidazole Anion: New Reagents to Remove Naphthenic Acids From Crude Oil With High Total Acid Number, Fuel, 2012, 99, 83-87.
  • [16]. Luo, J., Hu, J., Saak, W., Beckhaus, R., Wittstock, G., Vankelecom, I.F.J., Agert, C., Conrad, O., Protic Ionic Liquid and Ionic Melts Prepared from Methanesulfonic Acid and 1H-1,2,4-Triazole as High Temperature PEMFC Electrolytes, 2011, 21 (28), 10426-10436.
  • [17]. Khan, S.S., Hanelt, S., Liebscher, J., Versatile Synthesis of 1, 2, 3-Triazolium-based Ionic Liquids, Arkivoc, 2009, 12, 193-208.
  • [18]. Kantheti, S., Narayan, R., Raju, K.V.S.N. Development of Moisture Cure Polyurethane–Urea Coatings Using 1,2,3-Triazole Core Hyperbranched Polyesters, Journal of Coatings Technology and Research, 2013, 10 (5), 609-619.
  • [19]. Yılmazoğlu, M., Bayıroğlu, F., Erdemi, H., Abaci, U., Guney, H.Y., Dielectric properties of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) electrolytes with 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate salt: Ionic liquid-based conduction pathways, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 611, 125825.
  • [20]. Sood, R., Donnadio, A., Giancola, S., Kreisz, A., Jones, D.J., Cavaliere, S., 1,2,3-Triazole-Functionalized Polysulfone Synthesis through Microwave-Assisted Copper-Catalyzed Click Chemistry: A Highly Proton Conducting High Temperature Membrane, ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8 (26), 16897-16906.
  • [21]. Kim, K., Jung, B.K., Ko, T., Kim, T.H., Lee, J.C., Comb-Shaped Polysulfones Containing Sulfonated Polytriazole Side Chains for Proton Exchange Membranes, Journal of Membrane Science, 2018, 554, 232-243.
  • [22]. Lufrano, F., Squadrito, G., Patti, A., Passalacqua, E., Sulfonated Polysulfone as Promising Membranes for Polymer Electrolyte Fuel Cells, Journal of Applied Polymer Science, 2000, 77 (6), 1250-1256.
  • [23]. Fu, Y.Z., Manthiram, A., Synthesis and Characterization of Sulfonated Polysulfone Membranes for Direct Methanol Fuel Cells, Journal of Power Sources, 2006, 157 (1), 222-225.
  • [24]. Yi, S., Zhang, F., Li, W., Huang, C., Zhang, H., Pan, M., Anhydrous Elevated-Temperature Polymer Electrolyte Membranes Based on Ionic Liquids, Journal of Membrane Science, 2011, 366 (1-2), 349–355.
  • [25]. Bennett, M.D., Leo, D.J., Wilkes, G.L., Beyer, F.L., Pechar, T.W., A Model of Charge Transport and Electromechanical Transduction in Ionic Liquid-Swollen Nafion Membranes, Polymer, 2006, 47, 6782–6796.
  • [26]. Park, H.B., Shin, H.S., Lee, Y.M., Rhim, J.W., Annealing Effect of Sulfonated Polysulfone Ionomer Membranes on Proton Conductivity and Methanol Transport, Journal of Membrane Science, 2005, 247 (1-2), 103-110.
  • [27]. Devrim, Y., Erkan, S., Baç, N., Eroğlu, I., Preparation and Characterization of Sulfonated Polysulfone/Titanium Dioxide Composite Membranes for Proton Exchange Membrane Fuel Cells, International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 38 (8), 3467-3475.
El-Cezeri-Cover
  • ISSN: 2148-3736
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Tüm Bilim İnsanları ve Akademisyenler Derneği
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yumuşatıcı tipinin çözgülü örme battaniyelerinin ısıl konfor ve performans özellikleri üzerine etkisi

Züleyha DEĞİRMENCİ, Mehmet TOPALBEKİROĞLU

Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ve Hartree-Fock Yöntemlerinin Kombinasyonu ile Epinefrinin Yapısal Analizi

Rebaz OMER, Lana AHMED, Jwameer HAMA, Pelin KOPARIR

Borik Asit (H3BO3) Kullanılarak Üretilen Saf Çinko ve Çinko Alaşımı (ZA27) Köpük Malzemelerin Basma Davranışlarının İncelenmesi

Neşe ÖZTÜRK KÖRPE, Seda KİREMİTCİ

Öğrencilerin Akademik Performanslarının Tahmin Edilmesi için AutoML Tekniğinin Uygulanması

Sevda AGHALAROVA, Sinem BOZKURT KESER

Görüntü İşleme ve Gözetimli Öğrenme Yardımıyla Endüstriyel Beyaz Kuvars Taş Sınıflandırması

Fatih AKKOYUN, Orçun EKİN, Özel SEBETCİ

Susuz Proton Değişim Membran Uygulamaları için 1,2,3-Triazol Esaslı İyonik Sıvı Katkılı Sülfone Polisülfon (SPSU) Elektrolitlerin Geliştirilmesi

Mesut YILMAZOĞLU, Şeyda KORKMAZ

Hidrojen Enerjisinin Bibliyometrik Analizi ve Değerlendirilmesi: En Çok Atıf Alan İlk 100 Çalışma

Veysi BAŞHAN, Yasin ÜST

Termal arayüz malzemesinin termoelektrik jeneratör performansına etkisinin nümerik incelenmesi

Seyda ÖZBEKTAŞ, Bilal SUNGUR, Bahattin TOPALOĞLU

AISI 4140 ÇELİĞİNİN FREZLEMESİNİN TAGUCHİ-DEAR YÖNTEMİYLE OPTİMİZAYONU

Yusuf FEDAİ

Klormetiyazol’ün Partisyon Katsayısının Tahmin Edilmesi İçin Hesaplamalı Yöntemlerin Kıyaslama Çalışması

Sümeyya SERİN, Ali BAYRİ