Yakıt hücreleri için sülfon ve triazol fonksiyonlandırılmış polistiren membranların hazırlanması

Abstract

Proton değişim membranı olarak bilinen yakıt pilleri (PEMFC) geleceğin temiz enerji teknolojisi açısından umut vaat etmektedir. Son çalışamalar gösteriyor ki, yakıt pillerinin uygulama alanlarından taşıtlar ve mobil elektronik aygıtlarda kullanımı son derece başarılı olmuştur. Susuz proton iletken polimer elektrolitler için imidazol, benzimidazol ya da triazol gibi heterosiklik yapılar ile suyun yerine geçen alternatif proton solventleri çalışılmıştır. Azot içeren aromatik heterosiklik yapıların proton iletme özellikleri ve sülfürik asitle dop edilerek veya sülfonlanmış polimer karışım sistemleriyle polimer elektrolitlerde kullanılabilirliği fark edilmiştir. Bu çalışmada, susuz proton iletken polimerler için triazol ve sülfonik asitle fonksiyonlandırılmış polistiren yeni bir yaklaşım olarak çalışılmıştır. Bir dizi sülfonlanmış polistiren (%20 ve 30 sülfonasyon derecelerinde), sülfonasyon ajanı olarak trimetilsilil klorosülfonat (TMSCS) kullanılarak başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Triazol fonsiyonlandırılmış polistiren türevi (Tr-PS) , 1H-1,2,4,-Triazol-3-tiol ile klorometil stirenin reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak fonksiyonlandırılmış polimerlerin karışımları ve bunların filmleri hazırlanarak hibrib polimer elektrolitler elde edilmiştir (Tr-PS - sPS). Membranlar NMR ve FT-IR ile yapısal olarak karakterize edilmiştir. Malzemelerin termal kararlıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile ölçülmüştür. Polimer elektrolitlerin 25 oC'deki dc iletkenlikleri dört noktadan temas yöntemi ile ölçülmüş ve maksimum iletkenlik Tr-PS x sPS %30 x 2 için 1 x 10-4 S/cm olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: polimer elektrolit, proton iletkenliği, polistiren, triazol, sulfonasyon

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are recognized as a promising clean power technology in the future; its applications in vehicles and mobile electronic devices have been successfully achieved or demonstrated. For anhydrous proton conducting polymer electrolytes, the substitution of water by heterocycles such as imidazole, benzimidazole or triazole as alternative proton solvents has been studied. The proton-conducting properties of nitrogen-containing aromatic heterocycles has been realized and they are used as polymer electrolytes with either sulfuric acid doped or sulfonated polymers blend systems. In this study, polystyrene was functionalized with triazole and sulfonic acid groups as a new approach for anhydrous proton conducting polymers. A series of sulfonated polystyrene (20 and 30 % degree of sulfonation) were successfully synthesized by using trimethylsilyl chlorosulfonate (TMSCS) as sulfonating agent. Triazole functionalized polystyrene derivative (Tr-PS) was synthesized by the reaction of chloromethyl styrene with 1H-1,2,4-Triazole-3-thiol. Subsequently, the blends and films (Tr-PS -sPS) of two functionalized polymers were prepared. Membranes are structurally characterized by NMR and FT-IR. The thermal stability of the materials is measured by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). The dc conductivities of the polymer electrolytes at 25 oC were measured by four contact methods and the maximum conductivity was found to be 1 x 10-4 S / cm for sample Tr-PS x sPS %30 x 2.Keywords: polymer electrolyte, proton conductivity, polystrene, triazole, sulfonation