Novel ion conducting polymer matrices: Synthesis, characterizations and applications

Abstract

Yakıt pilleri enerji dönüşümü için temiz ve gelecek vaadeden bir teknoloji olarak dikkat çekmektedir. Diğer metotlarla karşılaştırıldığında yakıt pillerinin en önemli ayrıcalığı yüksek verimi sağlayan direk enerji dönüşümüdür. Elektrolit membran, yakıt pili hücresinin en önemli kısmıdır ve bu nedenle araştırma geliştirme faaliyetlerinin çoğunluğunu oluşturur. Yakıt pillerinde kullanılan proton iletken elektrolitlerden polimer elektrolit membranlar en uygulanabilir adaydır çünkü yakıt pillerini istenildiği gibi düşük sıcaklıklarda çalıştırabilir. Bu tez çalışması kapsamında, yeni proton iletken membranlar olarak azol birimleri siloksan monomerlere bağlandı ve sol-jel yöntemiyle siloksan bazlı membranlar sentezlendi. Çapraz bağlı, şeffaf ve yüksek proton iletken membranlar elde edildi. Ayrıca vinil triazol, vinil fosfonik asit, vinil benzen boronik asit ve vinil benzil fosfonik asit kullanılarak yeni kopolimerler sentezlendi. Triazol içeren kopolimerler fosforik asit ile katkılandı ve en yüksek iletkenlik nemsiz ortamda ve 150 oC'de 6x10-3 S/cm olarak elde edildi.

Fuel cells are gaining increasing attention as a clean and promising technology for energy conversion. One of the key benefits of fuel cells compared to other methods is the direct energy conversion that enables the achievement of high efficiency. The electrolyte membrane is the most essential part of a fuel cell unit, and consequently has been the subject of considerable research and development. Among the various types of proton conducting electrolytes examined for fuel cell applications, polymer electrolyte membranes are regarded as viable candidates since they enable operation of the cells at desirably low temperatures. As novel proton conductive membranes siloxane based membranes were prepared via tethering of azole units into siloxane monomer and sol-gel polymerization. Cross-linked, transparent and high proton conductive membranes were obrained. In addition novel copolymers were produced using vinyl triazole, vinyl phosphonic acid, vinyl benzene boronic acid and vinyl benzyl phosphonic acid. Triazole containing copolymers were doped with phosphonic acid and this resulted in a maximum proton conductivity of 6x10-3 S/cm at 150 oC in anhydrous state.