TR2024002003A2 - Membran üreti̇m yöntemi̇ - Google Patents
Membran üreti̇m yöntemi̇Info
- Publication number
- TR2024002003A2 TR2024002003A2 TR2024/002003 TR2024002003A2 TR 2024002003 A2 TR2024002003 A2 TR 2024002003A2 TR 2024/002003 TR2024/002003 TR 2024/002003 TR 2024002003 A2 TR2024002003 A2 TR 2024002003A2
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- solution
- membrane
- polymer
- feature
- accordance
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 68
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 56
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 53
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 34
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 20
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims description 14
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 6
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 claims description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 4
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 claims 1
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 abstract description 9
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 abstract description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 85
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 77
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 15
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 14
- -1 oxygen radicals Chemical class 0.000 description 13
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 12
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 9
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 6
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- YAHRDLICUYEDAU-UHFFFAOYSA-N methylhexaneamine Chemical compound CCC(C)CC(C)N YAHRDLICUYEDAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M tetraethylammonium bromide Chemical compound [Br-].CC[N+](CC)(CC)CC HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000005857 PFAS Chemical class 0.000 description 3
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910001867 inorganic solvent Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003049 inorganic solvent Substances 0.000 description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- QZIQJVCYUQZDIR-UHFFFAOYSA-N mechlorethamine hydrochloride Chemical compound Cl.ClCCN(C)CCCl QZIQJVCYUQZDIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N perfluorooctane-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YFSUTJLHUFNCNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 2
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 2
- VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M sodium thiocyanate Chemical compound [Na+].[S-]C#N VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 1H-benzimidazole Chemical compound C1=CC=C2NC=NC2=C1 HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VJJZJBUCDWKPLC-UHFFFAOYSA-N 3-methoxyapigenin Chemical compound O1C2=CC(O)=CC(O)=C2C(=O)C(OC)=C1C1=CC=C(O)C=C1 VJJZJBUCDWKPLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003934 Aciplex® Polymers 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229920003937 Aquivion® Polymers 0.000 description 1
- KSSJBGNOJJETTC-UHFFFAOYSA-N COC1=C(C=CC=C1)N(C1=CC=2C3(C4=CC(=CC=C4C=2C=C1)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)C1=CC(=CC=C1C=1C=CC(=CC=13)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)C1=CC=C(C=C1)OC Chemical compound COC1=C(C=CC=C1)N(C1=CC=2C3(C4=CC(=CC=C4C=2C=C1)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)C1=CC(=CC=C1C=1C=CC(=CC=13)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)N(C1=CC=C(C=C1)OC)C1=C(C=CC=C1)OC)C1=CC=C(C=C1)OC KSSJBGNOJJETTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229920006125 amorphous polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003851 azoles Chemical class 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003010 cation ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 241000902900 cellular organisms Species 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- CDMADVZSLOHIFP-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane;decahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 CDMADVZSLOHIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSCACTKJFSTWPV-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 RSCACTKJFSTWPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXOLDCOJRAMLTQ-UHFFFAOYSA-N ethyl 2-chloro-2-hydroxyiminoacetate Chemical compound CCOC(=O)C(Cl)=NO UXOLDCOJRAMLTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229920000295 expanded polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004693 imidazolium salts Chemical group 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N mesitylene Substances CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001827 mesitylenyl group Chemical group [H]C1=C(C(*)=C(C([H])=C1C([H])([H])[H])C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229920005547 polycyclic aromatic hydrocarbon Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000012704 polymeric precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000000807 solvent casting Methods 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N sulfuryl difluoride Chemical compound FS(F)(=O)=O OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Buluş özellikle, lityum iyon, lityum sülfür, lityum hava, sodyum bataryaları gibi farklı bataryalarda, polimer elektrolit membran yakıt hücrelerinde, polimer elektrolit membran elektrolizörlerde, alkali elektrolizörlerde, anyon değiştirici membran elektrolizörlerde kullanılan ve anyon veya katyon değiştirici olarak kullanılabilen membran üretim yöntemi ile ilgilidir.
Description
TARIFNAME
MEMBRAN ÜRETIM YÖNTEMI
Teknik Alan
Bulus, membran (separatör) üretim yöntemi ile ilgilidir.
Bulus özellikle, lityum iyon, lityum sülfür, lityum hava, sodyum bataryalari gibi farkli
bataryalarda, elektrolizörlerde ve yakit hücrelerinde kullanilan ve anyon veya katyon
degistirici olarak kullanilabilen membran üretim yöntemi ile ilgilidir.
Teknigin Bilinen Durumu
Günümüzde separatör, anot ve katodu ayiran, elektrokimyasal reaksiyonlara katilmayan
pil komponentidir. Separatörler gözenekli bir yapiya sahiptir, elektrolit depolayabilir ve
iyonlarin serbestçe transfer olmasina izin verebilir.
Polimer Separatörlerin Özellikleri:
0 Kimyasal stabilite
o Separatör kalinligi
o Gözeneklilik
. Gözenek büyüklügü (<1um)
o Iyon geçirgenligi
o Mekanik dayanim
o Elektrolit ile islanabilirlik
o Termal dayanim
Mevcut Ticari Separatör Ürünlerin Üretim Teknoloiisi ve Ürün Yapilari:
Kuru islem, ekstrüzyon, tavlama ve germe adimlarini içerir. Nihai gözeneklilik, öncü filmin
morfolojisine ve her adimin özelliklerine baglidir. Ekstrüzyon adimi genellikle polimer
reçinenin erime noktasindan daha yüksek bir sicaklikta gerçeklestirilir. Bunun nedeni,
reçinelerin eritilerek öncü film adi verilen tek eksenli yönlendirilmis boru seklinde birfilme
dönüstürülmesidir. Baslangiç filminin yapisi ve yönelimi, isleme kosullarina ve reçinenin
özelliklerine baglidir. Tavlama isleminde öncü, polimerin erime noktasindan biraz daha
düsük bir sicaklikta tavlanir. Bu adimin amaci kristal yapiyi iyilestirmektir. Gerdirme
sirasinda, tavlanmis fiIm makine yönü boyunca soguk bir germe ve ardindan sicak bir
daha hizli gerilme oraniyla daha düsük bir sicaklikta gererek gözenek yapisini olusturur.
Sicak germe, daha yüksek bir sicaklik ve daha yavas bir gerilme orani kuIIanarak
gözenek boyutlarini arttirir. Gevseme adimi, film içindeki iç stresi azaltir. Kuru islem,
yalnizca yüksek kristallige sahip polimerler için uygundur. Yas islem, karistirma, isitma,
ekstrüzyon, germe ve katki maddesi çikarma adimlarindan olusur. Polimer reçineler
önce parafin yagi, antioksidan ve diger katki maddeleri ile karistirilir. Karisim homojen
bir çözelti elde etmek için isitilir. Isitilmis çözelti, bir film yapmak için bir tabaka kalibin
içinden itiIir. Katki maddeleri daha sonra mikro gözenekli sonucu olusturmak için uçucu
bir çözücü ile çikarilir. Bu mikro gözenekli sonuç daha sonra tek eksenli (makine yönü
boyunca) veya çift eksenIi (hem makine hem de enine yönIer boyunca) geriIebiIir ve daha
fazla gözenek olusumu saglar. Islak islem hem kristal hem de amorf polimerler için
uygundur. Islak islem ayiricilari genellikle ultra yüksek moleküler agirlikli polietilen
kullanir.
Separatör, pilin güvenligini, iyonik iletkenligini ve elektrokimyasal performansini büyük
ölçüde etkileyen lityum iyon pildeki ana bilesenlerden biridir.
Ticari olaraktemin edilebilen poliolefin bazli separatörlerin özellikleri; düsük gözeneklilik,
yüksek termal büzülme, düsük elektrolit alimi ve tutma, sivi elektrolit ile zayif islanabilirlik
vb. Bu nedenle separatörün belirtilen sakincalarinin ortadan kaldirilmasi önemlidir.
Pil montaj islemi sirasinda, elektrolit kaybini ve buharlasmayi önlemek için separatör
hizla emebilen iyi islanabilirlige sahip olmalidir.
Elektrolitin separatöre esit olarak yayilmasi, pilin Coulombic verimliligini artirmaktadir.
Iyi islanabilirlik, separatör sadece yeterli elektrolit depolamakla kalmaz, ayni zamanda
iyonlarin sorunsuz bir sekilde iletilmesi ile pilin servis ömrünü uzatir.
Separatörler, iyon akisina izin veren ve elektrik kontagini engelleyen gözenekli seçici
geçirgen yapilar olup mevcut poliolefin separatörlerinin gözenek sayisi kisitlidir ve iyon
transferini sinirlamaktadir.
Mevcut teknikte, poliolefin separatörler kuru ve yas yöntemlerle elde edilebilirler ve
polimerler ekstruder yardimi ile ince filmler haline getirildikten sonra germe yöntemi ile
gözenekler olusturulmaktadir. Ideal bir separatörün iyonik direnci sifir olmalidir. Bu
ancak yüksek gözenekler ile saglanabilir. Poliolefinlerde gözeneklilik orani %30 ile %55
arasindadir.
Katyon degistirici membran:
Katyon degistirici membran genel olarak polimer elektrolit membran (PEM) olarak
adlandirilmaktadir. Katyon degistirici membranlar; polimer elektrolit membran yakit
hücrelerinde ve polimer elektrolit membran elektrolizörlerdeki en önemli
komponentlerden biridir.
Polimer elektrolit membranlarin özellikleri;
0 yüksek iyonik iletkenlik
o kimyasal dayanim
o mekanik dayanim
o hidrojen ve oksijen gazlarini geçirmeme
o elektriksel olarak yalitkanlik.
Katyon degistirici membran alaninda önemli üretici firmalar;
Nafion (DuPont Co./ Chemours)
Aquivion (Solvay-Solexis)
Aciplex (Asahi Chemical)
FIemion (Asahi Glass)
Gore-Select (W.L. Gore & Associates)
Üretim prosesleri;
. Eriyik Extrüzyon
o Çözelti döküm (solution casting)
o E-PTFE destekli membran prosesi
PFSA'nin sülfonil florür formundaki öncüsü 200 °C'nin üzerinde erir ve membranlar
haline getirilebilir. DuPont'un 10 yil önce ünlü polimer elektrolit membran yakit hücresi
(PEMFC) membranlari olan Nafion 117, Nafion 115 ve Nafion 112, eriyik-ekstrüzyon
islemi ile hazirlanmistir.
DuPont'un tipik çözelti dökme membranlari sunlardir: Nafion 212 ve Nafion 211. Çözelti
dökme ile üretilen membranlar, genellikle e-PTFE güçlendirme malzemeleri ve katki
maddeleri ile birlestirilerek membranlarin dayanikliligini artirmak için kullanilabilir. Su
anda ticari olarak en çok kullanilan Nafion® katyon degisim membranlari perflorlu veya
kismen florlu malzemelere dayanmaktadir. PEMFC'Ierde en yaygin olarak kullanilan
membranlar genellikle perflorosülfonik polimerlerdir, örnegin 1966 ve 1982'de iki patente
dayali olarak gelistirilen ve o zamanlar Dow Chemical Company'ye atanmis olan Nafion®
gibi (Connolly ve Gresham, 1966, Ezzell vd., 1982). Bu membranlar, floropolimer bazli
sülfonik asit gruplari ile bagli olan perflorosülfonat iyonomer membranlar olarak
siniflandirilir.
1994 yilinda, Gore, e-PTFE'ye proton iletken iyonomeri entegre etme yöntemlerini
gelistirmeye basladi ve mükemmel mekanik dayanikliliga sahip iyonomer/e-PTFE
kompozitlerini üretti. Yüksek yakit hücresi performansi, uzun ömür ve hatta membran
hasarli olsa bile iyilestirilmis güvenlik özellikleri nedeniyle, günümüzde otomotiv yakit
hücresi uygulamalarinda kullanilan çogu PFSA membrani, e-PTFE ile güçlendirilmis
çözelti dökme yöntemiyle üretilmektedir.
Katyon degistirici membranlar için farkli bir üretim yöntemi de asidik formdaki
perflorosülfonik asit (PFSA) iyonlarindan elde edilen pelletler kullanilir. Uygun miktarda
katki ve etanol ile su karisimindan olusan çözücü ile karistirilir. Katki maddeleri, triazol
ve benzimidazol gibi azoller ailesinden gelir. Katki maddesi miktari ve çözücü hacmi,
iyonomerin iyon degisim kapasitesine (IEC) bagli olarak hesaplanir. Pelletler daha sonra
çözücüyü çikarmak için kurutulur.
Kurutulmus pelletler, ekstrüzyon islemi için çok katmanli eritme-üfleme hattina beslenir.
Elde edilen membranlar, katki maddelerini çikarmak için sülfürik asit ve deiyonize (DI)
su ile yikanir. Istege bagli adim, katki maddesinin performansini bozmadan yakit hücresi
yigin kosullandirmasi sirasinda kolayca çikarilabilirse uygulanir.
Geriye kalan adimlar, e-PTFE (genisletilmis politetrafloroetilen) çözücü-döküm süreci ile
aynidir. Membranlar kurutulur ve yüzey kontaminasyonunu önlemek için koruyucu
levhalarla kaplanir.
Mevcut Katyon Degistirici Membranlarin Dezavantailari:
Bu membranlarin içeriginde bulunan polimerler flor içerikli yapilardir. Per ve
polifluoroalkil maddeler (PFAS), özellikle 2000'lerin baslarindan itibaren perflorooktanoik
asit (PFOA) ve perflorooktan sülfonik asidin (PFOS) sürekli tehlikeleri ve yaygin
görülmesinin rapor edilip taninmaya baslamasiyla kamuoyu tarafindan büyük ilgi çeken
sentetik bilesikler sinifini olusturur. O zamandan bu yana, arastirma ve risk yönetimi
önlemleri bu iki PFAS'ten baslayarak genis bir PFAS yelpazesine yayilmistir. Genel
olarak, PFAS'Iar iki kategoriye ayrilabilir; polimerik olmayanlar ve polimerik olanlar. Su
ana kadar, arastirmalar genellikle perfloroalkilkarboksilik asitler (PFCAs),
perfloroalkansülfonik asitler (PFSAs) ve florotelomerlerden türetilen bazi iyi bilinen
polimerik olmayan öncüller gibi, polimerik olmayan PFAS'Iarin kimligini, yasam
döngüsünü, tehlikesini, yayilimini ve maruziyetini ve riskini anlama üzerine
odaklanmistir.
Per ve polifluoroalkil maddeler (PFAS'Iar), 1950'lerden beri çesitli endüstriyel ve tüketici
uygulamalari için yüzey aktif maddelerin ve yüzey koruyucularinin bilesenleri veya ara
ürünleri olarak kullanilmaktadir. PFAS'Iarin yaygin kullanimini popülerlestiren bazi
benzersiz fizikokimyasal özellikleri, çevresel ve insan sagligi endiseleriyle de iliskilidir.
Örnegin, son on yilda birkaç uzun zincirli perfloroalkil asit, kalici, biyo biriken ve toksik
olarak taninmistir. Birçogu dünya çapinda çevre, biota, gida maddeleri ve insanlarda
tespit edilmistir. Bu durum, bu kimyasallarin çevre ve saglik üzerindeki küresel etkisini
azaltma ve daha güvenli aIternatierre dogru küresel bir geçise destek olma amaciyla risk
azaltma yaklasimlarinin gelistirilmesine yol açmistir.
Bes Avrupa ülkesi tarafindan ECHA'ya sunulacak olan Per ve polifluoroalkil maddeler
(PFAS'Iar) kisitlama teklifi, AB'nin Kimyasal Stratejisi için önemli bir direktir. Ancak, bir
kisitlama, özellikle floropolimerleri içeren bir PFAS grup yaklasimini benimserken
bunlarin özel profilini dikkate almazsa ve kullanimlarin zorunlulugunu, kullanima hazir
alternatiflerin bulunabilirligini ve sosyo-ekonomik, endüstriyel ve çevresel etkileri
yeterince degerlendirmezse, AB'nin yeni hidrojen sektörü için felaketle
sonuçlanabilecegi öngörülmektedir. Temiz teknolojiler, yesil geçis ve enerji güvenligi için
esastir ve bu nedenle gelisebilmeleri için olumlu bir düzenleyici çerçeveye ihtiyaç duyar.
Yüksek enerji tüketimi üretim prosesi için önemli bir dezavantajdir.
Anyon Degistirici Membranlar:
Polimer ana zinciri, AEM membranlarin mekanik dayanikliligini ve stabilitesini
belirlemede önemli bir ögedir. Membranin mekanik stabilitesini saglamak için aromatik
halkalar veya perflorine edilmis yapilar gibi rijit bir yapi eklenmesi, membranin mekanik
stabilitesinde önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, kötü boyutsal stabilite sorununu ele
almak, membranin genel mekanik dayanikliligini tehlikeye atabilir. Anyon degistirme
membranlarinda (AEMs) çesitli malzemeler ana zincir olarak kullanilmistir; bunlar
arasinda oksidasyona dayanikli rorIu polimerler, hidrokarbonlardan türetilen aromatik
polimerler, kondensasyon polimerleri ve blok polimerler bulunmaktadir. Polimer ana
zincirinin seçimi, dogrudan bir dizi membran özelligini etkiler, örnegin rijitlik, çekme
dayanimi, su emilimi, OH- iletkenligi ve kimyasal stabilite.
Son birkaç yilda, içsel rijitlikleri ve etkileyici termal stabiliteleri nedeniyle aromatik
polimerlere artan bir ilgi gözlemlenmistir. Ancak, aromatik polimerlerin özellikle benzen
karbon sitelerindeki reaktif oksijen radikallerinden zarar görebilecegi unutulmamalidir.
Bu hassasiyeti ele almak için çapraz bagli bir yapi tanitilabilir; bu, polimer zincirlerini
veya bas gruplarini radikal saldirilardan koruyarak onlara bir kalkan saglayabilir. Ticari
membranlar ve özellikleri hakkinda kapsamli bir genel bakis sunmak amaciyla, kimyasal
yapilarina, ana zincir tiplerine, OH- transferi için fonksiyonel gruplara ve ilgili özelliklere
göre farkli membranlarin özetini sunmaktadir.
Bugüne kadar, bilimsel topluluk içinde bu belirli su elektrolizeri (WE) ve yakit hücresi
(FC) uygulamasi için evrensel olarak kabul edilmis bir ticari standart bulunmamaktadir.
Ancak, çesitli ticari membranlar bu amaçlar için kullanilmaktadir. AEM membranlari
genellikle elektroliz, yakit hücreleri, elektrodializ, tuz giderme ve redoks akü gibi genis
bir uygulama yelpazesi için tasarlanmistir. Anyon degistirici reçine membranlari alaninda
kapsamli bir arastirma ve ilerleme, yedi on yili askin bir süredir devam etmektedir.
Mevcut Ticari Anyon Degistirici Membranlar;
a) Fumatech: FAA Serisi
FAA serisi membran, bagimsiz distribütörlerden veya dogrudan Fumatech'ten temin
edilebilen bir anyon iyon degistirici membrandir. Farkli kalinliklarda bulunabilir ve
desteksiz bir membran olarak veya polieter eter keton (PEEK) veya (polipropilen) PP
takviye ile birlikte alinabilir. Bu membran, ana zincirde kovalent bagli dört amonyum
gruplarina sahip olan poliaromatik bir polimerden olusur ve ayni zamanda ana zincir
içinde bulunan eter baglarina sahiptir.
Dioxide Materials: Sustainion® X37-50
Richard Masel'in arastirma ekibi tarafindan gelistirilen ve Dioxide Materials tarafindan
üretilen Sustainion membranlari, Dioxide Materials veya bagimsiz distribütörlerinden
dogrudan satin alinabilen ticari bir üründür. Bu membranlar, imidazol fonksiyonlu poli(4-
vinilbenzil klorür-co-stiren) temeline dayanan bir tasarimi kullanir. Özel ürün kodu olan
Sustainion 37-50, %37 molar oraninda 4-vinilbenzil klorür içeren bir kopolimer bilesimini
ve 50 pm kalinligini belirtmektedir. Sustainion membranlari ilk olarak 2015 yilinda
gelistirilmis ve patentlenmistir.
AemionTM membranlari, Simon Fraser Üniversitesi'ndeki Holdcroft grubu tarafindan
gelistirilmis olup metillenmis polibenziimidazol (PBI) kimyasina dayanmaktadir. Ilk
asamalarda bu membranlar baslangiçta "fonksiyoneIIestiriImis-PBI" olarak adIandiriImis
ve polibenziimidazol (PBI) sentezlenmis bir tetraamin ve mesitylen içeren bir diasetten
türetildigi anlamina gelmistir.
Geleneksel PBI membranlarinin, imidazolyum bileseninin C2 konumundaki hidroksit
saldirilarina karsi duyarli olmalarina ragmen, AemionTM membranlari en az iki fenil
halkasi içeren modifiye bir yapi kullanir ve komsu imidazolyum iyonlarinin pozitif yüklerini
stabilize etmek için tasarlanmistir. Bu tasarim gelistirmesi, AemionTM membranlarini tüm
pH ölçeginde (0-14) dikkate deger bir kimyasal stabiliteye sahip kilar ve bu da AemionTM
membranlarini güçlü kimyasallarin etkili bir sekilde geri kazanimi ve yeniden kullanimi
için son derece uygun hale getirir. Bu membranlar, AEMFC ve AEMWE gibi çesitli
uygulamalarda, sicak ve güçlü aIkaIi ortamlarda istisnai performans sergilemistir.
Orion TM1
Orion TM1 olarak bilinen membran bilimsel literatürde poly(terfenilen) olarak
adlandirilmaktadir.
Karsilasilan zorluklardan biri, hidrasyon durumundayken mekanik stabiliteleridir.
Bulusun Amaci
Bulus, mevcut durumlardan esinlenerek qusturqup yukarida belirtilen olumsuzluklari
çözmeyi amaçlamaktadir.
Bulusun ana amaci, mevcut teknolojilerden daha iyi performans saglayan batarya
separatörü, katyon degistirici membran ve anyon degistirici membran gelistirilmesini
saglamaktir.
Bulusun batarya separatörü olarak avantailari;
o Elektro egirme yöntemi ile yüzey alani daha yüksek ve yüzey gözenekliligi daha
yüksek separatörler,
o Pilin sarj süresinin kisalmasi,
o Pilin servis ömrünün arttirilmasini saglamaktir. Bu durum homojen poroziteli
separatörler ve kullanilan separatör üretim malzemelerinin kullanilmasi ile
elektrolitin separatör üzerinde daha iyi yayilmasi ile elde edilir.
Bulusun diger bir amaci, sicaklik dayanimi yüksek polimerler kullanilarak batarya
separatörü olarak kullanilacak membranlarin yüksek sicakliga dayaniminin
arttirilmasidir.
Bulusun diger bir amaci, daha güvenli, daha emniyetli ve sicaklik degisimlerinden daha
az etkilenen pil üretiminin saglanmasidir.
Bulusun yakit hücresi ve elektrolizörler icin katyon ve anyon degistirici membran olarak
avantailari;
o daha genis yüzey alani,
0 daha yüksek iyonik iletkenlik degeri,
0 daha düsük maliyet,
o daha düsük karbon ayak izi.
Yukarida anlatilan amaçlari yerine getirmek üzere bulus, bataryaIarda, yakit
hücrelerinde ve elektrolizörlerde kullanilmak üzere mevcut ticari ürünlerden daha yüksek
yüzey alanina ve performansa sahip ve sicaga dayanikli membran üretim yöntemi qup,
. tek ve/veya daha fazla çözelti hazirlanmasi,
o çözeltiye/çözeltilere tercihen igneli veya ignesiz elektroegirme prosesi
uygulanmasi,
o nanofiber membran elde edilmesi,
o nanofiber membranlarin kimyasal islemlerle muamele edilmesi,
o tercihen, elde edilen nanofiber membranin paketlenmesi
Bulusun alternatif bir yönteminde, tek çözelti olmasi durumunda, %8-20 oraninda birinci
18°C-100°C sicakliginda 15 dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak çözelti
hazirlanmaktadir.
Bulusun alternatif diger bir yönteminde, iki çözelti olmasi durumunda,
oraninda çözücü, %0-5 oraninda tuz, %0,01-15 oraninda mukavemet arttirici
dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak birinci çözeltinin hazirlanmakta ve
0 %5-20 oraninda mukavemet arttirici malzemenin ve bir veya daha fazla
çözünün 2 dakika ila 8 saat arasinda 18° C-100°C sicakliginda karistirilarak
ikinci çözeltinin hazirlanmaktadir.
Bulusun alternatif diger bir yöntemi, elde edilen membranin katyon degistirici olarak
kullanilmasi üzere;
elde edilen membrana kimyasal islemler uygulanmasi,
kurutma islemi yapilmasi,
paketleme yapilmasi
Bulusun alternatif diger bir yöntemi, elde edilen membranin anyon degistirici olarak
kullanilmasi üzere;
0 elde edilen membrana iyonik iletken polimer kaplamasi ile çözelti döküm
yöntemiyle kaplama yapilmasi,
0 kimyasal islem uygulanmasi,
o kurutma islemi yapilmasi,
0 paketleme yapilmasi
Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve
bu sekillere atifIar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak
anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz
önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.
Bulusun Anlasilmasina Yardimci Olacak Sekiller
Sekil 1, batarya ve elektrolizörlerde kullanilan membranin üretim asamalarini gösteren
blok diyagramdir.
Sekil 2, katyon degistirici olarak kullanilan separatörün üretim asamalarini gösteren blok
diyagramdir.
Sekil 3, anyon degistirici olarak kullanilan separatörün üretim asamalarini gösteren blok
diyagramdir.
Sekil 4, igneli (a) ve ignesiz (b) elektroegirme tekniklerine ait görünümlerdir.
Parça Referanslarinin Açiklamasi
1000. Çözelti hazirlama
1001. Elektroegirme prosesi
1002. Nanofiber membran elde edilmesi
1003. Paketleme yapilmasi
2004. Kimyasal islemler uygulanmasi
2005. Saf su ile duruIama yapilmasi
3001. Iyonik iletken polimer kaplamasi ile çözelti döküm yöntemiyle kaplama
Bulusun Detayli Açiklamasi
Bu detayli açiklamada, bulusa konu olan membran (separatör) üretim yönteminin tercih
edilen yapilanmalari, sadece konunun daha iyi anIasiImasina yönelik olarak
açiklanmaktadir.
Sekil 1'de blok diyagrami verilen, bataryalarda, yakit hücrelerinde ve elektrolizörlerde
kullanilmak üzere yüzey alani ve uygun yüzey gözenekliligi, yüksek iyonik iletkenlik ile
sicaga dayanikli membran üretim yöntemi;
tek ve/veya daha fazla çözelti hazirlanmasi (1000),
çözeltiye/çözeltilere tercihen igneli veya ignesiz elektroegirme prosesi (1001)
uygulanmasi,
nanofiber membran elde edilmesi (1002),
kimyasal islemlerin uygulanmasi,
tercihen, elde edilen nanofiber membranin paketlenmesi (1003)
Bulusun alternatif bir yönteminde, tek çözelti olmasi durumunda, %8-20 oraninda birinci
18°C-100°C sicakliginda 15 dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak çözelti
hazirlanmaktadir (1000).
Bulusun alternatif diger bir yönteminde, iki çözelti olmasi durumunda,
oraninda çözücü, %0-5 oraninda tuz, %0,01-15 oraninda mukavemet arttirici
dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak birinci çözeltinin hazirlanmakta
(1000) ve
çözünün 2 dakika ila 8 saat arasinda 18° C-100°C sicakliginda karistirilarak
ikinci çözeltinin hazirlanmaktadir (1000).
Sekil 2'de blok diyagrami verilen bulusun alternatif diger bir yöntemi, elde edilen
membranin katyon degistirici olarak kullanilmasi üzere;
elde edilen membrana kimyasal islemler uygulanmasi (2004),
saf su ile duruIama yapilmasi (2005),
kurutma islemi yapilmasi (2006),
paketleme yapilmasi (1003)
Sekil 3'te blok diyagrami verilen bulusun alternatif diger bir yöntemi, elde edilen
membranin anyon degistirici olarak kullanilmasi üzere;
0 elde edilen membrana iyonik iletken polimer kaplamasi ile çözelti döküm
yöntemiyle kaplama yapilmasi (3001),
o kimyasal islem uygulanmasi,
o kurutma islemi yapilmasi (2006),
o paketleme yapilmasi (1003)
Bulusumuz elektroegirme prosesi (1001) ile bir nanofiber yapinin üretilmesi (1002) ve bu
nanofiber yapinin daha sonra kimyasal islemlerle (2004) istenilen özellikleri karsilayacak
sekilde islem görmesi için uygulanacak yöntemleri kapsamaktadir. Üretilen nanofiber
yapi islem görmeden de batarya separatörü uygulamalarinda kullanilabilecektir. Üretilen
nanofiberlerden yapi, ayni polimerin nano fiberlerini içerebilecegi gibi farkli polimerlerden
üretilen nanofiberlerin ayni anda üretilen nanofiberlerini de içerebilecektir.
Bulusun alternatif yapilanmasinda, tek polimer içeren nanofiber içerigi olabilecegi gibi iki
veya daha fazla polimer içeren nanofiberler de qusabiImektedir.
Bulusun alternatif diger bir yapilanmasinda, tek bir polimerden üretilen nanofiber
içeriklerinde katki ihtiva etmeyebilecekleri gibi içeriginde katki içeren nanofiberlerde
bulunabilir.
Bulusun alternatif diger bir yapilanmasinda, bir polimer ile farkli bir polimer tek bir çözelti
olusturacak sekilde ayni çözücü içerisinde çözülerek ayni nanofiber içerisinde farkli iki
polimerin ve katkilarin bulundugu bir nanofiber yapi elde edilebilir. Böyle bir yapiyla
birlikte tek bir polimer içeren baska bir polimerden elde edilen nanofiberler de ayni yapi
içerisinde bulunabilir.
Resim 1, Resim 2 ve Resim 3'te yukarida bahsedilen nanofiber üretimi için hazirlanacak
çözeltiler hakkinda detaylar verilmektedir:
çözücü (tek veya birden fazla çözücü kansimi olabilir.
çözücü (rek veya birden fazla çözücü karisimi olabilir
plastifîyan (opsiyon) 2.polimer plasiifryan (opsiyon)
tuz (opsiyon) 1.Folimer g› m ( opsiyon]
57"," 'HRK 'uff `2`i
polimer çözücü kansimi olabilir.
z.polimer
1.polimer
plastifiyan (opsiyon)
+_____ tuz (opsiyon)
çözücü (tek veya birden fazla çözücü kansimi olabilir.
polimer
plastiüyan (opsiyon)
iüpolimer x›
tuz (opsiyon)
k,, nano katkilar
çözücü (tek veya birden fazla
zvpolimer ve daha
fazla sayida polimer
çözücü (tek veya birden
tuz (opsiyun)
fazla çözücü karisimi olabilir.
zipolimer
ipolimer \ : plastiffyan (opsiyon)
Resim 1: Birfiberin farkli içerikteki kombinasyonlari
Çözücü (tek veya birden
fazla çözücü karisimi çözücü (uk veya birden
olabilir. _ fazla çözücü karisimi
tuz (opsiyon) LDOIIME' / piascifiyan (opsiyon)
ipolimer
çözücü (tek veya birden
tuz (opsiyon)
plastifi'yan (opsiyonl
Resim 2: Farkli yapidaki fiber kombinasyonlarindan olusan membran teorikleri
çözücü (tek veya birden çözücü (tek veya birden
fazla çozucu kansimi oabilir tuz (opsiyon)
irpolimer
fazla çözücü karisimi olabilir.
plastilîyan
z.polimer
N 4/ (opsiyon)
tuz (opsiyuri)
-9- -10-
çözücü (tek veya birdeii
çözücü (lik veya birden çözücü (uk mi birden çözüm?' (EE.î veya birden . . nano katkili/ fazla ;ozucu karisimi olabilir.
hz.. ;üzücü karisimi ohh-,ün fazla ;i'iii'inü karisimi olabilir. "1" WM" “mm“ “W“ M (wsivonl mm" iiii (W)
(m1 opsivoni piasuriyaii (opsiyon) :polimer (plastifrvin) ipolimer phsüivan [opsiyon]
çözücü (tek veya birden Çélün'i [tek var: birden v. . a .
fazla ;ozucu karisimi olabilir. fazla ;nzucu hrisimi olabilir. fazla çözücü karisimi olabilir.
niz [opsiynn] katkilar lux (miyim) ( p 'W )
ipolimer pl: 5 n (opsiyon) V . V poimer plasufîvan [opsiyon]
. _ _ . Çözücü (uk vw: birden çözücü (mi veva mm." Çözücü (tik viva birden
Çorum (Kek vay: bnde" fazla çözücü karisimi olabilir. mi. ;isgücü mâ...“ alabilir ini: çözücü karisimi olabilir.
fazla çözücü karisimi olabilir. na n o katkili/
m (opsiyon) WII” tuz (opsivon) W_ mi (opsiyon) Kuz (opsivo'I)
3. imer - .
”alim, /piamfmii (opsiyon) Man (opsiyon) plasfiüvaii (opsiyon) Lpoiimir pl mm“ (miyim)
/ Lpolimer /
l i 1 › 1 `3 ( i
çözücü (tek veya birden çözücü: [zelî viva binen _ V çözücü (tek veya birdeii çözücü (tek veya birden çözücü [tek viva birden
› katki !polimer ilmin" 5 polimer
1 al' plaslzfivan plaslifivan plastifîyan (opsiyon) plastiüvan ' i sn' ~
ip imer W) W) . p a iyan (opsiyon
iupsiynn) K
Çözücü (tek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
Çözücü [tek veya birden
Çözücü [tek veya birden
Lpolimer m1 (opsiygn) :Lpolirrier tuz [opsiyon] sayida polimer
Lpolimer g &planina; \ / DW" Zipohmer \› +l>hîüflvan
opsiyon › › .
-15- -17-
fti'olzüciiîi (tek veya birden çözücü (tek veya birden
4 la çözücü karisimi olabilir. çözücü (tek veya birden fazla ölüm ka mi olabil'r.
z.po|imer ve fazla çözücü kansimi olabilir ç "3" I
dana fazla sayida mi (opsiyon) . tuz (opsiyon)
polimer 4 ”Mimar tuz lopsivon) Lpolimer ,im-fm,,
Plasnfivan \ plastifryan \ (opsiyon)
Â/ (opsiyon)
Lpolimer\A A/Iopsivon)
çözücü (tek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
tuz (opsiyon)
phst'rfiyan
ODSIYWI]
Z.polimer
çözücü (mek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
Lpolimer \\. plasl'ifîYIn
/lopsiwnl
çözücü (Iiek veya birden
mi (opsiyon)
i.polimer plastiüyan
çözücü (tek veya birden
(uz (opsiyon)
plasfifiyan
Lpolirrier
Çözücü [tek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
ipolimer X tuz(opsiyon)
çözücü (tek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
/ hsdfryan
A/fopsiyoni
Lpolimer
çözücü (tek veya birden
plastifiyan
/ (opsiyon)
çözücü (tek veya birden
fazla çözücü karisimi olabilir.
ipolimer \
NI (opsiyon)
phsrifryan
A/(opsivun)
çozucu [tek veya birden
fazla çoiucu karisim olabilir
çozucu [tek veya birden
çozucu (tek 'veya !1 rden
tuz ijopsi'von', ' i
2 pol Her 7 I tuz i_0ps ionl &anilar 1 h
r › i'ne' asr an
clasrfiyan po plastifwan 1 climer p v
i polimer p IOPSWOHI
Resim 3: Farkli yapidaki fiber kombinasyonlarindan olusan membran içerikleri
Polimer çözeltisi hazirlanarak (1000) eIektroegirme prosesi (1001) ile nanofiber yapida
membranIarin olusturulmasi (1002) sagIandiktan sonra olusturulan membran yapisina
gerekli görüldügü takdirde uygun yükIerin yüklenmesi veya mekanik özelliklerinin
iyilestirilmesi amaci ile kimyasal isIem yapilabilmektedir (2004).
Nanofiberlerin üretimi igneli eIektroegirme (eIektrospining) prosesi (1001) ile
yapilabilecegi gibi, ignesiz ve eIektroegirme prosesleri de (1001) yapilabilmektedir.
Elektroegirme tekniklerinin görseIIeri Sekil 4'te verilmistir.
Igneli ve ignesiz eIektroegirme proseslerinde (1001) polimer besleme çubuklari
birbirlerine paraIeI olacak sekilde sayi olarak isteniIen sayida arttiriIabiIir. Polimer
çözeltiIerinin hazirlanmasi bölümünde verilen bilgilere göre her polimer besleme çubugu
ayni poIimer iIe besIenebiIir veya her çubuk farkli poIimer çözeltisi iIe besIenebiIir veya
beIIi sayida besleme çubugu farkli polimer veya polimer çözeltiIeri iIe beslenebilir.
Polimer besleme çubugunun uzunlugu üretilecek membran enine uygun sekilde
ayarlanabiImekIe birIikte igneIi eIektroegirme tekniginde igne sayisi da degiskenlik
gösterebilmektedir.
Bulusa konu olan yöntem ile üretilen membran/n (separatörün) en temel farkliliklari.'
o Nanofiber yapinin eIektrospining iIe qusturqup, ayni ve/veya farkli poIimer
ve/veya kompozit poIimerIer ve/veya katki içerikIerindeki nanofiber yapinin farkli
uygun özellikleri tasimasi durumunda batarya separatörü olarak kullanilabilir.
0 Tamamen eIektroegirme ile üretilmis ayni veya farkli poIimerIerden olusan
fiberIer, kompozit yapiIi nanofiberIerden elde edilen yapinin kimyasal isleme tabi
tutulmasi (2004), bu proses ile flor içermeyen iyon iletici membran/separatörlerin
daha genis yüzey alanina sahip olarak üretilebilmeleri mümkün olmaktadir.
0 Yapinin kimyasal islem (2004) sonrasi saf su ile yikanmasi (2005) ve
kurutulmasidir (2006).
Ticari olarak satista olan membranIarda yukarida bahsedilen üretim yöntemi
kullanilmamaktadir. Literatürde elektroegirme metodu ile yapilan bazi arastirma
çalismalari olsa dahi uygulamaya özel olarak nanofiber yapinin olusturma teknikleri
ve/veya kimyasal islemler (2004) bu bulustaki entagrasyondan farklilik göstermektedir.
Katyon degistirici membran/ar için uygulanabilecek kimyasal islemler su sekildedir:
o Belirli derisimlerde fosforik asit (%10-%90) ve/veya sülfürik asit (0,001N-5N) ile
18-60°C sicakliginda 2 dk ile 48 saat arasinda muamele islemi kimyasal islem
olarak uygulanmaktadir. Ayrica önce bir asit ile sonra ikinci bir asit ile olmak üzere
kimyasal islem birden fazla sayida tekrarlanabilir.
Anyon degistirici membran/ar için elde edilen nanofiber yapi için uygulanacak olan
kimyasal islemler su sekildedir:
o Elde edilen nanofiber yapinin tek tarafi ve/veya her iki tarafi iyonik iletken
kaplama/kaplamalar ile kaplanabilir (3001). Yapilan kaplama islemi sonrasi
kimyasal islemler uygulanmakta ve kurutma islemi (2006) yapilarak yikama
prosesi (2005) olmadan membran üretimi gerçeklestirilmis olur.
Bu bulus içerisinde bahsedilen tüm polimer yapilar ve kaplamalar tamamen florsuz
yapilardir. Ticari ürünlerin neredeyse hepsi flor içermektedir. Ayrica, bu bulusta
kullanilan polimerler poliakrilonitril homo polimer ve kopomilerlerine dayalidir. Elde
edilecek genel avantajlar:
0 Çevre dostulugu: FIor içermeyen membranIar, çevre dostu ve geri
dönüstürülebilir malzemelerden üretilebilir. Bu da daha sürdürülebilir bir enerji
0 Yüksek performans: Gelismis malzeme teknolojileri, flor içermeyen
membranIarin dayanikliligini ve performansini artirabilir. Ayrica, elektroegirme
prosesi ile elde edilen nanofiber yapi iyon transferini arttirici kanallarin
olusmasini saglayarak iyon iletkenligini arttirici yönde etki etmektedir.
Mukavemet olarak nanofiber yapilarin mukavemet arttirici özelligi oldugu
literatürde örnekleri ile yer almaktadir.
0 Kullanilan poliakrilonitril bazli polimerlerin bataryalarda kullanilan elektrolitler ile
uyumunun yüksek olmasi ve bunlar ile üretilen separatörlerin elektrolit iIe
islanmalarinin mevcut ticari separatörlerden daha yüksek olmasi ile batarya
hücreleri içinde iyon iletiminin homojen ve daha yüksek olmasi ile bataryalarin
ömürlerinin ve performanslarinin artmasi sonucu ortaya çikacaktir.
o Anyon ve katyon degistirici membranlarin kullanildigi elektrolizör ve yakit
hücrelerinde membranlarin iyon iletkenliklerinin arttirilmasi ve mevcut ticari
membranlardan daha yüksek sicakliklarda kullanilabilir hale gelmeleri nedeni ile
elektrolizör ve yakit hücrelerinde kullanilan pahali katalizörlerin kullanim
miktarlarinin azaltilmasi saglanacaktir. Bu durum elektrolizör ve yakit
hücrelerinin maliyetlerinin azalmasini saglayacaktir.
0 Uygulama çesitliligi: Bu membranlar, enerji depolama sistemlerinden elektrikli
araçlara kadar çesitli uygulamalarda kullanilabilir.
0 Ekonomik avantajlar: Flor içermeyen membranlarin üretiminde kullanilan
malzemelerin maliyetleri, daha ekonomik bir üretim süreci için optimize edilebilir.
Tip membran içerigi.' Tek çözeltiden nanofiber üreti/erek membran üretilmesi
Asagida tanimlamalari yapilan polimer, çözücü, tuz ve mukavemet arttirici destek ve
katki kullanilarak hazirlanacak çözeltiden (1000) elektroegirme prosesi (1001) ile
nanofiber olusturulmasi (1002) sonucu üretilen membran, tek çözelti olarak hazirlanmis
çözelti elektroegirme prosesi (1001) ile üretilir. Burada kullanilacak 1. polimer, %8-20
oraninda çözeltide bulunacaktir. 2. Polimer, çözeltide %0,1-20 oraninda bulunmalidir.
Çözücü olarak, belirtilen çözücüler tek baslarina kullanilabilecegi gibi karisim olarak
kullanilabilir. Çözücülerin, çözelti içindeki toplam orani %50-92 oranindadir. Kullanilacak
tuz malzemenin toplam çözelti içerigindeki maksimum %5 olacaktir. Mukavemet arttirici
malzemenin çözeltideki orani %0,01-15 arasindadir.
Katki malzemeler, karisim olarak veya tek baslarina kullanilabilir. Katkilarin toplam
çözelti içindeki miktari %0,01-20 araligindadir. Çözelti içerigindeki malzemeler 18°C-
100°C sicakliginda karistirilarak sirasi ile veya tek seferde katilir. Çözeltinin
karistirilmasi 15 dakika ile 8 saat arasinda degisiklik gösterebilir. Hazirlanan çözelti seri
üretim için tasarlanmis, ignesiz veya igneli elektroegirme cihazinin çözelti besleme
bölümüne uygun sekilde aktarilir. Polimerin yüksek voltaj ile yüklenmesi için seçilen
voltaj araligi elektroegirme makinesinin voltaji 15kV-100kV arasinda belirlenir. Yüksek
voltaj bu degerlerle sinirli degildir. Elektroegirme makinesinde polimer beslemesi için
kullanilan igneli veya ignesiz besleme ekipmani ile toplayici plaka ve/veya toplayici
tasiyici malzemesinin uzakligi, 15 cm-150 cm araliginda olabilir. Bu degerlerle sinirli
degildir. Üretilen nanofiberlerin toplanacagi toplayici tasiyici malzemesi elektroegirme
cihazina uygun sekilde yerlestirilir. Polimer çözeltisi yerlestirildikten sonra uygun
toplayici-polimer besleme uzakligi ayarlanacaktir. Belirlenen yüksek voltaj beslenmesi
için yüksek voltaj ayarinin yüksek voltaj kaynagindan yapilmasi ve/veya seri üretim
yüksek voltaj kaynaginin açilmasi islemi yapilir. Elektroegirme sisteminde seri üretim
elektro egirme cihaz tasarimina göre çözelti besleme debisinin belirlenmesi yapilir ve
belirlenen debi de polimer çözeltisinin sisteme beslenmesi yapilir. Nanofiber olusumu
meydana gelir ve bu durumda istenen membran kalinligina göre toplayici ve/veya
toplayici tasiyicinin hizi belirlenir. Belirlenen kalinlikta nanofiber üretimi yapilan toplayici
tasiyici ilerletilir ve toplama rulosuna sarilarak toplanir. Elde edilen nanofiber yapi
batarya separatörü olarak kullanilabilir.
Katyon degistirici membran kimyasal islemi:
Elde edilen nanofiber yapi, fosforik asit çözeltisinde (% 5-90 derisimde) ve/veya sülfürik
90°C sicakliginda araliginda karistirilarak ve/veya karistirma olmadan bekletilir.
Kurutma (2006) sonucunda elde edilen membran katyon degistirici membrandir. Tasiyici
üzerinden ayrilarak alt ve üst kisminda koruyucu tabakalar olacak sekilde bir ruona
o 1.Polimer: Poliakrilonitril homopolimer/kopolimer (2-20% metill akrilat, vinil asetat
(Vac), Poliakrilonitril-b-Polistiren, metakrilik asid (MAA), akrilamid (AM),
metakrilik asit ve dimetilaminoetil ester (DEMA), poli(akrilonitril-vinil asetat-
dimetilaminoetil ester), Poli(AN-VA-DEMA), selüloz, polimetil metakrilat
o 2.Polimer: SEBS (Stiren Etilen Butilen Stiren)
. Çözücü/çözücüler: etiIen karbonat, güçlü polar aprotik dimetil süIfoksit (DMSO),
dimetil formamid (DMF), dimethylamylamine (DMAA), dimetilasetamid (DMAc),
siklohehzan, tetrahydrofuran (THF) ve inorganic solvent/çözücüler nitrik asit,
çinko klorürün konsantre sulu çözeltisi, sodyum tiyosiyanat vb.
o Tuz: Tetraalkilamonyum iyonu, tetraetilamonyum bromid (TEAB), sodyum klorür,
magnezyum klorür, potasyum klorür, Iityum klorür, çinko klorür, sodyum nitrat,
kalsiyum klorür, çinko klorür ve bunlarla sinirli kalmayacak sekilde elektrik çözelti
iletkenligini arttirici tuzlar.
o Mukavemet arttirici destek malzeme: SEBS (Stiren Etilen Butilen Stiren)
o Katki: boraks dekahidrat ve/veya boraks penta hidrat ve/veya melamin
Tip membran içerigi: Iki farkli nanofiber üretilerek membran olusturulmasi
Bu membran içerigi iki farkli polimer çözeltisinden üretilen iki farkli nanofiber yapisindan
olusmaktadir. Asagida bilgileri verilen Çözelti-1 ve Çözelti-2 ayni zamanda elektroegirme
makinesinde (igneli veya ignesiz polimer beslemeli) farkli polimer besleme bölgelerine
yerlestirilerek ayni anda nanofiber üretimi ile iki farkli polimer çözeltisinden üretilen
nanofiberler içeren membran yapisi elde edilir. Istenen membran kalinligina göre üretim
hizi belirlenir.
Çözelti -1'in Hazirlanmasi:
Asagida tanimlamalari yapilan polimer, çözücü, tuz ve mukavemet arttirici destek ve
katki kullanilarak hazirlanacak çözeltiden (1000) elektroegirme prosesi (1001) ile
nanofiber olusturulmasi (1002) sonucu üretilen membran, tek çözelti olarak hazirlanmis
çözelti elektroegirme prosesi (1001) ile üretilir. Burada kullanilacak 1. polimer, %8-20
oraninda çözeltide bulunacaktir. 2. Polimer, çözeltide %0,1-20 oraninda bulunmalidir.
Çözücü olarak, belirtilen çözücüler tek baslarina kullanilabilecegi gibi karisim olarak
kullanilabilir. Çözücülerin, çözelti içindeki toplam orani %50-92 oranindadir. Kullanilacak
tuz malzemenin toplam çözelti içerigindeki maksimum %5 olacaktir. Mukavemet arttirici
malzemenin çözeltideki orani %0,01-15 arasindadir.
Katki malzemeler, karisim olarak veya tek baslarina kullanilabilir. Katkilarin toplam
çözelti içindeki miktari %0,01-20 araligindadir. Çözelti içerigindeki malzemeler 18°C-
100°C sicakliginda karistirilarak sirasi ile veya tek seferde katilir. Çözeltinin
karistirilmasi 15 dakika ile 8 saat arasinda degisiklik gösterebilir.
Çözelti-2'nin Hazirlanmasi:
Mukavemet arttirici malzeme olarak kullanilacak olan SEBS (Stiren Etilen Butilen Stiren)
polimer malzemesi ve çözücü olarak asagida bahsedilen çözücülerin tek baslarina veya
birlikte olacak sekilde bir karisim (Örnek çözücü karisimi: %70 siklohekzan, %20 DMF
ve %10 THF) ile çözelti olusturulur. Çözelti içerisindeki SEBS miktari % 5-20 arasinda
olmalidir. Hazirlanan çözelti 2 dakika ila 8 saat arasinda 18° C-100°C sicakliginda
karistirilir.
Seri üretim elektroegirme makinesinde ayni anda farkli iki çözeltiden ayni anda nanofiber
üretimi ile kompozit nanofiberden membran üretilmesi için Çözelti-1 ve Çözelti-2
elektroegirme makinesinin çözelti besleme bölümlerine ayri ayri olacak sekilde
yerlestirilir. Besleme çözeltilerinin yüksek voltaj ile yüklenmesi için seçilen voltaj araligi
elektroegirme makinesinin voltaji 15kV-100kV arasinda belirlenir. Yüksek voltaj bu
degerlerle sinirli degildir. Elektroegirme makinesinde polimer beslemesi için kullanilan
igneli veya ignesiz polimer çözeltisi besleme ekipmani ile toplayici plaka ve/veya
toplayici tasiyici malzemesinin uzakligi, 15 cm-150 cm araliginda olabilir. Bu degerlerle
sinirli degildir. Üretilen nanofiberlerin toplanacagi toplayici tasiyici malzemesi
elektroegirme cihazina uygun sekilde yerlestirilir. Polimer çözeltisi yerlestirildikten sonra
uygun toplayici -polimer besleme uzakligi ayarlanacaktir. Belirlenen yüksek voltaj
beslenmesi için yüksek voltaj ayarinin yüksek voltaj kaynagindan yapilmasi ve/veya seri
üretim yüksek voltaj kaynaginin açilmasi islemi yapilir. Elektroegirme sisteminde seri
üretim elektro egirme cihaz tasarimina göre çözelti besleme debisinin belirlenmesi yapilir
ve belirlenen debi de polimer çözeltisinin sisteme beslenmesi yapilir. Nanofiber olusumu
meydana gelir ve bu durumda istenen membran kaIinIigina göre toplayici ve/veya
toplayici tasiyicinin hizi belirlenir. Belirlenen kalinlikta nanofiber üretimi yapilan toplayici
tasiyici ilerletilir ve toplama rulosuna sarilarak toplanir. Elde edilen nanofiber yapi
batarya seperatörü olarak kullanilabilir.
Katyon degistirici membran kimyasal islemi:
Elde edilen nanofiber yapi, fosforik asit çözeltisinde (%5-90 derisimde) ve/veya sülfürik
90°C sicakliginda karistirilarak ve/veya karistirma olmadan bekletilir. Sonrasinda saf su
sonucunda elde edilen membran katyon degistirici membrandir. Tasiyici üzerinden
ayrilarak alt ve üst kisminda koruyucu tabakalar olacak sekilde bir ruloya sarilir.
Anyon degistirici membran kimyasal islemi;
Elde edilen nanofiber yapi, %0,01-10 gluteraldehit ve/veya kuaterner amonyum
çözeltisinde/çözelti karisiminda 2 dk ila 24 saat araliginda 18°C-90°C sicakliginda
karistirilarak ve/veya karistirma olmadan bekletilir. Sonrasinda saf su ile 1-3 defa yikama
sonucunda elde edilen membran anyon degistirici membrandir. Tasiyici üzerinden
ayrilarak alt ve üst kisminda koruyucu tabakalar olacak sekilde bir ruloya sarilir
1.Polimer: Poliakrilonitril homopolimer/kopolimer (2-20 % metill akrilat, vinil
asetat (Vac) PoliakrilonitriI-b-Polistiren, metakrilik asid (MAA), akrilamid (AM),
metakrilik asit ve dimetilaminoetil ester (DEMA), poli(akrilonitriI-vinil asetat-
dimetilaminoetil ester) Poli(AN-VA-DEMA), selüloz, polimetilmetakrilat
o 2.Polimer: SEBS (Stiren Etilen Butilen Stiren)
. Çözücü/çözücüler: etilen karbonat, güçlü polar aprotik dimetil sülfoksit (DMSO),
dimetil formamid (DMF), dimethylamylamine (DMAA), dimetilasetamid (DMAc),
siklohehzan, tetrahydrofuran (THF) ve inorganic solvent/çözücüler nitrik asit,
çinko klorürün konsantre sulu çözeltisi, sodyum tiyosiyanat vb.
0 Tuz: Tetraalkilamonyum iyonu, tetraetilamonyum bromid (TEAB), sodyum klorür,
magnezyum klorür, potasyum klorür, Iityum klorür, çinko klorür, sodyum nitrat,
kalsiyum klorür, çinko klorür ve bunlarla sinirli kalmayacak sekilde elektrik çözelti
iletkenligini arttirici tuzlar.
Claims (10)
- STEMLER
- Bataryalarda, yakit hücrelerinde ve elektrolizörlerde kullanilmak üzere yüzey alani ve yüzey gözenekliligi yüksek, sicaga dayanikli membran üretim yöntemi olup, özelligi; 0 tek ve/veya daha fazla çözelti hazirlanmasi (1000), o çözeltiye/çözeltilere elektroegirme prosesi (1001) uygulanmasi, o nanofiber membran elde edilmesi (1002) islem adimlarini içermesidir.
- Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; elde edilen nanofiber membranin paketlenmesi (1003) islem adimini içermesidir.
- Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; paketleme yapilmasi (1003) islem adimini içermesidir.
- Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; elde edilen membranin katyon degistirici olarak kullanilmasi üzere, . elde edilen membrana kimyasal islemler uygulanmasi (2004), . saf su ile duruIama yapilmasi (2005), o kurutma islemi yapilmasi (2006), o paketleme yapilmasi (1003) islem adimlarini içermesidir.
- Istem 4'e uygun yöntem olup, özelligi; kimyasal islem uygulamasinin (2004), o elde edilen nanofiber yapinin fosforik asit çözeltisinde (%5-90 derisimde) gluteraldehit ve/veya kuaterner amonyum çözeltisinde/çözelti karisiminda 2 dk ila 24 saat araliginda 18°C-90°C sicakliginda karistirilarak ve/veya karistirmadan bekletilmesi islem adimini içermesidir.
- Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; elde edilen membranin anyon degistirici olarak kullanilmasi üzere, 0 elde edilen membrana iyonik iletken polimer kaplamasi ile çözelti döküm yöntemiyle kaplama yapilmasi (3001), o kimyasal islem uygulanmasi, o kurutma islemi yapilmasi (2006), o paketleme yapilmasi (1003) islem adimlarini içermesidir.
- Istem 6'ya uygun yöntem olup, özelligi; kimyasal islem uygulamasinin, elde edilen nanofiber yapinin, %0,01-10 gluteraldehit ve/veya kuaterner amonyum çözeltisinde/çözelti karisiminda 2 dk ila 24 saat araliginda 18°C-90°C sicakliginda karistirilmasi islem adimini içermesidir. uygulanmasi (1001) islem adimini içermesidir.
- Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; tek çözelti olmasi durumunda, %8-20 oraninda oraninda katkinin 18°C-100°C sicakliginda 15 dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak çözelti hazirlanmasi (1000) islem adimini içermesidir.
- 10. Istem 1'e uygun yöntem olup, özelligi; iki çözelti olmasi durumunda, oraninda çözücü, %0-5 oraninda tuz, %0,01-15 oraninda mukavemet arttirici dakika ve 8 saat araliginda karistirilarak birinci çözeltinin hazirlanmasi (1000), 0 %5-20 oraninda mukavemet arttirici malzemenin ve bir veya daha fazla çözünün 2 dakika ila 8 saat arasinda 18° C-100°C sicakliginda karistirilarak ikinci çözeltinin hazirlanmasi (1000) islem adimlarini içermesidir.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TR2024002003A2 true TR2024002003A2 (tr) | 2024-03-21 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ren et al. | A novel chloromethylated/quaternized poly (sulfone)/poly (vinylidene fluoride) anion exchange membrane with ultra-low vanadium permeability for all vanadium redox flow battery | |
Park et al. | Nafion/PVDF nanofiber composite membranes for regenerative hydrogen/bromine fuel cells | |
Jang et al. | Highly proton conductive, dense polybenzimidazole membranes with low permeability to vanadium and enhanced H 2 SO 4 absorption capability for use in vanadium redox flow batteries | |
Nasef et al. | Radiation-grafted materials for energy conversion and energy storage applications | |
KR101797274B1 (ko) | 레독스 플로우 이차 전지 및 레독스 플로우 이차 전지용 전해질막 | |
Zhang et al. | Enabling graphene-oxide-based membranes for large-scale energy storage by controlling hydrophilic microstructures | |
Farooqui et al. | Effect of polyaniline (PANI) on Poly (vinylidene fluoride-co-hexaflouro propylene)(PVDF-co-HFP) polymer electrolyte membrane prepared by breath figure method | |
US9059448B2 (en) | Process for producing polymeric electrolyte membrane | |
US10340544B2 (en) | Ion-exchange membrane made of a biaxially stretched β-porous film | |
KR101330571B1 (ko) | 하이브리드 이온교환막 제조방법 | |
Li et al. | Electrospinning fiberization of carbon nanotube hybrid sulfonated poly (ether ether ketone) ion conductive membranes for a vanadium redox flow battery | |
US11545689B2 (en) | Electrolyte membrane | |
Zhang et al. | A novel solvent-template method to manufacture nano-scale porous membranes for vanadium flow battery applications | |
WO2017141878A1 (ja) | 複合高分子電解質膜およびそれを用いた膜電極複合体、固体高分子型燃料電池 | |
Wan et al. | A highly-efficient composite polybenzimidazole membrane for vanadium redox flow battery | |
JP2017503054A5 (tr) | ||
EP2932550A1 (en) | Flow battery having a separator membrane comprising an ionomer | |
WO2014034415A1 (ja) | バナジウム系レドックス電池用イオン交換膜、複合体、及びバナジウム系レドックス電池 | |
TW201703329A (zh) | 複合高分子電解質膜以及使用其之附有觸媒層的電解質膜、膜電極複合物及固體高分子形燃料電池 | |
Wang et al. | Sulfonated poly (ether ether ketone)/poly (vinylidene fluoride)/graphene composite membrane for a vanadium redox flow battery | |
Goo et al. | Polyamide-coated Nafion composite membranes with reduced hydrogen crossover produced via interfacial polymerization | |
JP5189394B2 (ja) | 高分子電解質膜 | |
JP2021153048A (ja) | レドックスフロー電池用電解質膜およびレドックスフロー電池 | |
TR2024002003A2 (tr) | Membran üreti̇m yöntemi̇ | |
JP2023548874A (ja) | 酸-塩基ポリマーブレンド膜 |