Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Improvement of sulfonated polysulfone membrane for direct methanol fuel cell : effect of zeolite Y and sulfonated graphene oxide

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การพัฒนาแผ่นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนจากซัลโฟเนท พอลิ-ซัลโฟน เพื่อใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงจากเมทานอล; ผลของการเติมซีโอไลต์ วายและ ซัลโฟเนท กราฟีนออกไซด์

Year (A.D.)

2015

Document Type

Thesis

First Advisor

Kitipat Siemanond

Second Advisor

Anuvat Sirivat

Faculty/College

The Petroleum and Petrochemical College (วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Petrochemical Technology

DOI

10.58837/CHULA.THE.2015.2066

Abstract

The proton exchange membranes (PEMs) are being developed intensively due to their great potential as a promising power source for transportation, residential, and portable applications. In this work, the novel PEMs consisting of inorganic fillers embedded in sulfonated polysulfone (S-PSF) were fabricated. The effect of zeolite Y and sulfonated graphene oxide (S-GO) was investigated on the thermal and mechanical stability, water uptake, proton conductivity, and methanol permeability. The proton conductivity of S-PSF/zeolite Y membrane increased with increasing zeolite Y content, in parallel with the methanol permeability. It was due to its water retention property. The highest proton conductivity was found at 3 % v/v of S-GO because of the increment of sulfonic acid groups by incorporating of S-GO. The S-GO particles positively affected for blocking water and methanol molecules, caused by the increasing of interfacial interaction between S-PSF and S-GO, leading to the decreases in the water uptake and methanol permeability. Besides, the hybrid membranes, which were S-PSF membrane mixing with both zeolite Y and S-GO, were investigated. They also showed better performance than the pristine S-PSF and Nafion 117 membrane. Therefore, all composite membranes are a potential candidate for being used in DMFC applications.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

แผ่นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน กำลังถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานแบบพกพา และประยุกต์ใช้กับยานพาหนะ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แนฟิออน (Nafion) เป็นพอลิเมอร์ที่ใช้แผ่นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนอย่างแพร่หลายในเซลล์เชื้อเพลิงจากเมทานอล เพราะมันมีความสามารถในการนำโปรตอน และคุณสมบัติทางกายภาพสูง แต่อย่างไรก็ตาม แผ่นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนจากแนฟิออน มีจุดด้อยอยู่ที่ค่าการแพร่ผ่านของเมทานอลที่สูง ซึงทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงนั้นลดลง อีกทั้งราคาของแผ่นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนจากแนฟิออนนั้นค่อนช้างสูง จึงเป็นเหตุผลทำให้มีการพัฒนาแผ่นเยื่อชนิด แลกเปลี่ยนโปรตอนอย่างต่อเนื่อง ในงานวิจัยนี้ ซัลโฟเนท พอลิซัลโฟน (Sulfonated polysulfone, S-PSF) ได้ถูกเตรียมเป็นแผ่นเยื่อชนิดแลกเปลี่ยนโปรตอน โดยการเติมวัสดุเติมแต่งเข้าไป ได้แก่ชีโอไลต์ วาย (zeolite Y) และซัลโฟเนท กราฟีนออกไซด์ (Sulfonated graphene oxide, S-GO) สำหรับระบบที่เติมซีโอไลต์ วาย พบว่า ค่าการนำของโปรตอนและค่าการแพร่ผ่านของเมทานอลของแผ่นเยื่อมีค่าสูงขึ้น เนื่องมาจากคุณสมบัติการกักเก็บน้ำของซีโอไลต์ วาย ซึ่งสามารถช่วยให้โปรตอนเคลื่อนที่ได้ดียิ่งขึ้น และสำหรับระบบที่เติม S-GO พบว่า ค่าการนำของโปรตอนเพิ่มขึ้นได้สูงสุดที่ร้อยละ 3 โดยปริมาตร เพราะว่าสามารถเกิดอันตรกิริยาระหว่าง S-PSF และ S-GO ทำให้สามารถมีช่องว่างสำหรับเคลื่อนที่ของโปรตอนมากขึ้น แต่อันตรกิริยานี้เมื่อมีมากขึ้น จะทำให้ไปลดช่องว่างการแพร่ผ่านของน้ำและเมทานอล ส่งผลต่อการลดลงของค่าการดูดซึมของน้ำและค่าการแพร่ผ่านของเมทานอล นอกเหนือจากนี้ แผ่นเยื่อชนิดแลกเปลี่ยนโปรตอนแบบไฮบริดได้ถูกเตรียมขึ้นด้วยเช่นกัน ซึ่งแผ่นเยื่อไฮบริดนี้จะใช้ทั้งซีโอไลต์ วาย และ S-GO เป็นวัสดุเติมแต่ง โดยพบว่าแผ่นเยื่อชนิดแลกเปลี่ยนโปรตอนแบบไฮบริด ยังคงแสดงประสิทธิภาพที่ดีกว่าแผ่นเยื่อ S-PSF และ แผ่นเยื่อจากแนฟิออน เพราะฉะนั้น จากผลการทดลองในงานวิจัยนี้แผ่นเยื่อชนิดแลกเปลี่ยนโปรตอนแบบคอมโพสิตมีศักยภาพที่ดีสำหรับการใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงจากเมทานอล และสามารถใช้แทนจะแผ่นเยื่อจากแนฟิออนได้อีกด้วย

Link to Full Text

Share

COinS