Journals / Hacettepe Journal of Biology and Chemistry / 2020 / Cilt: 48 - Sayı: 5

Radiation-Grafted Polymer Electrolyte Membranes for Fuel Cells

Yakıt Pilleri için Radyasyonla Aşılanmış Polimer Elektrolit Membranlar

Pages
483–506
Publication Date
2022-10-17
DOI
—
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

This review focuses on the preparation, characterization of fuelcell relevant properties and fuel cell performance of radiation-grafted membranes.

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:Fuel cells are one of the most efficient energy conversion systems to produce electricity.
📊
Key Findings & Data:In this method, typically a base polymer is exposed to ionizing radiationwhich generates active radical sites within the polymer substrate.
💡
Conclusion & Impact:This review focuses on the preparation, characterization of fuelcell relevant properties and fuel cell performance of radiation-grafted membranes.
🔬Design:Review & Systematic Survey
📍Scope:Comprehensive Sample
⚙️Variables:Domain Parameters

Abstract

Fuel cells are one of the most efficient energy conversion systems to produce electricity. A solid ion-conducting polymermembrane is employed as both separator and electrolyte for polymer electrolyte membrane fuel cells and anionexchange membrane fuel cells. Radiation-induced graft polymerization is a versatile method for the fabrication of low-costalternatives to commercial polymer membranes. In this method, typically a base polymer is exposed to ionizing radiationwhich generates active radical sites within the polymer substrate. Then a suitable vinyl monomer is polimerized on theseactive sites to form a graft copolymer. Finally, a subsequent chemical treatment is performed to introduce hydrophilicgroups to hydrophobic polymer backbone so that an ion conducting membrane is formed. There are various studies aboutthe influence of radiation grafting parameters on membrane properties. Moreover, the favorable fuel cell relevant andpolarization properties of such radiation-grafted membranes were reported. Thus, radiation-grafted polymer membranesare one of the significant low-cost alternatives for fuel cells. This review focuses on the preparation, characterization of fuelcell relevant properties and fuel cell performance of radiation-grafted membranes.

Özet

Yakıt pilleri elektrik üretimi için kullanılabilecek en verimli enerji çevrim sistemlerinden biri olarak kabul edilmektedir. Polimer elektrolit membranlı yakıt pilleri ve anyon değişim membranlı yakıt hücreleri için hem ayraç hem de elektrolit olarak katı iyon iletken bir polimer membran kullanılmaktadır. Radyasyonla aşı polimerizasyonu, ticari polimer membranlar için düşük maliyetli alternatiflerin üretimi için kullanılan çok yönlü bir yöntemdir. Bu yöntemde, tipik olarak bir baz polimer, polimer substrat içinde aktif radikal bölgeleri oluşturan iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakılır. Ardından uygun bir vinil monomeri bu aktif bölgeler üzerinde polimerleştirilir. Son aşama olarak, hidrofobik polimer çatısına hidrofilik grupların eklenerek iyon iletken bir membran oluşturulması için son bir kimyasal işlem yapılır. Radyasyonla aşılama parametrelerinin membran özelliklerine etkisi konusunda çeşitli çalışmalar vardır. Ayrıca, bu tür radyasyonla aşılanmış membranların, yakıt pili ile ilgili elverişli özellikleri ve polarizasyon özellikleri rapor edilmiştir. Bu nedenle, radyasyonla aşılanmış polimer membranlar, yakıt pilleri için önemli düşük maliyetli alternatiflerden biridir. Bu derleme, radyasyonla aşılanmış membranların hazırlanması, yakıt pili ile ilgili özelliklerinin ve yakıt pili performanslarının karakterizasyonlarına odaklanmaktadır.

🔖

Cite This Article

KAPLAN, B. Y., YÜRÜM, A., GÜRSEL, S. A., KİRLİOĞLU, A. C., JAMİL, E., MOJARRAD, N. R., HAGHMORADİ, N., ISKANDARANİ, B., SALİMKHANİ, H. (2022). Radiation-Grafted Polymer Electrolyte Membranes for Fuel Cells. Hacettepe Journal of Biology and Chemistry, Cilt: 48 - Sayı: 5, 483–506. https://ajindex.com/articles/528978

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (16)

  1. Y. Wang, D.F. Ruiz Diaz, K.S. Chen, Z. Wang, X.C. Adroher, Materials, technological status, and fundamentals of PEM fuel cells – A review, Mater. Today, 32 (2020) 178-203
  2. L. Xing, W. Shi, H. Su, Q. Xu, P.K. Das, B. Mao, et al., Membrane electrode assemblies for PEM fuel cells: A review of functional graded design and optimization,Energy, 177 (2019) 445-64
  3. D.R. Dekel, Review of cell performance in anion exchange membrane fuel cells. J. Power Sources, 375 (2018) 158-69
  4. R. Borup, J. Meyers, B. Pivovar, Y.S. Kim, R. Mukundan, N. Garland, et al., Scientific aspects of polymer electrolyte fuel cell durability and degradation, Chem. Rev., 107 (2007) 3904-51
  5. J.R. Varcoe, P. Atanassov, D.R. Dekel, A.M. Herring, M.A. Hickner, P.A. Kohl, et al., Anion-exchange membranes in electrochemical energy systems, Energy Environ. Sci., 7 (2014) 3135-91
  6. M.M. Nasef, S.A. Gürsel, D. Karabelli, O. Güven, Radiationgrafted materials for energy conversion and energy storage applications, Prog. Polym. Sci., 63 (2016) 1-41
  7. S.J. Peighambardoust, S. Rowshanzamir, M. Amjadi, Review of the proton exchange membranes for fuel cell applications, Int. J. Hydrogen Energy, 35 (2010) 9349-84
  8. L. Gubler, N. Beck, S.A. Gürsel, F. Hajbolouri, D. Kramer, A. Reiner, et al., Materials for polymer electrolyte fuel cells, Chim. Int. J. Chem., 58 (2004) 826-36
  9. L. Gubler, G.G. Scherer, Trends for fuel cell membrane development, Desalination, 250 (2010) 1034-1037
  10. K.A. Mauritz, R.B. Moore, State of understanding of nafion, Chem. Rev., 104 (2004) 4535-4586
  11. K. Schmidt-Rohr, Q. Chen, Parallel cylindrical water nanochannels in nafion fuel-cell membranes, Nat. Mater., 7 (2008) 75-83
  12. B.P. Tripathi, V.K. Shahi, Organic–inorganic nanocomposite polymer electrolyte membranes for fuel cell applications, Prog. Polym. Sci., 36 (2011) 945-79
  13. L. Gubler, S.A. Gürsel, G.G. Scherer, Radiation grafted membranes for polymer electrolyte fuel cells, Fuel Cells, 5 (2005) 317-35
  14. L. Gubler, G.G. Scherer, Durability of radiation-grafted fuel cell membranes, Polym. electrolyte fuel cell Durab., Springer; 2009, p. 133–55
  15. M.M. Nasef, E.S.A. Hegazy, Preparation and applications of ion exchange membranes by radiation-induced graft copolymerization of polar monomers onto non-polar films, Prog. Polym. Sci., 29 (2004) 499-561
  16. M.M. Nasef, O. Güven, Radiation-grafted copolymers for separation and purification purposes: Status, challenges and future directions, Prog. Polym. Sc