Abstract
This study relates to a polymer electrolyte membrane for improved performance fuel cell, were researched with respect to properties required for driving a fuel cell. The bis(4-fluorophenyl)phenyl phosphine oxide was sulfonated using fuming sulfuric acid. Synthetic hydrophilic oligomer and the hydrophobic oligomer and the block copolymers were prepared via aromatic nucleophilic substitution polycondensation. A block copolymer structure and degree of sulfonation was analyzed by $^1H$-NMR and gel permeation chromatography(GPC) analysis. Thermal stability was confirmed by thermogravimetric analysis(TGA), block copolymer was stable at high temperature(>$200^{\circ}C$), The ion conductivity was measured in order to demonstrate the performance of fuel cell. Synthesis membrane was the increase of temperature was improved conductivity up to 58 mS/cm due to the influence of the developed ion clusters. The phase separation of the polymer was observed to make AFM analysis.
본 연구는 연료전지용 고분자 전해질 막의 성능 향상에 관한 것으로서 연료전지를 구동하기 위해 요구되는 전해질 막의 특성에 대하여 연구하였다. Bis(4-fluorophenyl)phenyl phosphine oxide를 발연 황산을 이용하여 양이온($H^+$)을 전도할 수 있는 술폰산기를 치환시켜 주었다. 친수성 올리고머와 소수성 올리고머를 각각 합성하고, 블록 공중합체는 친수성 올리고머와 소수성 올리고머를 방향족 친핵성 치환반응에 의해 제조하였다. 블록 공중합체의 구조 및 술폰화도(DS)는 $^1H$-NMR, 겔 침투 크로마토그래피 (GPC) 분석에 의해 확인하였다. 열적 안정성은 열중량 분석(TGA)을 통해 확인하였으며, 본 연구에서 제조한 블록 코폴리머는 $200^{\circ}C$ 이상의 온도 조건에서 내열성을 나타내었다. 또한, 이온전도성은 연료전지 전해질 막으로서의 성능을 증명하기 위해 이온전도도 시험을 수행하였다. 제조한 막은 온도가 증가할수록 발달된 이온클러스터의 영향으로 최대 58 mS/cm의 이온전도성을 보였다. 블록 코폴리머의 미세 상 분리의 특성은 AFM분석을 통해 확인하였다.
