Preparation and Characterization of Anion Exchange Membrane Based on Crosslinked Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) with Spacer-type Conducting Group

Spacer-type 전도기가 도입된 가교형 poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) 음이온 교환막의 제조 및 특성평가

As the problems related to the environmental pollution such as carbon dioxide emission are emerging, the need for the renewable energy and environmentally friendly energy is getting intense. Fuel cells are eco-friendly energy generation devices that generate electrical energy and produce water as a sole by-product. Compared to the traditional proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), anion exchange membrane alkaline fuel cell (AEMAFC) has a main advantage of possibility to use low cost metal catalysts due to its faster kinetics. The AEM, which conducts $OH^-$ ions, should possess high ion conductivity as well as high chemical stability at high pH conditions. We hereby introduce a crosslinked poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) having a spacer-type conducting group as novel AEM, and report a high ion conductivity ($67.9mScm^{-1}$ at $80^{\circ}C$) and mechanical properties (Young's modulus : 0.53 GPa) as well as chemical stability (6.8% IEC loss at $80^{\circ}C$ for 1,000 h,) for the developed membrane.

화석연료의 무분별한 사용에 따라 이산화탄소 배출 등 환경오염의 문제가 대두되면서, 전 세계적으로 신 재생에너지 및 친환경 에너지에 많은 연구가 이루어지고 있다. 연료전지는 전기에너지를 발생시키며 부산물로써 물만을 생성하는 친환경 에너지 발전 장치이다. 특히, 음이온 교환막을 이용한 알칼리 연료전지(Anion Exchange Membrane Alkaline Fuel Cell, AEMAFC)는 수소이온 교환막을 이용한 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)에 비해 보다 높은 촉매의 활성으로 인해 저가의 금속 촉매의 사용이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 AEMAFC에서 요구되는 AEM의 특성으로는 연료전지가 작동하는 높은 pH 조건에서 높은 이온전도도 뿐만 아니라 화학적 안정성이다. 본 연구에서는 화학적 안정성을 극대화 시키기 위하여 poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) 고분자에 spacer-type의 전도기를 도입함과 동시에 가교법을 이용하여 높은 이온전도도($80^{\circ}C$, $67.9mScm^{-1}$)와 기계적 성질(영률 : 0.53 GPa) 뿐만 아니라 높은 pH 조건에서 화학적 안정성($80^{\circ}C$, 1000 h, 6.8% loss of IEC)을 갖는 AEMAFC용 고분자 전해질 막으로써의 가능성을 제시하였다.