• Polymer(Korea)
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• v.28 no.2
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• pp.149-153
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• 2004

The cesium hydrogen sulfate (CsHSO$_4$) crystal is a superprotonic conductor above 140$^{\circ}C$ and possesses protonic conductivity three to low orders of magnitude higher than that at room temperature. Recently, the possibility of it as an electrolyte material for fuel cell system draws much attention. However, its plasticity and absorption of humidity place a limitation on its application. In this study, composites consisting of CsHSO$_4$ and polyacrylonitrile were prepared, and their phase transition properties and the ionic conductivities were evaluated. When the content of CsHSO$_4$ was about 80 vol%, a mechanically strong film with the protonic conductivity of 1${\times}$10$\^$-3/ Scm$\^$-1/ were made.

• Membrane Journal
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• v.25 no.5
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• pp.456-463
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• 2015

In this study, we synthesize novel silane based inorganics for preparation of the polymer electrolyte membrane with high proton conductivity under high temperature condition and developed membranes are characterized. SPAES, hydrocarbon based polymer are synthesized and used as main polymeric material. We used sol-gel method to prepare inorganic material with high performance using silica, phosphate and zirconium. Three types of inorganics were prepared by control of the mole ration of each component. As a result of EDX analysis, the inorganic materials are well dispersed in the polymer membrane. The water uptake of the composite membrane is increased by introduction of the hydrophilic inorganic material in the membrane. When the content of the zirconium in the membrane is increased, the proton conductivity of the composite membrane shows the higher value than pure SPAES membrane at the high temperature. And the silica based inorganics effect to increase the proton conductivity under low temperature condition.

• Membrane Journal
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• v.33 no.6
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• pp.279-304
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• 2023

Polybenzimidazole (PBI) based membranes have evolved in literature as a popular membrane material for various applications in the past two decades because of their high temperature thermal durability, strong mechanical and tensile properties, high glass transition temperature (T_g), ion conduction ability at elevated temperature (up to 200℃), oxidative or chemical durability along with robust network like structural rigidity, which make PBI membranes suitable for various potential applications in chemically challenging environments. Ion conducting PBI based membranes have been extensively utilized in high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC). In addition, PBI based membranes have been vastly utilized for the development of gas separation membranes and organic solvent nanofiltration (OSN) membranes for their unique characteristics. This review will cover the recent progress and application of various types of flat sheet PBI based membranes for HT-PEMFC, gas separation and OSN application.

• Membrane Journal
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• v.34 no.2
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• pp.154-162
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• 2024

Anion exchange membranes (AEMs) are essential components in water electrolysis systems, serving to physically separate the generated hydrogen and oxygen gases while enabling the selective transport of hydroxide ions between electrodes. Key characteristics sought in AEMs include high ion conductivity and robust chemical and mechanical stability in alkaline. In this study, quaternized Poly(terphenyl piperidinium)/cellulose nanocrystals (qPTP/CNC) mixed matrix membrane was fabricated. The polymer matrix, PTP, was synthesized via super-acid polymerization, known for its excellent ion conductivity and alkaline durability. The qPTP/CNC membrane showed a dense and uniform morphology without significant voids or large aggregates at the polymer-nanoparticle interface. The qPTP/CNC membrane containing 2 wt% CNC demonstrated a high ion exchange capacity of 1.90 mmol/g, coupled with low water uptake (9.09%) and swelling ratio (5.56%). Additionally, the qPTP/CNC membrane showed significantly lower resistance and superior alkaline stability (384 hours at 50℃ in 1 M KOH) compared to the commercial FAA-3-50 membrane. These results highlight the potential of hydrophilic additive CNC in enhancing ion conductivity and alkaline durability of ion exchange membranes.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.135.1-135.1
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• 2010

최근 고온에서 사용 가능한 PEMFC용 고분자전해질 막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. PEMFC가 고온에서 작동하게 되면 높은 성능과 많은 장점을 갖게 된다. PEMFC를 $100^{\circ}C$ 이상에서 운전하게 될 경우 백금 전극 반응을 향상시켜 고가의 백금 촉매 양을 줄일 수 있게 되고, 수소연료 속에 미량 포함된 CO에 의한 촉매표면 피독현상에 대한 내구성을 높일 수 있어 저 순도 수소연료 사용이 가능해 진다. 또한 가습장치와 수소 연료 개질장치의 부피를 줄일 수 있게 되어 전체적인 PEMFC 시스템이 단순화 된다. 현재 연료전지용 고분자 전해질막으로 DuPont사의 과-불소계 고분자 전해질막인 Nafion$^{(R)}$이 가장 널리 사용되고 있다. Nafion$^{(R)}$은 유연한 분자구조 안에 소수성이 강한 주사슬과 친수성을 나타내는 술폰산이 결합된 곁사슬이 존재하여 술폰화 곁사슬의 클러스터 둘레에는 친수성 영역이 형성이 되기때문에 소수/친수 상 분리가 잘되어 이온 클러스터 형성이 용이하지만 제조비용이 높은 단점을 갖고 있다. 특히, 전해질 막내에서 Bronsted base 역할을 하는 물에 의해 이온전도가 이루어지기 때문에 고온에서는 수분증발로 인해 성능이 급격히 감소된다. 따라서, 본 연구에서는 고온 저가습 조건에서 운전이 가능하고 Nafion이 갖는 문제점을 해결하고자, 내열특성이 뛰어나며 높은 수소이온 전도도 학보가 용이한 Sulfonated Poly(aryl ether)sulfone(SPAES) 고분자 전해질에, 고온에서도 수화성이 유지될 수 있도록 지르코니아를 황산화한 sulfated zirconia(s-$ZrO_2$)를 함침하여 복합 고분자전해질막을 제조하여 고온 저가습 조건에서의 수소이온 전도 특성에 관한 연구를 수행하였다. 개발된 막의 물리/화학적 특성은 water content(Wup%), 이온교환 용량(IEC, meq $g^{-1}$), 수소이온전도도(s $cm^{-1}$) 열 중량 분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 등을 통하여 분석 및 관찰하였다. 내화학 및 열적 특성분석 결과, 황산화 반응공정으로 $ZrO_2$에 술폰산기가 안정적으로 결합하고 있음이 관찰되었으며, 본 연구에서 개발된 유 무기 복합막이 $250^{\circ}C$이상 열적안정성을 확보하고 있는 것으로 판단되었다. $100^{\circ}C$ 이하의 저온 영역에서, 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES막에서 이온교환용량(IEC)이 순수 SPAES 막보다 낮음에도 불구하고, water uptake가 증가함과 동시에 수소이온 전도도가 향상된 것을 관찰하였다. 또한, 고온에서는 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 water channel을 형성하는 free water는 증발 하지만 s-$ZrO_2$와 SPAES의 술폰산기 사이에 강력하게 결합하고 있는 bound Water는 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 영역에서도 존재하여, 비록 무가습 조건에서도 일정 비율의 s-$ZrO_2$/SPAES50 전해질 막의 경우, 높은 전도도를 나타냄을 관찰할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 저가습 고온 적용을 목적으로 개발된 s-$ZrO_2$/SPAES50막은 우수한 내열 특성을 나타냄과 동시에 저가습 고온 영역($120^{\circ}C$, $50RH{\downarrow}$)에서 높은 수소이온 전도도를 유지하여, 고온 저가습 연료전지 운전에 적합할 것으로 사료된다.

• Membrane Journal
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• v.32 no.2
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• pp.91-99
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• 2022

It is a global challenge to fulfill the demand for clean water at an affordable cost to all the strata of the population. Desalination of seawater as well as brackish water by the membrane separation process is a well-established and cost-efficient method. However, there is still inherent problem of membrane fouling, disposal of the reject as well as a capital-intensive process. While electrodialysis (ED) is a membrane-based separation process in which a driving force is the potential difference. The advantages of ED process are excellent efficiency and low operation cost. Ion exchange membrane (IEM) used in the ED process needs to have higher chemical and thermal stability along with excellent mechanical strength for long-term use without losing its efficiency. The ion exchange capacity of the ED membrane is largely dependent on the conductivity of IEMs. In this review, the modification strategy of the pristine membrane to enhance the stability and ion conductivity of cation exchange membrane (CEM) and anion exchange membrane (AEM) is discussed.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.11 no.2
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• pp.125-129
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• 2008

Rechargeable lithium-ion polymer batteries have been considered to be next-generation power sources for portable electronic devices and electric vehicles. In this work, we tried to improve the cycling performances of lithium-ion polymer cells by coating aluminum fluoride and acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer to the polyethylene separator. It was found that the addition of aluminum fluoride to the surface-modified separator reduced the interfacial resistances and thus the cell exhibited a less capacity fading and better high rate performance. The cell showed an initial discharge capacity of 150 mAh/g and good capacity retention at 0.5 C rate.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.20 no.3
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• pp.49-54
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• 2017

We develop a ceramic composite separator prepared by coating $ZrO_2$ nanoparticles with a poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP) copolymer on a polyvinyl alcohol (PVA) mechanical support prepared by electrospinning technique to improve thermal properties. The gurley number of the ceramic composite separator shows much lower value than that of a PE separator even though it possesses the polymeric coating layer with ceramic nanoparticles. In addition, the proposed sample shows higher electrolyte uptake than PE separator, leading to enhancing the ionic conductivity of the proposed sample and, by extension, the rate discharge properties of lithium ion batteries. Thermal stability of the ceramic composite separator is dramatically improved without any degradation in electrochemical performance compared to the performance of conventional PE separators.

• Membrane Journal
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• v.23 no.4
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• pp.290-296
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• 2013

Poly(vinylidenefluoride-co-chlorotrifluoroethylene) P(VDF-co-CTFE) polymer was attached to methacrylic acid (MAA) in the presence of 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undec-7-ene(DBU) catalyst to prepare P(VDF-co-CTFE)-MAA copolymer. The modified P(VDF-co-CTFE)-MAA was polymerized with 2-sulfoethyl methacrylate (SEMA) monomer in the presence of 4',4'-azobis(4-cyanovaleric acid(ACVA) initiator by free radical polymerization to form the proton conducting membrane. The ratio of the SEMA was increased in the membrane to increase the presence of the acidic group. The maximum IEC value that was observed at 50% SEMA was around 0.82 meq/g, which is consistent with the water uptake value. The highest proton conductivity achieved by P(VDF-co-CTFE)-MAA/SEMA membrane with 50% SEMA was approximately 0.041 S/cm. This indicates that the available ionic group for the proton conduction increases with the increase in the SEMA in the membrane.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1994.04a
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• pp.23-23
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• 1994

환경에 대한 관심이 높아지는 가운데 용존무기염을 효과적으로 분리하기 위한 많은 기술이 연구되고 개발되었다. 이중 막분리를 이용한 무기염의 제거 방법(역삼투법)은 상변화를 수반하지 않는다는 점에서 많은 주목을 받아왔다. 최근들어서는 2가 이상의 염에 대한 선택적 분리 능력을 가지고 있고, 작동압력이 낮아 에너지 소모가 적은 나노여과법(Nanofiltration)이 폐수나 정수처리에 도입되고 있다. 본 연구는 이러한 나노여과법을 이용하여 무기 염을 제거하는 방법에 관한 것이다. 실험에 사용한 분리 막은 Filmtec사의 NF-40, NF-45 두 가지이고 사용한 모듈은 평탄형과 나관형의 두 가지이다. 대상이 되는 폐수는 소석회 처리 단계를 거친 산 폐수로 주로 $Ca^{2+},So_4^{2-}$등의 2가 이온과 Na, Cl등의 1가 이온으로 구성되어 있다. 여기서 $CaSO_4$는 스케일을 형성할 가능성이 크므로 1가 이온에 비해 제거할 필요성이 크지만, 비교적 용해도가 높고 과포화 되는 성질이 커서 처리에 어려움이 있다. 이러한 폐수를 나노여과하였을 때 NF-45 평판평 막의 경우 농축 인자 2.6 부근에서, NF-40 나관평 막의 경우 농축 인자 3 부근에서 막 투과 유속의 급격한 감소가 관찰되었다. 이 때 용액 내 전도도와 용액 내 입자의 분포 변화를 종합하여, 평판형 모듈과 나관형 모듈의 막 오염 현상에 대한 메커니즘을 제시하였다.