• 멤브레인
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• 제29권5호
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• pp.252-262
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• 2019

서로 다른 술폰화 정도에 따라 sulfonated star branched poly(styrene-b-butadiene-b-styrene) triblock copolymer (SSBS)가 합성되었다. 술폰화된 butadiene block은 FT-IR spectroscopy로 확인할 수 있다. 술폰화 정도를 측정 비교하기 위해서 산-염기 적정을 통하여, ion exchange capacity (IEC)를 계산하였다. 술폰화된 SSEB 전해질막은 높은 water uptake와 proton conductivity를 보였다. 실온에서 25 mol% 술폰화된 SSBS는 0.114 S/cm라는 높은 값을 나타냈으며, 이는 Nafion과 비슷한 수치였다. 일정한 상대 습도에서 온도의 증가는 현저하게 높은 수소이온전도도를 나타냄을 알 수 있었다. 모든 술폰화된 막은 Nafion과 비교했을 때 낮은 methanol 투과도를 보여주었다. AFM을 이용하여 술폰화된 전해질막의 구조는 이른바 분리된 나노구조의 미세상과 ionic channel의 접속으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.181-186
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• 2016

최근에 저가의 고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC)용 비불소계 전해질 막 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 sulfonated Poly(ether ether ketone)(sPEEK)막의 특성을 술폰화도, 상대습도, 단위 전지 온도에 따라 PEMFC 운전 조건에서 비교하였다. I-V 분극곡선, 수소투과도, 전기화학적 표면적, 막 저항 및 부하 전달 저항 등을 측정 분석했다. 술폰화도와 온도, 상대습도가 높을수록 성능이 높았으며, 특히 낮은 슬폰화도와 낮은 상대습도에서 이온 전도도 감소 때문에 성능이 큰 폭으로 감소함을 확인하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권6호
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• pp.1763-1770
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• 2013

A series of the block copolymers were successfully synthesized from post-sulfonated hydrophilic and hydrophobic macromers via three-step copolymerization. The degrees of sulfonation (DS) of the copolymers (10%, 30%, or 50%) were controlled by changing the molar ratio of the hydrophilic and hydrophobic parts. The resulting block copolymers were characterized by $^1H$ NMR and other technologies. The membranes were successfully cast using dimethyl sulfoxide (DMSO) solution at $100^{\circ}C$. The copolymers were characterized to confirm chemical structure by $^1H$ NMR and FT-IR. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) demonstrated that all sulfonated block copolymers exhibited good thermal stability with an initial weight loss at temperatures above $240^{\circ}C$. The membranes showed acceptable ion exchange capacity (IEC) and water uptake values in accordance with DS. The maximum proton conductivity was 184 mS $cm^{-1}$ in block copolymer-50 at $60^{\circ}C$ and 100% relative humidity, while the conductivity of Nifion-115 was 160 mS $cm^{-1}$ under the same measurement conditions. AFM images of the block copolymer membranes showed well separated the hydrophilic and hydrophobic domains. From the observed results it is that the prepared block membranes can be considered as suitable polymer electrolyte membranes for the application of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).

• Macromolecular Research
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• 제13권6호
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• pp.514-520
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• 2005

Composite membranes of Nafion and sulfonated poly(arylene ether sulfone) were prepared. Sulfonated poly(arylene ether sulfone)s with different degrees of sulfonation were blended with Nafion to reduce the methanol crossover. The morphology, proton conductivity and methanol permeability of the resulting composite membranes were investigated by SEM, EDAX, AC impedance spectroscopy and permeability measuring instrument. The cross­sections of the composite membranes showed a phase separated morphology. The morphology and phase separation mechanism could be controlled by varying the blend ratio and the degree of sulfonation of poly(arylene ether sulfone). These complex morphologies can be applied for reducing methanol crossover. The methanol permeability and proton conductivity of the composite membranes were lower than those of Nafion 117 membrane since the development of an ionic pathway in the blend membrane was more difficult than that in Nafion itself.

• 멤브레인
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• 제19권4호
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• pp.291-301
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• 2009

친전자성 치환반응을 통하여 제조된 술폰화 단량체와 비(非)술폰화 단량체의 직접 중합법을 통하여 서로 다른 술폰화도를 나타내는 술폰화 폴리아릴에테르술폰 공중합체를 합성하고, 이들로부터 직접 메탄올 연료전지용 이중층(層) 고분자 전해질 막을 제조하였다. 우수한 이온 전도특성을 나타내는 술폰화도 50%의 공중합체를 사용하여 전해질 막의 모체(母體) 전도층을 제조하고, 이들의 한쪽 표면에 술폰화도 10%의 공중합체를 도포한 후 건조하여 낮은 메탄올 투과 특성의 코팅층을 형성시켰다. 도포되는 공중합체의 질량비를 5~20%로 조절함으로써 코팅 층 두께에 따른 전해질 막의 특성 변화를 고찰하였으며, 형성된 코팅 층을 막-전극 접합체의 음극 면에 접합시켜 운전 시 메탄올 연료와 직접 접촉하도록 하였다. 이중층 형성 공정을 통하여, 단일 전해질 막과 동등한 수준의 이온 전도 특성을 유지하면서도, 전해질 막을 통한 메탄올 투과 특성이 현저히 개선된 우수한 효율의 고분자 전해질 막 제조가 가능하였다. 작동 온도 $60^{\circ}C$, 2 M의 메탄올 공급 환경에서 수행된 연료 전지 성능 평가 결과, 막-전극 접합체 출력 밀도는 5%의 질량비에서 최대 $134.01\;mW/cm^2$였으며, 이로부터 상용 나피온 115 대비 105.5%의 향상된 성능 효율을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제18권4호
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• pp.282-293
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• 2008

친전자성 치환반응으로 제조된 술폰화 단량체, 비(非)술폰화 단량체 및 탄산칼륨을 이용하는 직접 중합법을 통하여 높은 점도의 술폰화 폴리아릴에테르술폰 공중합체를 합성하고, 이들을 원료로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)과 디메틸아세트아미드(DMAc)의 혼합 용매 상에서 직접 메탄을 연료전지용 고분자 전해질 막을 제조하였다. 막 제조 시의 용매 효과에 주목하여 혼합 용매의 부피 비는 $0{\sim}100%$로 변화시키고 공중합체의 술폰화도는 50%로 고정하였다. 이온 전도도 및 메탄올 투과도 측정을 통하여 최종 전해질 막의 기본 특성을 파악하고, 주사전자현미경 및 원자간력현미경분석을 통한 표면 분석 결과와 비교함으로써 이들의 상관관계를 고찰하였다. 막 제조 시의 용매 혼합 비율을 적절히 조절함에 따라 최종 전해질 막의 이온 전도도를 크게 향상시킬 수 있음이 확인되었는데, $25^{\circ}C$의 100% 가습 환경에서 측정된 수소 이온 전도도는 NMP : DMAc 50:50 부피/부피-%에서 최대 $1.38{\times}10^{-1}\;S/cm$이었다.