• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.270-273
• /
• 2009

A comb-like copolymer consisting of a poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoro-ethylene) backbone and poly(hydroxy ethyl acrylate) side chains, i.e. P(VDF-co-CTFE)-g-PHEA, was synthesized through atom transfer radical polymerization (ATRP) using CTFE units as a macroinitiator. Successful synthesis and a microphase-separated structure of the copolymer were confirmed by proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR), FT-IR spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM). This comb-like polymer was crosslinked with 4,5-imidazole dicarboxylic acid (IDA) via the esterification of the -OH groups of PHEA and the -COOH groups of IDA. Upon doping with phosphoric acid ($H_3PO_4$) to form imidazole-$H_3PO_4$ complexes, the proton conductivity of the membranes continuously increased with increasing $H_3PO_4$ content. A maximum proton conductivity of 0.015 S/cm was achieved at $120^{\circ}C$ under anhydrous conditions. In addition, these P(VDF-co-CTFE)-g-PHEA/IDA/$H_3PO_4$ membranes exhibited good mechanical properties (765 MPa of Young's modulus), and high thermal stability up to $250^{\circ}C$, as determined by a universal testing machine (UTM) and thermal gravimetric analysis (TGA), respectively.

• Macromolecular Research
• /
• 제16권5호
• /
• pp.457-466
• /
• 2008

The relation between the phase separated morphologies and their transport properties in the polymer blend membrane for direct methanol fuel cell application was studied. In order to enhance the proton conductivity and reduce the methanol crossover, sulfonated poly(arylene ether sulfone) copolymer, with a sulfonation of 60 mol% (sPAES-60), was blended with nonsulfonated poly(ether sulfone) copolymer (RH-2000, Solvay). Various morphologies were obtained by varying the drying condition and the concentration of the casting solution (10, 15, 20 wt%). The transport properties of proton and methanol molecule through the polymer blend membranes were studied according to the absorbed water. AC impedance spectroscopy was used to measure the proton conductivity and a liquid permeability measuring instrument was designed to measure the methanol permeability. The state of water in the blend membranes was confirmed by differential scanning calorimetry and was used to correlate the morphology of the membrane with the membrane transport properties.

• 멤브레인
• /
• 제21권3호
• /
• pp.247-255
• /
• 2011

본 연구에서는 뛰어난 전도도와 물리적 강도를 가지는 그라핀의 고른 분산성을 얻기 위하여 두 가지 다른 방법으로 그라핀을 개질시켰다. 그리고 SPAES/그라핀 복합막은 각기 다른 함량을 첨가하여 제조되었으며 그라핀의 제조방법과 첨가된 그라핀의 함량에 따른 성능을 비교하였다. 복합막의 모폴로지는 SEM을 이용하여 관찰하였으며 개질된 그라핀의 화학적 구조는 FT-IR과 TGA를 사용하여 분석되었다. 그라핀의 함량변화가 0.5~3.0 wt% 일 때 복합막의 이온전도도와 메탄올 투과도를 측정하였으며 $80^{\circ}C$, 100% 가습상태에서 SPAES/그라핀 복합막의 이온전도도(0.216 S/cm)는 순수한 SPAES 전해질 막보다 높은 이온전도도(0.098 S/cm)를 나타내었으며 그라핀의 함량이 1.5 wt%까지 증가될 때 메탄올 투과도는 감소되었다.

• 멤브레인
• /
• 제29권5호
• /
• pp.252-262
• /
• 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.

• Macromolecular Research
• /
• 제15권2호
• /
• pp.160-166
• /
• 2007

Novel multiblock copolymers, based on segmented sulfonated hydrophilic-hydrophobic blocks, were synthesized and investigated for their application as proton exchange membranes. A series of segmented sulfonated poly(arylene ether sulfone)-b-polyimide multiblock copolymers, with various block lengths, were synthesized via the coupling reaction between the terminal amine moieties on the hydrophilic blocks and naphthalene anhydride functionalized hydrophobic blocks. Successful imidization reactions required a mixed solvent system, comprised of NMP and m-cresol, in the presence of catalysts. Proton conductivity measurements revealed that the proton conductivity improved with increasing hydrophilic and hydrophobic block lengths. The morphological structure of the multiblock copolymers was investigated using tapping mode atomic force microscopy (TM-AFM). The AFM images of the copolymers demonstrated well-defined nanophase separated morphologies, with the changes in the block length having a pronounced effect on the phase separated morphologies of the system. The self diffusion coefficient of water, as measured by $^1H$ NMR, provided a better understanding of the transport process. Thus, the block copolymers showed higher values than Nafion, and comparable proton conductivities in liquid water, as well as under partially hydrated conditions at $80^{\circ}C$. The new materials are strong candidates for use in PEM systems.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권6호
• /
• pp.578-586
• /
• 2018

In this study, we prepared the modified PBI random copolymer to reduce the problems of the pristine PBI about low solubility and proton conductivity. The random copolymer was synthesized from suberic acid, 5-aminoisophthalic acid, and 3,3'-diaminobenzidine to obtain $X_1Y_9$, $X_1Y_1$, $X_9Y_1$. Then, the membrane was fabricated by using solvent casting method with methanesulfonic acid at $140^{\circ}C$. Subsequently, the membrane was doped with phosphoric acid at $40^{\circ}C$. The chemical structure of the polymers was characterized by FT-IR. In addition, the physiochemical properties of the PBI were investigated by TGA, oxidative stability, acid uptake. Finally, the proton conductivity was measured at $100-180^{\circ}C$ without humidification. As the result, $X_1Y_9$ PBI random copolymer membrane showed higher conductivity.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제38권11호
• /
• pp.993-999
• /
• 2001

Bao를 첨가한 perovskite 구조 LaSc $O_3$의 생성상과 proton 전도에 대해 연구하였다. La자리에 $Ba^{2+}$를 40 at% 첨가한 조성에서는 입방정 단일상이 생성된 반면, $Ba^{2+}$를 30 at% 이하로 첨가한 조성은 입방정과 사방정이 생성되었다. $N_2$분위기에서 $650^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 주로 산소이온에 의한 전도를 나타내었고, 그 이하의 온도에서는 wet 분위기에서 proton 전도가 관찰되었다. 모든 조성의 물질은 30$0^{\circ}C$ 이하에서는 순수한 proton 전도체의 거동을 보였으며, proton에 의한 bulk(grain)의 전도도는 L $a_{0.6}$B $a_{0.4}$Sc $O_{2.8}$의 경우에 가장 높았다.높았다.다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제31권5호
• /
• pp.1411-1414
• /
• 2010

• 공업화학
• /
• 제21권5호
• /
• pp.514-521
• /
• 2010

Solvent-casting 공정을 통해서 제조되는 전형적인 Proton Exchange Membrane (PEM)과는 달리, 일종의 Bulk-Molding Compounds (BMC) Process와 유사한 공정을 사용하여서 실리카 나노 입자들이 나노 크기로 분산된 PEM을 제조하였다. 즉, 반응성 분산제인 Urethane Acrylate Nonionomer (UAN)와 Styrene, Styrene Sulfonic Acid (NaSS), 실리카 나노입자를 Dimethyl Sulfoxide (DMSO) 단일 용매에 혼합시키고 라디칼 개시제 존재 하에서 Mold내에서 공중합을 수행하면, 표면 특성이 각기 다른 실리카 나노 입자들이 나노 크기로 분산된 Poly(urethane acrylate-styrene-styrene sulfonic acid) random copolymer Membrane 즉 일종의 실리카/고분자 Nanocomposite Membrane이 제조될 수 있었다. 실리카 나노 입자들의 Membrane에서의 분산성은 TEM을 이용하여서 확인할 수 있었다. 제조된 Membrane은 분산된 실리카 나노입자들의 표면 특성에 따라서 각기 다른 수팽윤도 및 수소이온전도도 변화 거동을 나타내었다. Membrane에 친수성 실리카 나노 입자들이 분산된 경우에는, Membrane의 수팽윤도가 다소 증가되었지만 거의 일정한 수소 이온 전도도를 나타내었다. 그러나 Membrane의 메탄올 투과도는 상대적으로 크게 감소되었다. 반면에 Membrane에 분산된 소수성 실리카 나노 입자들이 분산된 경우에는, 수팽윤도는 크게 감소되었지만 수소 이온전도도는 거의 변화하지 않았다. 즉 소수성 실리카 나노입자들은 소수성 도메인에 분산되어서 친수성 도메인이 팽윤되는 것을 억제시키지만 수소 이온전도성에는 영향을 미치지 않기 때문이다. 따라서 membrane의 수팽윤도와 수소이온전도성을 실리카 나노 입자들의 표면 특성을 이용하여서 자유로이 조절이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 흥미로운 것은 실리카 나노 입자를 membrane에 분산시키는 것만으로도 수소 이온 전도성을 유지시키면서 수팽윤도를 현저하게 저하시킬 수 있다는 것이다.

• 대한화학회지
• /
• 제59권5호
• /
• pp.413-422
• /
• 2015

연료전지는 수소와 산소를 연료로 하여 전기를 생산해 내는 장치로, 전기분해에 의해 음극에서 생성된 수소이온을 양극으로 전달할 수 있는 전해질을 필요로 한다. 전해질로써 Nafion과 같은 불소계 고체 고분자 막이 개발되어 왔으나, 고온에서의 수소이온 전도도 감소 및 높은 함수율에 따른 안정성 감소 등의 문제로 인해 새로운 연료전지용 고분자 전해질 막의 개발을 필요로 하였다. 본 연구에서는 술폰산기가 밀집된 구조를 갖는 단량체를 이용함으로써 높은 수소이온 전도도를 확보하고 이에 따른 고분자 막의 높은 함수율은 고분자 사슬 내에 나이트릴(CN) 작용기를 친수성 올리고머에 함께 도입함으로써 고분자 사슬간 쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해 극복할 수 있도록 하였다. 결과적으로 물리적 가교가 형성된 고분자 막들은 높은 함수율 대비 우수한 치수안정성을 나타내었으며, 모든 조성에서 Nafion-117 고분자막에 비해 낮은 IEC값을 가짐에도 불구하고 보다 높은 전도도를 나타내었다.