Nafion/Poly(ether(amino sulfone)) 산-염기 블렌드 전해질막 제조 및 이를 이용한 고분자 연료전지 특성연구 : Preparation of Nafion/Poly(ether(amino sulfone)) Acid-base Blend Polymer Electrolyte Membranes and Their Application to Polymer Fuel Cell
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 200608
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학공학
- 식별자(기타) 000000103161
- 본문언어 한국어
초록/요약
Nafion/poly(ether(amino sulfone)) acid-base 블렌드 고분자 전해질 막을 제조하여 이온전도도, 함수율, 메탄올 투과도, 디메틸 에테르(dimethyl ether, DME) 투과도를 측정하였으며 이를 이용하여 직접 메탄올 연료전지와 직접 디메틸 에테르 연료전지특성을 연구하였다. Poly(ether(amino sulfone))(PEAS)는 아민기의 치환도가 0.6 ~ 2.0인 것을 합성하였다. Nafion/PEAS 블렌드 전해질 막은 나피온과 PEAS를 DMF에 용해시켜서 캐스팅하는 방법으로 제조하였다. 블렌드 전해질막은 100℃ 이상 에서도 이온전도도가 계속 증가하였다. Nafion/PEAS-0.6(85:15) 블렌드 전해질막은 50℃ 이상에서의 수소 이온전도도가 recast nafion보다 더 높게 나타났으며 120℃에서의 수소 이온전도도는 1.42×10-1 S/cm로 측정되었다. PEAS의 아민기가 많이 치환될수록 블렌드 전해질막의 연료 투과도와 이온전도도는 비례적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 높은 메탄올 농도를 사용하여 DMFC 측정 결과 Nafion 전해질 막보다 50% 증가된 전력밀도를 나타내었다. 또한, 100℃이상 가압 조건에서 Nafion/PEAS 블렌드 전해질막을 사용한 직접 DME 연료전지(DDMEFC)의 최대 전력밀도가 같은 조건에서 Nafion？115를 사용한 것보다 약 50% 증가하였다. 이와 같은 DDMEFC의 성능 향상은 블렌드 전해질막이 Nafion과 비교하여 고온에서의 이온전도도 향상되었고 낮은 DME 투과도에 기인한 것으로 해석된다.
more초록/요약
Nafion/poly(ether(amino sulfone)) acid-base blend polymer electrolyte membranes were prepared and their proton conductivity, water uptake, methanol permeability and dimethyl ether permeability were investigated. Characteristics of direct methanol fuel cell(DMFC) and direct dimethyl ether fuel cell(DDMEFC) performance using prepared blend membrane were studied. The increase of degree of amination in the base polymer of composite membranes resulted in the decrease of the water uptake and fuel permeability. The proton conductivity of the blend membranes gradually increased as increasing temperature. The conductivity of Nafion/PEAS-0.6(85:15) blend membranes was measured to be 1.42×10-2 S/cm at 120℃ which was higher than that of the recast nafion. The direct methanol fuel cell(DMFC) performance pf the Nafion/PEAS acid-base blend membranes were better than that using Nafion？115 or Nafion？112 membranes when methanol concentration was higer than 2M. The direct dimethyl ether fuel cell(DDMEFC) using the Nafion/PEAS blend membranes showed better performance than that using Nafion？115 membrane. Enhanced performance of direct dimethyl ether fuel cells using Nafion/PEAS blend membrane was explained by reducing dimethyl ether(DME) crossover through the electrolyte membrane and maintenance of the proton conductivity at high temperature.
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