• Title, Summary, Keyword: Polymer electrolyte membrane

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일체형 재생연료전지 적용을 위한 sGO 함량 변화에 따른 sGO/sPEEK 복합막의 특성 평가 (The Effect of sGO Content in sPEEK/sGO Composite Membrane for Unitized Regenerative Fuel Cell)

  • 정호영;김민우;임지훈;최진혁;노성희
    • KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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    • v.2 no.1
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    • pp.127-131
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    • 2016
  • Polymer electrolyte membrane for unitized regenerative fuel cells requires high proton conductivity, high dimensional stability, low permeability, and low cost. However, DuPont's Nafion which is a commercial polymer electrolyte membrane has high permeability, high cost, and decreasing proton conductivity and dimensional stability over $80^{\circ}C$. To address these problems, sulfonated poly ether ether ketone (sPEEK) which is a low cost hydrocarbon polymer is selected as matrix polymer for the preparation of polymer electrolyte membrane. In addition, composite membrane with improved proton conductivity and dimensional stability is prepared by introducing sulfonated graphene oxide (sGO). The fundamental properties of polymer electrolyte membranes are analyzed by investigating membrane's water content, dimensional stability, proton conductivity, and morphology. The cell test is conducted to consider the possibility of application of sPEEK/sGO composite membrane for an unitized regenerative fuel cell.

고분자전해질연료전지용 과불소계 술폰화 이오노머-PTFE 강화막 (Perfluorinated Sulfonic Acid Ionomer-PTFE Pore-filling Membranes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)

  • 강성은;이창현
    • 멤브레인
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    • v.25 no.2
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    • pp.171-179
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    • 2015
  • 과불소계 술폰화 이오노머(perfluorinated sulfonic acid ionomers; PFSAs)는 뛰어난 수소이온전도성과 높은 내화학성으로 인해 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte fuel cells)용 고체전해질로 널리 사용되고 있다. 그러나 PFSA 전해질은 가습-건조조건에서 연료전지가 구동에 따라 반복적인 팽윤-수축으로 인해 전극층이 전해질로부터 탈리되어 전기화학적 수명특성이 감소되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 다공성 PTFE support film의 기공특성에 대한 이해를 바탕으로 기공구조 내 나피온 이오노머를 함침시키는 강화막을 제조하였고, 기본특성을 평가하였다. 제조된 강화막은 매우 높은 수소이온전도도(${\sim}~0.5S\;cm^{-1}@90^{\circ}C$ in liquid water)를 나타내었다.

특허 및 논문 게재 분석을 통한 연료전지용 전해질막의 연구동향 (Current Patents and Papers Research Trend of Fuel Cell Membrane)

  • 우창화
    • 멤브레인
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    • v.26 no.6
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    • pp.407-420
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    • 2016
  • 연료전지는 친환경적 에너지 발생원으로 미래의 에너지 부족 문제와 공해 문제를 한꺼번에 해결하기 위한 방법으로 최근 그 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지는 별도의 발전 장치를 필요로 하지 않고, 수소와 산소의 반응에 의해 전기를 직접 생산하기 때문에 발전 효율이 높다. 연료전지 시스템에서의 핵심 기술은 고분자 분리막을 제조하는 것으로써 상용화된 나피온 전해질막은 제조 단가가 높고 고온에서 성능이 급감한다는 단점이 있다. 따라서 많은 학자들이 나피온 전해질 분리막을 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 연료전지용 전해질 분리막의 특허 및 논문의 기술 경쟁력 평가를 통하여 국가별, 기관별, 기업별 발표 빈도수를 정리하였으며, 고분자 전해질 연료전지, 직접 메탄올 연료전지, 그리고 알칼리 연료전지에 대한 평가를 진행하였다.

Electrospun Poly(Ether Sulfone) Membranes Impregnated with Nafion for High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

  • Lee, Hong Yeon;Hwang, Hyung Kwon;Lee, Jin Goo;Jeon, Yukwon;Park, Dae-Hwan;Kim, Jong Hak;Shul, Yong-Gun
    • 전기화학회지
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    • v.19 no.1
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    • pp.9-13
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    • 2016
  • Electrospun poly(ether sulfone) (PES) membrane impregnated with Nafion (PES-N) have been developed for high-temperature polymer-electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC). The PES-N obtains highly thermal stability up to $430^{\circ}C$, which is higher than that of the commercial Nafion 212. The PES-N membrane shows a good proton conductivity of about $10^{-2}S\;cm^{-1}$ in a temperature range from $75^{\circ}C$ to $120^{\circ}C$. The membrane-electrode assembly (MEA) with the PES-N membrane exhibits a current density of $1.697A\;cm^{-2}$ at $75^{\circ}C$, and $0.813A\;cm^{-2}$ at $110^{\circ}C$ when the applied voltage is 0.6 V, whereas the MEA with the Nafion 212 membrane shows the current density of $0.647Acm^{-2}$ at $110^{\circ}C$. The results suggest that the PES-N can be a good candidate for a polymer electrolyte membrane of the HT-PEMFC.

고분자 전해질 막 연료전지 응용을 위한 탄화수소계 기반 가교 전해질 막의 연구동향 (Research of Cross-linked Hydrocarbon based Polymer Electrolyte Membranes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications)

  • 고한솔;김미정;남상용;김기현
    • 멤브레인
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    • v.30 no.6
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    • pp.395-408
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    • 2020
  • 고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 환경오염물질 배출이 없는 친환경 에너지 변환 장치로 주목을 받고 있다. PEMFC의 구성요소 중 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 음극에서 발생되는 수소이온을 양극으로 전달하는 역할과 동시에 분리막으로써 연료의 투과를 차단하는 역할을 수행하는 핵심 소재이다. 대표적으로 Nafion®과 같은 과불소화계 고분자 전해질 막이 상용화 되어있지만 높은 단가 및 분해 시 환경오염물질이 배출되는 단점이 존재하여, 이를 대체할 탄화수소계 고분자를 활용한 전해질 막 개발에 관한 연구들이 수행되고 있다. 높은 수소이온 전도도를 가지며 동시에 우수한 물리·화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 전해질 막을 개발하기 위해 가교 구조가 도입된 전해질 막을 개발하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설은 가교 전해질 막을 제조하기 위해 이온교환 작용기가 도입된 탄화수소계 고분자를 활용하여 다양한 종류의 가교 전해질 막을 제조하는 방법에 대해 논하였다.

고온형 고분자 전해질막 연료전지(HT-PEMFC) 구동환경에 따른 탄소 담지체 부식 평가 (Effect of operating conditions on carbon corrosion in High temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFCs))

  • 이진희;김한성
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.89.1-89.1
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    • 2011
  • The influence of potential and humidity on the electrochemical carbon corrosion in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells(HT-PEMFCs) is investigated by measuring $CO_2$ emission at different potentials for 30 min using on-line mass spectrometry. These results are compared with low tempterature polymer electrolyte membrane fuel cells(LT-PEMFCs) operated at lower temperature and higher humidity condition. Although the HT-PEMFC is operated at non humidified condition, the emitted $CO_2$ in the condition of HT-PEMFC is more than LT-PEMFC at the same potential in carbon corrosion test. Thus, carbon corrosion shows a stronger positive correlation with the cell temperature. In addition, the presence of a little amount of water activate electrochemical carbon corrosion considerably in HT-PEMFC. With increased carbon corrosion, changes in fuel cell electrochemical characteristics become more noticeable and thereby indicate that such corrosion considerably affects fuel cell durability.

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Pt 나노 입자가 도입된 연료전지용 탄화수소계 고분자 전해질 복합막의 제조 및 특성 (Fabrication of Hydrocarbon Polymer Electrolyte Composite Membrane Incorporated with Pt Nanopartle for PEMFC and Its Characteristics)

  • 이홍기
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • v.28 no.3
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    • pp.246-251
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    • 2017
  • To fabricate a hydrocarbon polymer electrolyte composite membrane incorporated with Pt nanoparticle, the polymer electrolyte membrane made of a sulfonated-fluorinated hydrophilic-hydrophobic block copolymer (SFBC) and sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) blend in the wight ratio of 1 : 1 was synthesized, and a simple drying process was used in order to incorporate Pt nanoparticle into the SFBC/SPEEK film by reducing platinum (II) bis (acetylacetonate), Pt $(acac)_2$. The distribution of the Pt nanoparticles was observed by transmission electron microscopy (TEM), and mechanical and thermal properties were tested by universal testing machine (UTM) and thermogravimetry analyzer (TGA). Cation conductivity, ion exchange capacity (IEC) and I-V characteristics were estimated.

Electrochemical Properties of Novel Metal Powder Electrodes for Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis

  • Kim, Chang-Hee;Kang, Kyung-Soo;Park, Chu-Sik;Hwang, Gab-Jin;Bae, Ki-Kwang
    • 한국분말야금학회:학술대회논문집
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    • pp.1227-1228
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    • 2006
  • The electrochemical properties of novel metal powders were investigated for the electrode materias of polymer electrolyte memebrane electrolysis. Two types of Pt black and $IrO_2$ powder electrodes were hot-pressed on the polymer electrolyte membrane to form membrane electrode assembly. The galvanodynamic polarization methode was used to characterize the electrochemical properties of both electrodes. From the experimental results, we concluded that the $IrO_2$ powder electrode exhibits better electrochemical performance than Pt black as cathode material for the electrolysis.

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고체 슈퍼캐퍼시터를 위한 폴리비닐알콜 고분자 전해질막 (Poly(vinyl alcohol)-based Polymer Electrolyte Membrane for Solid-state Supercapacitor)

  • 이재훈;박철훈;박민수;김종학
    • 멤브레인
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    • v.29 no.1
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    • pp.30-36
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    • 2019
  • 본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 $H_3PO_4$의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.

랜덤 및 블록 공중합에 따른 고분자 전해질막의 이온전도특성 (Son transport characteristics through random or block polymer electrolyte membranes)

  • Park, Chi-Hoon;Lee, Chang-Hyun;Nam, Sang-Yong;Park, Ho-Bum;Lee, Young-Moo
    • 한국막학회:학술대회논문집
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    • pp.57-60
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    • 2004
  • Polymer electrolyte membranes have been studied widely in chloro-alkali electrolysis, cationic exchange resins, and fuel cell applications. Especially, sulfonated polyimide membranes have been suggested as a potential polymer electrolyte in PEMFC due to their excellent thermal stability and high proton conductivity.(omitted)

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