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고체 고분자 전해질막을 사용하는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 친환경 에너지 시스템이다. PEMFC는 소형화가 가능하여 여러 분야에 적용이 가능하고, 에너지 효율이 좋다. 그러나 PEMFC가 작동하기 위해서는 물이 필수적이며 전해질 막의 물성을 고려하여 80 ℃ 이하의 낮은 온도에서만 작동해야 하는 한계가 있다. 이로 인해 물 관리 시스템 등의 BOP(...

고체 고분자 전해질막을 사용하는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 친환경 에너지 시스템이다. PEMFC는 소형화가 가능하여 여러 분야에 적용이 가능하고, 에너지 효율이 좋다. 그러나 PEMFC가 작동하기 위해서는 물이 필수적이며 전해질 막의 물성을 고려하여 80 ℃ 이하의 낮은 온도에서만 작동해야 하는 한계가 있다. 이로 인해 물 관리 시스템 등의 BOP(Balance Of Plant)가 필요하여 비용이 증가하고, 시스템의 복잡성이 발생한다. PEMFC의 한계를 보완할 수 있는 대안으로 고온 무가습 조건에서 운전이 가능한 고온 고분자 전해질막 연료전지(HT-PEMFC, High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에 대한 연구가 떠오르고 있다. 가습조건에서 작동하는 Dupont 사에서 제조한 Nafion®은 HT-PEMFC에서 사용이 불가능하므로 HT-PEMFC는 물 대신 인산을 이온전달체로 사용하여 내화학성, 열적 안정성이 높은 폴리벤즈이미다졸(PBI, Polybenzimidazole) 고분자에 인산을 도핑시킨 전해질막이 사용되고 있다. 그러나 인산과 폴리벤즈이미다졸의 아민기와의 약한 결합력으로 인해 전해질막에서 인산의 유출 문제가 있어 이를 최소화할 수 있는 전해질막의 연구가 필요하다.
본 연구에서는 인산의 유출을 최소화 할 수 있는 고분자 전해질막에 대해 연구하고자 한다. 열적, 화학적으로 내구성을 향상시킬 수 있는 페닐렌기를 작용기 백본에 도입하고, 인산과 강한 결합을 할 수 있는 강염기 암모늄기를 작용기로 도입한 고분자를 인산에 함침하여 HT-PEMFC의 전해질막으로 응용하였다. 제조된 인산이 도핑된 고분자막은 인산 함유율(Acid uptake) 및 인산 도핑률(Acid doping level)과 이온전도도를 통해 전해질막으로써의 가능성을 보였다.

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