[논문]고분자 연료전지를 위한 불소계 poly(arylene ether) 블록 공증합체 전해질막의 합성 및 특성연구

김정훈; 유민철; 장봉준; 이수복; 이용택; 신정규

문제 정의

본 연구에서는 불소화된 arylene ether계 블록공중합체 고분자 전해질막의 합성 및 연료전지 특성에 대해 관찰하였다. 양 말단에 tri fluorovinyl 그룹을 가지고 있으며, 동시에 상온에서 술폰화의 부가를 선택적으로 조절 가능한 arylene ether계 단량체들을 제조하였다.
고분자 전해질막을 제조하였다. 제조되어진 고분자막을 이용하여 함수율, 이온교환용량, 이온전도도, 메탄올투과도 등 연료전지막으로서의 전기화학적 특성을 조사하였으며, 제조된 막을 대상으로 membrane electrolyte assembly (MEA)를 제조하여 연료전지의 특성평가를 하여 연료전지막으로서의 가능성을 알아보고자 하였다.

제안 방법

Fig.1에서 보는 것과 같이 고분자를 제조하기 위하여 양 말단에 불소계 비닐기를 가지면서, 본 실험조건에서 술폰화 활성이 있는 biphenyl계 올리고머 단량체와 술폰화 활성이 없는 sulfonyl계 단량체를 각각 합성하였다. 물성이 뛰어난 다양한 몰비를 갖는 부분 불소계 블록 공중합체를 열적 고리화 부가중합(thermal cycloaddition poly-merization)으로 제조할 수 있었으며, 19F-NMR 등을 통해 확인하였다.
2를 합성하였다. 단량체들은 centrifuge를 통해 salt와 불순물들을 분리한 후 hexane과 ethyl acetate를 전개 용매로 하여 collmln chromatography 로 분리 정제하였다. 합성된 화합물 및 단량체들은 각각 1H-NMR, 19F-NMR을 통하여 분석하였다.
막의 제조는 DMAc에 용해시킨 후 film casting 하였으며, 메탄올 투과도, 이온교환능력, 이온전도도 등을 측정하였다.
1에서 보는 것과 같이 고분자를 제조하기 위하여 양 말단에 불소계 비닐기를 가지면서, 본 실험조건에서 술폰화 활성이 있는 biphenyl계 올리고머 단량체와 술폰화 활성이 없는 sulfonyl계 단량체를 각각 합성하였다. 물성이 뛰어난 다양한 몰비를 갖는 부분 불소계 블록 공중합체를 열적 고리화 부가중합(thermal cycloaddition poly-merization)으로 제조할 수 있었으며, 19F-NMR 등을 통해 확인하였다.
본 연구에서는 열고리화반응을 통해 내화학성이 우수한 perfluorocyclobutane(PFCB)기를 가진 아릴렌이서계 블록공중합체의 제조가 가능하도록 양말단에 tri fluorovinyl 그룹을 가지고 있으며, 동시에 상온에서 술폰화의 부가를 임의로 족절 가능한 arylene ether계 단량체들을 제조한 후에 이를 블록 공중합체로 제조한 후에 후술폰화를 시키는 방법으로 술폰화된 이온채널을 가지면서 동시에 기계적 강도, 내화학성, 바인더로서 사용가능성 등이 우수할 것으로 기대되는 불소계 블록 공중합체 고분자 전해질막을 제조하였다. 제조되어진 고분자막을 이용하여 함수율, 이온교환용량, 이온전도도, 메탄올투과도 등 연료전지막으로서의 전기화학적 특성을 조사하였으며, 제조된 막을 대상으로 membrane electrolyte assembly (MEA)를 제조하여 연료전지의 특성평가를 하여 연료전지막으로서의 가능성을 알아보고자 하였다.
블록 공중합체들은 Fig.1 에서 보는 것과 같이 biphenyl 단량체 1을 열중합하여 올리고머 1을 제조한 후 diphenyl ether를 용매로 하여 각각 올리고머 Kbiphenyl unit)과 단량체 2(sulfonyl unit)의 몰 조성을 변화시켜 225℃로 72시간동안 반응하여 제조되었다. 이렇게 제조된 블록 고분자들을 methanol에 침전시켜 여과 후 진공건조하여 정제하였고 19F-NMR, GPC 등을 통하여 분석하였다.
이를 대상으로 올리고머의 제조를 거쳐 블록 공중합체를 제조하고 선택적인 후술폰화 반응을 통해 최종적으로 친수성블록과 소수성블록이 적절히 포함된 술폰화 블록 고분자를 합성하였다. 상온에서 술폰화 활성이 있는 biphenyl 올리고머 블록의 비율을 조절함으로써 술폰화제의 몰비를 고정하여 다양한 술폰화도를 갖는 블록 고분자를 합성하였다. 얻어진 고분자는 DMAc를 용매로 하여 얇은 필름의 형태로 제조 되었다.
술폰화 블록 고분자막을 이용하여 3cm×3cm, 5cm×5cm의 막면적을 가진 MEA를 제조하였고, 메탄올 연료전지와 수소연료전지의 초기성능전압 변화에 따른 전류밀도와 전력밀도를 측정하였다.
대해 관찰하였다. 양 말단에 tri fluorovinyl 그룹을 가지고 있으며, 동시에 상온에서 술폰화의 부가를 선택적으로 조절 가능한 arylene ether계 단량체들을 제조하였다. 이를 대상으로 올리고머의 제조를 거쳐 블록 공중합체를 제조하고 선택적인 후술폰화 반응을 통해 최종적으로 친수성블록과 소수성블록이 적절히 포함된 술폰화 블록 고분자를 합성하였다.
1 에서 보는 것과 같이 biphenyl 단량체 1을 열중합하여 올리고머 1을 제조한 후 diphenyl ether를 용매로 하여 각각 올리고머 Kbiphenyl unit)과 단량체 2(sulfonyl unit)의 몰 조성을 변화시켜 225℃로 72시간동안 반응하여 제조되었다. 이렇게 제조된 블록 고분자들을 methanol에 침전시켜 여과 후 진공건조하여 정제하였고 19F-NMR, GPC 등을 통하여 분석하였다.
양 말단에 tri fluorovinyl 그룹을 가지고 있으며, 동시에 상온에서 술폰화의 부가를 선택적으로 조절 가능한 arylene ether계 단량체들을 제조하였다. 이를 대상으로 올리고머의 제조를 거쳐 블록 공중합체를 제조하고 선택적인 후술폰화 반응을 통해 최종적으로 친수성블록과 소수성블록이 적절히 포함된 술폰화 블록 고분자를 합성하였다. 상온에서 술폰화 활성이 있는 biphenyl 올리고머 블록의 비율을 조절함으로써 술폰화제의 몰비를 고정하여 다양한 술폰화도를 갖는 블록 고분자를 합성하였다.
제조된 블록 공중합체를 상온에서 술폰화제인 chlorosulfonic acid를 이용하여 선택적으로 후술폰화시켜 강산 이온기인 sulfonic acid를 biphenyl 블록에 도입하였고, 합성된 고분자들의 연료전지 특성을 Nafion-U5와 비교하여 Table.1과 Table.2에 나타내었다. Table.
단량체들은 centrifuge를 통해 salt와 불순물들을 분리한 후 hexane과 ethyl acetate를 전개 용매로 하여 collmln chromatography 로 분리 정제하였다. 합성된 화합물 및 단량체들은 각각 1H-NMR, 19F-NMR을 통하여 분석하였다.
질소 분위기하에서 DMSO에 NaH와 biphenol류 출발물질을 주입한 후 1, 2-dibromotetrafluoroethane를 15~35℃에서 dropping하여 aryl ether 화합물들을 합성하였다. 합성된 화합물들을 물에 침전시켜 DMSO를 제거한 후 hexane과 ethyl acetate를 전개 용매로 하여 column chromatography로 분리 정제하였다.

성능/효과

이온전도도와 팽윤도가 최적화된 술폰화 블록 고분자막(3:7 monomer ratio)을 선택하여 메탄올연료전지 성능과 수소연료전지 성능을 측정한 결과 Nafion과 유사한 성능을 나타내었다. 본 실험에서는 술폰화제의 함량에 따라 연료전지특성 이영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었고, 불소를 포함한 술폰화 블록 고분자는 술폰화도의 조절이 용이하여 높은 이온전도도와 건조 및 습윤 상태에서도 좋은 기계적인 막물성을 나타내는 등 Nafion을 대체할 수 있는 새로운 연료전지막으로서의 가능성을 확인할 수 있었다.
수 있었다. 술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율이 증가함에 따라 이온교환능력이 증가하였고, 그에 따른 팽윤도와 이온 전도도를 나타내었다. 이온전도도와 팽윤도가 최적화된 술폰화 블록 고분자막(3:7 monomer ratio)을 선택하여 메탄올연료전지 성능과 수소연료전지 성능을 측정한 결과 Nafion과 유사한 성능을 나타내었다.
술폰화된 블록 고분자막의 연료전지 특성은 이온전도도와 이온교환능력, 팽윤도 등의 측정으 로확인할 수 있었다. 술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율이 증가함에 따라 이온교환능력이 증가하였고, 그에 따른 팽윤도와 이온 전도도를 나타내었다.
술폰화가 되는 올리고머 블록의 비율이 증가함에 따라 이온교환능력이 증가하였고, 그에 따른 팽윤도와 이온 전도도를 나타내었다. 이온전도도와 팽윤도가 최적화된 술폰화 블록 고분자막(3:7 monomer ratio)을 선택하여 메탄올연료전지 성능과 수소연료전지 성능을 측정한 결과 Nafion과 유사한 성능을 나타내었다. 본 실험에서는 술폰화제의 함량에 따라 연료전지특성 이영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었고, 불소를 포함한 술폰화 블록 고분자는 술폰화도의 조절이 용이하여 높은 이온전도도와 건조 및 습윤 상태에서도 좋은 기계적인 막물성을 나타내는 등 Nafion을 대체할 수 있는 새로운 연료전지막으로서의 가능성을 확인할 수 있었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

고분자 연료전지를 위한 불소계 poly(arylene ether) 블록 공증합체 전해질막의 합성 및 특성연구
Preparation and characterization of poly(arylene ether sulfone) block copolymers with perfluorocyclobutane groups for fuel cell application 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

고분자 연료전지를 위한 불소계 poly(arylene ether) 블록 공증합체 전해질막의 합성 및 특성연구 Preparation and characterization of poly(arylene ether sulfone) block copolymers with perfluorocyclobutane groups for fuel cell application 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

고분자 연료전지를 위한 불소계 poly(arylene ether) 블록 공증합체 전해질막의 합성 및 특성연구
Preparation and characterization of poly(arylene ether sulfone) block copolymers with perfluorocyclobutane groups for fuel cell application 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper