초록 ▼

연구의 목적 및 내용
- 인산도핑 폴리벤지미다졸 고분자 합성 및 비대칭 다공성 막 개발
- 다공성막의 기고/두께 제어 기술 및 인산 누설 방지 기술 개발
- 고 이온전도성 및 고 치수안정성을 확보한 열처리 비대칭 다공성 폴리벤지미다졸 막 개발

연구결과
- 폴리이미드벤지미다졸(PIBIs) 설계 및 합성법 개발 완료 (국내 특허출원 : 출원 번호 10-2016-0032967)
- 폴리벤즈이미다졸(mPBI)의 합성법 최적화 (분자량 62,400 Da 의 고분자량의 mPBI 합성함.)
-비대칭

연구의 목적 및 내용
- 인산도핑 폴리벤지미다졸 고분자 합성 및 비대칭 다공성 막 개발
- 다공성막의 기고/두께 제어 기술 및 인산 누설 방지 기술 개발
- 고 이온전도성 및 고 치수안정성을 확보한 열처리 비대칭 다공성 폴리벤지미다졸 막 개발

연구결과
- 폴리이미드벤지미다졸(PIBIs) 설계 및 합성법 개발 완료 (국내 특허출원 : 출원 번호 10-2016-0032967)
- 폴리벤즈이미다졸(mPBI)의 합성법 최적화 (분자량 62,400 Da 의 고분자량의 mPBI 합성함.)
-비대칭 다공성 폴리벤지미다졸 막 제조 기술 개발 완료 (국내 특허출원 : 10-2016-0032953)
- 고이온전도도 다공성 폴리벤지미다졸 전해질막 개발 완료 (개발달성치 : 0.164 S/cm)
- 다공성 막의 기공 및 두께 제어 방법 개발 및 다양한 기공 및 두께를 가진 비대칭 다공성 막 제조함, (국내 특허출원 : 10-2016-0032953)
- 펜톤산화실험을 통해 화학적 안정성을 확인함 (mPBI 단일막에 비해 5~10% 높은 화학적안정성이 높음)
- 산소투과도 측정을 통해 연료의 크로스 오버 향상 및 인산의 누설 방지를 예측
- 열처리 비대칭 다공성 폴리벤지미다졸막 개발 완료
- 열처리 비대칭 다공성 폴리벤지미다졸막의 기본 물성인 인산도핑률, 이온전도도, 열적 안정성, SEM을 통한 단면 및 표면 특성 분석완료
- 열처리 다공성 폴리벤지미다졸막의 최종 이온전도도 달성치는 0.170 S/cm
- 최종 개발목표치인 1,000시간 동안 이온전도도 감소율 <10%을 도달함

연구결과의 활용계획
● 기대효과
: 상용건물(5~25 kW)용 연료전지가 이산화탄소 배출 감축을 위해 활용되고 있으며 특히 삼중열병합발전(Trigeneration=electricity+heating+cooling) 형태의 응용을 위해 150도 이상에서 운전하는 고온형 수소이온교환막 연료전지(PEMFC) 시스템이 실증단계에 있어 본 시스템 제작 업체에 기술 이전등을 타진할 수 있음
: 군용 및 특수용 연료전지 시스템에서 고가를 차지하고 있는 막-전극접합체용 전해질막의 고성능, 저가 제조 기술을 개발함으로써 연료전지 및 수전해 기술의 조기 시장 진출이 가능
: 기체상 수소에너지 변환시스템용 막-전극접합체의 주요 핵심요소인 전해질막 제조 기술의 개발은 현재 개발되고 있는 우수한 성능의 연료전지 및 수전해용 핵심요소의 실용화 기반을 구축하는데 중요한 역할을 수행
: 다공성 지지체를 활용한 강화복합막 기술은 향후 roll-to-roll 공정 적용하여 대량 생산이 용이하므로 산업계 기술이전에 유리함
● 응용분야 및 활용범위
: 군용 무인정찰기용 전원공급기 및 휴대용 발전기 시스템
: 삼중열병합 발전 형태의 건물용 및 분산용 발전 시스템
: 재생에너지 저장 시스템 및 on-site 에너지 발전 시스템

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
This study develops phosphoric acid-doped asymmetric polybenzimidazole membrane and prepares reinforced membranes.
- Development of asymmetric porous PBI membranes
- Characterization of asymmetric porous PBI membranes
- Development of thermally cured asymmetric porous P

Purpose& contents
This study develops phosphoric acid-doped asymmetric polybenzimidazole membrane and prepares reinforced membranes.
- Development of asymmetric porous PBI membranes
- Characterization of asymmetric porous PBI membranes
- Development of thermally cured asymmetric porous PBI membranes

Result
- The porous and asymmetric porous PBI thin membranes fabricated by a soft template method. (Korea Patent 10-2016-0032967, 10-2016-0032953)
- It was found that doping level was increased with increasing porogen feed content and the highest doping level of up to 15.6 was achieved.
- The proton conductivity at 140-160 ℃ under anhydrous conditions reaches the value of 0.164 S cm^-1 for P-PBI 47 higher than m-PBI which is a dense PBI membrane.
- These results show that the dead-end structure allows PBI to achieve a higher doping level, enhanced proton conductivity as well as enhanced chemical stability (5-10% higher than m-PBI)
- Similar oxygen permeability of P-PBI 47 to m-PBI has been obtained.
- Thermally cured asymmetric porous PBI membranes were developed.
- The proton conductivity, 0.17 S cm^-1, of thermally cured membranes has been obtained.
- The decrease of ionic conductivity for 1000 hr was less than 10%.

Expected Contribution
The results can be put into practical application as following;
- combined gas phase hydrogen energy conversion systems (HECS)
- manufacturing processes of composite membranes and MEAs for HT-PEMFCs (operating temperature >150℃)
- main part of membrane-electrode assemblies for trigeneration (=electricity+ cooling+heating) fuel cell system, military backup power and so on

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 30
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 32
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 33
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 34
• 8. 참고문헌 ... 34
• 9. 연구성과 ... 35
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 39
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 39
• 12. 기타사항 ... 39
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 40
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 61
• 끝페이지 ... 78