초록 ▼

연구의 목적 및 내용
고분자 전해질막은 에너지 변환 장치 및 저장 시스템에서 전해질간 이온의 선택적 이동에 관여하는 핵심적인 소재임. 따라서 우수한 전해질 막의 개발은 차세대 전지의 효율에 지대한 영향을 미침. 이 연구의 목적은 전해질 막을 통하는 이온채널을 정렬함으로써 우수한 전해질 막을 개발하여 에너지 전환 시스템의 효율을 개선시키는데 있음.
본 연구에서는 전기장에 의해 이온채널이 정렬된 막을 제조하고 이온 이동을 관찰하기 위한 레이져 분광 시스템을 구축함. 또한 연속적 막 제조장치를 개발하고 전기장하에서 담면 방향으

연구의 목적 및 내용
고분자 전해질막은 에너지 변환 장치 및 저장 시스템에서 전해질간 이온의 선택적 이동에 관여하는 핵심적인 소재임. 따라서 우수한 전해질 막의 개발은 차세대 전지의 효율에 지대한 영향을 미침. 이 연구의 목적은 전해질 막을 통하는 이온채널을 정렬함으로써 우수한 전해질 막을 개발하여 에너지 전환 시스템의 효율을 개선시키는데 있음.
본 연구에서는 전기장에 의해 이온채널이 정렬된 막을 제조하고 이온 이동을 관찰하기 위한 레이져 분광 시스템을 구축함. 또한 연속적 막 제조장치를 개발하고 전기장하에서 담면 방향으로 이온전도도가 개선된 막의 개발을 진행하였음. 전해질 막과 유사한 구조를 가진 AOT 수용액에서의 이온 전달현상을 관찰함. 새로운 방법으로 제조된 막에서의 이온 이동을 조사하고, 연료전지와 역 전기투석 장치에 제조된 막을 적용하여 에너지전환시스템의 효율 개선을 확인함.

연구결과
1. 고분자 전해질막의 이온채널 형성
- 전기장을 이용하여 구조제어를 한 막(QPPO, SPPO, Perfluorocarbon 물질 이용)의 특성을 조사하고, 평면전극판에서 이온채널을 형성한 전해질 막을 제조함.
- 또한 다공성 지지체를 이용한 막을 연속공정으로 제조하였는데, 이 막들은 상용막 또는 이온채널이 정렬되지 않은 막에 비해 2 ~ 10배의 전도도 향상을 보여줌.

2. Laser-sensitive photoacid를 이용한 이온 전달 현상 분석
- 이온 이동의 현상을 관측하기 위해 레이져 분광 시스템을 구축함.
- Photoacid의 종류 중 하나인 HPTS를 이용하여 수소이온의 이동 현상을 분광장치로 관측함. 또한 전해질 막과 비슷한 구조인 전해질의 reverse micelle 구조에서 이온의 전달 현상을 관찰함.

3. 차세대 에너지전환 시스템 적용을 위한 이온의 이동특성 평가
- 지지체 위에 충진된 이온채널 정열 SPPO 막을 연료전지에 적용하여 같은 두께의 불소계 막에 비하여 우수한 성능을 확인함.
- 직류 및 교류 전류를 이용하여 막을 제조한 뒤 역 전기투석 장치에 적용하여 역전기투석의 성능개선을 확인함.

연구결과의 활용계획
이온 이동 메카니즘에 관한 연구는 불소계 막의 메카니즘에 국한되었던 이온 전달 이론을 비불소계 막에도 적용해 뛰어난 막을 제조하는 이론적 성과로 활용될 수 있음.
또한 이온 전달 기초연구의 중요성과 이온채널에 따른 전해질 막의 핵심연구는 고부가 가치 기술로 활용 가능함. 에너지 변환 소재의 정밀 분석 기술 활용. 초박막 제조에 중요한 고강도 지지체의 제조 기술 및 이를 활용한 고강도 초박막 제조 기술에 활용.
고강도 초박막 고분자 전해질 막의 성능 최적화와 이의 차세대 에너지 변환 활용 기술에 활용.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
Polymer electrolyte membrane is a crucial component in energy conversion & storage systems because it allows ions (charge carriers) to transport selectively. Thus, the improvement of electrolyte membrane is important in increasing the performance of a battery for next generation

Purpose& contents
Polymer electrolyte membrane is a crucial component in energy conversion & storage systems because it allows ions (charge carriers) to transport selectively. Thus, the improvement of electrolyte membrane is important in increasing the performance of a battery for next generation. The main purpose of the research is alignment of ion channel in polymer electrolyte membranes. Also, improved electrolyte membranes would be applied to energy conversion systems.
In this study, alignment of ion channels using electric field was developed and a laser spectroscopy system was designed for observing ion transfer. A continuous caster for membrane preparation with porous support was assembled and it was utilized to make the improved membrane under electric field. Transport phenomena of proton in AOT structure was observed in the laser system for an electrolyte material. Membranes prepared were applied to energy conversion systems such as fuel cell and reverse electrodialysis.

Result
1. The formation of ion channel in polymer electrolyte membrane
- Membranes were prepared with QPPO, SPPO, and Perfluorocarbon material, in which ion channels were aligned under DC or AC electric field.
- Membranes with porous supporting material were prepared. The membranes show improved ion conductivity, the values being 2 to 10 times higher than non-treated membranes.

2. Analysis of ion transfer phenomena using laser-sensitive photoacid
- A laser spectroscopy system was designed to observe the ion transfer phenomena.
- The proton transfer phenomena was observed with the spectroscopy system for a reverse micelle structure which is similar to that of a polymer electrolyte membrane.

3. Evaluation of ion transfer in energy conversion systems
- The pore-filled SPPO membrane prepared with aligned ion channels was successfully applied to a fuel cell.
- The membrane manufactured with AC current was applied to reverse electrodialysis and it resulted in improvement of the performance of RED.

Expected Contribution
The research on the ion transfer mechanism will enable to improve polymer electrolyte membranes based on non-fluorinated hydrocarbon materials.
Also, it could contribute to the basic research of ion transfer theory and high-end technology of electrolyte membranes. The study would help the detailed analysis of the energy conversion systems. Also it could be applied to develop ultra-thin membranes with strong supporting materials for advancement of energy conversion systems.

(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 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 40
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 43
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 44
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 45
• 8. 참고문헌 ... 45
• 9. 연구성과 ... 46
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 50
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 50
• 12. 기타사항 ... 51
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 52
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 65
• 끝페이지 ... 77