곁가지 술폰화 Poly (arylene ether ketone) 블록 공중합체를 이용한 연료전지용 전해질막의 제조 및 물성 :Preparation of electrolyte membranes for fuel cells using pendent sulfonated poly (arylene ether ketone) block copolymers and their properties

권병산

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권병산 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 김덕준

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

곁가지 술폰화 Poly (arylene ether ketone) 블록 공중합체를 이용한 연료전지용 전해질막의 제조 및 물성

권병산 화학과 2014.01 학위논문

2013

곁가지 술폰화 Poly(arylene ether ketone) 블록 공중합체를 이용한 연료전지용 전해질 막의 제조 및 물성

권병산 , 김덕준 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 2013.10 학술대회자료

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고분자 연료전지에 널리 사용되고 있는 불화탄화수소 막인 Nafionⓡ은 고가이며, 고온에서 이온전도도의 하락과 기계적 및 화학적 안정성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 전 세계적으로 저가이며, 내열성을 갖는 탄화수소계 막을 개발하고 있는 추세이다. 그러나 현재까지 개발된 탄화수소계 막은 Nafionⓡ에 비해 이온전도도가 낮은 단점이 있다. 본 연구에서는 탄화수소계 단량체를 사용하여, 친수성-소수성 블록 공중합체 전해질막을 제조하였다. 친수성 블록을 구성하는 단량체는 곁가지를 갖는 4,4''-bis(4-hydroxyphenyl)-valeric acid과 4,4''-difluorobenzophenone을 소수성 블록을 구성하는 단량체는 4,4''-difluoro
benzophenone, bisphenol A을 사용하였다. 친수성 블록에 대하여 곁가지 술폰화를 통해 이온전도도를 조절하였고, 소수성 블록은 Poly arylene ether ketone 구조이므로 높은 기계 및 화학적 안정성을 나타내었다. 친수성 블록의 사슬길이 증가에 따라 이온전도도와 수분 흡수율이 상승함을 확인하였다. 또한 소수성 블록의 영향으로 TGA를 이용한 분석 시 랜덤막과 비교하여 높은 열적 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 블록 공중합체의 상분리 효과를 AFM 표면분석을 하였으며, SAXs를 이용하여 구조분석을 수행하였다.

#곁가지 #공중합체 #sPAEK #이온전도도 #블록 #술폰화 #소수성 #친수성

제 1장. 서론 1
제 2장. 이론 4
2.1. 연료 전지 이론 4
2.1.1. 역사적 배경 4
2.1.2. 연료전지의 종류 5
2.2. 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 12
2.2.1. 고분자 전해질 연료전지의 특징 12
2.2.2. 원리 및 구성 13
2.2.3. 연료전지에서의 반응 열역학 14
2.2.4. MEA(Membrane Electrode Assembly) 17
2.3. 고분자 전해질막 20
2.3.1. 고분자 전해질막의 종류 20
2.3.2. 고분자 전해질막의 특징 28
2.3.3. 연구 동향 30
제 3장 실험 33
3.1. 재료 33
3.2. 소수성 PAEK(poly arylene ether ketone) 올리고머의 합성 33
3.3. DFBP를 이용한 end-capping된 소수성 PAEK 올리고머의 합성 35
3.4. 곁가지 PAEK(poly arylene ether ketone) 올리고머의 합성 36
3.5. 곁가지 술폰화 PAEK(poly arylene ether ketone) 올리고머의 합성 37
3.6. 소수성-친수성 블록 공중합체의 합성 방법 39
3.7. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 제조 40
3.8. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 특성 분석 41
3.8.1. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 구조 분석 41
3.8.2. 열적 안정성 분석 41
3.8.3. 기계적 안정성 분석 41
3.8.4. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 물 함유량 분석 42
3.8.5. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 이온전도도 분석 42
3.8.6. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 표면 분석 43
3.8.7. 소수성-친수성 블록 공중합체 전해질막의 구조 분석 43
3.9. 전극 제조 44
3.10. MEA 제작 및 전지 성능 분석 44
제 4장. 결과 및 토론 46
4.1. 소수성-친수성 PAEK(poly arylene ether ketone) 올리고머 합성 46
4.1.1. 소수성-친수성 PAEK 올리고머 1H-NMR 분석 46
4.1.2. end-capping된 소수성 PAEK 올리고머 19F-NMR 분석 47
4.1.3. NHS-PAEK 올리고머 1H-NMR 분석 48
4.1.4. 소수성-친수성 PAEK 올리고머 FT-IR 분석 49
4.1.5. 소수성-친수성 PAEK 올리고머 1H-NMR을 통한 이론 분자량 분석 50
4.2. 곁가지 술폰화 PAEK 블록 공중합체 전해질막의 특성 52
4.2.1 수분 흡수율 52
4.2.2 이온 교환 능력 분석 54
4.2.3 열적 안정성 분석 56
4.2.4 기계적 물성 분석 57
4.2.5 이온 전도도 측정 58
4.2.6 형태학적 분석 60
4.2.7 이온 교환막의 이온 클러스터 분석 62
제 5장. 결론 63
제 6장. 참고문헌 64

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