계면활성제가 도입된 이오노머를 함침시킨 ePTFE기반 강화복합막의 제작과 이들의 PEMFC 특성 (Fabrication of ePTFE-based Reinforced Composite Membrane Impregnated by Surfactant-introduced Ionomers and Its Properties of PEMFC)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 23권 / 3호 / 25 ~ 33페이지
· 저자명 : 한동헌, 오승주, 이종인, 배진우

초록

고분자 전해질막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)용 ePTFE기반 강화복합막은 이오노머 막에 비해 낮은 가격과 우수한 내구성으로 인해 주목받고 있다. 그러나, 다공성 ePTFE 강화막의 소수성과 이오노머의 친수성 사이의 반발력으로 인해 강화복합막의 불완전한 함침 문제가 발생한다. 이는 ePTFE기반 강화복합막의 오믹 저항과 수소기체투과도를 증가시키기 때문에 PEMFC의 성능과 내구성을 감소시킨다. 본 연구에서는 친수성과 소수성의 반발력을 감소시킴으로써 함침을 개선시키기 위해서 Triton X-100와 Igepal CO-630 계면활성제를 각각 함량별로 이오노머에 도입시켜 용액을 제조하였다. 이를 활용하여 함침을 개선시킨 ePTFE기반 강화복합막을 제작하였으며, 막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)로 제작하여 PEMFC에 적용하였다. 계면활성제의 함량이 증가함에 따라서 ePTFE에서 대한 이오노머 용액의 젖음성을 증가되었기 때문에 ePTFE기반 강화복합막의 함침을 개선시켰다. 또한, PEMFC에서 ePTFE기반 강화복합막의 오믹 저항과 수소기체투과도를 감소시킨 것을 확인하였다. 더욱이, Triton X-100에 비해서 우수한 젖음성을 가지는 Igepal CO-630 계면활성제는 ePTFE에 대한 이오노머 용액의 함침을 더욱 개선할 수 있기 때문에 ePTFE기반 강화복합막의 PEMFC 성능과 내구성을 효과적으로 개선시킬 수 있었다.

영어초록

ePTFE-based reinforced composite membranes for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have attracted attention because of their higher durability and lower cost than ionomer membranes. On the other hand, repulsion between the hydrophobic ePTFE membrane and hydrophilic ionomer causes incomplete impregnation. This problem deteriorates the performance and durability of PEMFCs owing to the increasing ohmic resistance and hydrogen crossover of the ePTFE-based reinforced composite membrane. This study developed ionomer solutions with Triton X-100 or Igepal CO-630 as surfactants, which can improve impregnation by reducing the repulsion between the hydrophobicity and hydrophilicity. The surfactant-introduced ionomer solutions were impregnated directly on the ePTFE membrane and applied to a membrane electrode assembly (MEA) for PEMFC. The presence of the surfactant improved the impregnation of the ePTFE-based reinforced composite membrane due to the increasing wetting properties of ionomer solutions on the ePTFE membrane and thus reduced the ohmic resistance and hydrogen crossover of PEMFC. In addition, the ionomer with the Igepal CO-630 surfactant showed better wetting properties than that with Triton X-100. Therefore, the introduction of a surfactant into the ePTFE-based reinforced composite membrane was expected to increase the performance and durability of PEMFC effectively.

참고자료

· 없음