유기계 항산화제가 그래프팅된 산화 그래핀을 도입한 과불소화계 복합 막의 고분자 전해질 막 연료전지로의 응용 (Perfluorosulfonic Acid Composite Membranes Containing Organic Antioxidant-grafted Graphene Oxides for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications)

서지정보

· 발행기관 : 한국막학회
· 수록지 정보 : 멤브레인 / 34권 / 6호 / 445 ~ 457페이지
· 저자명 : 김기현, 정유경, 황인혁, 배중문

초록

본 연구에서는 유기계 산화 방지제인 가려진 페놀이 그래프팅된 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성하였고, 이를 도입한 나피온(Nafion) 기반의 복합 막을 제조하여 고분자 전해질 막 연료전지에 응용하였다. HP-GO는 3,5-디-tert-뷰틸-4-히드록시페닐프로피오닐 클로라이드에 존재하는 염화 카보닐기(carbonyl chloride)와 GO에존재하는 히드록시간의 치환 반응을 통해 합성되었으며, 합성된 HP-GO를 고분자 기지체 대비 0.01~0.5 wt%까지 포함하는복합 막을 제조하여 순수 Nafion과의 물성 차이를 비교하였다. 특정 함량의 HP-GO가 첨가된 복합 막은 순수 Nafion에 비해우수한 인장강도와 수분 흡수율 및 치수안정성을 나타내었다. 특히 HP-GO의 산화 방지 특성으로 인해 HP-GO가 첨가된 복합 막은 장시간의 펜톤 평가(Fenton’s test) 이후 순수 Nafion 대비 높은 산화 안정성을 나타내었다. 또한 HP-GO에 의한 향상된 수분 흡수율에 의해 복합 막은 전 습도 구간에서 순수 Nafion 대비 우수한 수소 이온 전도도를 나타내었다.

영어초록

Hindered phenol-grafted graphene oxide (HP-GO), as an organic antioxidant grafted on GO, was developed and incorporated into Nafion-based composite membranes for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) applications.
HP-GO was synthesized through a substitution reaction between the carbonyl chloride group in 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionyl chloride and the hydroxyl groups on the surface of GO. Composite membranes containing 0.01~0.5 wt% of HP-GO were fabricated, and their properties were compared to those of pristine Nafion. The composite membranes with the specific content of HP-GO demonstrated superior tensile strength, water uptake, and dimensional stability compared to pristine Nafion. Notably, the composite membranes exhibited enhanced oxidative stability compared to pristine Nafion after 600 h of Fenton's test due to the incorporation HP-GO with antioxidant properties. Furthermore, the improved water absorption behavior of the composite membranes by the incorporation of HP-GO resulted in better proton conductivities than those of pristine Nafion at all ranges of humidity conditions.

참고자료

· 없음