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Proton conductivity deterioration and recovery of Nafion membrane at elevated temperature.

Title
Proton conductivity deterioration and recovery of Nafion membrane at elevated temperature.
Other Titles
고온에서 Nafion membrane의 수소 이온 전도도 저하와 회복
Author
김정민
Advisor(s)
조창기
Issue Date
2011-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
현재 Nafion membrane은 높은 수소 이온 전도도와 물리∙
화학적으로 높은 안정성을 보여 연료전지용 membrane으로 크게 각광 받고 있다. 그러나 연료의 crossover나 높은 온도에서 낮은 수소 이온 전도도를 갖는 등 실제 적용에 있어서 많은 한계점들을 갖고 있다. 본 연구는 높은 온도(120~150℃)에서 Nafion membrane의 수소이온 전도도가 감소하는 원인을 관찰하였다. 높은 온도에서 aging의 전과 후의 차이점을 알아보고자 실험 단계 마다 수소이온 전도도, 함수율, IEC, 전도도-IEC, TGA, XPS 그리고 FT-IR 등으로 분석하였다. 열처리 또는 annealing을 한 Nafion membrane은 수소 이온 전도도, 함수율, 그리고 IEC값이 감소하였다. 이것을 다시 산 처리 하였을 경우 수소 이온전도도, 함수율, 그리고 IEC 값이 회복되는 것을 확인하였다. 수소 이온 전도도와 IEC값의 변화는 ionic cluster를 이동 할 수 있는 수소이온 양의 변화를 나타내고, 이것은 두 값의 비례관계로 확인하였다. TGA로부터 aN-48h와 aN150-48h는 다른 membrane에 비해 더 좋은 열 안정성을 보였다. XPS분석에서는 aN-48h와 aN150-48h에서 소수성 성질을 나타내었으며 산 처리 후 다시 친수성 성질을 갖는 경향을 나타내었다. Nafion membrane은 48시간 열처리 후 1440cm-1 에서S-O-S의 결합으로 생각 되어지는 흡수 피크가 생성되는 것을 FT-IR로 확인하였다. 결론적으로 48시간 열처리 후 친수성인 sulfonic acid group간 dehydration으로 인해 IEC값이 작아지고 proton conductivity 또한 감소하였다. Dehydrated nafion membrane을 다시 산 처리 하였을 경우 소수성인 S-O-S 결합의 가수분해로 sulfonic acid group의 양과 IEC값 그리고 proton conductivity가 회복 됨을 보여주었다
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/140054http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000415907
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF FIBER & POLYMER ENGINEERING(섬유고분자공학과) > Theses (Master)
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