표제지
목차
국문요약 11
1. 서론 14
2. 이론적 고찰 17
2.1. 수소이온 교환막 연료전지의 기본원리 17
2.2. 막-전극접합체 (Membrane electrode assembly, MEA) 19
2.3. 이오노머 20
2.3.1. 이오노머의 역할 20
2.3.2. 이오노머 고분자의 구조 22
2.3.3. 당량 무게 (Equivalent weight, EW) 및 이온교환용량(Ion exchange capacity, IEC) 24
2.3.4. 이오노머의 박막 25
2.3.5. 이오노머 박막의 영향 27
2.3.6. 이오노머 종류에 따른 장단점 30
3. 실험재료 및 방법 32
3.1. 이오노머 용액 선정 및 블렌딩 비율 선정 32
3.1.1. 촉매잉크 제작용 상용 이오노머 바인더 선정 32
3.1.2. 촉매잉크 제작용 블렌딩 이오노머 비율 선정 33
3.2. 블렌딩 이오노머 용액 제조 34
3.2.1. 당량무게(EW) 1000 이오노머 용액 제조 34
3.2.2. 당량값 980 이오노머 용액 제조 34
3.2.3. 당량값 830 이오노머 용액 제조 35
3.3. 이오노머 용액 제막 방법 36
3.4. 수소이온 교환막 연료전지 막-전극접합체 제조 37
3.4.1. 촉매잉크 제조 37
3.4.2. 막-전극접합체 제작 37
3.5. 막 물성 평가방법 38
3.5.1. 당량 무게 (Equivalent weight, EW) 38
3.5.2. 함수율 (Water-uptake) 39
3.5.3. 이온전도도 (Ion conductivity) 40
3.5.4. 활성화 에너지 (Activation energy) 41
3.5.5. 기공률 (Porosity) 42
3.6. 수소이온 교환막 연료전지 평가방법 43
3.6.1. 전류-전압 분극곡선 (I-V polarization) 43
3.6.2. 촉매활성면적 (Electrochemical Surface Area, ECSA) 45
3.6.3. 제한전류밀도 (Limit current density) 46
3.6.4. 산소투과도 (Oxygen permeability) 47
4. 실험결과 및 고찰 48
4.1. 전해질막 물성 특성 분석 48
4.1.1. 당량 무게 48
4.1.2. 함수율 50
4.1.3. 이온 전도도 52
4.1.4. 활성화 에너지 55
4.2. 막-전극접합체 특성 분석 58
4.2.1. 기공률 58
4.3. 수소이온 교환막 연료전지 성능분석 61
4.3.1. 전류-전압 분극 곡선 61
4.3.2. 촉매활성면적 66
4.3.3. 제한전류밀도 71
4.3.4. 산소투과도 76
5. 결론 79
참고문헌 82
ABSTRACT 89
Table 4.1. Equivalent weight of each ionomer. 49
Table 4.2. Water uptake at 70 ℃ of each ionomer. 51
Table 4.3. Ion conductivity at 70 ℃ R.H. 100%, 80 ℃ R.H. 100, 75 and 50% of each ionomer 53
Table 4.4. Activation energy of each ionomer 56
Table 4.5. Porosity of MEA made by using each ionomer. 59
Table 4.6. Current density of MEAs at 70 and 75 ℃ R.H. 100%, 80 ℃ R.H. 50, 75 and 100%. 62
Table 4.7. Electrochemical surface area of MEAs at 70 and 75 ℃ R.H. 100%, 80 ℃ R.H. 50, 75 and 100% 67
Table 4.8. Decrease rate of limit current density of MEAs at 70 and 75 ℃ R.H. 100%, 80 ℃ R.H. 50, 75 and 100% 72
Table 4.9. Comparison of oxygen permeability at 70 ℃ R.H. 100%, 80 ℃ R.H. 100, 75 and 50% 77
Figure 2.1. Schematic illustration for operation of PEMFC. 18
Figure 2.2. Schematic of triple phase boundary in PEMFC. 21
Figure 2.3. Components of PFSA (a) LSC and (b) SSC ionomer polymer. 23
Figure 2.4. Schematic of catalyst layer. 26
Figure 2.5. Schematic illustrations of (a) SSC, (b) LSC ionomer coverages on catalyst and oxygen and proton transport ionomers. 28
Figure 2.6. Schematics of hypothesized ionomer structure at the Pt surface for conventional ionomer (a) high oxygen permeable resistance... 29
Figure 2.7. Objective for conducting this study. 31
Figure 3.1. Overpotential on the I-V polarization curve. 44
Figure 4.1. Water uptake of each ionomer. 51
Figure 4.2. Ion conductivity (a) at 25, 30, 50, 70 and 90 ℃ (b) at 80 ℃ R.H. 50, 75 and 100% of each ionomer. 54
Figure 4.3. Activation energy of each ionomer for ionic conductivity. 57
Figure 4.4. Porosity of MEA made by using each ionomer. 60
Figure 4.5. Comparison of current density (a) 70 ℃ R.H. 100% (b) 75 ℃ R.H. 100% (c) 80 ℃ R.H. 50% (d) 80 ℃ R.H. 75% (e) 80 ℃ R.H. 100%. 65
Figure 4.6. Comparison of Electrochemical surface area (a) 70 ℃ R.H. 100% (b) 75 ℃ R.H. 100% (c) 80 ℃ R.H. 50% (d) 80 ℃ R.H. 75% (e) 80... 70
Figure 4.7. Comparison of Decrease rate of limit current density (a) 70 ℃ R.H. 100% (b) 75 ℃ R.H. 100% (c) 80 ℃ R.H. 50% (d) 80 ℃ R.H.... 75
Figure 4.8. Comparison of oxygen permeability according to (a) temperature (b) relative humidity 78