천연고분자-에어로겔 나노복합 멤브레인의 제조 및 특성 평가

초록

고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질은 이온 전도도가 높을수록 전력밀도가 증가하기 때문에 출력성능이 증가하며 절연성이 좋을수록 누설전류가 적어진다. 이에 따라 현재 상용화된 Napion 전해질이 우수한 성능을 나타내지만 고온, 저습 환경에서 이온전도도가 급격히 감소하며 복잡한 제조공정으로 인해 대체가능한 전해질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)는 낮은 유리전이온도로 인해 이온 전도도가 높아 고분자 전해질의 재료로 높은 가능성을 가진 재료이지만 상온에서의 높은 결정성(80%) 때문에 낮은 수소이온 전도도(∼S/cm)를 나타내는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 PEO와 천연고분자를 복합화 하여 결정도를 낮추어 높은 수소이온전도성을 갖는 복합전해질을 제조하고자 하였으며 전해질의 표면구조를 소수성화하고 멤브레인의 내구성 및 내열성을 향상시키기 위하여 나노 기공을 갖는 실리카 에어로겔을 첨가하였다. PEO와 천연고분자 그리고 실리카 에어로젤을 적절한 용매를 사용하여 혼합함으로써 안정된 슬러리를 제조하였고 이를 casting하고 건조함으로써 치밀한 고분자전해질 멤브레인을 제조하였다. 제조된 나노복합 멤브레인의 미세구조를 확인하고 물리화학적 특성을 평가하기 위해 일정한 온·습도에서의 임피던스 분석을 통하여 수소이온 전도도를 측정하였다.