Polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE) splits water into hydrogen and oxygen through electrochemical processes. In PEMWE, the membrane, crucial for separating gaseous reaction products and transporting protons, must exhibit excellent stability, strength, thermal resistance, proton conductivity, and gas crossover resistance. Despite being vulnerable to long-term performance issues, the membrane's degradation is primarily linked to contamination or chemical breakdown. This thesis explores the correlation between structural and physicochemical properties of sulfonated hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes (PEM) in PEMWE. Divided into three chapters, Chapter 1 introduces PEMWE, PEM, and related research. Chapter 2 delves into the physicochemical properties and chemical durability of PEM, aiming to enhance stability by introducing a thioether linkage. Confirming the transition of the linkage in the water electrolysis environment, it was found to impact PEM's chemical stability. Chapter 3 proposes a multi-block copolymer synthesis with hydrophilic-hydrophobic nanophase separation, aiming to improve ion transport and mechanical properties. Consequently, the multi-block copolymer membrane outperforms commercial membranes.
고분자 전해질 막 수전해는 전기화학적 과정을 통해 물을 분해하여 수소와 산소를 생성합니다. 이 수전해에서 기체 생성물을 분리하고 수소 이온을 운반하는 역할을 하는 막은 우수한 안정성, 강도, 열 저항성, 수소 이온 전도도, 그리고 가스 투과 저항성을 갖추어야 합니다. 이러한 막은 장기적인 성능 문제에 취약하긴 하지만, 그 분해는 주로 오염이나 화학적 분해와 연관이 있습니다.
이 논문에서는 고분자 전해질 막 수전해에서 사용되는 탄화수소 기반 고분자 전해질 막의 구조와 물리화학적 특성 사이의 상관 관계를 연구합니다. 논문은 세 장으로 나뉘어 있으며, 1장에서는 고분자 전해질 막 수전해, 고분자 전해질 막, 그리고 관련 연구를 소개하고, 2장에서는 고분자 전해질 막의 물리화학적 특성과 화학 내구성을 다루며, 특히 싸이오이써 결합을 도입하여 안정성을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 수전해 환경에서 결합의 전이를 확인함으로써, 이것이 막의 화학적 안정성에 미치는 영향을 발견했습니다. 3장에서는 이온 전달 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 친수-소수 나노 상분리를 갖는 멀티블록형 공중합체의 합성을 제안합니다. 결과적으로, 이 멀티블록형 공중합체 막은 상용 막을 능가하는 성능을 보입니다.
