PEMFC is known as one of the most promising candidates for alternative energy source. However it still has problems of catalyst poisoning and water management. To overcome these problems, Phosphoric acid doped PBI membrane which operates in high temperature operation (100~200℃) is recommended. However, it is well known that PBI fuel cell shows significant performance drop in initial stage of on/off operation. Therefore, porous interfacial adhesion layer was introduced between membrane-electrode interfaces to prevent acid dissolution. Porous cross-linked polymer was successfully synthesized from epoxy monomer bisphenol A diglycidyl ether and ammonium carbonate pore former. And the polymer introduced to MEA cathode in which water molecules are generated. As a result, it was identified that the interfacial adhesion layer effectively prevented the OCV drop in initial operation during 20 days. This result means that the membrane damage which results in OCV drop is much reduced. The robust interfacial layer prevents severe volume change of electrolyte by temperature change, and hinders direct contact between electrolyte and liquid water produced in cathode. But the porous interfacial layer did not hinder the proton conduction. Interfacial layer introduced MEA did not showed clear performance deterioration. Therefore, better long-term operation of PBI fuel cell is expected.
수소이온전도성 고분자 연료전지 (PEMFC) 는 대체 에너지원으로서 가장 유망한 시스템 중 하나이다. 그러나 PEMFC는 여전히 일산화탄소에 의한 촉매 피독이나 복잡한 가습 시스템의 설계 등 문제점을 내포하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 100~200℃에서의 고온 구동이 바람직하다. 고온에서 구동할 경우, 일산화탄소 피독을 완화할 수 있으므로 연료 정제 시스템을 단순화할 수 있으며, 가습 시스템이 필요하지 않다는 장점이 있다. 그러나 PEMFC의 고온 구동을 위하여 개발된 인산 함침 polybenzimidazole (PBI) 시스템은 실제 사용 환경과 같이 온오프 구동하였을 때 초기 구동에서 성능이 현저하게 떨어지는 문제점을 보인다. 이는 급격한 온도 변화로 인해 반응 생성물인 물이 액화되며 인산의 용출을 가속화시키기 때문이다. 따라서 성능 저하의 원인인 인산 용출을 억제하기 위하여 막-전극 계면에 다공성 계면접착층을 도입하였다.
에폭시 계열 단량체인 Bisphenol A diglycidyl ether와 기공 형성제인 ammonium carbonate를 이용하여 다공성 가교 고분자를 합성하였다. 이 고분자를 막과 물이 생성되는 양극 계면에 도입하였다. 결과로서, 계면접착층의 도입이 PBI 연료전지의 초기 20일 간의 구동에서 open circuit voltage (OCV) 저하를 효과적으로 막는다는 것이 밝혀졌다. OCV는 막의 손상을 나타내는 척도로 볼 수 있다. 이 성능의 향상은 물리적 성질이 좋은 가교고분자가 PBI 막의 부피변화를 막으며, 계면접착층으로 인해 전극에서 생성된 액체 물과 막이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있었기 때문이다. 그러나 저항층으로 작용할 가능성이 있는 추가 계면접착층의 도입에도, 다공성 계면접착층을 도입한 경우에는 뚜렷한 성능저하가 나타나지 않았다. 따라서, 고온용 PBI 연료전지의 장기 성능 향상을 기대할 수 있다.
