Worldwide, many countries and companies have focused on clean technologies for sustainable growth. Among them, polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) which converts from chemical energy to electric energy by using the hydrogen energy has been profoundly investigated. However, the cost of PEMFC should be decreased for commercial use. Especially, in case of membrane in PEMFC, perfluorosulfuric acid (PFSA) polymer was mainly employed such as Nafion (Dupont, USA) which should be required high cost process at the high temperature and pressure. In addition, the use of PFSA membrane was limited to reduce cost by manufacture conditions. Therefore, membrane has been constantly tried to substitute from PFSA membrane to hydrocarbon (HC) membrane such as sulfonated poly(ether ether ketone) (s-PEEK), sulfonated polyimide (s-PI), sulfonated poly(arylene ether sulfone) (s-PAES) and sulfonated poly(phenylene sulfide) (s-PPS). In fact, the use of HC membrane instead of PFSA membrane in PEMFC has problems at the interface between membrane and catalyst layer based PFSA ionomer. The interfacial delamination is generated by using HC membrane and catalyst layer based PFSA ionomer and to cause low cell performance by poor interface that is originated in chemical dissimilarity between membrane and catalyst layer. In this study, the interfacial bonding layer (IBL) introduced between membrane and catalyst layer to gain price competitiveness by using HC membrane and to suggest simple and general solution regarding the improvement of interfacial bonding by identical chemical affinity between membrane and catalyst layer. Additionally, physical and electrochemical properties regarding the effects of IBL were confirmed.
전 세계적으로 많은 국가와 글로벌 회사들이 지속 가능한 성장을 위한 clean technology에 대한 관심이 높아지고 있는 상황입니다. 다양하게 제시되고 있는 clean technology 중에서도 수소에너지를 사용하여 화학에너지로부터 전기에너지를 획득할 수 있는 고분자 전해질 막 연료전지가 지속적으로 연구되고 있습니다. 그러나 고분자 전해질 막 연료전지가 상업적으로 채택되기 위해서는 가격의 절감이 필요한 상황입니다.
특히, 고분자 전해질 막 연료전지에 사용되는 고분자 막의 경우, 주로 불소계 고분자인 Nafion이 현재 주로 쓰이고 있는데 이는 고가의 모노머 사용, 고온 고압의 생산공정으로 인하여 가격 경쟁력이 떨어지는 상황입니다. 그러므로 고분자 막 연료전지가 가격 경쟁력을 갖고 불소계 고분자 막 대체를 위해 sulfonated poly(ether ether ketone) (s-PEEK), sulfonated polyimide (s-PI), sulfonated poly(arylene ether sulfone) (s-PAES) and sulfonated poly(phenylene sulfide) (s-PPS) 와 같은 하이드로 카본계 고분자 막에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔습니다.
하지만, 하이드로 카본계 고분자 막의 경우, 불소계 ionomer로 제작된 촉매층과의 계면에서의 문제를 보이고 있습니다. 이 interfacial delamination은 하이드로 카본계 고분자 막과 촉매층 사이의 chemical dissimilarity 에 의하여 발생하게 되는데 이로 인하여 연료전지의 성능이 감소하는 주요 원인으로 작용합니다.
그래서 본 연구에서는 interfacial bonding layer (IBL)를 촉매층과 하이드로 카본계 고분자 막 사이에 단순한 spray coating system을 이용하여 적용함으로써 계면에서의 chemical affinity를 증가시켜 계면 결착력을 증진하고 불소계 고분자 막을 대체함으로써 가격 경쟁력을 얻고자 했습니다. 추가적으로 물리적, 전기화학적 특성 확인을 통해 interfacial bonding layer (IBL)의 효과를 확인했습니다.
