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3-D Interlocking interface of membrane/catalyst layer for high robustness of hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane fuel cell = 3차원 맞물림 계면 구조를 이용한 탄화수소계 막 기반 고분자 전해질 연료전지의 막-전극 접합체 계면 안정화 연구
서명 / 저자 3-D Interlocking interface of membrane/catalyst layer for high robustness of hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane fuel cell = 3차원 맞물림 계면 구조를 이용한 탄화수소계 막 기반 고분자 전해질 연료전지의 막-전극 접합체 계면 안정화 연구 / Seongmin Yuk.
저자명 Yuk, Seongmin ; 육성민
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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초록정보

In polymer membrane electrolyte fuel cell field, hydrocarbon membrane has not been successfully employed for practical membrane-electrode assembly in spite of its high cost effectiveness compared to per-fluorinated sulfonic acid (PFSA) membrane. It is mainly attributed to an interface delamination originating from a poor interfacial adhesion between hydrocarbon membrane and PFSA-based catalyst layer. Here, we present 3-D interlocking layer (3-D ILL) formed at the interface of hydrocarbon membrane and PFSA based catalyst layer as a novel academic strategy to tackle the interface issue. It is realized by forming micro-porous skin on the both side of hydrocarbon membrane, filling the pores with PFSA ionomer. The PFSA ion-omer layer, therefore, physically binds the hydrocarbon membrane and catalyst layer. Owing to a highly in-terlocked structural feature, the interfacial adhesion is dramatically enhanced by 37-fold with the introduc-tion of the 3-D ILL. As a result of humidity cycling, an accelerated interfacial durability test, the MEA with 3-D ILL exhibits 10 times higher durability than the MEA with flat interface, clearly demonstrating its efficacy in enhancing the interfacial durability of hydrocarbon membrane-based fuel cell.

고분자 막 전해질 분야에서 탄화수소계 전해질 막은 불소계 전해질 막 대비 낮은 가격에도 불구하고, 탄화수소계 막과 불소계 전극 간 낮은 계면 결착력에서 기인하는 막-전극 간 계면 탈리 현상에 의해 막-전극 접합체로의 실제적 적용이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 계면 탈리 문제를 해결하기 위해 새로운 전략으로 탄화수소계 막과 불소계 전극 간 계면에 3차원 맞물림 계면을 도입하였다. 3차원 맞물림 계면은 탄화수소계 막 양 면에 미세 다공층을 코팅하고, 기공을 불소계 이오노머로 채워 구현되며, 불소계 이오노머는 탄화수소계 막과 전극 간 계면 접착층으로써 역할을 수행한다. 3차원 맞물림 계면 구조의 계면 접착력은 강하게 맞물린 구조적 특성에 의해 일반 계면 대비 37배 향상되었다. 또한, 계면 내구성 가속화 테스트인 팽윤/건조 순환 실험 결과에 의하면 3차원 맞물림 계면이 적용된 막-전극 접합체는 일반 평면 계면이 적용된 막-전극 접합체에 비해 10배 더 높은 내구성을 나타냄으로써, 탄화수소계 기반 연료전지의 계면 안정성을 향상시키는 효과가 입증되었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 16051
형태사항 vi, 38 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 육성민
지도교수의 영문표기 : Hee-Tak Kim
지도교수의 한글표기 : 김희탁
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 31-36
주제 3-D interlocking interface
interfacial bonding layer
porous pattern
hydrocarbon based membrane
perfluorinated sulfonic acid based electrode
interfacial delamination
adhesion strength
3차원 맞물림 계면
계면 접착층
탄화수소계 막
불소계 촉매층
계면 탈리
계면 접착력
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