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공유 유기 골격체(covalent organic frameworks, COF)는 기능성을 정밀하게 설계하고 제어할 수 있는 결정성 다 공성 소재로서, 차세대 연료전지 멤브레인으로 주목받고 있다. 표준 양성자 교환막인 나피온(Nafion)은 높은 비용과 좁은 가 용 범위 등의 한계에 직면해 있다. 본 논문은 COF를 다양한 고분자 매트릭스에 도입하여 이러한 단점을 극복하기 위한 최신 연구 전략을 심도 있게 다룬다. 특히 양성자 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC), 음이온 교환막 연료전지(anion exchange membrane fuel cells, AEMFC), 그리고 고온(high-temperature) PEMFC (HT-PEMFC)용 COF 기반 복합막의 설계와 성능 특성에 집중한다. 다양한 COF 기능화 및 복합화 전략을 통해 이온 전도도, 기계적 강도 및 운전 안정 성을 향상시킨 주요 연구들을 비평적으로 논하며, 연료전지의 전반적인 효율 향상에 대한 COF의 잠재력을 조명한다.
Covalent organic frameworks (COFs) are crystalline porous frameworks whose functionality can be accurately designed and tailored, which makes them promising next-generation membrane materials for fuel cells. Although Nafion has been a standard proton exchange membrane material, it faces limitations such as high cost and a narrow operational range. The current review provides in-depth coverage of recent strategies to overcome these shortcomings by incorporating COFs into various polymer matrices. We concentrate on the design and performance characteristics of COF-derived composite membrane prototypes for the applications in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs), and high-temperature PEMFCs (HT-PEMFCs). Major developments in the aspects related to the improvement in ion conductivity, mechanical strength, and operating stability through various COF functionalization and composite approaches are critically addressed by emphasizing the prospect where COFs can potentially contribute towards the overall efficiency in the applications related to fuel cells.
Abstract
1. Introduction
2. Two-Dimensional Covalent OrganicFrameworks
3. Composite COF
3.1. Proton exchange membranes (PEMs)
3.2. Anion exchange membranes (AEMs)
3.3. High-temperature PEMs (HT-PEMs)
4. Others
5. Conclusions
Reference
