A key element of environmentally friendly electric vehicles (EVs) based on polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) and lithium ion batteries (LIBs) is an ion-selective membrane, which can transport specific ions such as proton and lithium ions, and provide mechanical and chemical resistances. The state-of-the art membranes for PEFCs and LIBs are perfluorinated sulfonic acid ionomer reinforced membranes and ceramic-coated polyolefin separators, respectively. In spite of the improvement of membranes characteristics, additional membrane modifications are still needed to improve electrochemical cell performances and to extend their lifetime. In this presentation, several plausible approaches to improve membrane characteristics are introduced.

태양광 발전시스템은 태양복사에너지를 반도체의 광전효과를 이용하여 전기에너지로 직접 전환시키는 에너지변환 시스템이다. 태양전지의 내구성과 에너지변환율에 영향을 미치는 핵심소재로는 다층형 필름구조를 갖는 백시트를 들 수 있다. 대표적인 상용 백시트는 고내구성 poly(vinyl fluoride) (PVF) 필름이 중심축에 위치하고 가격저감을 위해 도입된 poly(ethylene terephthalate) (PET) 필름이 그 양쪽에 접합된 삼층구조로 구성된다. 하지만, PVF 필름의 높은 가격은 저렴한 고내구성 백시트 를 요구하는 시장상황을 반영하기 어렵게 한다. 이를 위한 해결책으로는 PVF 필름을 결정성 PET 필름으로 대체한 탄화수소계 백시트가 될 수 있다. 하지만, PET 필름의 본질적인 가수분해에 대한 취약성으로 인해, 추가적인 수분에 대한 배리어성 부여 는 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 소수성 실리카 나노입자 분산기술을 활용한 수분차단성 폴리우레탄 접착제를 개발 코자 하였다. 개발된 접착제는 내부에 위치한 PET 필름으로의 수분침투를 약화시켜, 가수분해속도를 지연시킬 것이라 기대 되었다. 본 개념의 효용성을 확인하기 위해, 표준화된 온습도조건에 노출된 이후의 일반접착제와 수분차단성 접착제가 도입 된 백시트의 기계적 강도 및 시간당 태양전지성능 변화가 비교평가되었다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA)ionomersare representative proton-conductive polymer electrolyte materials with excellent chemical resistance. PFSA ionomers exhibitrelatively well-defined morphologies composed ofhydrophilic and hydrophobic moieties, which provide pathway and barrier for fast proton conduction and hydrogen permeation, respectively. A general way to change thedegree of hydrophilic-hydrophobic phase separation is thermal treatment at certain temperatures, particularly their glass transition temperatures. In this study, a simple way to transform their morphologies and to give improved proton conduction and reduced hydrogen permeationis suggested.

Perfluorinated sulfonic acid ionomers (PFSAs) have been used as cationic membrane materials for polymer electrolyte fuel cells, redox flow batteries. PFSAs exhibit high ionic conductivity and chemical toughness. Unfortunately, it is difficult to tune fundamental characteristics of commercially available PFSA membranes. On the other hand, protonated PFSA emulsion in water-alcohol mixture is useful in making modified PFSA membranes. The formation of the PFSA membranes, however, requires additional steps such as NaCl treatment, water treatment, and drying. These processes act as rate-determining steps for PFSA membrane fabrication. In this study, a simple salt conversion process is achieved in the PFSA emulsion. The process contributes to enhanced morphological transition and fast proton transport through the resulting membranes.