Porous poly(propylene) supported gel polymer electrolytes (GPE) were synthesized by thermal polymerization of DEGDMA [Di(ethylene glycol) dimethacrylate] in electrolyte solutions (1 M solution of $LiPF_6$ in EC/DEC 1 : 1 mixture) at $70^{\circ}C$. AC impedance spectroscopy and cyclic voltammetry were used to evaluate its ionic conductivity and electrochemical stability window of the GPE membranes. Lithium ion battery (LIB) cells were also fabricated with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$/graphite and GPE membranes via thermal polymerization process. Through the thermal polymerization, self sustaining GPE membranes with sufficient ionic conductivities (over $10^{-3}\;S/cm$) and electrochemical stabilities. The LIB cell with 5% monomer showed the best rate-capability and cycleability.
The purpose of this study was to compare the water channel morphology and the proton conductivity by changing the number of repeating units of the polymer backbone of PEMs, and to present a criterion for selecting an appropriate polymer model for MD simulation. In the model with the shortest polymer main chain, the movement of the main chain and the sulfonic acid group was observed to be large, but no change in the water channel morphology was found. In addition, due to the nature of the proton transport ability that is most affected by the water channel morphology, the proton conductivity did not show a significant correlation with the length of the polymer backbone. These results provide important information, particularly for the preparation of ionomers for binders. In general, a low molecular weight polymer electrolyte material is used for a binder ionomer. Since the movement of the main chain/sulfonic acid group is improved, it can play a role of enclosing the catalyst layer well. However, there is no change in its proton conducting performance. In conclusion, the preparation of ionomers for binders will require molecular weight and structure design with a focus on physical properties rather than proton transfer performance.
Poly pyrrole polymer(ppy) has an excellent electrical conductivity and can be easily polymerized on anode to give various morophology according to doped anion on electroactive sites. To improve the properties of brittleness, ageing and hydrophobisity, poly furan polymer(pfu) having a high initiation potential was anodically implanted in this porous ppy film matrix to get the Pt/ppy/pfu(x)type of polymer composite electrode. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance methods were used to these electrode, where $PF_6^-,\; BF_4^-$, and $ClO_4^-$ ions were employed as dopants. The composition of the pfu(x) at the electrode was changed from 0 to 1.10, but the range was useful only at 0.1 to 0.2 as the redox electrode. The polymer composite electrode doped with $PF_6^-$ was better in charge transfer resistance by a factor of 40 times and in double layer capacitance by a factor of 20 times than others. The charge transfer in the polymer film of the electrode was influenced on frequency change and equivalent circuit of this electrode had Warburg impedance including mass transfer.
In this study, we manufactured the membrane using the polyethersulfone (PES) of fiber by using the electrospinning method. The polymer electrolyte membrane for fuel cells was manufactured by impregnating Nafion solution to the porous PES membrane. We confirmed that electrospun PES membrane has higher thermal stability than Nafion 212 membrane by thermogravimetric analysis. Impregnated Nafion in the pores of the electrospun PES membrane was characterized by scanning electron microscopy. The AC impedance data shows the hydrogen ionic conductivity of $10^{-2}$ S/cm below $100^{\circ}C$. Nafion impregnated PES membrane shows the maximum performance at $90^{\circ}C$ showing current density of 389 mA/$cm^2$ at 0.6 V, while Nafion 212 membrane shows maximum at $75^{\circ}C$.
This study focuses on the investigation of the impregnation of poly (vinyl alcohol) (PVA) crosslinked with poly(styrene sulfonic acid-co-maleic acid) (PSSA-MA) to porous polyethylene membrane for the fuel cell application. The membranes were characterized by the measurements of the water content, contact angle, FTIR spectra, thermal gravimetric analysis, ion exchange capacity, proton conductivity, methanol permeability and elastic modulus. The existence of hydrophilic moieties in the impregnated membranes was confirmed by contact angle and FTIR measurements. The impregnated PVA/PSSAMA(90:10) membrane exhibited a higher ion exchange capacity (1.2 meq./g dry membrane) than Nafion membrane (0.91 meq./g dry membrane). Through the elastic modulus measurement, the dimensional stability of the resulting membranes was expected to increase higher than the polyethylene membranes. The methanol crossover and water content decreased even if the PSSA-MA content increased due to the reduction of the free volume.
Aromatic copolyamides were prepared and their applicability to proton exchange membrane was studied. The copolymers contain two segments; thermally stable and mechanically strong poly (p-phenylene terephthalamide) (PPTA), and easily processable and good film-forming polysulfone. For the copolymers, different ratios of amine-terminated sulfonated ether sulfone monomer, terephthaloyl chloride, and p-phenylene diamine were sequentially reacted. The obtained copolymers were mixed with trimethylolpropane triglycidyl ether (TMPTGE), thermally cured, and converted into proton exchange membranes for fuel cell application. The reactions at each step and the molecular characteristics of precursor copolymers were confirmed by $^1H$ NMR, FTIR, and titration. The performance of the membranes was measured in terms of water uptake and proton conductivity. The water uptake, ion exchange capacity (IEC), and proton conductivity of the membranes increased with the increase of sulfonated ether sulfone segment content. Membrane containing 60 mol% sulfonic acid sulfone segment showed 1.88 meq/g IEC value. Water uptake was limited less than 110 wt% and the highest proton conductivity was up to $7.4{\times}10^{-2}$ S/cm ($25^{\circ}C$, RH=100%).
Polyoxometalates (POMs) have outstanding properties and a great deal of potential for electrochemical applications. As POMs are highly soluble, the implementation of POMs in various functional materials is required to fully use their potential in electrochemical devices. Here, we will review the recently developed immobilization methods to incorporate POMs into conductive nanomaterials, such as nanocarbons and conducting polymers. Various immobilization strategies involve POMs entrapped in conducting polymer matrix and integration of POMs into nanocarbons using a Langmuir-Blodgett technique, a layer-by-layer self-assembly, and an electrochemical in-situ polymerization. In addition, we will review a variety of electrochemical applications including electrocatalysts for water oxidation, lithium-ion batteries, supercapacitors, and electrochemical biosensors.
Ionic polymer-metal composite (IPMC) actuator generates bending actuation via ion/water flux to the cathode side under an electric field. Polyelectrolytes in IPMC should possess high water-retention capability, proton conductivity, and Young's modulus. In this study. for endowing IPMCs with these properties, Nafion-alumina composite membranes containing $\alpha$- or $\gamma$-aluminas of $4{\sim}8$ wt% were prepared. Mechanical moduli of Nafion-alumina composite membranes were $7{\sim}3$ MPa higher than that of Nafion, with the slight decrease in proton conductivity. At DC 3 V. the actuation performance of the Nafion-$\alpha$-alumina (8 wt%)-IPMC was superior to that of the typical Nafion-IPMC. exhibiting 2.7 times the displacement with an enhanced blocking force. The enhanced actuation performance with the Nafion-$\alpha$-alumina composite membranes was attributed to the higher proton conductivity, the elevated ion/water flux, and the lower interfacial electric resistance of platinum electrodes and membrane, compared with those containing $\gamma$-alumina.
In this study, crosslinked copolyimides with random (r-) and block (b-) structure were fabricated using N,N-bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid and pentanediol as crosslinkers. Linear r- and b-sulfonated copolyimides were also fabricated for comparison. Ion exchange capacities of r- and b-copolyimides were very similar to each other owing to their strong dependence of sulfonic acid content. The physical crosslinking via dimerization of carboxylic acid groups induced a reduced average interchain distance in b-copolyimide without crosslinkers. Consequently, its water uptake and methanol permeability were lower than those of r-sulfonated copolyimides. Simultaneously, the reduced interchain distance increased the content of fixed-charged ions per unit volume. The high fixed-charged ion density contributed to an enhancement of proton conductivity In the b-sulfonated copolyimide. Crosslinking caused the reduction of average interchain distance between polymer chains irrespective of types of crosslinker and polymer structure, leading to low methanol permeability. On the contrary, their proton conductivity was improved owing to formation of effective hydrophilic channels responsible for proton conduction. In particular, this trend was observed in r-copolyimide containing a fixed charged ion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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