Owing to advantages of polymeric materials for hydrogen tank liner like light-weight property and high specific strength, polymer based composites have gained much attention. Despite of many benefits, polymeric materials for fuel cell tank cause problems which is critical to applications as low gas barrier property, and poor processability when adding fillers. For these reasons, improving gas barrier property of polymer composites is required to study for expanding application fields. This work presents impermeable polymer nanocomposites by introducing thin barrier coating using layer by layer (LBL) deposition method. Also, bi-layered and quad-layered nanocomposites were fabricated and compared for identifying relationship between deposition step and gas barrier property. Reduction in gas permeability was observed without interrupting mechanical property and processability. It is discussed that proper coating conditions were suggested when different coating materials and deposition steps were applied. We investigated morphology, gas barrier property and mechanical properties of fabricated nanocomposites by FE-SEM, Oxygen permeation analyzer, UTM, respectively. In addition, we revealed the mechanism of barrier performance of LBL coating using materials which have high aspect ratio.
Lee, Jung Moo;Lee, Myung Gun;Kim, Deuk Ju;Nam, Sang Yong
Membrane Journal
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v.24
no.4
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pp.325-331
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2014
We synthesized novel polyimides with high gas permeability and selectivity for application of on board inert gas generation system (OBIGGS). 2,2-bis(3,4-carboxylphenyl) hexafluoropropane dianhydride (6FDA) and two kinds of amines with high permeability and solubility were used to prepare the novel polymide. 2,3,5,6-Tetramethyl-1,4-phenylenediamine (TMPD) was used to improve gas permeability and various kinds of diamines were used to improve the gas selectivity respectively. The polyimide copolymers were synthesized by commercial chemical imidization method and their average molecular weights were over 100,000g/mol. The glass temperature ($T_g$) and the thermal degradation temperature were characterized using differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). The synthesized copolymers showed high $T_g$ over $300^{\circ}C$ and high thermal degradation temperature over $500^{\circ}C$. The gas permeation properties were measured by time-lag equipment. Although general polyimides showed very low gas permeability, synthesized polyimide copolymer showed high $O_2$ permeability of 36.21 barrer with high $O_2/N_2$ selectivity around 4.1. From this result, we confirm that these membranes have possibility to apply to OBIGGS.
Chitosan-HNT (halloysite nanotube) composite membranes were prepared by the addition of HNT 0, 3, 5, and 10 wt%. The structure of composite membranes were studied by FT-IR, XRD, TGA, and SEM. Gas permeation experiment were performed under condition of $30^{\circ}C$ and $4kgf/cm^2$. Gas permeability and selectivity were investigated by increasing the amount of HNT contents in the chitosan. Chitosan-HNT composite membrane for $CO_2$ and $CH_4$ showed the maximum value at 3 wt% of HNT content and decreased thereafter. The selectivity of ($CO_2/CH_4$) was increased due to its affinity with the OH groups on the HNT, was shown in the range of 1.3 to 3.8 at 0~10 wt%.
PDMS (polydimethylsiloxane)-HNT (halloysite nanotube) composite membranes were prepared with different amounts tendency of HNT 5, 10, 20 and 30 wt% and rubbery polymer PDMS. The characteristics of these membranes were studied by FT-IR, XRD, TGA, and SEM. Gas permeation experiment were performed under condition of $25^{\circ}C$ and $3kg/cm^2$. Gas permeability of $N_2$, $H_2$, $CH_4$, and $CO_2$ and selectivity were investigated by increasing the amount of HNT contents in the PDMS. In $H_2$, $N_2$, $CH_4$, and $CO_2$ gases, as increasing HNT contents from 0 to 30 wt%, decreasing value of the permeability were observed. The selectivity of ($CO_2/N_2$) was shown in the range of 14 to 44 and the range of selectivity of ($CO_2/CH_4$) was 3.0 to 7.0.
Polyimide-silica hybrid membranes were prepared and the effect of silica content on the structural properties and the gas transport properties was studied. The hybrid membranes were obtained by the sol-gel process starting from 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride(PMDA), 4,4`-diamino- diphenyl oxide(ODA) and tetraethoxysilane(TEOS) in N,N` dimethylacetatmide (DMAc) solvent. The structural characterizations of the membrane were performed by FT-IR, EDX, TGA and SEM. The gas permeation experiments with ${N_2}, {O_2}, {H_2}, {CO_2}and ${CH_4}$ were carried out at the temperature of $25^{\circ}C$ and in the range of pressure from 3atm to 7atm. the hybrid membranes showed higher thermal stability than PI membranes. The silica patricles were uniformly embedded in the polyimide matrix and the size of silica particles increased with increasing silica content. The permeability coefficients of ${N_2}, {O_2}, {H_2}, {CO_2}and ${CH_4}$ increased with increasing silica content but the diffusion coefficients might appear to be a result of a solubility enhancement. In spite of the permeability enhancement, an increase in the selectivities of ${H_2}/{N_2}, ${H_2}/{O_2} and ${H_2}/{CO_2} was observed.
$PrBa_{0.9}Sr_{0.1}Co_2O_{5+{\delta}}$ oxide was synthesized by soild state reaction method. Dense ceramic membrane was prepared using as-prepared powder by pressing and sintering at $1250^{\circ}C$. XRD result of membrane showed double perovskite structure. Leakage and oxygen permeation test were conducted on the membrane sealed by pyrex ring as a sealing material. Oxygen permeation was measured in the temperature range from 850 to $950^{\circ}C$. The oxygen flux of $PrBa_{0.9}Sr_{0.1}Co_2O_{5+{\delta}}$ membrane was increased with the temperature from 0.15 to $0.32mL/cm^2{\cdot}min$.
To develop anode-supported tubular cell with proper porosity, we have investigated the anode substrate and t the electrolyte-coated anode tube. The anode substrate was manufactured as a function of carbon content in the range of 20 to 50 vol.%. As the carbon COntent increased, the porosity of the anode substrate increased slightly and the carbon c content with proper porosity is found to be 30 vol.%. The anode-supported tube was fabricated by extrusion process a and the electrolyte layer was coated on the anode tube by slurry coating process. The anode-supported tube was cofired successfully at $^1400{\circ}C$ in air. The porosity of the anode tube was 35%. From the gas permeation test, the anode t tube was found to be porous enough for gas supply. On the other hand, the anode-supported tube with electrolyte layer indicated a very low gas permeation rate. This means that the coated electrolyte was dense.
Kim, Do-Hyun;Doh, Kyung-Hwan;Park, Hyun-Ho;Lee, Chang-Seop
Elastomers and Composites
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v.40
no.2
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pp.83-92
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2005
To develop an automotive fuel hose suitable to the international environmental regulation, FKM rubber materials as an inner material of fuel hole were prepared with different chemical compositions. Measurement of the properties of thermal resistance, oil resistance, fuel resistance, gas permeability including fundamental properties were performed to investigate compatibility for a fuel hose material. Fundamental properties, thermal resistance, oil resistance, fuel resistance and permeability of FKM rubber materials were improved with fluorine content. When the carbon content was 20 phr, FKM compounds with fluorine contents of 66%, 09% and 71% were shown to satisfy the specification oi fuel hose. The gas permeability of NBR and FKM compounds was measured on the mixed fuel oils prepared with isooctane-toluene and gasoline-methanol. FKM rubber materials showed a small difference in penetrated amount of fuel and showed a permeability superior to NBR material. he permeability of FKM rubber materials was not influenced by the contents of fuel oil. Thermal properties of 69% FKM rubber experienced by permeability testing were not variated.
$La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ oxide was synthesized by a citrate method and a typical dense membrane of perovskite oxide has been prepared using as-prepared powder by pressing and sintering at $1300^{\circ}C$. Precursor of $La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ prepared by citrate method was investigated by TGA and XRD. Metal-citrate complex in precursor was decomposed into perovskite oxide in the temperature range of $260{\sim}410^{\circ}C$ but XRD results showed $SrCO_3$ existed as impurity at less than $900^{\circ}C$. Electrical conductivity of membrane increased with increasing temperature but then decreased over $700^{\circ}C$ in air atmosphere ($Po_2=0.2atm$) and $600^{\circ}C$ in He atmosphere ($Po_2=0.01atm$) respectively due to oxygen loss from the crystal lattice. The oxygen permeation flux increased with increasing temperature and maximum oxygen permeation flux of $La_{0.7}Sr_{0.3}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}$ membrane with 1.6 mm thickness was about $0.31cm^3/cm^2{\cdot}min$ at $950^{\circ}C$. The activation energy for oxygen permeation was 88.4 kJ/mol in the temperature range of $750{\sim}950^{\circ}C$. Perovskite structure of membrane was not changed after permeation test of 40 h and the membrane was stable without secondary phase change with 0.3 mol Sr addition.
Kim, Jong-Pyo;Son, Sou-Hwan;Park, Jung-Hoon;Lee, Yong-Taek
Membrane Journal
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v.21
no.1
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pp.55-61
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2011
$BaCo_{0.7}Fe_{0.22}Nb_{0.08}O_{3-{\delta}}$ oxide was synthesized by solid state reaction method. Dense ceramic membrane was prepared using as-prepared powder by pressing and sintering at $1,200^{\circ}C$. XRD result of membrane showed single perovskite structure. Leakage and oxygen permeation test were conducted on the membrane sealed by glass ring as a sealing material. The oxygen permeation flux increased with increasing temperature and pressure difference and maximum oxygen permeation flux was $2.3mL/min{\cdot}cm^2$ at $950^{\circ}C$ with $Po_2$ = 0.63 atm of oxygen partial pressure. The oxygen permeation in the condition of air with $CO_2$ (300 ppm) as feed stream decreased as much as only maximum 2.9% in comparison with air feed stream. It indicated $BaCo_{0.7}Fe_{0.22}Nb_{0.08}O_{3-{\delta}}$ membrane is more stable than another membrane for carbon dioxide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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