• 공업화학
• /
• 제30권6호
• /
• pp.643-651
• /
• 2019

Polybenzimidazole (PBI), an engineering polymer with well-known excellent thermal, chemical and mechanical stabilities has been recognized as an alternative to high temperature polymer electrolyte membranes (HT-PEMs). This review focuses on recent advances made on the development of PBI-based HT-PEMs for fuel cell applications. PBI-based membranes discussed were prepared by various strategies such as structural modification, cross-linking, blending and organic-inorganic composites. In addition, intriguing properties of the PBI-based membranes as well as their fuel cell performances were highligted.

• 멤브레인
• /
• 제22권4호
• /
• pp.265-271
• /
• 2012

다이아미노벤지딘(diaminobenzidine, DAB)과 이소프탈산(isophtalic acid, IPAc)으로부터 폴리벤지미다졸(PBI)을 합성한 후 이온교환기의 도입에 의해 양이온교환막을 제작하였다. 제조한 폴리벤지미다졸(PBI)의 FT-IR분석으로부터 시판의 PBI와 같은 피크를 보임을 확인하였다. 양이온교환기를 도입하지 않은 PBI 필름의 이온 전도도는 $0.1{\sim}0.9{\times}10^{-2}$ S/cm를 나타냈다. 이온교환기를 도입하여 제작한 SPBI 양이온교환막의 이온전도도는 $3.7{\sim}4.7{\times}10^{-2}$ S/cm을 보였고, Nafion117의 $2.0{\times}10^{-2}$ S/cm보다 높은 값을 보였다.

• Composites Research
• /
• 제31권3호
• /
• pp.83-87
• /
• 2018

An object in the Low Earth Orbit (LEO) is affected by many environmental conditions unlike earth's surface such as, Atomic oxygen (AO), Ultraviolet Radiation (UV), thermal cycling, High Vacuum and Micrometeoroids and Orbital Debris (MMOD) impacts. The effect of all these parameters have to be carefully considered when designing a space structure, as it could be very critical for a space mission. Polybenzimidazole (PBI) is a high performance thermoplastic polymer that could be a suitable material for space missions because of its excellent resistance to these environmental factors. A thin coating of PBI polymer on the carbon epoxy composite laminate (referred as CFRP) was found to improve the energy absorption capability of the laminate in event of a hypervelocity impact. However, the overall efficiency of the shield also depends on other factors like placement and orientation of the laminates, standoff distances and the number of shielding layers. This paper studies the effectiveness of using a PBI coating on the front bumper in a multi-shock shield design for enhanced hypervelocity impact resistance. A thin PBI coating of 43 micron was observed to improve the shielding efficiency of the CFRP laminate by 22.06% when exposed to LEO environment conditions in a simulation chamber. To study the effectiveness of PBI coating in a hypervelocity impact situation, experiments were conducted on the CFRP and the PBI coated CFRP laminates with projectile velocities between 2.2 to 3.2 km/s. It was observed that the mass loss of the CFRP laminates decreased 7% when coated by a thin layer of PBI. However, the study of mass loss and damage area on a witness plate showed CFRP case to have better shielding efficiency than PBI coated CFRP laminate case. Therefore, it is recommended that PBI coating on the front bumper is not so effective in improving the overall hypervelocity impact resistance of the space structure.

• Composites Research
• /
• 제34권6호
• /
• pp.373-379
• /
• 2021

A series of novel PBI/SrTiO₃ nanocomposite membranes composed of polybenzimidazole (PBI) and strontium titanate (SrTiO₃) with a perovskite structure were fabricated with various concentrations of SrTiO₃ through a solution casting method. Various characterization techniques such as proton nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis, atomic force microscopy (AFM) and AC impedance spectroscopy were used to investigate the chemical structure, thermal, phosphate absorption and morphological properties, and proton conductivity of the fabricated nanocomposite membranes. The optimized PBI/SrTiO₃-8 polymer nanocomposite membrane containing 8wt% of SrTiO₃ showed a higher proton conductivity of 7.95 × 10^-2 S/cm at 160℃ compared to other nanocomposite membranes. The PBI/SrTiO₃-8 composite membrane also showed higher thermal stability compared to pristine PBI. In addition, the roughness change of the polymer composite membrane was also investigated by AFM. Based on these results, nanocomposite membranes based on perovskite structures are expected to be considered as potential candidates for high-temperature PEM fuel cell applications.

• 멤브레인
• /
• 제33권6호
• /
• pp.279-304
• /
• 2023

폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반의 막은 내구성이 우수한 네트워크 구조를 가지는 구조재료로서의 우수한 강성과 더불어서 고온에서의 우수한 내열성, 우수한 기계적 및 인장 특성, 높은 유리전이온도(T_g), 물이 없는 무수 환경에서의 이온 전도성능, 산화와 화학적 내구성으로 지난 20년 동안 다양한 용도의 대중적인 막 재료로 다양한 문헌에서 보고되어 왔다. 이온 전도성 PBI 기반 막은 고온용 양이온 교환막 연료 전지(HT-PEMFC)에서 광범위하게 사용되어왔다. 또한 PBI 기반 막은 독특한 특성으로 인해 기체분리막 및 유기용매나노여과(OSN) 막 개발에서 광범위하게 사용되어왔다. 이번 리뷰에서는 고온용 연료전지, 기체분리 및 OSN 적용을 위한 다양한 유형의 PBI 기반 막의 최근 연구동향 및 적용가능성에 대해 설명하고자 한다.

• 멤브레인
• /
• 제32권6호
• /
• pp.442-455
• /
• 2022

고온 구동형 고분자 전해질 막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 전극의 빠른 활성과 피독 현상에 대한 높은 저항성으로 인해 저온 구동형 PEMFC의 대안으로 많은 연구가 진행되고 있다. 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)을 기반으로 한 PEM의 경우 고온 구동 조건에서 이온 전도성 물질과의 높은 상호 작용과 우수한 열적ㆍ기계적 안정성 특징으로 인해 HT-PEMFC용 PBI 기반 전해질 막 개발과 관련된 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 총설에서는 고성능/고내구성의 PBI 기반 PEM을 개발하기 위해 1) 인산 및 다양한 이온전도성 물질이 도핑된 PBI 막의 특성 분석과 막 제조법에 따른 PBI 막의 물성 비교에 관한 연구를 우선적으로 살펴본 후 2) 다공성 폴리테트라플루 오르에틸렌 지지체 및 무기 입자 혼입을 통한 PBI 복합 막의 성능 개선 연구 및 3) 고분자 블렌딩을 통해 가교 구조가 도입된 PBI 기반 가교 막의 내구성 향상에 관한 연구 동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 멤브레인
• /
• 제20권3호
• /
• pp.217-221
• /
• 2010

기존 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 단점을 극복하기 위해 고체전해질 알카라인연료전지(SAMFC)가 근래에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 술폰화 폴리벤지이미다졸(PBI) 유도체를 이용하여 SAMFC용 막을 제조하였다. 술폰화 폴리벤지이미다졸 유도체는 KOH에 의해 쉽게 도핑되고 도핑된 막은 높은 $OH^-$의 전도도와 기계적 강도를 보였다. 특히 sPBI-co-PBI (술폰화 PBI : 비술폰화 PBI = 75 : 25)의 경우, $90^{\circ}C$ 100% 상대습도 하에서 $2.98{\times}10^{-2}\;S/cm$의 높은 $OH^-$의 전도도를 보였다.

• 멤브레인
• /
• 제26권4호
• /
• pp.253-265
• /
• 2016

본 리뷰에서는 현존하는 상업용 고분자 중 가장 높은 내열성능을 가진 폴리벤즈이미다졸계 분리막의 제조방법과 응용 및 동향에 대하여 논의하였다. 먼저 기본적인 폴리벤즈이미다졸의 합성방법과 특정 목적에 따른 개질된 방법을 예로 들고, 기계적 화학적 특성 및 해당 고분자만의 특징에 대한 내용들을 정리하였다. 또한 여러 가지 폴리벤즈이미다졸 분리막을 종류와 제조 방법에 따라 구분하였으며, 해당 고분자의 우수한 물성 및 특성을 이용하여 다양한 분야에 적용시킨 사례를 위주로 정리하였다. 다음으로 다양한 응용분야에 대한 폴리벤즈이미다졸계 분리막으로서의 장점과 최신 연구 동향에 대하여 분석하고 정리하였으며 마지막으로 해당 소재의 한계점을 비롯하여 개선점 및 향후 응용 방향에 대해서도 기술하였다.

• 공업화학
• /
• 제31권5호
• /
• pp.453-466
• /
• 2020

에너지 부족 및 환경 오염위기를 극복하기 위해 친환경 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 잠재적인 해결책으로 수소 경제가 제안되고 있다. 이에 따라 경제적이고 효율적인 수소 생산은 필수적인 산업공정으로 여겨지고 있으며, 연소 전 석탄의 가스화 또는 천연가스 개질반응에 의해 생성된 합성가스에서 H₂를 정제하는 동시에 CO₂를 포집하는 H₂/CO₂ 분리에 수소 분리막을 적용하는 연구가 지속되고 있다. 고온 환경에서 H₂에 선택적인 유리질 고분자 막은 CO₂ 포집 성능의 잠재력을 갖추고 있으며, 에너지 및 비용 면에서 효율적인 시스템이다. 폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반 수소 분리막은 고온의 구동 조건에서도 탁월한 화학적·기계적 안정성을 보여주고 있어 고 성능의 PBI 수소 분리막 개발이 최근 급속도로 진행되고 있다. 본 총설에서는 산업적으로 적용 가능성이 있는 수소 분리막 개발을 위해 PBI를 기반으로 한 구조 변형 막, 가교 막, 혼합 막, 탄화 막의 최근 발전에 대하여 중점적으로 다루고 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권6호
• /
• pp.578-586
• /
• 2018

In this study, we prepared the modified PBI random copolymer to reduce the problems of the pristine PBI about low solubility and proton conductivity. The random copolymer was synthesized from suberic acid, 5-aminoisophthalic acid, and 3,3'-diaminobenzidine to obtain $X_1Y_9$, $X_1Y_1$, $X_9Y_1$. Then, the membrane was fabricated by using solvent casting method with methanesulfonic acid at $140^{\circ}C$. Subsequently, the membrane was doped with phosphoric acid at $40^{\circ}C$. The chemical structure of the polymers was characterized by FT-IR. In addition, the physiochemical properties of the PBI were investigated by TGA, oxidative stability, acid uptake. Finally, the proton conductivity was measured at $100-180^{\circ}C$ without humidification. As the result, $X_1Y_9$ PBI random copolymer membrane showed higher conductivity.