The development of high temperature-proton exchange fuel cell (HT-PEFC) is a key in solving the problem of carbon monoxide poisoning of the platinum at anode as well as water management in PEFCs operated below $90^{\circ}C$. In order to overcome these main issues, PEFCs must be operated at high temperature above $120^{\circ}C$. Ionic liquids are available for HT-PEFC due to exhibiting non-volatility and thermal stability. Ionic liquids are however leached out from polymeric matrix resulting in the increase of gas permeability. In this study, we have prepared and characterized the composite membranes with the ionic liquids consisting of 1-(4-vinylbenzyl)-3-butyl imidazolium chloride immobilized by the cross-linkers in pore-filling membrane to prevent to be leached out from the membrane. We confirmed that cross-linked ionic liquids were not leached out from the composite membranes through the various characteristic analyses. It was also verified that the prepared membranes are thermally stable from the result of TG analysis. The pore-filling membranes with the immobilized ionic liquids have a high proton conductivity over $10^{-2}$ S/cm at high temperature (> $120^{\circ}C$).
Kim, Moonsu;Lim, Kyungmin;Ha, Jaeyun;Kim, Yong-Tae;Choi, Jinsub
Journal of Surface Science and Engineering
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v.54
no.5
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pp.213-221
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2021
In order to improve the energy density and safety of Li-ion batteries, the development of a separator with high thermal stability and electrolyte wettability is an important desire. Thus, the ceramic separator to replace the polymer type is one of the most promising materials that can prevent short-circuit caused by the formation of dendrite and thermal deformation. In this study, we introduce the fabrication of various anodic aluminum oxide membranes for the application of Li-ion battery separators with the advantages of improved mechanical/thermal stability, wettability, and a high rate of Li+ migration through the membrane. Two different types of through-holes and branched anodic aluminum oxide membranes are well used in lithium-ion battery separators, however, branched anodic aluminum oxide membranes exhibit the most improved performance with capacity (126.0 mAh g-1 @ 0.3C), capacity drop at the high C-rate (30.6 %), and low internal resistance (8.2 Ω).
Purwanto, Mochammad;Widiastuti, Nurul;Gunawan, Adrian
Korean Journal of Materials Research
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v.31
no.7
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pp.375-381
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2021
Chitosan powder is synthesized by a deasetylation process of chitin, obtained from processing of dried shrimp shell powder. Subsequently, chitosan (CS) membranes filled by montmorillonite (MMT) particles and phosphotungstic acid are prepared, and characterized by FT-IR and SEM. The morphology, obtained by SEM for the composite membrane, showed that MMT filler is successfully incorporated and relatively well dispersed in the chitosan polymer matrix. Water and methanol uptake for the CS/MMT composite membranes decrease with increasing MMT loadings, but IEC value increases. In all prepared CS/MMT composite membranes, the CS membrane filled by 5 wt% MMT particles exhibits the best proton conductivity, while that with 10 wt% MMT loading exhibits the lowest methanol permeability; these values are 2.67 mS·cm-1 and 3.40 × 10-7 cm2·s-1, respectively. The best membrane selectivity is shown in the CS/MMT10 composite membrane; this shows that 10 wt% filled MMT is the optimum loading to improve the performance of the chitosan composite membrane. These characteristics make the developed chitosan composite membranes a promising electrolyte for direct methanol fuel cell (DMFC) application.
Kim, Jong-Hak;Koh, Jong-Kwan;Choi, Jin-Kyu;Yeon, Seung-Hyeon;Ahn, Ik-Sung;Park, Jin-Won
Membrane Journal
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v.19
no.2
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pp.96-103
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2009
A series of organic-inorganic composite membranes from poly(vinyl chloride) (PVC) graft copolymer electrolyte and heteropolyacid (HPA) were prepared for proton conducting membranes. First, poly(vinyl chloride)-g-poly(styrene sulfonic acid) (PVC-g-PSSA) was synthesized by atom transfer radical polymerization (ATRP) using direct initiation of the secondary chlorines of PVC. HPA nanoparticles were then incorporated into the PVC-g-PSSA graft copolymer though the hydrogen bonding interactions, as confirmed by FT-IR spectroscopy. The proton conductivity of the composite membranes increased from 0.049 to 0.068 S/cm at room temperature with HPA contents up to 0.3 weight traction of HPA, presumably due to both the intrinsic conductivity of HPA particles and the enhanced acidity of the sulfonic acid of the graft copolymer. The water uptake decreased from 130 to 84% with the increase of HPA contents up to 0.45 of HPA weight traction, resulting from the decrease in number of water absorption sites due to hydrogen bonding interaction between the HPA particles and the polymer matrix. Thermal gravimetric analysis (TGA) demonstrated the enhancement of thermal stabilities of the composite membranes with increasing concentration of HPA.
PVA/SSA/HPA composite membranes were prepared by the addition of SSA as a crosslinking agent and HPA such as PWA or SiWA. The water uptake decreased and the IEC increased as the HPA contents increased in PVA/SSA/HPA composite membranes. XRD results showed that HPA distributed well into the composite membranes as the HPA concentration increased, and SiWA dispersed better than PWA in the composite membranes. TGA results showed that PVA/SSA composite membranes were more heat-resistant than PVA due to the crosslinking of PVA, and the heat stability of the composite membranes improved much more as the concentration of HPA increased. The methanol barrier property of PVA/SSA/HPA composite membranes was superior to Nafion, and the methanol permeability of the composite membranes decreased as the concentration of HPA increased.
Kim, Deuk-Ju;Hwang, Hae-Young;Kim, Se-Jong;Hong, Young-Taik;Kim, Hyoung-Juhn;Leem, Tae-Hoon;Nam, Sang-Yong
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.1
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pp.42-50
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2011
The Montmorillonite (MMT) in the polymer matrix is expected to reduce methanol permeability due to the tortous path formed by dispersed silicate layers. However, the polymer composite membranes containing non-proton conducting inorganic particle tend to show low proton conductivity. To solve this problem, we used an ion exchange method to prepare functionalized MMT with various silane coupling agents. The modified MMT was randomly dispersed in sulfonated poly (arylene ether sulfone) (SPAES) matrix to prepare SPAES/modified MMT composite membranes. The performances of hybrid membranes for DMFCs application were investigated. The SPAES/modified composite membrane showed increased proton conductivity compared with the non-modified MMT composite membrane. However, the methanol permeability of the SPAES/modified membrane was higher than that of the non-modified MMT.
Hydrogen as new energy sources is highly efficient and have very low environmental emissions. The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is an emerging technology that can meet these demands. Therefore, the preparation of stable polymeric membranes with good proton conductivity and durability are very important for hydrogen production via water electrolysis with PEM at medium temperature above $80^{\circ}C$. Currently Nafion of Dupont and Aciflex of Asahi, etc., solid polymer electrolytes of perfluorosulfonic acid membrane, are the best performing commercially available polymer electrolytes. However, these membrane have several flaws including its high cost, and its limited operational temperature above $80^{\circ}C$. Because of this, significant research efforts have been devoted to the development of newer and cheaper membranes. In order to make up for the weak points and to improve the mechanical characteristics with cross -linking, acid-base complexes were prepared by the combination PSf-co-PPSS-$NH_2$ with PEEK-$SO_3H$. The results showed that the proton conductivity decreased in 17.6% and 40% but tensile strength increased in 78% and 98%, about $20.65\;{\times}\;10^6N/m^2$, in comparison with SBPSf/HPA and SPEEK/HPA complex membrane.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.528-535
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2017
Fuel cells have been spotlighted in the world for being highly efficient and environmentally friendly. A hydrogen which is the fuel of fuel cell can be obtained from a number of sources. Hydrogen source for operating the polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) in the current underwater environment, such as a submarine and unmanned underwater vehicles are currently from the metal hydride cylinder. However, metal hydride has many limitations for using hydrogen carrier, such as large volume, long charging time, limited storage capacity. To solve these problems, we suggest diesel reformer for hydrogen supply source. Diesel fuel has many advantages, such as high hydrogen storage density, easy to transport and also well-infra structure. However, conventional diesel reforming system for PEMFC requires a large volume and complex CO removal system for lowering the CO level to less than 10 ppm. In addition, because the preferential oxidation(PROX) reaction is the strong exothermic reaction, cooling load is required. By changing this PROX reactor to hydrogen separation membrane, the problem from PROX reactor can be solved. This is because hydrogen separation membranes are small and permeable to pure hydrogen. In this study, we conducted the pressurized diesel reforming and water-gas shift reaction experiment for the hydrogen separation membrane application. Then, the hydrogen permeation experiments were performed using a Pd alloy membrane for the reformate gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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