가려진 페놀기가 도입된 산화 그래핀을 함유한 탄화수소계 복합 막의 고분자 전해질 막 연료전지로의 응용 (Hydrocarbon-based Composite Membranes Containing Hindered Phenol–Grafted Graphene Oxide for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Applications)

본 연구에서는 산화 방지 특성이 있는 가려진 페놀기를 도입한 산화 그래핀(hindered phenol-grafted graphene oxide, HP-GO)을 합성한 후 탄화수소계 고분자인 sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)을 기지체로 사용한 복합 막을제조하여 고분자 연료전지 시스템에 응용하고자 하였다. HP-GO는 GO 표면의 하이드록시기(hydroxy group)왿� HP의 염화 카보닐(carbonyl chloride) 간의 친핵성 아실치환 반응을 통해 합성되었으며, HP-GO의 비율을 다르게 첨가한 복합 막을 제조한후 선형 SPAES 막과의 비교를 통해 성능 특성 변화를 확인하였다. 특정 함량의 HP-GO를 첨가한 복합 막의 경우 선형SPAES 막에 비해 체적 안정성과 기계적 강도 및 수소 이온 전도도가 증가된 것을 확인할 수 있었으며, 펜톤 평가(Fenton’s test) 진행 후 막 분해 시간 및 잔여 막 무게 비율이 증가되는 경향을 통해 화학적 내구성 역시 증가한 것을 확인할 수 있었다.

In this study, hindered phenol-grafted graphene oxide (HP-GO) containing hindered phenol with antioxidant property was synthesized and incorporated into sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES)-based composite membrane system for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) applications. HP-GO was synthesized through nucleophilic acyl substitution between hydroxyl groups on the graphene oxide (GO) surface and the carbonyl chloride group in hindered phenol (HP). SPAES-based composite membranes with various HP-GO contents were fabricated, and their performances were compared with those of the linear SPAES membrane. The composite membrane with specific HP-GO content exhibited better dimensional stability, mechanical strength, and proton conductivity than the linear SPAES membrane. Moreover, the enhanced chemical stability of the composite membrane compared to that of the linear SPAES membrane was confirmed by measuring the degradation times and residual weights of the membranes after immersion in Fenton's solution.