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SCOPUS
SCIE
국가R&D연구논문Low permeable composite membrane based on sulfonated poly(phenylene oxide) (sPPO) and silica for vanadium redox flow battery
저자
Sadhasivam, T. ; Kim, Hee-Tak ; Park, Won-Shik ; Lim, Hankwon ; Ryi, Shin-Kun ; Roh, Sung-Hee ; Jung, Ho-Young
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2017
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
19035-19043(9쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>The proton conductivity and vanadium permeability of organic-inorganic (sulfonated poly (phenylene oxide) (sPPO)-nano sized sulfonated silica (sSiO<SUB>2</SUB>)) hybrid membrane were investigated for application in a vanadium redox flow battery (VRFB) system. Significant attention is being paid to PPO polymers as a replacement for Nafion<SUP>®</SUP> membranes due to their relatively low cost and ease of sulfonation. The attachment of a sulfonic acid (SO<SUB>3</SUB>H) functional group to PPO and SiO<SUB>2</SUB> was confirmed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The hybrid membrane (sPPO-2% sSiO<SUB>2</SUB>) exhibited increased thermal stability, water uptake (WU), ion exchange capacity (IEC) and proton conductivity (IC) compared with a conventional organic sPPO membrane. The proton conductivity of the hybrid membrane increased considerably compared to sPPO alone, resulting from the 2% sSiO<SUB>2</SUB> nanoparticles added homogeneously to the polymer matrix. The proton conductivities of the sPPO and hybrid membranes were 0.050 and 0.077 S/cm, respectively. The increased proton conductivity of the hybrid membrane was attributed to the enhanced hydrophilic properties of SO<SUB>3</SUB>H in the membranes. In addition, inorganic particles in the polymer matrix acted as a barrier for vanadium ion crossover. During VRFB unit cell operation, vanadium ion (VO<SUP>2+</SUP>) crossovers were measured as 14.66, 1.955 and 0.173 mmol L<SUP>−1</SUP> through Nafion<SUP>®</SUP>212, sPPO and hybrid membranes, respectively, and VO<SUP>2+</SUP> permeability were 2.22 × 10<SUP>−7</SUP>, 2.50 × 10<SUP>−8</SUP> and 4.76 × 10<SUP>−9</SUP> cm<SUP>2</SUP> min<SUP>−1</SUP> for Nafion<SUP>®</SUP>212, sPPO and hybrid membranes, respectively. Based on our experimental results, low cost organic-inorganic hybrid membranes as prepared provide an efficient alternative membrane material for advanced VRFB systems.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Novel Organic-Inorganic hybrid structured membrane for advanced VRFB system. </LI> <LI> PPO as a replacement for Nafion<SUP>®</SUP> membranes due to low cost and ease of sulfonation. </LI> <LI> Proton conductivity increased to hybrid membrane (0.077 S/cm) compared to sPPO alone. </LI> <LI> VO<SUP>2+</SUP> permeability of sPPO-sSiO<SUB>2</SUB> membrane is significantly lower than Nafion<SUP>®</SUP>212. </LI> <LI> sSiO<SUB>2</SUB> in the sPPO polymer matrix acted as a barrier for vanadium ion crossover. </LI> </UL> </P>
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