KR100608482B1 - Proton exchange membrane comprising compatibilizer and fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자전해질막에 있어서, 상용화제(compatibilizer)로 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer and a fuel cell including the same. More specifically, in the polymer electrolyte membrane, a polyethylene oxide (PEO), a polypropylene oxide (PPO) as a compatibilizer (compatibilizer) Or to a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer characterized in that it comprises a copolymer thereof and a fuel cell comprising the same.

본 발명의 고분자전해질막은 상용화제로 친수성기 및 소수성기를 갖는 플루로닉 또는 테트로닉계 고분자를 포함하고 있어, 고분자 막 내에서 친수성 및 소수성 무기 충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추며 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물(바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성을 향상시킨다.The polymer electrolyte membrane of the present invention includes a Pluronic or Tetronic polymer having a hydrophilic group and a hydrophobic group as a compatibilizer, so that the hydrophilic and hydrophobic inorganic fillers can be uniformly dispersed in the polymer membrane, and the hydrophilic group in the polymer electrolyte membrane It lowers the moisture content, lowers the swelling degree of the electrolyte membrane against moisture and increases the dimensional stability when applying membrane-electrode assembly (MEA), and enables stable fuel cell operation. It improves the hydrogen ion conductivity by improving the content of UNDER WATER and BOUND WATER, and at the same time, the barrier property to methanol is secured by introducing compatibilizer and compatibilizer-inorganic filler to the membrane to improve methanol permeability. Chemistry such as thermal stability, hydration stability, free radical stability To improve the mechanical properties such as tensile strength and physical properties.

연료전지, 고분자전해질막, 상용화제, 충진제 Fuel Cell, Polymer Electrolyte Membrane, Compatibilizer, Filler

Description

상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막 및 이를 포함하는 연료전지{PROTON EXCHANGE MEMBRANE COMPRISING COMPATIBILIZER AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}Hydrogen-conducting polymer membrane containing a compatibilizer and a fuel cell comprising the same {PROTON EXCHANGE MEMBRANE COMPRISING COMPATIBILIZER AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

도 1은 전기에너지의 생성과 동시에 물을 생성하는 연료전지의 도식적인 어셈블리(assembly)를 나타낸 것이다. 1 shows a schematic assembly of a fuel cell that generates water simultaneously with the generation of electrical energy.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 수소이온전도성 고체 고분자전해질 2: 수소 또는 메탄올용액1: Hydrogen conductive solid polyelectrolyte 2: Hydrogen or methanol solution

3: 공기 또는 산소 4: 연료전지의 양극 3: air or oxygen 4: anode of fuel cell

5: 연료전지의 음극 6: 외부회로 5: cathode of fuel cell 6: external circuit

7: 물의 생성 8: 코팅층7: generation of water 8: coating layer

9: 수소이온의 이동9: migration of hydrogen ions

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명의 고분자전해질막은 상용화제로 친수성기 및 소수성기를 갖는 플루로닉 또는 테트로닉계 고분자 또는 올리고머를 포함하고 있어, 고분자 막 내에서 친수성 및 소수성 무기 충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추고 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물 (바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성이 향상된 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The polymer electrolyte membrane of the present invention includes a Pluronic or Tetronic polymer or oligomer having a hydrophilic group and a hydrophobic group as a compatibilizer, so that the hydrophilic and hydrophobic inorganic fillers can be uniformly dispersed in the polymer membrane, and the hydrophilic group in the polymer electrolyte membrane It lowers the moisture content of the surroundings, reduces the swelling degree of the electrolyte membrane against moisture and increases the dimensional stability when applying the membrane-electrode assembly (MEA), and enables stable fuel cell operation. It improves the content of (bound water, BOUND WATER) and contributes to the improvement of hydrogen ion conductivity.At the same time, it introduces a compatibilizer and a compatibilizer-inorganic filler to the membrane to secure barrier properties to methanol. Reduces permeability, thermal stability, hydration stability, free radical The mechanical properties such as tensile strength and chemical properties such as the property relates to a proton-conducting polymer membrane and a fuel cell including the same, including an improved compatibilizer.

[종래 기술][Prior art]

고체 고분자 전해질형 연료전지는 우주선에 에너지를 공급할 목적으로 1950년대에 제안되어 개발되어 왔다. 연료전지에 대한 관심은 현재 우주선에 대한 전력공급 외에도 계속 발전하여 자동차산업에서도 다음과 같은 두 가지 이유로 많은 관심을 가지고 있다. 첫째, 내연기관의 연소에 의한 대기 오염을 방지하기 위한 관심이 증폭되는 데 있다. 내연기관의 연소에 의한 질소산화물, 불완전 연소된 탄화수소 및 산성화합물 등과 같은 모든 방출 화합물을 내연기관의 자체적인 연소반응의 제어를 통해 전부 막는 것은 사실상 매우 어렵다. 둘째, 장기적으로 볼 때 영구적이지 못한 석유 및 석탄과 같은 화석연료 이외의 연료를 사용하는 자동차를 개발하는 것이다.Solid polymer electrolyte fuel cells have been proposed and developed in the 1950s for the purpose of supplying energy to spacecraft. The interest in fuel cells continues to evolve in addition to the power supply for spacecraft, and the automotive industry is attracting much attention for two reasons. First, interest in preventing air pollution by combustion of internal combustion engines is amplified. In practice, it is very difficult to completely block all emission compounds such as nitrogen oxides, incompletely burned hydrocarbons and acidic compounds by combustion of internal combustion engines through the control of internal combustion engines' own combustion reactions. Second, developing cars that use fuels other than fossil fuels, such as oil and coal, that are not permanent in the long run.

이러한 고분자 전해질형 연료전지로는 수소 가스를 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell:PEMFC)와 액상의 메탄올을 직접 연료로 양극에 공급하여 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC) 등이 있다. 공급되는 연료인 수소 및 메탄올은 거의 영구적이며 전기 화학적인 반응을 통해 단지 물만을 부산물로 생성한다.The polymer electrolyte fuel cell includes a hydrogen exchange gas fuel cell (Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)) and a direct methanol fuel cell using liquid methanol directly supplied to the anode. Fuel Cell: DMFC). The fuels supplied, hydrogen and methanol, are almost permanent and produce only water as a by-product through electrochemical reactions.

전기에너지의 생성과 동시에 물을 생성하는 연료전지의 도식적인 어셈블리(assembly)를 도 1에 나타내었다.A schematic assembly of a fuel cell that generates water simultaneously with the generation of electrical energy is shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 고체 고분자전해질로 제조된 이온 교환막(1)은 수소 또는 메탄올용액(2)이 공기 또는 산소(3)를 연료로 이용하여, 하기의 반응식과 같이 연료의 산화가 일어나는 양극(anode) 부분(4)과 Referring to FIG. 1, the ion exchange membrane 1 made of a solid polymer electrolyte has an anode in which hydrogen or methanol solution 2 uses air or oxygen 3 as fuel, and oxidation of fuel occurs as shown in the following reaction formula ( anode part (4) and

수소연료전지의 경우:For hydrogen fuel cells:

2H2 → 4H+ + 4e- 2H 2 → 4H + + 4e -

직접메탄올연료전지의 경우:For direct methanol fuel cells:

CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e -

하기의 반응식과 같이 외부적인 회로(6)를 통해 양극과 음극이 연결되어 있 을 때, 물의 생성(7)과 함께 산소와 같은 산화제가 환원되는 음극부분(5)을 격리시키는데 사용된다.When the anode and the cathode are connected through an external circuit 6 as shown in the following scheme, it is used to isolate the cathode portion 5 in which an oxidant such as oxygen is reduced together with the production of water 7.

수소연료전지의 경우:For hydrogen fuel cells:

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

직접메탄올연료전지의 경우:For direct methanol fuel cells:

3/2O2 + 6H+ + 6e- → CO2 + 2H2O 3 / 2O 2 + 6H + + 6e - → CO 2 + 2H 2 O

양극과 음극은 기본적으로 백금 및 류테늄과 같은 금속입자가 증착된 탄소재질의 수소이온 전도성 지지체로 구성되어 있다. 양극 및 음극과 고분자 전해질막과의 접합성 향상, 및 적절한 삼상계면 형성에 의한 발생된 수소이온의 전도성 향상을 위해서, 주로 Nafion 막이 사용된 코팅층(8)이 1~10 mg/cm2의 박막으로 더해진다.The anode and cathode are basically composed of a carbon-based hydrogen ion conductive support on which metal particles such as platinum and ruthenium are deposited. In order to improve the adhesion between the positive and negative electrodes and the polymer electrolyte membrane, and to improve the conductivity of hydrogen ions generated by the formation of an appropriate three-phase interface, the coating layer 8 mainly using a Nafion membrane was further formed into a thin film of 1 to 10 mg / cm 2 . Become.

막 전극 어셈블리(Membrane electrode assembly, MEA)는 밀리미터 단위의 매우 얇은 두께로 이루어져 있으며, 각 전극은 홈이 파여진 판을 사용하여 판 뒤로부터 사용 기체들이 공급되어진다.The membrane electrode assembly (MEA) has a very thin thickness in millimeters and each electrode is supplied with gases from behind the plate using a slotted plate.

1950년 이래로, 수많은 종류의 술폰화 고분자 및 고분자조성물이 연료전지용막으로 시험되었으며, 화학적 구조, 필름의 모폴로지 그리고 성능사이의 관계를 현재의 수준까지 확립할 수 있게 되었다. 그러나, 술폰화된 고분자는 수화상태에서 수소이온전달능을 나타내므로, 90 ℃ 이상의 고온작동시 고분자막 내 수분 감소 및 고온에서의 술폰산기 분해로 인해 급격한 수소이온전도도의 감소가 나타나게 된다. 따라서, 고온작동시의 수소이온전도도 감소문제를 해결하기 위한 몇 가지 방법들이 연구되어 왔다. Since 1950, numerous types of sulfonated polymers and polymer compositions have been tested for fuel cell membranes, and the relationship between chemical structure, film morphology and performance can be established to the present level. However, since the sulfonated polymer exhibits hydrogen ion transfer ability in the hydrated state, a drastic decrease in hydrogen ion conductivity occurs due to a decrease in moisture in the polymer film and decomposition of sulfonic acid groups at a high temperature when operating at a high temperature of 90 ° C. or higher. Therefore, several methods have been studied to solve the problem of reducing the hydrogen ion conductivity during high temperature operation.

일예로, 기존의 상용화된 미국 Du Pont사의 나피온(Nafion)과 같은 과불소화 술폰화 이오노머에 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, 테트라에톡시실란(TEOS), 몬트모릴로나이트 (montmorillonite), 모덴나이트 (mordenite)와 같은 무기산화물을 도입시켜 고온에서의 수분담지능을 향상시킴으로써, 100 ℃이상 고온에서의 수소이온전도도 감소를 상당부분 해소시켰다. 또한, 고온에서의 수분담지능의 감소 및 그로 인한 수소이온전도도의 감소를, 수소이온전도성을 갖는 지르코늄 인산(ZrP), 포스포텅스틱산, 실리코텅스틱산, 포스포 몰리브덴산, 실리코 몰리브덴산 등의 heteropolyacid(HPA)를 도입함으로써 상쇄시켰다. 그러나, 이러한 무기산화물의 도입은 제조된 막의 물리적 강도를 포함하는 물성에 따른 도입량의 한계점을 갖는다.For example, in the conventional commercialized perfluorinated sulfonated ionomers such as Nafion of Du Pont, USA, TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , tetraethoxysilane (TEOS), montmorillonite Inorganic oxides such as montmorillonite and mordenite have been introduced to improve the water-carrying capacity at high temperatures, thereby largely eliminating the decrease in hydrogen ion conductivity at high temperatures above 100 ° C. In addition, the decrease in the water support at high temperatures and the reduction in the hydrogen ion conductivity thereof, such as zirconium phosphoric acid (ZrP), phosphotungstic acid, silicotungstic acid, phospho molybdate acid, silico molybdate acid, etc. It was offset by introducing heteropolyacid (HPA). However, the introduction of such an inorganic oxide has a limit of the amount of introduction according to the physical properties including the physical strength of the film produced.

이외에, 과불소계 고분자전해질의 수소이온전도도에 직접적인 영향을 미치는 온도에 따른 함수율 영향을 없애기 위해, 수소이온전달의 매개가 되는 물 대신 인산과 같은 무기산으로 대체시키려는 시도도 있었다.      In addition, in order to eliminate the effect of moisture content with temperature directly affecting the hydrogen ion conductivity of the perfluorinated polymer electrolyte, there have been attempts to substitute inorganic acids such as phosphoric acid instead of water as a medium for hydrogen ion transfer.

연료전지용 고분자전해질 연구에 있어 불소계 이외에도 비불소계 술폰화 이오노머에 대한 연구 역시 활발히 진행되어왔다. 주로 폴리술폰계, 폴리에테르술폰계, 폴리에테르케톤계, 폴리이미드계, 폴리포스파젠계와 같은 내열성 고분자에 수소이온전도성을 부여하기 위한 술폰산기를 도입시킨 형태가 연구되어져 왔으나, 고 온 적용시 과불소계 술폰화 이오노머에 비해서는 그 감소폭이 적지만, 유사한 수소이온전도도의 감소가 관찰되었다. 따라서, 이러한 술폰화 내열성 고분자에 무기산화물을 도입시켜 고온에서의 수분담지능 향상을 통한 수소이온전도도 감소문제를 해결하거나, 높은 수소이온전도성을 갖는 heteropolyacid(HPA) 도입에 의해 고온에서의 함수율 감소에 따른 수소이온전도도 감소를 보완하거나 해소시키려는 시도가 있어왔다. 그러나, 무기산화물을 도입시키는 경우, 도입량 한계의 문제점을 갖으며, HPA 도입의 경우, 도입된 HPA가 고분자 매트릭스로부터 새어나오는 현상 (Leaching out)이 발생하였다. In addition to the fluorine-based polymer electrolyte research for fuel cells, research on non-fluorine sulfonated ionomers has also been actively conducted. In general, a form in which sulfonic acid groups for imparting hydrogen ion conductivity to heat-resistant polymers such as polysulfones, polyethersulfones, polyetherketones, polyimides and polyphosphazenes has been studied. Although the decrease was small compared to the sub-sulfated ionomer, a similar decrease in hydrogen ion conductivity was observed. Therefore, the introduction of an inorganic oxide to the sulfonated heat-resistant polymer to solve the problem of reducing the hydrogen ion conductivity by improving the water support at high temperature, or to reduce the moisture content at high temperature by introducing heteropolyacid (HPA) having high hydrogen ion conductivity. Attempts have been made to compensate or eliminate the reduction in hydrogen ion conductivity. However, in the case of introducing the inorganic oxide, there is a problem in the introduction amount limit, and in the case of the introduction of HPA, the introduced HPA is leaking out from the polymer matrix (Leaching out) occurred.

특히, 무기충진제를 도입시키는 경우, 대개의 경우 일정량의 무기충진제 전구체를 도입시켜, 졸-겔법에 의해 무기충진제를 성장시키거나, 직접 무기충진제를 고분자 매트릭스 내로 분산시키는 방법으로 하이브리드막 또는 복합막을 제조한다. 전자의 방법은 Journal of membrane science 2002, 109, 356-364에서와 같이 TEOS와 같은 실리카 전구체 도입을 통해 졸-겔법으로 다공성 실리카를 포함하는 복합막을 제조하거나, Journal of membrane science 2004, 237, 145-161에서와 같이 지르코늄 클로라이드 전구체 용액에 고분자 매트릭스를 담지시킨 후, 인산처리를 통해 난용성 지르코늄 인산이 도입된 복합막을 제조하는 방법들을 예로 들 수 있으며, 후자의 경우는 Journal of membrane science 2004, 229, 43-51의 방법과 같이 무기충진제 분말을 직접 고분자용액에 도입시킨 후, 초음파를 일정시간 동안 가하여 비교적 균일한 무기충진제 분산을 통해 복합막을 제조하거나, Journal of membrane science 2000, 173, 17-34와 같이 HPA계 무기충진제 분말을 기 제조된 고분자용액 에 일정량 도입시킨 후, 장시간 교반시키거나, 가열을 동반한 교반을 통해 복합막을 제조한다. 위의 대부분의 방법은 무기충진제의 도입을 통해 고온에서의 수소이온전도도의 감소를 상쇄시키거나, 고분자 매트릭스의 기계적 물성을 향상시키는 작용을 하였다. 그러나, 직접 무기충진제 분말을 도입시키는 대부분의 경우, 무기충진제의 균일한 분산이 이루어지지 못해 고른 막물성을 얻지 못하는 경우가 빈번하게 발생되게 된다. 그 결과, 비교적 적은 함량의 무기충진제의 도입에도 불구하고 고분자막의 깨짐성이 증가되어 기계적 물성이 약화되게 되거나, 수소이온전도도 및 열적 안정성, 수화안정성 등 고분자전해질막의 기본성능에 대한 높은 신뢰도를 갖지 못하게 된다. 더해서, DMFC 응용시, 메탄올에 대한 균일한 배리어성이 미확보된다.       In particular, when the inorganic filler is introduced, a hybrid membrane or a composite membrane is manufactured by introducing a predetermined amount of inorganic filler precursor to grow the inorganic filler by the sol-gel method or by directly dispersing the inorganic filler into the polymer matrix. do. The former method can be used to prepare composite membranes containing porous silica by the sol-gel method through the introduction of silica precursors such as TEOS as in Journal of membrane science 2002, 109, 356-364, or the Journal of membrane science 2004, 237, 145-. As described in 161, a method of preparing a composite membrane in which a poorly soluble zirconium phosphate is introduced by supporting a polymer matrix in a zirconium chloride precursor solution, and the latter is a case of the Journal of membrane science 2004, 229, As in the method of 43-51, the inorganic filler powder is directly introduced into the polymer solution, and then ultrasonic waves are applied for a predetermined time to prepare a composite membrane through relatively uniform inorganic filler dispersion, or the Journal of membrane science 2000, 173, 17-34 and Likewise, a certain amount of HPA-based inorganic filler powder is introduced into the prepared polymer solution, followed by stirring for a long time, or through stirring with heating. To prepare composite membranes. Most of the above methods have been used to counteract the reduction in the conductivity of hydrogen ion at high temperatures through the introduction of inorganic fillers or to improve the mechanical properties of the polymer matrix. However, in most cases where the inorganic filler powder is directly introduced, the uniform dispersion of the inorganic filler is not achieved, and thus, even film properties are not frequently obtained. As a result, despite the introduction of a relatively small amount of inorganic fillers, the breakage of the polymer membrane is increased to weaken the mechanical properties, or to have a high reliability of the basic performance of the polymer electrolyte membrane such as hydrogen ion conductivity, thermal stability, and hydration stability. do. In addition, in DMFC applications, a uniform barrier against methanol is not obtained.

본 발명의 목적은 상용화제로 친수성기 및 소수성기를 갖는 플루로닉 또는 테트로닉계 고분자 또는 올리고머를 포함하고 있어, 고분자 막 내에서 친수성 및 소수성 무기 충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추고 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물 (바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성 을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성을 향상시킨 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막을 제공하는 것이다.       An object of the present invention includes a Pluronic or Tetronic polymer or oligomer having a hydrophilic group and a hydrophobic group as a compatibilizer, so that the hydrophilic and hydrophobic inorganic fillers can be uniformly dispersed in the polymer membrane, the hydrophilic group around the polymer electrolyte membrane It lowers the moisture content of the membrane, lowers the swelling degree of the electrolyte membrane against moisture and increases the dimensional stability when applying the membrane-electrode assembly (MEA), and enables stable fuel cell operation. It improves the hydrogen ion conductivity by improving the content of bounder water (BOUND WATER), and at the same time, the barrier property to methanol is ensured by introducing compatibilizer and compatibilizer-inorganic filler to the membrane to ensure methanol permeability. And thermal stability, hydration stability, free radical stability, etc. Chemical properties and to provide a proton-conducting polymer membrane comprising a first commercialized having improved mechanical properties such as tensile strength.

본 발명의 목적은 또한 상기 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막을 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a fuel cell comprising a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising the compatibilizer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자전해질막에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is a polymer electrolyte membrane,

상용화제(compatibilizer)로 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막을 제공한다.Provided is a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that it comprises polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO) or a copolymer thereof as a compatibilizer.

본 발명은 또한 상기 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막을 구비한 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell having a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising the compatibilizer.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 친수성기 또는 소수성기를 갖는 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 또는 이들의 공중합체를 고분자막 제조시 상용화제(compatibilizer)로 첨가하면 제조된 고분자 막 내에서 무기충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추고 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물(바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성이 향상된다는 사실에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention added an inorganic filler in a polymer membrane prepared by adding a polyethylene oxide (PEO), a polypropylene oxide (PPO) or a copolymer thereof having a hydrophilic group or a hydrophobic group as a compatibilizer in preparing a polymer membrane. It can reduce the water content around the hydrophilic group in the polymer electrolyte membrane, reduce the swelling degree of the electrolyte membrane against water and increase the dimensional stability when applying the membrane-electrode assembly (MEA), and enable stable fuel cell operation. By improving the content of water (bound water, BOUND WATER) having a strong interaction with the reactive group, it contributes to the improvement of the hydrogen ion conductivity, and at the same time the barrier to methanol through the introduction of a compatibilizer and a compatibilizer-inorganic filler to the membrane It reduces the permeability of methanol by securing the BARRIER property, and the thermal stability, In view of the fact that the stability, the mechanical properties such as tensile strength and chemical properties, such as free radical stability is improved and completed the present invention.

본 발명의 수소이온전도성 고분자막은 상용화제(compatabilizer)로 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hydrogen ion conductive polymer membrane of the present invention is characterized in that it comprises polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO) or a copolymer thereof as a compatibilizer.

상기 고분자막 재료로는 일반적으로 널리 사용되는 고분자막의 재료는 모두 가능하고, 특히 바람직한 예로는 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리아릴렌에테르케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤즈시아졸, 폴리에테르에테르케톤, 폴리포스파젠 등을 들 수 있다. 또한 이러한 고분자막은 술폰산기, 탄산기, 인산기 등의 친수성 관능기를 포함하고 있는 것이 더욱 바람직하다.As the polymer membrane material, materials of a polymer membrane which are generally widely used are possible, and particularly preferred examples thereof include polyimide, polysulfone, polyarylene ether sulfone, polyarylene ether ketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, Polybenzozazole, polyether ether ketone, polyphosphazene and the like. Moreover, it is more preferable that such a polymer film contains hydrophilic functional groups, such as a sulfonic acid group, a carbonic acid group, and a phosphoric acid group.

특히 본 발명에서 상기 상용화제로 폴리에틸렌옥사이드(PEO)와 같은 친수성기 또는 폴리프로필렌옥사이드(PPO)와 같은 소수성기를 가지는 고분자 또는 올리고머가 바람직하며, 친수성기와 소수성기를 모두 가지는 플루로닉 또는 테트로닉 고분자 및 올리고머와 같은 PEO와 PPO의 삼원공중합체 형태인 상용화제가 더욱 바람직하다.Particularly, in the present invention, the compatibilizer is preferably a polymer or oligomer having a hydrophilic group such as polyethylene oxide (PEO) or a hydrophobic group such as polypropylene oxide (PPO), and a pluronic or tetronic polymer and oligomer having both hydrophilic and hydrophobic groups. More preferred are compatibilizers in the form of terpolymers of the same PEO and PPO.

고분자막 제조시 상용화제로 상기에서 언급한 폴리에틸렌옥사이드(PEO)와 같 은 친수성기 또는 폴리프로필렌옥사이드(PPO)와 같은 소수성기를 가지는 고분자 또는 올리고머 및 친수성기와 소수성기를 모두 가지는 플루로닉 또는 테트로닉 고분자 또는 올리고머와 같은 PEO와 PPO의 삼원공중합체 형태인 것을 첨가했을 경우 그 효과를 정리하면 다음과 같다.As a compatibilizer in the preparation of a polymer film, a polymer or oligomer having a hydrophilic group such as polyethylene oxide (PEO) or a hydrophobic group such as polypropylene oxide (PPO) and a pluronic or tetronic polymer or oligomer having both a hydrophilic group and a hydrophobic group In the case of adding the same terpolymer form of PEO and PPO, the effect is summarized as follows.

1. 실리카 등을 포함하는 무기충진제의 분산성 향상.1. Improving dispersibility of inorganic filler including silica and the like.

상용화제인 플루로닉(Pluronic, 상표명 Poloxamer)는 PEO-PPO-PEO로 구성된 삼원공중합체이다. 상용화제 내의 PEO 단위는 친수성을 나타내며, PPO 단위는 소수성을 나타낸다. 예를 들어 고분자막 제조시 친수성 발연실리카를 도입시키는 경우, 고분자의 친수성 영역-상용화제 내의 PEO 반복단위-친수성 발연실리카 간의 수소결합을 통한 상호작용(하기 화학식 1 참조) 및 소수성 실리카를 도입시키는 경우, 고분자의 친수성 영역-상용화제 내의 PPO-소수성 발연실리카간의 상호작용으로 인해 발연실리카의 균일한 분산이 이루어지게 된다.Pluronic (trade name Poloxamer) is a terpolymer composed of PEO-PPO-PEO. PEO units in the compatibilizers are hydrophilic and PPO units are hydrophobic. For example, when the hydrophilic fumed silica is introduced in the preparation of the polymer membrane, when the hydrophobic silica and the interaction through hydrogen bonding between the PEO repeat unit-hydrophilic fumed silica in the hydrophilic region-compatible agent of the polymer are introduced, The interaction between PPO-hydrophobic fumed silica in the hydrophilic region-compatibility of the polymer results in uniform dispersion of fumed silica.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112005030771030-pat00001
Figure 112005030771030-pat00001

2. 고분자막 내 함수율 감소.       2. Reduced moisture content in the polymer membrane.

상기에서 설명한 고분자-상용화제-실리카 간의 상호작용에 의해 술폰산기 주위로의 많은 물분자의 접근을 막게 되므로, 함수율은 감소하게 된다. 이는 고분자막을 사용한 단위전지 제조시, 수분흡수에 따른 팽윤도의 큰 차이로 인한 MEA 접합성능이 급속히 감소하고, 전지성능 또한 감소하게 되므로, 고성능 전지제조를 위해 낮은 함수율이 지향되어야 한다.Since the interaction between the polymer-compatibility-silica described above prevents the access of many water molecules around the sulfonic acid group, the water content is reduced. This is because, when manufacturing a unit cell using a polymer membrane, the MEA bonding performance is rapidly decreased due to the large difference in swelling degree due to water absorption, and the battery performance is also reduced. Therefore, a low water content should be directed for manufacturing a high performance battery.

3. 복합막 내 바운더 워터(bound water) 함량 향상.3. Improved bound water content in composite membrane.

함수율 감소와는 달리, 물분자와 고분자내의 친수성기/상용화제 내 친수성기/친수성 발연실리카 표면의 친수성기 간의 상호작용에 따라, 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물분자인 바운더 워터(bound water) 함량은 상대적으로 증가(43-87%)하게 된다.Unlike the decrease in water content, depending on the interaction between the water molecule and the hydrophilic group in the polymer / hydrophilic group in the compatibilizer / hydrophilic fumed silica surface, the bound water content, which is a water molecule having a strong interaction force with the reactive group, is relatively Increase (43-87%).

4. 고분자막의 수소이온전도도 향상.4. Improved hydrogen ion conductivity of polymer membrane.

바운더 워터(Bound water) 함량의 상승은 수소이온전도도에 2가지 영향을 미친다. 1) 동일 온도에서의 수소이온전도도의 향상과 2) 온도상승에 따른 수소이온전도도의 지속적인 향상을 보인다. 더해서, 상용화제만을 포함하는 복합막의 경우도 상용화제의 친수성기 함량에 따른 수소이온전도도가 상승한다.Increasing the bound water content has two effects on the hydrogen ion conductivity. 1) improvement of hydrogen ion conductivity at the same temperature and 2) continuous improvement of hydrogen ion conductivity with temperature rise. In addition, even in the case of the composite membrane containing only the compatibilizer, the hydrogen ion conductivity according to the hydrophilic group content of the compatibilizer is increased.

5. 고분자막의 메탄올투과도 감소.5. Reduced methanol permeability of polymer membrane.

상용화제만을 도입하거나, 상용화제를 사용하여 실리카의 균일 분산을 유도한 복합막의 경우, 메탄올에 대한 배리어(barrier)성이 유도되므로 메탄올 투과도가 감소하게 된다.In the case of a composite membrane in which only a compatibilizer is introduced or a homogeneous dispersion of silica is induced using a compatibilizer, methanol permeability is reduced because barrier property to methanol is induced.

6. 고분자막의 기계적 물성 향상.6. Improved mechanical properties of polymer membranes.

상용화제 및 상용화제-실리카를 도입한 복합막의 경우, 고분자막만의 기계적 물성에 비하여 인장강도 등 기계적물성이 상당부분 향상된다.In the case of the composite membrane in which the compatibilizer and the compatibilizer-silica are introduced, the mechanical properties such as tensile strength are substantially improved compared to the mechanical properties of the polymer membrane alone.

7. 고분자막의 열적, 수화, 자유라디칼 안정성 향상.7. Improved thermal, hydration and free radical stability of polymer membrane.

실리카를 함유한 유-무기 복합막의 경우, 막의 열적 안정성이 향상된다. 또한, 폴리이미드-실리카 복합막의 가장 큰 장점으로, 실리카의 균일 분산에 따른 수화안정성의 향상을 들 수 있다. 폴리이미드막만의 수화안정성은 80℃ 초순수에서 70 시간 정도의 안정성을 갖는 반면, 실리카 및 상용화제를 포함하는 경우, 보다 긴밀한 고분자 구조로 형성으로 인해, 5,000 시간 이상의 수화안정성을 확보할 수 있게 된다. 더해서 ferrous ammonium salt + H2O2 용액 (Fenton's reagent)을 이용한 과산화라디칼에 대한 안정성 역시 상당히 향상되게 된다.In the case of the organic-inorganic composite membrane containing silica, the thermal stability of the membrane is improved. In addition, the greatest advantage of the polyimide-silica composite membrane is the improvement in hydration stability due to the uniform dispersion of silica. The hydration stability of the polyimide membrane alone has a stability of about 70 hours in ultrapure water at 80 ° C., but when silica and a compatibilizer are included, the hydration stability can be secured for 5,000 hours or more due to the formation of a more dense polymer structure. . In addition, the stability of radical peroxide using ferrous ammonium salt + H 2 O 2 solution (Fenton's reagent) is also significantly improved.

이상 설명한 본 발명에서의 상기 상용화제의 함량은 제조되는 고분자막 100 중량부에 0.1 내지 40 중량부인 것이 바람직하며, 상기 상용화제의 함량이 고분자막 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만이면 상용화제 첨가효과가 거의 나타나지 않아 바람직하지 못하며, 또한 상기 상용화제의 함량이 고분자막 100 중량부에 대하여 40 중량부를 초과할 경우 첨가되는 상용화제의 함량에 비례하여 고분자막의 여러 수소이온전도도, 인장강도 등을 비롯한 여러 물성이 단순히 증가하지 아니하므로 경제적이지 못하다.The content of the compatibilizer in the present invention described above is preferably 0.1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer film to be prepared, and the content of the compatibilizer is less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the polymer film. It is not preferable because it hardly appears, and in addition, when the content of the compatibilizer exceeds 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer film, various properties such as hydrogen ion conductivity and tensile strength of the polymer film are proportional to the content of the compatibilizer added. It is not economical simply because it does not increase.

이상 설명한 본 발명의 상용화제를 포함하는 고분자막은 무기충진제가 포함되지 않은 고분자막에도 사용가능하나, TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, 테트라에톡시실란(TEOS), 몬트모릴로나이트 (montmorillonite), 모덴나이트 (mordenite) 등과 같은 무기산화물 또는 지르코늄 인산(ZrP), 포스포텅스틱산, 실리코텅스틱산, 포스포 몰리브덴산, 실리코 몰리브덴산 등과 같은 heteropolyacid 등의 다양한 무기충진제가 단독 또는 복합물 형태로 막에 첨가된 복합막 제조시 상기 설명한 상용화제를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 상용화제 첨가방법은 여러 가지가 가능하나, 무기충진체와 함께 첨가하는 방법이 바람직하다.Although the polymer membrane including the compatibilizer of the present invention described above can be used in a polymer membrane without an inorganic filler, TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , tetraethoxysilane (TEOS), montmorillonite various inorganic fillers such as inorganic oxides such as montmorillonite, mordenite, or heteropolyacids such as zirconium phosphate (ZrP), phosphotungstic acid, silicotungstic acid, phospho molybdate, silico molybdate, etc. More preferably, the compatibilizers described above are added when preparing the composite membrane added to the membrane in the form. Various methods of adding a compatibilizer may be possible, but a method of adding a compatibilizer together with an inorganic filler is preferable.

또한 본 발명의 상기 고분자막은 연료전지용, 전기분해용, 수계 및 비수계 전기투석 및 확산투석용, 투과증발, 가스분리, 투석, 한외여과, 나노여과 또는 역삼투압공정용 등 여러 용도로 사용가능하나, 특히 연료전지용으로 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the polymer membrane of the present invention can be used in various applications such as fuel cell, electrolysis, aqueous and non-aqueous electrodialysis and diffusion dialysis, pervaporation, gas separation, dialysis, ultrafiltration, nanofiltration or reverse osmosis process. , Particularly for fuel cells.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 수소이온전도성 고분자막은 상용화제로 친수성기 및 소수성기를 갖는 플푸로닉 또는 테트로닉계 고분자를 포함하고 있어, 고분자 막 내에서 친수성 및 소수성 무기 충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추고 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물(바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기 여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성을 향상시킨다.As described above, the hydrogen ion conductive polymer membrane of the present invention includes a flupuronic or tetronic polymer having a hydrophilic group and a hydrophobic group as a compatibilizer, so that hydrophilic and hydrophobic inorganic fillers can be uniformly dispersed in the polymer membrane, It lowers the water content around the hydrophilic group in the polymer electrolyte membrane, reduces the swelling degree of the electrolyte membrane against water and increases the dimensional stability when applying the membrane-electrode assembly (MEA), and enables stable fuel cell operation. It improves the hydrogen ion conductivity by improving the content of water (bound water, BOUND WATER) which has an interaction force, and at the same time, barrier to methanol through the introduction of a compatibilizer and a compatibilizer-inorganic filler for the membrane. To reduce the permeability of methanol, to ensure the thermal properties of the polymer membrane, the stability of hydration It improves the chemical properties such as stability, free radical stability, and mechanical properties such as tensile strength.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 명확히 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples and comparative examples are described for the purpose of more clearly expressing the present invention, but the contents of the present invention are not limited to the following examples and comparative examples.

(실시예 1)(Example 1)

폴리이미드의 축합반응은 테프론 교반기와 질소와 같은 비활성기체의 주입구 및 시료주입구가 갖추어진 250ml의 반응기에서 수행되었다. 이 반응기는 오일로 채워진 항온조에 넣어 일정한 반응온도를 유지할 수 있게 설치하였다. The condensation reaction of the polyimide was carried out in a 250 ml reactor equipped with a teflon stirrer and an inlet for inert gas such as nitrogen and a sample inlet. The reactor was installed in an oil-filled thermostat to maintain a constant reaction temperature.

반응기에 4,4'-디아미노 디페닐 에테르-2,2'-디술폰산 (ODADS) 0.86g (2.4mmol)을 넣고, 용매로서 m-cresol을 첨가하였다. 반응촉매로서 트리에틸아민 0.96g (9.6mmol)과 벤조산 0.68g (5.68mmol)을 첨가하였다. 완전히 용해시킨 상기 용액에 1,4,5,8-나프탈렌 테트라 카르복실릭 무수물 (NTDA)분말 1.07g (4mmol)을 천천히 주입한 후 완전 용해시키고 1시간 정도 반응시킨 다음, 3,5-디아미노 벤조산(DBA) 분말 0.23g (1.6mmol)을 첨가한 후 1시간 정도 반응시켰다. 0.86 g (2.4 mmol) of 4,4'-diamino diphenyl ether-2,2'-disulfonic acid (ODADS) was added to the reactor, and m-cresol was added as a solvent. As reaction catalyst, 0.96 g (9.6 mmol) of triethylamine and 0.68 g (5.68 mmol) of benzoic acid were added. 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic anhydride (NTDA) powder 1.07g (4mmol) was slowly injected into the completely dissolved solution, completely dissolved and reacted for 1 hour, and then 3,5-diamino After adding 0.23 g (1.6 mmol) of benzoic acid (DBA) powder, the mixture was reacted for about 1 hour.

이어 온도를 80℃로 올린 후 4시간 반응시키고 다시 180℃로 승온하여 20시간 동안 반응시켜 용액상에서 짙은 갈색의 점도가 있는 폴리이미드를 제조하였다. 제조된 폴리이미드는 미반응된 모노머 및 올리고머를 제거하기 위해 아세톤 용액에 서 침적시켜 술폰화된 폴리이미드 분말 2.3 g을 얻었다. 얻어진 분말을 다시 m-cresol 9.2 g에 녹인 다음 150℃의 온도에서, 실리카(Aerosil 200, hydrophilic silica) 0.023g과 상용화제로 플로로닉®(Polaxomer 1100, L31) 0.03g을 포함하는 용액을 천천히 주입시킨 후, 8시간 동안 반응시켰다.Subsequently, the temperature was raised to 80 ° C., followed by 4 hours of reaction, and the temperature was raised to 180 ° C. for 20 hours to prepare a polyimide having a dark brown viscosity in solution. The prepared polyimide was deposited in acetone solution to remove unreacted monomers and oligomers to give 2.3 g of sulfonated polyimide powder. The obtained powder was again dissolved in 9.2 g of m-cresol, and slowly injected a solution containing 0.023 g of silica (Aerosil 200, hydrophilic silica) and 0.03 g of Floronic ® (Polaxomer 1100, L31) with a compatibilizer at a temperature of 150 ° C. After the reaction, the reaction was carried out for 8 hours.

상기 용액을 유리판위에 캐스팅한 후, 180℃ 진공오븐에서 10시간 열경화 및 이미화를 완료시키고, 잔류용매를 완전히 제거하기 위하여 110℃의 진공오븐에서 24시간동안 진공건조 후 20-40㎛의 두께를 가진 갈색을 지닌 불투명한 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다. 상기 막의 이온교환용량(Ion Exchange Capacity, IEC)은 1.80 meq/g이었다.After casting the solution on a glass plate, the thermosetting and imidization was completed for 10 hours in a vacuum oven at 180 ° C., and vacuum-dried for 24 hours in a vacuum oven at 110 ° C. in order to completely remove residual solvent. An opaque sulfonated polyimide membrane with a brown color was prepared. The ion exchange capacity (IEC) of the membrane was 1.80 meq / g.

(실시예 2)(Example 2)

상용화제로 Polaxomer 1900 (L35)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.A sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Polaxomer 1900 (L35) was used as a compatibilizer.

(실시예 3)(Example 3)

상용화제로 Polaxomer 2900 (L64)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.A sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Polaxomer 2900 (L64) was used as a compatibilizer.

(실시예 4)(Example 4)

상용화제로 Polaxomer 3500 (L92)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.A sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Polaxomer 3500 (L92) was used as a compatibilizer.

(실시예 5)(Example 5)

실리카로 Aerosil 812 (hydrophobic silica)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.A sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Aerosil 812 (hydrophobic silica) was used as silica.

(실시예 6)(Example 6)

상용화제로 Polaxomer 1900 (L35)을 사용하였고, 실리카로 Aerosil 812를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.Polaxomer 1900 (L35) was used as a compatibilizer, and sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Aerosil 812 was used as silica.

(실시예 7)(Example 7)

상용화제로 Polaxomer 2900 (L64)을 사용하였고, 실리카로 Aerosil 812를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.Polaxomer 2900 (L64) was used as a compatibilizer, and sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Aerosil 812 was used as silica.

(실시예 8)(Example 8)

상용화제로 Polaxomer 3500 (L92)을 사용하였고, 실리카로 Aerosil 812를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.Polaxomer 3500 (L92) was used as a compatibilizer, and sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Aerosil 812 was used as silica.

(실시예 9)(Example 9)

상용화제로 Polaxomer 2900 (L64)을 사용하였고, 실리카를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.Polaxomer 2900 (L64) was used as a compatibilizer, and the sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that silica was not added.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

상용화제로 플로로닉® 및 무기첨가제를 도입하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 술폰화 폴리이미드막을 제조하였다.A sulfonated polyimide membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that Floronic ® and an inorganic additive were not introduced as the compatibilizer.

(실험예)Experimental Example

상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1에서 제조한 술폰화 폴리이미드막에 대하여 온도에 따른 수소이온전도도(표 1), 상대습도에 따른 수소이온전도도(표 2), 함수율(표 3), 바운드 워터 함량(표 4), 메탄올 투과도(표 5), 선택도(selectivity, 표 6) 및 수화안정성(표 7)을 측정하여 하기 표 1 내지 7에 나타내었다.For the sulfonated polyimide membranes prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example 1, hydrogen ion conductivity according to temperature (Table 1), hydrogen ion conductivity according to relative humidity (Table 2), water content (Table 3), bound The water content (Table 4), methanol permeability (Table 5), selectivity (Tableivity 6) and hydration stability (Table 7) were measured and shown in Tables 1-7 below.

수소이온전도도는 교류 사극자법 (Four point probe AC impedance spectroscopic method)을 이용하여 옴저항 또는 벌크저항(ohmic resistance or bulk resistance)를 측정하여 σ=l/(RXS)의 식에 대입함으로 얻어진다. 여기서, σ(S/cm)는 수소이온전도도, l(cm)은 전압강하 측정전극간의 거리, R(Ω)은 고분자전해질의 옴저항, S는 일정전류가 통과하는 전해질 내 면적 (cm2)을 의미한다. 수소이온전도도를 측정하기 위한 사극자 전극구조는 전기화학적 인터페이스(Solatron 1287, Solatron Analytical, Farnborough Hampshire, GU14, ONR, UK) 및 임피던스 위상 분석기 (Solatron 1260)과 연결된 일정 온도 및 일정 습도를 제어할 수 있는 항온항습챔버에 설치되어 있고, 이를 통해 Nyquist선도와 Bode선도를 이용하여 옴저항이 측정된다. 측정의 원리로는 고분자전해질을 통해 사극자 전극의 외부에 있는 두 전극에서 일정전류 (10mA)를 가할 때, 내부 두 전극 사이의 전압강하를 측정함으로써 옴저항을 측정하는 방식으로 측정이 이루어진다. 이하 표 1은 상기 측정장치 및 측정법을 이용해 일정습도 95% RH에서 승온을 하면서 측정된 수치이며, 표 2는 동일 측정장치 및 측정법을 이용해 일정온도 60℃에서 가습을 하면서 측정된 수치이다. Hydrogen ion conductivity is obtained by measuring ohmic resistance or bulk resistance using the Four Point probe AC impedance spectroscopic method and substituting it into the equation σ = l / (RXS). Where σ (S / cm) is the hydrogen ion conductivity, l (cm) is the distance between the voltage drop electrodes, R (Ω) is the ohmic resistance of the polymer electrolyte, and S is the area in the electrolyte through which a constant current passes (cm 2 ) Means. Quadrupole electrode structure for measuring hydrogen ion conductivity can control constant temperature and constant humidity connected with electrochemical interface (Solatron 1287, Solatron Analytical, Farnborough Hampshire, GU14, ONR, UK) and impedance phase analyzer (Solatron 1260) It is installed in a constant temperature and humidity chamber, and the ohmic resistance is measured using Nyquist diagram and Bode diagram. As a principle of measurement, when a constant current (10mA) is applied to two electrodes outside the quadrupole electrode through the polymer electrolyte, the resistance is measured by measuring the voltage drop between the inner two electrodes. Table 1 is a value measured while heating at a constant humidity of 95% RH using the measuring device and measuring method, Table 2 is a value measured while humidifying at a constant temperature 60 ℃ using the same measuring device and measuring method.

[표 1] 온도에 따른 수소이온전도도 (S/cm)[Table 1] Hydrogen ion conductivity according to temperature (S / cm)

구분division 온도(℃)Temperature (℃) 3030 4545 6060 7575 9090 실시예 1Example 1 6.04X10-2 6.04X10 -2 6.08X10-2 6.08X10 -2 7.12X10-2 7.12 X 10 -2 7.15X10-2 7.15 X 10 -2 7.64X10-2 7.64X10 -2 실시예 2Example 2 7.67X10-2 7.67 X 10 -2 7.70X10-2 7.70X10 -2 7.74X10-2 7.74 X 10 -2 7.83X10-2 7.83 X 10 -2 8.17X10-2 8.17X10 -2 실시예 3Example 3 8.55X10-2 8.55X10 -2 8.78X10-2 8.78X10 -2 9.00X10-2 9.00X10 -2 9.22X10-2 9.22X10 -2 7.88X10-2 7.88X10 -2 실시예 4Example 4 8.98X10-2 8.98X10 -2 9.24X10-2 9.24X10 -2 9.46X10-2 9.46 X 10 -2 9.73X10-2 9.73 X 10 -2 9.33X10-2 9.33X10 -2 실시예 5Example 5 6.25X10-2 6.25X10 -2 6.28X10-2 6.28X10 -2 6.31X10-2 6.31X10 -2 7.40X10-2 7.40X10 -2 9.83X10-2 9.83X10 -2 실시예 6Example 6 6.60X10-2 6.60X10 -2 6.63X10-2 6.63X10 -2 6.70X10-2 6.70X10 -2 7.75X10-2 7.75 X 10 -2 8.41X10-2 8.41X10 -2 실시예 7Example 7 6.30X10-2 6.30X10 -2 6.40X10-2 6.40X10 -2 6.48X10-2 6.48X10 -2 7.56X10-2 7.56 X 10 -2 8.80X10-2 8.80X10 -2 실시예 8Example 8 6.03X10-2 6.03X10 -2 6.40X10-2 6.40X10 -2 6.27X10-2 6.27X10 -2 7.41X10-2 7.41 X 10 -2 8.65X10-2 8.65X10 -2 실시예 9Example 9 7.32X10-2 7.32X10 -2 6.15X10-2 6.15X10 -2 7.85X10-2 7.85X10 -2 8.08X10-2 8.08X10 -2 8.58X10-2 8.58X10 -2 비교예 1Comparative Example 1 5.23X10-2 5.23X10 -2 5.80X10-2 5.80X10 -2 6.19X10-2 6.19X10 -2 6.90X10-2 6.90X10 -2 7.33X10-2 7.33 X 10 -2

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상용화제로 PEO 와 PPO의 삼원공중합체인 플루로닉(Polaxomer)을 첨가하여 막을 제조할 경우, 상용화제를 첨가하지 않고 제조된 막에 비하여 고분자막내의 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 바운드워터 함량의 증가에 따라 온도상승에 따른 수소이온전도도 및 동일 측정온도 대비 수소이온전도도가 향상됨을 알 수 있었다.As shown in Table 1, when the membrane is prepared by adding Pluronic (Polaxomer), a terpolymer of PEO and PPO as a compatibilizer, a strong interaction force with the reactive group in the polymer membrane compared to the membrane prepared without the addition of the compatibilizer As the bound water content increased, the hydrogen ion conductivity and the hydrogen ion conductivity of the same measured temperature were improved.

[표 2] 상대습도에 따른 수소이온전도도 (S/cm) [Table 2] Hydrogen ion conductivity according to relative humidity (S / cm)

구분division 상대습도(%)Relative Humidity (%) 7575 8282 9090 9898 실시예 1Example 1 4.46X10-2 4.46X10 -2 5.18X10-2 5.18X10 -2 5.99X10-2 5.99X10 -2 6.44X10-2 6.44X10 -2 실시예 2Example 2 5.45X10-2 5.45X10 -2 6.45X10-2 6.45X10 -2 7.68X10-2 7.68X10 -2 7.78X10-2 7.78 X 10 -2 실시예 3Example 3 5.96X10-2 5.96X10 -2 6.92X10-2 6.92X10 -2 8.68X10-2 8.68X10 -2 9.03X10-2 9.03X10 -2 실시예 4Example 4 6.45X10-2 6.45X10 -2 7.65X10-2 7.65X10 -2 9.25X10-2 9.25X10 -2 9.48X10-2 9.48X10 -2 실시예 5Example 5 4.32X10-2 4.32X10 -2 5.03X10-2 5.03X10 -2 5.98X10-2 5.98X10 -2 6.34X10-2 6.34X10 -2 실시예 6Example 6 4.21X10-2 4.21X10 -2 4.91X10-2 4.91X10 -2 5.97X10-2 5.97X10 -2 6.29X10-2 6.29X10 -2 실시예 7Example 7 4.12X10-2 4.12X10 -2 4.83X10-2 4.83X10 -2 5.95X10-2 5.95X10 -2 6.25X10-2 6.25X10 -2 실시예 8Example 8 4.04X10-2 4.04X10 -2 4.75X10-2 4.75X10 -2 5.92X10-2 5.92X10 -2 6.23X10-2 6.23X10 -2 실시예 9Example 9 3.85X10-2 3.85X10 -2 4.62X10-2 4.62X10 -2 5.95X10-2 5.95X10 -2 6.40X10-2 6.40X10 -2 비교예 1Comparative Example 1 3.80X10-2 3.80X10 -2 4.53X10-2 4.53X10 -2 5.89X10-2 5.89X10 -2 6.20X10-2 6.20X10 -2

또한 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 상용화제로 PEO 와 PPO의 삼원공중합체인 플루로닉을 첨가하여 제조된 막의 경우, 상용화제를 첨가하지 않고 제조된 막에 비하여 상대습도 증가 및 일정습도에서 수소이온전도도 향상됨을 알 수 있었다. In addition, as shown in Table 2, in the case of a membrane prepared by adding Pluronic terpolymer of PEO and PPO as a compatibilizer, hydrogen ion conductivity at a constant humidity and relative humidity increase compared to the membrane prepared without the compatibilizer It was found to be improved.

[표 3] 함수율 (%)[Table 3] Water content (%)

구분division 팽윤 전 막의 무게Weight of membrane before swelling 팽윤 후 막의 무게Weight of membrane after swelling 함수율(%)Moisture content (%) 실시예 1Example 1 1.63291.6329 2.18812.1881 34.034.0 실시예 2Example 2 1.39371.3937 1.85781.8578 33.333.3 실시예 3Example 3 1.09061.0906 1.43201.4320 31.331.3 실시예 4Example 4 1.23861.2386 1.60771.6077 29.829.8 실시예 5Example 5 1.77291.7729 2.25872.2587 27.427.4 실시예 6Example 6 1.52861.5286 1.95971.9597 28.228.2 실시예 7Example 7 2.28812.2881 2.96312.9631 29.529.5 실시예 8Example 8 1.68721.6872 2.22542.2254 31.931.9 실시예 9Example 9 1.28831.2883 1.71861.7186 33.433.4 비교예 1Comparative Example 1 1.34561.3456 1.80581.8058 34.234.2

또한 상기 표 3은 함수율 측정결과를 나타내는데, 함수율 측정은 제조된 막을 25℃ 초순수에 하루 동안 팽윤시킨 후 (팽윤 후 막의 무게-팽윤 전 막의 무게)/(팽윤 전 막의 무게)X100으로 측정하였다. 상기 표 3에 나타난 바와 같이, 함수율에 있어서도 상용화제와 무기산화물을 첨가하여 제조한 술폰화 폴리이미드막의 팽윤도가 낮아, 상대적으로 높은 치수안정성을 얻음을 알 수 있었다.In addition, Table 3 shows the results of the measurement of moisture content, which was measured by swelling the prepared membrane in ultrapure water at 25 ° C. for one day (weight of membrane after swelling-weight of membrane before swelling) / (weight of membrane before swelling) × 100. As shown in Table 3 above, it was found that the swelling degree of the sulfonated polyimide membrane prepared by adding the compatibilizer and the inorganic oxide was also low in water content, so that relatively high dimensional stability was obtained.

[표 4] 바운드 워터 함량 (%)Table 4 Bound Water Content (%)

구분division 프리 워터(free water)Free water 바운드 워터(bound water)Bound water 실시예 1Example 1 56.856.8 43.243.2 실시예 2Example 2 39.439.4 60.660.6 실시예 3Example 3 20.720.7 79.379.3 실시예 4Example 4 12.212.2 87.887.8 실시예 5Example 5 20.620.6 79.479.4 실시예 6Example 6 26.526.5 73.573.5 실시예 7Example 7 30.930.9 69.169.1 실시예 8Example 8 36.936.9 63.163.1 실시예 9Example 9 62.262.2 37.837.8 비교예 1Comparative Example 1 67.267.2 32.832.8

고분자내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 바운드 워터의 함량은 상기 표 3에서 측정된 함수율과 -50 ~ 50 ℃에서 일정속도(5℃/min)로 가열하여 DSC측정을 한 결과 얻어진 물의 융해열을 이용하여 (측정범위의 온도에서의 흡열피크의 융해열)/(초순수의 융해열, 344J/g)X함수율 (%) 값의 차이로부터 얻었다. The content of bound water having a strong interaction with the reactive group in the polymer was determined by using the heat of fusion of water obtained as a result of DSC measurement by heating at a constant rate (5 ° C./min) at -50 to 50 ° C. and the moisture content measured in Table 3 above. (Heat of fusion of endothermic peak at temperature of measurement range) / (heat of fusion of ultrapure water, 344 J / g)

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 바운드 워터(bound water) 함량에 있어서도 상용화제를 첨가하여 제조한 술폰화 폴리이미드막의 경우 상용화제를 첨가하지 않은 경우에 비하여 상대적으로 높아, 온도상승 및 동일온도에서의 수소이온전도도가 향상됨을 알 수 있었다.As shown in Table 4, the sulfonated polyimide membrane prepared by adding a compatibilizer even in the bound water content is relatively higher than the case where no compatibilizer is added. It was found that the hydrogen ion conductivity was improved.

[표 5] 메탄올 투과도Table 5 Methanol Permeability

구분division 메탄올 투과도(cm2/s)Methanol Permeability (cm 2 / s) 실시예 1Example 1 3.37X10-6 3.37X10 -6 실시예 2Example 2 2.37X10-7 2.37X10 -7 실시예 3Example 3 1.48X10-7 1.48X10 -7 실시예 4Example 4 1.09X10-7 1.09X10 -7 실시예 5Example 5 2.06X10-7 2.06X10 -7 실시예 6Example 6 1.24X10-7 1.24X10 -7 실시예 7Example 7 1.04X10-7 1.04X10 -7 실시예 8Example 8 9.89X10-8 9.89X10 -8 실시예 9Example 9 4.22X10-7 4.22X10 -7 비교예 1Comparative Example 1 1.06X10-6 1.06X10 -6

메탄올 투과도는 Two chamber diffusion cell법에 의해 측정하였다. 측정 전 고분자전해질막은 초순수에서 하루 이상 팽윤시킨 후, 양 쪽 챔버의 사이에 설치한다. 측정을 위해 한 쪽 챔버에는 10 M 메탄올 용액을 채우고, 다른 한 쪽 챔버에는 초순수를 채운 후, 시간이 경과한 후 메탄올 용액을 채운 챔버로부터 고분자전해질을 통해 초순수만을 채운 챔버 쪽으로 메탄올이 확산이 될 때, 확산된 메탄올의 양을 가스크로마토그래피 (GC, Shimadtzu, GC-14B, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정할 수 있었다. Methanol permeability was measured by the two chamber diffusion cell method. Before measurement, the polymer electrolyte membrane is swollen for one day or more in ultrapure water, and is installed between both chambers. When one chamber is filled with 10 M methanol solution, the other chamber is filled with ultrapure water, and after time, methanol diffuses from the chamber filled with methanol solution to the chamber filled with ultrapure water through the polyelectrolyte. The amount of methanol diffused could be measured using gas chromatography (GC, Shimadtzu, GC-14B, Tokyo, Japan).

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 상용화제를 첨가하여 제조된 술폰화 폴리이미드막의 경우 메탄올에 대한 배리어(barrier)성이 유도되므로 메탄올 투과도가 10배 이상 감소됨을 알 수 있었다.As shown in Table 5, in the case of the sulfonated polyimide membrane prepared by adding a compatibilizer, it was found that methanol permeability was reduced by more than 10 times because the barrier property to methanol was induced.

[표 6] 선택도[Table 6] Selectivity

구분division 선택도 (Ssec/cm3)Selectivity (Ssec / cm 3 ) 실시예 1Example 1 1.83X105 1.83 X 10 5 실시예 2Example 2 3.32X105 3.32X10 5 실시예 3Example 3 6.30X105 6.30X10 5 실시예 4Example 4 9.02X105 9.02X10 5 실시예 5Example 5 2.63X105 2.63X10 5 실시예 6Example 6 3.87X105 3.87X10 5 실시예 7Example 7 4.47X105 4.47 X 10 5 실시예 8Example 8 4.63X105 4.63X10 5 실시예 9Example 9 1.97X105 1.97X10 5 비교예 1Comparative Example 1 7.21X104 7.21 X 10 4

본 발명의 고분자막을 직접메탄올연료전지(DMFC)에 응용할 경우 바람직하게는 높은 수소이온전도도와 낮은 메탄올 투과도를 나타내어야 한다. 따라서, 선택도(selectivity)란 용어를 사용하여 고분자전해질의 성능을 나타나게 된다. 여기서, 선택도란 수소이온전도도/메탄올투과도를 의미한다.When the polymer membrane of the present invention is applied to a direct methanol fuel cell (DMFC), it should preferably exhibit high hydrogen ion conductivity and low methanol permeability. Thus, the term selectivity is used to indicate the performance of the polymer electrolyte. Here, selectivity means hydrogen ion conductivity / methanol permeability.

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 상용화제를 첨가하여 제조된 술폰화 폴리이미드막의 경우 선택도가 최대 10 배 이상 향상된 것을 알 수 있었다.As shown in Table 6, in the case of the sulfonated polyimide membrane prepared by the addition of a compatibilizer it was found that the selectivity was improved up to 10 times or more.

[표 7] 수화안정성[Table 7] Sign Language Stability

구분division 시간 (hr)Hour (hr) 실시예 1Example 1 5,000 초과More than 5,000 실시예 2Example 2 5,000 초과More than 5,000 실시예 3Example 3 5,000 초과More than 5,000 실시예 4Example 4 5,000 초과More than 5,000 실시예 5Example 5 5,000 초과More than 5,000 실시예 6Example 6 5,000 초과More than 5,000 실시예 7Example 7 5,000 초과More than 5,000 실시예 8Example 8 5,000 초과More than 5,000 실시예 9Example 9 5,000 초과More than 5,000 비교예 1Comparative Example 1 70시간70 hours

수화안정성은 물을 매개로 하여 수소이온이 전달되는 가습전해질의 경우, 반드시 충족되어야만 하는 성질이다. 즉, 가습전해질의 경우, 대개 술폰산기, 탄산 기, 인산기와 같은 산기를 포함하고 있으므로, 수화상태에서의 고분자의 분해가 촉진된다. 따라서 수화상태에서의 안정성은 제조된 고분자전해질의 연료전지응용시의 근본적 성능의 신뢰도와 직접적인 관계가 있다. 수화안정성의 측정은 다양한 방법을 통해서 이루어질 수 있으나, 본 발명에서의 수화안정성 측정은 일정시간 동안 80 ℃ 초순수에서 고분자전해질을 aging 시킨 후, 일정조건 (95% RH, 80 ℃)에서 최초 측정된 수소이온전도도에 비해 5% 이상 변화될 시의 시간을 측정하여 수화안정성을 평가하였다.Hydration stability is a property that must be met in the case of a humidified electrolyte in which hydrogen ions are transferred through water. That is, in the case of a humidified electrolyte, since it usually contains acidic groups, such as a sulfonic acid group, a carbonate group, and a phosphate group, decomposition | disassembly of a polymer in a hydration state is accelerated | stimulated. Therefore, the stability in the hydrated state is directly related to the reliability of the fundamental performance of the fuel cell application of the prepared polymer electrolyte. The measurement of hydration stability can be made through various methods, but the hydration stability in the present invention is measured by aging the polymer electrolyte in ultrapure water at 80 ° C. for a predetermined time, and then hydrogen was first measured under certain conditions (95% RH, 80 ° C.). Hydration stability was evaluated by measuring the time when the change was more than 5% compared to the ion conductivity.

상기 표 7에 나타난 바와 같이, 상용화제를 포함하지 않는 술폰화 폴리이미드막의 경우, 대부분의 술폰화 폴리이미드막의 연료전지응용시 근본적인 문제점인 낮은 수화안정성의 문제가 관찰되나, 상용화제 및 상용화제-무기충진제를 포함하는 복합막의 경우, 술폰화 폴리이미드막의 수화안정성문제를 근본적으로 해결할 수 있음을 알 수 있었다.       As shown in Table 7, in the case of the sulfonated polyimide membrane which does not include a compatibilizer, a problem of low hydration stability, which is a fundamental problem in fuel cell application of most sulfonated polyimide membranes, is observed. In the case of the composite membrane including the inorganic filler, it was found that the problem of hydration stability of the sulfonated polyimide membrane could be fundamentally solved.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에서의 고분자전해질막은 상용화제로 친수성기 및 소수성기를 갖는 플루로닉 또는 폴락서머계 고분자 또는 올리고머를 포함하고 있어, 고분자 막 내에서 친수성 및 소수성 무기 충진제가 균일하게 분산될 수 있고, 고분자전해질 막 내 친수성기 주변의 함수율을 낮추며, 막-전극 어셈블리(MEA)응용시 수분에 대한 전해질막의 팽윤도를 낮추고 치수안정성을 높여 안정된 연료전지 구동을 가능케 하며, 함수율 감소와 달리 고분자 막 내 반응성기와 강한 상호작용력을 갖는 물 (바운더 워터, BOUND WATER)의 함량을 향상시켜 수소이온전도도 향상에 기여하며, 동시에 막에 대한 상용화제 및 상용화제-무기 충진제의 도입을 통해 메탄올에 대한 배리어(BARRIER)성을 확보케 하여 메탄올 투과도를 감소시키며, 고분자막의 열적 안정성, 수화 안정성, 자유라디칼 안정성 등의 화학적 물성 및 인장강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.As described above, the polymer electrolyte membrane in the present invention includes a pluronic or poloxamer-based polymer or oligomer having a hydrophilic group and a hydrophobic group as a compatibilizer, so that the hydrophilic and hydrophobic inorganic fillers can be uniformly dispersed in the polymer membrane. In addition, it lowers the water content around the hydrophilic group in the polymer electrolyte membrane, and reduces the swelling degree of the electrolyte membrane against water and increases the dimensional stability when applying the membrane-electrode assembly (MEA), and enables stable fuel cell operation. Improves the content of water (bound water, BOUND WATER) with a strong interaction force, contributes to the enhancement of hydrogen ion conductivity, and at the same time barriers to methanol through the introduction of a compatibilizer and a compatibilizer-inorganic filler for the membrane (BARRIER) To reduce the permeability of methanol and to ensure the thermal stability of the polymer membrane Chemical properties such as hydration stability and free radical stability and mechanical properties such as tensile strength can be improved.

Claims (7)

고분자전해질막에 있어서,In the polymer electrolyte membrane, 상용화제(compatibilizer)로 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO) 또는 이들의 공중합체 고분자 및 올리고머를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.A hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that it comprises polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO) or copolymer polymers and oligomers thereof as a compatibilizer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상용화제(compatibilizer)는 PEO-PPO-PEO의 플루로닉(Pluronic)계 또는 테트로닉(Tetronic)계 삼원공중합체인 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.Compatibilizer (compatibilizer) is a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that the Pluronic (Pluronic) or Tetronic (tetronic) terpolymer of PEO-PPO-PEO. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상용화제의 첨가량은 고분자막 100 중량부에 대하여 0.1 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.The addition amount of the compatibilizer is a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that 0.1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자막은 연료전지용 고분자전해질막인 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.The polymer membrane is a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that the polymer electrolyte membrane for fuel cells. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자막은 TiO2, SiO2, Al2O3, ZrO2, 테트라에톡시실란(TEOS), 몬트모릴로나이트 (montmorillonite), 모덴나이트 (mordenite), 지르코늄 인산(ZrP), 포스포텅스틱산, 실리코텅스틱산, 포스포 몰리브덴산 및 실리코 몰리브덴산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 충진제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.The polymer film is TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , tetraethoxysilane (TEOS), montmorillonite, mondenite, mordenite, zirconium phosphate (ZrP), phosphotungstic acid, A hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer further comprising an inorganic filler selected from the group consisting of silicotungstic acid, phospho molybdate and silico molybdate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자막의 재료는 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리아릴렌에테르케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤즈시아졸, 폴리피롤론, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리포스파젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막.The material of the polymer membrane is polyimide, polysulfone, polyarylene ether sulfone, polyarylene ether ketone, polybenzimidazole, polybenzoxazole, polybenzisazole, polypyrrolone, polyether ether ketone and polyphosphazene A hydrogen ion conductive polymer membrane comprising a compatibilizer, characterized in that selected from the group consisting of. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상용화제를 포함하는 수소이온전도성 고분자막을 구비한 연료전지.A fuel cell provided with a hydrogen ion conductive polymer membrane comprising the compatibilizer according to any one of claims 1 to 6.
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