KR100647287B1 - 폴리머 전해질막 및 이를 채용한 연료전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 폴리머 전해질막은, 다공성 고분자 매트릭스; 및 상기 다공성 고분자 매트릭스의 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막을 포함한다. 이러한 폴리머 전해질막은 기계적 강도가 우수하면서 100℃ 이상의 온도에서도 열에 의한 열화가 없으며, 무가습 상태에서도 우수한 이온전도도를 나타낼 수 있어, 고온용 연료전지에 적합하다. 상기 폴리머 전해질막을 구성하는 고분자 매트릭스가 소수성 재질로 이루어진 경우에는 이를 직접 메탄올 연료전지에 적용하는 경우, 메탄올의 크로스 오버를 효과적으로 막을 수 있는 잇점이 있다.

Description

폴리머 전해질막 및 이를 채용한 연료전지{Polymer electrolyte membrane and fuel cell employing the same}
도 1은 실시예 1에서 조성물을 코팅하기 이전의 PTFE 매트릭스의 전자 주사 현미경 사진이고,
도 2는 실시예 1에 따라 PTFE 매트릭스를 구성하는 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 함유 코팅막을 포함하는 폴리머 전해질막의 전자 주사 현미경 사진이고,
도 3은 도 2의 폴리머 전해질막이 인산에 의하여 스웰링된 상태를 보여주는 전자 현미경 사진이고,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 폴리머 전해질막에 있어서, 술포닐 아크릴레이트 함량에 따른 전해질막의 이온 전도도 변화를 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 연료전지에 있어서, 셀 성능을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 폴리머 전해질막 및 이를 채용한 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 열적 특성 및 기계적 안전성이 우수한 폴리머 전해질막 및 이를 채용한 연료전지에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하는 장치로서, 이는 산업용, 가정용 및 차량구동용 전력의 공급뿐만 아니라, 소형의 전기/전자 제품, 특히 휴대용 장치의 전력공급에도 적용될 수 있다.
연료전지는, 사용되는 전해질의 종류에 따라, 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell), 인산 연료전지 (PAFC: phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염 연료전지 (MCFC: molten carbonate fuel cell), 고체 산화물 연료전지 (SOFC: solid oxide fuel cell) 등으로 구분될 수 있다. 사용되는 전해질에 따라 연료전지의 작동온도 및 구성 부품의 재질 등이 달라진다.
연료전지는, 애노드에 대한 연료 공급방식에 따라, 연료개질기를 통하여 연료를 수소부화가스로 전환시킨 후 애노드에 공급하는 외부개질형과, 기체 또는 액체 상태의 연료를 직접 애노드에 공급하는 연료직접공급형 또는 내부개질형으로 구분될 수 있다.
연료직접 공급형의 대표적인 예는 직접 메탄올연료전지 (DMFC : direct methanol fuel cell)이다. 직접 메탄올 연료전지는 일반적으로 연료로서 메탄올 수용액을, 전해질로서 수소 이온전도성 폴리머 전해질막을 사용한다. 따라서, DMFC도 PEMFC에 속한다.
PEMFC는 소형 및 경량이어도 높은 출력밀도를 구현할 수 있다. 더욱이, PEMFC를 사용하면, 발전 시스템의 구성이 간단해진다.
PEMFC의 기본 구조는 통상적으로, 애노드(연료 전극), 캐소드(산화제 전극), 및 애노드와 캐소드 사이에 배치된 폴리머 전해질막을 포함한다. PEMFC의 애노드에는 연료의 산화를 촉진시키기 위한 촉매층이 구비되어 있으며, PEMFC의 캐소드에는 산화제의 환원을 촉진시키기 위한 촉매층이 구비되어 있다.
PEMFC의 애노드에 공급되는 연료로서는 통상적으로, 수소, 수소 함유 가스, 메탄올과 물의 혼합 증기, 메탄올 수용액 등이 사용된다. PEMFC의 캐소드에 공급되는 산화제는 통상적으로 산소, 산소 함유 가스 또는 공기이다.
PEMFC의 애노드에서는, 연료가 산화되어 수소이온과 전자가 생성된다. 수소 이온은 전해질막을 통하여 캐소드로 전달되며, 전자는 도선(또는 집전체)을 통하여 외부회로(부하)로 전달된다. PEMFC의 캐소드에서는, 전해질막을 통하여 전달된 수소이온, 도선(또는 집전체)을 통하여 외부회로로부터 전달된 전자, 및 산소가 결합하여 물이 생성된다. 이 때, 애노드, 외부회로 및 캐소드를 경유하는 전자의 이동이 곧 전력이다.
PEMFC에 있어서, 폴리머 전해질막은, 애노드로부터 캐소드로의 수소이온의 이동을 위한 이온전도체의 역할을 할 뿐만 아니라, 애노드와 캐소드의 기계적 접촉을 차단하는 격리막(separator)의 역할도 한다. 따라서, 폴리머 전해질막에 대하여 요구되는 특성은, 우수한 이온전도도, 전기화학적 안전성, 높은 기계적 강도, 작동온도에서의 열안정성, 박막화의 용이성 등이다.
폴리머 전해질막의 재료로서는, 일반적으로, 불소화 알킬렌으로 구성된 주쇄 와 말단에 술폰산기를 갖는 불소화비닐 에테르로 구성된 측쇄를 갖는 술포네이트 고불화 폴리머 (예: Nafion : Dupont사의 상표)와 같은 폴리머 전해질이 사용되고 있다. 이러한 폴리머 전해질막은 적정량의 물을 함습하므로써 우수한 이온 전도성을 발휘하게 된다.
그러나, 이러한 전해질막은, 100℃ 이상의 작동 온도에서, 증발에 의한 수분손실로 인하여 이온 전도성이 심각하게 저하되어서 전해질막으로서의 기능을 상실하게 된다. 따라서, 이러한 폴리머 전해질막을 사용하는 PEMFC를, 상압하에서 그리고 100℃ 이상의 온도에서 작동시키는 것은 거의 불가능하다. 그리하여, 종래의 PEMFC는 주로 100℃ 이하의 온도, 비제한적인 예를 들면 약 80℃에서 작동되어 왔다.
PEMFC의 작동온도를 100℃ 이상으로 상승시키기 위하여, PEMFC에 가습 장치를 장착하거나 PEMFC를 가압 조건 하에서 운전하는 방안, 가습을 요하지 않는 폴리머 전해질을 사용하는 방안 등이 제안된 바 있다.
PEMFC를 가압 조건 하에서 운전하는 경우, 물의 끓는점이 상승하므로, 작동온도를 상승시킬 수 있다. 예를 들어, PEMFC의 작동 압력이 2 기압이면, 그 작동 온도를 약 120℃까지 상승시킬 수 있다. 그러나, 가압 시스템을 적용하거나 가습장치를 장착하면, PEMFC의 크기 및 중량이 매우 증가할 뿐만 아니라, 발전 시스템의 전체 효율도 감소한다. 그래서, PEMFC의 활용범위를 극대화시키기 위해서, "무가습 폴리머 전해질막", 즉, 가습하지 않아도 우수한 이온전도도를 발휘하는 폴리머 전해질막에 대한 수요가 증가하고 있다.
무가습 폴리머 전해질막의 예는 일본 공표특허공보 평11-503262호에 소개되어 있다. 이 문헌에서는, 무가습 폴리머 전해질로서, 폴리벤조이미다졸, 황산 또는 인산이 도핑된 폴리벤조이미다졸 등과 같은 재료를 개시하고 있다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 감안하여 고온에서 안정하면서 기계적 강도가 우수하고 무가습 상태에서도 이온 전도도가 우수한 폴리머 전해질막 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 폴리머 전해질막을 채용하여 셀 성능이 개선된 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는,
다공성 고분자 매트릭스; 및
상기 다공성 고분자 매트릭스의 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막을 포함하는 폴리머 전해질막을 제공한다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 다공성 고분자 매트릭스상에 이온 전도 중합성 화합물, 가교제를 포함하는 조성물을 이용하여 미세 입자 코팅을 실시하는 단계; 및
상기 결과물의 중합 반응을 실시하여 다공성 고분자 매트릭스의 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막을 포함하는 폴리머 전해질을 얻는 단계를 포함하는 폴리머 전해질막의 제조방법에 의하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 상술한 폴리머 전해질막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지에 의하여 이루어진다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서 폴리머 전해질막은 기계적 강도 및 열적 특성이 우수한 다공성 고분자 매트릭스와, 이 고분자 매트릭스를 구성하는 단일 파이버 (또는 개별 파이버)의 외면에, 다양한 종류의 이온 전도성 그룹 (특히 수소 이온 전도성)을 갖고 있는 이온 전도 중합성 화합물을 그래프트 또는 가교하여 얻어진 이온 전도성 폴리머 코팅막이 형성된 구조를 갖는다. 여기에서 "폴리머 전해질막"의 용어 정의를 살펴보면, 이온 매질이 함침되어 있는 폴리머 전해질 매트릭스를 포함하는 이온 전도체를 의미하며, 상기 이온 매질은 직접 메탄올 연료전지에서는 코팅되는 모노머로서 술폰산 (sulfonic acid)기를 포함하는 모노머 (나피온)를 말하며, 인산형 연료전지에서는 이온 매질은 인산자체이다.
본 발명에서 사용되는 용어"단일파이버"는 다공성 고분자 매트릭스에서 기공 내부 및 3차원 구조를 갖는 웹 (web) 형태를 갖는 단일 파이버를 말하며, 부연 설명하면 고분자 매트릭스를 구성하는 각각의 파이버 또는 사슬을 지칭한다.
상술한 폴리머 전해질막은 특히 무가습 폴리머 전해질막으로서 유용하며, 200 ℃ 이상의 열적 안전성이 확보된 다공성 고분자 매트릭스에 이온 전도성 폴리머를 코팅하여 우수한 기계적 안전성 및 높은 열적 특성을 갖고 있다. 여기에서 무가습 폴리머 전해질막"이라 함은 수분을 함습하지 않아도 우수한 이온전도도를 발 휘하는 폴리머 전해질막으로서 대기압하의 100℃ 이상의 온도에서도 적정한 이온전도도 (10-2 S/cm 이상)를 유지하는 폴리머 전해질막을 의미한다.
상기 이온 전도성 폴리머는 이온 전도 중합성 화합물과, 가교제를 포함하는 조성물의 중합에 의하여 형성된다.
상기 이온 전도 중합성 화합물은 말단에 술폰산기, 인산기, 카르복실기 등과 같은 산성 그룹, 이미드기, 술폰이미드기, 술폰아미드기 및 히드록시기 등과 이온 전도성 작용기를 갖고 있고, 헤드 부분은 중합성 결합 예를 들어 이중결합과 같은 불포화 결합, 에폭시 등과 같은 작용기를 갖는 모노머, 또는 올리고머 등을 말한다. 이러한 이온 전도 중합성 화합물의 중량 평균 분자량은 약 10,000 g/mole 이하, 바람직하게는 100 내지 10,000 g/mole, 보다 바람직하게는 100 내지 2000g/mole이다. 만약 중량 평균 분자량이 10,000 g/mole을 초과하면 전도도 측면에서 바람직하지 못하다.
상기 이온 전도 중합성 화합물의 예로서, 비닐 술폰산, 스티렌 술폰산, 아크릴계 화합물 (예: 아크릴산, 메타크릴산) 및 기타 강산을 포함한 유기화합물 등이 있다.
상기 가교제는 폴리머 전해질막의 기계적 물성 등을 개선하며, 구체적인 예로서, 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA), 폴리(에틸렌 글리콜)메타크릴레이트 (PEGMA) {H2C=C(CH3)-C(=O)-(OCH2CH2)n-OH, n은 1 내지 25의 정수임}, 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트 (PEGDMA) {H2C=C(CH3)-C(=O)-(OCH2CH2)n-OC(=O)-C(CH 3)=CH2, n은 1 내지 25의 정수임}, 알릴 아크릴레이트, 디비닐벤젠 등이 있다. 상기 가교제의 함량은 이온 전도 중합성 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 25 내지 300 중량부인 것이 바람직하다. 만약 가교제의 함량이 25 중량부 미만이면 가교제의 양이 적어서 가교의 효과가 미흡하고 300 중량부를 초과하면 고분자가 과도하게 가교되어 프로톤의 이동에 방해되어 전도도가 낮아지므로 바람직하지 못하다.
상술한 이온 전도 중합성 화합물과, 가교제를 포함하는 조성물에는 폴리머 전해질막의 유연성 (flexibility)을 높이기 위하여 가소제를 더 부가할 수도 있다. 이러한 가소제의 구체적인 예로서 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트{CH2=CH-C(=O)O-(CH2CH2O)m-CH3, m은 1 내지 25의 정수임}, 폴리알릴에테르 {{CH2=CH-(CH2CH2O)m-CH3, m은 1 내지 25의 정수임} 등을 들 수 있다.
상기 가소제의 함량은 이온 전도 중합성 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 200 중량부인 것이 바람직하다. 만약 가소제의 함량이 20 중량부 미만이면 가소제로서의 효과가 미미하고 200중량부를 초과하면 기계적 특성이 떨어지므로 바람직하지 못하다.
본 발명의 폴리머 전해질막을 구성하는 다공성 고분자 매트릭스는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 부직포로서, 이의 막 두께는 20 내지 150㎛이고 기공도가 30 내지 90%이다. 만약 기공도 가 30% 미만일 경우 이오노머 (ionomer)의 코팅량이 적어지며, 직접적으로 전도도가 낮아지는 특성이 있으며, 기공이 90%를 초과하는 경우에는 전도도는 향상되나, 상대적으로 기계적특성이 낮아지는 특성이 있다.
본 발명에서 다공성 고분자 매트릭스로서 특히 PTFE로 된 다공성 고분자 매트릭스를 사용하는 경우에는 고온용 고분자 전해질형 연료전지에 유용하고, PVDF, PP 등과 같이 소수성 다공성 고분자 매트릭스을 사용하는 경우에는 메탄올의 크로스 오버가 감소된 직접 메탄올 연료전지에 유용하다.
본 발명의 폴리머 전해질막에 있어서, 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막의 두께는 1 내지 3㎛인 것이 바람직하다. 만약 상기 코팅막의 두께가 1㎛ 미만이면 이오노머 코팅량이 부족하여 이온 전도도가 저하되고 3㎛를 초과하면 전해질 막이 포어 (pore)를 차단하여 전도도 특성이 저하되어 바람직하지 못하다.
이하, 본 발명에 따른 폴리머 전해질막의 제조방법을 살펴 보면 다음과 같다.
다공성 고분자 매트릭스상에 이온 전도 중합성 화합물, 가교제를 포함하는 조성물을 이용하여 미세 입자 코팅을 실시한다. 이러한 미세 입자 코팅하는 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니며, 구체적인 예로서 플래쉬 증발 (flash evaporation)법을 이용하며, 다공성 고분자 매트릭스의 일면에만 상기 조성물을 코팅하는 것도 가능하고 양면에 2회 코팅하는 것도 가능하다.
플래쉬 증발법을 이용한 코팅법을 보다 상세하게 살펴 보면, 다음과 같다.
고온, 초저압 상태에서 모노머 (monomer)를 승화시켜 일시적으로 기판(substrate)에 분사하여 포어 (pore) 및 표면에 코팅을 시키는 방법으로 코팅막의 두께 조절은 혼합 모노머의 양을 조절하여 코팅막의 두께를 조절한다. 이 코팅법은 본 특허에 참조로서 통합된 미국특허 US.6,468,595호에 개시되어 있고, 본 발명에서는 이 코팅법을 사용한다.
상술한 바와 같이 미세 입자 코팅을 실시한 후, 상기 조성물의 중합 반응을 실시하여 다공성 고분자 매트릭스의 단일파이버의 외면에 이온 전도성 폴리머로 된 코팅막이 형성된 폴리머 전해질막을 얻는다. 상기 미세 입자 코팅 방법으로는 특별하게 제한되지는 않으나, 진공 증착 코팅 (vaccum deposition coating)을 실시한다.
상기 중합 반응은 광, 열 또는 전자빔에 의하여 이루어질 수 있다. 광으로는 UV 등을 이용하며, 열에 의한 경우에는 온도가 70 내지 350℃로 유지시킨다. 이러한 중합 반응을 통하여 이온 전도 중합성 화합물과 가교제간의 가교 반응, 그래프트 반응 등과 같은 중합 반응이 일어나서 이에 대응되는 이온 전도성 폴리머가 형성된다. 상기에서 이미 설명된 바와 같이, 상기 조성물에는 가소제가 더 부가될 수도 있다.
캐소드, 애노드 및 상기 캐소드 및 애노드 사이에 위치한 상술한 폴리머 전해질막을 구비하여 본 발명의 연료전지를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
술포닐 아크릴레이트 (CH2=CH-C(=O)O-SO3H) 및 PEGDA가 하기 표 1에 표시된 조성으로 혼합된 조성물을 준비한 다음, 이를 각각 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF) 매트릭스, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 매트릭스, 또는 셀가드 (Celgard) 매트릭스 (폴리에틸렌 매트릭스)상에 플래쉬 증발시킨 다음, 여기에 UV를 10분동안 조사하여 중합반응을 실시하여 폴리비닐리덴플루오라이드 매트릭스의 단일파이버상에 프로톤 전도성 폴리머인 비닐술폰산과, PEGDA의 중합체가 코팅된 폴리머 전해질막을 완성하였다.
한편, 전극으로서는 E-TEK사의 EFCG-S타입으로 Toray 카본 페이퍼 TGPH900위에 10 wt% 백금을 담지한 로딩양 0.6 mg/cm2의 전극을 사용하였다. 전극에 인산 함침을 위해서는 전극 위에 인산을 적신 후 120℃에서 1시간 동안 진공 하에서 보관하였다.
상기 전극과 상술한 폴리머 전해질막을 구비하여 연료전지를 완성하였다.
[표 1]
No 술포닐 아크릴레이트 (중량부) PEGDA (중량부)
1 100 0
2 80 20
3 50 50
4 30 70
도 1은 상기 실시예 1에 따라 조성물을 코팅하기 이전의 PTFE 매트릭스의 전자 주사 현미경 사진(10,000배 확대사진)이고, 도 2는 실시예 1에 따라 술포닐 아크릴레이트 30 중량부와 PEGDA 70 중량부를 포함하는 조성물을 코팅하여 PTFE 매트 릭스를 구성하는 단일파이버의 외면에 이온 전도성 폴리머 함유 코팅막이 형성된 폴리머 전해질막의 전자 주사 현미경 사진(10,000배 확대사진)을 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 폴리머 전해질막이 인산에 의하여 스웰링된 상태를 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 1 및 2를 비교해볼 때, 실시예 1에 따르면 PTFE 매트릭스를 구성하는 단일파이버의 주위를 입체적으로 둘러싸도록 코팅막이 약 1 ㎛로 형성됨을 알 수 있었다. 그리고 다공성 고분자 매트릭스에 고분자를 코팅하여 고분자의 각각의 파이버에 코팅이 되는 것을 확인할 수 있으면 코팅 후에도 포어 (pore)가 존재함으로 이는 곧 고분자 코팅이 단순히 표면이 아닌 3차원적으로 고분자 막의 내부에도 코팅되어 코팅된 이오노머가 스웰링되어 프로톤 (proton)의 이동 시 프론톤의 경로를 확보해주는 역할을 해줄 수 있는 매질를 제공하는 반면 가스의 차단을 막는 효과를 볼 수 있었다.
도 3을 참조하여, 스웰링된 전해질막은 고분자가 팽창되어 기존의 포어를 효과적으로 채워 핀홀 프리 (pin hole free) 상태의 폴리머막을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 1에 따라 얻어진 폴리머 전해질막에 있어서, 술포닐 아크릴레이트 함량에 따른 이온 전도도 변화를 조사하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 여기에서 이온 전도도 측정 방법에 대하여 살펴 보면, 실온에서 물에 1시간동안 함침시킨 후 조사하였다.
도 4를 참조하면, PTFE 매트릭스를 사용한 경우가 이온 전도도 특성이 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다.
또한 상기 실시예 1에 따라 제조된 연료전지 (기판으로서, PTFE 매트릭스 사용함)에 있어서, 셀 성능을 조사하였다. 여기에서 셀 성능 평가 조건에 대하여 살펴보면, 수소 가스의 유량은 약 100ml/min이고, 공기 (air)의 유량은 약 300ml/min이고, 무가습 조건에서 전류 밀도에 따른 셀 전위 변화를 조사하였다.
상술한 셀 성능 평가 결과는 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 전류밀도 0.2A/cm2에서 온도별 전압을 측정, 150℃에서 가장 높은 0.4V를 나타내었으며, 온도가 낮아 질수록 전압이 떨어지는 특성을 보였다. 이는 온도가 고온으로 가면서 기존의 고분자의 특성인 세그먼트 움직임(segmental motion)이 높아지는 동시에 프로톤의 이동이 용이하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 폴리머 전해질막은, 기계적 강도가 우수하면서 100℃ 이상의 온도에서도 열에 의한 열화가 없으며, 무가습 상태에서도 우수한 이온전도도를 나타낼 수 있는 폴리머로서, 고온용 연료전지에 적합하다. 상기 폴리머 전해질막을 구성하는 고분자 매트릭스가 소수성 재질로 이루어진 경우에는 이를 직접 메탄올 연료전지에 적용하는 경우, 메탄올의 크로스 오버를 효과적으로 막을 수 있는 잇점이 있다.

Claims (21)

  1. 다공성 고분자 매트릭스; 및
    상기 다공성 고분자 매트릭스의 단일 파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막을 포함하며, 상기 이온 전도성 폴리머가 이온 전도 중합성 화합물과 가교제의 중합 결과물이고,
    상기 단일 파이버의 외면에 이온 전도성 폴리머 코팅막이 형성된 후, 포어 (pore)가 존재하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온 전도 중합성 화합물이 말단에 술폰산기, 인산기, 카르복실기. 이미드기, 술폰이미드기, 술폰아미드기 및 하이드록시기중에서 선택된 하나 이상의 작용기와 불포화 결합을 갖고 있고, 중량 평균 분자량이 10,000 g/mole 이하인 모노머 또는 올리고머인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 전도 중합성 화합물이 비닐술폰산, 스티렌 술폰산, 술포닐 아크릴레이트, 말단에 술폰산기를 갖는 비닐계 모노머중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가교제가 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 디비닐벤젠중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온 전도성 폴리머 코팅막이,
    이온 전도 중합성 화합물과 가교제를 포함하는 조성물을 미세 입자 코팅한 후, 이를 중합하여 얻어진 것임을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조성물에 가소제가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가소제가 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트 및 폴리알릴에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 매트릭스가 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 부직포인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  10. 제1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 매트릭스의 두께가 20 내지 150㎛이고 기공도가 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  11. 제1항에 있어서, 상기 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머를 포함하는 코팅막의 두께가 1 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막.
  12. 다공성 고분자 매트릭스상에 이온 전도 중합성 화합물, 가교제를 포함하는 조성물을 이용하여 미세 입자 코팅인 진공 증착 코팅을 실시하는 단계; 및
    상기 결과물의 중합 반응을 실시하여 다공성 고분자 매트릭스의 단일파이버의 외면에 형성된 이온 전도성 폴리머 코팅막을 포함하는 폴리머 전해질을 얻는 단계를 포함하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 미세 입자 코팅이 플래쉬 증발 (flash evaporation) 방식에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 조성물에 이온 전도 중합성 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 20 내지 200 중량부의 가소제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가소제가 폴리(에틸렌글리콜) 메틸 에테르 아크릴레이트 및 폴리알릴에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 중합 반응이 광을 조사하거나 전자빔을 가하거나 또는 열을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 이온 전도 중합성 화합물이 말단에 술폰산기, 인산기, 카르복실기 등과 같은 산성 그룹, 이미드기, 술폰이미드기, 술폰아미드기 및 히드록시기중에서 선택된 하나 이상의 작용기와 불포화 결합을 갖고 있고, 중량 평균 분자량이 10,000 g/mole 이하인 모노머 또는 올리고머인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 이온 전도 중합성 화합물이 비닐술폰산, 스티렌 술폰산, 술포닐 아크릴레이트, 말단에 술폰산을 포함한 비닐계 모노머중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 가교제가 헥실 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 디비닐벤젠중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 가교제가 산성 그룹 함유 중합성 화합물 100 중량부 를 기준으로 하여 25 내지 300 중량부인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질막의 제조방법.
  21. 캐소드;
    애노드; 및
    상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 제1항, 제3항 내지 제11항중 어느 한 항의 폴리머 전해질막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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