KR101366079B1 - 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지 - Google Patents

고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101366079B1
KR101366079B1 KR1020070141655A KR20070141655A KR101366079B1 KR 101366079 B1 KR101366079 B1 KR 101366079B1 KR 1020070141655 A KR1020070141655 A KR 1020070141655A KR 20070141655 A KR20070141655 A KR 20070141655A KR 101366079 B1 KR101366079 B1 KR 101366079B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
proton
polymer
fuel cell
providing
electrolyte membrane
Prior art date
Application number
KR1020070141655A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090073649A (ko
Inventor
이명진
강문성
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070141655A priority Critical patent/KR101366079B1/ko
Priority to US12/169,156 priority patent/US8632926B2/en
Publication of KR20090073649A publication Critical patent/KR20090073649A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101366079B1 publication Critical patent/KR101366079B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122—Ionic conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1025—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon and oxygen, e.g. polyethers, sulfonated polyetheretherketones [S-PEEK], sulfonated polysaccharides, sulfonated celluloses or sulfonated polyesters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1044—Mixtures of polymers, of which at least one is ionically conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1046—Mixtures of at least one polymer and at least one additive
    • H01M8/1051—Non-ion-conducting additives, e.g. stabilisers, SiO2 or ZrO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 프로톤 소스를 제공하는 고분자 및 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 포함하는 연료전지용 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지를 제공한다.

Description

고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지{Solid proton conductor and fuel cell using the same}
본 발명은 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지에 관한 것이다.
무가습 혹은 낮은 가습 조건과 높은 온도에서 프로톤을 전도하는 수소 전도성 물질의 개발은 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC) 기술에서 개선되어야 할 중요 과제중 하나이다.
고온용 전해질막은 기존의 산성의 전해질막에서 필요한 물을 대체하거나, 높은 끓는점을 갖는 수소 용매를 도입함으로써 얻어질 수 있다. 그래서, 폴리벤즈이미다졸과의 첨가 생성물의 구조물로 200℃까지 성공적으로 연료전지에서 작동하는 인산이 보고되었다.
그러나 이 방법에 의하면 인산으로 인한 촉매 피독 문제, 100℃ 이하에서 장기간 PEMFC 작동중, 반응 물에 의해 인산이 씻겨 나가는 문제점이 있다.
또한 150~250℃의 온도에서 물을 대체할 수 있는 프로톤 전도체로서, 이미다졸, 피라졸, 벤즈이미다졸과 같은 헤테로 고리 화합물이 개발되었다. (Journal of The Electrochemical Society, 2007, 154(4) 290-294)
상술한 헤테로 고리 화합물은 양쪽성이면서 자동 양성자 이전성(autoprotolysis)을 갖고 수소 결합 네트워크를 형성 할 수 있어 물 이상의 높은 수소 전도성을 갖는다고 알려져 있다.
그런데, 상기 헤테로고리 화합물은 분자량이 작은 편이라서 휘발성을 띠므로 고온용 연료전지에 응용하기 위해서는 고분자 전해질막에 직접 고정화하여 유동성과 수소이온 이동이 유지되게 하는 것이 필요할 뿐만 아니라, 많은 합성 단계가 필요할 뿐만 아니라 수득율이 낮아 여전히 개선의 여지가 많다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무가습 조건에서도 프로톤 전도도가 우수한 연료전지용 프로톤 전도체, 이를 포함한 연료전지용 전해질막, 전극 및 이를 채용한 연료전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예는 프로톤 소스를 제공하는 고분자 및 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 포함하는 고체상 프로톤 전도체를 제공한다.
본 발명의 다른 일실시예는 상술한 고체상 프로톤 전도체를 포함하는 연료전지용 전해질막을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일실시예는 상술한 프로톤 전도체를 포함하는 연료전지용 전극을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일실시예는 캐소드, 애노드 및 이들 사이에 개재되며 상 술한 프로톤 전도체를 함유한 연료전지용 전해질막을 포함하는 연료전지를 제공한다.
상기 캐소드 및 애노드중에서 선택된 하나 이상은 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 포함할 수 있다. 그리고 상기 캐소드 및 애노드중에서 선택된 하나 이상은 산 처리가 된 산화물 나노입자 및 산처리가 된 산화물 나노막대중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하기도 한다.
본 발명의 또 다른 일실시예는 상술한 전극을 포함하는 연료전지를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 프로톤 소스(proton source)를 제공하는 고분자 및 프로톤 이동 경로(proton pass)를 제공하는 고분자 용매로 이루어진 고체상 프로톤 전도체를 제공한다.
상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자는 인산, 황산과 같은 산성기(acidic group)를 갖는 산성 고분자이다.
상기 고분자로는, 과불소화 술폰산기 함유 고분자 (듀퐁사 나피온), 술포네이티드 폴리에테르 에테르 케톤계, 폴리이미드계, 폴리스티렌계, 폴리술폰계, 등을 들 수 있다.
상기 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매는 저분자량의 친수성을 띠고 있는 고체상 물질로서 비공유 전자쌍을 갖고 있는 고분자이다. 이 물질은 상기 산성 고분자가 갖고 있는 산성기의 프로톤 경로를 제공하여 프로톤 전도도를 확보하는 역할을 한다. 이의 구체적으로 예로서 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리 2-에틸옥사졸린, 그 혼합물 등이 있다.
상기 고분자 용매의 중량 평균 분자량은 1,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하고, 특히 3,000 내지 5,000인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 4600 g/mol이다.
상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자의 중량 평균 분자량은 100,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하고, 특히 200,000 내지 500,000인 것이 바람직하다.
상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매의 혼합 몰비는 3:1 내지 1:10인 것이 바람직하고, 1:3 내지 1:10이 보다 바람직하고, 1:8 이 가장 바람직하다.
상기 혼합 몰비는 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자의 반복단위의 분자량을 각각 계산하여 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자의 몰을 각각 결정한 후 이들 비를 이용하여 정한 것이다.
본 발명의 프로톤 전도체는 기계적 강도 및 전도도의 개선을 위하여 산 처리가 된 산화물 나노 입자 및 산처리가 된 산화물 나노 막대중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 산화물로는 티타니아(TiO2), 실리카(SiO2), 주석산화물(SnO2)중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다.
상기 첨가제의 일예로는, 산 처리가 된 티타니아(TiO2) 나노 입자, 산 처리가 된 티타니아(TiO2) 나노 입자, 산 처리가 된 실리카(SiO2) 나노 입자 및 산 처리가 된 실리카(SiO2) 나노막대(nanorod)중에서 선택된 하나 이상이 있다.
상기 첨가제의 함량은 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. 만약 첨가제의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 첨가제의 부가로 인한 기계적 강도 및 전도도의 개선 효과가 미미하고 30 중량부를 초과하면 용해도가 감소하고 이에 따른 제막이 어려워 바람직하지 못하다.
도 1은 본 발명에 따른 프로톤 전도체의 프로톤 전도 메커니즘을 설명하기 위한 도면으로서, 프로톤 소스를 제공하는 고분자의 일예로서 나피온을 사용하고, 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자의 일예로서 폴리에테르계를 사용하고, 첨가제로서 TiO2 나노 입자를 사용한 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
이를 참조하면, 나피온이 갖고 있는 프로톤(H+)이 폴리에테르계의 주쇄의 산소 원자와 최적화된 구조를 형성여 착물을 형성하고, 친수성 고분자 구조의 프로톤 경로를 따라서 설폰기의 프로톤에 의한 전도도가 진행된다. 그리고 나노입자를 통하여 프로톤 수송이 원할해지므로 프로톤 전도가 보다 원할하게 이루어진다.
본 발명에서 나노입자의 역할은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 첫번째는 막의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 하며 두번째는 고분자 용매(PEO)의 결정성을 파괴하여 무정형 상태로 만듦으로 이온전달 능력을 향상시키는 역할을 한다. 부가적으로 나노입자 표면에 수소이온을 흡착시킴으로써 막내부의 프로톤 농도를 증가시키고 또한 프로톤은 입자표면을 따라 이동하게 됨으로 프로톤의 이동경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 프로톤 전도체는 물에 불용으로서, 박막 제조하기가 용이하여 이를 이용하면 프로톤 전도도가 우수한 연료전지용 고분자 전해질막을 제조할 수 있다. 특히 물, 인산과 같은 액체 매개체 없이도 프로톤 전도도가 우수한 고분자 전해질막을 얻을 수 있다. 그리고 프로톤 전도체시 사용된 고분자 용매는 종래에 사용되던 단분자 용매에 비하여 휘발성이 없고 막의 기계적 물성을 유지할 수 있는 잇점이 있다.
또한 본 발명의 프로톤 전도체는 전극 표면에 코팅하거나 전극 형성용 조성물에 부가할 수 있다.
본 발명의 프로톤 전도체는 고체이므로 이를 이용하면 물, 인산과 같은 액체 매개체를 사용한 경우의 문제점 즉 팽창, 수축 반복에서 기인된 전해질막의 기계적 강도와 내구성 저하되는 현상과 연료 반응에 의해 생성된 물이 누액되는 현상을 미연에 예방할 수 있다. 그리고 촉매 피독 문제를 해결할 수 있게 되고 전지 시스템에서 가습 장치를 사용하지 않아도 무방하므로 전지 시스템이 간소화된다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 프로톤 전도체를 이용한 전해질막의 제조 방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 용매에 혼합하여 이를 교반한다. 여기에서 용매로는 아세토니트릴, 물, 에탄올, 그 혼합물을 사용하며, 그 함량은 프로톤 소스를 제공하는 고분자 10 중량부에 대하여 50 내지 100 중량부를 사용한다.
상기 결과물을 상온(20-25℃)에서 방치하면 용매가 휘발되면서 막이 형성된다. 이를 60 내지 120℃의 온도에서 열처리를 실시하여 전해질막을 완성한다.
상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 용매와 혼합하는 과정에서 산처리된 산화물 나노 입자와 산처리된 산화물 나노막대중에서 선택된 하나 이상을 더 부가할 수 있다.
상기 산처리된 나노입자는 티타니아(TiO2), 실리카(SiO2), 주석산화물(SnO2)중에서 선택된 하나 이상의 산화물로 된 나노입자를 산처리를 실시하여 얻을 수 있다.
상기 산처리 과정을 살펴 보면, 산화물 나노입자를 황산, 인산, 아세트산과 같은 산 용액에 교반하고, 이를 원심분리 및 세척 과정을 반복적으로 실시하고 나서 이를 80 내지 100℃에서 건조하는 과정을 거치면 산처리된 산화물 나노입자를 얻을 수 있다.
상기 산 용액의 농도는 10 내지 30중량%인 것이 바람직하다.
산처리된 산화물 나노막대는 상기 과정에 따라 얻은 산처리된 산화물 나노 입자를 강알칼리 수용액에 함침시키고, 이를 150 내지 180℃의 온도에서 열처리를 하는 과정을 거쳐 얻을 수 있다.
본 발명의 전해질막은 무가습 (또는 무수) 상태에서도 프로톤 전도도가 우수한 막이다.
본 발명에 따른 전해질막의 양면에 캐소드와 애노드를 위치하여 연료 전지를 완성할 수 있다.
상기 캐소드와 애노드중에서 선택된 하나 이상은 상술한 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 경로를 제공하는 고분자 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지는 특별하게 그 용도가 한정되는 것은 아니지만, 바람직한 일면에 의하면, 고분자 전해질막 연료전지로 사용된다.
또한, 본 발명의 고체상 프로톤 전도체는 상술한 바와 같이 연료전지에 적용될 수 있지만 그 밖에도 이를 이용하면 리튬전지 및 광화학 태양전지의 고체상 전도체로 적용 가능하다.
먼저, 리튬 전지에 적용되는 경우를 살펴 보기로 한다.
본 발명에 따른 리튬 전지용 고체상 전도체는 이온 전도성 고분자와 고분자 용매와 리튬염을 포함하여 이루어진다.
상기 이온 전도성 고분자로는 상술한 고체상 프로톤 전도체를 구성하는 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 동일한 것을 사용하되, 프로톤 대신 리튬 이온을 치환시켜 사용가능하다.
상기 고분자 용매로는 상술한 고체상 프로톤 전도체를 구성하는 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매와 동일한 것을 사용한다. 그리고 상기 리튬염으로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것으로서, 구체적인 예로서, 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 그 함량은 통상적인 수준이다.
상기 이온 전도성 고분자와 고분자 용매는 혼합 몰비는 3:1 내지 1:10이다. 그리고 리튬염의 함량은 이온 전도성 고분자와 고분자 용매의 총중량 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부를 사용한다.
본 발명의 리튬 전지용 고체상 전도체는 상온에서도 리튬 이온의 전도도를 확보할 수 있고, 고체상이라서 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
다음으로 태양전지에 적용되는 경우를 살펴 보기로 한다.
태양전지용 고체상 전해질은 4차 암모늄 -NR3 +(R은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 펜틸과 같은 C1-C10 알킬기임), 피리디니움 그룹과 같은 음이온 교환기를 갖는 이온 전도성 고분자와 고분자 용매와 요오드(I2)/요오드염으로 이루어진다.
상기 음이온 교환기를 이온 전도성 고분자는 상술한 고체상 프로톤 전도체를 구성하는 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 동일한 것을 사용하되 양이온 교환기 대신 4차 암모늄, 피리디니움 그룹과 같은 음이온 교환기로 치환된 것을 사용한다. 그리고 고분자 용매는 상술한 고체상 프로톤 전도체를 구성하는 프로톤 이동 경로 를 제공하는 고분자 용매와 동일한 것을 사용한다.
I- 및 I3 - 이온은 요오드 및 요오드염으로부터 생성될 수 있고, I- 및 I3 - 이온은 서로가 공존하면서 가역반응을 일으킨다.
상기 요오드염으로는 이에 제한되지는 않지만, 예를 들면 요오드화리튬, 요오드화나트륨, 요오드칼륨, 요오드화마그네슘, 요오드화구리, 요오드화규소, 요오드화망간, 요오드화바륨, 요오드화몰리브덴, 요오드화칼슘, 요오드화철, 요오드화세슘, 요오드화아연, 요오드화수은, 요오드화암모늄, 요오드화메틸, 요오드화메틸렌, 요오드화에틸, 요오드화에틸렌, 요오드화이소프로필, 요오드화이소부틸, 요오드화벤질, 요오드화벤조일, 요오드화알릴 및 요오드화이미다졸리움으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 요오드염은 요오드(I2) 100 중량부를 기준으로 하여 150 내지 3,000중량부인 것이 바람직한데, 150중량부 미만인 경우에는 반응이 원활하게 진행되지 못하고 3,000중량부를 초과하는 경우에는 전자 흐름을 방해하여 전류값을 감소시킬 수 있다.
상기 이온 전도성 고분자와 고분자 용매는 혼합 몰비는 3:1 내지 1:10이다.
상술한 태양전지용 고체상 전해질도 상온에서의 전자 전달 특성이 우수하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1) 전해질막의 제조
나피온과 폴리에틸렌글리콜(PEG)(Mw =4,600 g/mol)의 적정 블렌딩 비율을 결정하기 위해 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 반복단위의 분자량을 계산하고 이들의 혼합몰비를 하기 표 1과 같이 변화시켜 전해질막을 제조하였다. 나피온의 반복단위 분자량은 544 g/mol (-C7HF13O5SC2F4-) 이었으며 폴리에틸렌글리콜의 반복단위 분자량은 44 g/mol (-CH2-CH2-O-) 이었다. 여기에서 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 혼합 몰비를 3:1, 1:1, 1:3, 1:6, 1:8, 1:10 로 변화시켰고, 이 때 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 각각의 함량은 하기 표 1과 같고, 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총 중량은 1g으로 정한 것이다.
[표 1]
Nafion:PEG의 혼합몰비 Nafion의 함량 (g)
 PEG의 함량 (g)
3:1
 0.974 0.026
1:1
 0.925 0.075
1:3
 0.805 0.195
1:6
 0.673 0.327
1:8
 0.607 0.393
1:10
 0.553 0.447
나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총 중량 1g을 아세토니트릴/물/에탄올 혼합용매 (아세토니트릴 9g/ 물 1g/ 에탄올 3g)에 용해시킨 후 이를 6시간 이상 교반하였다.
아세토니트릴은 휘발성이 강해 막 제조에 유리하나 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 혼합물을 완전히 용해시키지 못하므로 이 경우 소량의 물과 알콜을 첨가하면 완전히 용해시킬 수 있다. 고분자가 용매에 투명하게 용해되면 페트리디시에 부어 상온에서 용매를 휘발시키고, 용매가 휘발되면 막이 형성되며 막의 투명도는 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 함량비에 따라 달라지게 되었다. 즉, 나피온이 많이 함유될수록 투명도가 높아지며 폴리에틸렌글리콜의 함량비가 높아지면 불투명한 막이 형성된다.
이어서 상기 결과물을 130 oC의 오븐에서 약 30분간 방치하여 열처리를 실시하여 목적하는 전해질막을 제조하였다.
상기 합성에 필요한 시약은 모두 Aldrich에서 구매하였으며 이중 나피온을 제외하고 모두 별도의 정제없이 사용하였다. 나피온은 재침전을 통해 액체 시약으로부터 고체 나피온 분말을 얻었다.
실시예 2: 전해질막의 제조
실시예 1에서 제조된 나피온과 폴리에틸렌글리콜(Mw =4,600 g/mol) 혼합 용액 (나피온 : 폴리에틸렌글리콜 = 1:8 몰비)에 산이 도핑된 산화티타늄 나노 입자 (AMT600, Tayca corp., Japan)을 첨가하였다.
상기 산이 도핑된 산화티타늄 나노입자는 산화티타늄 입자를 20중량%의 인산 수용액에 부가하고 이를 6시간 이상 교반하고 나서 이를 연속적으로 원심분리와 세척을 반복하고 진공오븐에 하루 이상 방치하여 건조 상태의 산이 도핑된 산화티타늄 나노입자(NP)를 얻었다.
산이 도핑된 산화티타늄 나노입자의 함량은 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총 중량 100 중량부를 기준으로 하여 1중량부, 5 중량부, 10 중량부, 20 중량부 및 30중량부였다. 이 후 막제조 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하여 전해질막을 형성하였다.
실시예 3: 전해질막의 제조
산이 도핑된 산화티타늄 나노입자 제조시 20 중량%의 인산 수용액 대신 20 중량%의 아세트산 및 20중량%의 황산을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 전해질막을 형성하였다. 여기에서 산이 도핑된 산화티타늄 나노입자의 함량은 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 5중량부였다.
　실시예 4: 전해질막의 제조　
산화티타늄 나노 입자 (AMT600, Tayca corp., Japan)를 강알칼리 (10M NaOH 수용액) 용액에 함침시키고 150 oC 조건에서 72시간 동안 교반하여 산화티타늄 나노막대(TNT)를 얻었다. 실시예 2의 산화타티늄 나노입자의 제조시와 마찬가지로 산화티타늄 나노막대에 산을 도핑하기 위해 인산 수용액 (20중량%) 에 산화티타늄 나노 입자를 넣고 6시간 이상 교반하였다. 이어서 연속적으로 원심분리와 세척을 반복하고 진공오븐에 하루 이상 방치하여 건조상태의 산이 도핑된 산화티타늄 나노막대를 얻었다. 여기에서 산이 도핑된 산화티타늄 나노막대의 함량은 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 5중량 였다. 이 후 전해질막의 제조과정은 실시예 3과 동일하게 실시하여 전해질막을 형성하였다.
비교예 1
5 중량%의 나피온 용액 10g에 벤즈이미다졸 0.1g을 적가한 후 1시간동안 교반하였다. 이 용액을 페트리 용기 혹은 PTFE 용기에 캐스팅한 후 60℃에서 1일 동안 건조하여 균일한 전해질막을 얻었다.
비교예 2
5 중량%의 나피온 용액 10g에 에 트리아졸 0.1g 을 적가한 후 1시간동안 교반한다. 이 용액을 페트리 용기 혹은 PTFE 용기에 캐스팅한 후 60도에서 1일 동안 건조하여 균일한 전해질막을 얻었다.
상기 실시예 1 에 따라 제조된 전해질막의 100℃에서의 프로톤 전도도를 조사하여 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
나피온과 PEG의 혼합몰비 프로톤 전도도(S/cm) @ 100℃
3:1 8.445×10-4
1:1 6.875×10-4
1:3 6.132×10-4
1:6 8.545×10-4
1:8 1.391×10-3
1:10 1.179×10-3
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전해질막의 프로톤 전도도를 30, 60, 80, 100 또는 120℃에서 측정하였고, 그 결과는 하기 표 3 및 도 2에 나타난 바와 같다. 여기에서 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 혼합몰비는 1:8이었다.
[표 3]
측정 온도(℃) 프로톤 전도도(S/cm)
실시예 1 비교예 1
30
 4.450×10-5 -
60
 9.524×10-4 3.514×10-6
80
 1.250×10-3 4.541×10-5
100
 1.391×10-3 3.545×10-4
120
 1.844×10-3 9.190×10-4
상기 표 3 및 도 2로부터 알 수 있듯이, 상온에서 고분자 용매 역할을 하는 PEG 사슬의 세그먼트 이동(segmental motion)이 원할하진 않으나, 60℃ 이상에서는 고분자의 세그먼트 이동이 프로톤의 이동 경로 역할을 원할하게 해주어서 상기 표에 나타난 바와 같이 우수한 프로톤 전도도를 얻을 수 있었다.
상기 실시예 3에 따라 제조된 전해질막의 프로톤 전도도를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
　[표 4]
TiO2 (H+)
(중량부)		 프로톤 전도도(S/cm) @ 100℃*
0
 8.899×10-4
1
 1.100×10-3
5
 1.770×10-3
10
 7.699×10-4
20
 6.802×10-4
* 나피온과 PEG의 혼합몰비는 1:8이고, PEG의 Mw는 4,600g/mol임
상기 실시예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 전해질막의 프로톤 전도도를 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.
[표 5]
산의 종류 프로톤 전도도(S/cm) @ 100℃*
아세트산
 1.258×10-3
인산
 1.770×10-3
황산
 1.160×10-3
* 나피온과 PEG의 혼합몰비는 1:8이고, PEG의 Mw는 4,600g/mol이고, TiO2의 함량은 5 중량부임
상기 표 5를 참조하여, 인산 사용시, 다른 아세트산, 황산의 경우보다 우월한 수소 이온전도도를 나타냈다.
상기 실시예 2 및 실시예 4에 따라 제조된 전해질막에 있어서, TiO2의 종류에 따른 프로톤 전도도를 조사하여 하기 표 6에 나타내었다. 그리고 도 3에는 측정 온도에 따른 프로톤 전도도 변화를 나타내었다.
[표 6]
TiO2의 종류
 프로톤 전도도(S/cm) @ 100℃*
나노입자(NT)
 1.770×10-3
나노막대(TNT)
 2.261×10-3
* 나피온과 PEG의 혼합몰비는 1:8이고, PEG의 Mw는 4,600g/mol이고, TiO2의 함량은 5 중량부임
상기 표 6 및 도 3을 참조하여 나노 산화물을 첨가하지 않은 경우와 비교하여 보다 우월한 수소 이온전도도를 보여주고 있었다.
상기 실시예 4 및 비교예 1-2에 따른 전해질막에 있어서, 측정 온도에 따른 프로톤 전도도 변화를 조사하여 도 4에 도시하였다.
도 4를 참조하여, 실시예 4의 전해질막은 비교예 1-2의 경우와 비교하여 프로톤 전도도가 개선된다는 것을 알 수 있었다. 측면에서 많은 개선이 됨을 알 수 있었다.
실시예 5: 연료전지의 제작예
캐소드와 애노드로서 Pt 2.0mg 이 도핑되어 있는 상용 e-tek사의 전극을 모두 사용하였다.
상기 캐소드와 애노드 사이에 상기 실시예 4에 따른 전해질막을 개재하여 연료전지를 제조하였다.
온도 120℃, 전해질막에 대해 가습하지 않는 조건으로, 애노드에 수소(유속: 100 ccm), 캐소드에 공기(200 ccm)를 유통시켜 발전시키고, 연료전지 특성의 측정을 행하였다.
실시예 6: 연료전지의 제작예
실시예 5와 동일한 캐소드 및 애노드는 동일한 전극을 사용하되, Pt 2.0mg 이 도핑되어 있는 상용 e-tek 전극에 고체상 수소 이온전도체 용액을 상기 캐소드 및 애노드 표면에 코팅 및 건조하여 캐소드 및 애노드 표면에 코팅막을 더 형성한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지를 제조하였다.
상기 고체상 프로톤 전도체 용액은 실시예 1과 마찬가지로 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 총 중량 1g을 아세토니트릴/물/에탄올 혼합용매 (아세토니트릴 9g/ 물 1g/ 에탄올 3g)에 용해시킨 후 이를 6시간 이상 교반하여 얻었다. 상기 나피온과 폴리에틸렌글리콜의 혼합 몰비를 1:8이었다.
비교예 3: 연료전지의 제작예
실시예 4에 따른 전해질막 대신 비교예 1의 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하여 연료저지를 제작하였다.
상기 실시예 5에 따른 연료전지에 있어서, 전류밀도에 따른 셀 전압 특성을 조사하여 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하여, 실시예 5의 연료전지는 셀 전압 특성이 향상된다는 것을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 프로톤 전도체의 작용 메커니즘을 설명하기 위한 것이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전해질막의 프로톤 전도도 변화를나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 실시예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 전해질막의 프로톤 전도도 변화를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 실시예 4 및 비교예 1-2에 따른 전해질막에 있어서, 측정 온도에 따른 프로톤 전도도 변화를 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 연료전지에 있어서, 전류밀도에 따른 셀 전압 특성을 나타낸 것이다.

Claims (14)

  1. 프로톤 소스를 제공하는 고분자, 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매 및 산처리가 된 산화물 나노입자 및 산처리가 된 산화물 나노막대 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함하며,
    상기 산처리가 된 산화물 나노입자 및 산처리가 된 산화물 나노막대 중에서 선택된 하나 이상의 첨가제는 황산, 인산, 아세트산 및 그 혼합물 중에서 선택된 하나 이상으로 산처리되는 고체상 프로톤 전도체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자가,
    과불소화 술폰산기 함유 고분자, 술포네이티드 폴리에테르 에테르 케톤계, 폴리이미드계, 폴리스티렌계, 폴리술폰계, 탄화수소계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고체상 프로톤 전도체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자가,
    폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리 2-에틸옥사졸린으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고체상 프로톤 전도체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매와의 혼합 몰비가 3:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 고체상 프로톤 전도체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화물이 티타니아(TiO2), 실리카(SiO2), 주석산화물(SnO2)중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고체상 프로톤 전도체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 첨가제의 함량이,
    상기 프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매의 총중량 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는 고체상 프로톤 전도체.
  8. 제1항 내지 제4항, 제6항, 제7항 중 어느 한 항에 따른 고체상 프로톤 전도체를 포함하는 연료전지용 전해질막.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전해질막이 무가습 조건에서 이용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전해질막.
  10. 제1항 내지 제4항, 제6항, 제7항중 어느 한 항에 따른 고체상 프로톤 전도체를 포함하는 연료전지용 전극.
  11. 캐소드, 애노드 및 이들 사이에 개재된 제8항에 따른 전해질막을 포함하는 연료전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 캐소드 및 애노드중에서 선택된 하나 이상이,
    프로톤 소스를 제공하는 고분자와 프로톤 이동 경로를 제공하는 고분자 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 캐소드 및 애노드중에서 선택된 하나 이상이,
    산처리가 된 산화물 나노입자 및 산처리가 된 산화물 나노막대중에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전해질막이 무가습 조건에서 이용되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
KR1020070141655A 2007-12-31 2007-12-31 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지 KR101366079B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070141655A KR101366079B1 (ko) 2007-12-31 2007-12-31 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지
US12/169,156 US8632926B2 (en) 2007-12-31 2008-07-08 Solid proton conductor including acid treated oxide nanoparticles and fuel cell including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070141655A KR101366079B1 (ko) 2007-12-31 2007-12-31 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090073649A KR20090073649A (ko) 2009-07-03
KR101366079B1 true KR101366079B1 (ko) 2014-02-20

Family

ID=40798846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070141655A KR101366079B1 (ko) 2007-12-31 2007-12-31 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8632926B2 (ko)
KR (1) KR101366079B1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8647793B2 (en) * 2008-12-26 2014-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid proton conductor for fuel cell and fuel cell using the same
KR101609271B1 (ko) * 2009-12-11 2016-04-06 삼성전자주식회사 유무기 복합 프로톤 전도체, 이를 포함하는 연료전지용 전극과 전해질막 및 이를 채용한 연료전지
KR101767370B1 (ko) * 2011-07-29 2017-08-24 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법
US9923225B2 (en) * 2013-10-18 2018-03-20 Lg Chem, Ltd. Ion transport material, electrolyte membrane comprising same, and method for producing same
CN106876741B (zh) * 2015-12-12 2019-04-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种复合型质子交换膜的制备方法
WO2017196012A1 (ko) * 2016-05-09 2017-11-16 주식회사 엘지화학 고분자 전해질용 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CA3059579A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-18 HHeLI, LLC Battery with novel components
CA3174889A1 (en) 2017-05-17 2018-11-22 HHeLI, LLC A high capacity battery cell with low active material loading
KR20230092026A (ko) 2017-05-17 2023-06-23 에이치헬리, 엘엘씨 산성화 캐소드와 리튬 애노드를 가진 배터리
CN108923055A (zh) * 2018-05-17 2018-11-30 上海博暄能源科技有限公司 一种大环共轭配合物改性全氟磺酸膜的制备方法
JP7219078B2 (ja) * 2018-12-12 2023-02-07 株式会社ダイセル セパレータ用組成物ならびにセパレータおよびその製造方法と用途
CN109880285A (zh) * 2019-02-18 2019-06-14 山东星火科学技术研究院 一种高密度磺化聚醚醚酮的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236973A (ja) 2000-02-23 2001-08-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 固体高分子電解質膜およびその製造方法
US20060182942A1 (en) * 2003-01-23 2006-08-17 Karine Valle Conductive organic-inorganic hybrid material comprising a mesoporous phase, membrane, electrode and fuel cell
JP2007056155A (ja) 2005-08-25 2007-03-08 Toyota Motor Corp イオン伝導性材料、固体高分子電解質膜、及び燃料電池

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100381527B1 (ko) 2001-05-12 2003-04-23 대한민국(관리청:특허청장, 승계청:경상대학교총장) 볼밀링법으로 리튬 폴리머 전지용 고분자 전해질을제조하는 방법
US7108934B2 (en) * 2002-01-18 2006-09-19 California Instituite Of Technology Proton conducting membranes for high temperature fuel cells with solid state “water free” membranes
JP2004139858A (ja) 2002-10-18 2004-05-13 Nippon Soda Co Ltd 固体電解質
JP2004185891A (ja) 2002-12-02 2004-07-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 無水プロトン伝導膜及びそれを用いた燃料電池
KR100486728B1 (ko) * 2002-12-12 2005-05-03 삼성에스디아이 주식회사 나노복합전해질막 및 이를 채용한 연료전지
KR100524819B1 (ko) 2003-07-14 2005-10-31 학교법인 서강대학교 고온용 양성자 전도성 고분자막과 이의 제조방법 및 이를이용한 막-전극 어셈블리와 이를 포함하는 연료전지
JP2005174911A (ja) 2003-11-19 2005-06-30 Honda Motor Co Ltd プロトン伝導体及びその製造方法
DE602005006914D1 (de) 2004-08-30 2008-07-03 Jsr Corp Sulfongruppen-haltige Polyarylen-Block-Copolymere, Verfahren für deren Herstellung, fester Polymerelektrolyt und protonenleitende Membran
KR100628305B1 (ko) 2004-09-10 2006-09-27 한국전자통신연구원 나노입자가 충진된 상반전 고분자 전해질 제조 방법
US7435496B2 (en) * 2005-01-12 2008-10-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Anhydrous proton conductor based on heterocycle attached to a polymer backbone
JP4994597B2 (ja) 2005-03-15 2012-08-08 三星エスディアイ株式会社 燃料電池用のプロトン伝導性電解質膜及びその製造方法及びその製造装置並びに燃料電池
US20080286632A1 (en) * 2005-10-27 2008-11-20 Madeleine Odgaard Membrane Electrode Assemblies for Polymer Electrolyte Hydrogen and Direct Methanol Fuel Cells and Methods for Their Production
KR100858078B1 (ko) * 2006-10-04 2008-09-10 삼성에스디아이 주식회사 프로톤 전도성기가 결합된 무기 나노입자 및 고체산을포함하는 고분자 전해질막 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236973A (ja) 2000-02-23 2001-08-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 固体高分子電解質膜およびその製造方法
US20030087972A1 (en) * 2000-02-23 2003-05-08 Takumi Taniguchi Polymer electrolyte membrane and method of production thereof
US20060182942A1 (en) * 2003-01-23 2006-08-17 Karine Valle Conductive organic-inorganic hybrid material comprising a mesoporous phase, membrane, electrode and fuel cell
JP2007056155A (ja) 2005-08-25 2007-03-08 Toyota Motor Corp イオン伝導性材料、固体高分子電解質膜、及び燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090073649A (ko) 2009-07-03
US8632926B2 (en) 2014-01-21
US20090169956A1 (en) 2009-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101366079B1 (ko) 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지
Lee et al. Polymer electrolyte membranes for fuel cells
Amirinejad et al. Cesium hydrogen salt of heteropolyacids/Nafion nanocomposite membranes for proton exchange membrane fuel cells
JP2010050089A (ja) イオン伝導性複合電解質とこれを用いた膜電極接合体、及び膜電極接合体を用いた電気化学装置、並びにイオン伝導性複合電解質膜の製造方法
EP3197906B1 (en) Processes for preparing polyoxometalate salts for use in proton exchange membranes and fuel cells
KR100437267B1 (ko) 연료전지용 고분자 전해질 막 및 이의 제조방법
JP4036279B2 (ja) プロトン伝導体及びこれを用いた燃料電池
JP5479323B2 (ja) ルイス酸／ブレンステッド酸複合体を利用した新規な電解質
JP2007005308A (ja) 燃料電池用高分子電解質膜、その製造方法及びそれを含む燃料電池システム
Muthumeenal et al. Recent research trends in polymer nanocomposite proton exchange membranes for electrochemical energy conversion and storage devices
JP2007511873A (ja) イオン伝導複合膜
KR101059566B1 (ko) 연료전지용 고체상 프로톤 전도체 및 이를 이용한 연료전지
Dong et al. Fabrication of a cost-effective cation exchange membrane for advanced energy storage in a decoupled alkaline-neutral electrolyte system
KR100590967B1 (ko) 고온전도성 고분자 나노복합막과 이의 제조방법 및 이를이용한 막-전극 접합체 및 이를 포함하는고분자전해질연료전지
JP3904083B2 (ja) 高分子電解質組成物
JPWO2004047122A1 (ja) プロトン伝導体、シングルイオン伝導体、およびそれらの製造方法、並びに電気化学キャパシタ
WO2013100082A1 (ja) レドックスフロー二次電池及びレドックスフロー二次電池用電解質膜
EP2196999A1 (en) Polyelectrolyte composition and fuel cell
KR100727212B1 (ko) 수소이온 전해질막
Ma The fundamental studies of polybenzimidazole/phosphoric acid polymer electrolyte for fuel cells
WO2011010742A1 (ja) イオン伝導性複合電解質とこれを用いた膜電極接合体、及び膜電極接合体を用いた電気化学装置、並びにイオン伝導性複合電解質膜の製造方法
Kumar et al. Sodium Polymer Electrolytes: A Review
KR100668316B1 (ko) 겔 전해질 및 이를 채용한 연료 전지
KR100600150B1 (ko) 나노 크기의 덴드리머가 함침된 복합 전해질막 및 이의 제조방법
JP2003242834A (ja) プロトン伝導体およびシングルイオン伝導体並びにそれらの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170117

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180117

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200120

Year of fee payment: 7