KR101595829B1 - Seperator membrane made of ion-conducting polymer comprising partially branched multiblock copolymer and redox flow batteries comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막 및 이를 구비한 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막은 우수한 이온전도도, 기계적 강도 및 화학적 안정성을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 격리막을 구비한 레독스 플로우 전지는 수십회 충/방전을 반복하여도 우수한 셀성능을 나타내며 높은 방전전하량 보존율을 유지할 수 있다.
The present invention relates to a separation membrane fabricated from an ion conductive polymer containing a partial branch block copolymer, and a redox flow battery having the separation membrane.
The separation membrane prepared from the ion conductive polymer containing the partial branched block copolymer according to the present invention can provide excellent ion conductivity, mechanical strength and chemical stability. Further, the redox flow battery having the separation membrane according to the present invention can exhibit excellent cell performance even when it is repeatedly charged / discharged dozens of times, and can maintain a high discharge charge retention ratio.

Description

부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막 및 이를 구비한 레독스 플로우 전지{Seperator membrane made of ion-conducting polymer comprising partially branched multiblock copolymer and redox flow batteries comprising the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a separator prepared from an ion conductive polymer including a branched branch block copolymer and a redox flow battery having the same.

본 발명은 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막 및 이를 구비한 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a separation membrane fabricated from an ion conductive polymer containing a partial branch block copolymer, and a redox flow battery having the separation membrane.

화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 문제를 해결하기 위하여 사용효율을 향상시킴으로써 화석연료를 절약하거나 재생가능한 에너지를 보다 많은 분야에 적용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 태양열 및 풍력과 같은 재생가능한 에너지원은 이전보다 더 많이 효율적으로 사용되고 있으나, 이들 에너지원은 간헐적이며 예측 불가능하다. 이러한 특성으로 인해 이들 에너지원에 대한 의존도가 제한되며, 현재 일차전력원 중 재생에너지원이 차지하는 비율은 매우 낮다.Efforts are being made to save fossil fuels or to apply renewable energy to more fields by improving the use efficiency to solve problems of depletion of fossil fuels and environmental pollution. Renewable energy sources such as solar and wind power have been used more efficiently than before, but these energy sources are intermittent and unpredictable. Due to these characteristics, dependence on these energy sources is limited, and the ratio of renewable energy sources among the primary power sources is very low.

재충전 가능한 전지(rechargeable battery)는 단순하고 효율적인 전기 저장 방법을 제공하므로 이를 소형화하여 이동성을 높여 간헐적 보조 전원이나 랩탑, 태블릿 PC, 휴대전화 등의 소형가전의 전원으로 활용하고자하는 노력이 지속되고 있다.BACKGROUND ART Rechargeable batteries provide a simple and efficient method of storing electric power, so that they have been miniaturized to increase their mobility, and efforts to utilize them as an intermittent auxiliary power source or a power source for a small household appliance such as a laptop, a tablet PC, and a mobile phone have been continued.

레독스 플로우 전지(RFB; Redox Flow Battery)는 전해질의 전기화학적인 가역반응에 의한 충전과 방전을 반복하여 에너지를 장기간 저장하여 사용할 수 있는 2차전지이다. 전지의 용량과 출력 특성을 각각 좌우하는 스택과 전해질 탱크가 서로 독립적으로 구성되어 있어 전지 설계가 자유로우며 설치 공간 제약도 적다.Redox Flow Battery (RFB) is a secondary battery that can store and store energy for a long time by repeated charging and discharging by electrochemical reversible reaction of electrolyte. The stack and electrolyte tanks, which depend on the capacity and output characteristics of the battery, are independent of each other, so that the battery design is free and the installation space is limited.

또 레독스 플로우 전지는 발전소나 전력계통, 건물에 설치해 급격한 전력수요 증가에 대응할 수 있는 부하 평준화 기능, 정전이나 순간저전압을 보상하거나 억제하는 기능 등을 가지고 있으며 필요에 따라 자유롭게 조합할 수 있는 매우 유력한 에너지저장 기술이며 대규모 에너지저장에 적합한 시스템이다.The redox flow battery has a load leveling function that can cope with the sudden increase in power demand installed in a power plant, a power system, or a building, and has a function to compensate or suppress the power failure or the instantaneous undervoltage. It is an energy storage technology and suitable for large-scale energy storage.

이러한 레독스 플로우 전지는 두 개의 분리된 전해질로 구성된다. 하나는 음성 전극반응에서 전기활성 물질을 저장하며 다른 하나는 양성 전극반응에 사용된다. 실제 레독스 플로우 전지에서 전해질 반응은 양극과 음극에서 서로 상이하며 전해질액 흐름현상이 존재하므로 양극쪽과 음극쪽에서 압력차가 발생한다. 대표적인 레독스 플로우 전지인 전바나듐계 레독스 플로우 전지에서 양극 및 음극 전해질의 반응은 하기와 같다.These redox flow cells consist of two separate electrolytes. One stores the electroactive material in the negative electrode reaction and the other stores the positive electrode reaction. In an actual redox flow cell, the electrolyte reaction is different between the positive electrode and the negative electrode, and there is a flow of the electrolytic solution, so a pressure difference occurs between the positive electrode and the negative electrode. The reaction of the positive and negative electrode electrolytes in the entire vanadium-based redox flow battery, which is a typical redox flow battery, is as follows.

Figure 112014035515389-pat00001
Figure 112014035515389-pat00001

따라서, 양 전극에서의 압력차를 극복하고 충전과 방전을 반복하여도 우수한 전지성능을 나타내기 위해서는 물리적 화학적 내구성이 향상된 격리막을 필요로 한다. 그러나, 물리적 내구성을 향상시키기 위하여 격리막의 두께를 증가시키는 경우 이로 인한 저항이 증가하게 되는 단점이 있다.
Therefore, a separation membrane with improved physical and chemical durability is required to overcome the pressure difference between both electrodes and to exhibit excellent cell performance even when charging and discharging are repeated. However, there is a disadvantage that resistance increases due to an increase in the thickness of the separating film in order to improve the physical durability.

이에 본 발명자들은 높은 이온전도도를 나타내면서 물리적 화학적 내구성이 향상된 레독스 플로우 전지용 격리막을 찾고자 예의 연구 노력한 결과, 친수성 블록과 부분적으로 가지결합 가능한 소수성 블록을 포함하는 이온전도성 고분자로 제조한 이온교환막이 높은 기계적 강도와 우수한 이온 전도성을 나타냄을 확인하고, 또한 이를 격리막으로 포함하는 레독스 플로우 전지를 제작하여, 상기 전지가 우수한 셀 성능을 나타내면서도 우수한 중/장기 내구성을 가짐을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have made intensive studies to find a separation membrane for a redox flow cell having improved ionic conductivity and physical and chemical durability. As a result, it has been found that an ion exchange membrane made of an ion conductive polymer including a hydrophilic block and a hydrophobic block capable of partially bonding to each other has high mechanical Strength and excellent ionic conductivity, and a redox flow battery comprising the same as a separation membrane was fabricated. It was confirmed that the battery had excellent medium / long-term durability while exhibiting excellent cell performance, and completed the present invention.

본 발명의 목적은 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막 및 이를 구비한 레독스 플로우 전지를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a separation membrane fabricated from an ion conductive polymer containing a partial branched block copolymer and a redox flow battery having the separation membrane.

본 발명의 제1 양태는 부분 가지형 블록 공중합체(partially branched multiblock copolymer)를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 레독스 플로우 전지용 격리막에 있어서, 상기 부분 가지형 블록 공중합체는 친수성 제1 고분자로 된 제1 블록; 주사슬 상에 곁가지를 형성하는 분기점(branching point)을 형성하도록 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 2개 이상의 반응기를 갖는 소수성 제2 고분자로부터 유래된 제2 블록; 및 선택적으로 소수성 제3 고분자로 된 제3 블록을 포함하고, 상기 제1 블록은 하기 화학식 1로 표시되며, 상기 소수성 제2 블록은 하기 화학식 2로 표시되고, 상기 제3 블록은 하기 화학식 3으로 표시되는 것이 특징인 격리막을 제공한다.In a first aspect of the present invention, there is provided a separation membrane for a redox flow cell produced from an ion conductive polymer comprising a partially branched multiblock copolymer, wherein the partial branched block copolymer comprises a hydrophilic first polymer A first block; A second block derived from a hydrophobic second polymer having two or more reactors respectively participating in a polymerization reaction at both ends so as to form a branching point forming a side chain on the main chain; And a third block made of a hydrophobic third polymer, wherein the first block is represented by the following formula (1), the hydrophobic second block is represented by the following formula (2), and the third block is represented by the following formula Thereby providing a separation film characterized by being displayed.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112014035515389-pat00002
Figure 112014035515389-pat00002

[화학식 2](2)

Figure 112014035515389-pat00003
Figure 112014035515389-pat00003

[화학식 3](3)

Figure 112014035515389-pat00004
Figure 112014035515389-pat00004

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A는 단일결합 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-;A is a single bond or an electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2 ) -, -CF 2 - or - (C (CF 3 ) 2 ) -;

B 및 B'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR13-이며, 이때 R13은 C1 내지 C6 알킬기;B and B 'each independently represent -O-, -S-, -NH- or -NR 13 - as a single bond or electron donor group, wherein R 13 is a C 1 to C 6 alkyl group;

M은 수소원자 또는 알칼리 금속;M is a hydrogen atom or an alkali metal;

Ar은 1개 이상의 술폰산기(-SO3H) 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 방향족 분자 또는 방향족 분자 그룹;Ar is an aromatic molecule or aromatic molecule group substituted with at least one sulfonic acid group (-SO 3 H) or its alkali metal salt;

a 및 b는 각각 0 내지 10에 속하는 정수,a and b each represent an integer belonging to 0 to 10,

k는 1 내지 4에 속하는 정수,k is an integer belonging to 1 to 4,

c는 1 내지 10,000에 속하는 정수이고,
c is an integer belonging to 1 to 10,000,

상기 화학식 2 또는 화학식 3에서,In Formula 2 or Formula 3,

R1 내지 R4 및 R1' 내지 R4'은 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기;R 1 to R 4 and R 1 'to R 4 ' each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkyl group substituted with a halogen, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, , Perfluoroalkyl groups, perfluoroalkylaryl groups optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms on the chain, perfluoroaryl groups or -O-perfluoroaryl groups;

D1, D2, D1' 및 D2'은 각각 독립적으로 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR14-이며, 이때 R14은 C1 내지 C6 알킬기;D 1 , D 2 , D 1 'and D 2 ' are each independently -O-, -S-, -NH- or -NR 14 - as an electron donor group, wherein R 14 is a C 1 to C 6 alkyl group;

J1, J2, J1' 및 J2'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-, J 1, J 2, J 1 ' 2, and J' is a bond or an electron withdrawing group one are each independently - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -,

E 및 E'은 각각 독립적으로 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR15-이며, 이때 R15은 C1 내지 C6 알킬기;E and E 'are each independently -O-, -S-, -NH- or -NR 15 - as an electron donor group, wherein R 15 is a C 1 to C 6 alkyl group;

Ar 및 Ar'은 각각 독립적으로 비치환 또는 적어도 하나의 할로겐원자(-X), 알킬기 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기로 구성된 군으로부터 선택되는 작용기로 치환된 아릴기, 나프틸기, 안트라세닐기,

Figure 112014035515389-pat00005
또는
Figure 112014035515389-pat00006
,Ar and Ar 'each independently represent a group selected from the group consisting of an unsubstituted or substituted with at least one halogen atom (-X), an alkyl group halogen-substituted alkyl group, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, An aryl group substituted with a functional group selected from the group consisting of a perfluoroalkyl group, a perfluoroaryl group and an -O-perfluoroaryl group, optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atom in its chain, , A naphthyl group, an anthracenyl group,
Figure 112014035515389-pat00005
or
Figure 112014035515389-pat00006
,

이때, P 및 P'은 각각 독립적으로 단일결합, 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR16-(R16은 C1 내지 C6 알킬기)로부터 선택된 기, 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2-, -(C(CH3)2)- 또는 -(C(CF3)2)-,P and P 'are each independently a single bond, a group selected from -O-, -S-, -NH- or -NR 16 - (R 16 is a C 1 to C 6 alkyl group) as an electron donor group, a - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 -, - (C (CH 3) 2) - or - (C (CF 3) 2 ) - ,

R5 내지 R12 및 R5' 내지 R12'는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기일 수 있으며,
R 5 to R 12 and R 5 'to R 12 ' each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkyl group substituted with a halogen, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, , A perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms in its chain, a perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group,

상기 화학식 1 내지 3에서 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;In the above formulas (1) to (3), the sulfonic acid group, phosphoric acid group and acetic acid group may be in the form of an alkali metal salt;

p 및 p'은 각각 1 내지 1000에 속하는 정수,p and p 'each represent an integer belonging to 1 to 1000,

q 및 q'은 각각 0 내지 5에 속하는 정수,q and q 'each represent an integer belonging to 0 to 5,

w 및 w'은 각각 1 내지 10에 속하는 정수임.
w and w 'are integers belonging to 1 to 10, respectively.

본 발명의 제2 양태는 상기 본 발명에 따른 격리막을 구비한 레독스 플로우 전지를 제공한다.
A second aspect of the present invention provides a redox flow battery having the separation membrane according to the present invention.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 용어 "레독스 플로우 전지(redox flow battery)"는 전기활성종을 포함하는 전해질(electrolyte)이, 가역적으로 화학적 에너지를 직접 전기로 전환하는 전기화학적 전지(electrochemical cell)를 통해 흐르는, 재충전 가능한 연료전지(rechargeable fuel cell)인 플로우 전지의 일종으로, 모든 전기활성 성분이 전해질에 용해되어 있는 가역적인 연료전지이다. 중력 공급 시스템(gravity feed system)이 사용되기도 하나, 주로 추가적인 전해질은 외부에, 일반적으로 별도의 탱크에, 저장되며 반응기의 전지를 통해 펌프된다. 플로우 전지는 전해질액을 교체(내연기관의 연료 탱크를 보충하는 것과 유사한 방식으로)하는 동시에 재활성화(re-energization)를 위해 소모된 물질을 회복함으로써 빠르게 재충전될 수 있다. 이러한 레독스 플로우 전지에 있어서, 전지의 에너지는 전해질 부피 예컨대, 탱크 크기에 의해, 전력은 전극면적 예컨데, 반응기 크기에 의해 결정되므로 다른 연료전지와 마찬가지로 에너지가 전력으로부터 완전히 분리(decoupled)된다.The term "redox flow battery" of the present invention means that an electrolyte containing an electroactive species flows through an electrochemical cell, which reversibly converts chemical energy into electricity, A rechargeable fuel cell, which is a type of flow cell, is a reversible fuel cell in which all electro-active components are dissolved in an electrolyte. Gravity feed systems are used, but mainly the additional electrolyte is stored externally, typically in a separate tank, and is pumped through the cells of the reactor. Flow cells can be quickly recharged by replacing the electrolyte solution (in a manner similar to replenishing the fuel tank of an internal combustion engine) while at the same time recovering the spent material for re-energization. In such a redox flow battery, the energy of the cell is determined by the electrolyte volume, for example, the tank size, and the power by the electrode size, for example, the reactor size, so that the energy is completely decoupled from the power similarly to other fuel cells.

이러한 레독스 플로우 전지는 다른 전지와는 달리 전기활성종이 고체가 아닌 수용액 상태의 이온으로 존재하며, 양극(21) 및 음극(22)에서 각각의 이온들의 산화/환원 반응에 의해 에너지를 저장하는 메커니즘을 갖는다. 전술한 반응을 일으키기 위한 양극 전해질 및 음극 전해질은 별도의 보관탱크(미도시)에 각각 보관되어 셀하우징(51)에 형성된 전해질 유입구(31 및 41)를 통해 각각 셀하우징(51) 내부로 유입되어 양극(21) 및 음극(22)과 접촉하여 반응을 일으킨 후, 각각의 전해질 유출구(32 및 42)를 통해 외부로 유출되는 순환시스템을 갖는다. 상기 전지는 전기부하를 포함하는 외부 회로에 전기적 부하를 연결하여 전류를 흐르게 함으로써 방전되며, 반대로 전지에 외부 전원을 연결하여 전류를 유입되게 함으로써 충전이 진행된다. 일반적으로 양극 전해질 용액(catholyte)은 레독스 커플이 두 가지 전자가 상태 중 높은 쪽으로 산화될 때 충전되며, 낮은 쪽으로 환원될 때 방전된다. 음극 전해질 용액에서는 반대 현상이 나타난다.Unlike other batteries, such a redox flow battery is an aqueous solution in which an electroactive species is not a solid, and a mechanism for storing energy by an oxidation / reduction reaction of ions in the anode 21 and the cathode 22 Respectively. The positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte for causing the above-described reaction are stored in separate storage tanks (not shown), respectively, and are introduced into the cell housing 51 through the electrolyte inflow ports 31 and 41 formed in the cell housing 51 And has a circulation system that contacts the anode 21 and the cathode 22 to cause a reaction and then flows out through the respective electrolyte outlets 32 and 42. The battery is discharged by connecting an electric load to an external circuit including an electric load to allow a current to flow, and conversely, an external power source is connected to the battery to allow the electric current to flow. In general, a cathodic electrolyte is charged when the redox couple is oxidized to the higher of the two states, and is discharged when the redox is reduced to the lower state. In the negative electrode electrolyte solution, the opposite phenomenon appears.

상기한 바와 같이 대부분의 레독스 플로우 전지는 두 개의 분리된 전해질로 구성된다. 하나는 음성 전극반응에서 전기활성 물질을 저장하며 다른 하나는 양성 전극반응에 사용된다. 이때 혼란을 방지하기 위하여 방전시 음성전극을 애노드로 양성전극을 캐소드로 정의한다. 충전시에는 역으로 적용될 것이다. 신선한 또는 사용된 전해질은 순환하고 단일 저장 탱크에 저장될 수 있다. 또는 전기활성 물질의 농도를 개별적으로 조절할 수 있다. 화학적 단전을 야기할 수 있는 전기활성종의 혼합을 방지하기 위하여 이온교환막을 격리막으로 사용한다.As described above, most redox flow cells are composed of two separate electrolytes. One stores the electroactive material in the negative electrode reaction and the other stores the positive electrode reaction. At this time, the negative electrode is defined as the anode and the positive electrode is defined as the cathode in discharging to prevent confusion. The charge will be reversed. Fresh or used electrolytes can be circulated and stored in a single storage tank. Or the concentration of the electroactive material can be individually adjusted. An ion exchange membrane is used as a separator to prevent mixing of electroactive species which may cause chemical breakdown.

본 발명의 용어 "격리막"은 상기 레독스 플로우 전지에서 전기활성종의 혼합을 방지하기 위하여 도입하는 이온교환막을 지칭하는 것으로, 상기 격리막으로 분리된 양 전극에서 공통의 상대 이온 전달체(common counter ion carrier) 만이 상기 격리막을 통과한다. 예컨대, 애노드에서 Na2S2가 Na2S4로 전환되고 캐소드에서 Br2가 2Br로 전환되는 브로민-폴리설파이드 시스템에 있어서, 전기중성조건을 유지하기 위하여 애노드에서 과량의 Na+ 이온은 캐소드로 전달된다. 유사하게, 애노드에서 V2 +가 V3 +로 산화되고 캐소드에서 V5 +가 V4 +로 환원되는 바나듐 시스템에서, 하이드로늄 이온(hydronium ion; H3O+)은 양성자 전도성 막을 통해 애노드에서 캐소드로 이동한다.The term "separation membrane" of the present invention refers to an ion exchange membrane introduced to prevent mixing of electroactive species in the redox flow cell, and a common counter ion carrier ) Passes through the separation film. For example, in a bromine-polysulfide system in which Na 2 S 2 is converted to Na 2 S 4 at the anode and Br 2 is converted to 2 Br at the cathode, excess Na + ions at the anode to maintain electro- Lt; / RTI > Similarly, in a vanadium system where V 2 + is oxidized to V 3 + at the anode and V 5 + is reduced to V 4 + at the cathode, the hydronium ion (H 3 O + ) is injected through the proton- And moves to the cathode.

실제 레독스 플로우 전지에서 전해질 반응은 양극과 음극에서 서로 상이하며 전해질액 흐름현상이 존재하므로 양극쪽과 음극쪽에서 압력차가 발생한다. 따라서, 상기 격리막은 이러한 압력차에 의해 파괴되지 않도록 우수한 물리적 강도를 갖는 것이 바람직하다.In an actual redox flow cell, the electrolyte reaction is different between the positive electrode and the negative electrode, and there is a flow of the electrolytic solution, so a pressure difference occurs between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, it is preferable that the separation membrane has excellent physical strength so as not to be broken by such a pressure difference.

본 발명의 격리막은 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로 형성되는 것이되, 상기 부분 가지형 블록 공중합체가 친수성 제1 고분자로 된 제1 블록; 주사슬 상에 곁가지를 형성하는 분기점(branching point)을 형성하도록 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 2개 이상의 반응기를 갖는 소수성 제2 고분자로부터 유래된 제2 블록; 및 선택적으로 소수성 제3 고분자로 된 제3 블록을 포함하는 것이 특징이다.The separation membrane of the present invention is formed of an ion conductive polymer comprising a partial branched block copolymer, wherein the partial branched polymer is a hydrophilic first polymer; A second block derived from a hydrophobic second polymer having two or more reactors respectively participating in a polymerization reaction at both ends so as to form a branching point forming a side chain on the main chain; And a third block, optionally made of a hydrophobic third polymer.

예컨대, 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 1개의 반응기를 갖는 친수성 고분자와 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 1개의 반응기를 갖는 소수성 고분자를 사용하여 제조된, 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하는 종래 선형의 블록 공중합체와 달리, 본 발명의 일구체예는 주사슬 상에 곁가지를 형성하는 분기점(branching point)을 형성하도록 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 2개 이상의 반응기를 갖는 소수성 고분자를 추가로 사용하여 부분 가지형 블록 공중합체를 형성하여 이를 격리막의 소재로 사용하는 것이 특징이다.
For example, in the case of using a hydrophilic polymer having a hydrophilic polymer having one reactor participating in polymerization reaction at both ends and a hydrophobic polymer having one reactor participating in a polymerization reaction at both ends, Unlike linear block copolymers, one embodiment of the present invention comprises adding a hydrophobic polymer having two or more reactive groups at both ends, each of which participates in a polymerization reaction, so as to form a branching point that forms side branches on the main chain To form a partial branched block copolymer, which is used as a material for a separation membrane.

본 발명에 따른 격리막은 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 고분자로 제조되었으므로, 블록 공중합체와 가지형 고분자의 장점을 모두 가질 수 있다. 즉, 국부적으로 밀집된 술폰화 구조(densely & locally sulfonated structure)가 가능하여 친수성 도메인(hydrophilic domain)과 소수성 도메인(hydrophobic domain)사이의 상분리가 효과적으로 일어나는 미세 상분리 특성이 우수할 뿐 아니라, 일반 선형 블록 공중합체와 비교하여 무정형도(amorphousity)가 증대되어 유기 용매에서의 용해도가 더 우수하다. 따라서, 막 제조 공정이 용액 공정을 기본으로 함을 고려할 때, 상기 고분자를 이용함으로써 보다 용이하게 제조될 수 있는 장점이 있다.Since the separation membrane according to the present invention is made of a polymer including a partial branched block copolymer, it can have both advantages of a block copolymer and a branched polymer. In other words, it is possible to form a densely & locally sulfonated structure, which is superior in the fine phase separation characteristic in which phase separation between a hydrophilic domain and a hydrophobic domain is effectively performed, Amorphousity is increased as compared with the coalescence, and the solubility in the organic solvent is better. Therefore, considering that the membrane production process is based on a solution process, there is an advantage that it can be manufactured more easily by using the polymer.

본 발명에 따른 격리막을 형성하는 상기 부분 가지형 블록 공중합체는 바람직하게는 친수성 제1 블록(hydrophilic block)이 단단한 탄소-탄소 결합으로 이루어져 있으며 소수성 제2 블록 및/또는 소수성 제3 블록이 유연한 에테르 결합(ether bond; -O-)을 포함하는 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether))로 형성되어 있는 것이 좋다. 친수성 제1 고분자로 된 제1 블록(hydrophilic block)이 단단한 탄소-탄소 결합으로 이루어지면, 치수 안정성이 우수하고, 술폰산기(sulfonic acid)로 치환된 페닐 고리(phenyl ring)의 이웃한 자리(site)에 에테르 결합을 포함하고 있지 않기 때문에 다양한 라디칼에 대한 화학적 안정성이 우수하다. 이러한 친수성 제1 블록을 일부분으로 포함하는 블록 공중합체를 사용하면, 높은 이온전도도를 나타내면서 동시에 화학적 안정성이 우수한 전지용 격리막을 제공할 수 있다. 한편, 소수성 제2 블록 및/또는 소수성 제3 블록은 에테르 결합을 포함하는 폴리(아릴렌 에테르)를 골격으로 포함함으로써 고분자에 유연성을 부여할 수 있다.
The partial branched block copolymer forming the separation membrane according to the present invention preferably has a hydrophilic block composed of a hard carbon-carbon bond and a hydrophobic second block and / or a hydrophobic third block is a flexible ether (Arylene ether) containing an ether bond (-O-). The term " poly (arylene ether) " When the first hydrophilic block made of a hydrophilic first polymer is composed of a hard carbon-carbon bond, it is excellent in dimensional stability, and a phenyl ring substituted with a sulfonic acid ) Has excellent chemical stability against various radicals since it does not contain an ether bond. By using a block copolymer containing a hydrophilic first block as a part, it is possible to provide a separator for a battery which exhibits high ionic conductivity and at the same time has excellent chemical stability. On the other hand, the hydrophobic second block and / or the hydrophobic third block can impart flexibility to the polymer by including a poly (arylene ether) containing an ether bond as a skeleton.

본 발명에 따른 격리막을 형성하는 고분자는 상기 제1 블록 내지 제3 블록의 반복단위가 랜덤(random), 교차(alternating) 또는 순차적(sequential)으로 배열된 것을 특징으로 하는 고분자일 수 있으며, 블록 공중합체일 수 있다. 충분히 한정되었을 때, 각각의 반복단위의 몰비율은 다양하게 변화될 수 있다.
The polymer forming the separation membrane according to the present invention may be a polymer characterized in that the repeating units of the first to third blocks are arranged in a random, alternating, or sequential manner, Lt; / RTI > When sufficiently limited, the molar ratio of each repeating unit can be varied variously.

본 발명에 따르면, 친수성 제1 고분자로 된 제1 블록(hydrophilic block oligomer)은 화학식 1로 표시되며, 페닐렌(phenylene) 반복단위를 골격(backbone)으로 하고 그 측쇄에는 적어도 하나의 술폰산기(sulfuric acid group; -SO3H) 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 하나 이상의 아릴기(aryl)를 갖는 단량체로 구성된 중합체일 수 있다. 바람직하게 친수성을 부여하기 위해 도입된 상기 화학식 1의 Ar은 하나 이상의 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염이 치환된 페닐, 나프틸, 티오페닐 또는 피리디닐일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
According to the present invention, a first hydrophilic block oligomer is represented by the following formula (1), wherein a phenylene repeating unit is a backbone and at least one sulfonic acid group acid group; -SO 3 H) or an alkali metal salt thereof. The Ar of Formula 1, which is preferably introduced to impart hydrophilicity, may be phenyl, naphthyl, thiophenyl or pyridinyl substituted with one or more sulfonic acid groups or an alkali metal salt thereof, but is not limited thereto.

할로겐 원소는 높은 유효핵전하로 인한 높은 전기음성도로 인해 유기화합물에 치환기로 도입되었을 때 반응성이 뛰어나므로 축합, 치환 등의 반응을 위한 자리에 널리 도입되는 치환기이다. 따라서, 화학식 2로 표시되는, 주사슬 상에 곁가지를 형성하는 분기점(branching point)을 형성하도록 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 2개 이상의 반응기를 갖는 소수성 제2 고분자에서, 상기 반응기는 할로겐 원소인 것이 바람직하다. 즉, X 및 X'은 할로겐 원소인 것이 바람직하다. 상기 할로겐 원소로는 F(fluorine; 불소), Cl(chlorine; 염소), Br(bromine; 브롬), I(iodine; 요오드) 등일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 화학식 2의 X 및 X'는 각각 독립적으로 염소 원자일 수 있다.The halogen element is a substituent that is widely introduced for the reaction such as condensation and substitution because it is excellent in reactivity when it is introduced as a substituent to an organic compound due to high electronegativity due to high effective nuclear charge. Accordingly, in the hydrophobic second polymer having two or more reactors each participating in a polymerization reaction at both ends so as to form branching points forming side branches on the main chain, which is represented by the general formula (2) . That is, X and X 'are preferably halogen atoms. The halogen element may be F (fluorine), Cl (chlorine), Br (bromine), I (iodine) or the like. More preferably, X and X 'in Formula 2 may each independently be a chlorine atom.

한편, 과다한 가지결합은 고분자의 겔화(gelation)를 촉진시킬 수 있다. 겔화는 교차결합 시스템에 의해 발생하는 것으로 겔은 정류상태로 흐르지 않아 액체와는 달리 성형 즉, 본 발명의 격리막으로 제조하는 데에 어려움이 있다. 따라서, 과다한 가지결합으로 인한 겔화를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 이온전도성 고분자는 선택적으로 상기 화학식 3으로 표시되는 소수성 제3 블록 중합체를 더 포함할 수 있다.
On the other hand, excessive branching can promote the gelation of the polymer. The gelation is caused by the cross-linking system, and the gel does not flow in a rectified state, which is different from the liquid state, so that it is difficult to manufacture the membrane as the separation membrane of the present invention. Accordingly, in order to prevent gelation due to excessive branching, the ion conductive polymer according to the present invention may further comprise a hydrophobic third block polymer represented by the above formula (3).

본 발명의 격리막은 상기 이온전도성 고분자인 부분 가지형 블록 공중합체를 공지된 임의의 성형 방법을 이용하여 제조할 수 있다.The separation membrane of the present invention can be produced by using any known molding method as the partial branched block copolymer which is the ion conductive polymer.

예를 들어, 상기 고분자를 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 또는 디메틸아세트아미드 등과 같은 용매에 용해시키고, 상기 용액을 유리판 등의 플레이트에 부어 부착된 고분자를 건조시켜 수 내지 수백 μm, 바람직하게 10 내지 120 μm, 보다 바람직하게 50 내지 100 μm 두께의 필름을 얻은 다음 플레이트로부터 탈착하여 제조할 수 있다. 상기 제시한 용매는 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이에 제한되지 않으며, 고분자를 용해시키고 건조조건에서 증발될 수 있는 것이면 통상의 유기용매를 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 고분자 제조시 사용된 유기용매와 동일한 것을 사용할 수 있다.For example, the polymer is dissolved in a solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylsulfoxide or dimethylacetamide, and the solution is poured into a plate such as a glass plate The polymer can be dried to obtain a film of several to several hundreds of μm, preferably 10 to 120 μm, more preferably 50 to 100 μm thick, and then desorbed from the plate. The above-mentioned solvent is only illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereto. Conventional organic solvents may be used as long as they dissolve the polymer and can be evaporated under the drying condition. Specifically, the same organic solvent as that used in the preparation of the polymer may be used.

또는 치수 변화율을 감소시킴으로써 중/장기 내구성을 향상시키기 위하여 상기 이온전도성 고분자를 나노웹 지지체에 함침시켜 강화복합막으로 제조할 수 있다. 상기 "나노웹 지지체"는 3차원적으로 불규칙하고 불연속적으로 연결된 나노섬유의 집합체로 이루어지며, 따라서 균일하게 분포된 다수의 기공을 포함한다. 이와 같이 균일하게 분포된 다수의 기공을 포함한다.Or by decreasing the rate of dimensional change, the ion conductive polymer may be impregnated into a nanofiber support to prepare a reinforced composite membrane. The "nano web support" is composed of a collection of nanofibers connected three-dimensionally irregularly and discontinuously and thus comprises a number of uniformly distributed pores. And thus includes a plurality of uniformly distributed pores.

바람직하게 상기 나노웹 지지체는 전기화학적인 활성이 없는 재질을 선택할 수 있다. 나노웹 지지체를 구성하는 소재의 비제한적인 예는 폴리이미드, 폴리메틸펜텐, 폴리에스터, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐디플루오라이드, 나일론, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤 또는 이의 조합이다. 즉, 나노웹 지지체 자체는 전기화학적 활성이 없으나, 이에 함침된 이온전도성 고분자를 통해 이온교환막의 특성을 나타낸다. 이와 같이 강화복합막으로 제조함으로써 이온전도성 고분자만으로 제조된 격리막에 비해 내열성, 내화학성 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.Preferably, the nanoweb support can be selected from materials that do not have electrochemical activity. Non-limiting examples of materials constituting the nano web support include polyimide, polymethylpentene, polyester, polyacrylonitrile, polyvinylamide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl fluoride, polyvinyl difluoride, nylon, Polybenzoxazole, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyarylene ether sulfone, polyether ether ketone or a combination thereof. That is, the nano web supporter itself has no electrochemical activity, but exhibits the characteristics of the ion exchange membrane through the impregnated ion conductive polymer. As a result, the heat resistance, the chemical resistance, and the mechanical properties can be improved as compared with the separation membrane produced only by the ion conductive polymer.

나노웹 지지체에 이온전도성 고분자를 충진하는 공정은 담지 또는 함침 공정을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 라미네이팅 공정, 스프레이 공정, 스크린 프린팅 공정, 닥터 블레이드 공정 등 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다.The ion-conductive polymer may be filled in the nano-web supporter using a supporting or impregnating process, but the present invention is not limited thereto. Various methods known in the art such as a laminating process, a spray process, a screen printing process, and a doctor blade process may be used .

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 상기 제조된 고분자를 NMP에 녹여 일정한 크기의 실리콘 주형에 부어 주고 60 내지 100℃, 바람직하게 70 내지 90℃에서 12 내지 36시간, 바람직하게 18 내지 30시간 동안 건조하여 막을 얻을 수 있다. 또한 상기 고분자를 폴리이미드 나노웹 지지체에 함침시켜 강화복합막을 제조하였다. 수득한 막은 황산용액과 증류수로 차례로 세척하여 나트륨 염 형태로 제조된 막을 프로톤 형태의 고분자 막으로 전환시킬 수 있다.
According to a specific embodiment of the present invention, the prepared polymer is dissolved in NMP and poured into a silicon mold having a predetermined size and dried at 60 to 100 ° C, preferably 70 to 90 ° C for 12 to 36 hours, preferably 18 to 30 hours So that a film can be obtained. The polymer was impregnated into a polyimide nano web support to prepare a reinforced composite membrane. The obtained membrane may be washed with a sulfuric acid solution and distilled water in order to convert the membrane prepared in the form of sodium salt into a proton-type polymer membrane.

상기 격리막은 10 μm 내지 1000 μm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 격리막의 두께가 10 μm 미만일 경우 기계적 강도 및 형태 안정성이 떨어질 수 있고, 1000 μm를 초과할 경우 저항 손실이 증가할 수 있다.
It is preferable that the isolation film has a thickness of 10 mu m to 1000 mu m. If the thickness of the separator is less than 10 탆, the mechanical strength and shape stability may be deteriorated. If the thickness is more than 1000 탆, the resistance loss may increase.

본 발명의 격리막을 형성하는 부분 가지형 블록 공중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 것일 수 있다:The branched branched block copolymer for forming the separation membrane of the present invention may have a skeleton containing a repeating unit represented by the following general formula (4)

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112014035515389-pat00007
Figure 112014035515389-pat00007

화학식 4에서 각 문자는 상기 화학식 1 내지 3에서 정의된 바와 같고, Wherein each letter in Formula (4) is as defined in Formulas (1) to (3)

l과 m은 각각 독립적으로 1 이상의 정수, n은 0 이상의 정수이며,l and m each independently represents an integer of 1 or more, and n represents an integer of 0 or more,

상기 t 및 t'은 각각 화학식 2로 표기되는 단량체에서 치환기 X 및 X'의 갯수를 나타내는 t 및 t'에 상응하는 것으로써, 이웃한 블록과의 가지결합 갯수임.Wherein t and t 'correspond to t and t' representing the number of substituents X and X 'in the monomer represented by the formula (2), respectively, and are the number of branch bonds with neighboring blocks.

본 발명에서

Figure 112014035515389-pat00008
는 2개의 이웃한 블록과의 가지결합 가능한 분기점을 나타내기 위하여 사용한 표기형식이다. 즉, 상기 화학식 4로 표기되는 고분자는 양 말단에 위치한 분기점으로부터 2개의 이웃한 블록과 가지결합을 형성할 수 있음을 나타낸다. 예컨대, 하나의 결합으로는 고분자의 주쇄골격을 형성하면서 다른 하나 결합자리를 통해 다른 친수성 또는 소수성 블록과 가지결합을 형성할 수 있다.
In the present invention
Figure 112014035515389-pat00008
Is a notation format used to indicate branch points that can be combined with two neighboring blocks. That is, the polymer represented by the formula (4) can form branch bonds with two neighboring blocks from the branching points located at both ends. For example, one bond may form a main chain skeleton of a polymer while forming a branch bond with another hydrophilic or hydrophobic block through another bond site.

본 발명의 격리막을 형성하는 부분 가지형 블록 공중합체 즉, 화학식 4로 표시되는 부분 가지형 블록 공중합체는 모든 친수성 제1 블록을 형성하는 단위체의 총 갯수(l):소수성 제2 블록 갯수와 소수성 제3 블록 갯수의 합(m+n) = 0.1:1 내지 100:1인 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 몰비가 0.1:1 미만인 경우에는 이온 전도도가 거의 없으며, 100:1 이상인 경우 고분자가 물에 녹아 실제 분리막으로서 작용할 수 없게 된다. 보다 바람직하게는 0.1:1 내지 50:1, 보다 바람직하게는 0.1:1 내지 30:1의 비율로 제조할 수 있다.The partial branched block copolymer for forming the separation membrane of the present invention, that is, the partial branched block copolymer represented by the general formula (4) has the total number (l) of the units forming all the hydrophilic first blocks: the number of the hydrophobic second blocks and the hydrophobic And the sum (m + n) of the number of the third blocks = 0.1: 1 to 100: 1. For example, when the molar ratio is less than 0.1: 1, ionic conductivity is almost zero. When the molar ratio is 100: 1 or more, the polymer is dissolved in water and can not act as an actual separator. More preferably 0.1: 1 to 50: 1, and even more preferably 0.1: 1 to 30: 1.

소수성 제2 블록 갯수와 소수성 제3 블록 갯수의 비율은 지나친 가지결합으로 인해 겔화를 방지하기 위해, 가지형 소수형 제2 블록의 비율이 50%를 넘지 않는 것이 바람직하다. 또한, 효과적인 상분리 및 분자량의 증가를 위해 2% 이상인 것이 바람직하다. 이를 n과 m의 관계로 나타내면, 바람직하게 0.5≤n/(m+n)<1 일 수 있다.
The ratio of the number of hydrophobic second blocks to the number of hydrophobic third blocks is preferably such that the proportion of the branch type hydrophobic second blocks does not exceed 50% in order to prevent gelation due to excessive branching. Further, for effective phase separation and molecular weight increase, it is preferably 2% or more. If this is represented by the relationship of n and m, 0.5? N / (m + n) < 1 can be preferably satisfied.

바람직하게 본 발명에 따른 격리막을 형성하는 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자는 10,000 내지 1,000,000의 Mn(수평균 분자량; number-average molecular weight) 또는 10,000 내지 10,000,000의 Mw(중량평균 분자량; weight-average molecular weight)의 분자량을 갖는 것일 수 있다. 분자량이 낮은 경우 예컨대, 10,000 이하인 경우, 필름 형성이 어려우며, 수분 함유량이 증대되고 라디칼의 공격에 쉽게 분해되어 전도도 및 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 분자량이 높은 경우 예컨대, 1,000,000 이상인 경우, 급격히 증대된 점도로 인해 고분자 용액의 제조 및 필름으로의 성형이 어려워져 막 제조 공정이 불가능해질 수 있다.
Preferably, the ion conductive polymer comprising the branched branch block copolymer forming the separation membrane according to the present invention has Mn (number-average molecular weight) of 10,000 to 1,000,000 or Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000. weight-average molecular weight). When the molecular weight is low, for example, when it is 10,000 or less, film formation is difficult, the moisture content is increased, and it is easily decomposed by the attack of radical, so that conductivity and durability may be decreased. On the other hand, in the case where the molecular weight is high, for example, 1,000,000 or more, the rapidly increasing viscosity may make the preparation of the polymer solution and molding into a film difficult, making the film production process impossible.

본 발명의 격리막을 형성하는 화학식 4로 표시되는 부분 가지형 블록 공중합체의 일구체예에서는 A는 -(C=O)-; Ar은 1개의 술폰산기 또는 이의 나트륨염으로 치환된 페닐; a 및 b는 각각 0이고, R1, R1' 및 R2 내지 R5는 모두 수소원자; D1, D2, D1' 및 D2'은 모두 -O-; J1, J2, J1' 및 J2'은 모두 -(C=O)-; E 및 E'은 -O-; Ar' 및 Ar''은 각각

Figure 112014035515389-pat00009
Figure 112014035515389-pat00010
로서, P는 -(SO2)-, R5 내지 R12, 및 R5' 내지 R12'은 모두 수소원자, P는 -(SO2)-, R5 내지 R12, 및 R5' 내지 R12'은 모두 수소원자; w=2이며, q=1인 격리막일 수 있다.
In one embodiment of the partial branched block copolymer represented by the general formula (4) for forming the separation membrane of the present invention, A is - (C = O) -; Ar is phenyl substituted with one sulfonic acid group or its sodium salt; a and b are each 0, and R 1 , R 1 'and R 2 to R 5 are both a hydrogen atom; D 1 , D 2 , D 1 'and D 2 ' are both -O-; J 1 , J 2 , J 1 'and J 2 ' are both - (C═O) -; E and E 'are -O-; Ar ' and Ar ''
Figure 112014035515389-pat00009
And
Figure 112014035515389-pat00010
Wherein P is - (SO 2 ) -, R 5 to R 12 and R 5 'to R 12 ' are all hydrogen atoms, P is - (SO 2 ) -, R 5 to R 12 and R 5 ' R 12 'are all hydrogen atoms; w = 2, and q = 1.

본 발명에 따른 레독스 플로우 전지는 양극, 양극 전해질, 본 발명에 따른 격리막, 음극 전해질 및 음극을 구비한 레독스 플로우 전지이다.The redox flow battery according to the present invention is a redox flow battery having a positive electrode, a positive electrode electrolyte, a separator according to the present invention, a negative electrode electrolyte and a negative electrode.

상기 양극 및 음극은 당업계에 통상적으로 사용되는 전극 소재를 사용할 수 있다. 예컨대, 탄소펠트, 탄소부직포, 그라파이트 펠트, 그라파이트 플레이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The positive electrode and the negative electrode may be electrode materials conventionally used in the art. For example, carbon felt, carbon nonwoven fabric, graphite felt, graphite plate and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

일례로 도 1을 참조하여 레독스 플로우 전지를 설명하면, 상기 전지는 소정의 크기를 갖는 셀하우징(51), 상기 셀하우징의 중심을 가로지르며 설치된 이온교환막(11), 셀하우징 내부의 상기 이온교환막에 의해 분리된 좌/우 양쪽에 각각 위치하는 양극(21) 및 음극(22) 전극, 상기 양극전극이 위치한 쪽의 셀하우징의 상/하단에 형성되어 양극전극에 사용되는 전해액의 유입 및 유출을 수행하는 양극 전해질 유입구(31) 및 양극 전해질 유출구(32), 상기 음극전극이 위치한 쪽의 셀하우징의 상/하단에 형성되어 음극전극에 사용되는 전해액의 유입 및 유출을 수행하는 음극 전해질 유입구(41) 및 음극 전해질 유출구(42)를 구비한다.1, the battery includes a cell housing 51 having a predetermined size, an ion exchange membrane 11 disposed across the center of the cell housing, an ion exchange membrane 11 disposed inside the cell housing, (21) and a cathode (22) electrode located on both sides of the left and right sides separated by the exchange membrane, and an upper electrode and a lower electrode formed on the upper and lower ends of the cell housing on the side where the anode electrode is located, And a cathode electrolyte inlet (31) and a cathode electrolyte outlet (32), which are formed at the upper and lower ends of the cell housing on the side of the cathode electrode, for performing the inflow and outflow of the electrolyte used for the cathode electrode 41 and a cathode electrolyte outlet 42.

바람직하게, 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지는 양극 전해질로 V(IV)/V(V) 레독스 커플을, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용하는 전바나듐계 레독스 전지; 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용하는 바나듐계 레독스 전지; 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 설파이드 레독스 커플을 사용하는 폴리설파이드브로민 레독스 전지; 또는 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 아연(Zn) 레독스 커플을 사용하는 아연-브로민(Zn-Br) 레독스 전지일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
Preferably, the redox flow cell according to the present invention comprises a V (IV) / V (V) redox couple as a cathode electrolyte and a pre-vanadium-based redox couple using a V (II) / V Redox battery; A vanadium-based redox battery using a halogen redox couple as a cathode electrolyte and a V (II) / V (III) redox couple as a cathode electrolyte; A polysulfide bromine redox cell using a halogen redox couple as a positive electrode electrolyte and a sulfide redox couple as a negative electrode electrolyte; Or a zinc-bromine (Zn-Br) redox battery using a zinc redox couple as a positive electrode electrolyte and a zinc redox couple as a negative electrode electrolyte.

본 발명에 따라 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 격리막은 우수한 이온전도도, 기계적 강도 및 화학적 안정성을 제공할 수 있다. 또한, 이를 구비한 레독스 플로우 전지는 수십회 충/방전을 반복하여도 우수한 셀성능을 나타내며 높은 방전전하량 보존율을 유지할 수 있다.
The separation membrane prepared from the ion conductive polymer containing the partial branched block copolymer according to the present invention can provide excellent ion conductivity, mechanical strength and chemical stability. In addition, the redox flow battery having such a structure can exhibit excellent cell performance even when it is repeatedly charged / discharged dozens of times and can maintain a high discharge charge retention ratio.

도 1은 일반적인 레독스 플로우 전지의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분적으로 가지결합된 블록 공중합체 P1에 대한 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분적으로 가지결합된 블록 공중합체 P2에 대한 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분적으로 가지결합된 블록 공중합체 P3에 대한 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 P1 고분자 이온교환막을 구비한 싱글셀의 성능을 나타낸 도이다. 충/방전 반복횟수에 따른 방전 전하량의 변화로 도시하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 P1 고분자 이온교환막을 구비한 싱글셀의 충/방전 반복횟수에 따른 에너지 효율, 쿨롬 효율 및 전압 효율 변화를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 P1 고분자 이온교환막을 구비한 싱글셀의 충/방전 반복횟수에 따른 방전전하량 보존율을 나타낸 도이다.
도 8은 격리막으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 P1 고분자 이온교환막 및 P1을 함유하는 강화복합막(P1+나노웹)을 구비한 싱글셀의 성능 및 효율을 나타낸 도이다. 충/방전을 반복하면서 성능 및 방전전하량 보존율을 측정하여 나피온 212를 구비한 셀의 성능과 비교하여 도시하였다.
도 9는 격리막으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 P1 고분자를 함유하는 강화복합막을 구비한 싱글셀을 85회 이상 반복하여 충/방전시킨 후 분리한 강화복합막의 이미지를 나타낸 도이다.
1 is a schematic view showing a configuration of a general redox flow battery.
FIG. 2 is a 1 H NMR spectrum of a partially crosslinked block copolymer P1 according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 3 is a 1 H NMR spectrum of a partially bonded block copolymer P2 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a 1 H NMR spectrum of a partially crosslinked block copolymer P3 according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a graph illustrating the performance of a single cell having a P1 polymer ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention. And the discharge charge amount according to the charge / discharge repetition times.
FIG. 6 is a diagram illustrating energy efficiency, Coulomb efficiency, and voltage efficiency change according to the number of charge / discharge repetitions of a single cell having a P1 polymer ion exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a discharge charge retention ratio according to the number of times of charge / discharge repetition of a single cell having a P1 polymer ion-exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the performance and efficiency of a single cell having a P1 polymer ion exchange membrane and a reinforced composite membrane containing P1 (P1 + nanoweb) according to an embodiment of the present invention as a separation membrane. The performance and the discharge charge retention ratio were measured while repeating charging / discharging and compared with the performance of the cell having Nafion 212.
9 is a view showing an image of a reinforced composite membrane obtained by repeatedly charging / discharging a single cell having a reinforced composite membrane containing a P1 polymer according to an embodiment of the present invention as a separation membrane more than 85 times.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시에에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

제조예Manufacturing example 1: 친수성 단량체( 1: hydrophilic monomer ( M1M1 )의 합성) Synthesis of

농축 황산(concentrated sulfuric acid) 150 ml에 2,5-디클로로벤조페논(2,5-dichlorobenzophenone; 2,5-DCBP) 100 g(398 mmol)을 넣고 완전히 녹인 후, dropping funnel을 이용하여 발연황산(fuming sulfuric acid) 150 ml을 한 방울씩 적하시키고 온도를 80℃까지 올려 16시간 동안 교반하였다. 온도를 상온으로 낮춘 후 다량(약 2 L)의 빙냉수에 붓고 200 g의 NaCl을 첨가하였다. 이때, 생성되는 흰색 분말을 여과하여 다시 약 2 L의 탈이온수에 녹이고 pH가 6 내지 7이 될 때까지 10% NaOH를 가한 후, 150 g의 NaCl을 첨가하여 다시 침전을 얻었다. 상기 침전을 여과하여 완전히 건조시킨 후, 약 1 L의 DMSO(dimethylsulfoxide)에 넣고 교반하였다. 상기 용액을 여과하고, 여과된 용액은 증발시켜 용매를 제거한 후, 남은 조생성물(crude product)은 탈이온수로 2회 재결정하여 24시간 동안 진공에서 건조시켰다. 상기 과정을 통해 84 g의 하기 화합물 M1(sodium 3'-(2,5-dichlorobenzophenone)sulfonate; 2,5-SDCBP)을 수득하였다.100 g (398 mmol) of 2,5-dichlorobenzophenone (2,5-DCBP) was added to 150 ml of concentrated sulfuric acid and the solution was completely dissolved. fuming sulfuric acid (150 ml) was dropped dropwise to the temperature of 80 ° C and stirred for 16 hours. After lowering the temperature to room temperature, it was poured into a large amount (about 2 L) of ice-cold water and 200 g of NaCl was added. The resulting white powder was filtered and dissolved in about 2 L of deionized water. 10% NaOH was added until the pH reached 6 to 7, and 150 g of NaCl was added to precipitate again. The precipitate was filtered and completely dried, and then the solution was added to about 1 L of dimethylsulfoxide (DMSO) and stirred. The solution was filtered and the filtered solution was evaporated to remove the solvent, and the crude product was recrystallized twice with deionized water and dried in vacuo for 24 hours. 84 g of sodium 3 '- (2,5-dichlorobenzophenone) sulfonate (2,5-SDCBP) was obtained through the above procedure.

Figure 112014035515389-pat00011

Figure 112014035515389-pat00011

제조예Manufacturing example 2: 소수성 블록 중간체( 2: Hydrophobic block intermediate ( O1O1 -- OHOH )의 합성) Synthesis of

4,4'-디히드록시페닐(4,4'-dihydroxyphenyl) 20 g(107.4 mmol), 비스(4-클로로페닐)술폰(bis(4-chlorophenyl)sulfone; DCPS) 28.9 g(100.5 mmol) 및 K2CO3 17.8 g(128.9 mmol)을 250 ml DMAc(dimethylacetamide)와 120 ml 톨루엔에 녹였다. 145℃에서 3시간 동안 교반한 후, 온도를 165℃로 올려 톨루엔을 증발시켜 완전히 제거하고 온도를 유지하면서 24시간 동안 추가로 교반하였다. 온도를 상온으로 내리고 여과한 후 여과액을 메탄올에 부어 침전을 얻었다. 상기 수득한 침전은 고온의 메탄올로 한번 더 세척한 후 여과하여 진공 오븐에서 건조시켰다. 상기 과정을 통해 42.8 g의 화합물 O1-OH(Mn=5.6K)을 수득하였다.28.9 g (100.5 mmol) of bis (4-chlorophenyl) sulfone (DCPS), 20 g (107.4 mmol) of 4,4'-dihydroxyphenyl and 17.8 g (128.9 mmol) of K 2 CO 3 were dissolved in 250 ml of DMAc (dimethylacetamide) and 120 ml of toluene. After stirring at 145 占 폚 for 3 hours, the temperature was raised to 165 占 폚, the toluene was evaporated completely, and further stirred for 24 hours while maintaining the temperature. The temperature was lowered to room temperature, filtered, and the filtrate was poured into methanol to obtain a precipitate. The precipitate obtained was washed once with hot methanol, filtered and dried in a vacuum oven. Through the above procedure, 42.8 g of the compound O1-OH (Mn = 5.6K) was obtained.

Figure 112014035515389-pat00012

Figure 112014035515389-pat00012

제조예Manufacturing example 3:  3: 가지결합Combination of branches 가능한 소수성 블록 중합체( Possible hydrophobic block polymers ( O1O1 )의 합성) Synthesis of

상기 제조예 2에 의해 합성된 O1-OH 10 g(1.79 mmol)을 2,5-디클로로-4'-플루오로벤조페논(2,5-dichloro-4'-fluorobenzophenone; 2,5-DCFBP) 1.21 g(4.48 mmol) 및 K2CO3 0.30 g(2.15 mmol)과 함께 100 ml DMAc(dimethylacetamide)와 50 ml 톨루엔에 녹였다. 145℃에서 3시간 동안 교반한 후, 온도를 165℃로 올려 톨루엔을 증발시켜 완전히 제거하고 온도를 유지하면서 24시간 동안 추가로 교반하였다. 온도를 상온으로 내기로 여과한 후 여과액을 메탄올에 부어 침전을 얻었다. 상기 수득한 침전은 고온의 메탄올로 한번 더 세척한 후 여과하여 진공 오븐에서 건조시켰다. 상기 과정을 통해 10.3 g의 화합물 O1을 수득하였다.10 g (1.79 mmol) of O1-OH synthesized in Preparation Example 2 was added to 2,5-dichloro-4'-fluorobenzophenone (2,5-DCFBP) 1.21 g (4.48 mmol) and K 2 CO 3 (0.30 g, 2.15 mmol) were dissolved in 100 ml of DMAc (dimethylacetamide) and 50 ml of toluene. After stirring at 145 占 폚 for 3 hours, the temperature was raised to 165 占 폚, the toluene was evaporated completely, and further stirred for 24 hours while maintaining the temperature. The reaction solution was filtered at room temperature, and the filtrate was poured into methanol to obtain a precipitate. The precipitate obtained was washed once with hot methanol, filtered and dried in a vacuum oven. Through the above procedure, 10.3 g of compound O1 was obtained.

Figure 112014035515389-pat00013

Figure 112014035515389-pat00013

제조예Manufacturing example 4: 소수성 블록 중합체( 4: Hydrophobic block polymer ( O2O2 )의 합성) Synthesis of

상기 제조예 2에 의해 합성된 O1-OH 10 g(1.79 mmol)을 4-클로로-4'-플루오로벤조페논(4-chloro-4'-fluorobenzophenone; CFBP) 1.05 g(4.48 mmol) 및 K2CO3 0.30 g(2.15 mmol)과 함께 100 ml DMAc(dimethylacetamide)와 50 ml 톨루엔에 녹였다. 145℃에서 3시간 동안 교반한 후, 온도를 165℃로 올려 톨루엔을 증발시켜 완전히 제거하고 온도를 유지하면서 24시간 동안 추가로 교반하였다. 온도를 상온으로 내기로 여과한 후 여과액을 메탄올에 부어 침전을 얻었다. 상기 수득한 침전은 고온의 메탄올로 한번 더 세척한 후 여과하여 진공 오븐에서 건조시켰다. 상기 과정을 통해 10.4 g의 화합물 O2를 수득하였다.The O1-OH 10 g (1.79 mmol ) synthesized in Preparative Example 2 4-Chloro-4'-fluoro Robben non jope (4-chloro-4'-fluorobenzophenone ; CFBP) 1.05 g (4.48 mmol) and K 2 Was dissolved in 100 ml of DMAc (dimethylacetamide) and 50 ml of toluene together with 0.30 g (2.15 mmol) of CO 3 . After stirring at 145 占 폚 for 3 hours, the temperature was raised to 165 占 폚, the toluene was evaporated completely, and further stirred for 24 hours while maintaining the temperature. The reaction solution was filtered at room temperature, and the filtrate was poured into methanol to obtain a precipitate. The precipitate obtained was washed once with hot methanol, filtered and dried in a vacuum oven. Through the above procedure, 10.4 g of compound O2 was obtained.

Figure 112014035515389-pat00014

Figure 112014035515389-pat00014

제조예Manufacturing example 5: 부분적으로  5: Partially 가지결합된Branch 블록 공중합체( Block copolymer ( P1P1 -- P3P3 )의 합성 및 이를 이용한 고분자 막의 제조) And preparation of polymer membrane using the same

Figure 112014035515389-pat00015

Figure 112014035515389-pat00015

<< P1P1 의 합성>Synthesis of &gt;

0.17 g의 NiBr2, 1.5 g의 트리페닐포스핀(triphenylphosphine) 및 3.2 g의 아연을 10 ml의 DMAc에 녹인 후, 80℃에서 30분 동안 교반하고 상기 제조예 1, 3 및 4에서 각각 제조한 친수성 단량체(2,5-SDCBP; M1) 4g, 가지결합 가능한 소수성 블록 중합체(O1) 0.13 g 및 소수성 블록 중합체(O2) 1.2 g을 20ml의 DMAc에 녹인 용액을 첨가하였다. 온도를 유지하면서 약 8시간 동안 추가적으로 교반하고 온도를 상온으로 낮춘 후 에탄올-염산 혼합용액(9:1, v/v)에 부어 아연을 제거한 후 고온의 에탄올과 고온의 증류수로 세척하였다. 합성된 블록 공중합체는 80℃의 진공에서 건조시켜 3.2 g의 고분자(P1)를 수득하였다. 상기 고분자는 나트륨 염의 형태로 제조되었다. Mn=77.8 kg/mol, Mw=168.4 kg/mol.0.17 g of NiBr 2 , 1.5 g of triphenylphosphine and 3.2 g of zinc were dissolved in 10 ml of DMAc, and the mixture was stirred at 80 ° C for 30 minutes to obtain a solution prepared in Preparation Examples 1, 3 and 4, respectively A solution obtained by dissolving 4 g of a hydrophilic monomer (2,5-SDCBP; M1), 0.13 g of an oligomerizable hydrophobic block polymer (O1) and 1.2 g of a hydrophobic block polymer (O2) in 20 ml of DMAc was added. The mixture was further stirred for about 8 hours while maintaining the temperature, and the temperature was lowered to room temperature. The mixture was poured into an ethanol / hydrochloric acid mixed solution (9: 1, v / v) to remove zinc and washed with hot ethanol and hot distilled water. The synthesized block copolymer was dried at 80 DEG C under vacuum to obtain 3.2 g of a polymer (P1). The polymer was prepared in the form of a sodium salt. Mn = 77.8 kg / mol, Mw = 168.4 kg / mol.

합성된 P1 고분자는 1H NMR을 통해 동정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
The synthesized P1 polymer was identified by 1 H NMR and the results are shown in Fig.

<< P2P2 의 합성>Synthesis of &gt;

0.17 g의 NiBr2, 1.5 g의 트리페닐포스핀(triphenylphosphine) 및 3.2 g의 아연을 10 ml의 DMAc에 녹인 후, 80℃에서 30분 동안 교반하고 상기 실시예 1, 3 및 4에서 각각 제조한 친수성 단량체(2,5-SDCBP; M1) 4g, 가지결합 가능한 소수성 블록 중합체(O1) 0.39 g 및 소수성 블록 중합체(O2) 0.94 g을 20ml의 DMAc에 녹인 용액을 첨가하였다. 온도를 유지하면서 약 8시간 동안 추가적으로 교반하고 온도를 상온으로 낮춘 후 에탄올-염산 혼합용액(9:1, v/v)에 부어 아연을 제거한 후 고온의 에탄올과 고온의 증류수로 세척하였다. 합성된 블록 공중합체는 80℃의 진공에서 건조시켜 3.4 g의 고분자(P2)를 수득하였다. 상기 고분자는 나트륨 염의 형태로 제조되었다. Mn=89.6 kg/mol, Mw=242.8 kg/mol.0.17 g of NiBr 2 , 1.5 g of triphenylphosphine and 3.2 g of zinc were dissolved in 10 ml of DMAc, and the mixture was stirred at 80 ° C for 30 minutes to prepare a solution prepared in each of Examples 1, 3 and 4 A solution of 4 g of a hydrophilic monomer (2,5-SDCBP; M1), 0.39 g of an oligomerizable hydrophobic block polymer (O1) and 0.94 g of a hydrophobic block polymer (O2) in 20 ml of DMAc was added. The mixture was further stirred for about 8 hours while maintaining the temperature, and the temperature was lowered to room temperature. The mixture was poured into an ethanol / hydrochloric acid mixed solution (9: 1, v / v) to remove zinc and washed with hot ethanol and hot distilled water. The synthesized block copolymer was dried in a vacuum of 80 캜 to obtain 3.4 g of a polymer (P2). The polymer was prepared in the form of a sodium salt. Mn = 89.6 kg / mol, Mw = 242.8 kg / mol.

합성된 P2 고분자는 1H NMR을 통해 동정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
The synthesized P2 polymer was identified by 1 H NMR and the results are shown in FIG.

<< P3P3 의 합성>Synthesis of &gt;

0.17 g의 NiBr2, 1.5 g의 트리페닐포스핀(triphenylphosphine) 및 3.2 g의 아연을 10 ml의 DMAc에 녹인 후, 80℃에서 30분 동안 교반하고 상기 실시예 1, 3 및 4에서 각각 제조한 친수성 단량체(2,5-SDCBP; M1) 4g, 가지결합 가능한 소수성 블록 중합체(O1) 0.17 g 및 소수성 블록 중합체(O2) 1.6 g을 20ml의 DMAc에 녹인 용액을 첨가하였다. 온도를 유지하면서 약 8시간 동안 추가적으로 교반하고 온도를 상온으로 낮춘 후 에탄올-염산 혼합용액(9:1, v/v)에 부어 아연을 제거한 후 고온의 에탄올과 고온의 증류수로 세척하였다. 합성된 블록 공중합체는 80℃의 진공에서 건조시켜 3.2 g의 고분자(P3)를 수득하였다. 상기 고분자는 나트륨 염의 형태로 제조되었다. Mn=74.6 kg/mol, Mw=172.4 kg/mol.0.17 g of NiBr 2 , 1.5 g of triphenylphosphine and 3.2 g of zinc were dissolved in 10 ml of DMAc, and the mixture was stirred at 80 ° C for 30 minutes to prepare a solution prepared in each of Examples 1, 3 and 4 A solution of 4 g of a hydrophilic monomer (2,5-SDCBP; M1), 0.17 g of a bondable hydrophobic block polymer (O1) and 1.6 g of a hydrophobic block polymer (O2) in 20 ml of DMAc was added. The mixture was further stirred for about 8 hours while maintaining the temperature, and the temperature was lowered to room temperature. The mixture was poured into an ethanol / hydrochloric acid mixed solution (9: 1, v / v) to remove zinc and washed with hot ethanol and hot distilled water. The synthesized block copolymer was dried at 80 DEG C under vacuum to obtain 3.2 g of a polymer (P3). The polymer was prepared in the form of a sodium salt. Mn = 74.6 kg / mol, Mw = 172.4 kg / mol.

합성된 P3 고분자는 1H NMR을 통해 동정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
The synthesized P3 polymer was identified by 1 H NMR and the results are shown in FIG.

<고분자 막의 제조>&Lt; Preparation of polymer membrane &

상기 합성된 고분자 P1 내지 P3을 각각 0.5 g 씩 5 ml의 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 녹여 실리콘 주형에 부어 80℃에서 24시간 동안 건조시켜 막을 얻었다. 상기 제조된 막은 1.5 M 황산 수용액과 증류수에 각각 24시간 동안 담가 나트륨 염 형태로 제조된 고분자 막을 상기 화학식(P1 내지 P3)의 프로톤 형태로 전환하였다.
Each of the synthesized polymers P1 to P3 was dissolved in 5 ml of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in an amount of 0.5 g each, and the polymer was poured into a silicone mold and dried at 80 DEG C for 24 hours to obtain a membrane. The membrane thus prepared was converted into a protonic form of the above formula (P1 to P3) in a 1.5 M sulfuric acid aqueous solution and distilled water for 24 hours, respectively, in the form of a sodium salt.

실험예Experimental Example 1: 부분적으로  1: Partially 가지결합된Branch 블록 공중합체( Block copolymer ( P1P1 -- P3P3 )로 제조된 고분자 막의 특성 비교Comparison of Characteristics of Polymer Membranes Prepared by

상기 제조예 5에 기재된 방법으로 제조된 고분자 막(P1 내지 P3)과 비교예로서 상용화되는 나피온212 고분자 막의 물성을 측정하여 비교하였다.The physical properties of the polymer membranes (P1 to P3) prepared by the method described in Production Example 5 and the Nafion 212 polymer membranes commercialized as Comparative Examples were measured and compared.

먼저, AC 임피던스 분석기(Solatron 1280, Impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 25℃ 및 80℃ 온도의 100% 상대습도 하에서 양성자(proton) 전도도를 측정하였다. Four prove conductivity cell을 이용하여 0.1 내지 20 kHz 범위에서 동일한 위상(in-phase) 방향으로 측정하였다. 측정 전 항온항습 챔버에서 30분간 온도를 유지시켰으며 하기의 식으로 전도도를 계산하였다.First, the proton conductivity was measured at 100% relative humidity at 25 ° C and 80 ° C using an AC impedance analyzer (Solatron 1280, Impedance / gain phase analyzer). Four prove conductivity cells were measured in the in-phase direction in the range of 0.1 to 20 kHz. The temperature was maintained for 30 minutes in the thermo-hygrostat chamber before measurement, and the conductivity was calculated by the following equation.

Figure 112014035515389-pat00016
Figure 112014035515389-pat00016

이때, I는 전극사이의 거리, R은 막의 임피던스, S는 양성자가 이동하는 표면적을 나타낸다.Where I is the distance between the electrodes, R is the impedance of the film, and S is the surface area over which the protons move.

다음으로 치수 변화도를 측정하였다. 치수 변화도를 측정하기 위하여 제조된 막을 24시간 동안 증류수에 담근 후 젖은 막의 부피(Vwet)를 측정하고 상기 젖은 막을 120℃에서 24시간 동안 다시 진공건조시켜 부피(Vdry)를 측정하였다. 이들 측정된 수치를 하기 식에 대입하여 치수 변화도를 계산하였다.Next, the degree of dimensional change was measured. The volume of the wet film (V wet ) was measured after immersing the membrane in distilled water for 24 hours to measure the degree of dimensional change, and the wet film was vacuum dried again at 120 ° C for 24 hours to measure the volume (V dry ). These measured values were substituted into the following equations to calculate the degree of dimensional change.

Figure 112014035515389-pat00017
Figure 112014035515389-pat00017

마지막으로 물 흡수율(water uptake; WU)을 측정하였다. 상기 물 흡수율은 상기 젖은 상태의 막의 질량(Wwet) 및 건조된 막의 질량(Wdry)을 측정하여 하기의 식을 이용하여 계산하였다.Finally, water uptake (WU) was measured. The water absorption rate was calculated by measuring the mass of the wet film (W wet ) and the mass of the dried film (W dry ) using the following equation.

Figure 112014035515389-pat00018
Figure 112014035515389-pat00018

분자량은 고유점도를 측정하여 환산하였다. 고유점도를 측정하기 위하여 상기 제조된 고분자를 NMP에 녹여 0.5 g/dl의 농도로 제조한 용액의 점도를 25℃ 항온조 안에서 우베로드 점도계를 이용하여 측정하였다.
The molecular weight was measured by measuring intrinsic viscosity. In order to measure the intrinsic viscosity, the prepared polymer was dissolved in NMP and the viscosity of the solution prepared at a concentration of 0.5 g / dl was measured in a 25 ° C. thermostat using a Ube load viscometer.

이와 같이 얻은 결과를 종합하여 하기 표 1에 나타내었다.The results thus obtained are summarized in Table 1 below.

Figure 112014035515389-pat00019
Figure 112014035515389-pat00019

실시예Example 1: 부분적으로  1: Partially 가지결합된Branch 블록 공중합체( Block copolymer ( P1P1 )로 제조된 고분자 막을 구비한 ) &Lt; / RTI &gt; 레독스Redox 플로우Flow 전지의 구성 및 성능평가 Battery configuration and performance evaluation

상기 제조예에 따라 제조된 P1 내지 P3 고분자를 포함하는 55 μm 두께의 프로톤 형태의 이온교환막 중 P1 고분자를 포함하는 막을 70 mm×50 mm 크기로 잘라 도 1과 같이 제작된 싱글셀(single cell)에 장착(11)하여 셀의 충/방전 시험 및 효율을 측정하여 그 결과를 도 5 내지 7에 나타내었다.The membrane containing the P1 polymer was cut into a size of 70 mm × 50 mm out of the 55 μm thick proton-type ion exchange membrane containing the P1 to P3 polymer prepared according to the above Preparation Example, (11), and the charge / discharge test and efficiency of the cell were measured. The results are shown in FIGS. 5 to 7.

구체적으로 상기 싱글셀은 양극과 음극 물질로 각각 열 및 산으로 처리한 5 mm 두께의 탄소펠트(carbon felt)를 사용하였다. 전극프레임(electrode frame) 물질은 아크릴을 사용하였으며, 종판(end plate) 물질로는 헥시온 사의 bakelite를 사용하였다. 양극 전해질로는 V(IV)/V(V) 산화환원쌍(redox couple)을, 음극 전해질로는 V(II)/V(III) 산화환원쌍을 사용하였다.Specifically, the single cell was made of carbon felt having a thickness of 5 mm, which was treated with an anode and a cathode material by heat and acid, respectively. The electrode frame material was acrylic and the end plate material was Hexion bakelite. V (IV) / V (V) redox couple was used as the anode electrolyte and V (II) / V (III) redox couple was used as the cathode electrolyte.

아울러 이온교환막으로서 치수안정성 향상을 위해 폴리이미드(polyimide; PI) 재질의 나노웰 지지체에 P1을 함침시켜 제조한 강화복합막을 도입한 싱글셀(P1+나노웹)을 동일한 조건으로 제작하였다. 비교예로는 종래 레독스 플로우 전지에 이온전도체로 널리 사용되고 있는 나피온을 이온교환막으로 도입한 싱글셀(Nafion 212)을 동일한 방법으로 제조하였다. 상기 P1 고분자로 제조한 이온교환막(P1) 및 P1을 포함하는 강화복합막(P1+나노웹)을 구비한 싱글셀과 나피온 이온교환막(Nafion 212)을 구비한 싱글셀에 대해 동일한 조건에서 동일한 방법으로 충/방전 시험 및 효율을 측정하여 성능을 비교하고 그 결과를 도 8에 나타내었다. 표 2에는 각 싱글셀의 성능을 수치로 비교하여 정리하였다.In order to improve the dimensional stability of the ion exchange membrane, a single cell (P1 + nanoweb) with a reinforced composite membrane prepared by impregnating a niobium support of polyimide (PI) with P1 was fabricated under the same conditions. As a comparative example, a single cell (Nafion 212) in which Nafion, which is widely used as an ion conductor in a conventional redox flow cell, was introduced as an ion exchange membrane was prepared by the same method. The single cell equipped with the ion-exchange membrane (P1) made of the P1 polymer and the reinforced composite membrane (P1 + nano-web) including P1 and the Nafion 212 having the Nafion 212 were subjected to the same method The charge / discharge test and the efficiency were measured to compare the performance. The results are shown in FIG. Table 2 compares the performance of each single cell with numerical values.

Figure 112014035515389-pat00020
Figure 112014035515389-pat00020

상기 싱글셀의 성능 평가를 위한 구동시험은 상온 즉, 25℃에서 수행하였다. 전해질의 흐름속도는 40 ml/min으로 고정하였다. 충전은 50 mA/cm2의 전류밀도로 1.6 V까지 진행하였고, 방전은 동일한 전류밀도로 1.0 V까지 진행하였다. 모든 싱글셀은 내구성을 테스트하기 위하여 충/방전을 100회 반복하여 수행하였다.The driving test for evaluating the performance of the single cell was performed at room temperature, i.e., at 25 캜. The flow rate of the electrolyte was fixed at 40 ml / min. The charge proceeded to 1.6 V with a current density of 50 mA / cm 2 and the discharge proceeded to 1.0 V with the same current density. All single cells were charged / discharged 100 times in order to test the durability.

도 5 내지 7에 나타난 바와 같이, P1 이온교환막을 구비한 싱글셀은 수십회 충/방전을 반복하여도 우수한 셀성능을 나타내며, 높은 수준의 에너지 효율(energy efficiency; EE), 전기량 효율(coulombic efficiency; CE) 및 전압 효율(voltage efficiency; VE)을 유지할 뿐만 아니라 방전전하량 보존율도 높은 높아 70회 이상 반복하여 사용하여도 80% 이상의 보존율을 나타내었다.As shown in FIGS. 5 to 7, a single cell having a P1 ion exchange membrane exhibits excellent cell performance even when it is repeatedly charged / discharged dozens of times, and has a high level of energy efficiency (EE), coulombic efficiency (CE) and voltage efficiency (VE) as well as the discharge charge retention ratio was high, and even when used repeatedly 70 times or more, the retention ratio was 80% or more.

P1을 포함하는 강화복합막 및 나피온 212 이온교환막을 구비한 싱글셀과 셀성능 및 방전전하량 보존율을 비교하였을 때, 도 8에 나타난 바와 같이, P1 이온교환막 또는 P1 강화복합막을 구비한 싱글셀은 종래 상용화된 나피온 212 이온교환막을 구비한 싱글셀과 비교하여 유사하거나 높은 값을 나타내었으며, 보다 높은 방전전하 보존율을 나타내었다. 특히 충/방전을 거듭함에 따라 모든 셀의 성능이 감소하는 경향을 보이기는 하나 P1 또는 P1 강화복합막을 구비한 셀의 성능감소율이 나피온을 구비한 셀의 경우보다 완만하여 70회 충/방전을 반복한 셀에서는 P1 이온교환막을 구비한 셀이 보다 높은 성능을 나타내었다. 즉, P1은 이를 포함하는 이온교환막을 구비한 셀의 성능을 나피온을 구비한 셀과 비교하였을 때 거의 동등한 초기 방전전하 보존율을, 동등 이상의 중/장기 방전전하량 보존율을 나타내는 우수한 이온전도체이다. 다만, 70회 반복한 셀에서 P1 강화복합막을 구비한 셀의 성능이 급격히 저하된 것을 볼 수 있었는데, 방전전하량 보존율이 60회를 초과한 지점에서 급격히 감소하는 것으로 미루어 이러한 현상은 수십회 반복 사용으로 인한 막손상으로 인한 것으로 사료된다. 일례로 도 9에는 85회 이상 충/방전을 반복한 셀로부터 분리한 P1 강화복합막 이미지를 도시하였다. 이로부터 해당 강화복합막의 일부가 손상되었음을 확인하였고 이러한 막의 손상이 셀의 성능 및 방전전하량 보존율을 급격히 감소시킨 것을 유추할 수 있었다.
As shown in FIG. 8, when a single cell equipped with a reinforced composite membrane including P1 and a Nafion 212 ion exchange membrane was compared with a cell performance and discharge charge retention ratio, a single cell having a P1 ion exchange membrane or a P1- It showed a similar or high value as compared with the conventional single cell having Nafion 212 ion exchange membrane and exhibited a higher discharge charge retention ratio. In particular, although the performance of all cells tends to decrease with repeated charging / discharging, the performance decrease rate of the cell with P1 or P1 enhanced composite membrane is gentler than 70% Cells with a P1 ion exchange membrane showed higher performance in repeated cells. That is, P1 is an ion conductor excellent in the initial discharging charge retention ratio, which is almost equal to that of a cell equipped with an ion exchange membrane and having a comparable or better middle / long-term discharge charge retention ratio, when compared with a cell equipped with an ion exchange membrane. However, the performance of the cell equipped with the P1-reinforced composite membrane in the cell repeated 70 times was abruptly decreased, and the discharge charge retention rate rapidly decreased at a point exceeding 60 times. This phenomenon is repeatedly used Which may be due to membrane damage. For example, FIG. 9 shows an image of a P1-enhanced composite membrane separated from a cell in which charge / discharge was repeated 85 times or more. From this, it was confirmed that some of the reinforced composite membranes were damaged, and it was possible to deduce that the damage of the membranes drastically reduced the cell performance and the discharge charge retention ratio.

11: 격리막(이온교환막)
21: 양극
22: 음극
31: 양극 전해질 유입구
32: 양극 전해질 유출구
41: 음극 전해질 유입구
42: 음극 전해질 유출구
51: 셀 하우징
11: Separation membrane (ion exchange membrane)
21: anode
22: cathode
31: anode electrolyte inlet
32: anode electrolyte outlet
41: cathode electrolyte inlet
42: cathode electrolyte outlet
51: cell housing

Claims (16)

부분 가지형 블록 공중합체(partially branched multiblock copolymer)를 포함하는 이온전도성 고분자로부터 제조된 레독스 플로우 전지용 격리막으로서,
상기 부분 가지형 블록 공중합체는 친수성 제1 고분자로 된 제1 블록; 주사슬 상에 곁가지를 형성하는 분기점(branching point)을 형성하도록 양 말단에 각각 중합 반응에 참여하는 2개 이상의 반응기를 갖는 소수성 제2 고분자로부터 유래된 제2 블록; 및 선택적으로 소수성 제3 고분자로 된 제3 블록을 포함하고,
상기 제1 블록은 하기 화학식 1로 표시되며,
상기 소수성 제2 블록은 하기 화학식 2로 표시되고,
상기 제3 블록은 하기 화학식 3으로 표시되는 것이 특징인 격리막:
[화학식 1]
Figure 112014035515389-pat00021

[화학식 2]
Figure 112014035515389-pat00022

[화학식 3]
Figure 112014035515389-pat00023

상기 화학식 1에서,
A는 단일결합 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-;
B 및 B'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR13-이며, 이때 R13은 C1 내지 C6 알킬기;
M은 수소원자 또는 알칼리 금속;
Ar은 1개 이상의 술폰산기(-SO3H) 또는 이의 알칼리 금속염으로 치환된 방향족 분자 또는 방향족 분자 그룹;
a 및 b는 각각 0 내지 10에 속하는 정수,
k는 1 내지 4에 속하는 정수,
c는 1 내지 10,000에 속하는 정수이고,

상기 화학식 2 또는 화학식 3에서,
R1 내지 R4 및 R1' 내지 R4'은 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기;
D1, D2, D1' 및 D2'은 각각 독립적으로 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR14-이며, 이때 R14은 C1 내지 C6 알킬기;
J1, J2, J1' 및 J2'은 각각 독립적으로 단일결합 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-,
E 및 E'은 각각 독립적으로 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR15-이며, 이때 R15은 C1 내지 C6 알킬기;
Ar 및 Ar'은 각각 독립적으로 비치환 또는 적어도 하나의 할로겐원자(-X), 알킬기 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 및 -O-퍼플루오로아릴기로 구성된 군으로부터 선택되는 작용기로 치환된 아릴기, 나프틸기, 안트라세닐기,
Figure 112014035515389-pat00024
또는
Figure 112014035515389-pat00025
,
이때, P 및 P'은 각각 독립적으로 단일결합, 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 -NR16-(R16은 C1 내지 C6 알킬기)로부터 선택된 기, 또는 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2-, -(C(CH3)2)- 또는 -(C(CF3)2)-,
R5 내지 R12 및 R5' 내지 R12'는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, 알릴기, 시안기, 아릴기, 술폰산기, 인산기, 아세트산기, 니트로기, 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기일 수 있으며,

상기 화학식 1 내지 3에서 술폰산기, 인산기 및 아세트산기는 알칼리 금속염의 형태일 수 있으며;
p 및 p'은 각각 1 내지 1000에 속하는 정수,
q 및 q'은 각각 0 내지 5에 속하는 정수,
w 및 w'은 각각 1 내지 10에 속하는 정수임.
A separator for a redox flow cell produced from an ion conductive polymer comprising a partially branched multiblock copolymer,
Wherein the partially branched block copolymer comprises a first block made of a hydrophilic first polymer; A second block derived from a hydrophobic second polymer having two or more reactors respectively participating in a polymerization reaction at both ends so as to form a branching point forming a side chain on the main chain; And a third block, optionally made of a hydrophobic third polymer,
Wherein the first block is represented by the following Formula 1,
Wherein the hydrophobic second block is represented by the following general formula (2)
Wherein the third block is represented by the following chemical formula 3:
[Chemical Formula 1]
Figure 112014035515389-pat00021

(2)
Figure 112014035515389-pat00022

(3)
Figure 112014035515389-pat00023

In Formula 1,
A is a single bond or an electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2 ) -, -CF 2 - or - (C (CF 3 ) 2 ) -;
B and B 'each independently represent -O-, -S-, -NH- or -NR 13 - as a single bond or electron donor group, wherein R 13 is a C 1 to C 6 alkyl group;
M is a hydrogen atom or an alkali metal;
Ar is an aromatic molecule or aromatic molecule group substituted with at least one sulfonic acid group (-SO 3 H) or its alkali metal salt;
a and b each represent an integer belonging to 0 to 10,
k is an integer belonging to 1 to 4,
c is an integer belonging to 1 to 10,000,

In Formula 2 or Formula 3,
R 1 to R 4 and R 1 'to R 4 ' each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkyl group substituted with a halogen, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, , Perfluoroalkyl groups, perfluoroalkylaryl groups optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms on the chain, perfluoroaryl groups or -O-perfluoroaryl groups;
D 1 , D 2 , D 1 'and D 2 ' are each independently -O-, -S-, -NH- or -NR 14 - as an electron donor group, wherein R 14 is a C 1 to C 6 alkyl group;
J 1, J 2, J 1 ' 2, and J' is a bond or an electron withdrawing group one are each independently - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -,
E and E 'are each independently -O-, -S-, -NH- or -NR 15 - as an electron donor group, wherein R 15 is a C 1 to C 6 alkyl group;
Ar and Ar 'each independently represent a group selected from the group consisting of an unsubstituted or substituted with at least one halogen atom (-X), an alkyl group halogen-substituted alkyl group, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, An aryl group substituted with a functional group selected from the group consisting of a perfluoroalkyl group, a perfluoroaryl group and an -O-perfluoroaryl group, optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atom in its chain, , A naphthyl group, an anthracenyl group,
Figure 112014035515389-pat00024
or
Figure 112014035515389-pat00025
,
P and P 'are each independently a single bond, a group selected from -O-, -S-, -NH- or -NR 16 - (R 16 is a C 1 to C 6 alkyl group) as an electron donor group, a - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 -, - (C (CH 3) 2) - or - (C (CF 3) 2 ) - ,
R 5 to R 12 and R 5 'to R 12 ' each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkyl group substituted with a halogen, an allyl group, a cyano group, an aryl group, a sulfonic acid group, , A perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group optionally containing one or more oxygen, nitrogen or sulfur atoms in its chain, a perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group,

In the above formulas (1) to (3), the sulfonic acid group, phosphoric acid group and acetic acid group may be in the form of an alkali metal salt;
p and p 'each represent an integer belonging to 1 to 1000,
q and q 'each represent an integer belonging to 0 to 5,
w and w 'are integers belonging to 1 to 10, respectively.
제1항에 있어서,
제1 블록 내지 제3 블록은 랜덤(random), 교차(alternating), 블록(block) 또는 순차적(sequential)으로 배열된 것이 특징인 격리막.
The method according to claim 1,
Wherein the first to third blocks are arranged in a random, alternating, block, or sequential manner.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 Ar은 하나 이상의 술폰산기 또는 이의 알칼리 금속염이 치환된 페닐, 나프틸, 티오페닐 또는 피리디닐인 것인 격리막.
The method according to claim 1,
Ar in Formula 1 is phenyl, naphthyl, thiophenyl or pyridinyl substituted with at least one sulfonic acid group or an alkali metal salt thereof.
제1항에 있어서,
상기 이온전도성 고분자는 10,000 내지 1,000,000의 수평균 분자량(Mn; number-average molecular weight) 또는 10,000 내지 10,000,000의 중량평균 분자량(Mw; weight-average molecular weight)을 갖는 것인 격리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ion conductive polymer has a number-average molecular weight (M n ) of 10,000 to 1,000,000 or a weight-average molecular weight (M w ) of 10,000 to 10,000,000.
제1항에 있어서,
상기 부분 가지형 블록 공중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 것인 격리막:
[화학식 4]
Figure 112014035515389-pat00026

화학식 4에서 각 문자는 청구항 1에 기재된 바와 같고,
l과 m은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이며, n은 0 이상의 정수임.
The method according to claim 1,
Wherein the partial branched block copolymer has a skeleton containing a repeating unit represented by the following formula (4):
[Chemical Formula 4]
Figure 112014035515389-pat00026

Each letter in formula (4) is as defined in claim 1,
l and m are each independently an integer of 1 or more, and n is an integer of 0 or more.
제5항에 있어서,
상기 부분 가지형 블록 공중합체 내에서 l:m+n(몰비)는 0.1:1 내지 100:1인 것인 격리막.
6. The method of claim 5,
Wherein the partial branched block copolymer has l: m + n (molar ratio) of 0.1: 1 to 100: 1.
제5항에 있어서,
0.5 ≤ n/(m+n) < 1 인 격리막.
6. The method of claim 5,
0.5? N / (m + n) <1.
제1항에 있어서,
A는 -(C=O)-;
Ar은 1개의 술폰산기 또는 이의 나트륨염으로 치환된 페닐;
a 및 b는 각각 0이고,
R1 내지 R4, 및 R1' 내지 R4'은 모두 수소원자;
D1, D2, D1' 및 D2'은 모두 -O-;
J1, J2, J1' 및 J2'은 모두 -(C=O)-;
E 및 E'은 -O-;
Ar' 및 Ar''은 각각
Figure 112014035515389-pat00027
Figure 112014035515389-pat00028
로서, P는 -(SO2)-, R5 내지 R12, 및 R5' 내지 R12'은 모두 수소원자;
w=2이며,
q=1인 격리막.
The method according to claim 1,
A is - (C = O) -;
Ar is phenyl substituted with one sulfonic acid group or its sodium salt;
a and b are each 0,
R 1 to R 4 , and R 1 'to R 4 ' are both hydrogen atoms;
D 1 , D 2 , D 1 'and D 2 ' are both -O-;
J 1 , J 2 , J 1 'and J 2 ' are both - (C═O) -;
E and E 'are -O-;
Ar ' and Ar ''
Figure 112014035515389-pat00027
And
Figure 112014035515389-pat00028
, P is - (SO 2 ) -, R 5 to R 12 , and R 5 'to R 12 ' are both hydrogen atoms;
w = 2,
q = 1.
제1항에 있어서,
상기 격리막은 이온전도성 고분자 자체를 성형한 고분자막 또는 이온전도성 고분자를 나노웹 지지체에 함침시켜 제조한 복합막인 것인 격리막.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane is a composite membrane formed by impregnating a nanoparticle support with a polymer membrane or an ion conductive polymer forming the ion conductive polymer itself.
제9항에 있어서,
상기 나노웹 지지체는 폴리이미드, 폴리메틸펜텐, 폴리에스터, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐디플루오라이드, 나일론, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 재질의 지지체인 것인 격리막.
10. The method of claim 9,
Wherein the nano web support is selected from the group consisting of polyimide, polymethylpentene, polyester, polyacrylonitrile, polyvinylamide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl fluoride, polyvinyl difluoride, nylon, polybenzoxazole, polyethylene terephthalate , Polytetrafluoroethylene, polyarylene ether sulfone, polyether ether ketone, and combinations thereof.
양극, 양극 전해질, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 격리막, 음극 전해질 및 음극을 구비한 레독스 플로우 전지.
A redox flow battery comprising a positive electrode, a positive electrode electrolyte, a separation membrane according to any one of claims 1 to 10, a negative electrode electrolyte and a negative electrode.
제11항에 있어서,
상기 레독스 플로우 전지는 소정의 크기를 갖는 셀하우징(51),
상기 셀하우징의 중심을 가로지르며 설치된 이온교환막(11),
셀하우징 내부의 상기 이온교환막에 의해 분리된 좌/우 양쪽에 각각 위치하는 양극(21) 및 음극(22) 전극,
상기 양극전극이 위치한 쪽의 셀하우징의 상/하단에 형성되어 양극전극에 사용되는 전해액의 유입 및 유출을 수행하는 양극 전해질 유입구(31) 및 양극 전해질 유출구(32),
상기 음극전극이 위치한 쪽의 셀하우징의 상/하단에 형성되어 음극전극에 사용되는 전해액의 유입 및 유출을 수행하는 음극 전해질 유입구(41) 및 음극 전해질 유출구(42)를 구비한 레독스 플로우 전지.
12. The method of claim 11,
The redox flow battery includes a cell housing 51 having a predetermined size,
An ion exchange membrane 11 disposed across the center of the cell housing,
An anode (21) and a cathode (22) electrode located on both left and right sides separated by the ion exchange membrane inside the cell housing,
A positive electrode electrolyte inlet 31 and a positive electrode electrolyte outlet 32 formed at the upper and lower ends of the cell housing on the side where the positive electrode is located to perform the inflow and outflow of the electrolyte used for the positive electrode,
And a negative electrode electrolyte inlet (41) and a negative electrode electrolyte outlet (42) formed at the upper and lower ends of the cell housing on the side of the cathode electrode to perform the inflow and outflow of the electrolyte used for the negative electrode.
제11항에 있어서,
상기 양극 전해질로 V(IV)/V(V) 레독스 커플을, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용하는 전바나듐계 레독스 전지인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the cathode is a pre-vanadium-based redox battery using a V (IV) / V (V) redox couple as the positive electrode electrolyte and a V (II) / V (III) redox couple as a negative electrode electrolyte. battery.
제11항에 있어서,
상기 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용하는 바나듐계 레독스 전지인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the cathode is a vanadium-based redox battery in which a halogen redox couple is used as the positive electrode electrolyte and a redox couple of V (II) / V (III) is used as a negative electrode electrolyte.
제11항에 있어서,
상기 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 설파이드 레독스 커플을 사용하는 폴리설파이드브로민 레독스 전지인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
12. The method of claim 11,
Characterized in that the battery is a polysulfide bromine redox battery using a halogen redox couple as the positive electrode electrolyte and a sulfide redox couple as the negative electrode electrolyte.
제11항에 있어서,
상기 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을, 음극 전해질로 아연(Zn) 레독스 커플을 사용하는 아연-브로민(Zn-Br) 레독스 전지인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the battery is a zinc-bromine (Zn-Br) redox battery using a halogen redox couple as the positive electrode electrolyte and a zinc redox couple as a negative electrode electrolyte.
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