KR101794320B1 - Crosslinker for ion exchangable polymer for vanadium redox flow battery, ion exchangable-crosslinked polymer for vanadium redox flow battery crosslinked by the crosslinker and use thereof - Google Patents

Crosslinker for ion exchangable polymer for vanadium redox flow battery, ion exchangable-crosslinked polymer for vanadium redox flow battery crosslinked by the crosslinker and use thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자끌게기를 갖는, 이온교환성 고분자용 가교제, 상기 가교제에 의해 가교된 이온전도성 가교 고분자 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 또는 2차 아민 가교제로서 이온교환성 작용기의 형성 없이 가교만을 할 수 있고 전자끌게기를 가져 제막시 급격한 가교 반응을 억제하여 막의 형태 변화를 방지할 수 있어 특히, water uptake, conductivity 등의 막(membrane)의 기능에는 영향 없이 가교로 인한 치수 안정성(dimension stability) 및 기계적 안정성(mechanical stability)을 향상시키고 음이온 교환 작용기의 조절에 용이한 이온교환성 고분자용 가교제, 상기 가교제에 의해 가교된 이온전도성 가교 고분자 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a crosslinking agent for an ion-exchange polymer having an electron-withdrawing group, an ion-conducting crosslinking polymer crosslinked by the crosslinking agent, and a use thereof, and more particularly to a method for forming an ion-exchange functional group as a primary or secondary amine crosslinking agent It is possible to prevent the change of the membrane shape by suppressing the rapid crosslinking reaction at the time of film formation due to the presence of the electron attracting moiety. In particular, the dimensional stability due to crosslinking stability, mechanical stability, and ease of control of anion exchange groups, an ionically conductive crosslinked polymer crosslinked by the crosslinking agent, and a use thereof.

Description

바나듐 레독스 플로우전지용 이온교환성 고분자용 가교제, 상기 가교제에 의해 가교된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자 및 이의 용도{Crosslinker for ion exchangable polymer for vanadium redox flow battery, ion exchangable-crosslinked polymer for vanadium redox flow battery crosslinked by the crosslinker and use thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a crosslinking agent for an ion-exchange polymer for a vanadium redox flow cell, an ion-conductive crosslinking polymer for a vanadium redox flow-type crosslinked by the crosslinking agent, and a use thereof for a crosslinkable polymer for vanadium redox flow battery crosslinked by the crosslinker and use thereof.

본 발명은 전자끌게기를 갖는, 바나듐 레독스 플로우전지용 이온교환성 고분자용 가교제, 상기 가교제에 의해 가교된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a crosslinking agent for an ion-exchange polymer for a vanadium redox flow cell having an electron-attracting group, an ion-conductive crosslinking polymer for a vanadium redox flow battery crosslinked by the crosslinking agent, and a use thereof.

화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 문제를 해결하기 위하여 사용효율을 향상시킴으로써 화석연료를 절약하거나 재생가능한 에너지를 보다 많은 분야에 적용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 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.

그 중 하나로 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 활용하고자 하는 노력이 지속되고 있다. 특히 레독스 플로우 전지(RFB; Redox Flow Battery)는 전해질의 전기화학적인 가역반응에 의한 충전과 방전을 반복하여 에너지를 장기간 저장하여 사용할 수 있는 2차전지로서, 전지의 용량과 출력 특성을 각각 좌우하는 스택과 전해질 탱크가 서로 독립적으로 구성되어 있어 전지 설계가 자유로우며 설치 공간 제약도 적은 장점이 있어 이에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.As one of them, a rechargeable battery provides a simple and efficient electric storage method, so that it is miniaturized to increase the mobility, and efforts to utilize it as an auxiliary power source for an intermittent auxiliary power or a power source of a small household appliance such as a laptop, a tablet PC, . In particular, a redox flow battery (RFB) is a secondary battery which can store and use energy for a long period of time by repeatedly charging and discharging by an electrochemical reversible reaction of an electrolyte. And the electrolytic tanks are independent of each other. Therefore, the battery design is free and the installation space is limited.

이러한 2차 전지에 사용되는 신재생에너지용 이온전도성 고분자막은 시스템의 핵심 화학소재이나 전량 수입에 의존하고 있을 뿐 아니라 매우 비싸기 때문에 국산화가 필요하다. The ion conductive polymer membrane for new and renewable energy used in such a secondary battery is not only dependent on the core chemical material of the system or the whole amount of the system, but is also very expensive, so localization is necessary.

현재 사용되는 이온교환소재는 과불소계 양이온교환소재인 나피온(Nafion)인데, 나피온(Nafion)은 초기성능 및 내구성이 우수하지만 매우 비싼 가격과 활물질의 높은 크로스오버(crossover)로 인해 실질적인 적용에 어려움이 있다. 특히, 연료전지와 같은 에너지변환시스템에 비해서 전체 시스템 가격 중 이온교환소재의 가격 비중이 더욱 큰 바나듐 레독스플로우전지(Vanadium Redox Flow Battery; VRFB)의 경우 분리막소재의 가격은 시스템의 상용화 및 생산에서 가장 중요한 요소이다. 또한 활물질(vanadium ion)의 crossover로 인한 성능의 지속적인 저하는 시스템 수명의 저하 뿐 아니라 활물질의 재생을 위한 추가적인 비용의 발생을 유발하는 문제가 있다. 이에 저가이면서도 활물질의 crossover가 낮은 분리막소재의 개발은 VRFB의 상용화를 위해 시급히 해결해야하는 과제로 여겨지고 있다.The presently used ion-exchange material is Nafion, a perfluorocyte cation exchange material. Nafion has excellent initial performance and durability, but at a very high price and a high crossover of active material, There is a difficulty. In particular, in the case of Vanadium Redox Flow Battery (VRFB), which has a higher ratio of ion-exchange materials in total system price than energy conversion systems such as fuel cells, It is the most important factor. Further, the continuous degradation of the performance due to the crossover of the vanadium ion causes a problem of causing not only the deterioration of the system life but also the additional cost for regenerating the active material. Therefore, the development of low-cost, low-crossover separator materials is considered to be urgently needed to commercialize VRFB.

이에 본 발명자들은 탄화수소계 고분자를 이용한 저가의 이온교환소재를 찾고자 예의 연구 노력한 결과, 반응성이 우수하고 가교프로세스가 간단한 아민계 가교제를 이용하여 치수안정성을 향상시킴으로서 내구성 뿐 아니라 활물질의 crossover를 감소시킬 수 있고, 이온교환그룹으로 음이온교환그룹을 도입함으로서 근본적으로 양이온인 활물질의 투과도를 낮출 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made intensive studies to find a low-cost ion-exchange material using a hydrocarbon-based polymer. As a result, they have found that by improving the dimensional stability using an amine-based crosslinking agent having excellent reactivity and a simple crosslinking process, the crossover of the active material can be reduced And that the permeability of the cationic active material can be lowered by introducing an anion exchange group into the ion exchange group, and the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 이온교환성 작용기의 형성 없이 가교만을 할 수 있고 제막시 급격한 가교 반응을 억제하여 막의 형태 변화를 방지할 수 있는 바나듐 레독스 플로우전지용 이온교환성 고분자용 가교제, 상기 가교제에 의해 가교된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자 및 이의 용도를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a crosslinking agent for an ion exchangeable polymer for a vanadium redox flow cell which can only crosslink without formation of an ion exchangeable functional group and inhibit a rapid crosslinking reaction during film formation to prevent a change in the shape of the membrane, And an ion conductive crosslinked polymer for use in the vanadium redox flow battery.

본 발명의 제1양태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 바나듐 레독스 플로우전지용 이온교환성 가교 고분자용 가교제 조성물을 제공한다:A first aspect of the present invention provides a crosslinker composition for an ion-exchange crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery comprising a compound represented by the following formula (1): < EMI ID =

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112016034276621-pat00001
Figure 112016034276621-pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D 및 D’는 각각 독립적으로 -NH2 또는 -NHR이며, 상기 R은 C1 내지 C12의 알킬기이고;D and D 'are each independently -NH 2 or -NHR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이다.a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

본 발명의 제2양태는 이온전도성 고분자가 하기 화학식 2로 표시되는 가교 단위를 통해 가교된 것이 특징인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자를 제공한다:The second aspect of the present invention provides an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow cell, wherein the ion conductive polymer is crosslinked through a crosslinking unit represented by the following formula (2)

[화학식 2](2)

Figure 112016034276621-pat00002
Figure 112016034276621-pat00002

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기, 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or -NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group , An aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are a single bond, or -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as an electron donor, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

R9 내지 R16은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 9 to R 16 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00003
또는
Figure 112016034276621-pat00004
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00003
or
Figure 112016034276621-pat00004
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

x는 1 내지 10000의 정수이다.and x is an integer of 1 to 10000.

본 발명의 제3양태는 하기 화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 반복 단위를 포함하는 화합물을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a compound comprising a repeating unit represented by the following formula (4) or (5).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112016034276621-pat00005
Figure 112016034276621-pat00005

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112016034276621-pat00006
Figure 112016034276621-pat00006

상기 화학식 4 및 화학식 5에서, In the above formulas (4) and (5)

E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’는 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기 또는 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, Or an aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are a single bond, or -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as an electron donor, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

W1 내지 W8은 각각 독립적으로 수소원자; (CH2)hX (1≤h≤12)으로 표현되는 염화알킬기, 브롬화알킬기 또는 요오드화알킬기; 또는 에테르기 및 에스테르기를 포함하는 염화알킬기, 브롬화알킬기 또는 요오드화알킬기이며, 상기 X는 할로겐 원자이고;W 1 to W 8 each independently represent a hydrogen atom; A chlorinated alkyl group, a brominated alkyl group or an iodinated alkyl group represented by (CH 2 ) h X ( 1 ? H ? 12); Or an alkyl chloride group, brominated alkyl group or iodinated alkyl group containing an ether group and an ester group, X is a halogen atom;

R29 내지 R46 및 R35’내지 R46’은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 29 to R 46 and R 35 'to R 46 ' each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group , A C 2 to C 12 allyl group, a cyano group (-CN), a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, at least one oxygen, A perfluoroalkylaryl group, a perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00007
또는
Figure 112016034276621-pat00008
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00007
or
Figure 112016034276621-pat00008
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D’’과 D’’’은 각각 독립적으로 NH 또는 -NR이고, 상기 R은 C1 내지 C12 알킬기이며;D " and D "'are each independently NH or -NR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

x’는 1 내지 10000의 정수이고;x 'is an integer from 1 to 10000;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이고;a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.c, d, e and f are each independently an integer of 1 to 10000.

본 발명의 제4양태는 상기 제2양태에 따른 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자의 제조방법에 있어서, In a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to the second aspect,

할로겐화 고분자를 준비하는 제1단계;A first step of preparing a halogenated polymer;

상기 할로겐화 고분자에 하기 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 할로겐화 고분자의 일부 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자 사이의 가교 반응에 의해 가교형 중합체를 형성하는 제2단계; 및 A second step of adding a cross-linking agent represented by the following formula (1) to the halogenated polymer to form a cross-linked polymer by a cross-linking reaction between the halogenated polymers at some halogen functional sites of the halogenated polymer; And

상기 가교형 중합체의 잔여 할로겐 작용기를 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기로 치환시키는 제3단계를 포함하는, 제조방법을 제공한다:And a third step of replacing the residual halogen functionality of the crosslinking polymer with an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112016034276621-pat00009
Figure 112016034276621-pat00009

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D 및 D’는 각각 독립적으로 -NH2 또는 -NHR이며, 상기 R은 C1 내지 C12의 알킬기이고;D and D 'are each independently -NH 2 or -NHR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이다.a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

본 발명의 제5양태는 상기 제2양태에 따른 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자를 포함하는 막을 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a film comprising an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to the second aspect.

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

본 발명에서는 아민계 가교제로서 1차 또는 2차 아민 가교제를 사용하여 이온교환성 작용기의 형성 없이 가교만을 할 수 있다. 특히, water uptake, conductivity 등의 막(membrane)의 기능에는 영향 없이 가교로 인한 치수 안정성(dimension stability) 및 기계적 안정성(mechanical stability)을 향상시키고 음이온 교환 작용기의 조절에 용이하다는 장점이 있다.In the present invention, a primary or secondary amine cross-linking agent can be used as the amine-based cross-linking agent to perform crosslinking only without forming an ion-exchange functional group. In particular, it has an advantage that it improves the dimensional stability and mechanical stability due to crosslinking without affecting the functions of membranes such as water uptake and conductivity, and is easy to control the anion exchange function.

특히, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로서 "A" 위치에 전자끌게기를 갖는 방향족 1차 또는 2차 아민 가교제를 사용함으로써 제막시 급격한 가교 반응을 억제하여 막의 형태 변화를 방지할 수 있다.In particular, in the present invention, by using an aromatic primary or secondary amine crosslinking agent having an electron-withdrawing group at the "A" position as a compound represented by the following formula (1), it is possible to suppress the rapid crosslinking reaction during film formation,

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112016034276621-pat00010
Figure 112016034276621-pat00010

바람직하게는 A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고, 특히 A로서 -(C=O)-를 갖는 화합물을 이온교환성 가교 고분자의 제조를 위한 아민 가교제로서 사용할 수 있다.Preferably, A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of the foregoing electron withdrawing groups, especially a compound having - (C = O) - as A, with an amine for the preparation of an ion exchange cross- Can be used as a crosslinking agent.

구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 다양한 아민계 가교제를 사용하여 이온교환막을 제조하여 스크리닝 테스트를 한 경우 지방족에 대비해 방향족 및 지환족 아민이 가교제로서 머무름 시간(retention time)이 훨씬 길며, 특히 "A" 부분에 전자끌게기(electron withdrawing group)가 있는 경우 머무름 시간이 현저하게 증가하는 것을 발견하였으며, 이로 인해 제막시 급격한 가교 반응으로 인한 막의 형태변화를 방지하는 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 상기 "D"및 "D’"부분에 -NH2,또는 -NHR의 1차 또는 2차 아민기가 위치하여 전술한 바와 같이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 이온교환 작용기가 아닌 가교제로서만 작용할 수 있다.Specifically, in the examples of the present invention, when an ion-exchange membrane was prepared using various amine-based crosslinking agents and subjected to a screening test, the aromatic and alicyclic amines as crosslinking agents were much longer in retention time than aliphatic groups, ", It was found that the retention time was significantly increased in the case of the electron withdrawing group, and it was confirmed that the effect of preventing the change of the film shape due to the rapid crosslinking reaction during the film formation was confirmed. In addition, when the primary or secondary amine group of -NH 2 or -NHR is located in the above "D" and "D '" and the compound represented by the above-mentioned formula (1) is used only as a crosslinking agent Lt; / RTI >

본 발명의 이온교환성 및/또는 이온전도성 가교 고분자는 바나듐 레독스 플로우전지용 이온교환막 제조용으로 사용될 수 있다. The ion exchangeable and / or ionically conductive crosslinked polymer of the present invention can be used for preparing an ion exchange membrane for a vanadium redox flow battery.

본 발명에서는 상기 화학식 1로 표시되는 가교제에 의해 가교된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자를 제공할 수 있다.The present invention can provide an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow cell crosslinked by the crosslinking agent represented by the above formula (1).

본 발명에서 사용하는 용어, "이온전도성 고분자"는 이온전도성을 갖는 고분자로서 가교 전 고분자 골격(backbone)으로서 제공되는 고분자를 의미할 수 있다.As used herein, the term "ionically conductive polymer" refers to a polymer having ionic conductivity, which is a polymer provided as a polymer backbone before crosslinking.

본 발명에서 사용하는 용어, "이온전도성 가교 고분자"는 상기 화학식 1로 표시되는 가교제에 의해 가교된 형태의 이온전도성 고분자를 의미할 수 있다. 이때 가교는 이온전도성 고분자의 주쇄 부분 사이에서 일어날 수도 있고 이온전도성 고분자의 주쇄에 연결되어 있는 측쇄 부분에서도 일어날 수 있다.The term "ionically conductive crosslinked polymer" used in the present invention may mean an ion conductive polymer crosslinked by the crosslinking agent represented by the general formula (1). In this case, the crosslinking may occur between the main chain portions of the ion conductive polymer and may occur at the side chain portions connected to the main chain of the ion conductive polymer.

본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자는 이온전도성 고분자가 하기 화학식 2로 표시되는 가교 단위를 통해 가교된 것이 특징이다.The ion conductive crosslinked polymer according to the present invention is characterized in that the ion conductive polymer is crosslinked through a crosslinking unit represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

Figure 112016034276621-pat00011
Figure 112016034276621-pat00011

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기, 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or -NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group , An aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are a single bond, or -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as an electron donor, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

R9 내지 R16은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 9 to R 16 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00012
또는
Figure 112016034276621-pat00013
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00012
or
Figure 112016034276621-pat00013
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

x는 1 내지 10000의 정수이다.and x is an integer of 1 to 10000.

바람직하게는 x는 5 내지 500의 정수이다.Preferably, x is an integer of 5 to 500.

본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자는 할로겐화 고분자 중 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자 사이가 가교되어 형성된 것일 수 있다.The ionically conductive crosslinked polymer according to the present invention may be formed by crosslinking a halogenated polymer at a halogen functional site in the halogenated polymer.

본 발명에서, 상기 이온전도성 고분자는 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기를 갖는 것일 수 있다.In the present invention, the ion conductive polymer may have an anion-exchangeable functional group, a cation-exchangeable functional group or an amphoteric ion-exchange functional group.

본 발명에서, 음이온 교환성 작용기는 피리딜기, 카바졸릴기 또는 이미다졸릴기에서 유도된 염상태의 음이온교환 작용기이거나, -N+H3L-, -N+R'H2L-, -N+R'2HL-, -N+R'3L-, -P+R'3L-, -S+R'2L- 또는 C5H5N+HL-이고(R'는 C1-4 알킬 또는 C6-12 아릴이고, L-는 히드록사이드 음이온, 비카보네이트 음이온, 클로라이드 음이온, 브롬 음이온, 요오드 음이온 또는 설페이트 음이온임), 양이온 교환성 작용기는 -SO3 -,-COO-,-PO3 2-,-PO3H-또는 -C6H40-이고, 양쪽성 이온 교환성 작용기는 베타인 또는 술포베타인일 수 있다.In the present invention, the anion exchangeable functional group is a salt-like anion exchange functional group derived from a pyridyl group, a carbazolyl group or an imidazolyl group, or an anion exchange functional group derived from -N + H 3 L - , -N + R'H 2 L - , -N + R '2 HL -, -N + R' 3 L -, -P + R '3 L -, -S + R' 2 L - or C 5 H 5 N + HL - and (R 'is C 1- 4 alkyl or C 6-12 aryl, L - is a hydroxide anion, bicarbonate anion, chloride anion, bromide anion, iodide or sulfate anion Im), a cation-exchange functional groups are -SO 3 -, -COO -, -PO 3 2- , -PO 3 H - or -C 6 H 4 0 - , and the amphoteric ion-exchange functional group may be betaine or sulfobetaine.

일 구체예로서, 본 발명에 따른 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to the present invention may have a skeleton containing a repeating unit represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

Figure 112016034276621-pat00014
Figure 112016034276621-pat00014

상기 화학식 3에서, In Formula 3,

E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’는 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기 또는 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, Or an aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as a single bond or electron donor group, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 수소원자, (CH2)hM (1≤h≤12), 또는 에테르기와 에스테르기를 포함하는 (CH2)hM (1≤h≤12)이고, 상기 M은 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기이고;Z 1 to Z 6 each independently represent a hydrogen atom, (CH 2 ) h M (1 ≦ h ≦ 12) or (CH 2 ) h M containing an ether group and an ester group (1 ≦ h ≦ 12) Is an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group;

R35 내지 R46 및 R35’ 내지 R46’은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 35 to R 46 and R 35 'to R 46' each independently represent a hydrogen atom (-H), halogen atoms (-X), C 1 to alkyl, substituted by halogen, alkyl of C 12, C 2 to C 12 of an allyl group, a cyan group (-CN), C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2), a perfluoroalkyl containing perfluoro oxygen, nitrogen or sulfur atom, an alkyl group, one or more of alkyl aryl , A perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00015
또는
Figure 112016034276621-pat00016
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00015
or
Figure 112016034276621-pat00016
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D”과 D’’’은 각각 독립적으로 NH 또는 -NR이고, 상기 R은 C1 내지 C12 알킬기이며;D " and D '" are each independently NH or -NR, and R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a halogen substituted alkyl group, a C 2 to C 12 allyl group, CN, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a perfluoroaryl group or - O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이고;a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다. E는 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’ 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기, 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;c, d, e and f are each independently an integer of 1 to 10000. E is -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or -NR 49 - as a single bond or electron donor group, and each of R 48 and R 48 ' independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, Group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as a single bond or electron donor group, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 수소원자이거나 (CH2)hM (1≤h≤12) 또는 에테르기 및 에스테르기를 포함하는 (CH2)hM (1≤h≤12)이고, 상기 M은 음이온 교환 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환 작용기이고;Z 1 to Z 6 each independently represents a hydrogen atom or (CH 2 ) h M (1 ≦ h ≦ 12) containing (CH 2 ) h M (1 ≦ h ≦ 12) or an ether group and an ester group, Is an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group;

R35 내지 R46 및 R35‘ 내지 R46’은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 선택적으로 그 쇄에 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 35 to R 46 and R 35 'to R 46 ' each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group , A C 2 to C 12 allyl group, a cyano group (-CN), a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, optionally one or more oxygen, A perfluoroalkylaryl group containing a sulfur atom, a perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00017
또는
Figure 112016034276621-pat00018
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00017
or
Figure 112016034276621-pat00018
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D’’과 D’’’은 각각 독립적으로 NH 또는 -NR이고, 상기 R은 C1 내지 C12 알킬기이며;D " and D "'are each independently NH or -NR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이고;a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.c, d, e and f are each independently an integer of 1 to 10000.

바람직하게는 c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 5 내지 500의 정수이다.Preferably, c, d, e and f are each independently an integer of 5 to 500.

상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 이온전도성 가교 고분자는 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 가교 고분자의 할로겐 작용기를 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기로 이온 교환시킴으로써 제조될 수 있다.The ionically conductive crosslinked polymer having a skeleton containing the repeating unit represented by Formula 3 may be prepared by reacting a halogen functional group of a crosslinked polymer having a skeleton containing a repeating unit represented by Formula 5 with an anion exchange functional group, Lt; RTI ID = 0.0 > ion-exchangeable < / RTI > functional groups.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112016034276621-pat00019
Figure 112016034276621-pat00019

상기 화학식 5에서, In Formula 5,

E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기, 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or -NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group , An aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;

G와 G’는 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;G and G 'are -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as a single bond or electron donor group, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;

W3 내지 W8은 각각 독립적으로 수소원자; (CH2)hX (1≤h≤12)으로 표현되는 염화알킬기, 브롬화알킬기 또는 요오드화알킬기; 또는 에테르기 및 에스테르기를 포함하는 염화알킬기, 브롬화알킬기 또는 요오드화알킬기이며, 상기 X는 할로겐 원자이고;W 3 to W 8 each independently represent a hydrogen atom; A chlorinated alkyl group, a brominated alkyl group or an iodinated alkyl group represented by (CH 2 ) h X ( 1 ? H ? 12); Or an alkyl chloride group, brominated alkyl group or iodinated alkyl group containing an ether group and an ester group, X is a halogen atom;

R35 내지 R46 및 R35‘ 내지 R46’은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 35 to R 46 and R 35 'to R 46' each independently represent a hydrogen atom (-H), halogen atoms (-X), C 1 to alkyl, substituted by halogen, alkyl of C 12, C 2 to C 12 of an allyl group, a cyan group (-CN), C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2), a perfluoroalkyl containing perfluoro oxygen, nitrogen or sulfur atom, an alkyl group, one or more of alkyl aryl , A perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group;

Ar은

Figure 112016034276621-pat00020
또는
Figure 112016034276621-pat00021
이고;Ar
Figure 112016034276621-pat00020
or
Figure 112016034276621-pat00021
ego;

상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고; R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D’’과 D’’’은 각각 독립적으로 NH 또는 -NR이고, 상기 R은 C1 내지 C12 알킬기이며;D " and D "'are each independently NH or -NR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이고;a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.c, d, e and f are each independently an integer of 1 to 10000.

바람직하게는 c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 5 내지 500의 정수이다.Preferably, c, d, e and f are each independently an integer of 5 to 500.

본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자에서 각 반복단위 내에 R35 , R36, R37, R38, R39, R40, R41, R42, R43, R44, R45, R46 , R35 ’, R36’, R37’, R38’, R39’, R40’, R41’, R42’, R43’, R44’, R45’ 및 R46’은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자에서 각 반복단위는 서로 동일한 반복단위들로 구성될 수도 있고 서로 다른 반복단위들이 일정 블록을 형성하여 블록 공중합체의 형태로 구성될 수도 있고 또는 서로 다른 반복단위들이 무작위로 연결되어 랜덤 공중합체의 형태로 구성될 수도 있다.Within each repeating unit in the ion-conducting crosslinked polymer according to the invention R 35, R 36, R 37 , R 38, R 39, R 40, R 41, R 42, R 43, R 44, R 45, R 46, R 35 ', R 36', R 37 ', R 38', R 39 ', R 40', R 41 ', R 42', R 43 ', R 44', R 45 ' and R 46' are the same or another Can be different. Accordingly, in the ionically conductive crosslinked polymer according to the present invention, each repeating unit may be composed of the same repeating units or different repeating units may form a certain block to form a block copolymer, May be randomly connected to form a random copolymer.

본 발명에 따른 이온전도성 가교 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, Mn 및 Mw가 10,000 미만인 경우, 필름 형성이 어려우며, 수분 함유량이 증대되고 라디칼의 공격에 쉽게 분해되어 전도도 및 내구성이 감소할 수 있다. 반면, 분자량이 높은 경우 예컨대, Mn이 1,000,000 초과이거나 Mw가 10,000,000 초과인 경우, 급격히 증대된 점도로 인해 고분자 용액의 제조 및 필름으로의 성형이 어려워져 막 제조 공정이 불가능해질 수 있다.The ionically conductive crosslinked polymer according to the present invention may have Mn (number-average molecular weight) of 10,000 to 1,000,000 or molecular weight of Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000. When the molecular weight is low, for example, when Mn and Mw are less than 10,000, 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, when the molecular weight is high, for example, when the Mn is more than 1,000,000 or the Mw is more than 10,000,000, the production of the polymer solution and molding into a film become difficult due to the rapidly increased viscosity, and the film manufacturing process may become impossible.

중량평균 분자량과 점도평균 분자량은 서로 비슷한 값을 나타내므로, 본 발명의 구체적인 실시예에서는 고분자의 고유점도를 측정하여 분자량을 예측하였다. GPC(gel permeation chromatography)를 이용하면 분자량을 측정할 수 있으나, 술폰산기가 치환된 고분자의 경우 술폰산기 사이의 상호작용에 의해 데이터를 신뢰하기 어려우므로 점도를 측정하여 분자량을 예측할 수 있다.Since the weight average molecular weight and the viscosity average molecular weight are similar to each other, the intrinsic viscosity of the polymer is measured to predict the molecular weight in the specific examples of the present invention. GPC (gel permeation chromatography) can be used to measure the molecular weight. However, in the case of a polymer substituted with a sulfonic acid group, the molecular weight can be estimated by measuring viscosity since it is difficult to trust data due to interaction between sulfonic acid groups.

본 발명에서 이온전도성 고분자는 바람직하게는 할로겐 작용기를 가지고 있고 상기 할로겐 작용기 위치에서 화학식 1로 표시되는 화합물, 즉 본 발명에 따른 가교제에 의해 가교 반응을 일으켜 화학식 2로 표시되는 가교 단위를 갖는 본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자를 형성할 수 있다.In the present invention, the ion conductive polymer preferably has a halogen functional group, and at the halogen functional group position, the compound represented by the general formula (1), that is, the crosslinking agent according to the present invention, The ion-conductive crosslinked polymer according to the present invention can be formed.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자의 주쇄가 되는 이온전도성 고분자는 랜덤 공중합체, 교차 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 즉, 주쇄(backbone)를 이루는 이온전도성 고분자 자체는 랜덤 공중합체, 교차 공중합체 또는 블록 공중합체 등의 다양한 형태의 고분자일 수 있으며 상기 고분자 내의 가교 반응을 일으킬 수 있는 작용기 위치에서 화학식 1로 표시되는 화합물에 의해 가교되어 랜덤 공중합체, 교차 공중합체 또는 블록 공중합체 등의 다양한 형태를 갖는 고분자가 서로 가교된 형태의 이온전도성 가교 고분자를 형성할 수 있다(도 1). 상기 가교 반응을 일으킬 수 있는 작용기는 할로겐 원소인 것이 바람직하다. 상기 할로겐 원소로는 F(fluorine; 불소), Cl(chlorine; 염소), Br(bromine; 브롬), I(iodine; 요오드) 등이 있다. 할로겐 원소는 높은 유효핵전하로 인한 높은 전기음성도로 인해 유기화합물에 치환기로 도입되었을 때 반응성이 뛰어나므로 축합, 치환 등의 반응을 위한 자리에 널리 도입되는 치환기이다. 보다 바람직하게 상기 할로겐 원소는 염소 원자일 수 있다.As described above, the ion conductive polymer as a main chain of the ion conductive crosslinked polymer according to the present invention may be a random copolymer, a cross-copolymer or a block copolymer. That is, the ion conductive polymer constituting the backbone itself may be various types of polymers such as random copolymers, cross-linked copolymers, and block copolymers. In the functional groups capable of causing a cross-linking reaction in the polymer, Crosslinked by a compound, polymers having various forms such as random copolymers, cross-linked copolymers, and block copolymers can be crosslinked to form ionically-crosslinked polymers (FIG. 1). The functional group capable of causing the crosslinking reaction is preferably a halogen element. Examples of the halogen element include F (fluorine), Cl (chlorine), Br (bromine) and I (iodine). 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. More preferably, the halogen element may be a chlorine atom.

전술한 바와 같이, 상기 제2양태에 따른 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자의 제조방법은, As described above, the method for producing an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to the second aspect,

할로겐화 고분자를 준비하는 제1단계;A first step of preparing a halogenated polymer;

상기 할로겐화 고분자에 하기 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 할로겐화 고분자의 일부 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자 사이의 가교 반응에 의해 가교형 중합체를 형성하는 제2단계; 및 A second step of adding a cross-linking agent represented by the following formula (1) to the halogenated polymer to form a cross-linked polymer by a cross-linking reaction between the halogenated polymers at some halogen functional sites of the halogenated polymer; And

상기 가교형 중합체의 잔여 할로겐 작용기를 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기로 치환시키는 제3단계를 포함한다.And a third step of replacing the residual halogen functionality of the crosslinking polymer with an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112016034276621-pat00022
Figure 112016034276621-pat00022

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;

D 및 D’는 각각 독립적으로 -NH2 또는 -NHR이며, 상기 R은 C1 내지 C12의 알킬기이고;D and D 'are each independently -NH 2 or -NHR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;

R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a halogen substituted alkyl group, a C 2 to C 12 allyl group, CN, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a perfluoroaryl group or - O-perfluoroaryl group;

a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이다.a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;

상기 제1단계는, 가교 반응을 일으킬 수 있는 반응성 작용기로서 할로겐 작용기가 도입된 고분자를 준비하는 단계이다.The first step is a step of preparing a polymer to which a halogen functional group is introduced as a reactive functional group capable of causing a crosslinking reaction.

본 발명에서 사용되는 용어, "할로겐화 정도(degree of halogenation)"는 할로겐화 반응을 통해 전체 고분자 내에 생성된 할로겐 작용기의 수를 전체 반복단위의 수로 나눈 값이다. 즉, 반복단위 당 할로겐 작용기의 수를 의미할 수 있다. 이와 유사하게, 예컨대 "브롬화 정도(degree of bromination)"는 브롬화 반응을 통해 전체 고분자 내에 생성된 브롬 작용기의 수를 전체 반복단위의 수로 나눈 값이라 할 수 있고, "클로로메틸화도(degree of chloromethylation)"는 클로로메틸화 반응을 통해 전체 고분자 내에 생성된 브롬 작용기의 수를 전체 반복단위의 수로 나눈 값이라 할 수 있다.The term " degree of halogenation "used in the present invention is a value obtained by dividing the number of halogen functional groups produced in the whole polymer by the halogenation reaction divided by the total number of repeating units. I. E., The number of halogen functional groups per repeating unit. Similarly, for example, "degree of bromination" is a value obtained by dividing the number of bromine functional groups produced in the entire polymer by the number of all repeating units through the bromination reaction, and "degree of chloromethylation " "Is a value obtained by dividing the number of bromine functional groups produced in the entire polymer by the number of all repeating units through chloromethylation reaction.

본 발명에서 할로겐화 고분자의 할로겐화 정도는 1 내지 150%(0.01 내지 1.5), 예컨대 10 내지 120%(0.1 내지 1.2), 10 내지 30%(0.1 내지 0.3), 30 내지 50%(0.3 내지 0.5), 80 내지 100%(0.8 내지 1) 등 다양하게 변경될 수 있다.In the present invention, the degree of halogenation of the halogenated polymer is 1 to 150% (0.01 to 1.5), such as 10 to 120% (0.1 to 1.2), 10 to 30% (0.1 to 0.3), 30 to 50% (0.3 to 0.5) 80 to 100% (0.8 to 1), and the like.

본 발명에서 할로겐화 고분자는 시판되는 것을 입수하여 사용하거나 또는 할로겐화되어 있지 않은 고분자를 직접 할로겐화하여 사용할 수 있다. 또한 본 발명에서 할로겐화 고분자는 단량체를 입수하여 직접 중합하고 할로겐화하여 원하는 고분자로 제조하여 사용할 수도 있다.In the present invention, a halogenated polymer can be used by obtaining a commercially available one, or by directly halogenating a non-halogenated polymer. Also, in the present invention, the halogenated polymer may be prepared by using a monomer as a desired polymer by directly polymerizing and halogenating the monomer.

할로겐화는 공지의 다양한 방법들을 이용하여 수행할 수 있다. 예컨대, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드)(PPO)의 브롬화는 Hsin-I Chang et al. (Reactive & Functional Polymers, 70, (2010) 944-950) 및 X. Tongwen, Y. Weihua (Journal of Membrane Science, 190, (2001) 159-166)의 methyl-brominated PPO 합성법에 따라 실시할 수 있다. 이때 원하는 브롬화 정도는 NBS(N-bromosuccinimide)의 몰 비에 따라 조절할 수 있다. 또한, 폴리페닐술폰(polyphenylsulfone) 및 폴리술폰(polysulfone)에 대한 클로로메틸화는 대한민국 등록특허 제10-1284009호의 음이온전도체 함유용액의 제조법을 참고하여 수행할 수 있다. 원하는 클로로메틸화도는 클로로메틸 메틸 에테르의 몰 비에 따라 조절할 수 있다.The halogenation can be carried out using various known methods. For example, the bromination of poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) can be carried out as described in Hsin-I Chang et al. Methyl-brominated PPO synthesis method of Reactive & Functional Polymers, 70, (2010) 944-950 and X. Tongwen, Y. Weihua (Journal of Membrane Science, 190, (2001) 159-166) . The desired degree of bromination can be controlled according to the molar ratio of NBS (N-bromosuccinimide). In addition, chloromethylation of polyphenylsulfone and polysulfone can be carried out by referring to a process for producing an anion conductor-containing solution of Korean Patent No. 10-1284009. The desired degree of chloromethylation can be controlled by the molar ratio of chloromethyl methyl ether.

상기 할로겐화 조건에서 반응 온도, 반응 시간, 교반 조건 및 사용되는 할로겐 원소 등은 구체적으로는 제한되지 않으나, 생성 이온교환막의 크기, 성능 특성, 품질 및 기타 성질에 따라 적절히 선택될 수 있다. 할로겐 원자는 구체적으로 제한되지 않으나, 특히 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다. The reaction temperature, the reaction time, the stirring conditions, and the halogen element used in the halogenation are not particularly limited, but may be appropriately selected depending on the size, performance characteristics, quality and other properties of the resultant ion exchange membrane. The halogen atom is not particularly limited, but includes fluorine, chlorine, bromine and iodine in particular.

할로겐화 반응 온도는 예컨대, 바람직하게는 0 내지 300 ℃, 더욱 바람직하게는 20 내지 200 ℃ 의 범위 내에서 선택된다. 할로겐화 반응 시간은 다른 조건에 따라 적절히 선택될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 10 시간이다. 할로겐화시 교반 조건에 있어서, 통상의 할로겐화 반응에서의 교반 속도가 사용될 수 있다. 사용되는 반응 개시제는 수용성 또는 지용성일 수 있고, 통상의 사용시 그것의 과산화물 또는 아조 개시제가 사용될 수 있다. 첨가제에 있어서, 종래의 안정화제 및 다른 것들이 사용될 수 있다. 다른 반응 조건은 구체적으로 제한되지 않는다.The halogenation reaction temperature is selected, for example, preferably in the range of 0 to 300 占 폚, more preferably in the range of 20 to 200 占 폚. The halogenation reaction time can be appropriately selected depending on other conditions, and is preferably 1 to 10 hours. Under stirring conditions at the time of halogenation, a stirring speed in a usual halogenation reaction may be used. The reaction initiator used may be water-soluble or lipophilic and, in normal use, its peroxide or azo initiator may be used. For additives, conventional stabilizers and others may be used. Other reaction conditions are not specifically limited.

상기 제2단계는 할로겐화 고분자에 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 할로겐화 고분자의 일부 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자 사이에서 가교 반응에 의해 가교형 중합체를 형성하는 단계이다.In the second step, a cross-linking agent represented by the general formula (1) is added to a halogenated polymer to form a cross-linked polymer by cross-linking reaction between halogenated polymers at a halogen functional site of the halogenated polymer.

상기 제2단계에서 가교 반응과 동시에 제막을 실시할 수 있다. 구체적으로, 할로겐화 고분자에 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 얻은 수지 조성물을 캐스트, 압출, 방사 또는 압연 등의 임의의 방법으로 섬유 또는 필름 등의 형태로 성형체로 제조할 수 있다. 상기 수지 조성물은 필요에 따라 산화방지제, 열안정제, 윤활제, 점착부여제, 가소제, 가교제, 소포제, 분산제 등 각종 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.In the second step, the film formation can be performed simultaneously with the crosslinking reaction. Specifically, the resin composition obtained by adding the crosslinking agent represented by the general formula (1) to the halogenated polymer can be formed into a molded article in the form of fiber or film by any method such as casting, extrusion, spinning or rolling. The resin composition may further contain various additives such as an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, a tackifier, a plasticizer, a cross-linking agent, a defoaming agent, and a dispersant, if necessary.

상기 제2단계의 가교시 반응 온도, 반응 시간 및 교반 조건 등은 구체적으로는 제한되지 않으나, 생성 이온교환막의 크기, 성능 특성, 품질 및 기타 성질에 따라 적절히 선택될 수 있다. 반응 온도는 예컨대, 바람직하게는 -10 내지 400 ℃, 더욱 바람직하게는 0 내지 200 ℃ 의 범위 내에서 선택된다. 반응 시간은 다른 조건에 따라 적절히 선택될 수 있고, 바람직하게는 100 시간 이내이다. 교반 조건에 있어서, 통상의 가교 반응에서의 교반 속도가 사용될 수 있다. 다른 반응 조건은 구체적으로 제한되지 않는다.The reaction temperature, the reaction time, and the stirring conditions during the crosslinking in the second step are not specifically limited, but may be appropriately selected depending on the size, performance characteristics, quality and other properties of the resultant ion exchange membrane. The reaction temperature is, for example, preferably selected within the range of -10 to 400 占 폚, more preferably 0 to 200 占 폚. The reaction time can be appropriately selected depending on other conditions, and is preferably within 100 hours. In the stirring condition, the stirring speed in the ordinary crosslinking reaction can be used. Other reaction conditions are not specifically limited.

예를 들어, 할로겐화 고분자에 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 얻은 수지 조성물을 성형하여 이온교환막을 제조할 수 있다. 구체적으로, 할로겐화 고분자 및 화학식 1로 표시되는 가교제를 유기 용매에 용해시키고, 상기 용액을 실리콘 주형 등의 성형 주형에 부어 상온으로부터 40 내지 100℃까지 단계적으로 승온시켜 가교 반응을 일으킨 후 고분자를 건조시켜 수 내지 수백 ㎛, 바람직하게 10 내지 200 μm, 보다 바람직하게 50 내지 150 ㎛ 두께의 필름을 얻은 다음 성형 주형으로부터 탈착하여 제조할 수 있다. 상기 유기 용매는 구체적으로 제한되지 않으나, 특히 포화 사슬 탄화수소, 예컨대 펜탄, (n-)헥산 및 헵탄; 지환족 탄화수소, 예컨대 시클로헥산; 방향족 탄화수소, 예컨대 벤젠, 톨루엔 및 자일렌; 또는 범용 용매, 예컨대 클로로포름, 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, 클로로벤젠, N-메틸-2-피롤리디논 등을 포함한다. 상기 언급한 유기 용매 중, 클로로포름, N-메틸-2-피롤리디논이 더욱 바람직하다. 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, a resin composition obtained by adding a crosslinking agent represented by the general formula (1) to a halogenated polymer may be molded to prepare an ion exchange membrane. Specifically, the halogenated polymer and the crosslinking agent represented by the formula (1) are dissolved in an organic solvent, the solution is poured into a molding mold such as a silicone mold, and the temperature is elevated from room temperature to 40 to 100 ° C stepwise to cause a crosslinking reaction. To obtain a film having a thickness of several to several hundreds of 탆, preferably 10 to 200 탆, more preferably 50 to 150 탆, and then desorbing from the molding mold. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, saturated chain hydrocarbons such as pentane, (n-) hexane and heptane; Alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; Or a general-purpose solvent such as chloroform, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, dimethylformamide, chlorobenzene, N-methyl-2-pyrrolidinone and the like. Among the above-mentioned organic solvents, chloroform and N-methyl-2-pyrrolidinone are more preferable. 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.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면, 할로겐화 고분자로서 브롬화 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드), 클로로메틸화 폴리페닐술폰 또는 클로로메틸화 폴리술폰을 각각 가교제로서 4,4’-디아미노벤조페논과 함께 용매에 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.According to a specific embodiment of the present invention, poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene bromide), chloromethylated polyphenylsulfone or chloromethylated polysulfone as a halogenated polymer are used as crosslinking agents, Minobenzophenone dissolved in a solvent and poured into a silicone 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 to obtain a film.

상기 제3단계는, 상기 가교형 중합체의 잔여 할로겐 작용기를 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기로 치환시켜 이온전도성이 부여하는 단계이다.The third step is a step in which the residual halogen functional group of the crosslinkable polymer is substituted with an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group to impart ionic conductivity.

상기 이온 교환성 작용기 치환은 공지의 다양한 치환 방법을 사용할 수 있다. 예컨대 상기 제2단계에서 가교된 고분자를 트리메틸아민 등의 다양한 이온 교환성 작용기를 갖는 화합물의 수용액을 아세톤에 희석한 용액에 일정 시간 동안 담군 다음 증류수에도 일정 시간 동안 담그는 방식으로 수행할 수 있다.The ion exchangeable functional group substitution can be carried out by various known substitution methods. For example, in the second step, the crosslinked polymer may be immersed in a solution in which an aqueous solution of a compound having various ion exchangeable functional groups such as trimethylamine is diluted in acetone for a predetermined time, and then immersed in distilled water for a predetermined time.

본 발명은 상기 이온전도성 가교 고분자를 포함하는 막을 제공할 수 있다. 상기 막은 이온교환막일 수 있다. 또한, 상기 막은 수처리막일 수 있다.The present invention can provide a film containing the ionically conductive crosslinked polymer. The membrane may be an ion exchange membrane. Further, the film may be a water treatment film.

본 발명에 따른 이온전도성 가교 고분자를 포함하는 이온교환막을 사용하여 교환 가능한 음이온은 유기 음이온 또는 무기 음이온이며 이는 유기산 또는 무기산으로부터 하나 이상의 수소 이온의 소실에 의해 발생하는 음이온을 의미한다. The anion which can be exchanged by using the ion exchange membrane comprising the ion conductive crosslinked polymer according to the present invention is an organic anion or an inorganic anion, which means an anion generated by loss of one or more hydrogen ions from an organic acid or an inorganic acid.

무기 음이온으로서, 예컨대 술페이트, 포스포네이트, 보레이트, 시아니드, 카르보네이트, 탄산수소, 티오시아네이트, 티오술페이트, 술파이트, 아황산수소, 니트레이트, 시아네이트, 포스페이트, 인산수소, 메탈레이트(예, 몰리브데이트, 텅스테이트, 메타바나 데이트, 피로바나데이트, 수소 피로바나데이트, 니오베이트, 탄탈레이트, 퍼레네이트 (perrhenate) 등), 테트라플루오 로알루미네이트, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트 및 테트라클로로알루미네이트, Al2Cl7 - 이온 등을 들 수 있다. As inorganic anions, there may be mentioned, for example, sulfates, phosphonates, borates, cyanides, carbonates, hydrogen carbonates, thiocyanates, thiosulfates, sulfites, hydrogen sulfites, nitrates, cyanates, phosphates, (E.g. molybdate, tungstate, metavanadate, pyrovanadate, hydrogen pyrovanadate, niobate, tantalate, perrhenate, etc.), tetrafluoroaluminate, tetrafluoroborate, hexa Fluorophosphate and tetrachloroaluminate, and Al 2 Cl 7 - ions.

유기 음이온으로서, 술포네이트, 포르메이트, 옥살레이트, 아세테이트, (메트)아크릴레이트, 트리플루오 로아세테이트, 트로플로오로메탄술포네이트 및 비스(트리플루오로메탄술포네이트)아미드, (CF3SO2)3Cl- 음이온 등을 들 수 있다. Organic anions include sulfonates, formates, oxalates, acetates, (meth) acrylates, trifluoroacetates, tropluoromethane sulfonates and bis (trifluoromethanesulfonate) amides, (CF 3 SO 2 ) 3 Cl - anion, and the like.

본 발명에 따른 아민계 가교제는 1차 또는 2차 아민 가교제로서 이온교환성 작용기의 형성 없이 가교만을 할 수 있고 전자끌게기를 가져 제막시 급격한 가교 반응을 억제하여 막의 형태 변화를 방지할 수 있어 특히, water uptake, conductivity 등의 막(membrane)의 기능에는 영향 없이 가교로 인한 치수 안정성(dimension stability) 및 기계적 안정성(mechanical stability)을 향상시키고 음이온 교환 작용기의 조절에 용이하다는 장점이 있다. The amine-based crosslinking agent according to the present invention can be crosslinked only without forming an ion-exchange functional group as a primary or secondary amine crosslinking agent, and can inhibit the rapid crosslinking reaction at the time of film formation by preventing electron- it has an advantage that it improves the dimensional stability and mechanical stability due to crosslinking without affecting the function of the membrane such as water uptake and conductivity and is easy to control the anion exchange function.

바나듐 레독스 플로우전지의 경우 우수한 성능의 향상을 위해 낮은 막저항 뿐만 아니라 활물질의 크로스오버를 막기 위해 낮은 수준의 치수 변화 특성을 가져야 하는데, 본 발명의 전자끌게기를 갖는 디아민계 가교제를 이용한 고분자 이온전도체는 막의 성형 특성이 우수할 뿐만 아니라 이온교환능을 제어하면서 효과적으로 치수 안정성을 향상시킬 수 있기 때문에 바나듐 레독스 플로우전지용 분리막 제조에 큰 장점이 있다. In order to improve the performance of the vanadium redox flow battery, it is necessary to have not only a low film resistance but also a low level of dimensional change characteristics in order to prevent crossover of the active material. In the polymer ion conductor using a diamine type crosslinking agent having an electron- Has a great advantage in producing a separator for a vanadium redox flow battery because it has excellent film forming properties and can effectively improve dimensional stability while controlling ion exchange capacity.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 합성한 클로로메틸화 폴리술폰의 1H-NMR이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 가교막(PSf-x)의 FT-IR을 비교한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 이온교환막의 모습을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 가교막의 이온교환 전/후의 FT-IR을 비교한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 이온교환막의 이온전도도를 비교한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 이온교환막의 VRFB 효율을 비교한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 이온교환막과 Nafion 115의 충방전용량 보존율을 비교한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 이온교환막의 충전 사이클에 따른 전압 대비 용량의 변화를 비교한 것이다.
1 is a 1 H-NMR spectrum of a chloromethylated polysulfone synthesized in Example 1 of the present invention.
2 compares the FT-IR of the crosslinked membrane (PSf-x) prepared in Example 1 of the present invention.
3 shows a state of the ion exchange membrane manufactured in Example 1 of the present invention.
4 compares FT-IR before and after ion exchange of the crosslinked membrane prepared in Example 1 of the present invention.
5 is a graph comparing the ionic conductivities of the ion exchange membranes prepared in Example 1 of the present invention.
6 compares the VRFB efficiency of the ion exchange membrane prepared in Example 1 of the present invention.
7 compares the charge-discharge capacity retention ratio of the ion exchange membrane prepared in Example 1 of the present invention with Nafion 115. FIG.
FIG. 8 is a graph comparing the change of the capacity versus voltage according to the charging cycle of the ion exchange membrane prepared in Example 1 of the present invention.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.

실시예 1Example 1

하기 반응식 1에 따라 가교형 폴리술폰계 음이온 교환막을 제조하였다.A crosslinked polysulfone-based anion exchange membrane was prepared according to the following Reaction Scheme 1.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112016034276621-pat00023
Figure 112016034276621-pat00023

제1단계: 클로로메틸화반응 단계Step 1: Chloromethylation reaction step

대한민국 등록특허 제10-1284009호의 음이온전도체 함유용액의 제조법을 참고하여, 폴리술폰의 클로로메틸화 과정을 다음과 같이 수행하였다.The chloromethylation process of the polysulfone was carried out as follows, with reference to the process for preparing an anion conductor-containing solution of Korean Patent No. 10-1284009.

폴리술폰(UDEL® Polysulfone, P-3500 LCD MB, Solvay Advanced Polymers) 34g을 100℃ 진공오븐에서 24시간 동안 건조시켜, 건조된 폴리술폰을 기계식 교반기, 가스투입구, 응축기 및 온도 설정을 위한 항온수조가 설치된 1L 4구 둥근 바닥 플라스크에 투입하였다. 이어서 1,1,2,2-테트라클로로에탄(1,1,2,2-tetrachloroethane) 140㎖에 완전히 용해 시킨 후 염화아연(ZnCl2) 2.97g을 넣고, 약 30분 정도 교반하였다. 이후, 적하깔때기를 통해 클로로메틸 메틸 에테르(chloromethyl methyl ether: CMME) 23㎖를 떨어뜨리는데, 상기 CMME의 첨가량은 폴리술폰 반복 단위 몰 수 당 반응하는 CMME의 몰 수의 6배 6×(폴리술폰양(g)/반복단위 분자량(g/mol)× 클로로메틸 메틸 에테르 분자량(g/mol)로 산출하여 적하하였다. 상기 반응기에 부착된 가스투입구를 통해 건조한 비활성 가스를 주입하면서 격렬하게 교반하며 40℃에서 3.5 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료된 상기의 반응물은 과량의 메탄올에 침전시키고 다시 수차례 메탄올과 3차 증류수로 세척하였다. 세척된 상기 클로로메틸화 폴리술폰을 80℃에서 24시간 진공 건조하였다.Polysulfone (UDEL ® Polysulfone, P-3500 LCD MB, Solvay Advanced Polymers) was a dried for 100 ℃ 24 hours in a vacuum oven to 34g, the dried polysulfone mechanical stirrer, a constant temperature water bath for a gas inlet, condenser and a temperature setting, Lt; RTI ID = 0.0 > 1L < / RTI > Then, it was completely dissolved in 140 ml of 1,1,2,2-tetrachloroethane, 2.97 g of zinc chloride (ZnCl 2 ) was added, and the mixture was stirred for about 30 minutes. Thereafter, 23 ml of chloromethyl methyl ether (CMME) was dropped through a dropping funnel. The amount of CMME added was 6 times 6 times the number of moles of CMME reacted per mole of polysulfone repeating units (G / mol) × (molecular weight of chloromethyl methyl ether) (g / mol), and the mixture was added dropwise to the reactor. The inert gas, which had been dried through the gas inlet, was vigorously stirred, The reaction product was precipitated in an excess amount of methanol and washed several times with methanol and tertiary distilled water. The washed chloromethylated polysulfone was vacuum-dried at 80 DEG C for 24 hours.

1H-NMR 분광법에 의하여 분석하였을 때 4.5ppm에서 클로로메틸 작용기가 관찰되었으며 본 실시예에서의 폴리술폰의 클로로메틸화도는 0.956이었다.When analyzed by 1 H-NMR spectroscopy, chloromethyl functional groups were observed at 4.5 ppm, and the chloromethylation degree of the polysulfone in this example was 0.956.

제2단계: 가교화반응 및 제막단계Step 2: Cross-linking reaction and film-forming step

상기 클로로메틸화 폴리술폰 1g을 10㎖의 N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide)에 용해시킨 다음 가교제로서 4,4-디아미노벤조페논(4,4’-diaminobenzophenone)을 클로로메틸 작용기의 0, 1, 2.5, 5, 10, 15mol% 비율로 첨가한 후 교반시켜 완전히 용해시켰다. 10x10 ㎠ 실리콘 틀에 용액을 채우고 25℃로부터 40℃까지 1시간 동안 승온, 40℃에서 2시간 유지, 40℃로부터 60℃까지 1시간 동안 승온, 60℃에서 2시간 유지, 60℃로부터 80℃까지 1시간 동안 승온한 다음 80℃에서 12시간 유지하였다. 상기 가교 및 제막이 끝난 직후 건조 상태의 막은 70~110 ㎛의 두께를 가졌다. 이를 APSf-x로 명명하며 x는 가교제의 비율을 나타낸다. FT-IR 분광법에 의하여 분석하였을 때 PSf-0 대비 PSf-2.5, PSf-10에서 4,4’-디아미노벤조페논의 C=O 1642cm-1가 관찰되었다. The chloromethylated poly-N, N of the sulfone 1g 10㎖ - dimethylacetamide as a cross-linking agent was then dissolved in (N, N -dimethylacetamide) 4,4- diamino benzophenone-chloromethyl-functional groups to (4,4'-diaminobenzophenone) , 0, 1, 2.5, 5, 10, and 15 mol%, respectively, and then completely dissolved by stirring. The solution was filled in a 10x10 cm 2 silicone mold and heated from 25 캜 to 40 캜 for 1 hour, maintained at 40 캜 for 2 hours, heated from 40 캜 to 60 캜 for 1 hour, maintained at 60 캜 for 2 hours, The temperature was raised for 1 hour and then kept at 80 DEG C for 12 hours. Immediately after the crosslinking and film formation, the dried film had a thickness of 70 to 110 탆. This is named APSf-x, where x represents the ratio of crosslinking agent. When analyzed by FT-IR spectroscopy, PSf-2.5 versus PSf-0 and C = O 1642 cm- 1 of 4,4'-diaminobenzophenone were observed in PSf-10.

제3단계: 이온교환단계Step 3: Ion exchange step

가교된 막의 잔여 클로로메틸 작용기의 음이온 교환성 작용기 치환을 다음과 같이 수행하였다.The anion exchangeable functional group substitution of the residual chloromethyl functional group of the crosslinked membrane was performed as follows.

부피비를 1:1로 한 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol) 용액에 1M로 트리메틸아민(trimethylamine)을 희석시킨 혼합용액에 가교된 막을 24시간 담지시킨 후 3차 증류수로 세척하여 하기 화학식 6으로 표시되는 가교형 폴리술폰계 음이온교환막을 제조하였다. 이 때 트리메틸아민은 ~45 중량 % 수용액을 사용하였다. 음이온 교환성 작용기 치환화된 가교막을 APSf-x라 한다. FT-IR 분광법에 의하여 분석하였을 때 PSf-x 대비 APSf-x에서 730-980cm-1 클로로메틸 작용기 흡수 변화 및 3500cm-1 부근 폭넓은 트리메틸아민염(-N+(CH3)3) 흡수가 관찰되었다.The crosslinked membrane was supported on a mixed solution obtained by diluting trimethylamine in 1 M of acetone and ethanol having a volume ratio of 1: 1 for 24 hours, washed with tertiary distilled water, A crosslinked polysulfone-based anion exchange membrane was prepared. At this time, a ~45 wt% aqueous solution of trimethylamine was used. Anion-exchangeable functional group Substituted crosslinked membrane is referred to as APSf-x. When analyzed by FT-IR spectroscopy, the absorption of 730-980 cm- 1 chloromethyl functional group in APSf-x versus the absorption of a wide range of trimethylamine salt (-N + (CH 3 ) 3 ) around 3500 cm -1 was observed .

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure 112016034276621-pat00024
Figure 112016034276621-pat00024

이하에서, 실시예 1에서 제조된 가교형 폴리술폰계 음이온교환막의 성능을 분석하였다.Hereinafter, the performance of the crosslinked polysulfone-based anion exchange membrane prepared in Example 1 was analyzed.

실험예 1: IEC 및 치수안정성 분석Experimental Example 1: IEC and dimensional stability analysis

실시예 1에서 제조한 이온교환막에 대하여 IEC, 치수안정성을 분석하였다. IEC and dimensional stability of the ion exchange membrane prepared in Example 1 were analyzed.

IEC 분석을 위해 이온교환막을 상온에서 24시간 동안 1M NaOH 수용액에 담금으로써 Cl- 이온 형태를 OH- 이온 형태로 바꾸었다. OH- 이온 형태로 바뀐 샘플을 각각 0.01M HCl 수용액에 24시간 교반 후, 0.01M NaOH 수용액으로 산-염기 적정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.At room temperature, the ion exchange membrane to the IEC analysis for 24 hours by immersion in 1M NaOH aqueous solution of Cl-transformed into ion form - the form of ion OH. OH - ion form were each stirred in 0.01 M aqueous HCl solution for 24 hours, and then acid-base titrated with 0.01 M NaOH aqueous solution. The results are shown in Table 1 below.

치수안정성 분석을 위해 이온교환막의 젖은 상태와 완전 건조 상태에서의 무게, 길이, 두께, 부피 변화를 상온 및 80℃에서 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.The weight, length, thickness, and volume change of the ion exchange membrane in the wet state and the completely dried state were measured at room temperature and 80 ° C for the dimensional stability analysis, and the results are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112016034276621-pat00025
Figure 112016034276621-pat00025

상기 표 1을 통해, 가교된 이온교환막에서 IEC은 가교제의 양이 증가할 수록 작아지며 가교제의 양으로 가교 정도를 조절할 수 있음을 알 수 있다. It can be seen from Table 1 that the cross-linking degree of IEC can be controlled by the amount of cross-linking agent, as the amount of cross-linking agent increases with increasing amount of cross-linking agent.

또한, 가교도가 증가할수록 치수안정성이 증가함을 알 수 있었으며 온도 상승에 따른 치수 변화 또한 감소하는 경향을 보임을 알 수 있다. APSf-0의 80℃ 치수안정성은 막의 형태가 사라져 측정불가하였다. APSf-1을 제외한 가교 이온교환막은 일반적인 음이온 교환막 대비 비슷한 혹은 더 높은 치수 안정성을 보였다.In addition, it was found that the dimensional stability increases with increasing crosslinking degree, and the dimensional change due to temperature increase also tends to decrease. The dimensional stability of APSf-0 at 80 ° C was not measurable because the film morphology disappeared. The crosslinked ion exchange membranes except for APSf-1 showed similar or higher dimensional stability than the general anion exchange membranes.

실험예 2: 이온전도도 분석Experimental Example 2: Ionic Conductivity Analysis

실시예 1에서 제조한 이온교환막에 대하여 이온전도도를 분석하였다. 이온전도도 분석에 Pt 전극 cell을 사용하였고 4-probe electrochemical impedance spectroscopy (Solatron 1280)로 impedance을 측정하였다. 이 때 이온교환막을 1M NaCl 수용액, 1M Na2SO4 수용액 및 1M NaOH 수용액에 각각 24시간 담지한 후 Cl-, SO4 2- 및 OH- 이온전도도를 측정하였다. 100% 상대습도에서 25℃, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃에서의 이온전도도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.Ion exchange membranes prepared in Example 1 were analyzed for ionic conductivity. Pt electrode cell was used for ion conductivity analysis and impedance was measured by 4-probe electrochemical impedance spectroscopy (Solatron 1280). The ion exchange membranes were loaded on 1M NaCl aqueous solution, 1M Na 2 SO 4 aqueous solution and 1M NaOH aqueous solution for 24 hours, respectively, and the conductivity of Cl - , SO 4 2- and OH - ions were measured. The ionic conductivities at 25 ° C, 40 ° C, 60 ° C, 70 ° C and 80 ° C were measured at 100% relative humidity and the results are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112016034276621-pat00026
Figure 112016034276621-pat00026

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 온도가 증가함에 따라 모든 막의 이온 전도도가 증가하였다. 이는 온도가 증가함에 따라 이온의 이동 속도가 증가하기 때문이다. 이온 전도도는 OH-, Cl-, SO4 2- 순서로 감소하였는데, 이는 이온의 크기 및 이동 속도의 차이 때문이다. 80℃에서 APSf-0 및 APSf-1의 OH- 전도도는 막의 형태의 손상으로 측정이 불가능하였다.As shown in Table 2, ionic conductivity of all membranes increased with increasing temperature. This is because the ion migration rate increases with increasing temperature. The ionic conductivity decreased in the order of OH - , Cl - , SO 4 2 - due to the difference in ion size and migration rate. The OH - conductivity of APSf-0 and APSf-1 at 80 ° C was not measurable due to impairment of membrane morphology.

실험예 3: 막저항, 바나듐 이온 투과도 및 바나듐 레독스 플로우 전지(vanadium redox flow battery) 단위 전지 성능 평가Experimental Example 3: Evaluation of membrane resistance, vanadium ion permeability and vanadium redox flow battery unit cell performance

실시예 1에서 제조한 이온교환막을 상온에서 24시간 0.5M H2SO4 수용액에 담지 후 막저항을 측정하였다. 직경이 0.5 cm 인 Pt 전극 사이에 시료를 두고 0.5M H2SO4 수용액을 전해액으로 하여 상기 전해액 하에서 Resistance meter (Hioki 3560)로 저항을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 레퍼런스로서 상용화된 양이온 교환막 Nafion115(Dupont, USA)의 저항을 같은 조건에서 측정하였다. The ion-exchange membrane prepared in Example 1 was immersed in 0.5M H 2 SO 4 aqueous solution for 24 hours at room temperature, and the membrane resistance was measured. A 0.5 M H 2 SO 4 aqueous solution was used as an electrolyte between the Pt electrodes having a diameter of 0.5 cm and the resistance was measured with a resistance meter (Hioki 3560) under the electrolyte solution. The results are shown in Table 3 below. The resistance of the commercially available cation exchange membrane Nafion 115 (Dupont, USA) as a reference was measured under the same conditions.

실시예 1에서 제조한 이온교환막을 1M Na2SO4 수용액에 24시간 담지 후 건조한 후 바나듐 이온 투과도(vanadium ion permeability)를 측정하였다. 3M H2SO4 수용액을 용매로 한 2M MgSO4 수용액, 및 3M H2SO4 수용액을 용매로 한 2M VOSO4 수용액 사이에 이온교환막을 두고 용액을 순환시키면서 시간에 따른 바나듐 이온의 농도를 UV-visible spectroscopy(Agilent cary 8454)을 이용하여 측정한 후 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 이 때 APSf-1, APSf-2.5, APSf-5은 72 시간, APSf-10, APSf-15은 120 시간, Nafion115은 24 시간 동안 측정하였다. 레퍼런스로서 Nafion115을 1.5M H2SO4수용액에 24시간 담지 후, 3차 증류수에 세척 및 24시간 담지 후 건조하여 사용하였다.The ion exchange membrane prepared in Example 1 was immersed in a 1M Na 2 SO 4 aqueous solution for 24 hours, dried, and then measured for vanadium ion permeability. H 2 SO 4 aqueous solution to a 3M to 2M solvent MgSO 4 solution, and 3M H 2 SO 4 aqueous solution as a solvent for a 2M VOSO 4 UV- the concentration of vanadium ions in time while circulating the solution with the ion exchange membrane between an aqueous solution visible spectroscopy (Agilent cary 8454). The results are shown in Table 3 below. At this time, APSf-1, APSf-2.5 and APSf-5 were measured for 72 hours, APSf-10, APSf-15 and Nafion 115 were measured for 24 hours. As a reference, Nafion 115 was immersed in a 1.5 M H 2 SO 4 aqueous solution for 24 hours, washed with a third distilled water and then dried and then dried.

실시예 1에서 제조한 이온교환막을 1M Na2SO4 수용액에 24시간 담지 후 건조한 후 WonATech battery test system을 통해서 전지 성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 이 때 이온교환막의 유효 면적 49㎠, 전류밀도 50 mA cm-2, flow rate 60 ml min-1로 하였다. 레퍼런스로서 Nafion115을 1.5M H2SO4수용액에 24시간 담지 후, 3차 증류수에 세척 및 24시간 담지 후 건조하여 사용하였다.The ion exchange membranes prepared in Example 1 were loaded in a 1 M Na 2 SO 4 aqueous solution for 24 hours and then dried. The cell performance was evaluated using a WonATech battery test system. The results are shown in Table 3 below. At this time, the effective area of the ion exchange membrane was 49 cm 2 , the current density was 50 mA cm -2 , and the flow rate was 60 ml min -1 . As a reference, Nafion 115 was immersed in a 1.5 M H 2 SO 4 aqueous solution for 24 hours, washed with a third distilled water and then dried and then dried.

[표 3][Table 3]

Figure 112016034276621-pat00027
Figure 112016034276621-pat00027

Figure 112016034276621-pat00028
Figure 112016034276621-pat00028

(td는 방전시간, tc는 충전시간, Vd는 방전전압, Vc는 충전전압)(t d is the discharge time, t c is the charge time, V d is the discharge voltage, and V c is the charge voltage)

상기 표 3에서 보는 바와 같이, 가교도와 관계없이 실시예 1에서 제조한 음이온 교환막 모두 Nafion115 대비 현저히 낮은 바나듐 이온 투과도를 나타냈다. 또한, 가교도가 높아질수록 바나듐 이온 투과도가 낮아졌는데, APSf-10과 APSf-15은 120 시간 동안 바나듐 이온 투과가 측정되지 않았다. As shown in Table 3 above, irrespective of the degree of crosslinking, the anion exchange membranes prepared in Example 1 showed significantly lower vanadium ion permeability than Nafion 115. Also, the higher the degree of crosslinking, the lower the vanadium ion permeability, but APSf-10 and APSf-15 did not measure vanadium ion permeability for 120 hours.

또한, 실시예 1에서 제조한 음이온 교환막은 Nafion115에 비해 높은 쿨롬효율(Coulombic efficiency, C.E.)을 나타냈는데, 이는 Nafion115 대비 현저히 낮은 바나듐 이온 투과도에 기인한다. 또한, 본 발명에 따른 APSf-1과 APSf-2.5의 전압효율(Voltage efficiency, V.E.) 및 에너지효율(Energy efficiency, E.E.)은 Nafion115 대비 동등 이상인 것으로 나타났다. 또한, 본 발명에 따른 APSf-2.5, APSf-5 및 APSf-10은 Nafion115 대비 더 우수한 충방전 용량보존율을 나타냈다. In addition, the anion exchange membrane prepared in Example 1 exhibited a higher Coulombic efficiency (C.E.) than Nafion 115, which is due to the significantly lower vanadium ion permeability compared to Nafion 115. In addition, the voltage efficiency (V.E.) and the energy efficiency (E.E.) of APSf-1 and APSf-2.5 according to the present invention were found to be equal to or higher than Nafion 115. In addition, APSf-2.5, APSf-5 and APSf-10 according to the present invention exhibited better charge / discharge capacity retention than Nafion 115.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 이온전도성 고분자가 하기 화학식 2로 표시되는 가교 단위를 통해 가교되고, 상기 이온전도성 고분자는 음이온 교환성 작용기, 양이온교환성 작용기 또는 양쪽성 이온교환성 작용기를 갖는 것인 바나듐 레독스 플로우 전지용 이온전도성 가교 고분자:
[화학식 2]
Figure 112017058585519-pat00030

상기 화학식 2에서,
E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기, 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;
G와 G’는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;
R9 내지 R16은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
Ar은
Figure 112017058585519-pat00031
또는
Figure 112017058585519-pat00032
이고;
상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;
R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
x는 1 내지 10000의 정수이다.
An ion conductive crosslinking agent for a vanadium redox flow cell, wherein the ion conductive polymer is crosslinked through a crosslinking unit represented by the following formula (2), and the ion conductive polymer has an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group Polymers:
(2)
Figure 112017058585519-pat00030

In Formula 2,
E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or -NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group , An aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;
G and G 'are a single bond, or -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as an electron donor, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;
R 9 to R 16 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;
Ar
Figure 112017058585519-pat00031
or
Figure 112017058585519-pat00032
ego;
J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;
R 17 to R 28 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a halogen substituted alkyl group, a C 2 to C 12 allyl group, CN, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a perfluoroaryl group or - O-perfluoroaryl group;
and x is an integer of 1 to 10000.
제3항에 있어서, 상기 이온전도성 가교 고분자는 할로겐화 고분자 중 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자가 서로 가교되어 형성된 것이 특징인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자.[5] The ionically conductive crosslinked polymer of claim 3, wherein the ionically conductive crosslinked polymer is formed by crosslinking halogenated polymers at halogen functional sites in the halogenated polymer. 삭제delete 제3항에 있어서, 상기 음이온 교환성 작용기는 피리딜기, 카바졸릴기 또는 이미다졸릴기에서 유도된 염상태의 음이온교환 작용기이거나, -N+H3L-, -N+R'H2L-, -N+R'2HL-, -N+R'3L-, -P+R'3L-, -S+R'2L- 또는 C5H5N+HL-이고, 상기 R'는 C1-4 알킬 또는 C6-12 아릴이고, L-는 히드록사이드 음이온, 비카보네이트 음이온, 클로라이드 음이온, 브롬 음이온, 요오드 음이온 또는 설페이트 음이온이고,
상기 양이온 교환성 작용기는 -SO3 -, -COO-, -PO3 2-, -PO3H- 또는 C6H40- 이고,
상기 양쪽성 이온 교환성 작용기는 베타인 또는 술포베타인인 것이 특징인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자.
4. The method of claim 3 wherein the anion-exchange functional group is a pyridyl group, a carbazolyl group or an imidazole or an anion exchange functional group derived from the yeomsangtae pyridazinyl group, -N + H 3 L -, -N + R'H 2 L - , -N + R '2 HL - , -N + R' 3 L -, -P + R '3 L -, -S + R' 2 L - or C 5 H 5 N + HL -, and wherein R ' Is a C 1-4 alkyl or C 6-12 aryl and L - is a hydroxide anion, a bicarbonate anion, a chloride anion, a bromide anion, an iodide anion or a sulfate anion,
The cation-exchange functional groups are -SO 3 -, -COO -, -PO 3 2-, -PO 3 H - or C 6 H 4 0 -, and
Wherein the amphoteric ion-exchange functional group is betaine or sulfobetaine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제3항에 있어서, 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 골격을 갖는 것인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자:
[화학식 3]
Figure 112016034276621-pat00033


상기 화학식 3에서,
E는 단일결합, 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -CR48R48’-, -NH- 또는 NR49-이며, 상기 R48과 R48’는 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기 또는 아릴기이고, R49은 C1 내지 C12 알킬기이고;
G와 G’는 단일결합 또는 전자주게기로서 -O-, -S-, -NH- 또는 NR47-이며, 상기 R47은 C1 내지 C12 알킬기이고;
Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 수소원자, (CH2)hM (1≤h≤12), 또는 에테르기와 에스테르기를 포함하는 (CH2)hM (1≤h≤12)이고, 상기 M은 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기이고;
R35 내지 R46 및 R35’ 내지 R46’은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
Ar은
Figure 112016034276621-pat00034
또는
Figure 112016034276621-pat00035
이고;
상기 J는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5 -20 헤테로아릴이고;
R17 내지 R28은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5 -20 헤테로아릴이고;
D”과 D’’’은 각각 독립적으로 NH 또는 -NR이고, 상기 R은 C1 내지 C12 알킬기이며;
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이고;
c, d, e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.
The ion conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to claim 3, which has a skeleton containing a repeating unit represented by the following formula (3): < EMI ID =
(3)
Figure 112016034276621-pat00033


In Formula 3,
E is a single bond or an electron donor group -O-, -S-, -CR 48 R 48 '-, -NH- or NR 49 -, and R 48 and R 48 ' each independently represent a hydrogen atom, Or an aryl group, and R 49 is a C 1 to C 12 alkyl group;
G and G 'are -O-, -S-, -NH- or NR 47 - as a single bond or electron donor group, and R 47 is a C 1 to C 12 alkyl group;
Z 1 to Z 6 each independently represent a hydrogen atom, (CH 2 ) h M (1 ≦ h ≦ 12) or (CH 2 ) h M containing an ether group and an ester group (1 ≦ h ≦ 12) Is an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group;
R 35 to R 46 and R 35 'to R 46 ' each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group , A C 2 to C 12 allyl group, a cyano group (-CN), a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, at least one oxygen, A perfluoroalkylaryl group, a perfluoroaryl group or an -O-perfluoroaryl group;
Ar
Figure 112016034276621-pat00034
or
Figure 112016034276621-pat00035
ego;
J is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5 -20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;
R 17 to R 28 each independently represents a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;
A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5 -20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;
D " and D '" are each independently NH or -NR, and R is a C 1 to C 12 alkyl group;
R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;
a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;
c, d, e and f are each independently an integer of 1 to 10000.
제7항에 있어서, 상기 음이온 교환성 작용기는 피리딜기, 카바졸릴기 또는 이미다졸릴기에서 유도된 염상태의 음이온교환 작용기이거나, -N+H3L-, -N+R'H2L-, -N+R'2HL-, -N+R'3L-, -P+R'3L-, -S+R'2L- 또는 C5H5N+HL-이고, 상기 R'는 C1-4 알킬 또는 C6-12 아릴이고, L-는 히드록사이드 음이온, 비카보네이트 음이온, 클로라이드 음이온, 브롬 음이온, 요오드 음이온 또는 설페이트 음이온이고,
상기 양이온 교환성 작용기는 -SO3 -, -COO-, -PO3 2-, -PO3H- 또는 C6H40- 이고,
상기 양쪽성 이온 교환성 작용기는 베타인 또는 술포베타인인 것이 특징인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자.
The method of claim 7, wherein the anion-exchange functional group is a pyridyl group, a carbazolyl group or an imidazole or an anion exchange functional group derived from the yeomsangtae pyridazinyl group, -N + H 3 L -, -N + R'H 2 L - , -N + R '2 HL - , -N + R' 3 L -, -P + R '3 L -, -S + R' 2 L - or C 5 H 5 N + HL -, and wherein R ' Is a C 1-4 alkyl or C 6-12 aryl and L - is a hydroxide anion, a bicarbonate anion, a chloride anion, a bromide anion, an iodide anion or a sulfate anion,
The cation-exchange functional groups are -SO 3 -, -COO -, -PO 3 2-, -PO 3 H - or C 6 H 4 0 -, and
Wherein the amphoteric ion-exchange functional group is betaine or sulfobetaine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제3항에 있어서, 상기 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 것인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자.The method of claim 3, wherein the polymer has a molecular weight of Mw (number-average molecular weight) of 10,000 to 1,000,000 or Mw (weight-average molecular weight) of 10,000 to 10,000,000. Ion conductive crosslinked polymers for toxic flow batteries. 제3항에 있어서, 상기 이온전도성 고분자는 랜덤 공중합체, 교차 공중합체 또는 블록 공중합체인 것이 특징인 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자.The ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow cell according to claim 3, wherein the ion conductive polymer is a random copolymer, a cross-copolymer or a block copolymer. 삭제delete 제3항, 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자의 제조방법에 있어서,
할로겐화 고분자를 준비하는 제1단계;
상기 할로겐화 고분자에 하기 화학식 1로 표시되는 가교제를 첨가하여 할로겐화 고분자의 일부 할로겐 작용기 위치에서 할로겐화 고분자 사이의 가교 반응에 의해 가교형 중합체를 형성하는 제2단계; 및
상기 가교형 중합체의 잔여 할로겐 작용기를 음이온 교환성 작용기, 양이온 교환성 작용기 또는 양쪽성 이온 교환성 작용기로 치환시키는 제3단계를 포함하는, 제조방법:
[화학식 1]
Figure 112017058585519-pat00040

상기 화학식 1에서,
A는 단일결합; 전자끌게기로서 -(C=O)-, -(P=O)-, -(SO2)-, -CF2- 또는 -(C(CF3)2)-; 또는 상기 전자끌게기 중 1종 이상으로 치환된 C6-20 아릴 또는 C5-20 헤테로아릴이고;
D 및 D’는 각각 독립적으로 -NH2, 또는 -NHR이며, 상기 R은 C1 내지 C12의 알킬기이고;
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소원자(-H), 할로겐원자(-X), C1 내지 C12의 알킬기, 할로겐으로 치환된 C1 내지 C12의 알킬기, C2 내지 C12의 알릴기, 시안기(-CN), C6 내지 C10의 아릴기, 니트로기(-NO2), 퍼플루오로알킬기, 하나 이상의 산소, 질소 또는 황 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬아릴기, 퍼플루오로아릴기 또는 -O-퍼플루오로아릴기이고;
a 및 b는 각각 독립적으로 0이거나, 1 내지 100의 정수이다.
11. A process for producing an ion conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow battery according to any one of claims 3, 4 and 6 to 10,
A first step of preparing a halogenated polymer;
A second step of adding a cross-linking agent represented by the following formula (1) to the halogenated polymer to form a cross-linked polymer by a cross-linking reaction between the halogenated polymers at some halogen functional sites of the halogenated polymer; And
And a third step of replacing the residual halogen functionality of the crosslinking polymer with an anion exchange functional group, a cation exchange functional group or an amphoteric ion exchange functional group.
[Chemical Formula 1]
Figure 112017058585519-pat00040

In Formula 1,
A is a single bond; As the electron withdrawing group - (C = O) -, - (P = O) -, - (SO 2) -, -CF 2 - or - (C (CF 3) 2 ) -; Or C 6-20 aryl or C 5-20 heteroaryl substituted by one or more of said electron withdrawing groups;
D and D 'are each independently -NH 2 , or -NHR, wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group;
R 1 to R 8 each independently represent a hydrogen atom (-H), a halogen atom (-X), a C 1 to C 12 alkyl group, a C 1 to C 12 alkyl group substituted with halogen, a C 2 to C 12 allyl A perfluoroalkylaryl group containing at least one oxygen, nitrogen or sulfur atom, a C 6 to C 10 aryl group, a nitro group (-NO 2 ), a perfluoroalkyl group, A perfluoroaryl group or a -O-perfluoroaryl group;
a and b are each independently 0 or an integer of 1 to 100;
제3항, 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 바나듐 레독스 플로우전지용 이온전도성 가교 고분자를 포함하는 막.A film comprising an ionically conductive crosslinked polymer for a vanadium redox flow cell according to any one of claims 3, 4, 제13항에 있어서, 상기 막은 이온교환막인 것이 특징인 막.14. The membrane of claim 13, wherein the membrane is an ion exchange membrane.
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