KR20090025233A - 이온 전도성 막 - Google Patents

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하워드 매튜 콜크호운
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존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

중합체 성분 및 거대고리 화합물을 포함하며, 상기 거대고리 화합물은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 이온 전도성 막이 개시된다. 상기 막은 연료 전지에 사용하기 적합하다.
이온 전도성 막, 연료 전지

Description

이온 전도성 막 {ION CONDUCTING MEMBRANE}
본 발명은 연료 전지, 전해조 및 전기합성 전지와 같은 전기화학 장치에 사용하기 적합한 이온 전도성 막에 관한 것이다.
연료 전지는 전해질에 의해서 분리된 2개의 전극을 포함하는 전기화학 전지이다. 예를 들어 수소 또는 메탄올과 같은 연료는 애노드로 공급되고, 예를 들어 산소 또는 공기와 같은 산화제는 캐소드로 공급된다. 전기화학 반응은 전극에서 발생되고, 연료 및 산화제의 화학 에너지는 전기 에너지 및 열로 전환된다. 애노드에서 연료의 전기화학적 산화 및 캐소드에서 산소의 전기화학적 환원을 촉진시키기 위하여 전극촉매가 사용된다.
양성자 교환 막 (PEM) 연료 전지에서, 전해질은 고체 고분자 막이다. 막은 전기 절연성이지만 이온 전도성이다. 막은 전형적으로 양성자 전도성이고, 애노드에서 생성된 양성자는 막을 통과해 캐소드로 전달되고, 여기서 산소와 합해져 물을 생성한다.
PEM 연료 전지 및 다른 장치에서 사용되는 통상적인 막은 상표명 나피온(Nafion)® (이　아이　듀폰　디　네모아　앤드　캄파니(E.I. DuPont de Nemours and Co.)), 아시플렉스(Aciplex)® (아사히 가세이(Asahi Kasei)) 및 플레미 온(Flemion)® (아사히 글라스 가부시키가이샤(Asahi Glass KK))으로 판매되는 퍼플루오르화 술폰산 막을 포함한다. 그러나, 퍼플루오르화 중합체는 고가이며 승온(100 ℃ 초과)에서 제한된 이온 전도성을 갖는다.
본 발명자들은 PEM 연료 전지에 사용하기 적합한 종래와 다른 이온 전도성 막을 제공하고자 노력하였다. 따라서, 본 발명은 중합체 성분 및 거대고리 화합물을 포함하며, 상기 거대고리 화합물은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 이온 전도성 막을 제공한다.
본 발명자들은 거대고리 화합물이 이온 전도성 막 내에 유지되어 막의 이온 전도성에 기여한다는 것을 알아내었다.
용어 "이온 전도성기"는 화합물이 이온을 전달할 수 있게 하는 관능기를 나타내기 위하여 사용된다. 적합하게는, 이온 전도성기는 양성자 전도성기, 즉, 화합물이 양성자를 전달할 수 있게 하는 관능기이다. 술폰산기, 포스폰산기 및 카르복실산기와 같은 산성기가 바람직하다. 가장 바람직하게는, 이온 전도성기는 술폰산기이다.
거대고리 화합물은 적합하게는 프탈로시아닌, 포르피린 (예를 들어, 테트라벤조포르피린) 및 테트라아자아눌렌으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 가장 바람직하게는 프탈로시아닌이다. 프탈로시아닌 (1), 포르피린 (2), 테트라벤조포르피린 (3) 및 테트라아자아눌렌 (4)의 구조를 아래에 나타내었다.
Figure 112008085564000-PCT00001
본 발명에서 사용되는 프탈로시아닌, 포르피린 및 테트라아자아눌렌은 상기 화학 구조와 정확하게 동일하지 않을 수도 있지만, 그와 동일한 기본 골격에 기초할 것이다. 상기 나타낸 모든 구조는 이러한 거대고리 화합물의 유리 염기 형태이고, 본 발명의 한 실시태양에서 막 내의 거대고리 화합물은 유리 염기 형태이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시태양에서, 막 내의 거대고리 화합물은 금속화 형태이며, 예를 들어, 프탈로시아닌에서 다음과 같다.
Figure 112008085564000-PCT00002
거대고리 화합물 내의 금속 또는 메탈로이드 M은 적합하게는 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Mn, Mg, Sn, Ca, V, Cr, Rh, Ru, Pd, Pt, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Sb, Bi, Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Th, U를 포함하는 금속 및 메탈로이드의 넓은 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Mg, Rh, Ru, Pd, Pt이며, 가장 바람직하게는 Cu이다.
바람직하게는 술폰산기와 같은 이온 전도성기가 프탈로시아닌, 포르피린 또는 테트라아자아눌렌 내의 페닐기에 결합된다. 본 발명의 한 바람직한 실시태양에서, 거대고리 화합물 내의 각 페닐기에 1개의 이온 전도성기(바람직하게는 술폰산기)가 결합된다. 각 페닐 고리 상에 1개 이상의 이온 전도성기가 존재할 수 있지만, 일반적으로는 각 페닐 고리 상에 1개의 이온 전도성기가 존재한다. 바람직한 관능화 거대고리 화합물을 아래에 나타내었다.
Figure 112008085564000-PCT00003
Figure 112008085564000-PCT00004
상기 구조에서, 술폰산기는 모두 산성 (양성자화) 형태로 나타내었다. 막 내에서, 상기의 기는 산성 (양성자화) 및 염기성 (비양성자화) 형태 둘 다로 존재할 것이다. 거대고리 화합물이 우선 산성기를 갖는 막 내로 금속화 형태, 예를 들어, 나트륨 형태로 도입된 후에 산성 형태로 전환될 수 있으며, 그 반대도 같다.
거대고리 화합물 상에 추가의 비-이온 전도성 치환기가 존재할 수 있으며, 예를 들어, 부분적으로 플루오르화된 프탈로시아닌이 사용될 수 있다.
하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 거대고리 화합물은 상업적으로 입수 가능하다 (예를 들어, 구리 (II) 프탈로시아닌-테트라술폰산 테트라나트륨 염은 알파 애사(Alfa Aesar, 미국)로부터 구입 가능). 다르게는, 예를 들어, 다음과 같이 이온 전도성기로 거대고리 화합물을 관능화시켜 제조할 수 있다.
Figure 112008085564000-PCT00005
거대고리 화합물 내의 금속 또는 메탈로이드 M의 특성에 따라서, M과 결합된 축방향 리간드가 존재할 수 있다. 이는 Ru, Fe, Co, Rh, Ga, Tb, Ho, Dy, Tm, Eu 및 Lu와 같은 금속의 경우에 가능할 수 있다. 본 발명의 대부분의 실시태양에서, 이온 전도성기는 거대고리 상에 존재하지만, 본 발명의 한 실시태양에서, 거대고리 화합물은 축방향 리간드 상의 하나 이상의 이온 전도성기를 통해 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것이다. 가능한 축방향 리간드는 피리딘, 비피리딘, 아세틸아세톤 및 이들의 유도체를 포함한다. 이온 전도성기로 관능화된 축방향 리간드의 예로는 술폰산 치환 피리딘이 있다.
막은 2종류 이상의 거대고리 화합물을 포함할 수도 있다.
중합체 성분은 적합하게는 탄화수소 중합체 또는 불화탄소 중합체이다. 중합체 성분은 단일 종류의 중합체 또는 2종류 이상의 중합체의 배합물로 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시태양에서, 중합체 성분은 이온 전도성 중합체이다. 이 실시태양에서, 중합체 성분 및 거대고리 화합물은 모두 막의 이온 전도성에 기여한다. 중합체 성분은 퍼플루오르화 술폰산 중합체, 또는 술폰화 폴리아릴에테르케톤 또는 술폰화 폴리아릴에테르술폰과 같은 술폰화 탄화수소 중합체일 수 있다. 바람직한 중합체는 WO 2005/068536에 개시된 것들을 포함한다.
본 발명의 제2 실시태양에서, 중합체 성분은 이온 전도성 중합체가 아니다. 이 실시태양에서, 막의 이온 전도성은 오직 거대고리 화합물로부터 기인한다. 이 실시태양의 장점은, 중합체 성분이 이온 전도성이 아니기 때문에, 더 넓은 군의 중합체 중에서 선택할 수 있고, 강도 또는 내구성과 같은 다른 특성을 고려하여 선택할 수 있다는 점이다. 바람직한 중합체는 방향족 폴리에테르케톤 및 폴리에테르술폰을 포함한다.
적합하게는, 중합체 성분과 거대고리 화합물이 모두 막 전체에 고르게 분산된다. 거대고리 화합물에 대한 중합체 성분의 중량비는 적합하게는 50:1 내지 1:2, 바람직하게는 20:1 내지 1:1, 가장 바람직하게는 10:1 내지 2:1, 예컨대 6:1 내지 2:1이다. (중량비는 거대고리 화합물의 질량과 비교한 중합체의 질량을 기초로 한다). 바람직한 비율은 중합체 성분 및 거대고리 화합물의 정확한 특성에 의존할 수 있다.
유리하게는, 막은 추가의 성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시태양에서, 막은 추가로 강화재를 포함한다. 강화재는 분리된 섬유 또는 입자일 수 있지만, 바람직하게는 다공성 웹이다. 용어 "다공성 웹"은 복합재 막 내로 도입될 수 있는 임의의 연속 다공성 강화재를 나타내기 위해서 사용된다. 한 실시태양에서, 다공성 웹은 발포 중합체 웹 또는 직조 또는 부직 웹일 수 있다. 바람직한 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리에틸렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함한다. 본 발명의 제2 실시태양에서, 다공성 웹은 불규칙적으로 배향된 개별 섬유로 제조될 수 있다. 이러한 종류의 웹은 EP 875 524에 개시되어 있다. 섬유는 적합하게는 유리, 중합체, 세라믹, 석영, 실리카, 탄소 또는 금속 섬유이다 (탄소 또는 금속 섬유가 사용되는 경우, 섬유를 절연시키도록 중합체 층이 충분히 두꺼워야 한다). 섬유는 바람직하게는 유리, 석영 또는 무정형 실리카 섬유이다. 본 발명의 제3 실시태양에서, 다공성 웹은 전기방사 섬유 웹이다. 전기방사 웹은, 전기적으로 대전된 중합체 용액 또는 중합체 용융물을 오리피스로부터 집전기로 연신하는 전기방사 공정으로 제조된다. 이는 불규칙적으로 배향되고 서로 얽힌 초미세 섬유 (상기 섬유는 전형적으로 나노미터 단위의 지름을 가짐)의 웹을 제조한다. 이러한 웹은 US 2003/0195611에 개시되어 있다.
다공성 웹의 다공도는 적합하게는 50% 초과, 바람직하게는 70% 초과이다. 다공성 웹의 두께는 적합하게는 3μm 내지 40μm, 바람직하게는 5μm 내지 25μm이다. 복합재 막의 두께를 50μm 미만으로, 바람직하게는 30μm 이하로 유지하는 것이 바람직하므로, 두꺼운 웹은 바람직하지 않다. 얇은 막은 낮은 강화성을 제공하기 때문에 바람직하지 않다.
강화재로 사용하기에 적합한 분리된 섬유는 유리, 중합체, 세라믹, 석영, 실리카, 탄소 또는 금속 섬유를 포함한다 (탄소 또는 금속 섬유가 사용되는 경우, 섬유를 절연시키도록 중합체 층이 충분히 두꺼워야 한다). 섬유는 바람직하게는 유리, 석영 또는 무정형 실리카 섬유이다. 섬유는 적합하게는 0.2 μm 내지 50 μm의 평균 지름, 적합하게는 0.05 mm 내지 300 mm의 평균 길이를 갖는다.
본 발명의 추가적인 실시태양에서, 막은 추가로 분산 실리카 또는 지르코늄 포스페이트와 같은 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
US 6,335,112는 전극 또는 막이 거대고리 금속 착물 촉매, 예를 들어, 철 프탈로시아닌을 포함할 수 있는 것인 PEM 연료 전지를 개시한다. 촉매는 연료 전지가 작동하는 동안 형성되는 과산화수소를 분해하여, 과산화수소가 중합체 전해질 막을 분해하는 것을 방지한다. 본 발명에서, 관능화된 거대고리 화합물은 과산화수소의 분해가 가능하도록 선택될 수 있다. 적합한 거대고리 화합물은 Fe, Co, Cu 또는 Zn을 함유하는 관능화된 프탈로시아닌을 함유한다. 관능화된 거대고리 화합물은 다르게는 수소/산소 재결합 촉매화가 가능하도록 선택될 수 있다. 적합한 거대고리 화합물은 Pd, Pt, Rh, Ru 또는 Ir을 함유하는 관능화된 프탈로시아닌을 포함한다.
본 발명의 막은 적합한 용매 내에서 중합체 성분과 관능화된 거대고리 화합물을 함께 혼합하고 막을 주형하여 제조된다. 바람직한 용매는 중합체 성분에 따라 다를 수 있지만, 술폰화 폴리아릴에테르케톤 또는 술폰화 폴리아릴에테르술폰 중합체에 대해서는 N-메틸-2-피롤리디논 (NMP)일 수 있고, 또는 퍼플루오르화 술폰산 중합체에 대해서는 알콜일 수 있다. 다르게는, 관능화 거대고리 화합물을 중합체 성분의 용융물과 혼합하고 막을 압출하여 막을 제조할 수 있다. 관능화된 거대고리 화합물이 금속화 형태 (예를 들어, 술폰산기가 나트륨 염으로 존재)로 도입된 후, 산성 형태로 가수분해될 수 있다.
본 발명의 막은 향상된 이온 전도성 (구체적으로, 양성자 전도성) 특성을 갖는 막이 요구되는 임의의 전기화학 장치에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 추가적인 측면은 앞서 설명한 바와 같이 이온 전도성 막을 포함하는 전기화학 장치를 제공한다. 다르게는, 앞서 설명한 바와 같은 전기화학 장치에서의 막의 용도를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 막은 연료 전지에서 사용된다. 따라서, 본 발명은 추가로 본 발명에 따른 이온 전도성 막 및 막 위에 적층된 전극촉매 층을 포함하는 촉매로 코팅된 막을 제공한다. 적합한 전극촉매는 당업자에게 널리 알려져 있으며, 지지되지 않거나 전도성 탄소 지지 물질 상에 지지된, 백금 및 백금 합금을 포함한다.
본 발명은 또한 추가로 본 발명에 따른 이온 전도성 막을 포함하는 막 전극 어셈블리(membrane electrode assembly)를 제공한다. 막, 촉매 잉크 및 기체 확산 기판으로부터 막 전극 어셈블리를 제조하는 방법은 당업자에게 널리 알려져 있다.
본 발명은 또한 추가로 적합하게는 전극촉매 층의 제조에 사용되는 전극촉매 잉크를 제공한다. 잉크는 전극촉매, 중합체 성분 및 거대고리 성분을 포함하며, 상기 거대고리 성분은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것이다. 중합체 성분 및 거대고리 성분은 앞서 설명한 바와 같다. 이러한 잉크는 거대고리 화합물이 전극촉매 층 내에 유지되는 전극촉매 층을 제공하며, 상기 거대고리 화합물은 전극촉매 층의 이온 전도성에 기여한다. 본 발명은 추가로 전극촉매, 중합체 성분 및 거대고리 성분을 포함하며, 상기 거대고리 성분은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 전극촉매 층을 제공한다. 이러한 층은 본 발명의 전극촉매 잉크를 기체 확산 층, 막 또는 전달 기판과 같은 기판에 도포하여 제조될 수 있다.
추가적인 실시태양에서, PEM 연료 전지용 MEA에 사용하기 적합한 막은 또한 PEM 전해조에 사용하기 적합할 수 있다. PEM 전해조는 물의 전기 분해를 일으킬 수 있는 전원 장치에 연결된 다수의 MEA에 물을 공급한다. 일반적으로 물은 산소가 생성되는 MEA의 애노드 측으로 공급된다. 캐소드 측에서는 수소가 생성된다. 애노드 및 캐소드 전극은, 양성자를 애노드에서 캐소드로 전도시키면서 전기전도성이 아니어야 하는 PEM에 의해서 분리된다. 이러한 용도로서 이전에는 나피온, 플레미온 등과 같은 퍼플루오로술폰산 (PFSA) 막이 사용되었지만, 이들의 실제 작동 온도는 약 80 ℃로 제한된다. 이 온도를 넘으면 재료들이 너무 연화되어 애노드와 캐소드 전극이 접촉되어 전기적 회로 단락이 발생될 수 있다. 본 발명의 막은 훨씬 높은 온도까지 연화를 견딜 수 있기 때문에 더 높은 온도에서 작동될 수 있다. PEM 전해조를 높은 온도에서 작동시키면 낮은 과전압에서 산소 발생을 일으킬 수 있기 때문에, 물의 전기 분해 동안 더 적은 전력을 소모하게 된다. 본 발명의 막은 PFSA 유형보다 더 강하고 탄성이 크기 때문에, PFSA 유형보다 더 얇은 두께로 사용될 수 있다. 예를 들어, PEM 전해조 MEA용 나피온 막은 일반적으로 100 내지 200 마이크로미터 범위이지만 본 발명의 막은, 특히 강화된 경우에, 단지 50 마이크로미터 두께에서도 적합할 수 있다. 강화시키는 것은, 연료 전지 용도에서와 같이 전해조 용도에 있어서도 동일한 이점, 즉, 치수 안정성, 강도, 균열 전파 저항성 등을 제공한다.
추가적인 실시태양에서, 본 발명의 막은 또한 전기합성 전지에 사용될 수 있다.
본 발명은 이하의 예시적인 실시예에 의해서 설명될 것이지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
실시예 1
구리 (II) 프탈로시아닌-테트라술폰산 테트라나트륨 염 (0.0348 g, 0.0354 mmol, Na+ FW 984.26, H+ FW 896.26)을 탈이온수 (0.188 g) 내에 포화시켰다. 아래 나타낸 반복 단위를 갖는 산성 형태의 술폰화 폴리아릴에테르케톤 중합체의 비드 (0.3 g, 0.284 mmol)를 혼합물에 첨가한 후 N-메틸-2-피롤리디논 (2.512 g)을 첨가하고, 건조 질소 하에서 투명한 점성 용액이 수득될 때까지 교반하였다.
Figure 112008085564000-PCT00006
압축 공기 하에서 면으로 패딩된 셀라이트(Celite) 521 (알드리치(Aldrich))를 통해 용액을 여과하였다. 가드너 나이프(Gardner Knife)를 사용하여 (유리 표면 위 300 μm 높이로 설정) 유리판 상에 막을 주형하고, 50 ℃에서 건조시켜 대부분의 용매를 제거한 후, 진공 하의 105 ℃에서 건조시켜 일정 중량이 되도록 하였다. 생성된 청색 중합체 필름은, 수시간 동안 대기의 수증기와 평형을 유지하도록 한 후, 판으로부터 쉽게 제거할 수 있었다. 막 두께 (약 39 μm)는 6개 지점에서 측정한 값을 평균한 것이다.
프탈로시아닌에 대한 중합체의 중량비는 9.5:1이었다 (몰비로 8:1 및 술폰산기에 기초하여 4:1과 일치).
실시예 2
구리 (II) 프탈로시아닌-테트라술폰산 테트라나트륨 염 (0.0657 g, 0.0668 mmol) 및 산성 형태의 술폰화 폴리아릴에테르케톤 중합체 비드 (실시예 1에 나타낸 반복 단위) (0.285 g, 0.27 mmol)의 혼합물을 98% 황산 (A.R. 등급) (3 ml) 중에서 60 ℃에서 밤새 교반하였다. 생성된 투명한 점성 청색 용액을 냉각시키고 탈이온수 내에서 응집시켰다. 응집이 완료되면, 거친 유리 소결물 상에 비드를 여과시키고, 탈이온수 (100 mL) 내에서 실온에서 30분 동안 교반한 후, 재여과하였다. 세 척물의 전도성이 10 μs 미만이 될 때까지 이 과정을 수회 반복하였다. 그 후 생성된 비드를 75 ℃ 공기 기류에서 건조시키고, 마지막으로 75 ℃ 진공 하에서 건조시켜 일정한 중량이 되도록 하였다. 산성 형태 중합체의 청색 비드 (0.33 g)를 N-메틸-2-피롤리디논 (3.1 g)에 첨가하고, 투명한 점성 용액이 수득될 때까지 건조 질소 하에서 교반하였다. 압축 공기 하에서 면으로 패딩된 셀라이트 521 (알드리치)을 통해 용액을 여과하였다. 가드너 나이프 (유리 표면 위 300 μm 높이로 설정)를 사용하여 유리판 상에 막을 주형하고, 50 ℃에서 건조시켜 대부분의 용매를 제거한 후, 105 ℃의 진공 하에서 건조시켜 일정한 중량이 되도록 하였다. 생성된 청색 중합체 필름은, 수시간 동안 대기의 수증기와 평형을 유지하도록 한 후, 판으로부터 쉽게 제거할 수 있었다. 막 두께 (약 28 μm)는 6개 지점에서 측정한 값을 평균한 것이다.
프탈로시아닌에 대한 중합체의 중량비는 4.8:1이었다 (몰비로 4:1과 일치). 막의 당량 중량은 427이었고, 이는 술폰화 폴리아릴에테르케톤 중합체 단독으로 구성된 막의 당량 중량 (당량 중량 529) 보다 현저히 낮은 것이었다.
실시예 3
구리 (II) 프탈로시아닌-테트라술폰산 테트라나트륨 염의 몰비가 2배가 되도록 하여 실시예 2에서처럼 막을 제조하였다 (프탈로시아닌에 대한 중합체의 몰비가 2:1). 막의 당량 중량은 420이었다.
막 안정성
프탈로시아닌이 막 내에 유지되는지를 확인하기 위하여 실시예 1의 막을 시 험하였다. 9O ℃에서 수시간 동안 1 M 황산에 막을 침지시킨 후, 물에서 수시간 동안 비등시켰다. 이와 같은 처리의 전후에 막의 건조 질량을 측정하였고, 두 결과는 실험 오차 내에서 동일하였다 (0.021Og 및 0.0218g). 막은 진한 청색을 유지하였고, 황산과 물 모두 청색으로 물들지 않았다. 프탈로시아닌은 막 내에 유지된 것으로 결론내렸다.
연료 전지 시험
최신의 기체 확산 층 및 촉매 층을 사용하여 2개의 MEA를 형성하였다. 제1 MEA (실시예 MEA) 내의 막은 실시예 2에 따라서 제조된 막이었다. 제2 MEA (비교예 MEA) 내의 막은, 막이 구리 프탈로시아닌을 함유하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조된 술폰화 폴리아릴에테르케톤 중합체 막이었다. 연료 전지의 온도를 8O ℃에서 110 ℃로 증가시키는 온도 램프 실험의 연료 전지에서 2개의 MEA를 시험하였다 (H2/공기, 210 kPa, 8O ℃ 이슬점). 도 1은 시간에 따라 온도가 증가하면서 전지의 전압이 어떻게 변하는가를 나타낸다. 실험의 대부분에 걸쳐서, 실시예 MEA의 전지 전압이 비교예 MEA의 전지 전압보다 높았다.
100 ℃ 및 110 ℃에서 210 kPag 압력, 유입 기체 이슬점 8O ℃로, H2 및 O2를 갖는 소형 전지 내에서 4:1 및 2:1 비율의 막을 함유하는 2개의 MEA를 시험하였다. 두 온도에서 2개의 MEA의 분극화 곡선을 도 2에 나타내었다. 100 ℃에서 2개의 MEA는 거의 비슷한 성능을 가지며, 이는 2개의 MEA에서 막 전도성이 유사하다는 것을 나타낸다. 11O ℃에서는, 2:1 막을 갖는 MEA는 4:1 막을 갖는 MEA보다 훨씬 우 수한 성능을 나타내며, 이는 물 함량이 감소된 조건 하에서 더 많은 양의 구리 프탈로시아닌 도판트가 더 높은 막 전도성을 가능하게 한다는 것을 의미한다.

Claims (14)

  1. 중합체 성분 및 거대고리 화합물을 포함하며, 상기 거대고리 화합물은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 이온 전도성 막.
  2. 제1항에 있어서, 거대고리 화합물이 술폰산기, 포스폰산기 및 카르복실산기 중 하나 이상으로부터 선택된 산성기로 관능화된 것인 이온 전도성 막.
  3. 제2항에 있어서, 거대고리 화합물이 술폰산기로 관능화된 것인 이온 전도성 막.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 거대고리 화합물이 프탈로시아닌, 포르피린 및 테트라아자아눌렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 이온 전도성 막.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 거대고리 화합물이 유리 염기 형태인 이온 전도성 막.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 거대고리 화합물이 금속화 형태인 이온 전도성 막.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 성분이 이온 전도성 중합체인 이온 전도성 막.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 성분이 이온 전도성 중합체가 아닌 이온 전도성 막.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 거대고리 화합물에 대한 중합체 성분의 중량비가 50:1 내지 1:2인 이온 전도성 막.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 강화재를 포함하는 이온 전도성 막.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이온 전도성 막 및 막 위의 전극촉매 층을 포함하는, 촉매로 코팅된 막.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 이온 전도성 막을 포함하는 막 전극 어셈블리.
  13. 전극촉매, 중합체 성분 및 거대고리 성분을 포함하며, 상기 거대고리 성분은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 전극촉매 잉크.
  14. 전극촉매, 중합체 성분 및 거대고리 성분을 포함하며, 상기 거대고리 성분은 하나 이상의 이온 전도성기로 관능화된 것인 전극촉매 층.
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