KR20130038826A - Improved polymer membranes, processes for production thereof and use thereof - Google Patents

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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 개선된 중합체 멤브레인, 이의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to improved polymer membranes, methods for their preparation and their use.

Figure P1020127026012
Figure P1020127026012

Description

개선된 중합체 멤브레인, 이의 제조 방법 및 이의 용도{IMPROVED POLYMER MEMBRANES, PROCESSES FOR PRODUCTION THEREOF AND USE THEREOF} IMPROVED POLYMER MEMBRANES, PROCESSES FOR PRODUCTION THEREOF AND USE THEREOF}

본 발명은 개선된 중합체 멤브레인, 이의 제조 방법 및 전기화학 반응기, 예를 들어 연료 전지에서 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to improved polymer membranes, methods for their preparation and their use in electrochemical reactors such as fuel cells.

중합체 멤브레인 및 연료 전지에서 이의 용도는 이미 알려져 있다. 폴리아졸 멤브레인, 예를 들어 폴리벤즈이미다졸(PBI)에 기초한 멤브레인 전극 조립체(MEA)에서는, 중합체에 인산을 도핑하여 요구되는 프로톤 전도성을 달성한다. 인산을 이용한 도핑은 중합체의 기계적 안정성을 저하시킨다. 동시에, 이온 전도성을 위해 높은 산 함량이 유리하다. 특히 졸겔 공정으로 제조된 멤브레인은 고비율의 인산과 저비율의 PBI 중합체로 이루어진다. 이는 압력과 온도의 작용하에 멤브레인 유동(flow)을 야기한다. 연료 전지에서, 이러한 유동은 소정 두께로 압축된 경질 가스켓을 사용하여 방지된다. 가스켓 사이에는 실제 멤브레인이 존재하지 않고 오히려 예를 들어 FEP-코팅된 폴리이미드(Kapton?)로 구성된 소위 서브가스켓이 존재하는데, 이는 가스 확산층으로의 연결부 위의 멤브레인과의 기밀 밀봉을 제공한다. WO 92/22096 A2는 예를 들어 실제 멤브레인 중합체로 이루어지지 않은 가스켓 물질의 사용을 개시하고 있다. WO 2008/014964 A2는 보강 요소를 가진 멤브레인을 기재하고 있다. 서브가스켓으로 멤브레인의 연결은 취약 지점일 수 있는데, 이 지점에서 MEA 제조 동안 결함이 발생할 수 있고, 전지 작동시 누설이 일어날 수 있다.Its use in polymer membranes and fuel cells is already known. In membrane electrode assemblies (MEA) based on polyazole membranes, such as polybenzimidazole (PBI), doping the polymer with phosphoric acid achieves the required proton conductivity. Doping with phosphoric acid lowers the mechanical stability of the polymer. At the same time, a high acid content is advantageous for ionic conductivity. In particular, membranes prepared by the sol-gel process consist of a high proportion of phosphoric acid and a low proportion of PBI polymer. This causes a membrane flow under the action of pressure and temperature. In fuel cells, this flow is prevented by using hard gaskets compressed to a predetermined thickness. Between the gasket is not present the actual rather than the membrane, for example to the so-called sub-gasket composed of a polyimide (Kapton?) FEP- coating is present, which provides an airtight seal between the above connection of the gas diffusion membrane. WO 92/22096 A2 discloses the use of gasket materials, for example, which do not consist of actual membrane polymers. WO 2008/014964 A2 describes membranes with reinforcing elements. The connection of the membrane to the subgasket can be a weak point, at which point defects can occur during MEA fabrication and leakage can occur during battery operation.

WO 2004/066428 A2는 인산-도핑된 PBI 멤브레인을 갖는 연료 전지를 기재하고 있으며, 여기서 PBI 멤브레인은 산이 없는 형태로 사용되고, 활성 영역은 산-함침된 전극을 통한 조립 과정에서 인산으로 도핑되며, 가스켓 영역은 도핑되지 않은 상태로 존재한다. DE 10 2004 028 141 A1은 가스켓 영역에서 낮은 도핑 또는 무도핑을 가지고 활성 영역에서 인산이 고농도로 도핑된 PBI 멤브레인을 기재하고 있다.WO 2004/066428 A2 describes a fuel cell with a phosphoric acid-doped PBI membrane, wherein the PBI membrane is used in an acid free form, and the active region is doped with phosphoric acid during assembly through the acid-impregnated electrode, The region is in an undoped state. DE 10 2004 028 141 A1 describes PBI membranes which have low or no doping in the gasket region and are heavily doped with phosphoric acid in the active region.

서브가스켓을 포함하는 시스템의 단점은 이의 제조 과정에서 결함이 쉽게 발생하고 이의 장기 안정성이 불만족스럽다는 점이다. 그 이유는 서브가스켓 물질이 작동 시간에 따라 멤브레인으로부터 탈착되어지거나 부서질 수 있기 때문이다. 심지어 MEA 제조 과정에서, 멤브레인이 서브가스켓과 중첩되는 영역에서 압착되기 때문에 전단으로 인해 멤브레인에 조기 손상이 일어날 수 있다. 종종, 제조 단계가 복잡하고 자동화에 있어 어려움이 존재할 수 있다. 추가의 단점은 PBI 멤브레인의 후속 도핑이 졸겔 공정으로 제조된 멤브레인에 비해 더 소량의 산을 발생시킨다는 점이다. 이는 전도성 및 장기 안정성(작은 산 저장고)에 악영향을 미친다.Disadvantages of a system comprising a subgasket are that defects easily occur during their manufacture and their long-term stability is unsatisfactory. This is because the subgasket material may detach or break from the membrane depending on the operating time. Even during MEA manufacturing, shear may cause premature damage to the membrane because the membrane is squeezed in areas overlapping the subgasket. Often, manufacturing steps are complicated and difficulties in automation can exist. A further disadvantage is that subsequent doping of the PBI membrane generates less acid than the membrane made by the solgel process. This adversely affects conductivity and long term stability (small acid reservoirs).

본 발명의 목적은 프레임에 도입시 가스켓 영역에서 보강력(reinforcement)을 증가시킬 수 있는 개선된 멤브레인을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an improved membrane which can increase the reinforcement in the gasket region when introduced into the frame.

본 발명은 층 S를 가지고 중합체 PM을 주성분으로 하는 이온 전도성 멤브레인으로서, 층 S는 멤브레인에 이미지 방식으로 적용되고 멤브레인상에 부착되며, 중합체 PP의 분말을 주성분으로 하는 것인 이온 전도성 멤브레인에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an ion conductive membrane having a layer S and based on polymer PM, wherein the layer S is applied to the membrane in an imaged manner and attached onto the membrane, and is based on a powder of polymer PP. .

상기 층 S는 멤브레인과 함께 특히 MEA에서 가스켓 가장자리로서 적합하며 기계적 보강을 제공한다. 멤브레인은 전기화학 반응기, 특히 연료 전지에서의 사용에 특히 적합하다.The layer S together with the membrane is particularly suitable as a gasket edge in the MEA and provides mechanical reinforcement. Membranes are particularly suitable for use in electrochemical reactors, in particular fuel cells.

상기 층 S는 MEA에서 가스켓 본체와 함께 가스켓 가장자리로서 특히 적합하다. 보강(력)은 보강된 영역에서 중합체의 양이 보강되지 않은 영역과 비교하여 증가함을 의미한다. 따라서 멤브레인은 가스켓 가장자리로서 사용된 보강된 영역에서 압력과 온도의 작용하에 유동하지 않는다.The layer S is particularly suitable as the gasket edge with the gasket body in the MEA. Reinforcement (force) means that the amount of polymer in the reinforced region increases compared to the unreinforced region. Thus the membrane does not flow under the action of pressure and temperature in the reinforced region used as the gasket edge.

멤브레인과 분말의 중합체 PM 및 PP는 동일하거나 상이할 수 있다.The polymers PM and PP of the membrane and the powder may be the same or different.

분말 PP는 바람직하게는 페이스트 형태이다. "이미지 방식(Imagewise)"은 적용이 멤브레인의 전 영역에 걸쳐 이루어지는 것이 아니라 오직 특정 영역에서 제어된 방식으로 이루어지는 것을 의미하는 것으로 해석한다.The powder PP is preferably in paste form. "Imagewise" is interpreted to mean that the application is not done over the entire area of the membrane, but only in a controlled manner in a particular area.

바람직한 실시양태에서, 멤브레인은 산, 특히 인산으로 도핑되어진다. 특히 바람직한 중합체 멤브레인은 폴리벤즈이미다졸(PBI)을 주성분으로 한다.In a preferred embodiment, the membrane is doped with an acid, in particular phosphoric acid. Particularly preferred polymer membranes are based on polybenzimidazole (PBI).

바람직한 실시양태에서, 중합체 멤브레인과 분말은 모두 폴리벤즈이미다졸을 포함하거나 이로 구성되며, 중합체 멤브레인은 특히 인산으로 도핑되어진다.In a preferred embodiment, both the polymer membrane and the powder comprise or consist of polybenzimidazole, the polymer membrane being especially doped with phosphoric acid.

층 S를 제조하는데 사용된 분말은 실질적 성분으로서 바람직하게는 하기를 포함한다:The powder used to prepare layer S preferably comprises the following as a substantial component:

a) 중합체 PP, 특히 폴리벤즈이미다졸(PBI),a) polymer PP, in particular polybenzimidazole (PBI),

b) 가요화 성분 B), 특히 폴리테트라플루오로에틸렌 분말(PTFE), 및b) flexible component B), in particular polytetrafluoroethylene powder (PTFE), and

c) 분산제 C), 특히 술폰화 폴리테트라플루오로에틸렌, 예를 들어 수성 분산물 형태의 나피온(Nafion)? 중합체.c) dispersant C), in particular sulfonated polytetrafluoroethylene, eg Nafion in the form of an aqueous dispersion ? polymer.

"가요화(Flexibilizing)"는 보다 구체적으로는 이렇게 제조된 가스켓 가장자리가 90°반경으로 구부려진 경우 부러지지 않고 중합체 입자가 탈착되지 않는 것을 의미하는 것으로 해석한다."Flexibilizing" is more specifically interpreted to mean that the gasket edge thus produced is not broken and the polymer particles do not desorb when bent at a 90 ° radius.

바람직한 가요화 성분 B)은 원칙적으로 모든 플루오로중합체가 해당되며, 특히 FEP(플루오르화 폴리에틸렌프로필렌), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 PFA(퍼플루오로알콕시 화합물)이다.Preferred flexible component B) corresponds in principle to all fluoropolymers, in particular FEP (fluorinated polyethylenepropylene), PVDF (polyvinylidene fluoride) and PFA (perfluoroalkoxy compound).

분산제 C는 분말의 구성성분들의 혼합을 최적화하고 안정화시키는 첨가제이다. 바람직한 분산제는 예를 들면 하기와 같다:Dispersant C is an additive that optimizes and stabilizes the mixing of the components of the powder. Preferred dispersants are for example as follows:

알콜 알콕실레이트, 예를 들면 Degressal? SD 23; Alcohol alkoxylates, for example Degressal ? SD 23;

나프탈렌술폰산 축합물, 특히 이의 나트륨염, 예를 들면 Tamol?NN890;Naphthalenesulfonic acid condensates, in particular its sodium salt, for example Tamol ? NN890;

Guerbet 알콜 에톡실레이트, 예를 들면 Lutensol?XP50; Guerbet alcohol ethoxylate, for example Lutensol ? XP50;

아세틸렌 글리콜계 생성물, 예를 들면 Dynol?604; Acetylene glycol based products such as Dynol ? 604;

아세틸렌디올계 비이온성 제미니형(gemini) 계면활성제, 예를 들면 Surfynol?104; Acetylenediol based nonionic gemini surfactants such as Surfynol ? 104;

안료-친화성 기를 가진 고분자량의 블록 공중합체, 예를 들면 Byk?190-193;High molecular weight block copolymers with pigment-affinity groups, for example Byk ? 190-193;

안료-친화성 기를 가진 유기적으로 개질된 중합체, 예를 들면 Tego?750W/760W; Organically modified polymers with pigment-affinity groups such as Tego ? 750 W / 760 W;

실록산 함유 제미니형 계면활성제, 예를 들면 Tego?Twin 4000; Siloxane containing gemini surfactants such as Tego ? Twin 4000;

실리카 함유, 무-실리콘(silicone free), 유기 중합체, 예를 들면 Tego?Foamex 830; 및 Silica-containing, silicon-free, organic polymers such as Tego ? Foamex 830; And

경우에 따라 알콜, 예를 들어 이소프로필알콜 및 물과 블렌드로 존재하는 플루오로계면활성제, 예를 들면 Zonyl?FSA.Occasionally fluorosurfactants, such as Zonyl ? , which are present in a blend with alcohols such as isopropyl alcohol and water . FSA.

층 S를 위해 사용된 분말은 바람직하게는 분산물 또는 자유-유동 페이스트 형태로 사용되며, 바람직하게는 20℃의 온도에서 측정한 점도가 1 내지 10 000 mPas 범위, 특히 10 내지 1000 mPas 범위인 분산물 또는 자유-유동 페이스트 형태로 사용된다.The powders used for layer S are preferably used in the form of dispersions or free-flowing pastes, preferably dispersions having a viscosity measured at a temperature of 20 ° C. in the range from 1 to 10 000 mPas, in particular from 10 to 1000 mPas Used in the form of water or free-flowing paste.

본 발명에 따른 사용을 위한 분말의 분산물에 존재하는 고형분은 바람직하게는 하기와 같다:Solids present in the dispersion of the powder for use according to the invention are preferably as follows:

a) 30 내지 50 중량부의 중합체 PPa) 30 to 50 parts by weight of polymer PP

b) 30 내지 50 중량부의 가요화 성분 B)b) 30 to 50 parts by weight of the flexible component B)

c) 5 내지 15 중량부의 분산제 C).c) 5 to 15 parts by weight of dispersant C).

또한, 바람직하게는Also preferably,

d) 10 내지 20 중량부의 습윤성 개선제, 바람직하게는 알콜, 특히 n-프로판올이 포함된다.d) 10 to 20 parts by weight of a wettability improving agent, preferably alcohols, in particular n-propanol.

또한, 바람직하게는 20 내지 60 중량부, 특히 35 내지 45 중량부의 물이 존재한다.Also preferably 20 to 60 parts by weight, in particular 35 to 45 parts by weight of water, are present.

이러한 분말은 바람직하게는Such powder is preferably

1. 중합체 PP를 바람직하게는 60 ㎛ 미만의 입경으로 분쇄하는 단계1. Grinding the polymer PP to a particle diameter of preferably less than 60 μm

2. 단계 1에서 얻어진 분말을 액상에서, 바람직하게는 수상 또는 알콜상에서 가요화 성분 B 및 분산제 C와 함께 분산시키고 경우에 따라 이를 원하는 점도로 조절하는 단계2. Dispersing the powder obtained in step 1 together with the flexible component B and the dispersant C in the liquid phase, preferably in the aqueous or alcohol phase and optionally adjusting it to the desired viscosity

에 의해 제조된다.Is prepared by.

본 발명은 추가로 중합체 PP의 분말을 기재(예를 들어 캐리어 필름)에 적용한 다음 이를 산-도핑된 멤브레인으로 압축하는 단계를 포함하는, 본 발명의 멤브레인의 제조 방법에 관한 것이다. 바람직한 일 실시양태에서, 멤브레인 상에 분말의 적용은 라미네이션 전달(lamination transfer) 공정, 특히 연속 공정의 형태이다. 이러한 라미네이션 전달 공정은 예를 들면 문헌[Electrochimica Acta, Vol. 40, No.3, pp. 355-363, 1995] 및 문헌[J. Appl. Electrochemistry 22 (1992) 1]에 기재되어 있다. 라미네이션 전달 공정은 "데칼(decal)" 공정으로도 알려져 있다. 분말을 압축한 결과 분말의 적어도 일부분은 멤브레인 안으로 침투하고 이에 멤브레인을 보강한다.The invention further relates to a process for producing the membrane of the invention, comprising applying a powder of polymer PP to a substrate (eg a carrier film) and then compressing it into an acid-doped membrane. In one preferred embodiment, the application of the powder on the membrane is in the form of a lamination transfer process, in particular a continuous process. Such lamination transfer processes are described, for example, in Electrochimica Acta, Vol. 40, No. 3, pp. 355-363, 1995 and in J. Appl. Electrochemistry 22 (1992) 1. Lamination transfer processes are also known as "decal" processes. Compressing the powder results in at least a portion of the powder penetrating into and reinforcing the membrane.

본 발명의 중합체 멤브레인은 다수의 전기화학 반응기, 특히 연료 전지 적용에 적합하다. 따라서 본 발명은 또한 적어도 하기를 포함하는, 연료 전지용 멤브레인 전극 조립체(MEA)를 제공한다:The polymer membranes of the present invention are suitable for many electrochemical reactors, in particular fuel cell applications. The present invention therefore also provides a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell, comprising at least:

I. 가스켓 가장자리 S를 갖는 본 발명의 중합체 멤브레인,I. Polymeric membranes of the invention with gasket edge S,

II. 가스켓 본체, 여기서II. Gasket body, where

III. 층 S의 주변의 멤브레인은 가스켓 본체에 매몰되고 압축되어진다.III. The membrane around the layer S is buried in the gasket body and compressed.

바람직한 일 실시양태에서, 가스켓 본체는 DE 10 2004 028 141 A1에 따른 엘라스토머를 주성분으로 한다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 비탄성 스페이서가 엘라스토머로 구성된 가스켓 본체에 매몰되고, 가스켓 본체의 탄성적 성질에 영향을 미침이 없이 가스켓 본체의 과도한 압축을 방해한다. 예를 들어, 엘라스토머와 비교하여 더 경직된 금속, 플라스틱 또는 탄소로 제조된 요소 또는 심(shim)을 사용할 수 있다.In one preferred embodiment, the gasket body is based on an elastomer according to DE 10 2004 028 141 A1. In a further preferred embodiment, the inelastic spacer is embedded in the gasket body composed of elastomer and prevents excessive compression of the gasket body without affecting the elastic properties of the gasket body. For example, an element or shim made of a more rigid metal, plastic or carbon may be used as compared to the elastomer.

본 발명은 추가로 하나 이상의 본 발명의 멤브레인을 포함하는 전기화학 반응기, 특히 연료 전지에 관한 것이다.The invention further relates to an electrochemical reactor, in particular a fuel cell, comprising at least one membrane of the invention.

본 발명에 따르면, 중합체 분말 PP, 특히 분말성 폴리벤즈이미다졸 (입자 크기, 바람직하게는 < 60 ㎛)을 가스켓 영역에서 멤브레인의 양측에 도포한 다음, 압력 및 온도의 작용하에(예를 들면, 140℃에서, 3분간, 3000 N/㎠), 특히 50 내지 200℃, 바람직하게는 70 내지 160℃의 온도 범위 내에서, 0.5 내지 10분, 특히 1 내지 5분에 걸쳐, 일반적으로 500 내지 6000, 바람직하게는 1000 내지 4000, 특히 2500 내지 3500 N/㎠의 압력하에 압축함으로써 멤브레인의 보강을 달성할 수 있다. 적용된 PBI 분말은 멤브레인으로부터 산의 일부를 흡수하고, 멤브레인으로 침투하여 이와 결합하는 것이 실질적이다. 이는 멤브레인 내 중합체 함량을 바람직하게는 5 내지 10 중량%에서 50 내지 90 중량%로 증가시킨다. 이렇게 보강된 멤브레인은 심지어 고압 및 고온에서 조차 더이상 자유 유동하지 않는다. 그러나 이는 충분히 가요성인 상태이다. 다른 재료의 서브가스켓의 사용과 비교한 추가의 이점은 활성인, 예를 들어 인산-도핑된, 멤브레인 표면에서부터 보강된 가스켓 영역으로의 전이부(transfer)가 동일 물질에 결합한다는 것인데, 즉, 멤브레인이 거기서 끝나는 것이 아니라 오히려 보강된 형태로 가스켓 영역까지 연속된다.According to the invention, polymer powder PP, in particular powdery polybenzimidazole (particle size, preferably <60 μm) is applied to both sides of the membrane in the gasket area and then under the action of pressure and temperature (eg At 140 ° C., 3 minutes, 3000 N / cm 2), in particular within a temperature range of 50 to 200 ° C., preferably 70 to 160 ° C., over 0.5 to 10 minutes, in particular 1 to 5 minutes, generally 500 to 6000 Reinforcement of the membrane can be achieved by compression under a pressure of preferably 1000 to 4000, in particular 2500 to 3500 N / cm 2. The applied PBI powder absorbs some of the acid from the membrane, substantially penetrates into and binds to the membrane. This increases the polymer content in the membrane preferably from 5 to 10% by weight to 50 to 90% by weight. This reinforced membrane no longer free flows even at high pressures and temperatures. However, it is flexible enough. A further advantage compared to the use of subgaskets of other materials is that the transfer from the active, eg phosphate-doped, membrane surface to the reinforced gasket region binds to the same material, ie the membrane This does not end there but rather continues to the gasket area in reinforced form.

분말 적용에 의한 층 S의 균일한 두께는 바람직하게는 스크린 인쇄 공정에 의해 달성된다. 분산 첨가제로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 분말, PBI 분말 및 술폰화 테트라플루오로에틸렌 중합체의 혼합물을 사용하여, 분산 첨가제 : PBI의 중량비를 바람직하게는 0.9:1.1 내지 1.1:0.9로 하여 안정하고 인쇄가능한 페이스트를 제조할 수 있음을 밝혀내었다. 이러한 페이스트는 인산으로 산화된 멤브레인상에 직접 인쇄되고, 표면 건조된 다음 고온 압축될 수 있다. 이는 멤브레인 보강을 달성한다. 이점은 PTFE가 PBI 입자들 사이에 도입된다는 것이다. 고온 압축 후, 보강층은 균일한 두께를 가지고, 평탄하며 기밀성(gas-tight)이다. The uniform thickness of layer S by powder application is preferably achieved by a screen printing process. Using a mixture of polytetrafluoroethylene (PTFE) powder, PBI powder and sulfonated tetrafluoroethylene polymer as the dispersing additive, the weight ratio of dispersing additive to PBI is preferably 0.9: 1.1 to 1.1: 0.9, It has been found that printable pastes can be prepared. Such paste may be printed directly onto the membrane oxidized with phosphoric acid, surface dried and then hot pressed. This achieves membrane reinforcement. The advantage is that PTFE is introduced between the PBI particles. After hot compression, the reinforcing layer has a uniform thickness, is flat and gas-tight.

바람직한 적용 공정에서, 상술된 페이스트, 특히 PBI, PTFE 및 술폰화 테트라플루오로에틸렌 분말로 구성된 페이스트는 스크린 인쇄에 의해 예를 들어 폴리에테르 술폰(PES) 필름으로 구성된 캐리어 기재에 가스켓의 형태로 적용된다. 페이스트는 부분적으로 건조된다. 이후, 인산으로 산화된 PBI 멤브레인은 (가스켓 프레임이 서로를 덮고 있는) 이러한 코팅된 기재들 중 둘 사이에서 압축된다. 이는 캐리어 필름에서 PBI 멤브레인으로의 라미네이션 전달을 유도한다. 압축은 유리하게는 80℃ 및 3000 N/㎠의 압력에서 1분간 수행된다.In a preferred application process, the above-mentioned pastes, in particular pastes consisting of PBI, PTFE and sulfonated tetrafluoroethylene powders, are applied by screen printing in the form of gaskets to carrier substrates composed of, for example, polyether sulfone (PES) films. . The paste is partially dried. The PBI membrane oxidized with phosphoric acid is then compressed between two of these coated substrates (the gasket frame covering each other). This leads to lamination transfer from the carrier film to the PBI membrane. Compression is advantageously carried out for 1 minute at 80 ° C. and a pressure of 3000 N / cm 2.

가장자리 보강된 PBI 멤브레인은 추후 가스 확산 전극과 조립되어 MEA를 생성한다. 이는 보강된 멤브레인 가장자리를 갖는 전극들이 대략 1-2 mm 중첩되는 방식으로 행해진다. 이는 전극의 가장자리에서의 압축 응력이 보강에 달려있는 효과를 달성한다.The edge reinforced PBI membrane is later assembled with the gas diffusion electrode to produce the MEA. This is done in such a way that the electrodes with reinforced membrane edges overlap approximately 1-2 mm. This achieves the effect that the compressive stress at the edge of the electrode depends on the reinforcement.

중합체 전해질 멤브레인의 제조를 위한 본 발명의 목적에 적합한 중합체 PM 및 PP는 그 자체로 알려져 있다. 모든 프로톤 전도성 물질이 적합하다. 중합체에 공유 결합될 수 있는 산을 포함하는 멤브레인을 사용하는 것이 바람직하다. 이외에도, 적절한 멤브레인을 형성하기 위해 평탄(flat) 물질을 산으로 도핑할 수 있다. 또한, 멤브레인으로서 겔, 특히 중합체 겔을 사용할 수 있으며, 이 경우 본 발명의 목적을 위해, 특히 적절한 중합체 멤브레인은 예를 들어 DE 102 464 61에 기재되어 있다.Suitable polymer PMs and PPs for the purpose of the present invention for the production of polymer electrolyte membranes are known per se. All proton conductive materials are suitable. Preference is given to using membranes comprising acids which can be covalently bonded to the polymer. In addition, the flat material may be doped with an acid to form a suitable membrane. It is also possible to use gels, in particular polymer gels, as membranes, in which case for the purposes of the invention, particularly suitable polymer membranes are described, for example, in DE 102 464 61.

이러한 멤브레인은, 특히 평탄 물질, 예를 들어 중합체 필름을 산 함유 화합물을 포함하는 액체로 팽윤시키거나, 또는 중합체와 산 함유 화합물의 혼합물을 제조한 다음 평탄한 물체로 성형하고 고체화하여 멤브레인을 형성함으로써 얻어질 수 있다.Such membranes are obtained, in particular, by swelling a flat material, for example a polymer film, with a liquid comprising an acid containing compound or by preparing a mixture of polymer and acid containing compound and then molding and solidifying a flat object to form a membrane. Can lose.

이러한 목적에 적합한 중합체는 폴리올레핀, 예컨대 폴리(클로로프렌), 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리(p-크실릴렌), 폴리아릴메틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 아민, 폴리(N-비닐아세트아마이드), 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐카바졸, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리헥사플루오로프로필렌, PTFE와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, PTFE와 퍼플루오로프로필 비닐 에테르의 공중합체, PTFE와 트리플루오로니트로소메탄의 공중합체, PTFE와 카보알콕시퍼플루오로알콕시 비닐 에테르의 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아크롤레인, 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리시아노아크릴레이트, 폴리메타크릴이미드, 시클로올레핀 공중합체, 특히 놀보르넨으로부터 형성된 시클로올레핀 공중합체; Suitable polymers for this purpose include polyolefins such as poly (chloroprene), polyacetylene, polyphenylene, poly (p-xylylene), polyarylmethylene, polystyrene, polymethylstyrene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl Ether, polyvinyl amine, poly (N-vinylacetamide), polyvinylimidazole, polyvinylcarbazole, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyridine, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyhexafluoropropylene, copolymers of PTFE and hexafluoropropylene, copolymers of PTFE and perfluoropropyl vinyl ether, copolymers of PTFE and trifluoronitromethane, PTFE and carboalkoxyperfluoro Copolymers of roalkoxy vinyl ether, polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyacrol A, polyacrylamide, polyacrylonitrile, policy cyano acrylate, polymethacrylic imide, cycloolefin copolymer, cycloolefin copolymer formed from a particular play norbornene;

주쇄에 C-O 결합을 갖는 중합체, 예를 들면 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리에피클로로히드린, 폴리테트라히드로퓨란, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리에테르 케톤, 폴리에스테르, 특히 폴리히드록시아세트산, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리히드록시벤조에이트, 폴리히드록시프로피온산, 폴리피발로락톤, 폴리카프로락톤, 폴리말론산, 폴리카보네이트; 주쇄에 C-S 결합을 갖는 중합체, 예를 들면 폴리설파이드 에테르, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰; Polymers having a CO bond in the main chain, such as polyacetal, polyoxymethylene, polyether, polypropylene oxide, polyepichlorohydrin, polytetrahydrofuran, polyphenylene oxide, polyether ketone, polyester, Especially polyhydroxyacetic acid, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyhydroxybenzoate, polyhydroxypropionic acid, polypivalolactone, polycaprolactone, polymalonic acid, polycarbonate; Polymers having a C-S bond in the main chain, such as polysulfide ether, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone;

주쇄에 C-N 결합을 갖는 중합체, 예를 들면 폴리이민, 폴리이소시아나이드, 폴리에테르이민, 폴리에테르이미드, 폴리아닐린, 폴리아라미드, 폴리아마이드, 폴리히드라지드, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아졸, 폴리아졸 에테르 케톤, 폴리아진; Polymers having CN bonds in the main chain, for example polyimines, polyisocyanides, polyetherimines, polyetherimides, polyanilines, polyaramids, polyamides, polyhydrazides, polyurethanes, polyimides, polyazoles, polyazole ethers Ketones, polyazines;

액정(liquid-crystalline) 중합체, 특히 열가소성, 액정 폴리에스테르, 예를 들면 벡트라(Vectra)TM, 및Liquid-crystalline polymers, in particular thermoplastics, liquid crystalline polyesters such as Vectra , and

무기 중합체, 예를 들면 폴리실란, 폴리카보실란, 폴리실록산, 폴리실릭산, 폴리실리케이트, 실리콘, 폴리포스파젠 및 폴리티아질을 포함한다.Inorganic polymers such as polysilane, polycarbosilane, polysiloxane, polysilic acid, polysilicate, silicone, polyphosphazene and polythiazyl.

염기성 중합체가 바람직하며, 이는 특히 산을 포함하거나 산으로 도핑된 멤브레인의 경우에 그러하다. 이러한 유형의 유용한 염기성 중합체 멤브레인은 실제로 프로톤이 수송될 수 있는 공지의 모든 중합체 멤브레인을 포함한다. 부가적인 물 없이, 예를 들어 소위 그루투스(Grotthuss) 메커니즘에 의해 프로톤을 운반할 수 있는 산이 바람직하다.Basic polymers are preferred, especially in the case of membranes comprising acids or doped with acids. Useful basic polymer membranes of this type include virtually all known polymer membranes through which protons can be transported. Preference is given to acids which can carry protons without additional water, for example by the so-called Grutthuss mechanism.

본 발명에서 사용되는 염기성 중합체는 바람직하게는 반복 단위에 하나 이상의 질소, 산소 또는 황 원자, 바람직하게는 하나 이상의 질소 원자를 갖는 염기성 중합체이다. 하나 이상의 헤테로아릴기를 포함하는 염기성 중합체가 추가로 바람직하다.The basic polymer used in the present invention is preferably a basic polymer having at least one nitrogen, oxygen or sulfur atom, preferably at least one nitrogen atom in the repeating unit. Further preferred are basic polymers comprising at least one heteroaryl group.

바람직한 실시양태에서, 염기성 중합체에서 반복 단위는 하나 이상의 질소 원자를 갖는 방향족 고리를 포함한다. 방향족 고리는 바람직하게는 1-3개의 질소 원자를 가진 5원 또는 6원 고리이며, 이는 다른 고리, 특히 또 다른 방향족 고리와 융합될 수 있다.In a preferred embodiment, the repeating unit in the basic polymer comprises an aromatic ring having at least one nitrogen atom. The aromatic ring is preferably a five or six membered ring having 1-3 nitrogen atoms, which can be fused with another ring, in particular another aromatic ring.

본 발명의 특정 양태에서는, 일 반복 단위 또는 상이한 반복 단위들에서 하나 이상의 질소, 산소 및/또는 황 원자를 포함하는 높은 열적 안정성의 중합체가 사용된다.In certain embodiments of the invention, a high thermal stability polymer is used which comprises one or more nitrogen, oxygen and / or sulfur atoms in one repeat unit or in different repeat units.

본 발명에서 높은 열적 안정성의 중합체는 120℃ 이상의 온도에서 연료 전지 중 중합체 전해질로서 장시간에 걸쳐 작동될 수 있는 중합체이다. "장시간에 걸쳐"는 본 발명의 멤브레인이 80℃ 이상, 바람직하게는 120℃ 이상, 더욱 바람직하게는 160℃ 이상에서, 100 시간 이상, 바람직하게는 500 시간 이상 동안, 성능에 있어(WO 01/18894 A2에 기재된 방법으로 측정가능) 초기 성능을 기준으로 50% 초과 감소 없이 작동될 수 있음을 의미한다.Polymers of high thermal stability in the present invention are polymers that can be operated for a long time as polymer electrolytes in fuel cells at temperatures of 120 ° C. or higher. "Over a long time" means that the membrane of the present invention has a performance (WO 01 /) for at least 100 hours, preferably at least 500 hours, at least 80 ° C, preferably at least 120 ° C, more preferably at least 160 ° C. Measurable by the method described in 18894 A2).

본 발명에서는, 앞서 언급한 중합체를 개별적으로 또는 혼합물(블렌드)로서 사용할 수 있다. 폴리아졸 및/또는 폴리술폰을 포함하는 블렌드가 특히 바람직하다. 바람직한 블렌드 성분은 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤 및 술폰산기로 개질된 중합체이며, 이는 독일 특허 출원 DE 100 522 42 및 DE 102 464 61에 기재되어 있다.In the present invention, the aforementioned polymers can be used individually or as a mixture (blend). Particular preference is given to blends comprising polyazoles and / or polysulfones. Preferred blend components are polymers modified with polyether sulfones, polyether ketones and sulfonic acid groups, which are described in German patent applications DE 100 522 42 and DE 102 464 61.

또한, 본 발명의 목적을 위해 특히 유용한 중합체 블렌드는 하나 이상의 염기성 중합체와 하나 이상의 산성 중합체를 바람직하게는 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함하는 중합체 블렌드(소위 산-염기 중합체 블렌드)인 것으로 확인되었다. 이러한 측면에서 특히 적합한 산성 중합체는 술폰산기 및/또는 인산기를 가진 중합체를 포함한다. 본 발명에 따라 매우 특히 적합한 산-염기 중합체 블렌드는 예를 들어 공보 EP1073690 A1에 상세히 기재되어 있다.Furthermore, polymer blends particularly useful for the purposes of the present invention are polymer blends (so-called acid-base polymer blends) comprising at least one basic polymer and at least one acidic polymer, preferably in a weight ratio of 1:99 to 99: 1. Confirmed. Particularly suitable acidic polymers in this respect include polymers having sulfonic acid groups and / or phosphoric acid groups. Very particularly suitable acid-base polymer blends according to the invention are described in detail in publication EP1073690 A1, for example.

염기성 중합체의 특히 바람직한 그룹은 폴리아졸 그룹이다. 폴리아졸계 염기성 중합체는 식 (I) 및/또는 (II) 및/또는 (III) 및/또는 (IV) 및/또는 (V) 및/또는 (VI) 및/또는 (VII) 및/또는 (VIII) 및/또는 (IX) 및/또는 (X) 및/또는 (XI) 및/또는 (XII) 및/또는 (XIII) 및/또는 (XIV) 및/또는 (XV) 및/또는 (XVI) 및/또는 (XVII) 및/또는 (XVIII) 및/또는 (XIX) 및/또는 (XX) 및/또는 (XXI) 및/또는 (XXII)의 아졸 반복 단위를 포함한다:Particularly preferred groups of basic polymers are polyazole groups. Polyazole-based basic polymers are formulas (I) and / or (II) and / or (III) and / or (IV) and / or (V) and / or (VI) and / or (VII) and / or (VIII). ) And / or (IX) and / or (X) and / or (XI) and / or (XII) and / or (XIII) and / or (XIV) and / or (XV) and / or (XVI) and And / or azole repeat units of (XVII) and / or (XVIII) and / or (XIX) and / or (XX) and / or (XXI) and / or (XXII):

Figure pct00001
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Figure pct00002
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Figure pct00003
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Figure pct00004
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Figure pct00005
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Figure pct00006
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Figure pct00007
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상기 식에서In the above formula

Ar은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 4가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group, which may be the same or different and each may be monocyclic or polycyclic,

Ar1은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 1 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar2는 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가 또는 3가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 2 is the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar3은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 3가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 3 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar4는 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 3가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 4 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar5는 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 4가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 5 is the same or different and each is a tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar6은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 6 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar7은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 7 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar8은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 3가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 8 is the same or different and each is a trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar9는 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가, 3가 또는 4가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 9 is a divalent, trivalent or tetravalent aromatic or heteroaromatic group which may be the same or different and each may be monocyclic or polycyclic,

Ar10은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가 또는 3가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 10 is the same or different and each is a divalent or trivalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

Ar11은 동일하거나 상이하고 각각은 단환 또는 다환일 수 있는 2가의 방향족 또는 헤테로방향족 기이며,Ar 11 is the same or different and each is a divalent aromatic or heteroaromatic group which may be monocyclic or polycyclic,

X는 동일하거나 상이하고, 산소, 황 또는 추가 라디칼로서 수소 원자, 1-20개 탄소 원자를 가진 기, 바람직하게는 분지쇄형 또는 비분지쇄형 알킬 또는 알콕시 기, 또는 아릴 기를 가진 아미노 기이며, X is the same or different and is an amino group having a hydrogen atom, a group having 1-20 carbon atoms, preferably a branched or unbranched alkyl or alkoxy group, or an aryl group as oxygen, sulfur or an additional radical,

R은 동일하거나 상이하고, 수소, 알킬 기 또는 방향족 기이며, 식 (XX)에서 R이 수소가 아님을 조건으로 하여 식 (XX)에서 알킬 기 또는 방향족 기이며, R is the same or different and is a hydrogen, an alkyl group or an aromatic group and is an alkyl group or an aromatic group in formula (XX) provided that R in formula (XX) is not hydrogen,

n, m은 각각 10 이상의 정수, 바람직하게는 100 이상의 정수이다.n and m are each an integer of 10 or more, preferably an integer of 100 or more.

바람직한 방향족 또는 헤테로방향족 기는 벤젠, 나프탈렌, 비페닐, 디페닐 에테르, 디페닐메탄, 디페닐디메틸메탄, 비스페논, 디페닐술폰, 퀴놀린, 피리딘, 비피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 벤족사진, 트리아진, 테트라진, 피롤, 피라졸, 안트라센, 벤조피롤, 벤조트리아졸, 벤조옥사티아디아졸, 벤조옥사디아졸, 벤조피리딘, 벤조피라진, 벤조피라지딘, 벤조피리미딘, 벤조피라진, 벤조트리아진, 인돌리진, 퀴놀리진, 피리도피리딘, 이미다조피리미딘, 피라지노피리미딘, 카바졸, 아크리딘, 페나진, 벤조퀴놀린, 페녹사진, 페노티아진, 아크리디진, 벤조프테리딘, 페난트롤린 및 페난트렌에서 유도되며, 이들은 경우에 따라 치환될 수 있다.Preferred aromatic or heteroaromatic groups are benzene, naphthalene, biphenyl, diphenyl ether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenone, diphenylsulphone, quinoline, pyridine, bipyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, benzone Photo, triazine, tetrazine, pyrrole, pyrazole, anthracene, benzopyrrole, benzotriazole, benzooxadiadiazole, benzooxadiazole, benzopyridine, benzopyrazine, benzopyrazidine, benzopyrimidine, benzopyrazine , Benzotriazine, indolizine, quinolysine, pyridopyridine, imidazopyrimidine, pyrazinopyrimidine, carbazole, acridine, phenazine, benzoquinoline, phenoxazine, phenothiazine, acridizin Derived from benzopteridine, phenanthroline and phenanthrene, which may optionally be substituted.

Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, ArlO, Ar11의 치환 패턴은 원하는 바에 따르며; 페닐렌의 경우, 예를 들면, Ar1, Ar4, Ar6, Ar7, Ar8, Ar9, ArlO, Ar11은 오르토-, 메타- 및 파라-페닐렌일 수 있다. 특히 바람직한 기는 벤젠과 비페닐렌에서 유도되며, 이들은 경우에 따라 치환될 수 있다.The substitution pattern of Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar lO , Ar 11 is as desired; In the case of phenylene, for example, Ar 1 , Ar 4 , Ar 6 , Ar 7 , Ar 8 , Ar 9 , Ar lO , Ar 11 may be ortho-, meta- and para-phenylene. Particularly preferred groups are derived from benzene and biphenylene, which may optionally be substituted.

바람직한 알킬 기는 1-4개의 탄소 원자를 가진 단쇄(short-chain) 알킬 기, 예를 들면 메틸, 에틸, n- 또는 i-프로필 및 t-부틸 기이다.Preferred alkyl groups are short-chain alkyl groups having 1-4 carbon atoms, for example methyl, ethyl, n- or i-propyl and t-butyl groups.

바람직한 방향족 기는 페닐 또는 나프틸 기이다. 알킬 기 및 방향족 기는 치환될 수 있다.Preferred aromatic groups are phenyl or naphthyl groups. Alkyl and aromatic groups may be substituted.

바람직한 치환기는 할로겐 원자, 예를 들면 불소, 아미노 기, 히드록시 기 또는 단쇄 알킬 기, 예를 들면 메틸 또는 에틸 기이다.Preferred substituents are halogen atoms such as fluorine, amino groups, hydroxy groups or short chain alkyl groups such as methyl or ethyl groups.

X 라디칼이 하나의 반복 단위에서 동일한 식 (I)의 반복 단위를 가진 폴리아졸이 바람직하다.Preference is given to polyazoles in which the X radicals have the same repeat units of formula (I) in one repeat unit.

폴리아졸은 원칙적으로 예를 들어 X 라디칼에서 서로 다른 상이한 반복 단위를 가질 수 있다. 그러나, 이는 바람직하게는 하나의 반복 단위에서 단지 동일한 X 라디칼을 가진다.The polyazoles may in principle have different repeating units different from one another, for example in the X radical. However, it preferably has only the same X radical in one repeating unit.

추가의 바람직한 폴리아졸 중합체는 폴리이미다졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤족사졸, 폴리옥사디아졸, 폴리퀴녹살린, 폴리티아디아졸, 폴리(피리딘), 폴리(피리미딘), 폴리(테트라아자피렌) 및 폴리벤족사진이다.Further preferred polyazole polymers are polyimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, polyoxadiazole, polyquinoxaline, polythiadiazole, poly (pyridine), poly (pyrimidine), poly (tetraazaprene) ) And polybenzoxazines.

본 발명의 추가의 실시양태에서, 아졸 반복 단위를 포함하는 중합체는 식 (I) 내지 (XXII) 중 서로 상이한 2 이상의 단위를 포함하는 공중합체 또는 블렌드이다. 중합체는 블록 공중합체(2블록, 3블록), 랜덤 공중합체, 주기(periodic) 공중합체 및/또는 교호 중합체 형태일 수 있다.In a further embodiment of the invention, the polymer comprising azole repeat units is a copolymer or blend comprising two or more units different from one another in formulas (I) to (XXII). The polymer may be in the form of block copolymers (diblock, triblock), random copolymers, periodic copolymers and / or alternating polymers.

본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 아졸 반복 단위를 포함하는 중합체는 식 (I) 및/또는 (II)의 단위만을 포함하는 폴리아졸이다.In a particularly preferred embodiment of the invention, the polymer comprising azole repeat units is a polyazole comprising only units of formula (I) and / or (II).

중합체에서 아졸 반복 단위의 수는 바람직하게는 10 이상의 정수이다. 특히 바람직한 중합체는 100 이상의 아졸 반복 단위를 포함한다.The number of azole repeat units in the polymer is preferably an integer of at least 10. Particularly preferred polymers comprise at least 100 azole repeat units.

본 발명에서, 벤즈이미다졸 반복 단위를 포함하는 중합체가 바람직하다. 벤즈이미다졸 반복 단위를 포함하는 매우 적절한 중합체의 일부 예가 하기 식으로 표시되어 있다:In the present invention, polymers containing benzimidazole repeat units are preferred. Some examples of very suitable polymers comprising benzimidazole repeat units are represented by the following formula:

Figure pct00008
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Figure pct00009
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Figure pct00010
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Figure pct00011
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Figure pct00012
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Figure pct00013
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Figure pct00014

여기서 n 및 m은 각각 10 이상의 정수, 바람직하게는 100 이상의 정수이다.N and m are each an integer of 10 or more, preferably an integer of 100 or more.

사용된 폴리아졸, 특히 폴리벤즈이미다졸은 고분자량을 위해 탁월하다. 고유 점도로서 측정시 이는 0.2 dl/g 이상, 바람직하게는 0.8 내지 10 dl/g, 특히 1 내지 10 dl/g 이다.The polyazoles used, in particular polybenzimidazoles, are excellent for high molecular weight. When measured as an intrinsic viscosity it is at least 0.2 dl / g, preferably 0.8 to 10 dl / g, in particular 1 to 10 dl / g.

바람직한 폴리벤즈이미다졸은 상표명 셀라졸(Celazole)? 하에 시판중이다.Preferred polybenzimidazoles are sold under the trade name Celazole? Commercially available

바람직한 중합체는 또한 폴리술폰, 특히 주쇄에 방향족 및/또는 헤테로방향족 기를 가진 폴리술폰을 포함한다. 본 발명의 특정 양태에서, 바람직한 폴리술폰 및 폴리에테르 술폰은 ISO 1133에 따라 측정한 용융 부피 속도 MVR 300/21.6이 40 ㎤/10 min 이하, 특히 30 ㎤/10 min 이하, 더욱 바람직하게는 20 ㎤/10 min 이하이다. 180 내지 230℃의 Vcat 연화점 VST/A/50을 갖는 폴리술폰이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 폴리술폰의 수 평균 분자량은 30 000 g/mol을 초과한다.Preferred polymers also include polysulfones, in particular polysulfones having aromatic and / or heteroaromatic groups in the main chain. In certain embodiments of the present invention, preferred polysulfones and polyether sulfones have a melt volume velocity MVR 300 / 21.6 of 40 cm 3/10 min or less, in particular 30 cm 3/10 min or less, more preferably 20 cm 3, as measured according to ISO 1133. / 10 min or less. Preference is given to polysulfones having a Vcat softening point VST / A / 50 of 180 to 230 ° C. In another preferred embodiment of the invention, the number average molecular weight of the polysulfone is greater than 30 000 g / mol.

폴리술폰계 중합체는 특히 식 A, B, C, D, E, F 및/또는 G에 상응하는 연결 술폰 기를 갖는 반복 단위를 가진 중합체를 포함한다:Polysulfone-based polymers include in particular polymers having repeating units having linking sulfone groups corresponding to the formulas A, B, C, D, E, F and / or G:

Figure pct00015
Figure pct00015

상기 식에서 R 라디칼은 동일하거나 상이하고 각각은 독립적으로 방향족 또는 헤테로방향족 기이며, 여기서 이들 라디칼에 대해서는 앞서 상세히 기재되어 있다. 이들은 특히 1,2-페닐렌, 1,3-페닐렌, 1,4-페닐렌, 4,4'-비페닐, 피리딘, 퀴놀린, 나프탈렌, 페난트렌을 포함한다.Wherein the R radicals are the same or different and each is independently an aromatic or heteroaromatic group, wherein these radicals are described in detail above. These include especially 1,2-phenylene, 1,3-phenylene, 1,4-phenylene, 4,4'-biphenyl, pyridine, quinoline, naphthalene, phenanthrene.

본 발명에서 바람직한 폴리술폰은 단독중합체 및 공중합체, 예를 들어 랜덤 공중합체를 포함한다. 특히 바람직한 폴리술폰은 식 H 내지 N의 반복 단위를 포함한다:Preferred polysulfones in the present invention include homopolymers and copolymers, for example random copolymers. Particularly preferred polysulfones comprise repeating units of formula H to N:

Figure pct00016
Figure pct00016

Figure pct00017
Figure pct00017

Figure pct00018
Figure pct00018

상술된 폴리술폰은 하기 상표명: ?Victrex 200 P, ?Victrex 720 P, ?Ultrason E, ?Ultrason S, ?Mindel, ?Radel A, ?Radel R, ?Victrex HTA, ?Astrel 및 ?Udel로 상업적으로 입수될 수 있다.The above polysulfone is to brand names? Victrex 200 P ,? Victrex 720 P ,? Ultrason E ,? Ultrason S ,? Mindel ,? Radel A ,? Radel R ,? Victrex HTA ,? Astrel and ? Commercially available as Udel.

또한, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤 케톤 및 폴리아릴 케톤이 특히 바람직하다. 이러한 고성능 중합체는 그 자체로 공지되어 있으며 하기 상표명: Victrex? PEEKTM, ?Hostatec, ?Kadel 하에 상업적으로 입수가능하다.Also particularly preferred are polyether ketones, polyether ketone ketones, polyether ether ketones, polyether ether ketone ketones and polyaryl ketones. Such high performance polymers are known per se and are under the trade name Victrex? PEEK TM ,? Hostatec ,? Commercially available under Kadel.

중합체 필름을 제조하기 위해, 중합체, 바람직하게는 폴리아졸을 추가 단계에서 극성 비양성자성 용매, 예를 들면 디메틸아세트아마이드(DMAc)에 용해시킬 수 있고, 통상적인 공정에 의해 필름을 얻을 수 있다. 용매 잔사를 제거하기 위해, 이렇게 얻어진 필름은 독일 특허 출원 DE 101 098 29에서와 같이 세척액으로 처리될 수 있다. 상기 독일 특허 출원에 기재된 바와 같이 폴리아졸 필름으로부터 용매 잔사의 제거는 놀랍게도 필름의 기계적 성질을 개선한다. 이러한 성질에는 특히 필름의 탄성 계수, 파단시 연신율 및 파괴 인성이 포함된다.To prepare the polymer film, the polymer, preferably polyazole, can be dissolved in a further step in a polar aprotic solvent, for example dimethylacetamide (DMAc), and the film can be obtained by conventional processes. In order to remove the solvent residue, the film thus obtained can be treated with a washing liquid as in German patent application DE 101 098 29. The removal of solvent residues from polyazole films as described in the German patent application surprisingly improves the mechanical properties of the film. These properties include, in particular, the modulus of elasticity of the film, elongation at break and fracture toughness.

또한, 중합체 필름은 독일 특허 출원 DE 101 107 52 또는 WO 00/44816에 기재된 바와 같이 추가 개질, 예를 들면 가교결합에 의한 추가 개질을 가질 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 염기성 중합체 및 하나 이상의 블렌드 성분으로 이루어진 중합체 필름은 독일 특허 출원 DE 101401 47에 기재된 바와 같이 가교제를 부가적으로 포함한다.The polymer film can also have further modifications, for example by crosslinking, as described in German patent application DE 101 107 52 or WO 00/44816. In a preferred embodiment, the polymer film consisting of the basic polymer and at least one blend component additionally comprises a crosslinking agent as described in German patent application DE 101401 47.

폴리아졸 필름의 두께는 넓은 범위에서 달라질 수 있다. 산을 이용한 도핑 이전의 폴리아졸 필름의 두께는 바람직하게는 5 ㎛ 내지 2000 ㎛ 범위이고, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위이며, 특히 바람직하게는 20 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위이며, 이는 제한적인 의도로 해석되지 않는다.The thickness of the polyazole film can vary in a wide range. The thickness of the polyazole film prior to doping with an acid is preferably in the range of 5 μm to 2000 μm, more preferably in the range of 10 μm to 1000 μm, particularly preferably in the range of 20 μm to 1000 μm, which is limited It is not to be interpreted as intended.

프로톤 전도성을 달성하기 위해, 이러한 필름은 산으로 도핑된다. 이러한 측면에서 산은 공지의 모든 루이스 및 브뢴스테드 산, 바람직하게는 무기 루이스 및 브뢴스테드 산을 포함한다.In order to achieve proton conductivity, such films are doped with acids. Acids in this respect include all known Lewis and Bronsted acids, preferably inorganic Lewis and Bronsted acids.

또한, 폴리산(polyacid), 특히 이소폴리산 및 헤테로폴리산, 및 상이한 산들의 혼합물의 사용이 가능하다. 본 발명에서, 헤테로폴리산은 금속(바람직하게는 Cr, Mo, V, W) 및 비금속(바람직하게는 As, I, P, Se, Si, Te)의 2 이상의 상이한 중심 원자를 가진 무기 폴리산을 지칭하며, 이들은 부분적으로 다염기성(polybasic) 산소 산(이들 각각은 약함)으로부터 혼합 무수물을 형성한다. 이는 12-몰리브다토인산 및 12-텅스토인산을 포함한다.It is also possible to use polyacids, in particular isopoly and heteropoly acids, and mixtures of different acids. In the present invention, heteropolyacids refer to inorganic polyacids having two or more different central atoms of metals (preferably Cr, Mo, V, W) and nonmetals (preferably As, I, P, Se, Si, Te). They form, in part, mixed anhydrides from polybasic oxygen acids, each of which is weak. This includes 12-molybdate phosphoric acid and 12-tungstophosphoric acid.

도핑도(degree of doping)는 폴리아졸 필름의 전도성을 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 최대값이 얻어질 때까지 도펀트의 농도를 증가시키면 전도성이 증가한다.Degree of doping can be used to promote the conductivity of the polyazole film. Increasing the concentration of the dopant until the maximum value is obtained increases the conductivity.

본 발명에 따르면, 도핑도는 중합체 반복 단위의 몰(mol) 당 산의 몰로서 기재된다. 본 발명에서, 바람직한 도핑도는 3 내지 80, 적절하게는 5 내지 60, 특히 12 내지 60 이다.According to the invention, the degree of doping is described as moles of acid per mole of polymer repeating units. In the present invention, the preferred doping degree is 3 to 80, suitably 5 to 60, in particular 12 to 60.

특히 바람직한 도펀트는 황산 및 인산, 또는 이러한 산을 방출하는 화합물, 예를 들면 가수분해시 산을 방출하는 화합물이다. 매우 특히 바람직한 도펀트는 인산(H3P04)이다. 이러한 측면에서, 일반적으로 고농도의 산이 사용된다. 본 발명의 특정 양태에서, 인산의 농도는 도펀트의 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 특히 80 중량% 이상이다.Particularly preferred dopants are sulfuric acid and phosphoric acid, or compounds which release these acids, for example compounds which release acids upon hydrolysis. Very particularly preferred dopant is phosphoric acid (H 3 P0 4 ). In this respect, high concentrations of acid are generally used. In certain embodiments of the invention, the concentration of phosphoric acid is at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, based on the weight of the dopant.

바람직한 실시양태에서, 본 발명의 멤브레인은 WO 2008/014964 A2의 제17면 제39행 내지 제21면 제33행에 기재된 바와 같이 섬유 보강된다.In a preferred embodiment, the membrane of the present invention is fiber reinforced as described in WO 2008/014964 A2, page 17 line 39 to page 21 line 33 line.

본 발명의 멤브레인은 WO 2008/014964 A2의 제21면 ff에 기재된 바와 같이 자체적으로 공지된 방식으로 제조될 수 있다.The membrane of the present invention can be produced in a manner known per se, as described in page 21 ff of WO 2008/014964 A2.

본 발명의 멤브레인 전극 조립체는 본 발명의 가스켓 가장자리 S를 갖는 하나 이상의 본 발명의 멤브레인과 이러한 멤브레인에 의해 서로 분리된 2 이상의 전기화학적 활성 전극(애노드 및 캐소드)을 포함한다. 전극은 그 자체로 공지되어 있으며 수소 및/또는 하나 이상의 리포메이트의 산화 및 산소의 환원을 촉진할 수 있다. 이러한 특성은 전극을 백금 또는 백금 합금으로 코팅함으로써 얻어질 수 있다. 용어 "전극"은 물질이 전기적으로 전도성임을 의미한다. 이러한 전극은 예를 들면, US 4,191,618, US 4,212,714 및 US 4,333,805에 공지 및 기재되어 있다.The membrane electrode assembly of the present invention comprises at least one membrane of the present invention having a gasket edge S of the present invention and at least two electrochemically active electrodes (anode and cathode) separated from each other by such a membrane. The electrode is known per se and can promote the oxidation of hydrogen and / or one or more reformates and the reduction of oxygen. This property can be obtained by coating the electrode with platinum or a platinum alloy. The term "electrode" means that the material is electrically conductive. Such electrodes are known and described, for example, in US 4,191,618, US 4,212,714 and US 4,333,805.

촉매층은 일반적으로 자가-지지적이지 않고, 오히려 전형적으로 가스 확산층및/또는 멤브레인에 적용된다. 이 경우, 촉매층의 일부는 예를 들면, 가스 확산층 및/또는 멤브레인 안으로 침투할 수 있고, 이는 전이층(transition layer)을 형성한다. 이러한 결과 촉매층은 가스 확산층의 일부로서 해석될 수도 있다.The catalyst layer is generally not self-supporting but rather typically is applied to the gas diffusion layer and / or the membrane. In this case, part of the catalyst layer can penetrate into the gas diffusion layer and / or the membrane, for example, which forms a transition layer. As a result, the catalyst layer may be interpreted as part of the gas diffusion layer.

본 발명에 따르면, 중합체 전해질 멤브레인의 표면은, 제1 전극이 중합체 전해질 멤브레인의 전면을 덮고 제2 전극이 중합체 전해질 멤브레인의 후면을 덮도록 (각각의 경우에 부분적으로 또는 전체적으로, 바람직하게는 부분적으로만 덮음) 전극과 접촉한다. 이러한 측면에서, 중합체 전해질 멤브레인의 전면 및 후면은 각각 중합체 전해질 멤브레인의 관찰자를 향하는 면과 이로부터 멀어지는 면을 지칭하며, 관찰은 제1 전극(전면) 바람직하게는 캐소드에서 제2 전극(후면), 바람직하게는 애노드의 방향으로 진행한다.According to the invention, the surface of the polymer electrolyte membrane is (partially or fully, in each case preferably, partly) such that the first electrode covers the front face of the polymer electrolyte membrane and the second electrode covers the back face of the polymer electrolyte membrane. Covering only the electrode). In this aspect, the front and back sides of the polymer electrolyte membrane refer to the side facing and away from the observer of the polymer electrolyte membrane, respectively, the observation being the first electrode (front), preferably the second electrode (rear) at the cathode, Preferably proceeds in the direction of the anode.

본 발명의 멤브레인 전극 조립체를 제조하기 위해, 멤브레인 전극 조립체의 다양한 구성요소들을 서로 상부에 배치하고 압력 및 온도에 의해 서로 결합시키며, 전형적으로 10 내지 300℃ 범위의 온도, 특히 20 내지 200℃ 범위의 온도 및 1 내지 1000 bar의 압력, 특히 3 내지 300 bar의 압력에서 라미네이션으로 결합시킨다.In order to make the membrane electrode assembly of the present invention, the various components of the membrane electrode assembly are placed on top of each other and joined to each other by pressure and temperature, typically in the range of 10 to 300 ° C., in particular in the range of 20 to 200 ° C. The lamination is carried out at a temperature and at a pressure of 1 to 1000 bar, in particular at a pressure of 3 to 300 bar.

단일 연료 전지의 성능은 다수의 적용을 위해 종종 너무 낮기 때문에, 본 발명에서는 복수의 단일 연료 전지들을 격리판에 의해 조합하여 연료 전지(연료 전지 스택)을 제조하는 것이 바람직하다. 이 경우, 격리판은 (경우에 따라 추가 가스켓 물질과 교차함) 외부로부터 캐소드의 가스 공간과 애노드의 가스 공간, 및 캐소드의 가스 공간과 애노드의 가스 공간 사이를 밀봉해야 한다. 이를 위해, 격리판은 바람직하게는 멤브레인 전극 조립체 상으로 밀봉하면서 놓여진다. 밀봉 작용은 격리판과 멤브레인 전극 조립체로 이루어진 복합체를 압축함으로써 추가 향상될 수 있다.Since the performance of a single fuel cell is often too low for many applications, it is desirable in the present invention to produce a fuel cell (fuel cell stack) by combining a plurality of single fuel cells by a separator. In this case, the separator should seal between the gas space of the cathode and the anode, and the gas space of the cathode and the gas space of the anode from outside (and possibly intersect with additional gasket material). For this purpose, the separator is preferably placed sealingly onto the membrane electrode assembly. The sealing action can be further improved by compressing the composite consisting of separator and membrane electrode assembly.

격리판은 바람직하게는 각각 반응 가스용의 하나 이상의 가스 채널을 가지며, 이는 유리하게는 전극을 향하고 있는 측면 상에 배열된다. 가스 채널은 반응물 유체의 분배를 가능하게 해야 한다.The separators preferably each have one or more gas channels for the reaction gas, which are advantageously arranged on the side facing the electrode. The gas channel should allow for the distribution of the reactant fluid.

특히 놀랍게도, 본 발명의 멤브레인 전극 조립체는 기계적 안정성 및 강도 측면에서 뚜렷한 개선을 위해 탁월하며, 이에 따라 특히 안정적인 성능을 가진 연료 전지 스택의 제조에 사용될 수 있는 것으로 확인되었다. 동시에, 생성된 연료 전지 스택에서는, 오늘날 통상적인 성능 편차가 더 이상 관찰되지 않으며, 지금까지 확인된 적 없는 특성, 신뢰성 및 재현성이 달성된다.In particular, it has been found that the membrane electrode assembly of the present invention is excellent for a marked improvement in terms of mechanical stability and strength, and thus can be used in the manufacture of fuel cell stacks with particularly stable performance. At the same time, in the resulting fuel cell stack, the typical performance deviations are no longer observed today, and the characteristics, reliability and reproducibility never seen have been achieved.

- 전기화학적 성능이 가장자리 보강에 의해 영향을 받지 않고,Electrochemical performance is not affected by edge reinforcement,

- 보강된 가장자리는 가속된 엑스 시츄(ex situ) 보관 시험에서 보강되지 않은 멤브레인 보다 더 안정하며,Reinforced edges are more stable than unreinforced membranes in accelerated ex situ storage tests,

- 보강된 멤브레인은 가스켓 압축 조건하에 유동하지 않으며,The reinforced membrane does not flow under gasket compression conditions,

- 전지는 (기술적 목적을 위해) 기밀성인 것으로 확인되었다.The battery has been found to be airtight (for technical purposes).

실시예Example

본 발명의 가장자리 보강된 MEA는 하기와 같이 제조되었다:Edge reinforced MEAs of the present invention were prepared as follows:

구체적 실시예 Specific Example

1. 인쇄 페이스트의 제조1. Preparation of printing paste

초기에 비이커에 10 g의 10% 술폰화 테트라플루오로에틸렌 중합체(Nafion?) 수용액을 충진하였다. 실온에서, 자기 교반기로 교반하면서 2 g의 n-프로판올을 첨가하고 혼합물을 추가 5분간 교반하였다. 이후, 5 g의 선별된 PBI 분말(250 메쉬)을 계량투입하고 혼합물을 추가 5분간 교반하였다. 이후 5 g의 테플론 분말(평균 입경 1 ㎛)을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 추가 30분간 교반하였다. 이후, 페이스트는 대략 1000 mPas의 점도를 가졌다.
Initially, the beaker was filled with 10 g of 10% sulfonated tetrafluoroethylene polymer (Nafion ? ) Aqueous solution. At room temperature, 2 g of n-propanol were added while stirring with a magnetic stirrer and the mixture was stirred for an additional 5 minutes. Thereafter, 5 g of the selected PBI powder (250 mesh) was metered in and the mixture was stirred for an additional 5 minutes. Then 5 g of Teflon powder (average particle diameter 1 μm) was added. The mixture was stirred for an additional 30 minutes at room temperature. The paste then had a viscosity of approximately 1000 mPas.

2. 캐리어 필름 상으로 페이스트의 스크린 인쇄2. Screen printing of paste onto carrier film

페이스트를 이후 가스켓 가장자리의 형태로 UltrasonS?(BASF) 필름 상에 인쇄하였다. 사용된 스크린 크기는 32x120 W PW였다. 페이스트를 공기하에 실온에서 건조하였다. 건조된 인쇄층의 높이는 대략 65 ㎛ 였다.
The paste is then in the form of an edge of the gasket UltrasonS ? Printed on (BASF) film. The screen size used was 32 × 120 W PW. The paste was dried at room temperature under air. The height of the dried printed layer was approximately 65 μm.

3. 라미네이션 전달에 의한 가장자리 보강된 멤브레인 제조3. Fabrication of Edge Reinforced Membrane by Lamination Transfer

인쇄 페이스트로 코팅된 필름 중 2개의 필름을 툴(tool)을 사용하여 CeltecP 멤브레인의 상면 및 하면을 덮도록 배열하였다. 핫 프레스에 의해, 80℃ 및 3000 N/㎠에서 1분에 걸쳐 멤브레인으로의 라미네이션 전달을 수행하였다. 인쇄 페이스트는 부분적으로 멤브레인 안으로 침투하였으며, PBI 분말은 산을 흡수했고, 멤브레인의 가장자리 영역은 이에 따라 보강되었다. 라미네이션 전달은 툴이 압력을 인가하는 경우에만 일어났다. 이에, 툴 기하학에 의해 실제 보강 영역을 고정시킬 수 있었다. 이렇게 얻어진 멤브레인은 보강된 가스켓 영역에서 두께가 150 ㎛였다. 보강되지 않은 활성 영역은 400 ㎛의 두께를 가졌다.
Two of the films coated with printing paste were arranged to cover the top and bottom of the CeltecP membrane using a tool. Lamination transfer to the membrane was performed by hot press at 80 ° C. and 3000 N / cm 2 over 1 minute. The printing paste partially penetrated into the membrane, the PBI powder absorbed acid, and the edge region of the membrane was reinforced accordingly. Lamination transfer took place only when the tool applied pressure. Thus, the actual reinforcement region could be fixed by the tool geometry. The membrane thus obtained had a thickness of 150 μm in the reinforced gasket area. The unreinforced active region had a thickness of 400 μm.

4. 가장자리 보강된 멤브레인으로부터 MEA의 제조4. Preparation of MEA from Edge Reinforced Membrane

포지셔닝 및 프레싱 툴을 사용하여 멤브레인을 덮도록 2개의 가스 확산 전극(애노드 및 캐소드)을 배치하였다. 가스 확산 전극들은 보강된 가장자리와 대략 1-2 mm 중첩되었다. 보강된 멤브레인 가장자리의 외부 영역은 덮히지 않은 상태로 남았다. 비압축 상태에서 MEA 두께는 1100 ㎛ 였다. 압축은 140℃에서 30초간 소정 두께(이는 스페이서(심)에 의해 정해짐)로 수행되었다. 압력은, MEA가 심의 높이(500 ㎛)로 완전히 압축되도록 선택되었다. 이는 조형적으로(plastically) 그리고 탄성적으로 MEA를 변형시켰다. 탄성 요소는 압력이 해제된 후 MEA가 다시 두께를 복원하도록 해준다. 이 두께는 대략 900 ㎛ 였다. 보강된 멤브레인 가장자리의 두께는 125 ㎛ 였다.
Two gas diffusion electrodes (anode and cathode) were positioned to cover the membrane using a positioning and pressing tool. The gas diffusion electrodes overlapped approximately 1-2 mm with the reinforced edges. The outer region of the reinforced membrane edge remained uncovered. The MEA thickness was 1100 μm in the uncompressed state. Compression was carried out at 140 ° C. for 30 seconds with a predetermined thickness (determined by the spacers). The pressure was chosen such that the MEA was completely compressed to the height of the shim (500 μm). This deformed the MEA plastically and elastically. The elastic element allows the MEA to regain thickness after the pressure is released. This thickness was approximately 900 μm. The thickness of the reinforced membrane edge was 125 μm.

5. 연료 전지 시험5. Fuel Cell Test

이렇게 제조된 MEA를 오븐에서 160℃에서 30분간 소성하여 연료 전지를 제조하였다. 표준 MEA와 비교한 성능에서 전류/전압 특성은 어떠한 차이도 나타내지 않았다. 도 1은 상응하는 특성을 보여주며, 이는 하기 조건하에 기록되었다:The MEA thus prepared was fired in an oven at 160 ° C. for 30 minutes to prepare a fuel cell. There was no difference in current / voltage characteristics in performance compared to standard MEA. 1 shows the corresponding properties, which were recorded under the following conditions:

T: 160℃T: 160 ℃

공급 가스: 수소, 공기Supply gas: hydrogen, air

1)로서 명명된 특성은 표준 MEA로 기록되었으며, 2)로서 명명된 특성은 본 발명 MEA로서 기록되었다.Properties named as 1) were recorded as standard MEAs, and properties named as 2) were recorded as inventive MEAs.

본 발명의 멤브레인은 연속 제조 공정에서 조차 높은 안정성 및 우수한 가스켓 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.The membranes of the present invention have been found to exhibit high stability and good gasket properties even in continuous manufacturing processes.

Claims (13)

층 S를 가지고 중합체 PM을 주성분으로 하는 이온 전도성 멤브레인으로서, 층 S는 멤브레인에 이미지 방식으로 적용되고, 멤브레인상에 부착되며, 중합체 PP의 분말을 주성분으로 하는 것인 이온 전도성 멤브레인.An ion conductive membrane having a layer S and based on polymer PM, wherein the layer S is applied to the membrane in an imagewise manner, attached to the membrane, and is based on a powder of polymer PP. 제1항에 있어서, 상기 층 S는 멤브레인과 함께 가스켓 가장자리로서 적합하며 기계적 보강을 제공하는 것인 이온 전도성 멤브레인.The ion conductive membrane of claim 1, wherein said layer S is suitable as a gasket edge with the membrane and provides mechanical reinforcement. 제2항에 있어서, 멤브레인 및 층 S를 포함하는 가스켓 가장자리에서 중합체 함량은 가스켓 가장자리 외부에서 보다 더 높은 것인 이온 전도성 멤브레인.The ionically conductive membrane of claim 2, wherein the polymer content at the gasket edge comprising the membrane and layer S is higher than outside the gasket edge. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인을 위한 베이스로서 사용되는 중합체 PM은 상기 분말의 중합체 PP와 동일한 것인 이온 전도성 멤브레인.The ion conductive membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer PM used as the base for the membrane is the same as the polymer PP of the powder. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말은 적어도 부분적으로 멤브레인 표면상에서 뿐만 아니라 멤브레인 그 자체에 존재하는 것인 이온 전도성 멤브레인.The ionically conductive membrane of claim 1, wherein the powder is at least partially present on the membrane surface as well as on the membrane itself. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 PP 및/또는 PM은 폴리벤즈이미다졸(PBI)을 주성분으로 하는 것인 이온 전도성 멤브레인.The ion conductive membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymer PP and / or PM is based on polybenzimidazole (PBI). 제1항에 따른 멤브레인에 사용하기 위한 분말로서
a) 중합체 PP, 특히 폴리벤즈이미다졸, 특히 분말을 기준으로 30 내지 50 중량부의 양으로
b) 가요화 성분, 특히 폴리테트라플루오로에틸렌 분말, 및
c) 분산제, 특히 술폰화 폴리테트라플루오로에틸렌을 실질적으로 포함하는 분말.
As a powder for use in the membrane according to claim 1
a) polymer PP, in particular polybenzimidazole, in particular in an amount of from 30 to 50 parts by weight, based on powder
b) flexible components, in particular polytetrafluoroethylene powder, and
c) powders comprising substantially a dispersant, in particular sulfonated polytetrafluoroethylene.
중합체 PP의 분말을 멤브레인 필름에 적용하는 단계 및 이를 압축하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인의 제조 방법.A method of making a membrane according to any one of claims 1 to 6, comprising applying a powder of polymer PP to the membrane film and compressing it. 제8항에 있어서, 멤브레인 필름은 산 도핑된 것인 방법.The method of claim 8, wherein the membrane film is acid doped. 제8항에 있어서, 분말은 분산물 또는 페이스트 형태로 적용되는 것인 방법.The method of claim 8, wherein the powder is applied in the form of a dispersion or paste. 제10항에 있어서, 분말의 페이스트 또는 분산물은 1 내지 1000 mPas의 점도를 가지는 것인 방법.The method of claim 10, wherein the paste or dispersion of the powder has a viscosity of 1 to 1000 mPas. 적어도
I. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 중합체 멤브레인,
II. 가스켓 본체
를 포함하고, 여기서
III. 층 S의 주변의 멤브레인은 가스켓 본체에 매몰 및 압축된 것인, 연료 전지용 멤브레인 전극 조립체(MEA).
At least
I. Polymeric membrane according to any one of claims 1 to 6,
II. Gasket body
Lt; / RTI &gt;
III. The membrane electrode assembly (MEA) for fuel cell, wherein the membrane around the layer S is embedded and compressed in the gasket body.
제12항에 따른 하나 이상의 멤브레인 전극 조립체를 포함하는 전기화학 반응기.An electrochemical reactor comprising at least one membrane electrode assembly according to claim 12.
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