KR20130110569A - The electrolyte membrane for and method for preparing the same - Google Patents

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KR20130110569A
KR20130110569A KR1020120032625A KR20120032625A KR20130110569A KR 20130110569 A KR20130110569 A KR 20130110569A KR 1020120032625 A KR1020120032625 A KR 1020120032625A KR 20120032625 A KR20120032625 A KR 20120032625A KR 20130110569 A KR20130110569 A KR 20130110569A
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김나영
이동훈
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이무석
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코오롱인더스트리 주식회사
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PURPOSE: A polymer electrolyte membrane has high durability, radical resistance, improved electric conductivity, and improved lifetime and has reliability for the long term use of a cation exchange membrane fuel cell. CONSTITUTION: A polymer electrolyte membrane comprises a polyimide porous nanofiber web support; an ion conductor filled in the porous nanofiber web support; an oxidation stabilizer which is one selected from a phenol-based oxidation stabilizer, an amine-based oxidation stabilizer, sulfur-based oxidation stabilizer, and a combination thereof. The porous nanofiber web support is a polyimide porous nanofiber support. The ion conductor is polyarylene ether sulfone-based ion conductor or polyetherethersulfone ion conductor. The oxidation stabilizer is a phenol-derived oxidation stabilizer.

Description

고분자 전해질막 및 그 제조방법 {THE ELECTROLYTE MEMBRANE FOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Polymer electrolyte membrane and manufacturing method thereof {THE ELECTROLYTE MEMBRANE FOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 고분자 전해질막 및 그 제조방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 양성자 교환 막 연료전지 음극에서 발생한 라디칼에 의한 이온전도체 산화에 의한 전도도 저감 및 전지의 성능저하를 방지할 수 있는 고분자 전해질막 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention provides a polymer electrolyte membrane and a method for manufacturing the same, which can prevent a decrease in conductivity due to oxidation of an ion conductor by radicals generated in a cathode of a proton exchange membrane fuel cell and a decrease in battery performance.

최근 휴대용 전자기기 및 무선통신기기의 급격한 보급으로 인해, 휴대용 전원 공급원인 배터리로서의 연료전지 개발, 무공해 자동차용 연료전지 및 청정 에너지원으로서 발전용 연료전지의 개발에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.Recently, due to the rapid spread of portable electronic devices and wireless communication devices, a lot of interest and research has been progressed in the development of a fuel cell as a battery as a portable power supply source, a fuel cell for a pollution-free automobile and a power generation fuel cell as a clean energy source.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉, 연료전지는 연료가스(수소, 메탄올, 또는 기타 유기물)와 산화제(산소 또는 공기)를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식으로서, 높은 에너지 효율성과 오염물의 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인하여 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다.A fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy of a fuel directly into electrical energy. In other words, the fuel cell is a power generation method that uses fuel gas (hydrogen, methanol, or other organic material) and oxidizing agent (oxygen or air), and generates electric power by using electrons generated during the redox reaction. It is being researched and developed as the next generation energy source due to the eco-friendly features with low emission of pollutants and pollutants.

수소를 연료로 하는 저가습 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)의 경우, 넓은 온도 범위에서 작동이 가능하므로 냉각 장치 및 밀봉 부품 간소화, 저가습 수소를 연료로 사용하므로 가습기 사용 최소화, 그리고 빠른 구동 등의 장점으로 차량용 및 가정용 전원 장치로 각광을 받고 있다. 또한 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서 넓은 범위의 온도에서 작동되고 구조가 간단하며 빠른 시동과 응답 특성이 있다.Low-humidity polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs) powered by hydrogen can operate over a wide temperature range, simplifying cooling devices and sealing parts, and using low-humidity hydrogen as fuel, minimizing the use of humidifiers. In addition, it has been spotlighted as a vehicle and home power supply for its advantages such as fast driving. In addition, it is a high output fuel cell with a higher current density than other types of fuel cells. It operates at a wide range of temperatures, has a simple structure, and has fast startup and response characteristics.

연료 전지는 통상적으로 각각 전해질막, 애노드 전극 및 캐소드 전극, 그리고 기타 임의의 구성요소들을 포함하는 막전극 조립체의 적층물 또는 조립물로서 형성된다. 연료 전지 막전극 조립체는 통상적으로 각각의 전극과 전기적으로 접촉하고 있어서 전극으로의 반응물의 확산을 가능케 하며, 기체 확산 층, 기체 확산 기재 또는 기체 확산 배킹(backing)으로 알려져 있는 다공성의 전기 전도성 시트 재료도 포함한다. 전해질막 상에 전극촉매가 코팅되는 경우, 막전극 조립체는 촉매 코팅을 포함하는 것으로 언급된다. 다른 경우, 전극촉매가 기체 확산 층 상에 코팅되면, 막전극 조립체는 기체 확산 전극을 포함하는 것으로 언급된다. 연료 전지의 기능적 구성요소는 보통 전도성 극판, 기체 확산 배킹, 애노드 전극, 막, 캐소드 전극, 기체 확산 배킹, 전도성 극판 순으로 배열된다.The fuel cell is typically formed as a stack or assembly of membrane electrode assemblies, each comprising an electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode, and any other components. Fuel cell membrane electrode assemblies are typically in electrical contact with each electrode to allow diffusion of reactants to the electrode, and a porous electrically conductive sheet material known as a gas diffusion layer, gas diffusion substrate or gas diffusion backing. Also includes. When the electrocatalyst is coated on the electrolyte membrane, the membrane electrode assembly is said to include a catalyst coating. In other cases, when the electrocatalyst is coated on the gas diffusion layer, the membrane electrode assembly is said to include a gas diffusion electrode. The functional components of the fuel cell are usually arranged in the order of conductive electrode plates, gas diffusion backings, anode electrodes, membranes, cathode electrodes, gas diffusion backings, and conductive electrode plates.

이러한 연료전지는 애노드와 캐소드 사이에 수소 이온 교환막이 개재(介在)되어 있는 막전극 접합체와 발생된 전기를 집전하고 연료를 공급하는 분리판의 연속적인 복합체로 구성된다. 애노드에서는 연료인 수소 또는 메탄올이 공급되어 전극 촉매 상에서 반응하여 수소 이온(H+, 양성자)을 발생시키며, 캐소드에서는 수소 이온 교환막을 통과한 수소 이온과 산소가 결합하여 순수한 물을 생성한다.Such a fuel cell is composed of a continuous composite of a membrane electrode assembly in which a hydrogen ion exchange membrane is interposed between an anode and a cathode, and a separator that collects and supplies fuel for generated electricity. In the anode, hydrogen or methanol, which is a fuel, is supplied and reacts on the electrode catalyst to generate hydrogen ions (H +, protons). In the cathode, hydrogen ions and oxygen that pass through the hydrogen ion exchange membrane are combined to generate pure water.

전해질막의 장기 안정성은 연료 전지에 있어서 매우 중요하다. 예를 들어, 정치형 연료 전지 적용분야를 위한 수명 목표는 40,000시간의 작동이다. 업계 전반에 걸쳐 사용되는 것으로 알려져 있는 통상적인 막은 시간이 지남에 따라 막 중 이온-교환 중합체의 분해와 그에 이어지는 용해를 통하여 열화됨으로써, 막의 가용성과 성능을 떨어뜨리게 된다. 이러한 열화는 적어도 부분적으로 막 또는 전극 중 이온-교환 중합체의 연료 전지 작동시에 생성되는 과산화수소 (H2O2) 라디칼과의 반응의 결과인 것으로 여겨지고 있다. 플루오로중합체 막이 일반적으로 플루오르를 함유하지 않는 탄화수소 막에 비해 연료 전조 작동시 더 안정한 것으로 간주되나, 과플루오르화 이온-교환 중합체조차도 사용시 열화된다. 과플루오르화 이온-교환 중합체의 열화 역시 중합체의 과산화수소와의 반응의 결과인 것으로 여겨지고 있다.Long-term stability of the electrolyte membrane is very important for fuel cells. For example, the lifetime goal for a stationary fuel cell application is 40,000 hours of operation. Conventional membranes, which are known to be used throughout the industry, degrade over time by degradation and subsequent dissolution of the ion-exchange polymer in the membrane, thereby degrading the solubility and performance of the membrane. This degradation is believed to be at least partly a result of the reaction with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) radicals generated during fuel cell operation of the ion-exchange polymer in the membrane or electrode. Fluoropolymer membranes are generally considered to be more stable during fuel rolling operations than hydrocarbon membranes that do not contain fluorine, but even perfluorinated ion-exchange polymers degrade in use. And deterioration of the fluoride ion-exchange polymer are also believed to be the result of the reaction of the polymer with hydrogen peroxide.

따라서, 과산화수소 라디칼과의 그의 상호작용에 기인하는 양성자 교환 막 또는 막 전극 조립체의 열화를 감소 또는 방지함으로써, 더 오랜 시간 기간 동안 안정하고 가용하게 지속되면서도 성능이 유지되며, 결과적으로 연료 전지 비용이 감소될 수 있는 방법을 개발할 필요성이 있다. Thus, by reducing or preventing deterioration of the proton exchange membrane or membrane electrode assembly due to its interaction with the hydrogen peroxide radical, performance is maintained while remaining stable and available for a longer period of time, resulting in reduced fuel cell cost There is a need to develop a way to be.

이와 관련한 선행기술을 보면, 선행특허문헌 1(10-2008-0039615A)은 수소이온 전도성 고분자의 매트릭스에 분산된 카본나노튜브를 포함하는 전해질막에 대한 것으로서 상기 카본나노튜브에 의해 히드록시 라디칼을 제거하는 것이다. 그러나 상기 수소이온 전도성 고분자의 매트릭스 내에 카본나노튜브를 분산시키는데 어려움이 있어 상용화가 어렵다는 문제가 있다.In the related art, Prior Patent Document 1 (10-2008-0039615A) relates to an electrolyte membrane including carbon nanotubes dispersed in a matrix of a hydrogen ion conductive polymer, and removes hydroxy radicals by the carbon nanotubes. It is. However, there is a problem in that it is difficult to commercialize because it is difficult to disperse the carbon nanotubes in the matrix of the hydrogen ion conductive polymer.

선행특허문헌 2(10-2007-0056324A)는 올리고머가 가교된 고분자 매트릭스 및 상기 고분자 매트릭스 내에 존재하는 나노 크기의 양성자 전도성 고분자를 포함하는 연료 전지용 고분자 전해질 막에 대한 것으로서, 상기 전도성 고분자의 경우에도 음극에서 발생한 라디칼에 의하여 술폰산기가 치환되거나, 방향족 고리의 첨가반응으로 전도도 저하 및 연료전지의 성능저하가 수반될 수 있다는 문제가 있다.Prior Patent Document 2 (10-2007-0056324A) relates to a polymer electrolyte membrane for a fuel cell including a polymer matrix in which an oligomer is crosslinked and a nano-sized proton conductive polymer present in the polymer matrix. The sulfonic acid group may be replaced by radicals generated in or the aromatic ring may cause a decrease in conductivity and a decrease in performance of the fuel cell.

KRKR 10-2008-003961510-2008-0039615 AA KRKR 10-2007-005632410-2007-0056324 AA

본 발명의 목적은 양성자 교환 막 연료전지에 통상적으로 사용되는 전해질막의 경우 캐소드에서 발생한 라디칼에 의해 전기 전도도가 저하되는데, 이는 연료전지의 성능 저하의 원인이 될 수 있는바, 라디칼에 내성을 가지면서도 내구성이 높아. 전기전도도 및 연료전지의 수명이 향상된 고분자 전해질막을 제공한다.An object of the present invention is the electrolyte membrane commonly used in proton-exchange membrane fuel cells, the electrical conductivity is reduced by the radicals generated from the cathode, which may cause a decrease in the performance of the fuel cell, while having resistance to radicals High durability. Provided is a polymer electrolyte membrane having improved electrical conductivity and lifespan of a fuel cell.

본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 전해질막에 대한 제조방법을 제공한다.Another object of the present invention to provide a method for producing the polymer electrolyte membrane.

본 발명의 일실시예에 따른 고분자 전해질막은 다공성 나노섬유 웹(Polyimide porous nanofiber web) 지지체, 상기 다공성 나노섬유 웹 지지체 내부에 충진된 이온전도체, 및 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제를 포함하는 것이다.Polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention is a porous nanofiber web (Polyimide porous nanofiber web) support, an ion conductor filled in the porous nanofiber web support, and phenolic oxidation stabilizer, amine-based oxidation stabilizer, sulfur-based oxidation It includes an oxidative stabilizer which is any one selected from the group consisting of a stabilizer, a phosphorus oxidative stabilizer and a combination thereof.

상기 고분자 전해질막은 상기 이온전도체 100 중량부에 대하여, 상기 산화안정제가 0.1 내지 5 중량부로 포함되는 것일 수 있다.The polymer electrolyte membrane may include 0.1 to 5 parts by weight of the oxidative stabilizer based on 100 parts by weight of the ion conductor.

상기 이온 전도체는 술폰화 폴리이미드, 술폰화 폴리아릴에테르술폰, 술폰화 폴리에테르에테르케톤, 술폰화 폴리벤즈이미다졸, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리스티렌, 술폰화 폴리포스파젠 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The ion conductor consists of sulfonated polyimide, sulfonated polyarylethersulfone, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polybenzimidazole, sulfonated polysulfone, sulfonated polystyrene, sulfonated polyphosphazene and combinations thereof It may be any one selected from the group.

상기 페놀계 산화안정제는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, 펜타에리트리틸 테트라키스 [3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 트리에틸렌 글리콜 비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,4-비스(n-옥틸티오)-6-(4-히드록시-3,5-디-t-부틸아닐리노)-1,3,5-트리아진, 2,2-티오-디에틸렌 비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신나마이드), 3,5-디-t-부틸-4-히드록시-벤질포스포네이트 디에틸 에스테르, 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질) 이소시아누레이트 및 3,9-비스{2-[3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]-1,1-디메틸에틸}-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The phenolic oxidative stabilizer is 2,6-di-t-butyl-p-cresol, pentaerythryl tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] , 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene, octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl 4-hydroxyphenyl) propionate, triethylene glycol bis [3- (3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 2,4-bis (n-octylthio ) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, 2,2-thio-diethylene bis [3- (3,5-di -t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], N, N'-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamide), 3,5-di -t-butyl-4-hydroxy-benzylphosphonate diethyl ester, tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate and 3,9-bis {2- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionyloxy] -1,1-dimethylethyl} -2,4,8,10-tetraoxaspir [5,5] it may be in any one selected from undecane, and combinations thereof.

상기 아민계 산화안정제는 모노옥틸디페닐아민, 모노노닐디페닐아민, 4,4'-디부틸디페닐아민, 4,4'-디펜틸디페닐아민, 4,4'-디헥실디페닐아민, 4,4'-디헵틸디페닐아민, 4,4'-디옥틸디페닐아민, 4,4'-디노닐디페닐아민 등의 디알킬디페닐아민계, 테트라부틸디페닐아민, 테트라헥실디페닐아민, 테트라옥틸디페닐아민, 테트라노닐디페닐아민, α-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, 또한 부틸페닐-α-나프틸아민, 펜틸페닐-α-나프틸아민, 헥실페닐-α-나프틸아민, 헵틸페닐-α-나프틸아민, 옥틸페닐-α-나프틸아민, 노닐페닐-α-나프틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The amine oxidative stabilizer is monooctyldiphenylamine, monononyldiphenylamine, 4,4'-dibutyldiphenylamine, 4,4'-dipentyldiphenylamine, 4,4'-dihexyldiphenylamine, 4 Dialkyldiphenylamines such as 4,4'-diheptyl diphenylamine, 4,4'-dioctyldiphenylamine, and 4,4'-dinonyldiphenylamine, tetrabutyldiphenylamine, tetrahexyldiphenylamine, tetra Octyldiphenylamine, tetranonyldiphenylamine, α-naphthylamine, phenyl-α-naphthylamine, but also butylphenyl-α-naphthylamine, pentylphenyl-α-naphthylamine, hexylphenyl-α-naph It may be any one selected from the group consisting of tilamine, heptylphenyl-α-naphthylamine, octylphenyl-α-naphthylamine, nonylphenyl-α-naphthylamine, and combinations thereof.

상기 유황계 산화안정제는 펜타에리트리틸 테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 디스테아릴 3,3'-티오디프로피오네이트, 디라우릴 3,3'-티오디프로피오네이트 및 디스미리스틸 3,3'-티오디프로피오네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The sulfur-based oxidative stabilizer is pentaerythryl tetrakis (3-laurylthiopropionate), distearyl 3,3'- thiodipropionate, dilauryl 3,3'- thiodipropionate and It may be any one selected from the group consisting of dismyristyl 3,3'- thiodipropionate and combinations thereof.

상기 인계 산화안정제는 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트, 비스(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐) 펜타에리트리톨 디포스파이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The phosphorus oxidative stabilizer is tris (nonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t- butylphenyl) phosphite, distearyl pentaerythritol diphosphite, bis (2,6-di-t-butyl- 4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite and combinations thereof may be any one selected from the group consisting of.

상기 다공성 지지체는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The porous support is made of nylon, polyimide, polybenzoxazole, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyarylene ether sulfone, polyether ether ketone, copolymers thereof, and combinations thereof. It may include any one selected from the group.

상기 다공성 나노섬유 웹 지지체는 폴리이미드 다공성 나노섬유지지체이고,The porous nanofiber web support is a polyimide porous nanofiber support,

상기 이온전도체는 폴리아릴렌에테르술폰계 이온전도체 또는 폴리에테르에테르술폰계 이온전도체이고, 그리고, 상기 산화안정제는 페놀계 산화안정제인 것인 고분자 전해질인 것일 수 있다.The ion conductor may be a polyarylene ether sulfone type ion conductor or a polyether ether sulfone type ion conductor, and the oxidative stabilizer may be a polymer electrolyte which is a phenolic oxidative stabilizer.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 고분자 전해질막의 제조방법은 이온전도체 100 중량부 및 상기 이온전도체 100 중량부에 대하여, 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제 0.1 내지 5 중량부를 극성용매(Polar Solvent) 100 내지 2000 중량부에 용해하는 용해액 제조단계, 그리고 상기 용해액을 다공성 나노섬유 웹 지지체에 충진시키는 충진단계를 포함하는 것이다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for preparing a polymer electrolyte membrane includes a phenolic oxidizing stabilizer, an amine oxidizing stabilizer, a sulfur oxidizing stabilizer, and a phosphorus oxidizing stabilizer, based on 100 parts by weight of an ion conductor and 100 parts by weight of the ion conductor. A dissolution solution preparing step of dissolving 0.1 to 5 parts by weight of an oxidative stabilizer, which is any one selected from the group consisting of 100 to 2000 parts by weight of a polar solvent, and filling the solution with a porous nanofiber web support. To include the steps.

상기 극성용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide), 디메틸폼아마이드(Dimethyl formamide), N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The polar solvent may be any one selected from the group consisting of dimethyl acetamide, dimethyl formamide, N-methyl pyrrolidine, and combinations thereof.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일실시예에 따른 고분자 전해질막은 다공성 나노섬유 웹(Polyimide porous nanofiber web) 지지체, 상기 다공성 나노섬유 웹 지지체 내부에 충진된 이온전도체, 및 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제를 포함하는 것이다.Polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention is a porous nanofiber web (Polyimide porous nanofiber web) support, an ion conductor filled in the porous nanofiber web support, and phenolic oxidation stabilizer, amine-based oxidation stabilizer, sulfur-based oxidation It includes an oxidative stabilizer which is any one selected from the group consisting of a stabilizer, a phosphorus oxidative stabilizer and a combination thereof.

상기 다공성 지지체는 3차원적으로 불규칙하고 불연속적으로 연결된 나노 섬유의 집합체로 이루어지며, 이에 따라 균일하게 분포된 다수의 기공을 포함한다. 이렇게 균일하게 분포된 다수의 기공으로 이루어진 상기 다공성 지지체는 우수한 기체 또는 이온 전도도를 가지게 된다.The porous support comprises a collection of nanofibers connected three-dimensionally irregularly and discontinuously, and thus comprises a plurality of uniformly distributed pores. The porous support composed of a plurality of pores uniformly distributed thus has excellent gas or ionic conductivity.

상기 다공성 지지체에 형성되는 기공의 직경인 공경은 0.05 내지 30㎛의 범위 내로 형성될 수 있는데, 상기 공경이 0.05㎛ 미만으로 형성될 경우 고분자 전해질의 이온 전도도가 떨어질 수 있고, 상기 공경이 30㎛를 초과할 경우 고분자 전해질의 기계적 강도가 떨어질 수 있다. The pore size of the pores formed in the porous support may be in the range of 0.05 to 30 탆. If the pore size is less than 0.05 탆, the ion conductivity of the polymer electrolyte may be lowered, The mechanical strength of the polymer electrolyte may be lowered.

또한, 상기 다공성 지지체의 기공의 형성 정도를 나타내는 다공도는 50 내지 98%의 범위 내로 형성될 수 있다. 상기 다공성 지지체의 다공도가 50% 미만일 경우는 고분자 전해질의 이온 전도도가 떨어질 수 있고, 상기 다공도가 98%를 초과할 경우에는 고분자 전해질의 기계적 강도 및 형태 안정성이 떨어질 수 있다.Also, the porosity indicating the degree of formation of pores of the porous support may be formed within a range of 50 to 98%. When the porosity of the porous support is less than 50%, the ionic conductivity of the polymer electrolyte may drop, and when the porosity exceeds 98%, the mechanical strength and the shape stability of the polymer electrolyte may decrease.

상기 다공도(%)는 하기 수학식 1과 같이, 상기 다공성 지지체의 전체 부피 대비 공기 부피의 비율에 의하여 계산할 수 있다.The porosity (%) can be calculated by the ratio of the air volume to the total volume of the porous support, as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

다공도(%) = (공기 부피/전체 부피)×100Porosity (%) = (air volume / total volume) × 100

이때, 상기 다공성 지지체의 전체 부피는 직사각형 형태의 다공성 지지체의 샘플을 제조하여 가로, 세로 및 두께를 측정하여 계산하고, 상기 다공성 지지체의 공기 부피는 상기 다공성 지지체 샘플의 질량을 측정한 후 밀도로부터 역산한 고분자 부피를 상기 다공성 지지체의 전체 부피에서 빼서 얻을 수 있다.In this case, the total volume of the porous support is calculated by measuring the width, length, and thickness of a sample of a porous support in the form of a rectangular shape, and the air volume of the porous support is inverted from the density after measuring the mass of the sample of the porous support. One polymer volume can be obtained by subtracting the total volume of the porous support.

상기 다공성 지지체는 3차원적으로 불규칙하고 불연속적으로 연결된 나노 섬유의 집합체로 이루어지는데, 상기 나노 섬유의 평균 직경은 0.005 내지 5㎛ 범위일 수 있다. 상기 나노 섬유의 평균 직경이 0.005㎛ 미만일 경우 다공성 지지체의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 상기 나노 섬유의 평균 직경이 5㎛를 초과할 경우 다공성 지지체의 다공도 조절이 용이하지 않을 수 있다.The porous support is composed of a collection of nanofibers connected three-dimensionally irregularly and discontinuously, and the average diameter of the nanofibers may range from 0.005 to 5 mu m. If the average diameter of the nanofibers is less than 0.005 탆, the mechanical strength of the porous support may deteriorate. If the average diameter of the nanofibers exceeds 5 탆, the porosity of the porous support may not be easily controlled.

상기 나노 섬유는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Wherein the nanofiber is selected from the group consisting of nylon, polyimide, polybenzoxazole, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyarylene ether sulfone, polyetheretherketone, And the present invention is not limited thereto.

상기 다공성 지지체는 5 내지 20㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 다공성 지지체의 두께가 5㎛ 미만일 경우 고분자 전해질의 기계적 강도 및 형태 안정성이 떨어질 수 있고, 상기 다공성 지지체의 두께가 20㎛를 초과할 경우 고분자 전해질의 저항 손실이 증가할 수 있다.The porous support may be formed to a thickness of 5 to 20㎛. When the thickness of the porous support is less than 5 μm, the mechanical strength and shape stability of the polymer electrolyte may be deteriorated. When the thickness of the porous support is more than 20 μm, the resistance loss of the polymer electrolyte may be increased.

상기 고분자 전해질막은 상기 다공성 지지체 내부에 충진된 이온 전도체를 포함한다.The polymer electrolyte membrane includes an ion conductor filled in the porous support.

양성자 교환 막 연료전지를 운전하는 경우 캐소드 쪽에서 형성된 라디칼이 전해질막쪽 이동하면서 상기 고분자 이온전도체의 방향족 고리에 대한 첨가반응으로 방향족 고리를 끊어버리거나, 상기 술폰산기와의 반응으로 상기 술폰산기를 떨어뜨려 전도도를 저하시킬 수 있다. 또한, 상기 라디칼의 연쇄반응과 함께 열화현상으로 연료전지의 수명을 저하시킬 수 있다.When operating a proton exchange membrane fuel cell, radicals formed at the cathode side move to the electrolyte membrane, and the aromatic ring is broken by the addition reaction to the aromatic ring of the polymer ion conductor, or the sulfonic acid group is dropped by the reaction with the sulfonic acid group to decrease the conductivity. You can. In addition, deterioration with the chain reaction of the radicals may reduce the life of the fuel cell.

따라서, 상기 고분자이온전도체에 상기 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 경우 상기 산화안정제는 상기 산화안정제에 포함된 수소이온을 방출함으로서 캐소드에서 형성된 라디칼이 상기 수소이온과 결합함으로서 라디칼 반응을 억제하고, 안정화시킬 수 있어, 상기 고분자이온전도체의 주쇄 및 상기 고분자 이온전도체에 포함된 술폰산기를 보호할 수 있다. 또한, 상기 산화안정제는 라디칼과 반응한 이후에도 공명효과 및 전자의 재배열을 통해 안정한 형태로 잔류할 수 있어 연쇄적인 라디칼 반응을 억제하고, 상기 라디칼 반응에 기한 열화현상의 문제를 억제할 수 있다.Therefore, when the polymer ion conductor includes any one selected from the group consisting of the phenolic oxidative stabilizer, the amine oxidative stabilizer, the sulfur oxidative stabilizer, the phosphorus oxidative stabilizer, and a combination thereof, the oxidative stabilizer is included in the oxidative stabilizer. By releasing the hydrogen ions, radicals formed at the cathode may be combined with the hydrogen ions to inhibit and stabilize a radical reaction, thereby protecting the main chain of the polymer ion conductor and the sulfonic acid group included in the polymer ion conductor. In addition, the oxidative stabilizer can remain in a stable form through the resonance effect and rearrangement of the electrons even after reacting with the radicals to suppress the chain radical reaction, and to suppress the problem of degradation due to the radical reaction.

상기 산화안정제가 상기 술폰산기를 포함하는 고분자이온전도체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우 라디칼에 대한 효과적인 제거가 어렵기 때문에 전도도 저하를 방지할 수 없고, 5 중량부를 초과하는 경우 상기 산화안정제가 과량으로 이온전도체에 대한 불순물로 작용할 수 있어, 오히려 전도도가 저하될 수 있다. 바람직하게는 상기 산화안정제는 1 내지 3 중량부로 첨가되는 것일 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 전도도 유지 효과 및 이온전도체에 영향이 없고, 내구성 향상효과가 가장 탁월하기 때문이다.When the oxidation stabilizer is included in less than 0.1 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer ionic conductor including the sulfonic acid group, it is difficult to effectively remove the radicals, and thus the conductivity may not be prevented. The stabilizer may act as an impurity for the ion conductor in excess, and thus the conductivity may be lowered. Preferably the oxidative stabilizer may be added in 1 to 3 parts by weight. It is because there is no influence in a conductivity maintenance effect and an ion conductor in the said range, and the durability improvement effect is the most outstanding.

상기 이온 전도체는 고분자 전해질막의 주기능인 이온 전도 기능을 수행하는 것으로서, 상기 이온 전도체로는 이온 전도 기능이 우수하고 가격면에서도 유리한 탄화수소계 고분자를 바람직하게 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 다공성 지지체의 기공 내에 상기 이온 전도체를 충진하는 공정의 용이성을 위해서 유기 용매에 대해 용해성인 탄화수소계 물질을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다.The ion conductor is to perform an ion conduction function which is a main function of the polymer electrolyte membrane. The ion conductor may be preferably a hydrocarbon-based polymer having excellent ion conduction function and advantageous in terms of cost, but the present invention is not limited thereto. . In particular, a hydrocarbon-based material that is soluble in an organic solvent may be more preferably used for facilitating the process of filling the ion conductor in the pores of the porous support.

상기 이온 전도체는 술폰화 폴리이미드, 술폰화 폴리아릴에테르술폰, 술폰화 폴리에테르에테르케톤, 술폰화 폴리벤즈이미다졸, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리스티렌, 술폰화 폴리포스파젠 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The ion conductor consists of sulfonated polyimide, sulfonated polyarylethersulfone, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polybenzimidazole, sulfonated polysulfone, sulfonated polystyrene, sulfonated polyphosphazene and combinations thereof It may be any one selected from the group, but the present invention is not limited thereto.

한편, 상기 이온 전도체로서 탄화수소계 물질을 사용하고, 상기 다공성 지지체로서 탄화수소계 물질을 사용하는 경우, 상기 이온 전도체에 포함된 탄화수소계 물질과 다공성 지지체에 포함된 탄화수소계 물질을 서로 동일한 물질계로 구성할 수 있으며, 구체적으로는 이온 전도체로서 S-PI(sulfonated polyimide)을 이용하고 다공성 지지체로서 폴리이미드를 이용할 경우 이온 전도체와 다공성 지지체 사이의 접착성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when a hydrocarbon-based material is used as the ion conductor and a hydrocarbon-based material is used as the porous support, the hydrocarbon-based material included in the ion conductor and the hydrocarbon-based material included in the porous support may be composed of the same material system. In particular, when S-PI (sulfonated polyimide) is used as the ion conductor and polyimide is used as the porous support, adhesion between the ion conductor and the porous support may be improved.

상기 산화안정제에 대한 구체적인 예로서, 상기 페놀계 산화안정제는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, 펜타에리트리틸 테트라키스 [3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 트리에틸렌 글리콜 비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,4-비스(n-옥틸티오)-6-(4-히드록시-3,5-디-t-부틸아닐리노)-1,3,5-트리아진, 2,2-티오-디에틸렌 비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신나마이드), 3,5-디-t-부틸-4-히드록시-벤질포스포네이트 디에틸 에스테르, 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질) 이소시아누레이트 및 3,9-비스{2-[3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]-1,1-디메틸에틸}-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 아민계 산화안정제는 모노옥틸디페닐아민, 모노노닐디페닐아민, 4,4'-디부틸디페닐아민, 4,4'-디펜틸디페닐아민, 4,4'-디헥실디페닐아민, 4,4'-디헵틸디페닐아민, 4,4'-디옥틸디페닐아민, 4,4'-디노닐디페닐아민 등의 디알킬디페닐아민계, 테트라부틸디페닐아민, 테트라헥실디페닐아민, 테트라옥틸디페닐아민, 테트라노닐디페닐아민, α-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, 또한 부틸페닐-α-나프틸아민, 펜틸페닐-α-나프틸아민, 헥실페닐-α-나프틸아민, 헵틸페닐-α-나프틸아민, 옥틸페닐-α-나프틸아민, 노닐페닐-α-나프틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 유황계 산화안정제는 펜타에리트리틸 테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 디스테아릴 3,3'-티오디프로피오네이트, 디라우릴 3,3'-티오디프로피오네이트 및 디스미리스틸 3,3'-티오디프로피오네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 그리고 상기 인계 산화안정제는 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트, 비스(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐) 펜타에리트리톨 디포스파이트및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.As a specific example of the oxidative stabilizer, the phenolic oxidative stabilizer is 2,6-di-t-butyl-p-cresol, pentaerythryl tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4 -Hydroxyphenyl) propionate], 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene, octadecyl-3- ( 3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, triethylene glycol bis [3- (3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 2 , 4-bis (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, 2,2-thio-diethylene bis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], N, N'-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydro Cinnamid), 3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-benzylphosphonate diethyl ester, tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate And 3,9-bis {2- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionyljade ] -1,1-dimethylethyl} -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane and combinations thereof, and the amine oxidative stabilizer is monooctyldi. Phenylamine, monononyldiphenylamine, 4,4'-dibutyldiphenylamine, 4,4'-dipentyldiphenylamine, 4,4'-dihexyldiphenylamine, 4,4'-diheptyldiphenylamine, Dialkyldiphenylamines such as 4,4'-dioctyldiphenylamine and 4,4'-dinononyldiphenylamine, tetrabutyldiphenylamine, tetrahexyldiphenylamine, tetraoctyldiphenylamine, tetranonyldiphenyl Amine, α-naphthylamine, phenyl-α-naphthylamine, but also butylphenyl-α-naphthylamine, pentylphenyl-α-naphthylamine, hexylphenyl-α-naphthylamine, heptylphenyl-α-naph Tylamine, octylphenyl-α-naphthylamine, nonylphenyl-α-naphthylamine, and any combination thereof. The sulfur-based oxidative stabilizer is pentaerythryl tetraki. (3-laurylthiopropionate), distearyl 3,3'-thiodipropionate, dilauryl 3,3'-thiodipropionate and dismyristyl 3,3'-thiodipropionate Nate and a combination thereof, and the phosphorus oxidative stabilizer is tris (nonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, distearyl pentaerythritol It may be any one selected from the group consisting of diphosphite, bis (2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite and combinations thereof.

상기 산화방지제는 상기 예시에 특별히 한정되는 것은 아니고, 전극의 전해질 종류, 플로톤 전도성 및 강도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있고, 2 종류 이상을 병용할 수 있다. 상기 산화방지제에 의한 경우 캐소드에서 발생한 라디칼에 대한 제거 효과가 효과적이고, 전해질의 내구성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The antioxidant is not particularly limited to the above examples, and can be appropriately selected in consideration of the electrolyte type, the pluton conductivity and the strength of the electrode, and can be used in combination of two or more. In the case of the antioxidant, the effect of removing the radicals generated from the cathode is effective, and the durability of the electrolyte may be further improved.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 고분자 전해질막의 제조방법은 이온전도체 100 중량부 및 상기 이온전도체 100 중량부에 대하여, 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제 0.1 내지 5 중량부를 극성용매(Polar Solvent) 100 내지 2000 중량부에 용해하는 용해액 제조단계, 그리고 상기 용해액을 다공성 나노섬유 웹 지지체에 충진시키는 충진단계를 포함하는 것이다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for preparing a polymer electrolyte membrane includes a phenolic oxidizing stabilizer, an amine oxidizing stabilizer, a sulfur oxidizing stabilizer, and a phosphorus oxidizing stabilizer, based on 100 parts by weight of an ion conductor and 100 parts by weight of the ion conductor. A dissolution solution preparing step of dissolving 0.1 to 5 parts by weight of an oxidative stabilizer, which is any one selected from the group consisting of 100 to 2000 parts by weight of a polar solvent, and filling the solution with a porous nanofiber web support. To include the steps.

우선, 용해액 제조단계는 고분자이온전도체 100 중량부 및 상기 고분자이온전도체에 대하여 산화안정제를 0.1 내지 5 중량부를 극성용매에 100 내지 2000 중량부에 용해하는 것이다.First, the dissolving step is to dissolve 100 to 2000 parts by weight of 100 parts by weight of the polymer ion conductor and 0.1 to 5 parts by weight of the oxidizing stabilizer with respect to the polymer ion conductor.

상기 산화안정제에 대한 구체적인 예시는 고분자 전해질막에서 언급한 바와 같다.Specific examples of the oxidative stabilizer are the same as those mentioned in the polymer electrolyte membrane.

다음으로, 용해액 제조단계는 상기 산화안정제를 포함하는 이온전도체를 극성용매(Polar Solvent)에 100 내지 2000 중량부에 용해시키는 것이다.Next, the dissolving step is to dissolve the ion conductor containing the oxidative stabilizer in a polar solvent (100 to 2000 parts by weight).

상기 극성용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide), 디메틸폼아마이드(Dimethyl formamide), N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 상기 극성용매에 의하는 경우 다공성 나노섬유 웹 지지체에 대한 충진성이 우수한 장점이 있다.The polar solvent may be any one selected from the group consisting of dimethyl acetamide, dimethyl formamide, N-methyl pyrrolidine, and combinations thereof. In the case of the polar solvent there is an advantage of excellent filling properties for the porous nanofiber web support.

다음으로, 충진단계는 상기 용해액을 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 지지체에 충진시키는 것으로서, 상기 충진 방법은 고분자이온전도체 제조에 사용되는 통상적인 충진방법이면 어느 것이든 가능할 수 있다. 바람직하게는 스프레이법, 덕트블레이드법, 스크린프린팅법, 라미네이팅법에 의하는 경우 상기 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 지지체와 상기 용해액의 접촉성이 우수할 수 있다.Next, the filling step is to fill the solution to the polyimide porous nanofiber web support, the filling method may be any of the conventional filling method used for preparing a polymer ion conductor. Preferably, by the spray method, the duct blade method, the screen printing method, the laminating method may be excellent in contact between the polyimide porous nanofiber web support and the solution.

본 발명에 따른 고분자 전해질막은 산화방지제를 첨가하여 라디칼에 대한 내성을 높여 라디칼에 의한 성능이 저하를 방지한다. 또한, 상기 전해질막의 내구성을 높일 수 있어, 상기 양성자 교환 막 연료전지의 장기간 사용에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.The polymer electrolyte membrane according to the present invention increases the resistance to radicals by adding an antioxidant to prevent degradation of performance due to radicals. In addition, durability of the electrolyte membrane can be increased, and reliability for long-term use of the proton exchange membrane fuel cell can be ensured.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

[[ 제조예Manufacturing example : : 실시예Example  And 비교예의Comparative example 제조] Produce]

하기의 표 1에 따라 이온전도체에 산화안정제를 첨가하고, 상기 산화안정제가 첨가된 이온전도체를 극성용매에 용해하여 실시예, 비교예 1 및 2의 고분자 전해질을 제조하였다.According to Table 1, an oxidative stabilizer was added to the ion conductor, and the ionic conductor to which the oxidative stabilizer was added was dissolved in a polar solvent to prepare the polymer electrolytes of Examples, Comparative Examples 1 and 2.

하기의 표 1에 따른 단일막은 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 지지체에 충진하지 않은 통상의 전해질 제조방법에 따른 단일막이고, 강화복합막은 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 지지체에 상기 용해액을 충진시켜 제조한 것이다.The single membrane according to Table 1 below is a single membrane according to a conventional electrolyte production method not filled in the polyimide porous nanofiber web support, and the reinforcement composite membrane is prepared by filling the solution with the polyimide porous nanofiber web support. .

실시예Example 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 이온전도체 1) Ion Conductor 1) 100100 100100 100100 극성용매2 ) Polar solvent 2 ) 400400 400400 400400 산화안정제3 ) Oxidation Stabilizer 3 ) 22 -- -- 단일막Single membrane -- OO -- 강화복합막Reinforced Composite Membrane OO -- OO

(중량부)(Parts by weight)

1) 이온전도체: 폴리아릴렌에테르술폰계 이온전도체.1) Ion conductor: Polyarylene ether sulfone type ion conductor.

2) 극성용매: 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide).2) Polar solvent: Dimethyl acetamide.

3) 산화안정제: 페놀계 산화안정제.
3) Oxidation stabilizer: Phenol-based oxidation stabilizer.

[[ 실험예Experimental Example 1:  One: 펜톤Fenton 테스트( Test( Fenton'sFenton's testtest )결과])result]

펜톤 테스트는 전해질에 대한 라디칼 내성을 측정하기 위한 방법이다. 상기 표 1에 따라 제조된 실시예 및 비교예의 고분자 전해질을 3중량%의 과산화수소에 황산철(Iron sulfate heptahydrate) 2ppm을 첨가한 펜톤(Fenton) 용액에 담지 시킨 후, 80℃에서 라디칼에 의한 막의 열화 현상을 일정시간에 따라 테스트하였다.Fenton test is a method for measuring radical resistance to electrolytes. The polymer electrolytes of Examples and Comparative Examples prepared according to Table 1 were immersed in a Fenton solution in which 2 ppm of iron sulfate heptahydrate was added to 3% by weight of hydrogen peroxide, and the film was deteriorated by radicals at 80 ° C. The phenomenon was tested over time.

육안상으로 확인했을 때, 구멍이나 조각이 발생한 시간을 1차 감소시간(degradation time)이라 기록하고, 완전히 녹은 시간을 완전분해시간이라 명명하고 시간을 기록하였다.When visually confirmed, the time at which the holes or fragments occurred was recorded as the first degradation time, and the time of complete melting was designated as the complete decomposition time.

실시예Example 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 1차 Degradation Primary Degradation 36시간36 hours 8시간8 hours 24시간24 hours 완전분해 Complete decomposition 100시간 초과More than 100 hours 25시간25 hours 100시간100 hours

상기 표 2를 참조하면, 비교예 1의 경우 단일막으로 제조한 고분자 전해질막으로서 라디칼에 대한 내성이 거의 없었고, 비교예 2의 경우 복합강화막으로 제조하여 기계적 강도가 상기 비교예 1에 비하여 우수하였지만, 1 차 감소시간이 비교적 빠른 시점에서 발생하였다. 그러나, 실시예 1의 경우 1차 감소 시간이 가장 길었고, 100시간을 초과할 때까지도 완전분해가 일어나지 않아 실시예 1에 따른 고분자 전해질막은 라디칼에 대한 우수한 내성을 가지다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 2 above, In Comparative Example 1, the polymer electrolyte membrane prepared as a single membrane had little resistance to radicals, and Comparative Example 2 was prepared as a composite reinforcement membrane, and thus the mechanical strength was superior to that of Comparative Example 1, but the first reduction time was It occurred at a relatively early time point. However, in Example 1, the first reduction time was the longest, and complete decomposition did not occur until more than 100 hours, indicating that the polymer electrolyte membrane according to Example 1 had excellent resistance to radicals.

[[ 실험예Experimental Example 2: 전도도 실험] 2: conductivity experiment]

상기 실시예 및 비교예 따른 고분자 전해질막을 이용하여 수소이온 전도도를 평가하였다.Hydrogen ion conductivity was evaluated using the polymer electrolyte membrane according to the above Examples and Comparative Examples.

저항 측정 장치를 통해 90% 가습, 4전극법에 의해 80℃에서 수소이온 전도도를 각각 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Hydrogen ion conductivity was measured at 80 ° C. by a 90% humidification and four-electrode method through a resistance measuring device. The results are shown in Table 3 below.

실시예Example 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 이온전도도 @80℃Ion Conductivity @ 80 ℃ 0.12S/cm0.12S / cm 0.12S/cm0.12S / cm 0.12S/cm0.12S / cm

상기 표3을 참조하면, 상기 실시예의 경우 산화안정제를 포함하여 라디칼에 대한 내성을 향상시키면서도 비교예 1 및 2와 동일한 이온전도도를 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서 상기 실시예 1에 의하는 경우에도 이온전도도에 대한 효과가 저하시키지 않으면서도 기계적 물성 및 라디칼에 대한 내성 효과를 향상시킬 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the above example shows the same ion conductivity as Comparative Examples 1 and 2 while improving the resistance to radicals including an oxidative stabilizer. Therefore, even in the case of Example 1, it is possible to improve the mechanical properties and the resistance to radicals without reducing the effect on the ionic conductivity.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.

Claims (11)

다공성 나노섬유 웹(Polyimide porous nanofiber web) 지지체,
상기 다공성 나노섬유 웹 지지체 내부에 충진된 이온전도체, 및
페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제를 포함하는 것인
고분자 전해질막.
Porous porous nanofiber web support,
An ion conductor filled in the porous nanofiber web support, and
It includes an oxidative stabilizer which is any one selected from the group consisting of phenolic oxidative stabilizer, amine oxidative stabilizer, sulfur-based oxidative stabilizer, phosphorus oxidative stabilizer and combinations thereof
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서
상기 고분자 전해질막은
상기 이온전도체 100 중량부에 대하여,
상기 산화안정제가 0.1 내지 5 중량부로 포함되는 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1, wherein
The polymer electrolyte membrane
With respect to 100 parts by weight of the ion conductor,
Wherein the oxidation stabilizer is included in 0.1 to 5 parts by weight
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 이온 전도체는 술폰화 폴리이미드, 술폰화 폴리아릴에테르술폰, 술폰화 폴리에테르에테르케톤, 술폰화 폴리벤즈이미다졸, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리스티렌, 술폰화 폴리포스파젠 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The ion conductor consists of sulfonated polyimide, sulfonated polyarylethersulfone, sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polybenzimidazole, sulfonated polysulfone, sulfonated polystyrene, sulfonated polyphosphazene and combinations thereof Which one is chosen from the group
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 페놀계 산화안정제는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, 펜타에리트리틸 테트라키스 [3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 옥타데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 트리에틸렌 글리콜 비스[3-(3-t-부틸-5-메틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,4-비스(n-옥틸티오)-6-(4-히드록시-3,5-디-t-부틸아닐리노)-1,3,5-트리아진, 2,2-티오-디에틸렌 비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시-히드로신나마이드), 3,5-디-t-부틸-4-히드록시-벤질포스포네이트 디에틸 에스테르, 트리스-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질) 이소시아누레이트 및 3,9-비스{2-[3-(3-t-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]-1,1-디메틸에틸}-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The phenolic oxidative stabilizer is 2,6-di-t-butyl-p-cresol, pentaerythryl tetrakis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] , 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene, octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl 4-hydroxyphenyl) propionate, triethylene glycol bis [3- (3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 2,4-bis (n-octylthio ) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, 2,2-thio-diethylene bis [3- (3,5-di -t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], N, N'-hexamethylenebis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamide), 3,5-di -t-butyl-4-hydroxy-benzylphosphonate diethyl ester, tris- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate and 3,9-bis {2- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionyloxy] -1,1-dimethylethyl} -2,4,8,10-tetraoxaspir [5,5] undecane, and in that the at least one selected from the group consisting of
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 아민계 산화안정제는 모노옥틸디페닐아민, 모노노닐디페닐아민, 4,4'-디부틸디페닐아민, 4,4'-디펜틸디페닐아민, 4,4'-디헥실디페닐아민, 4,4'-디헵틸디페닐아민, 4,4'-디옥틸디페닐아민, 4,4'-디노닐디페닐아민 등의 디알킬디페닐아민계, 테트라부틸디페닐아민, 테트라헥실디페닐아민, 테트라옥틸디페닐아민, 테트라노닐디페닐아민, α-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, 또한 부틸페닐-α-나프틸아민, 펜틸페닐-α-나프틸아민, 헥실페닐-α-나프틸아민, 헵틸페닐-α-나프틸아민, 옥틸페닐-α-나프틸아민, 노닐페닐-α-나프틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The amine oxidative stabilizer is monooctyldiphenylamine, monononyldiphenylamine, 4,4'-dibutyldiphenylamine, 4,4'-dipentyldiphenylamine, 4,4'-dihexyldiphenylamine, 4 Dialkyldiphenylamines such as 4,4'-diheptyl diphenylamine, 4,4'-dioctyldiphenylamine, and 4,4'-dinonyldiphenylamine, tetrabutyldiphenylamine, tetrahexyldiphenylamine, tetra Octyldiphenylamine, tetranonyldiphenylamine, α-naphthylamine, phenyl-α-naphthylamine, but also butylphenyl-α-naphthylamine, pentylphenyl-α-naphthylamine, hexylphenyl-α-naph Any one selected from the group consisting of tilamine, heptylphenyl-α-naphthylamine, octylphenyl-α-naphthylamine, nonylphenyl-α-naphthylamine, and combinations thereof
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 유황계 산화안정제는 펜타에리트리틸 테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 디스테아릴 3,3'-티오디프로피오네이트, 디라우릴 3,3'-티오디프로피오네이트 및 디스미리스틸 3,3'-티오디프로피오네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The sulfur-based oxidative stabilizer is pentaerythryl tetrakis (3-laurylthiopropionate), distearyl 3,3'- thiodipropionate, dilauryl 3,3'- thiodipropionate and Dimyristyl 3,3'- thiodipropionate and any one selected from the group consisting of
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 인계 산화안정제는 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트, 비스(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐) 펜타에리트리톨 디포스파이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The phosphorus oxidative stabilizer is tris (nonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t- butylphenyl) phosphite, distearyl pentaerythritol diphosphite, bis (2,6-di-t-butyl- 4-methylphenyl) pentaerythritol diphosphite and any one selected from the group consisting of
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The porous support is made of nylon, polyimide, polybenzoxazole, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyarylene ether sulfone, polyether ether ketone, copolymers thereof, and combinations thereof. To include any one selected from the group
Polymer electrolyte membrane.
제1항에 있어서,
상기 다공성 나노섬유 웹 지지체는 폴리이미드 다공성 나노섬유 지지체이고,
상기 이온전도체는 폴리아릴렌에테르술폰계 이온전도체 또는 폴리에테르에테르술폰계 이온전도체이고, 그리고,
상기 산화안정제는 페놀계 산화안정제인 것인
고분자 전해질막.
The method of claim 1,
The porous nanofiber web support is a polyimide porous nanofiber support,
The ion conductor is a polyarylene ether sulfone ion conductor or a polyether ether sulfone ion conductor, and
The oxidative stabilizer is a phenolic oxidative stabilizer
Polymer electrolyte membrane.
이온전도체 100 중량부 및
상기 이온전도체 100 중량부에 대하여, 페놀계 산화안정제, 아민계 산화안정제, 유황계 산화안정제, 인계 산화안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 산화안정제 0.1 내지 5 중량부를
극성용매(Polar Solvent) 100 내지 2000 중량부에 용해하는 용해액 제조단계, 그리고
상기 용해액을 다공성 나노섬유 웹 지지체에 충진시키는 충진단계를 포함하는 것인
고분자 전해질막의 제조방법.
100 parts by weight of an ion conductor and
0.1 to 5 parts by weight of an oxidizing stabilizer, which is any one selected from the group consisting of a phenolic oxidative stabilizer, an amine oxidative stabilizer, a sulfur oxidative stabilizer, a phosphorus oxidative stabilizer, and a combination thereof, based on 100 parts by weight of the ion conductor.
A dissolving step of dissolving 100 to 2000 parts by weight of a polar solvent, and
It comprises a filling step of filling the solution to the porous nanofiber web support
Method for producing a polymer electrolyte membrane.
제10항에 있어서,
상기 극성용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide), 디메틸폼아마이드(Dimethyl formamide), N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인
고분자 전해질막의 제조방법.
The method of claim 10,
The polar solvent is any one selected from the group consisting of dimethyl acetamide, dimethyl formamide, N-methyl pyrrolidine, and combinations thereof.
Method for producing a polymer electrolyte membrane.
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