KR20130110605A - 복합 고분자 전해질 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 웹 구조의 지지체, 및 상기 나노 웹 구조의 지지체 내부에 함침되는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체로 된 이온 전도체를 포함하는 복합 고분자 전해질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체에 폴리이미드와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체를 이온전도체로 사용하여 제조된 복합막으로서, 화학적으로 접합성이 개선된 구조의 고분자 전해질막이 제조되어 함침시 발생할 수 있는 강화막 내부의 빈 공간이 제거되어 내구성이 향상된 효과를 가진다. 또한, 지지체의 높은 치수안정성으로 인하여 수축/팽창시 물성이 확보되고, 지지체와 이온전도체와의 친화력 향상으로 지지체와의 접합성이 개선되어 기계적 물성이 우수하다.
본 발명에 따른 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체에 폴리이미드와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체를 이온전도체로 사용하여 제조된 복합막으로서, 화학적으로 접합성이 개선된 구조의 고분자 전해질막이 제조되어 함침시 발생할 수 있는 강화막 내부의 빈 공간이 제거되어 내구성이 향상된 효과를 가진다. 또한, 지지체의 높은 치수안정성으로 인하여 수축/팽창시 물성이 확보되고, 지지체와 이온전도체와의 친화력 향상으로 지지체와의 접합성이 개선되어 기계적 물성이 우수하다.
Description
본 발명은 연료전지에 포함되는 복합 고분자 전해질 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로서 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인해 차세대 에너지원으로 각광받고 있다.
연료전지는 일반적으로 전해질막을 사이에 두고 그 양쪽에 산화극(Anode)과 환원극(Cathode)이 각각 형성된 구조를 이루며, 이와 같은 구조를 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)라 칭한다.
연료전지는 전해질막의 종류에 따라 알칼리 전해질 연료전지, 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC) 등으로 구분될 수 있는데, 그 중에 고분자 전해질 연료전지는 100℃ 미만의 낮은 작동온도, 빠른 시동과 응답 특성 및 우수한 내구성 등의 장점으로 인하여 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 각광을 받고 있다.
이와 같은 고분자 전해질 연료전지의 대표적인 예로는 수소 가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell: PEMFC) 등을 들 수 있다.
고분자 전해질 연료전지에서 일어나는 반응을 요약하면, 우선, 수소가스와 같은 연료가 산화극에 공급되면, 산화극에서는 수소의 산화반응에 의해 수소이온(H+)과 전자(e-)가 생성된다. 생성된 수소이온(H+)은 고분자 전해질막을 통해 환원극으로 전달되고, 생성된 전자(e-)는 외부회로를 통해 환원극에 전달된다. 환원극에서는 산소가 공급되고, 산소가 수소이온(H+) 및 전자(e-)와 결합하여 산소의 환원반응에 의해 물이 생성된다.
고분자 전해질막은 산화극에서 생성된 수소이온(H+)이 환원극으로 전달되는 통로이므로 기본적으로 수소이온(H+)의 전도도가 우수해야 한다. 또한, 고분자 전해질막은 산화극에 공급되는 수소가스와 환원극에 공급되는 산소를 분리하는 분리능이 우수해야 하고, 그 외에도 기계적 강도, 치수안정성, 내화학성 등이 우수해야 하며, 고전류밀도에서 저항손실(ohmic loss)이 작아야 하는 등의 특성이 요구된다.
통상 연료전지용 고분자 전해질막으로서 탄화수소계 재료로 된 이온전도체 단일막을 주로 사용하고 있다. 상기 탄화수소계 재료로 된 고분자 전해질막은 화학 구조적으로 함수율이 높기 때문에 운전시 wet/dry 상태에서 팽창/수축의 반복에 의해 기계적 물성 저하에 의한 물리적 열화 현상이 나타나고, 이에 내구성능이 저하된다.
이에, 상기 이온전도체 단일막에 지지체를 도입한 강화 복합막을 제조하여 사용하고 있는데, 상기 강화 복합막은 이온전도체에 다공성 지지체가 지지하는 방식으로 기존의 이온전도체 단일막에 비해 지지체에 의한 치수안정성이 높기 때문에 함습시 기계적 물성이 확보된다.
그러나, 상기 강화막 제조시 막 내부에 캐비티(Cavity, 공동)와 같은 결함이 생길 수 있으며, 이 경우, 건조와 함수 과정을 반복하면서 물리적 열화 현상으로 발생된 크랙을 통해 상기 강화막 내부로 라디컬 확산에 의한 화학적 분해 가속 또는 캐비티에 의한 해당 부분의 막 눌림 현상이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 지지체와 친화력이 좋은 계열의 고분자를 이온 전도체로 사용하여 함침성을 높이고, 막 내부에 크랙이나 동공으로 인한 문제를 발생시키지 않아 치수 안정성 및 내구성이 향상된 복합 고분자 전해질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 특성을 가지는 복합 고분자 전해질의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 추가의 다른 목적은 상기 복합 고분자 전해질을 포함하는 연료 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체, 및 상기 나노 웹 구조의 지지체 내부에 함침되는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체로 된 이온 전도체를 포함한다.
상기 나노 웹 구조의 지지체는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 나노 웹 구조의 지지체는 평균 직경 0.005~5㎛인 나노 섬유를 포함할 수 있다.
상기 나노 웹 구조의 지지체는 다공도가 50~98%이고, 기공의 평균 직경이 0.05~30㎛인 것이 바람직하다.
상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.
상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 중량평균분자량이 30000 내지 300000g/mol인 것이 바람직하다.
상기 설폰화된 탄화수소계 고분자는 설폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 설폰화 폴리아릴에테르설폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 설폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 설폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 설폰화 폴리설폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 설폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 설폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 복합 고분자 전해질의 제조방법은 이온전도체 용액을 제조하는 제1단계, 및 나노 웹 구조의 지지체에 상기 이온전도체 용액을 가하여 함침된 복합 고분자 전해질을 제조하는 제2단계를 포함한다. 상기 이온전도체는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체이다.
상기 이온전도체는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.
상기 이온전도체 용액은 5~40중량%의 농도를 가지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 추가로 상기 복합 고분자 전해질을 포함하는 연료 전지를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 연료전지에 포함되는 복합 고분자 전해질과 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체, 및 상기 나노 웹 구조의 지지체 내부에 함침되는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체로 된 이온 전도체를 포함한다.
본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 사용된 "나노 웹 구조"라 함은 3차원적으로 불규칙하고 불연속적으로 연결된 나노 섬유의 집합체를 의미하며, 이에 따라 본 발명에 따른 나노 웹 구조의 지지체 내부에는 균일하게 분포된 다수의 기공을 포함한다. 이렇게 균일하게 분포된 다수의 기공으로 이루어진 본 발명에 따른 나노 웹 구조의 지지체는 우수한 기체 또는 이온 전도도를 가지게 된다.
상기 나노 웹 구조의 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 나노웹 지지체의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 상기 나노 섬유의 평균 직경이 5 ㎛를 초과할 경우 다공성 나노웹 지지체의 다공도 조절이 용이하지 않을 수 있다.
이러한 상기 나노 섬유는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서는 상기 나노 웹 구조의 지지체로서 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이 중에서 폴리이미드가 가장 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 나노 웹 구조의 지지체는 다공도가 50~98%이고, 기공의 평균 직경이 0.05~30㎛인 것이 바람직하다. 상기 나노 웹 구조의 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. 또한, 상기 기공의 평균 직경이 0.05㎛ 미만으로 형성될 경우 고분자 전해질의 이온 전도도가 떨어질 수 있고, 30㎛를 초과할 경우 고분자 전해질의 기계적 강도가 떨어질 수 있다.
또한, 상기 나노 웹 구조의 지지체는 20 내지 40㎛의 두께를 가지는 것이 제조될 복합 고분자 전해질의 두께 측면에서 바람직하다. 제조된 복합 고분자 전해질의 두께가 50㎛를 초과하면 저항이 증가하여 이온 전도 성능이 떨어지기 때문에 지지체의 두께는 40㎛이하가 바람직하다.
또한, 본 발명의 복합 고분자 전해질에 포함되며, 상기 나노 웹 구조의 지지체 내부에 함침되는 이온전도체로는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체가 바람직하게 사용될 수 있다.
일반적인 탄화수소계 재료를 이온전도체로 사용하는 경우, 높은 함수율로 인해 wet/dry 상태에서 팽창/수축의 반복에 의해 기계적 물성 저하에 의한 물리적 열화 현상이 발생된다. 또한, 폴리이미드계 고분자의 경우 그 물성은 우수하나, 이온전도체의 특성을 나타내지 못하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 물성이 우수하고, 나노 웹 구조의 지지체로 많이 사용되는 폴리이미드계 고분자와 친화력을 높이기 위하여 이온전도체로서 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 재료를 공중합체 형태로 제조하여 기계적 물성을 개선시키고, 지지체 내부에 발생될 수 있는 결함들을 방지코자 하였다.
본 발명에 따른 상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.
상기 폴리이미드계 고분자는 소수성이 높아 치수안정성이 높으며, 기계적 강도가 높은 특징을 가지는 것이면 어느 것이나 사용 가능하다.
상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 중량평균분자량이 30000 내지 300000g/mol인 것이 바람직하다. 상기 공중합체의 중량평균분자량이 30000g/mol 미만이면 막을 제조할 수 있는 기계적 물성을 만족하지 못할 수 있고, 300000g/mol을 초과하는 경우 이온전도성능을 발현하지 못할 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드계 고분자와 공중합되는 상기 설폰화된 탄화수소계 고분자는 설폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 설폰화 폴리아릴에테르설폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 설폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 설폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 설폰화 폴리설폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 설폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 설폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고분자 전해질의 제조 방법은 이온전도체 용액을 제조하는 제1단계, 및 나노 웹 구조의 지지체에 상기 이온전도체 용액을 가하여 함침된 복합 고분자 전해질을 제조하는 제2단계를 포함한다.
먼저, 제1단계는 이온전도체 용액을 제조하는 단계로서, 상기 이온전도체는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있으며, 구체 조성은 상기 상세히 설명한 바와 같다.
상기 이온전도체 용액은 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체를 유기 용매에 용해시켜 5~40중량%의 농도를 가지도록 제조한다. 상기 농도의 범위를 벗어나는 경우 지지체에 대한 함침성이 떨어질 수 있다. 이온전도체 용액 제조시 사용되는 상기 유기 용매는 DMAc, DMF, NMP 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2단계는 나노 웹 구조의 지지체에 상기 이온전도체 용액을 가하고 함침시켜 복합 고분자 전해질을 제조한다. 즉, 상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체로 된 이온전도체 용액을 20~40㎛의 나노 웹 구조의 지지체에 함침시킨 후, 0.5 mol 황산용액으로 처리하여 설폰화된 이온전도체를 얻는다.
상기 나노 웹 구조의 지지체의 기공 내에 상기 이온 전도체를 가하는 공정은 담지 또는 함침 공정을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 라미네이팅 공정, 스프레이 공정, 스크린 프린팅 공정, 닥터 블레이드 공정 등 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 과정으로 제조된 복합 고분자 전해질을 포함하는 연료전지를 제공할 수 있으며, 본 발명에 따른 연료전지의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체와 이온전도체의 친화력 향상으로 물성을 개선시킬 수 있으며, 종래 지지체에 발생되던 공동이나 크랙 등을 발생시키지 않아 치수안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 종래 고분자 전해질과 동등 및 우수한 이온 전도도를 가진다.
본 발명에 따른 복합 고분자 전해질은 나노 웹 구조의 지지체에 폴리이미드와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체를 이온전도체로 사용하여 제조된 복합막으로서, 화학적으로 접합성이 개선된 구조의 고분자 전해질막이 제조되어 함침시 발생할 수 있는 강화막 내부의 빈 공간이 제거되어 내구성이 향상된 효과를 가진다.
또한, 지지체의 높은 치수안정성으로 인하여 수축/팽창시 물성이 확보되고, 지지체와 이온전도체와의 친화력 향상으로 지지체와의 접합성이 개선되어 기계적 물성이 우수하다.
도 1은 실험예 1에서 측정한 복합 고분자 전해질막의 Dry/wet test 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
[
제조예
: 복합 고분자
전해질막의
제조]
비교예
:
설폰화된
폴리아릴렌에테르설폰을
이용한 복합 고분자
전해질막
제조
DMAc용매에 설폰화된 폴리아릴렌에테르설폰을 용해시켜 20중량%의 이온전도체 용액을 제조하였다.
농도가 12 중량%인 폴리아믹애시드/THF 방사용액을 30 ㎸의 전압이 인가된 상태에서 전기방사한 후 폴리아믹애시드 나노 웹 전구체를 형성한 후 350℃의 오븐에서 5시간 동안 열처리하여 15㎛의 평균 두께를 갖는 폴리이미드 다공성 나노웹 지지체를 제조하였다. 이때, 상기 전기방사는 25 ℃에서 스프레이 젯 노즐에서 30 ㎸의 전압을 인가한 상태에서 수행하였다.
상기 이온전도체 용액을 상기 폴리이미드 다공성 나노 웹에 함침시키고, 상온에서 20분 동안 3회 침지 공정을 수행하였고, 이때 미세 기포 제거를 위해 감압 분위기를 1시간 가량 적용하였다. 그 후, 80 ℃로 유지된 열풍 오븐에서 3시간 건조하여 DMAc 용매를 제거하여 45㎛의 평균 두께를 갖는 설폰화된 폴리아릴렌에테르설폰을 이용한 복합 고분자 전해질막을 제조하였다.
실시예
1 : 폴리이미드와
설폰화된
폴리아릴렌에테르설폰을
이용한 복합 고분자
전해질막
제조
DMAc용매에 폴리이미드와 설폰화된 폴리아릴렌에테르설폰이 결합된 랜덤 공중합체(Mw: 100,000g/mol)를 용해시켜 20중량%의 이온전도체 용액을 제조하였다.
상기 비교예 2와 동일한 조성과 방법으로 폴리이미드 다공성 나노 웹 지지체를 제조하고, 상기 제조된 폴리이미드와 설폰화된 폴리아릴렌에테르설폰의 랜덤 공중합체로 된 이온전도체 용액을 스프레이 코팅법으로 상기 폴리이미드 다공성 나노 웹 지지체에 함침 및 가교시켜 30㎛의 평균 두께를 갖는 폴리이미드와 설폰화된 폴리아릴렌에테르설폰을 이용한 복합 고분자 전해질막을 제조하였다.
실시예
2 : 폴리이미드와
설폰화된
폴리에테르에테르케톤을
이용한 복합 고분자
전해질막
제조
이온 전도체 용액 제조시 폴리이미드와 설폰화된 폴리에테르에테르케톤이 결합된 랜덤 공중합체(Mw: 100,000g/mol, 30중량%)를 사용하고, 상기 이온전도체 용액을 스크린 프린팅법으로 상기 폴리이미드 다공성 나노 웹 지지체에 함침 및 가교시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 30㎛의 평균 두께를 갖는 폴리이미드와 설폰화된 폴리에테르에테르케톤을 이용한 복합 고분자 전해질막을 제조하였다.
[
실험예
1: 제조된 복합 고분자
전해질막의
Dry
/
wet
test
]
<Dry/wet test: 건조/함습 반복시 고분자 전해질막의 인장강도 변화 관찰>
500mL의 물이 담긴 시료병에 시료(5cm×5cm)를 넣어 밀폐한 후 시료병을 80℃의 항온조 내에서 2시간 동안 보관함으로써 시료를 팽윤시킨 후, 시료병으로부터 시료를 꺼내 80℃의 건조기 내에서 2시간 동안 건조시킴으로써 시료를 수축시켰다. 이와 같은 과정을 1 사이클로 하여 여러 사이클을 반복하였다. 매 사이클마다 시료를 취하여 만능재료시험기(UTM)로 인장강도(tensile strength)를 측정하였다.
측정된 테스트 결과를 하기 도 1에 나타내었다. 상기 도 1에서 ●은 실시예 1을 나타내고, □은 실시예 2를 나타내고, ■은 비교예를 나타낸다.
상기 도 1을 참조하면 사이클이 진행됨에 따라 실시예 1 및 2에서 제조된 복합 고분자 전해질막은 인장강도가 크게 변하지 않으나, 비교예 1에서 제조된 복합 고분자 전해질막은 인장강도가 크게 떨어짐을 알 수 있다.
[
실험예
2: 제조된 복합 고분자
전해질막의
이온전도도 측정]
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 고분자 전해질막의 전도도(conductivity: σ)를 정전류 4 단자법에 의하여 측정하였다. 구체적으로는 시료(10mm×30mm)를 80℃의 온도 하에서 상대습도를 10%에서 95%로 조절하면서 일정한 교류 전류를 고분자 전해질막의 양면에 인가하면서 막 내에서 발생하는 교류전위 차이를 측정하여 저항(Rmembrane)을 얻었고, 아래의 수학식 1을 이용하여 막의 전도도(σmembrane)를 얻었다.
[수학식 1]
전도도(σ)(S/cm) = 전극간 길이(L)/[막저항(Rmembrane)×막면적(A)]
상기 측정된 이온전도도 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 막종류 | 이온전도도(80℃, RH95%) |
| 실시예 1 | 0.14 |
| 실시예 2 | 0.13 |
| 비교예 | 0.14 |
상기 표 1을 참조하면 실시예 1 및 2에서 제조된 복합 고분자 전해질막은 비교예 1에서 제조된 복합 고분자 전해질막에 비하여 우수한 내구성을 가지면서도 비교예 1에서 제조된 복합 고분자 전해질막과 거의 유사한 이온전도도를 가짐을 알 수 있다.
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.
Claims (11)
- 나노 웹 구조의 지지체, 및
상기 나노 웹 구조의 지지체 내부에 함침되는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체로 된 이온 전도체
를 포함하는 복합 고분자 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 나노 웹 구조의 지지체는 나일론, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아릴렌에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인 복합 고분자 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 나노 웹 구조의 지지체는 평균 직경 0.005~5㎛인 나노 섬유를 포함하는 것인 복합 고분자 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 나노 웹 구조의 지지체는 다공도가 50~98%이고, 기공의 평균 직경이 0.05~30㎛인 것인 복합 고분자 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체인 것인 복합 고분자 전해질. - 제5항에 있어서,
상기 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체는 중량평균분자량이 30000 내지 300000g/mol인 것인 복합 고분자 전해질. - 제1항에 있어서,
상기 설폰화된 탄화수소계 고분자는 설폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 설폰화 폴리아릴에테르설폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 설폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 설폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 설폰화 폴리설폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 설폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 설폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 복합 고분자 전해질. - 이온전도체 용액을 제조하는 제1단계, 및
나노 웹 구조의 지지체에 상기 이온전도체 용액을 가하여 함침된 복합 고분자 전해질을 제조하는 제2단계
를 포함하며,
상기 이온전도체는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 공중합체인 것인 복합 고분자 전해질의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 이온전도체는 폴리이미드계 고분자와 설폰화된 탄화수소계 고분자의 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체인 것인 복합 고분자 전해질의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 이온전도체 용액은 5~40중량%의 농도를 가지는 것인 복합 고분자 전해질의 제조방법. - 제1항에 따른 복합 고분자 전해질을 포함하는 연료 전지.
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