KR20140021281A - Novel hyper branched polymer, electrolyte containing thereof for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell containing the electrolyte - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a novel hyperbranched polymer with a hyperbranched structure in which ends of each monomer are connected to each other. The novel hyperbranched polymer has a high impregnation rate of phosphoric acid in a fuel cell and a high maintanance rate of the impregnated phosphoric acid, and has high thermal/mechanical stability after using long-term use. A user can use a polymer electrolyte membrane including the novel hyperbranched polymer and the fuel cell including the membrane, and power generation efficiency is remarkably improved. [Reference numerals] (AA) Chemical shift

Description

신규한 하이퍼 브랜치드 중합체, 이를 포함한 연료전지용 고분자 전해질 막, 이들의 제조방법 및 그 막을 포함한 연료전지{Novel hyper branched polymer, electrolyte containing thereof for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell containing the electrolyte}Novel hyper branched polymer, electrolyte containing etc for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell containing the electrolyte}

본 발명은 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온형 고분자 연료전지에서 인산의 함침량이 높고 이에 대한 유지율이 높은 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체, 이를 포함한 연료전지용 고분자 전해질 막, 이들의 제조방법 및 그 막을 포함한 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a novel hyperbranched polymer, and more particularly, a novel hyperbranched polymer having a high phosphoric acid impregnation amount and a high retention rate in a high temperature polymer fuel cell, a polymer electrolyte membrane for a fuel cell including the same, and a The present invention relates to a manufacturing method and a fuel cell including the membrane.

최근, 환경문제와 에너지 고갈문제로 인하여 석유를 대체할 새로운 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체 에너지로 주목받고 있는 수단 중 하나가 수소 또는 탄화수소계 가스를 이용하는 연료전지이다. 연료전지는 연료 가스와 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시켜 생기는 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 새로운 발전시스템으로, 보다 높은 에너지 효율을 가지며 신뢰성이 높은 연료전지의 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, due to environmental problems and energy depletion, interest in new energy to replace oil is increasing. One of the means that is attracting attention as such alternative energy is a fuel cell using hydrogen or hydrocarbon gas. A fuel cell is a new power generation system that directly converts energy generated by electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas into electrical energy. Research is being actively conducted to develop fuel cells with higher energy efficiency and high reliability.

연료전지의 종류는 구성의 특징과 작동환경에 따라서 나뉘는데, 대표적으로는 용융탄산염 연료전지(molten carbonate fuel cell, MCFC), 알칼리 전해질형 연료전지(alkaline fuel cell, AFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), 직접에탄올 연료전지(Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC) 및 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 등이 있다.The types of fuel cells are divided according to the characteristics of the configuration and the operating environment. Typically, molten carbonate fuel cells (MCFCs), alkaline fuel cells (AFCs) and solid oxide fuel cells (Solid) Oxide Fuel Cell (SOFC), Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), Direct Ethanol Fuel Cell (DEFC) and Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC).

이 중에서도 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, 이하 PEMFC)는 여타의 연료전지보다 구조가 간단하고, 빠른 시동, 신속한 응답 특성 및 우수한 내구성을 보이며, 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있어 자동차의 동력원, 분산형 현지설치용 발전시설, 군수용 전원, 우주선용 전원 및 가정용 전력으로까지 그 개발이 이루어지고 있다.Among them, the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) has a simpler structure than other fuel cells, has a quick start, quick response and excellent durability. In addition to hydrogen, methanol or natural gas can be used as fuel The development of electric power sources for automobiles, power generation facilities for distributed local installations, military power sources, spacecraft power sources and household electric power are being developed.

이러한 PEMFC의 발전 기작은 다음과 같다. 애노드에서 반응기체인 수소가 공급되어 산화 반응이 일어나 수소 분자가 수소 이온 및 전자로 분리되고, 이때 발생된 수소 이온이 고분자 전해질막을 거쳐 캐소드로 전달되며, 캐소드에서는 환원 반응이 일어나면서 산소 분자가 전자를 받아 산소 이온으로 전환되고, 산소 이온은 애노드로부터 이동한 수소 이온과 반응하여 물 분자로 전환된다. 이러한 일련의 반응을 통하여 애노드 및 캐소드 간에 전위차가 발생하고, 이 전위차로부터 발전이 이루어지게 된다. 이러한 일련의 반응을 아래에 개략적인 반응식으로 나타내었다 :The development mechanism of this PEMFC is as follows. In the anode, hydrogen as a reactor is supplied to oxidize the hydrogen molecules, which are separated into hydrogen ions and electrons. The generated hydrogen ions are transferred to the cathode through the polymer electrolyte membrane. At the cathode, a reduction reaction occurs, And the oxygen ions are converted into water molecules by reacting with the hydrogen ions migrating from the anode. Through such a series of reactions, a potential difference occurs between the anode and the cathode, and power generation is performed from this potential difference. This series of reactions is outlined below:

애노드 : H2 → 2H+ + 2e- Anode: H 2 → 2H + + 2e -

캐소드 : 1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O Cathode: 1/2 O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O

총괄 전지 반응 : H2 + 1/2 O2 → H2OOverall Battery Reaction: H 2 + 1/2 O 2 → H 2 O

PEMFC의 발전 기작에 있어서, 고분자 전해질막의 양성자 전도성은 전지의 전하 전달력과 같으며, 이는 발전 효율과도 직결되는 핵심적인 요소이다. 이를 위하여 현재까지 개발된 많은 PEMFC는 PFSA(perfluoro-silfonic acid)계 고분자 전해질막, 널리 시판되는 제품으로는 美 Dupont 社의 Nafion 을 이용한다. 그러나 PFSA계 고분자 전해질막은 기본적으로 물에 의존한 양성자 전도 메커니즘을 갖기에 추가적인 온도유지 장치를 도입하여 작동온도를 물의 끓는점 미만으로 한정해야 하는데, 100 ℃ 미만의 온도로는 연료 기체에 필연적으로 포함되는 탄소를 완전히 반응시켜 제거할 수 없고, 따라서 탄소의 불완전 반응의 산물인 일산화탄소가 생성되며, 생성된 일산화탄소는 강한 흡착력으로 PEMFC의 백금 촉매에 점진적으로 누적되고, 일산화탄소가 흡착된 백금 촉매는 작동능력이 현저히 낮아져 결과적으로 PEMFC 발전의 효율이 급격히 떨어지게 된다는 문제점이 있다. 저온형 PEMFC라고도 불리는, PFSA계 PEMFC의 이러한 문제는 실용화를 위해서 극복해야 할 최우선의 과제로 떠오르고 있다.In the development mechanism of PEMFC, the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane is equal to the charge transfer force of the battery, which is also a key factor directly related to the generation efficiency. To this end, many PEMFCs developed to date use a perfluoro-silfonic acid (PFSA) polymer electrolyte membrane, and Nafion® from Dupont, USA, is widely used. However, since PFSA-based polymer electrolyte membranes basically have a proton conduction mechanism that depends on water, an additional temperature maintenance device should be introduced to limit the operating temperature to less than the boiling point of water. Carbon cannot be removed by complete reaction, thus producing carbon monoxide, a product of carbon incomplete reaction, and the produced carbon monoxide gradually accumulates in the PEMFC's platinum catalyst with strong adsorptive power, and the carbon monoxide-adsorbed platinum catalyst is incapable of operating. There is a problem that significantly lowered as a result, the efficiency of the PEMFC power generation is sharply lowered. This problem of PFSA-based PEMFC, also called low temperature PEMFC, has emerged as a top priority to overcome for practical use.

상기 저온형 PEMFC의 문제를 극복하기 위한 시도 중의 하나로, 폴리미다졸계 전해질막을 사용하는 고온형 PEMFC에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 폴리미다졸계 전해질막은 물에 의존하지 않는, 인산을 통한 그로투스 메커니즘(Grotthus mechanism)을 가지기 때문에 100 ℃이상의 작동환경을 설정할 수 있어 저온형 PEMFC가 내재한 백금 촉매의 일산화탄소 피독 현상을 보이지 않을 뿐만 아니라 저온 환경 유지를 위한 추가적 장치를 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. 결과적으로 고온형 PEMFC는 저온형 PEMFC보다 증가된 발전 효율을 갖는 장치로 개발될 여지가 크다.As one of attempts to overcome the problem of the low temperature PEMFC, development of a high temperature PEMFC using a polymidazole-based electrolyte membrane has been actively made. Since the polyimidazole-based electrolyte membrane has a Grotus mechanism through phosphoric acid, which does not depend on water, it can set an operating environment of more than 100 ° C. so that it does not show the carbon monoxide poisoning phenomenon of the platinum catalyst inherent in low temperature type PEMFC. The advantage is that no additional device is required for maintaining a low temperature environment. As a result, high temperature PEMFCs are more likely to be developed as devices with increased power generation efficiency than low temperature PEMFCs.

다만 이러한 고온형 PEMFC의 한계로서, 양성자 전도를 위해 필수적인 인산을 고분자 전해질막에 다량으로 함침시키는 것이 기술적으로 어렵고, 이러한 인산을 다량 함침하는 기술이 개발되더라도 그 유지율은 높지 않기 때문에 시간에 따른 양성자 전도성의 손실이 커, 점진적으로 발전의 효율이 떨어지게 된다는 문제점이 있다. 따라서, 인산을 다량으로 함침하면서도 이에 대한 유지율이 높은 고온형 고분자 전해질막의 개발이 더욱 요구되고 있는 실정이다.However, as a limitation of the high temperature type PEMFC, it is technically difficult to impregnate the polymer electrolyte membrane with a large amount of phosphoric acid, which is essential for proton conduction, and even if a technique for impregnating such a large amount of phosphoric acid is developed, its retention rate is not high, so the proton conductivity with time The loss of is large, there is a problem that gradually decreases the efficiency of power generation. Therefore, there is a further demand for the development of a high temperature polymer electrolyte membrane having a high retention rate for impregnation with a large amount of phosphoric acid.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 연료전지 고분자 전해질막에서 인산의 함침량이 높고, 이에 대한 유지율이 높을 뿐만 아니라, 장기간의 사용에도 우수한 열적/기계적 안정성을 보이는 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체를 제공하는 것이다.Accordingly, the first problem to be solved by the present invention is a novel hyperbranched polymer having a high impregnation amount of phosphoric acid in the fuel cell polymer electrolyte membrane, high retention thereof, and excellent thermal / mechanical stability even for long-term use. To provide.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체를 포함하는 고분자 전해질막을 제공하는 것이다.The second problem to be solved by the present invention is to provide a polymer electrolyte membrane comprising the novel hyper branched polymer.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 고분자 전해질막을 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a fuel cell including the polymer electrolyte membrane.

본 발명이 해결하고자 하는 네 번째 과제는 상기 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체, 이를 포함하는 고분자 전해질막 및 그 막을 포함하는 연료전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a novel hyperbranched polymer, a polymer electrolyte membrane including the same, and a method of manufacturing a fuel cell including the membrane.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위해서,In order to solve the first problem,

하기 [화학식 1]로 표시되고, 각 단위체의 말단이 연결되어 그물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 제공한다.It is represented by the following [Formula 1], the terminal of each unit is connected to provide a hyper branched (hyper branched) polymer characterized in that it has a net structure.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 [화학식 1]에서,In the above formula (1)

상기 n은 50 내지 10000의 정수이다.N is an integer of 50 to 10000.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 [화학식 1]의 단위체는 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the unit of [Formula 1] may be prepared using a compound represented by the following [Formula 2] and 3,3'-diaminobenzidine.

[화학식 2](2)

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물은 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 제조될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the compound represented by [Formula 2] may be prepared using trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위해서,In order to solve the second problem,

상기 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 포함하는 고분자 전해질막을 제공한다.It provides a polymer electrolyte membrane comprising the hyper branched (hyper branched) polymer.

본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위해서, 상기 고분자 전해질 막을 포함하는 연료전지를 제공한다.The present invention provides a fuel cell including the polymer electrolyte membrane in order to solve the third problem.

본 발명은 상기 네 번째 과제를 해결하기 위해서,The present invention to solve the fourth problem,

(a) 하기 [화학식 1]로 표시되는 구조를 갖는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 합성하는 단계; 및(a) synthesizing a hyper branched polymer having a structure represented by the following [Formula 1]; And

(b) 상기 합성된 중합체를 산성 용액에 침지하는 단계;를 포함하는 고분자 전해질막의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a polymer electrolyte membrane comprising (b) immersing the synthesized polymer in an acidic solution.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

본 발명의 일 실시예에 따르면,According to an embodiment of the present invention,

상기 (a) 단계는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Step (a) may be characterized by including the following steps.

(ⅰ) 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 다이메틸포름아마이드에 용해시킨 후, 교반하여 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 수득하는 단계; 및(Iii) dissolving trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine in dimethylformamide, followed by stirring to obtain a compound represented by the following [Formula 2]; And

(ⅱ) 상기 수득한 [화학식 2] 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 폴리인산에 용해시킨 후, 반응시켜서 [화학식 1]의 중합체를 수득하는 단계.(Ii) dissolving the compound of [Formula 2] and 3,3′-diaminobenzidine obtained in polyphosphoric acid, followed by reaction to obtain a polymer of [Formula 1].

[화학식 2](2)

Figure pat00004
Figure pat00004

본 발명의 다른 실시예에 따르면,According to another embodiment of the present invention,

상기 (ⅱ) 단계의 반응 후에, 물을 첨가하여 생성물을 침전시키고, 수산화칼륨을 이용하여 중화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.After the reaction of step (ii), water may be added to precipitate the product and neutralize with potassium hydroxide.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면,According to another embodiment of the present invention,

상기 (b) 단계의 산성 용액은 인산 용액 또는 포스포몰리브덴산 용액일 수 있다.The acidic solution of step (b) may be a phosphoric acid solution or a phosphomolybdic acid solution.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면,According to another embodiment of the present invention,

상기 (b) 단계에서 중합체를 3-50 시간 동안 산성 용액에 침지할 수 있다.In step (b), the polymer may be dipped in an acidic solution for 3-50 hours.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 연료전지에 있어서 인산의 함침율이 높고, 함침된 인산의 유지율이 높을 뿐만 아니라, 장기적인 사용에도 열적/기계적 안정성이 높은 신규한 하이퍼 브랜치드 중합체, 이를 포함한 고분자 전해질막 및 그 막을 포함한 연료전지를 이용할 수 있고, 따라서 발전효율이 현저히 개선된다.As described above, according to the present invention, a novel hyperbranched polymer having a high phosphoric acid impregnation rate, a high retention rate of impregnated phosphoric acid, and high thermal / mechanical stability even for long-term use, a polymer electrolyte comprising the same The membrane and the fuel cell including the membrane can be used, and thus the power generation efficiency is remarkably improved.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연료전지용 전해질막 및 비교예의 양성자 전도율을 시간 경과에 따라 측정하여 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제조예에 따른 단분자의 H-1 NMR 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 제조예에 따른 단분자 및 바람직한 일 실시예에 따른 연료전지용 중합체의 C-13 NMR 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연료전지용 중합체와 전해질막, 그리고 비교예를 열중량 분석(thermo gravimetric analysis, TGA)하여 도시한 그래프이다.
1 is a graph showing proton conductivity of a fuel cell electrolyte membrane and a comparative example according to a preferred embodiment of the present invention measured over time.
2 is a result of H-1 NMR analysis of a single molecule according to the preparation of the present invention.
3 is a C-13 NMR analysis result of a polymer for a fuel cell according to a monomolecular and a preferred embodiment according to the preparation example of the present invention.
4 is a graph illustrating thermogravimetric analysis (TGA) of a polymer for fuel cells, an electrolyte membrane, and a comparative example according to an exemplary embodiment of the present invention.

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

본 발명은 하기 [화학식 1]로 표시되고, 각 단위체의 말단이 연결되어 그물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 제공한다.The present invention is represented by the following [Formula 1], the terminal of each unit is connected to provide a hyper branched (hyper branched) polymer characterized in that it has a net structure.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 [화학식 1]에서,In the above formula (1)

상기 n은 50 내지 10000의 정수이다.N is an integer of 50 to 10000.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 예를 들면 하기 [화학식 3]과 같은 중합체가 제조될 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, for example, a polymer as shown in [Formula 3] can be prepared.

[화학식 3](3)

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 1] 또는 [화학식 3]으로 표시되는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중합체는 안정적인 공유결합구조를 형성하여 장기간 열적/기계적으로 안정하고, 풍부한 벤지미다졸 기능기를 포함함으로써 인산에 대한 친화력이 높다.The polymer according to the preferred embodiment of the present invention represented by [Formula 1] or [Formula 3] forms a stable covalent bond structure and is thermally / mechanically stable for a long time, and has affinity for phosphoric acid by including abundant benzimidazole functional groups. This is high.

본 발명에 따른 상기 [화학식 1]의 중합체는 하기 [화학식 2]로 표시되는 다이테레프탈산계 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 하기 [반응식 1]와 같이 제조될 수 있다.The polymer of [Formula 1] according to the present invention may be prepared as shown in [Scheme 1] using a diterephthalic acid compound represented by the following [Formula 2] and 3,3′-diaminobenzidine.

[화학식 2](2)

Figure pat00007
Figure pat00007

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00008
Figure pat00008

또한, 상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물은 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 하기 [반응식 2]와 같이 제조될 수 있다. 그러나 본 발명은 이러한 원료물질에 의해 한정되지 아니하며, 당업자는 본 발명을 구현 또는 재현하기 위하여 용이하게 여타의 원료물질을 선택할 수도 있다.In addition, the compound represented by [Formula 2] may be prepared as shown in [Scheme 2] using trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine. However, the present invention is not limited to these raw materials, and those skilled in the art may easily select other raw materials to implement or reproduce the present invention.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 [화학식 2]의 화합물은 말단에 다이테레프탈산계 화합물기가 결합되어 중합체의 가교를 목적한 것을 특징으로 할 수 있다. 중앙부에 벤지미다졸 기능기가 위치하여 인산에 대한 결합성을 갖는 것 또한 [화학식 2] 화합물의 구조적 특징에 포함된다.The compound of [Formula 2] may be characterized in that the diterephthalic acid compound group is bonded to the terminal for the purpose of crosslinking the polymer. The benzimidazole functional group located at the center part and having a binding property to phosphoric acid are also included in the structural features of the compound of [Formula 2].

본 발명에 따른 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 인산에 함침시킴으로써 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고분자 전해질막을 구현할 수 있다. 이러한 경우 막 내에 함침된 인산이 양성자 전도 매개체(proton conduction media)로 작용하게 되는데, 본 발명에 따른 고분자 전해질막은 중합체 단위체의 높은 인산 친화력으로 인하여 인산의 함침량이 높아 양성자의 전도성이 뛰어나며, 이에 대한 유지력도 우수하다. 아울러, 상기 고분자 전해질막을 포함함으로써 양성자 전도성이 높고 이에 대한 유지율이 뛰어나 발전효율이 현저히 개선된 연료전지를 이용할 수 있다.By impregnating a hyper branched polymer according to the present invention to phosphoric acid, a polymer electrolyte membrane according to a preferred embodiment of the present invention can be implemented. In this case, the phosphoric acid impregnated in the membrane acts as a proton conduction media, and the polymer electrolyte membrane according to the present invention has a high phosphoric acid impregnation due to the high phosphoric acid affinity of the polymer unit, so that the proton conductance is excellent, and the retention force therefor. Is also excellent. In addition, by including the polymer electrolyte membrane, it is possible to use a fuel cell having a high proton conductivity and excellent retention thereof, and having a markedly improved power generation efficiency.

본 발명에 따른 고분자 전해질막의 제조 방법은 상기 [화학식 2]의 화합물을 합성하는 단계, 합성된 [화학식 2]의 화합물을 중합시켜 상기 [화학식 1]의 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 합성하는 단계; 및 상기 중합체를 산성 용액에 침지하는 단계를 포함한다. 상기 [화학식 2]의 화합물 및 상기 [화학식 1]의 중합체를 합성하는 것은 동시에 이루어질 수도 있으나, [화학식 2]의 화합물 합성을 먼저 완료한 뒤에 전해질막 제조용 첨가제를 준비하고, 이후 이를 중합하여 [화학식 1]의 중합체를 형성하는 단계적인 공정으로 이루어질 수 있다.The method for preparing a polymer electrolyte membrane according to the present invention comprises the steps of synthesizing the compound of [Chemical Formula 2], polymerizing the synthesized compound of [Chemical Formula 2] to synthesize a hyper branched (hyper branched) polymer of [Chemical Formula 1] step; And immersing the polymer in an acidic solution. Synthesis of the compound of [Formula 2] and the polymer of [Formula 1] may be performed at the same time, but after completing the synthesis of the compound of [Formula 2] first to prepare an additive for preparing an electrolyte membrane, and then polymerized by It may be a stepwise process for forming the polymer of 1].

더욱 구체적으로 본 발명에 따른 고분자 전해질막의 제조방법은,More specifically, the manufacturing method of the polymer electrolyte membrane according to the present invention,

(a) 하기 [화학식 1]로 표시되는 구조를 갖는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 합성하는 단계; 및(a) synthesizing a hyper branched polymer having a structure represented by the following [Formula 1]; And

(b) 상기 합성된 중합체를 산성 용액에 침지하는 단계;를 포함할 수 있다.(b) immersing the synthesized polymer in an acidic solution.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00010
Figure pat00010

또한 상기 (a) 단계는 하기 단계를 포함할 수 있다 :In addition, step (a) may include the following steps:

(ⅰ) 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 유기용매인 다이메틸포름아마이드에 용해시킨 후, 교반하여 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 수득하는 단계; 및(Iii) dissolving trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine in dimethylformamide as an organic solvent, followed by stirring to obtain a compound represented by the following [Formula 2]; And

(ⅱ) 상기 수득한 [화학식 2] 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 폴리인산에 용해시킨 후, 반응시켜서 상기 [화학식 1]의 중합체를 수득하는 단계.(Ii) dissolving the obtained compound of Chemical Formula 2 and 3,3'-diaminobenzidine in polyphosphoric acid, followed by reaction to obtain the polymer of Chemical Formula 1;

[화학식 2](2)

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 (ⅱ) 단계의 반응 후에, 물을 첨가하여 생성물을 침전시키고, 수산화칼륨을 이용하여 중화시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.After the reaction of step (ii), it may further comprise the step of adding water to precipitate the product, neutralizing with potassium hydroxide.

상기 (b) 단계의 산성 용액은, 바람직하게는 인산 용액이 쓰일 수 있으나, 인을 포함한 또 다른 산성 수용액이 쓰일 수도 있으며 예를 들어 포스포몰리브덴산 용액이 쓰일 수 있다.In the acidic solution of step (b), preferably, a phosphoric acid solution may be used, but another acidic aqueous solution including phosphorus may be used, for example, a phosphomolybdic acid solution may be used.

또한 상기 (b)의 침지하는 단계는, 바람직하게는 3 시간 내지 50 시간 동안 이루어지는데, 이는 3 시간 미만으로는 인산의 함침량이 부족하여 충분한 양성자 전도성이 나타나지 않고, 50 시간 이후부터는 본 발명에 따른 고분자 전해질막의 함침량 증가가 정지하기 때문이다.In addition, the immersion step of (b) is preferably made for 3 hours to 50 hours, which is less than 3 hours does not show a sufficient proton conductivity due to insufficient impregnation of phosphoric acid, after 50 hours according to the present invention This is because the increase in the impregnation amount of the polymer electrolyte membrane is stopped.

이하 도면, 제조예, 실시예, 시험예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 하기는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, preparation examples, examples, test examples, and comparative examples. However, the following is intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예Manufacturing example : 중합체 합성을 위한  For polymer synthesis 단분자의Monomolecular 제조 Produce

하기 [반응식 2]는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 단분자 합성의 개략적인 과정을 나타내었다. (A) 트리멜리틱 안하이드라이드(Trimellitic anhydride) 1.921 g(0.01 mol) 및 (B) 3,3'-다이아미노벤지딘(3,3'-diaminobenzidine) 4.285 g(0.02 mol)을 다이메틸포름아마이드(dimethyl formamide) 20 mL에 각각 용해시킨 후 두 개의 용액을 250 mL 삼각플라스크에 투입하여 환류장치가 설치된 상태에서 교반하였다. 교반은 상온에서 1 시간, 가열환경에서 12 시간 동안 진행되었으며 반응이 종료된 후 다시 상온까지 냉각시키고 얻어진 노란색의 분말을 여과하여 진공오븐에서 24 시간동안 건조하여, 중합체 합성을 위한 단분자로서 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 얻었다. 도 2는 상기 단분자의 H-1 NMR 분석 결과이다. 이를 통하여 상기 단분자 내에 결합된 수소 원자를 특정하여 분자 구조를 확인할 수 있다.[Scheme 2] shows a schematic process of monomolecular synthesis as a preferred embodiment of the present invention. 1.921 g (0.01 mol) of (A) trimellitic anhydride and (B) 4.285 g (0.02 mol) of 3,3'-diaminobenzidine were added to dimethylformamide. After dissolving each in 20 mL of (dimethyl formamide), two solutions were added to a 250 mL Erlenmeyer flask and stirred under a reflux system. Stirring was carried out for 1 hour at room temperature and 12 hours in a heating environment. After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature again, and the obtained yellow powder was filtered and dried in a vacuum oven for 24 hours. The compound represented by [Formula 2] was obtained. 2 shows the results of H-1 NMR analysis of the single molecule. Through this, the molecular structure can be confirmed by specifying the hydrogen atom bonded in the single molecule.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 2](2)

Figure pat00013

Figure pat00013

실시예Example : 중합체 및 고분자  : Polymers and Polymers 전해질막의Electrolyte membrane 제조 Produce

하기 [반응식 1]은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체 합성의 개략적인 과정을 나타내었다. (A) 상기 제조예를 통해 제조된, 상기 [화학식 2]로 표시되는 단분자 1.125 g(0.002 mol) 및 (B) 3,3'-다이아미노벤지딘(3,3'-diaminobenzidine) 0.865 g(0.004 mol)을 폴리인산(polyphosphoric acid) 180 g 에 용해시켰다. 다음으로 질소 분위기 및 환류 장치가 설치된 상태에서 온도를 230 ℃ 내지 240 ℃로 유지시키며 24시간 반응시켰다. 반응이 종료된 후, 물을 이용해 생성물을 침전시켰고, pH 가 7이 될 때까지 수산화칼륨(KOH)으로 중화시켰다. 끓는 물로 생성물을 여러번 세척한 다음, 여과하고 진공 오븐에 24 시간 동안 건조함으로써 분말을 수득하였다. 분말을 메탄술폰산(methanesulfonic acid)에 용해시켜서 막의 형태로 캐스팅(casting) 한 후, 오븐에서 80 ℃에서 1 시간, 100 ℃에서 1시간, 160 ℃에서 2 시간 30 분 동안 단계적으로 경화하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중합체를 막의 형태로 제조하였다. 단분자의 양쪽 말단에 결합된 테레프탈산계 화합물의 양쪽 끝의 두 개의 카르복시산 기능기가 3,3'-다이아미노벤지딘의 말단 아민기와 일반적인 라디칼 중합 반응을 일으키고, 또한 연쇄 중합반응을 통해 수많은 벤지미다졸 기능기를 형성하는 것으로 보인다. 이후 막의 형태로 캐스팅된 중합체 막을 인산에 침지시켜 연료전지용 고분자 전해질막의 최종 형태로 가공하였다.[Scheme 1] shows a schematic process of the synthesis of a hyper branched (hyper branched) as an embodiment of the present invention. (A) 1.125 g (0.002 mol) of the monomolecule represented by the above [Formula 2] and (B) 0.865 g (3,3'-diaminobenzidine) (B) 0.004 mol) was dissolved in 180 g of polyphosphoric acid. Next, the reaction was performed for 24 hours while maintaining the temperature at 230 ° C to 240 ° C in a nitrogen atmosphere and a reflux apparatus. After the reaction was completed, the product was precipitated with water and neutralized with potassium hydroxide (KOH) until pH was 7. The product was washed several times with boiling water, then filtered and dried in a vacuum oven for 24 hours to give a powder. The powder was dissolved in methanesulfonic acid and cast in the form of a membrane, and then cured in an oven at 80 ° C. for 1 hour, at 100 ° C. for 1 hour, and at 160 ° C. for 2 hours and 30 minutes. A polymer according to one preferred embodiment was prepared in the form of a membrane. Two carboxylic acid functional groups at both ends of a terephthalic acid compound bonded to both ends of a single molecule cause a general radical polymerization reaction with terminal amine groups of 3,3'-diaminobenzidine, and also a number of benzimidazole functions through chain polymerization. It appears to form a group. Thereafter, the polymer membrane cast in the form of a membrane was immersed in phosphoric acid and processed into a final form of the polymer electrolyte membrane for a fuel cell.

도 3에는 상기 제조예에 따른 [화학식 2]의 단분자 및 하기 [화학식 1]로 표시되는 중합체에 대한 C-13 NMR 분석 결과가 도시되어 있고, 단분자 (a) 및 중합된 연료전지 중합체 (b) 내의 탄소 원자를 특정하여 분자 구조를 확인할 수 있다.3 shows the results of C-13 NMR analysis for the single molecule of [Formula 2] and the polymer represented by the following [Formula 1] according to the preparation example, and the single molecule (a) and the polymerized fuel cell polymer ( The molecular structure can be confirmed by specifying the carbon atoms in b).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00015

Figure pat00015

비교예Comparative Example : m- m- PBIPBI 중합체 및 이를 이용한 고분자  Polymer and Polymer Using the Same 전해질막의Electrolyte membrane 제조 Produce

3,3'-다이아미노벤지딘(3,3'-diaminobenzidine) 3.235 g(15.1 mmol)과 아이소프탈산(isophthalic acid) 2.509 g(15.1 mmol)을 폴리인산(polyphosphoric acid) 160 g 에 용해시켰다. 다음으로 질소 분위기, 환류 장치가 설치된 상태에서 220 ℃의 온도까지 올리고 30 시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료된 후, 물을 이용해 생성물을 침전시켰고, pH가 7이 될 때까지 수산화칼륨(KOH)으로 중화시켰다. 끓는 물로 생성물을 여러번 세척한 다음, 여과하고 진공 오븐에 24 시간 동안 건조시켰다. 이렇게 얻어진 분말을 메탄술폰산(methanesulfonic acid)에 용해시켜서 막을 캐스팅(casting) 한 후, 오븐에서 80 ℃에서 1 시간, 100 ℃에서 1시간, 160 ℃에서 2 시간 30 분 동안 단계적으로 경화하여 m-PBI 막을 제조하고, 이를 인산에 침지시켜 연료전지용 고분자 전해질막의 최종 형태로 가공하였다.
3.235 g (15.1 mmol) of 3,3'-diaminobenzidine and 2.509 g (15.1 mmol) of isophthalic acid were dissolved in 160 g of polyphosphoric acid. Next, the mixture was heated to a temperature of 220 ° C. under a nitrogen atmosphere and a reflux apparatus, and reacted for 30 hours. After the reaction was completed, the product was precipitated with water and neutralized with potassium hydroxide (KOH) until pH was 7. The product was washed several times with boiling water, then filtered and dried in a vacuum oven for 24 hours. The powder thus obtained was dissolved in methanesulfonic acid to cast a membrane, and then cured in an oven at 80 ° C. for 1 hour, at 100 ° C. for 1 hour, and at 160 ° C. for 2 hours 30 minutes, and then m-PBI. A membrane was prepared, which was immersed in phosphoric acid, and processed into the final form of the polymer electrolyte membrane for fuel cells.

시험예Test Example 1 : 양성자 전도성의 측정 1: Measurement of Proton Conductivity

연료전지의 효율성은 연료전지 전하 밀도에 의존하는 출력 전압으로 나타낼 수 있다. PEMFC의 전하 밀도는 전해질의 양성자 전도성에 의존하므로, PEMFC의 고분자 전해질막은 양성자 전도성이 높을수록 우수하다.The efficiency of a fuel cell can be expressed as an output voltage that depends on the fuel cell charge density. Since the charge density of PEMFC depends on the proton conductivity of the electrolyte, the higher the proton conductivity of the polymer electrolyte membrane of PEMFC is, the better.

양성자 전도성은 100 kHz 내지 10 Hz의 주파수 범위에서 전기화학적 임피던스 스펙트로스코피 테크닉을 이용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 의한 고분자 전해질막의 저항은 150 ℃의 온도에서, Autolab 임피던스 분석기 및 양성자 전도율 셀을 이용하여 측정하였다. 양성자 전도율 σ는 하기의 수학식 1로부터 결정된다.Proton conductivity can be measured using electrochemical impedance spectroscopy techniques in the frequency range of 100 kHz to 10 Hz. The resistance of the polymer electrolyte membrane according to the present invention was measured using an Autolab impedance analyzer and a proton conductivity cell at a temperature of 150 ° C. Proton conductivity σ is determined from Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00016
Figure pat00016

상기 식에서, D, ls, ws, 및 R은 각각 전극의 거리, 전해질막의 두께, 전해질막의 폭 및 고분자 전해질막의 저항을 나타낸다.In the above formula, D, l s , w s , and R represent the distance of the electrode, the thickness of the electrolyte membrane, the width of the electrolyte membrane, and the resistance of the polymer electrolyte membrane, respectively.

하기 표 1은 상기 비교예 및 실시예에 따른 고분자 전해질막의 양성자 전도성(Proton conductivity)을 시간에 따라 측정한 결과이고, 도 1은 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것으로, (a)는 비교예의 경우, (b)는 실시예의 경우에 대하여 각각 시간에 따른 양성자 전도성의 변화를 나타내고 있다.Table 1 is a result of measuring the proton conductivity (Proton conductivity) of the polymer electrolyte membrane according to the Comparative Examples and Examples with time, Figure 1 is a graph showing the results of Table 1, (a) is a comparative example , (b) shows the change in proton conductivity with time for the example.

시간(hr)
Time (hr)
양성자 전도성 (S/cm)Proton Conductivity (S / cm)
(a)(a) (b)(b) 1One 0.07320.0732 0.2890.289 55 0.05330.0533 0.2270.227 1010 0.05130.0513 0.2070.207 2020 0.05210.0521 0.1970.197 5050 0.04970.0497 0.1750.175 7070 0.04950.0495 0.1730.173 8080 0.04960.0496 0.1730.173

상기 표 1 및 도 1에서, 양성자 전도성은 시간이 경과함에 따라 감소하는 것을 알 수 있다. (a) m-PBI 고분자 전해질막은 70 시간 후의 양성자 전도성이 초기에 비해 매우 큰 폭으로 감소하였으나, (b) 본 발명의 실시예에 따른 고분자 전해질막은 최초 양성자 전도성이 현저히 높을 뿐만 아니라 시간의 경과에 따른 감소율도 낮다.In Table 1 and Figure 1, it can be seen that the proton conductivity decreases with time. (a) The m-PBI polymer electrolyte membrane had a prominent decrease in proton conductivity after 70 hours, compared to the initial stage. (b) The polymer electrolyte membrane according to the embodiment of the present invention exhibited not only a high initial proton conductivity but also a lapse of time. The reduction rate is also low.

이러한 결과는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질막에서 양성자 전도성과 직결되는 인산의 누출율이 현저히 낮기 때문인 것으로 보인다. 또한 본 시험예가 150 ℃의 고온에서 이루어졌다는 점은 본 발명에 따른 고분자 전해질막이 열적으로 안정함을 시사하기도 한다.
These results seem to be due to the significantly low leakage rate of phosphoric acid directly connected to the proton conductivity in the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention. In addition, the fact that this test example was made at a high temperature of 150 ℃ suggests that the polymer electrolyte membrane according to the present invention is thermally stable.

시험예Test Example 2 : 열중량분석( 2: thermogravimetric analysis ThermogravimetricThermogravimetric analysisanalysis ))

본 발명에 따른 고분자 전해질막의 수명 및 안정성을 확인하기 위해 상온에서 800 ℃까지 승온하는 환경에서의 질량 변화를 측정하는 열중량 분석을 실시하였다.In order to confirm the life and stability of the polymer electrolyte membrane according to the present invention, a thermogravimetric analysis was performed to measure the mass change in an environment of heating up to 800 ° C. from room temperature.

도 4는 (a) 본 발명의 일 실시예에 따른 하이퍼 브랜치드 중합체 분말, (b) m-PBI 중합체 분말, (c) 인산에 침지시키기 전의 본 발명에 따른 고분자 전해질막, (d) 인산에 침지시키기 전의 m-PBI 고분자 전해질막, (e) 인산에 침지시킨 본 발명에 따른 고분자 전해질막 및 (f) 인산에 침지시킨 m-PBI 고분자 전해질막의 열중량분석 결과를 나타내고 있다.Figure 4 is (a) hyper-branched polymer powder according to an embodiment of the present invention, (b) m-PBI polymer powder, (c) the polymer electrolyte membrane according to the present invention before immersed in phosphoric acid, (d) phosphoric acid The thermogravimetric analysis results of the m-PBI polymer electrolyte membrane before immersion, the polymer electrolyte membrane according to the present invention (e) immersed in phosphoric acid, and (f) the m-PBI polymer electrolyte membrane immersed in phosphoric acid are shown.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 중합체 및 고분자 전해질막은 m-PBI 보다 열적 안정성 측면에서 유사하거나 우월하다. 예외적으로 (e)와 (f)를 비교해 보았을 때 상대적으로 (e) 선도가 낮게 위치함은 본 발명에 따른 고분자 전해질막의 인산 침지량이 상대적으로 많아 150 ℃ 부근에서 열분해되는 인산의 양 또한 많기 때문으로, 결론적으로 본 발명에 따르면 장시간 100 ℃ 이상의 고온으로 작동되는 PEMFC에서 열적 안정성과 함께 충분한 인산 침지량을 확보할 수 있다.
Referring to this, the polymer and the polymer electrolyte membrane according to the present invention are similar or superior in terms of thermal stability than m-PBI. Exceptionally, when comparing (e) and (f), the (e) line is relatively low because the amount of phosphoric acid immersion in the polymer electrolyte membrane according to the present invention is relatively high, and the amount of phosphoric acid pyrolyzed around 150 ° C is also large. In conclusion, according to the present invention, it is possible to secure sufficient phosphoric acid immersion amount with thermal stability in PEMFC operated at a high temperature of 100 ° C. or more for a long time.

시험예Test Example 3 : 만능재료시험기( 3: universal testing machine ( universaluniversal testingtesting machinemachine )를 이용한 물성 평가Property evaluation using

UTM은 기계적 강도를 조사하는 시험기로, 시험편의 부하장치와 하중의 계량 장치로 구성되어 인장 시험, 압축 시험, 벤딩 시험 등을 할 수 있다. 본 발명에 따른 고분자 전해질막의 기계적 강도 중에서, 특히 인장 강도를 조사하기 위해 UTM을 이용한 물성 평가를 진행하였다. UTM is a tester that checks the mechanical strength. The UTM is composed of a test device load device and a load metering device for tensile test, compression test and bending test. Among the mechanical strengths of the polymer electrolyte membrane according to the present invention, in particular, physical property evaluation using UTM was carried out to investigate tensile strength.

하기 표 2에서 (a)는 비교예인 m-PBI 고분자 전해질막의 경우, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질막의 경우로, m-PBI 고분자 전해질막보다 본 발명에 따른 고분자 전해질막의 기계적 강도가 더 우수하다.In Table 2 (a) is a case of the m-PBI polymer electrolyte membrane as a comparative example, (b) is a case of the polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention, than the m-PBI polymer electrolyte membrane of the polymer electrolyte membrane according to the present invention Mechanical strength is better.

인장응력(MPa)Tensile Stress (MPa) 파단신율(%)Elongation at break (%) 밀도(g/cm2)Density (g / cm 2 ) 인장응력/밀도Tensile Stress / Density (a)(a) 80.580.5 20.220.2 1.511.51 53.353.3 (b)(b) 75.275.2 6.226.22 1.281.28 58.858.8

Claims (10)

하기 [화학식 1]로 표시되고, 각 단위체의 말단이 연결되어 그물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체.
[화학식 1]
Figure pat00017

상기 [화학식 1]에서,
상기 n은 50 내지 10000의 정수이다.
A hyper branched polymer represented by the following [Formula 1], wherein the terminals of each unit are connected to have a net structure.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00017

In [Formula 1],
N is an integer of 50 to 10000.
제 1 항에 있어서,
상기 [화학식 1]의 단위체는 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체.
[화학식 2]
Figure pat00018
The method of claim 1,
The unit of [Formula 1] is a hyper branched (hyper branched) polymer, characterized in that prepared using the compound represented by the formula [2] and 3,3'-diaminobenzidine.
(2)
Figure pat00018
제 2 항에 있어서,
상기 [화학식 2]로 표시되는 화합물은 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체.
3. The method of claim 2,
The compound represented by [Formula 2] is a hyper branched (hyper branched) polymer, characterized in that prepared using trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 포함하는 고분자 전해질막.A polymer electrolyte membrane comprising the hyper branched polymer according to any one of claims 1 to 3. 제 4 항에 따른 고분자 전해질 막을 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising the polymer electrolyte membrane according to claim 4. (a) 하기 [화학식 1]로 표시되는 구조를 갖는 하이퍼 브랜치드(hyper branched) 중합체를 합성하는 단계; 및
(b) 상기 합성된 중합체를 산성 용액에 침지하는 단계;를 포함하는 고분자 전해질막의 제조방법.
[화학식 1]
Figure pat00019
(a) synthesizing a hyper branched polymer having a structure represented by the following [Formula 1]; And
(b) immersing the synthesized polymer in an acidic solution.
[Chemical Formula 1]
Figure pat00019
제 6 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질막의 제조방법.
(ⅰ) 트리멜리틱 언하이드라이드와 3,3'-다이아미노벤지딘을 다이메틸포름아마이드에 용해시킨 후, 교반하여 하기 [화학식 2]로 표시되는 화합물을 수득하는 단계; 및
(ⅱ) 상기 수득한 [화학식 2] 화합물과 3,3'-다이아미노벤지딘을 폴리인산에 용해시킨 후, 반응시켜서 [화학식 1]의 중합체를 수득하는 단계.
[화학식 2]
Figure pat00020
The method according to claim 6,
The step (a) is a method for producing a polymer electrolyte membrane, characterized in that it comprises the following steps.
(Iii) dissolving trimellitic anhydride and 3,3'-diaminobenzidine in dimethylformamide, followed by stirring to obtain a compound represented by the following [Formula 2]; And
(Ii) dissolving the compound of [Formula 2] and 3,3′-diaminobenzidine obtained in polyphosphoric acid, followed by reaction to obtain a polymer of [Formula 1].
(2)
Figure pat00020
제 7 항에 있어서,
상기 (ⅱ) 단계의 반응 후에, 물을 첨가하여 생성물을 침전시키고, 수산화칼륨을 이용하여 중화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질막의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
After the reaction of step (ii), the method of producing a polymer electrolyte membrane, further comprising the step of adding water to precipitate the product, and neutralized with potassium hydroxide.
제 6 항에 있어서,
상기 (b) 단계의 산성 용액은 인산 용액 또는 포스포몰리브덴산 용액인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질막의 제조방법.
The method according to claim 6,
The acidic solution of step (b) is a method of producing a polymer electrolyte membrane, characterized in that the phosphoric acid solution or phosphomolybdic acid solution.
제 6 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 중합체를 3-50 시간 동안 산성 용액에 침지하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Method of producing a polymer electrolyte membrane, characterized in that in the step (b) the polymer is immersed in an acidic solution for 3-50 hours.
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