KR20150045305A - Method for manufacturing seperator and seperator - Google Patents

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최형삼
정승표
김영제
한중진
신정규
노태근
문식원
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a separator and a separator which extends a service life of a battery and improves the stability of the battery when applied to the battery. According to the present invention, the method for manufacturing a separator comprises: a step of filling pores on a porous base material with an ion transfer resin solution by using a dip coating method; a step of forming a coating layer containing the ion transfer resin solution on both sides of the porous base material by using a die coating method; and a step of drying the porous base material.

Description

분리막의 제조방법 및 분리막{METHOD FOR MANUFACTURING SEPERATOR AND SEPERATOR} [0001] METHOD FOR MANUFACTURING SEPERATOR AND SEPERATOR [0002]

본 출원은 분리막의 제조방법 및 분리막에 관한 것이다.The present application relates to a separation membrane production method and separation membrane.

레덕스 플로우 전지 또는 연료전지에 사용되는 분리막은 i)우수한 양성자 전도도를 가져야 한다. 그리고, 추가로 ii)전해질 물질이 크로스 오버(cross over)되는 것을 방지해야 하고, iii)전지 셀(cell) 작동시에 강한 내화학성을 가져야 하며, iv)기계적 특성이 강화되어야 하고, v)낮은 스웰링 비율(swelleing ratio)을 가져야 한다. 종래에 사용되던 분리막은 상기 다섯 개의 특성을 모두 만족시키기 어려웠다. 그러므로, 상기 특성이 개선된 분리막 소재의 개발이 요구되었다. The separation membrane used in the redox flow cell or the fuel cell should have i) good proton conductivity. And ii) to prevent cross-over of the electrolyte material, iii) to have strong chemical resistance during battery cell operation, iv) to have enhanced mechanical properties, and v) And have a swelling ratio. Conventionally used separation membranes are difficult to satisfy all of the above five characteristics. Therefore, development of a membrane material having improved characteristics has been required.

본 출원이 해결하려는 과제는, i)우수한 양성자 전도도, ii)전해질 물질의 크로스 오버(cross over) 방지, iii)강한 내화학성, iv)기계적 특성, v)낮은 스웰링 비율(swelleing ratio) 효과를 가지는 분리막 및 그 분리막의 제조방법을 제공하는 것이다. The challenges addressed by the present application are: i) excellent proton conductivity, ii) prevention of cross-over of electrolyte materials, iii) strong chemical resistance, iv) mechanical properties, v) low swelling ratio effects And a method for producing the separation membrane.

또한, 본 출원이 해결하려는 다른 과제는, 상기 분리막이 적용된 레덕스 플로우 전지 또는 연료전지를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present application is to provide a redox flow cell or a fuel cell to which the separation membrane is applied.

본 출원의 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present application are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 출원의 하나의 실시상태는 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계; 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 기재를 건조하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법을 제공한다. One embodiment of the present application includes the steps of filling a pore of a porous substrate with an ion-transfer resin solution by a dip coating method; Forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on both surfaces of the porous substrate by a die coating method; And drying the porous base material.

본 출원의 다른 실시상태는, 상기 제조방법에 따라 제조한 분리막을 제공한다. Another embodiment of the present application provides a separation membrane produced according to the above production method.

본 출원의 다른 실시상태는, 기공에 이온 전달 수지가 채워진 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 양 표면에 구비되고, 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 포함하는 분리막을 제공한다. Other embodiments of the present application include a porous substrate filled with pores of an ion-transfer resin; And a coating layer provided on both surfaces of the porous substrate and including an ion-transfer resin.

본 출원의 다른 실시상태는, 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 상기 분리막을 포함하는 레덕스 플로우 전지 또는 연료전지를 제공한다.Other embodiments of the present application include a cathode; Anode; And a separation membrane positioned between the cathode and the anode.

본 출원의 다른 실시상태는, 다공성 기재를 공급하는 공급롤; 다공성 기재를 이온 전달 수지 용액에 담그기 위한 딥핑부; 다공성 기재의 한 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제1 코팅부; 다공성 기재의 타 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제2 코팅부; 다공성 기재의 한 면에 접촉되면서 마찰력에 의해 다공성 기재를 이동시키는 회전 롤러; 및 다공성 기재를 건조하기 위한 건조기를 포함하는 분리막의 제조장치를 제공한다. Other embodiments of the present application include a supply roll for supplying a porous substrate; A dipping unit for immersing the porous substrate in the ion-transfer resin solution; A first coating for forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on one side of the porous substrate; A second coating portion for forming a coating layer including an ion-transfer resin on the other surface of the porous substrate; A rotating roller for moving the porous substrate by friction force in contact with one surface of the porous substrate; And a drier for drying the porous base material.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막은 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지가 채워짐으로써 우수한 양성자 전도도를 가지고, 셀 작동시 분리막의 스웰링 현상이 감소되고, 기계적 강도가 큰 장점이 있다. 또한, 다공성 기재의 표면에 균일한 두께의 코팅층이 형성됨으로써, 표면 거칠기가 작고, 전해질 물질의 크로스 오버 현상이 방지되며, 강한 내화학성을 가지는 장점이 있다. 따라서, 상기 분리막을 레덕스 플로우 전지 또는 연료 전지에 적용하면 전지의 수명과 안전성을 향상시키는 효과가 있다. The separation membrane according to one embodiment of the present application is advantageous in that it has excellent proton conductivity by filling the pores of the porous substrate with the ion transfer resin, reduces the swelling phenomenon of the separation membrane during cell operation, and has high mechanical strength. In addition, since the coating layer having a uniform thickness is formed on the surface of the porous substrate, the surface roughness is small, crossover phenomenon of the electrolyte material is prevented, and strong chemical resistance is obtained. Therefore, application of the separation membrane to a redox flow cell or a fuel cell has the effect of improving the life and safety of the cell.

도 1은 본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막을 나타낸 것으로 (a)는 분리막 제조 전의 다공성 기재를 나타낸 것이고, (b)는 제조된 분리막이다.
도 2는 본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막의 제조장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막의 제조장치를 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 shows a separation membrane according to one embodiment of the present application, wherein (a) shows a porous substrate before preparation of a separation membrane, and (b) is a separation membrane produced.
2 shows an apparatus for producing a separation membrane according to one embodiment of the present application.
3 shows an apparatus for producing a separation membrane according to one embodiment of the present application.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이고, 단지 본 실시상태들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present application, and how to accomplish them, will be apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. The present application, however, is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles of the invention as defined in the appended claims. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and this application is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of the components shown in the figures may be exaggerated for clarity of description.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학적 용어를 포함하는 모든 용어는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms, including technical and scientific terms used herein, may be used in a manner that is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 출원을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present application will be described in detail.

본 출원의 하나의 실시상태는 기공에 이온 전달 수지가 채워진(filling) 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 양 표면에 구비되고, 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 포함하는 분리막을 제공한다. One embodiment of the present application relates to a porous substrate filled with an ion transfer resin in a pore; And a coating layer provided on both surfaces of the porous substrate and including an ion-transfer resin.

본 출원의 다른 실시상태는, 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10); 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20); 및 상기 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)를 포함하는 분리막의 제조방법을 제공한다. Another embodiment of the present application includes the steps of: (S10) filling the pores of the porous substrate with an ion transfer resin solution by a dip coating method; (S20) forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on both surfaces of the porous substrate by a die coating method; And drying the porous substrate (S30).

본 출원의 다른 실시상태는, 상기 제조방법에 따라 제조한 분리막을 제공한다. Another embodiment of the present application provides a separation membrane produced according to the above production method.

본 출원의 분리막은 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지가 채워짐으로써 우수한 양성자 전도도를 가지고, 전지 셀 작동시 분리막의 스웰링(swelling) 현상이 감소되고, 기계적 강도가 큰 장점이 있다. 또한, 다공성 기재의 표면에 균일한 두께의 코팅층이 형성됨으로써, 표면 거칠기가 작고, 전해질 물질의 크로스 오버 현상이 방지되며, 강한 내화학성을 가지는 장점이 있다. 따라서, 상기 분리막을 레덕스 플로우 전지 또는 연료 전지에 적용하면 전지의 수명과 안전성을 향상시키는 효과가 있다. The separation membrane of the present application has excellent proton conductivity by filling the pores of the porous base material with the ion transfer resin, and has the advantage of reducing the swelling phenomenon of the separation membrane during operation of the battery cell and increasing the mechanical strength. In addition, since the coating layer having a uniform thickness is formed on the surface of the porous substrate, the surface roughness is small, crossover phenomenon of the electrolyte material is prevented, and strong chemical resistance is obtained. Therefore, application of the separation membrane to a redox flow cell or a fuel cell has the effect of improving the life and safety of the cell.

종래의 분리막은 이온 전달 수지만을 사용하였기 때문에 전해질 물질이 크로스 오버되기도 하였고, 내화학성이 약하였으며, 기계적 강도면에서도 약하여 개선이 필요하였다. Conventional separators used only ion transfer water, so electrolyte materials were crossovered, their chemical resistance was weak, and their mechanical strength was weak.

한편, 분리막을 제조할 경우 딥 코팅 방법만 사용하면 다공성 기재의 표면의 러프니스(roughness)가 커져서 셀 체결시 문제가 있다. 또한, 분리막을 제조할 경우 다이 코팅 방법만 사용하면, 표면의 러프니스는 개선되나, 기공 내에 이온 전달 수지가 채워지지 않아, 기계적 강도가 약하고, 전지 셀 작동시에 분리막이 스웰링되는 현상이 있다. 또한, 딥 코팅 방법과 다이 코팅 방법을 동시에 사용하는 것은 공정 면에서 제약이 있었으나, 본 발명자들은 딥 코팅 방법과 다이 코팅 방법을 연속 공정으로 적용함으로써, 각각의 방법의 단점을 극복하고 본 출원을 완성하였다. On the other hand, when the separation membrane is manufactured, the roughness of the surface of the porous substrate becomes large when the dip coating method alone is used, which is a problem in cell closure. In addition, when the separator is manufactured, if the die coating method alone is used, the surface roughness is improved, but the ion-transfer resin is not filled in the pores, the mechanical strength is weak, and the separator is swollen at the time of battery cell operation . In addition, the simultaneous use of the dip coating method and the die coating method has a limitation in the process. However, the present inventors have found that by applying the dip coating method and the die coating method to the continuous process, Respectively.

그러나, 본 출원의 분리막의 제조방법은 딥 코팅 방법과 다이 코팅 방법을 모두 사용함으로써, 제조된 분리막이 i)우수한 양성자 전도도, ii)전해질 물질의 크로스 오버(cross over) 방지, iii)강한 내화학성, iv)기계적 강도, v)스웰링 비율(swelleing ratio) 감소면에서 우수한 효과를 가질 수 있게 되었다. However, by using both the dip coating method and the die coating method, the manufacturing method of the separator of the present application is advantageous in that the produced separator is excellent in i) excellent proton conductivity, ii) prevention of cross-over of electrolyte material, iii) , iv) mechanical strength, and v) reduced swelling ratio.

본 명세서에서 “분리막”은 이온을 교환할 수 있는 막으로서, 막, 이온교환막, 이온전달막, 이온 전도성 막, 이온교환 분리막, 이온전달 분리막, 이온 전도성 분리막, 이온 교환 전해질막, 이온전달 전해질막 또는 이온 전도성 전해질막 등으로 나타낼 수 있다.As used herein, the term " separator " refers to a membrane capable of ion exchange and includes a membrane, an ion exchange membrane, an ion transport membrane, an ion conductive membrane, an ion exchange membrane, an ion exchange membrane, an ion conductive membrane, Or an ion conductive electrolyte membrane.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 제조방법에서, 상기 건조하는 단계(S30)는 상기 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후에 수행할 수도 있고, 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후에 수행할 수도 있다. 또는 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후 및 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후 모두 수행할 수도 있다. In the manufacturing method according to one embodiment of the present application, the drying step (S30) may be performed after forming the coating layer (S20), or after the step (S10) of filling the pores with the ion- . Or after step (S10) of filling the pores with the ion-transfer resin solution and after step (S20) of forming the coating layer.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 제조방법은 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후에, 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 상기 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후에, 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다. 또는 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후 및 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후 모두에 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method according to one embodiment of the present application is characterized in that after the step (S10) of filling the pores of the porous substrate with the ion-transfer resin solution by the dip coating method, the ion- And forming a coating layer (S20). After the step (S20) of forming the coating layer, drying (S30) of the porous substrate may be further included. Or drying (S30) the porous substrate both after step (S10) of filling the ion-transfer resin solution and after step (S20) of forming the coating layer.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 제조방법은 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후에, 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10)를 포함할 수 있다. 상기 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후에, 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다. 또는 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10) 이후 및 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후 모두에 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method according to one embodiment of the present application is characterized in that, after the step (S20) of forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on both surfaces of a porous substrate by a die coating method, ion- And filling the resin solution (S10). After the step (S10) of filling the ion-transfer resin solution, drying (S30) of the porous substrate may be further included. Or drying (S30) the porous substrate both after step (S10) of filling the ion-transfer resin solution and after step (S20) of forming the coating layer.

상기 제조방법의 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10); 및 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20)는 하나의 공정으로 연속적으로 수행할 수 있다. 또는 상기 제조방법의 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10); 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20); 및 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)는 하나의 공정으로 연속적으로 수행할 수 있다.(S10) filling the pores of the porous substrate with the ion-transfer resin solution by the dip coating method of the above manufacturing method; And forming the coating layer including the ion-transfer resin on both surfaces of the porous substrate by the die coating method (S20) can be continuously performed in one step. (S10) filling the pores of the porous substrate with the ion transfer resin solution by the dip coating method of the above manufacturing method; (S20) forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on both surfaces of the porous substrate by a die coating method; And drying the porous substrate (S30) can be continuously performed in one process.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 제조방법 중 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10)를 설명하면 하기와 같다. (S10) of filling the pores of the porous substrate with the ion-transfer resin solution by the dip coating method according to one embodiment of the present application will be described.

상기 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계(S10)는 다공성 기재의 표면을 평탄화하는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다. 딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채운 후 다공성 기재의 표면을 평탄화할 수도 있다. 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지를 채우고(S10), 다공성 기재의 표면을 평탄화한(S15) 이후에, 다공성 기재를 건조할(S30) 수도 있고, 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지를 채우고(S10), 다공성 기재를 건조한(S30) 이후에, 다공성 기재의 표면을 평탄화할(S15) 수도 있다. The step (S10) of filling the pores of the porous substrate with the ion transfer resin solution may further include the step (S15) of flattening the surface of the porous substrate. The surface of the porous substrate may be planarized after the ion-transfer resin solution is filled into the pores of the porous substrate by a dip coating method. The porous substrate may be dried (S30) after filling the pores of the porous substrate with the ion transfer resin (S10) and planarizing the surface of the porous substrate (S15). Alternatively, the porous substrate may be filled with ion- ), And after the porous substrate is dried (S30), the surface of the porous substrate may be planarized (S15).

상기 표면의 평탄화는 스크류(screw) 및/또는 롤러(roller)를 사용하여 수행할 수 있다. The surface planarization may be performed using screws and / or rollers.

상기 다공성 기재는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene), 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. The porous substrate may be one or more of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene tererephthalate, polyethylene terephthalate But are not limited to, polyethyleneterephthalates, polybutyleneterephthalates, polyesters, polyacetals, polyamides, polycarbonates, polyimides, polyetheretherketones, ), Polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfroid, and polyethylenenaphthalene. The term " polyphenylene sulfide "

상기 다공성 기재는 상기 재료로 만들어진 부직포 형태일 수 있다. The porous substrate may be in the form of a nonwoven fabric made of the above material.

상기 다공성 기재의 기공은 단면 직경이 0.01 마이크로미터 이상 50 마이크로미터 이하이고, 기공도가 5% 이상 95% 이하일 수 있다. 기공 크기가 0.01 마이크로미터 이상이고, 기공도가 5% 이상이어야 양성자 이동 통로의 역할을 수행하기에 바람직하고, 기공 크기가 50 마이크로미터 이하, 기공도가 95% 이하이어야 기계적인 물성을 유지하기에 바람직하다. The pores of the porous substrate may have a cross-sectional diameter of 0.01 to 50 micrometers and a porosity of 5 to 95%. The pore size should be 0.01 micrometer or more and the porosity should be 5% or more for the purpose of performing the role of the proton transport path. The pore size should be 50 micrometers or less and the porosity should be 95% or less to maintain the mechanical properties desirable.

상기 기공의 형태는 다공성 기재의 한 면에서 타면으로 연결된 통로가 형성될 수 있으면 제한되지 않는다. 예를 들어, 단면이 원, 타원, 다각형인 입체 도형 모양의 기공들이 서로 연결되어 다공성 기재의 한 면에서 타면으로 통로가 형성될 수도 있다. 또는 예를 들어, 단면이 원 또는 타원인 원기둥이어서, 원기둥의 상면이 다공성 기재의 한 면에 위치하고, 하면이 다공성 기재의 타면에 위치할 수도 있다. The shape of the pores is not limited as long as a passage communicating from one surface of the porous substrate to another surface can be formed. For example, pores of a three-dimensional shape having a circle, an ellipse, and a polygonal cross-section may be connected to each other to form a passage from one surface of the porous substrate to the other surface. Alternatively, for example, the top surface of the cylinder may be located on one side of the porous substrate and the bottom surface may be located on the other side of the porous substrate, since the cross section is a circular or elliptical cylinder.

본 명세서에서 기공의 단면 직경이란, 어느 하나의 기공에서 다공성 기재의 두께 방향과 수직인 단면의 지름 중 가장 큰 지름을 의미한다. In the present specification, the cross-sectional diameter of the pores means the largest diameter of the cross-section perpendicular to the thickness direction of the porous substrate in any one pore.

상기 기공에 이온 전달 수지가 채워지면 이온 전달 수지를 통해 양성자 이동 통로가 형성될 수 있다. 따라서, 이온 전달 수지가 기공에 채워지는 비율이 높을수록 양성자 전도도가 우수하다. When the pores are filled with the ion transfer resin, a proton transfer path can be formed through the ion transfer resin. Therefore, the higher the ratio of the ion-transfer resin to the pores, the better the proton conductivity.

상기 다공성 기재의 두께는 1 마이크로미터 이상 200 마이크로미터 이하일 수 있다. 두께가 1 마이크로미터 이상이어야 기계적 강도 면에서 바람직하며, 200 마이크로미터 이하이어야 양성자 전도도를 저하시키지 않을 수 있다. The thickness of the porous substrate may be 1 micrometer or greater and 200 micrometer or less. The thickness should preferably be at least 1 micrometer in terms of mechanical strength and less than 200 micrometers in order to prevent proton conductivity from being degraded.

상기 이온 전달 수지는 수소이온 전도성을 가지는 고분자이면 당 분야에 알려진 통상적인 것을 포함할 수 있다. 수소이온 전도성을 가지는 고분자는 측쇄에 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 양이온 교환기를 가지는 고분자일 수 있다. The ion-transfer resin may include those conventionally known in the art if it is a polymer having proton conductivity. The polymer having hydrogen ion conductivity may be a polymer having one or two or more cation-exchange groups selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in the side chain.

구체적으로, 상기 이온 전달 수지는 나피온과 같은 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 술폰화 폴리아릴렌에테르계 고분자, 술폰화 폴리에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리에테르에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리아미드계 고분자, 술폰화 폴리이미드계 고분자, 술폰화 폴리포스파젠계 고분자, 술폰화 폴리스티렌계 고분자 및 방사선 중합된 술폰화 저밀도폴리에틸렌-g-폴리스티렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자를 포함할 수 있다. 상기 고분자의 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있다. Specifically, the ion-transfer resin may be a perfluorosulfonic acid polymer such as Nafion, a hydrocarbon polymer, an aromatic sulfon polymer, an aromatic ketone polymer, a polybenzimidazole polymer, a polystyrene polymer, a polyester polymer, a polyimide Based polymer, polyvinylidene fluoride-based polymer, polyether sulfone-based polymer, polyphenylene sulfide-based polymer, polyphenylene oxide-based polymer, polyphosphazene-based polymer, polyethylene naphthalate-based polymer, polyester- Polybenzimidazole-based polymers, polyether ketone-based polymers, polyphenylquinoxaline-based polymers, polysulfone-based polymers, sulfonated polyarylene ether-based polymers, sulfonated polyether ketone-based polymers, sulfonated polyetheretherketone-based polymers , A sulfonated polyamide-based polymer, a sulfonated polyimide-based polymer, Poly phosphazene may include a polymer, a sulfonated polystyrene-based polymer and a radiation polymerization of a sulfonated polystyrene-based low density polyethylene -g- polymer one or more polymers selected from the group consisting of. Alternating copolymers, random copolymers, block copolymers, multi-block copolymers or graft copolymers of the above polymers.

상기 이온 전달 수지 용액은 상기 이온 전달 수지와 용매의 혼합물일 수 있다. 상기 이온 전달 수지 용액을 다공성 기재의 기공에 채운 후에 건조하면 용매는 제거되고, 이온 전달 수지만 기공에 남게 된다. The ion transfer resin solution may be a mixture of the ion transfer resin and a solvent. When the ion transfer resin solution is filled in the pores of the porous substrate and dried, the solvent is removed and only the ion transfer resin remains in the pores.

이때 용매는 상기 이온 전달 수지와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 혼합이 균일하게 이루어질 수 있으며, 이후 용매를 용이하게 제거할 수 있기 때문이다. 구체적으로, N,N'-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide: DMAc), 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide: DMSO), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide: DMF)아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합물을 용매로 사용할 수 있다.At this time, the solvent has a solubility index similar to that of the ion-transfer resin, and preferably has a low boiling point. This is because the mixing can be made uniform and then the solvent can be easily removed. Specifically, a solvent such as N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF) acetone ), Tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclo Cyclohexane, water or a mixture thereof may be used as a solvent.

상기 이온 전달 수지 용액의 점도는 10 Poise 이상 2,000 Poise 이하일 수 있다. 10 Poise 이상이어야 다공성 기재 내에 이온 전달 수지의 함침이 제대로 이루어질 수 있고, 2,000 Poise 이하이어야 다공성 기재의 표면에 이온 전달 수지를 균일하게 코팅할 수 있다. The viscosity of the ion-transfer resin solution may be 10 Poise or more and 2,000 Poise or less. 10 Poise or more, the impregnation of the ion-transfer resin can be properly performed in the porous substrate, and the ion-transfer resin can be uniformly coated on the surface of the porous substrate at a viscosity of 2,000 poise or less.

본 출원의 제조방법 중 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(S20)를 설명하면 하기와 같다. (S20) of forming a coating layer containing an ion-transfer resin on both surfaces of a porous substrate by a die coating method in the manufacturing method of the present application will be described.

상기 코팅층을 형성하는 단계(S20)는, 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 어느 한 면에 이온 전달 수지 용액을 코팅하여 제1 코팅층을 형성하고, 다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 타 면에 이온 전달 수지 용액을 코팅하여 제2 코팅층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 코팅층을 형성하는 단계(S20) 이후에, 건조하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제1 코팅층을 형성하고, 제2 코팅층을 형성한 이후에, 상기 코팅층이 형성된 다공성 기재를 건조할(S30) 수 있다.The step of forming the coating layer (S20) may include forming a first coating layer by coating an ion-transporting resin solution on one surface of the porous substrate with a die coating method, To form a second coating layer. The method may further include a drying step (S30) after forming the coating layer (S20). In this case, after forming the first coating layer and forming the second coating layer, the porous layer The substrate may be dried (S30).

또는 제1 코팅층을 형성하고, 제1 코팅층이 형성된 다공성 기재를 건조하고(S30), 제2 코팅층을 형성하고, 제2 코팅층이 형성된 다공성 기재를 건조할(S30) 수도 있다. Alternatively, the porous substrate on which the first coating layer is formed may be dried (S30), the second coating layer may be formed, and the porous substrate on which the second coating layer is formed may be dried (S30).

상기 코팅층의 두께는 각각 구체적으로 0.1 마이크로미터 이상, 더욱 구체적으로 1 마이크로미터 이상, 구체적으로 10 마이크로미터 이하, 더욱 구체적으로 5 마이크로미터 이하일 수 있다. 0.1 마이크로미터 이상이어야 분리막의 표면을 고르게 유지할 수 있고, 우수한 양성자 전도도를 유지할 수 있다. 또한, 10 마이크로미터 이하이어야 코팅층에 의해 기계적 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. The thickness of the coating layer may be specifically 0.1 micrometer or more, more specifically 1 micrometer or more, specifically 10 micrometer or less, more specifically 5 micrometer or less. The thickness of the separator should be 0.1 micrometer or more so that the surface of the separator can be uniformly maintained and excellent proton conductivity can be maintained. In addition, it should be 10 micrometers or less to prevent the mechanical strength from being lowered by the coating layer.

본 출원의 제조방법 중 다공성 기재를 건조하는 단계(S30)는, 80 ℃이상 250 ℃이하의 온도에서 5분 이상, 더욱 구체적으로 1시간 이상, 24시간 이하 동안 건조하여 수행할 수 있다. The step (S30) of drying the porous substrate in the manufacturing method of the present application can be performed by drying at a temperature of 80 ° C or more and 250 ° C or less for 5 minutes or more, more specifically 1 hour or more and 24 hours or less.

상기 제조방법에서 분리막은 레덕스 플로우 전지용 또는 연료전지용 분리막이다.In the above production method, the separation membrane is a redox flow cell or a separation membrane for a fuel cell.

본 출원의 제조방법에 따라 제조한 분리막은 기공에 이온 전달 수지가 채워진(filling) 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 양 표면에 구비되고, 이온 전달 수지로 이루어지는 코팅층을 포함할 수 있다. The separation membrane manufactured according to the manufacturing method of the present application is a porous substrate filled with pores of an ion transfer resin; And a coating layer provided on both surfaces of the porous substrate, the coating layer being made of an ion-transfer resin.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막의 기계적 강도는 3 N/cm2 이상 100 N/cm2 이하일 수 있다. 3 N/cm2 이상이어야 딥코팅 및 다이 코팅 공정 중에 다공성 기재의 변형을 방지할 수 있고, 100 N/cm2 이하이어야 다공성 기재 내에 이온 전달 수지가 제대로 함침될 수 있다. 이때, 기계적 강도는 다공성 기재의 인장 강도를 측정하여 확인할 수 있다. The mechanical strength of the separator according to one embodiment of the present application can be from 3 N / cm 2 to 100 N / cm 2 . It should be at least 3 N / cm 2 to prevent deformation of the porous substrate during the dip coating and die coating process, and the ion-transfer resin may be impregnated properly in the porous substrate within 100 N / cm 2 . At this time, the mechanical strength can be confirmed by measuring the tensile strength of the porous substrate.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막의 표면 거칠기는 1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하일 수 있다. 1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하인 것이 바람직하다. 이때의 표면 거칠기는 코팅층의 두께를 측정하여 확인할 수 있다. The surface roughness of the separator according to one embodiment of the present application may be 1 micrometer or more and 10 micrometer or less. And it is preferably not less than 1 micrometer and not more than 10 micrometers. The surface roughness can be confirmed by measuring the thickness of the coating layer.

상기 분리막은 레덕스 플로우 전지용 또는 연료전지용 분리막이다.The separation membrane is a separation membrane for a redox flow cell or a fuel cell.

상기 분리막이 레덕스 플로우 전지에 적용되면 양극 전해질과 음극 전해질이 서로 분리되어 전해액간의 혼합이 방지될 수 있고, 양성자 전달만 일어날 수 있다. When the separation membrane is applied to a redox flow cell, the anode electrolyte and the cathode electrolyte may be separated from each other to prevent mixing of electrolytes, and only proton transfer may occur.

본 출원의 하나의 실시 상태에 따른 분리막을 도 1에 나타내었다. 도 1에서 (a)는 분리막 제조 전의 다공성 기재를 나타낸 것이고, (b)는 제조된 분리막을 나타낸 것이다. 도 1에서 도면 부호 100은 기공을 포함하는 다공성 기재이고, 도면 부호 110은 다공성 기재이며, 도면 부호 120은 기공이다. 또한 도면 부호 140은 이온 전달 수지이고, 도면 부호 200은 분리막이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지가 채워져 있고, 다공성 기재의 양면에 이온 전달 수지로 이루어진 코팅층이 형성되어 있다. A separation membrane according to one embodiment of the present application is shown in Fig. 1 (a) shows the porous substrate before the separation membrane production, and (b) shows the separation membrane produced. 1, reference numeral 100 denotes a porous substrate including pores, reference numeral 110 denotes a porous substrate, and reference numeral 120 denotes pores. Reference numeral 140 denotes an ion-transfer resin, and reference numeral 200 denotes a separation membrane. Referring to FIG. 1, pores of a porous substrate are filled with an ion-transfer resin, and coating layers made of an ion-transfer resin are formed on both surfaces of the porous substrate.

본 출원의 하나의 실시상태는, 상기 분리막의 제조장치를 제공한다. One embodiment of the present application provides an apparatus for producing the separation membrane.

도 2와 도 3은 본 출원의 하나의 실시상태에 따른 분리막의 제조장치를 나타낸 것이다. 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면, 분리막의 제조장치(300)는 다공성 기재를 공급하는 공급롤(310); 다공성 기재를 이온 전달 수지 용액에 담그기 위한 딥핑부(320); 다공성 기재의 한 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제1 코팅부(330); 다공성 기재의 타 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제2 코팅부(340); 다공성 기재를 건조하기 위한 건조기(350); 및 다공성 기재의 한 면에 접촉되면서 마찰력에 의해 다공성 기재를 이동시키는 회전 롤러(360)를 포함한다. 2 and 3 show an apparatus for producing a separation membrane according to one embodiment of the present application. Referring to FIGS. 2 and 3, the separation membrane production apparatus 300 includes a supply roll 310 for supplying a porous substrate; A dipping portion 320 for immersing the porous substrate in the ion transfer resin solution; A first coating portion 330 for forming a coating layer including an ion-transfer resin on one side of the porous substrate; A second coating portion 340 for forming a coating layer including an ion-transfer resin on the other surface of the porous substrate; A dryer (350) for drying the porous substrate; And a rotating roller 360 for moving the porous substrate by frictional force while being in contact with one side of the porous substrate.

상기 분리막의 제조장치(300)는 딥핑부(320)와 제1 코팅부(330), 제2 코팅부(340)의 순서가 바뀌어 구성될 수도 있다. The apparatus 300 for manufacturing a separation membrane may be constructed by changing the order of the dipping portion 320, the first coating portion 330, and the second coating portion 340.

상기 분리막의 제조장치(300)는 딥핑부(320)와 제1 코팅부(330) 사이에 건조기(350)가 더 구비될 수도 있고, 제1 코팅부(330)와 제2 코팅부(340) 사이에 건조기가(350) 더 구비될 수도 있다.The apparatus 300 for manufacturing a separation membrane may further include a dryer 350 between the dipping portion 320 and the first coating portion 330 and may include a first coating portion 330 and a second coating portion 340, A dryer 350 may be further provided.

상기 제조장치(300)는 제조된 분리막을 감을 수 있는 권취부(370)를 더 포함할 수 있다. The manufacturing apparatus 300 may further include a winding unit 370 wound around the manufactured separation membrane.

상기 제조장치(300)를 설명하면, 다공성 기재(110)가 공급롤(310)으로부터 도입되어 회전 롤러(370)에 의해 다공성 기재를 이온 전달 수지 용액(160)에 담그기 위한 딥핑부(320)로 이동하면서 다공성 기재의 기공(120)에 이온 전달 수지 용액(160)이 채워진다. 그리고, 회전 롤러(360)에 의해 이동하면서 제1 코팅부(330)에서 다공성 기재의 상면에 이온 전달 수지(140)를 포함하는 제1 코팅층이 형성되고, 제2 코팅부(340)에서 다공성 기재의 하면에 이온 전달 수지(140)를 포함하는 제2 코팅층이 형성된다. 그리고 나서, 회전 롤러(360)에 의해 건조기(350)로 이동되어 분리막(200)이 제조된다. 제조된 분리막(200)은 회전 롤러(360)에 따라 권취부(370)로 이동하여 감길 수 있다. The manufacturing apparatus 300 includes a dipping unit 320 for introducing the porous substrate 110 from the supply roll 310 and immersing the porous substrate in the ion transfer resin solution 160 by a rotating roller 370 The pores 120 of the porous substrate are filled with the ion-transfer resin solution 160 while moving. A first coating layer including the ion transfer resin 140 is formed on the upper surface of the porous substrate in the first coating portion 330 while being moved by the rotating roller 360. In the second coating portion 340, A second coating layer including the ion-transfer resin 140 is formed on the lower surface of the substrate. Then, the film is moved to the dryer 350 by the rotating roller 360 to produce the separation membrane 200. The manufactured separation membrane 200 may be moved to the winding unit 370 by the rotating roller 360 and wound.

본 출원의 하나의 실시상태는, 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 상기 분리막을 포함하는 레덕스 플로우 전지 또는 연료전지를 제공한다. One embodiment of the present application includes a cathode; Anode; And a separation membrane positioned between the cathode and the anode.

레덕스 플로우 전지(산화-환원 흐름 전지: Redox Flow Battery)는 전해액에 포함되어 있는 활성물질이 산화-환원되어 충전-방전되는 시스템으로 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 레덕스 플로우 전지는 산화 상태가 다른 활성물질을 포함하는 전해액이 이온교환막을 사이에 두고 만날 때 전자를 주고받아 충전과 방전이 되는 원리를 이용한다. Redox Flow Battery (Redox Flow Battery) is a system in which an active substance contained in an electrolyte is oxidized-reduced to be charged and discharged. An electrochemical storage device that stores chemical energy of an active material directly as electric energy to be. A redox flow battery utilizes the principle of charging and discharging electrons by receiving electrons when an electrolyte containing an active material having a different oxidation state meets the ion exchange membrane.

상기 레덕스 플로우 전지는 전해질로서, 캐소드 전해질과 애노드 전해질을 포함할 수 있다.The redox flow cell may include, as an electrolyte, a cathode electrolyte and an anode electrolyte.

일반적으로 레덕스 플로우 전지는 캐소드, 캐소드 전해질을 포함하는 캐소드 셀, 애노드와 애노드 전해질을 포함하는 애노드 셀 및 상기 캐소드 셀과 애노드 셀 사이에 위치하는 분리막을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 캐소드 셀과 애노드 셀, 분리막으로 이루어지는 단위 셀을 바이폴라 플레이트를 이용하여 다수 적층하여 구성될 수도 있다. In general, a redox flow cell may include a cathode, a cathode cell including a cathode electrolyte, an anode cell including an anode and an anode electrolyte, and a separator disposed between the cathode cell and the anode cell. Here, a plurality of unit cells including a cathode cell, an anode cell, and a separation membrane may be stacked using a bipolar plate.

또한, 상기 레덕스 플로우 전지는 캐소드 셀과 애노드 셀 각각과 연결된 전해질 탱크를 더 포함할 수 있고, 상기 전해질을 순환시키기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.The redox flow battery may further include an electrolyte tank connected to the cathode cell and the anode cell, respectively, and may further include a pump for circulating the electrolyte.

상기 캐소드 전해질과 애노드 전해질은 레독스 커플 및 전해액을 포함할 수 있다. The cathode electrolyte and the anode electrolyte may include a redox couple and an electrolytic solution.

상기 캐소드 전해질과 애노드 전해질은 전도성 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 전도성 물질은 카본, 그라파이트 또는 TiO2일 수 있다.The cathode electrolyte and the anode electrolyte may further include a conductive material, and the conductive material may be carbon, graphite, or TiO 2 .

상기 캐소드 전해질과 애노드 전해질은 전해액을 포함하며, 상기 전해액은 수계 전해액, 비수계 전해액, 이온성 액체 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The cathode electrolyte and the anode electrolyte include an electrolyte, and the electrolyte may be an aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, or a mixture thereof.

상기 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치로서, 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식으로 작동된다. 상기 연료전지는 구체적으로 고분자전해질형 연료전지(PEMFC)일 수 있다. 고분자전해질형 연료전지는 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 애노드(산화극) 및 캐소드(환원극)가 도포되어 있는 구조의 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)를 단위 구조로 하는 연료 전지이다. 막-전극 접합체(MEA)는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로써 산화극에서는 연료인 수소 또는 메탄올이 공급되어 수소의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+)과 전자를 발생시키며, 환원극에서는 고분자 전해질막을 통과한 수소 이온과 산소가 결합하여 산소의 환원 반응에 의해 물이 생성된다.The fuel cell is an energy conversion device that converts the chemical energy of the fuel directly into electrical energy. The fuel cell operates using a fuel gas and an oxidizing agent, and operates in a power generation mode in which electric power is generated using electrons generated during the redox reaction. The fuel cell may be a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC). The polymer electrolyte fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA) having a structure in which an anode (oxidizing electrode) and a cathode (reducing electrode) are coated on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer material as a unit cell, to be. The membrane-electrode assembly (MEA) is a part where hydrogen and oxygen are electrochemically reacted. In the oxidizing electrode, hydrogen or methanol, which is a fuel, is supplied to cause oxidation reaction of hydrogen to generate hydrogen ions (H + ) and electrons. , Hydrogen ions and oxygen that have passed through the polymer electrolyte membrane are combined with each other to generate water by the reduction reaction of oxygen.

본 출원에 따른 분리막을 상기 연료전지의 전해질 막으로서 사용되므로 별도의 전해질을 포함하지 않을 수 있다. Since the separator according to the present application is used as an electrolyte membrane of the fuel cell, it may not include a separate electrolyte.

본 출원의 분리막을 적용시에 상기 막 전극 접합체는 기계적 강도가 크게 향상되어 내구성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 수소이온 전도성도 우수하다. When the separator of the present application is applied, the membrane electrode assembly has an advantage that the mechanical strength is greatly improved and the durability is excellent. Also, the hydrogen ion conductivity is excellent.

막 전극 접합체는 애노드의 촉매층과 캐소드의 촉매층이 분리막에 접촉하도록 하는 형태로서, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 상기 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 분리막을 밀착시킨 상태에서 100℃ 내지 400℃로 열압착하여 제조될 수 있다. 또 다른 예로, 전극 촉매용 잉크를 전해질 막 상에 직접 코팅하는 방법으로 캐소드 또는 애노드가 제조될 수 있다. The membrane electrode assembly may be manufactured by a conventional method known to those skilled in the art, such that the catalyst layer of the anode and the catalyst layer of the cathode are in contact with the separator. For example, the cathode; Anode; And a separator located between the cathode and the anode in close contact with each other at a temperature of 100 ° C to 400 ° C. As another example, a cathode or an anode may be produced by directly coating an ink for an electrode catalyst on an electrolyte membrane.

이하, 본 출원을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 출원에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 출원의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 출원을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples and comparative examples in order to specifically explain the present application. However, the embodiments according to the present application can be modified into various other forms, and the scope of the present application is not construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present application are provided to more fully describe the present application to those of ordinary skill in the art.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

술폰화된 탄화수소계 고분자인 이온 전달 수지 용액(점도 500cPs, IEC 1.5)을 기공도가 60%인 폴리프로필렌으로 이루어진 부직포의 기공에 딥 코팅 방법으로 채우고, 스크류 및 롤러로 부직포의 표면을 고르게 한 후 1차 건조를 하였다. 그후 슬롯 다이를 두 번 통과시켜 부직포의 상면과 하면을 이온 전달 수지 용액으로 각각 5 마이크로미터 두께로 코팅한 후 건조하였다. 이때의 표면의 거칠기는 분리막 두께의 편차로 측정하였으며, ±5마이크로미터이었고, 분리막의 이온 전도도는 0.15 S/cm 이었다. An ion-transfer resin solution (viscosity 500 cPs, IEC 1.5), which is a sulfonated hydrocarbon-based polymer, was filled into the pores of a nonwoven fabric made of polypropylene having a porosity of 60% by dip coating method and the surface of the nonwoven fabric was smoothened with a screw and roller Primary drying. Thereafter, the upper and lower surfaces of the nonwoven fabric were each coated with an ion-transfer resin solution to a thickness of 5 μm and then dried. At this time, the roughness of the surface was measured by deviation of the membrane thickness, and was ± 5 micrometers. The ionic conductivity of the membrane was 0.15 S / cm.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

술폰화된 탄화수소계 고분자인 이온 전달 수지 용액(점도 500cPs, IEC 1.5)을 기공도가 60%인 폴리프로필렌으로 이루어진 부직포의 기공에 딥 코팅 방법으로 채우고, 스크류 및 롤러로 부직포의 표면을 고르게 한 후 건조를 하였다. 이때의 표면의 거칠기는 분리막 두께의 편차로 측정하였으며, ±10마이크로미터이었고, 분리막의 이온 전도도는 0.15 S/cm 이었다. An ion-transfer resin solution (viscosity 500 cPs, IEC 1.5), which is a sulfonated hydrocarbon-based polymer, was filled into the pores of a nonwoven fabric made of polypropylene having a porosity of 60% by dip coating method and the surface of the nonwoven fabric was smoothened with a screw and roller And dried. At this time, the roughness of the surface was measured by a deviation of the membrane thickness, and was ± 10 micrometers. The ionic conductivity of the membrane was 0.15 S / cm.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

기공도가 60%인 폴리프로필렌으로 이루어진 부직포를 슬롯 다이에 두 번 통과시켜 부직포의 상면과 하면을 술폰화된 탄화수소계 고분자인 이온 전달 수지 용액(점도 500cPs, IEC 1.5)으로 각각 5 마이크로미터 두께로 코팅한 후 건조하였다. 이때의 표면의 거칠기는 분리막 두께의 편차로 측정하였으며, ±5마이크로미터이었고, 분리막의 이온 전도도는 0.05 S/cm 이었다. The nonwoven fabric made of polypropylene having a porosity of 60% was passed twice through the slot die, and the upper and lower surfaces of the nonwoven fabric were each immersed in an ion-transfer resin solution (viscosity 500 cPs, IEC 1.5), which is a sulfonated hydrocarbon- Coated and then dried. At this time, the roughness of the surface was measured by the deviation of the membrane thickness, and it was ± 5 micrometers, and the ionic conductivity of the membrane was 0.05 S / cm.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 설명하였으나, 본 출원은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 출원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

100: 기공을 포함하는 다공성 기재
110: 다공성 기재
120: 기공
140: 이온 전달 수지
160: 이온 전달 수지 용액
200: 분리막
300: 분리막의 제조 장치
310: 공급부
320: 딥핑부
330: 제1 코팅부
340: 제2 코팅부
350: 건조기
360: 회전 롤러
370: 권취부
100: Porous substrate containing pores
110: Porous substrate
120: Groundwork
140: ion transfer resin
160: ion transfer resin solution
200: separator
300: Separation membrane manufacturing apparatus
310:
320: Deep ping
330: first coating part
340: Second coating part
350: dryer
360: rotating roller
370:

Claims (23)

딥 코팅 방법으로 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지 용액을 채우는 단계;
다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 양 표면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 기재를 건조하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법.
Filling the pores of the porous substrate with an ion-transfer resin solution by a dip coating method;
Forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on both surfaces of the porous substrate by a die coating method; And
And drying the porous substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 기재의 기공에 이온 전달 수지를 채우는 단계는,
다공성 기재의 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of filling the pores of the porous substrate with the ion-
&Lt; / RTI &gt; further comprising the step of planarizing the surface of the porous substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계는,
다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 어느 한 면에 이온 전달 수지 용액을 코팅하여 제1 코팅층을 형성하고,
다이 코팅 방법으로 다공성 기재의 타 면에 이온 전달 수지 용액을 코팅하여 제2 코팅층을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the forming of the coating layer comprises:
A first coating layer is formed by coating an ion-transfer resin solution on one surface of a porous substrate by a die coating method,
And coating the ion transport resin solution on the other surface of the porous substrate by a die coating method to form a second coating layer.
청구항 1에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 0.1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the coating layer is 0.1 micrometer or more and 10 micrometer or less.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 기재는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene), 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The porous substrate may be one or more of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene tererephthalate, polyethylene terephthalate But are not limited to, polyethyleneterephthalates, polybutyleneterephthalates, polyesters, polyacetals, polyamides, polycarbonates, polyimides, polyetheretherketones, ), Polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfrode and polyethylenenaphthalene. The polyolefin resin according to any one of claims 1 to 5, (2).
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 기재의 기공은 단면 직경이 0.01마이크로미터 이상 50마이크로미터 이하이고, 기공도가 5% 이상 95% 이하인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pores of the porous substrate have a cross-sectional diameter of 0.01 to 50 micrometers and a porosity of 5 to 95%.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 기재의 두께는 1 마이크로미터 이상 200 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the porous substrate has a thickness of 1 micrometer or more and 200 micrometers or less.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 전달 수지는 측쇄에 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 양이온 교환기를 가지는 고분자인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ion-transfer resin is a polymer having one or two or more cation-exchange groups selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in a side chain.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 전달 수지는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 술폰화 폴리아릴렌에테르계 고분자, 술폰화 폴리에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리에테르에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리아미드계 고분자, 술폰화 폴리이미드계 고분자, 술폰화 폴리포스파젠계 고분자, 술폰화 폴리스티렌계 고분자 및 방사선 중합된 술폰화 저밀도폴리에틸렌-g-폴리스티렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
The ion transfer resin may be at least one selected from the group consisting of perfluorosulfonic acid polymer, hydrocarbon polymer, aromatic sulfon polymer, aromatic ketone polymer, polybenzimidazole polymer, polystyrene polymer, polyester polymer, polyimide polymer, polyvinylidene fluoride Based polymers, polyether sulfone type polymers, polyphenylene sulfide type polymers, polyphenylene oxide type polymers, polyphosphazene type polymers, polyethylene naphthalate type polymers, polyester type polymers, doped polybenzimidazole type polymers, Polyether ketone type polymers, polyphenylquinoxaline type polymers, polysulfone type polymers, sulfonated polyarylene ether type polymers, sulfonated polyether ketone type polymers, sulfonated polyether ether ketone type polymers, sulfonated polyamide type polymers , A sulfonated polyimide-based polymer, a sulfonated polyphosphazene-based polymer, Wherein the polymer is one or two or more polymers selected from the group consisting of sulfonated polystyrene-based polymers and radiation-polymerized sulfonated low density polyethylene-g-polystyrene-based polymers.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 전달 수지 용액의 점도는 10 Poise 이상 2000 Poise 이하인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ion-transfer resin solution has a viscosity of 10 Poise or more and 2000 Poise or less.
청구항 1에 있어서,
상기 분리막은 리덕스 플로우 전지용 또는 연료전지용인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane is for a redox flow cell or a fuel cell.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조한 분리막.A separator produced according to the method of any one of claims 1 to 11. 기공에 이온 전달 수지가 채워진 다공성 기재; 및
상기 다공성 기재의 양 표면에 구비되고, 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 포함하는 분리막.
A porous substrate filled with ion transfer resin in the pores; And
And a coating layer provided on both surfaces of the porous substrate and including an ion-transfer resin.
청구항 13에 있어서,
상기 분리막의 기계적 강도는 3 N/cm2 이상 100 N/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the separation membrane has a mechanical strength of 3 N / cm 2 or more and 100 N / cm 2 or less.
청구항 13에 있어서,
상기 분리막의 표면 거칠기는 1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the separator has a surface roughness of not less than 1 micrometer and not more than 10 micrometers.
청구항 13에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 각각 0.1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the thickness of the coating layer is 0.1 micrometer or more and 10 micrometer or less, respectively.
청구항 13에 있어서,
상기 이온 전달 수지는 측쇄에 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 양이온 교환기를 가지는 고분자인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the ion-transfer resin is a polymer having one or two or more cation-exchange groups selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in a side chain.
청구항 13에 있어서,
상기 다공성 기재는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene), 선형저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene), 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene), 폴리프로필렌테레프탈레이트(polypropyleneterephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
The porous substrate may be one or more of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene tererephthalate, polyethylene terephthalate But are not limited to, polyethyleneterephthalates, polybutyleneterephthalates, polyesters, polyacetals, polyamides, polycarbonates, polyimides, polyetheretherketones, ), Polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfrode and polyethylenenaphthalene. The polyolefin resin according to any one of claims 1 to 5, Membrane.
청구항 13에 있어서,
상기 다공성 기재의 기공은 단면 직경이 0.01 마이크로미터 이상 50 마이크로미터 이하이고, 기공도가 5% 이상 95% 이하인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the pores of the porous substrate have a cross-sectional diameter of 0.01 to 50 micrometers and a porosity of 5 to 95%.
청구항 13에 있어서,
상기 다공성 기재의 두께는 1 마이크로미터 이상 200 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the porous substrate has a thickness of 1 to 200 micrometers.
청구항 13에 있어서,
상기 분리막은 리덕스 플로우 전지용 또는 연료전지용인 것을 특징으로 하는 분리막.
14. The method of claim 13,
Wherein the separation membrane is for a redox flow cell or a fuel cell.
캐소드;
애노드; 및
상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 청구항 13 내지 21 중 어느 한 항의 분리막을 포함하는 리덕스 플로우 전지 또는 연료전지.
Cathode;
Anode; And
A reducting flow cell or fuel cell comprising the separator according to any one of claims 13 to 21 positioned between the cathode and the anode.
다공성 기재를 공급하는 공급롤;
다공성 기재를 이온 전달 수지 용액에 담그기 위한 딥핑부;
다공성 기재의 한 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제1 코팅부;
다공성 기재의 타 면에 이온 전달 수지를 포함하는 코팅층을 형성하기 위한 제2 코팅부;
다공성 기재의 한 면에 접촉되면서 마찰력에 의해 다공성 기재를 이동시키는 회전 롤러; 및
다공성 기재를 건조하기 위한 건조기를 포함하는 분리막의 제조장치.
A supply roll for supplying the porous substrate;
A dipping unit for immersing the porous substrate in the ion-transfer resin solution;
A first coating for forming a coating layer comprising an ion-transfer resin on one side of the porous substrate;
A second coating portion for forming a coating layer including an ion-transfer resin on the other surface of the porous substrate;
A rotating roller for moving the porous substrate by friction force in contact with one surface of the porous substrate; And
And a dryer for drying the porous substrate.
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