KR20170081444A - 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 - Google Patents
고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170081444A KR20170081444A KR1020160000499A KR20160000499A KR20170081444A KR 20170081444 A KR20170081444 A KR 20170081444A KR 1020160000499 A KR1020160000499 A KR 1020160000499A KR 20160000499 A KR20160000499 A KR 20160000499A KR 20170081444 A KR20170081444 A KR 20170081444A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte membrane
- polymer electrolyte
- reference value
- unit
- light transmittance
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 183
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 165
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 94
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 87
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims description 65
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 25
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 23
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 17
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 15
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 15
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 14
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 4,4'-difluorobenzophenone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- -1 4-fluorobenzoyl Chemical group 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPNKRNBPHDNYIB-UHFFFAOYSA-N FC1=CC=C(C(=O)C=2C=C(C=C(C2)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C=2C(=C(C(=C(C2)C(=O)C2=CC=C(C=C2)F)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C2=CC=C(C=C2)F)C=C1 Chemical compound FC1=CC=C(C(=O)C=2C=C(C=C(C2)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C=2C(=C(C(=C(C2)C(=O)C2=CC=C(C=C2)F)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C(C2=CC=C(C=C2)F)=O)C2=CC=C(C=C2)F)C=C1 DPNKRNBPHDNYIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- MYLHDKKILSIAGC-UHFFFAOYSA-N [2-(4-fluorobenzoyl)phenyl]-(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 MYLHDKKILSIAGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 125000004464 hydroxyphenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229920006030 multiblock copolymer Polymers 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- XRBCRPZXSCBRTK-UHFFFAOYSA-N phosphonous acid Chemical compound OPO XRBCRPZXSCBRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920002627 poly(phosphazenes) Polymers 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001470 polyketone Polymers 0.000 description 1
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- VKDSBABHIXQFKH-UHFFFAOYSA-M potassium;4-hydroxy-3-sulfophenolate Chemical compound [K+].OC1=CC=C(O)C(S([O-])(=O)=O)=C1 VKDSBABHIXQFKH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010907 stover Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y02E60/521—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 명세서는 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치에 관한 것이다.
전력 저장 기술은 전력 이용의 효율화, 전력 공급 시스템의 능력이나 신뢰성 향상, 시간에 따라 변동 폭이 큰 신재생 에너지의 도입 확대, 이동체의 에너지 회생 등 에너지 전체에 걸쳐 효율적 이용을 위해 중요한 기술이며 그 발전 가능성 및 사회적 기여에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.
마이크로 그리드와 같은 반 자율적인 지역 전력 공급 시스템의 수급 균형의 조정 및 풍력이나 태양광 발전과 같은 신재생 에너지 발전의 불균일한 출력을 적절히 분배하고, 기존 전력 계통과의 차이에서 발생하는 전압 및 주파수 변동 등의 영향을 제어하기 위해서, 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 분야에서 이차 전지의 활용도에 대한 기대치가 높아지고 있다.
대용량 전력 저장용으로 사용될 이차 전지에 요구되는 특성을 살펴보면 에너지 저장 밀도가 높아야 하며 이러한 특성에 가장 적합한 고용량 및 고효율의 2차 전지로서 흐름 전지도 각광받고 있다.
대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목받고 있다.
연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.
이러한 이차 전지 및 연료 전지에는 애노드와 캐소드를 구획하고 음이온 또는 양이온이 통하는 매개체로서 고분자 전해질막이 사용되며, 이들 전지의 성능 및 수명에 있어서, 고품질의 고분자 전해질막을 제조하고 평가하는 것이 필요하다.
본 명세서는 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치를 제공하고자 한다.
본 명세서는 1) 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 준비하는 단계; 2) 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 통기도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계; 및 3) 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 광투과도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함하는 고분자 전해질막의 평가방법을 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
또한, 본 명세서는 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 공급하는 고분자 전해질막 제공부; 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 통기도를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값을 통기도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제1 분석부를 포함하는 제1 유닛; 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 광투과도를 측정하는 제2 측정부, 및 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값을 광투과도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제2 분석부를 포함하는 제2 유닛; 상기 제1 유닛 또는 제2 유닛에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 불량 회수부; 및 상기 제1 유닛 및 제2 유닛에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 양호 회수부를 포함하는 고분자 전해질막의 평가장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라 전지의 성능을 예측하여 고분자 전해질막을 쉽게 평가할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 평가방법에 의해 고분자 전해질막 제조공정과 연속 또는 동시에 고분자 전해질막의 품질을 판단할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 고분자 전해질 막의 품질 평가를 위한 무기 입자 크기에 따른 통기도 및 광투과도 기준을 나타내는 순서도이다.
도 2는 실시예 1을 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 통기도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1을 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 광투과도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 2를 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 통기도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2를 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 광투과도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 명세서에 따른 고분자 전해질막의 평가장치를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1을 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 통기도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1을 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 광투과도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 2를 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 통기도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2를 통해 제조된 탄화수소계 복합 전해질막의 광투과도 수치와 개회로 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 명세서에 따른 고분자 전해질막의 평가장치를 나타낸 것이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 1) 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 준비하는 단계; 2) 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 통기도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계; 및 3) 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 광투과도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함하는 고분자 전해질막의 평가방법을 제공한다.
상기 고분자 전해질막의 평가방법은 1) 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고분자 전해질막은 양이온 또는 음이온이 통하는 매개체이며, 이차 전지에서는 양 전극의 전해액을 분리하고, 연료 전지에서는 공기와 연료 가스를 분리하는 분리막의 역할을 한다. 전해질막의 양이온 또는 음이온의 이동도가 높을수록 전지의 성능이 높아진다.
본 명세서의 일 실시상태에서, 상기 고분자 전해질막을 형성하는 고분자 전해질 조성물은 용매 및 고분자를 포함할 수 있다.
상기 고분자는 불소계 고분자, 부분불소계 고분자 및 탄화수소계 중합체일 수 있으며, 바람직하게는 1 이상의 탄화수소계 중합체를 포함할 수 있다. 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 고분자는 술포네이티드 폴리 에테르에테르키톤, 술포네이티드 폴리키톤, 술포네이티드 폴리(페닐렌 옥사이드), 술포네이티드 폴리(페닐렌 술파이드), 술포네이티드 폴리술폰, 술포네이티드 폴리카보네이트, 술포네이티드 폴리스티렌, 술포네이티드 폴리이미드, 술포네이티드 폴리퀴녹살린, 술포네이티드 (포스포네이티드) 폴리포스파젠 및 술포네이티드 폴리벤즈이미다졸 중에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
고분자의 함량은 적용하고자 하는 연료전지용 전해질막에 요구되는 적정한 IEC (ion exchange capacity) 값에 따라 조절될 수 있다. 연료전지용 분리막 제조를 위한 고분자 합성의 경우, IEC (ion exchange capacity) meq./g = mmol/g의 값을 계산하여 고분자를 디자인할 수 있다. 필요에 따라 다르지만, 0.5 ≤ IEC ≤ 3 의 범위 내가 되도록 고분자 함량을 선택할 수 있다.
상기 고분자는 중량평균분자량이 수만에서 수백만일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자의 중량평균분자량은 1만에서 100만 내에서 선택될 수 있다.
상기 용매는 고분자와 반응하여 고분자를 용해시킬 수 있는 물질이면 크게 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.
상기 고분자 전해질 조성물을 이용하여 고분자 전해질막을 형성하는 방법은 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 고분자 전해질 조성물을 이용하여 캐스팅법으로 전해질막을 형성하거나, 다공성 지지체에 상기 고분자 전해질 조성물을 함침시켜 형성할 수 있다.
상기 고분자 전해질막의 성능을 증가시키거나 상기 고분자 전해질막에 목표 성질을 부가하기 위해 상기 고분자 전해질막 내에 무기 입자를 포함시킬 수 있으며, 본 명세서는 이렇게 무기 입자를 포함하고 있는 고분자 전해질막의 불량여부를 판단하는 평가방법을 제공한다.
상기 무기 입자는 고분자 전해질막의 성능을 증가시키거나 상기 고분자 전해질막에 목표 성질을 부가하기 위한 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 무기 입자는 금속입자 및 세라믹입자일 수 있으며, 구체적으로, 은, 백금, 실리카, 알루미나, 티타늄 및 지올라이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자의 직경은 1nm 이상 5㎛ 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 직경은 표면의 두 점을 잇는 선분 중 가장 긴 선분의 길이를 의미한다.
상기 고분자 전해질막의 평가방법은 2) 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 통기도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 2) 단계는, 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 통기도는 기체를 고분자 전해질막의 표면에 분사하여 100cc의 기체가 고분자 전해질막을 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 나타낸다. 구체적으로, 고분자 전해질막의 샘플면적은 지름 3cm의 원이며, 상기 샘플면적에 질소와 공기가 섞인 가스를 분사하여 100cc의 가스가 샘플면적을 통과하는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다.
상기 통기도의 기준값은 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 통기도의 기준값은 50,000s/100cc일 수 있다.
상기 통기도의 기준값이 50,000s/100cc인 경우, 상기 2) 단계는, 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 50,000s/100cc와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 50,000s/100cc를 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 고분자 전해질막의 평가방법은 3) 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 광투과도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 3) 단계는, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 광투과도는 고분자 전해질막 상에 광원을 조사하여 고분자 전해질막을 투과하는 광량을 측정하여 나타낸다.
상기 광투과도를 측정하는 광원은 특별히 한정하지 않으나, 500nm 이상의 파장을 포함하는 광원일 수 있으며, 500nm 이상의 파장을 갖는 단파장의 광원일 수 있고, 예를 들면 625nm의 파장을 갖는 광원일 수 있다.
상기 광투과도의 기준값은 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 광투과도의 기준값은 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 80% 또는 40%일 수 있다.
상기 광투과도의 기준값이 80%인 경우, 상기 3) 단계는, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 80%와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 80%를 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 광투과도의 기준값이 40%인 경우, 상기 3) 단계는, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 40%와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 40%를 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 2) 단계와 3) 단계의 순서는 2) 단계 후 3) 단계를 수행하거나, 3) 단계 후 2) 단계를 수행할 수 있다.
상기 2) 단계와 3) 단계의 수행 순서와 상관없이, 상기 2) 단계와 3) 단계에서 모두 양호 판정을 받은 고분자 전해질막만이 최종적으로 양호 판정을 받을 수 있으며, 상기 2) 단계와 3) 단계의 수행 순서와 상관없이, 상기 2) 단계와 3) 단계 중 어느 한 단계에서라도 불량 판정을 받는 경우 최종적으로 불량 판정을 받을 수 있다.
상기 2) 단계 전에, 상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값과 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경을 비교하여, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값은 50nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 2) 단계 전에, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하고, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc일 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 80%일 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc이고, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 80%일 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc일 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 40%일 수 있다.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc이고, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 40%일 수 있다.
본 명세서는 상기 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 명세서는 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 공급하는 고분자 전해질막 제공부; 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 통기도를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값을 통기도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제1 분석부를 포함하는 제1 유닛; 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 광투과도를 측정하는 제2 측정부, 및 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값을 광투과도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제2 분석부를 포함하는 제2 유닛; 상기 제1 유닛 또는 제2 유닛에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 불량 회수부; 및 상기 제1 유닛 및 제2 유닛에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 양호 회수부를 포함하는 고분자 전해질막의 평가장치를 제공한다.
상기 고분자 전해질막의 평가장치의 제조방법은 고분자 전해질막의 평가방법에 대하여 상술한 바를 인용할 수 있다.
상기 고분자 전해질막 제공부는 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 공급할 수 있다. 상기 고분자 전해질막 제공부의 고분자 전해질막의 공급방법은 특별히 한정하지 않으나, 측정대상이 고분자 전해질막의 형태에 따라 선택될 수 있다.
상기 고분자 전해질막이 판 상으로 나누어져 있는 경우 레일을 통해 이동되도록 공급할 수 있으며, 상기 고분자 전해질막이 롤형태로 감겨 있다면 상기 고분자 전해질막 제공부는 고분자 전해질막이 감긴 롤을 풀어서 공급하는 고분자 전해질막 권출롤일 수 있다.
상기 제1 유닛은 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 통기도를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값을 통기도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제1 분석부를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정부는 공급된 고분자 전해질막의 표면에 기체를 분사하여 100cc의 기체가 고분자 전해질막을 통과하는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 측정부는 지름 3cm의 원의 고분자 전해질막의 샘플면적에 질소와 공기가 섞인 가스를 분사하여 100cc의 가스가 샘플면적을 통과하는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다.
상기 제1 분석부는, 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단할 수 있다.
상기 통기도의 기준값은 공급된 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 통기도의 기준값은 50,000s/100cc일 수 있다.
상기 제1 분석부는, 상기 통기도의 기준값이 50,000s/100cc인 경우, 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 50,000s/100cc와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 50,000s/100cc를 초과한다면 양호하다고 판단할 수 있다.
상기 제2 유닛은 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 광투과도를 측정하는 제2 측정부, 및 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값을 광투과도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제2 분석부를 포함할 수 있다.
상기 제2 측정부는 고분자 전해질막 상에 광원을 조사하여 고분자 전해질막을 투과하는 광량을 측정할 수 있다.
상기 광투과도를 측정하는 광원은 특별히 한정하지 않으나, 500nm 이상의 파장을 포함하는 광원일 수 있으며, 500nm 이상의 파장을 갖는 단파장의 광원일 수 있고, 예를 들면 650nm의 파장을 갖는 광원일 수 있다.
상기 제2 분석부는, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단할 수 있다.
상기 광투과도의 기준값은 공급된 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 광투과도의 기준값은 공급된 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경에 따라 80% 또는 40%일 수 있다.
상기 제2 분석부는, 상기 광투과도의 기준값이 80%인 경우, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 80%와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 80%를 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 제2 분석부는, 상기 광투과도의 기준값이 40%인 경우, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 40%와 같거나 작다면 불량이라고 판단하고, 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 40%를 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계일 수 있다.
상기 고분자 전해질막의 평가장치는 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경을 입력하는 입력부; 및 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경을 무기 입자의 직경에 대한 기준값 비교하여 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하는 결정부를 포함하는 제3 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 무기 입자의 직경에 대한 기준값보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하고, 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 무기 입자의 직경에 대한 기준값 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정을 결정할 수 있다.
상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값은 50nm일 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하고, 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 80%로 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정하고, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 80%로 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 40%로 결정할 수 있다.
상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정하고, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 40%로 결정할 수 있다.
상기 불량 회수부는 상기 제1 유닛 또는 제2 유닛에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수할 수 있다. 구체적으로, 상기 불량 회수부는 상기 제1 유닛 및 제2 유닛 중 적어도 하나에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수할 수 있다.
불량으로 판단된 고분자 전해질막은 재평가, 재활용 또는 폐기될 수 있다.
상기 양호 회수부는 상기 제1 유닛 및 제2 유닛에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수할 수 있다. 구체적으로, 상기 양호 회수부는 상기 제1 유닛 및 제2 유닛 모두에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수할 수 있다.
상기 양호로 판단된 고분자 전해질막은 이차 전지 또는 연료 전지의 막으로서 조립될 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
1) 탄화수소계 고분자의 제조
딘스탁트랩(Dean-Stark trap)과 콘덴서가 장착된 1L 둥근 바닥 플라스크에 히드로퀴논술폰산 포타슘염(hydroquinonesulfonic acid potassium salt) (0.9eq.), 4,4'-디플루오로벤조페논(4,4'-difluorobenzophenone)(0.97eq.)과 3,5-비스(4-플루오로벤조일)페닐(4-플루오로페닐)메타논 (3,5-bis(4-fluorobenzoyl)phenyl(4-fluorophenyl)methanone)(0.02eq.)을 넣고 디메틸술폭시드(DMSO, dimethyl sulfoxide)와 벤젠 용매에서 탄산 칼륨(K2CO3, potassium carbonate)을 촉매로 사용하여 질소분위기 내에서 준비하였다. 그 다음 상기 반응 혼합물을 140℃의 온도로 오일 바트(oil bath)에서 4시간 동안 교반하여 벤젠이 역류하면서 딘-스탁 장치의 분자체(molecular sieves)에 공비혼합물을 흡착시켜 제거한 후, 반응온도를 180℃로 승온시키고 20시간 동안 축중합 반응시켰다. 상기 반응종료 후 상기 반응물의 온도를 60℃로 감온시킨 후, 동일 플라스크에 4,4'-디플루오로벤조페논(4,4'-Difluorobenzophenone)(0.2275eq.), 9,9-비스(히드록시페닐)플루오린 (9,9-bis(hydroxyphenyl)fluorine)(0.335eq.)과 3,5-비스(4-플루오로벤조일)페닐(4-플루오로페닐)-메타논 (3,5-bis(4-fluorobenzoyl)phenyl(4-fluorophenyl)-methanone)(0.005eq.)을 넣고 DMSO와 벤젠을 이용하여 질소분위기에서 K2CO3를 촉매로 사용하여 반응을 다시 개시하였다.
그 다음 상기 반응 혼합물을 다시 140℃의 온도로 오일 바트(oil bath)에서 4시간 동안 교반하여 벤젠이 역류하면서 딘-스탁 장치의 분자체(molecular sieves)에 공비혼합물을 흡착시켜 제거한 후, 반응온도를 180 ℃로 승온시키고 20시간 동안 축중합 반응시켰다. 그 다음 반응물의 온도를 실온으로 감온시키고 DMSO를 더 가하여 생성물을 희석시킨 후, 희석된 생성물을 과량의 메탄올에 부어 용매로부터 공중합체를 분리하였다. 그 후, 물을 이용하여 과량의 탄산칼륨(potassium carbonate)을 제거한 뒤, 여과하여 얻은 공중합체를 80 ℃의 진공오븐에서 12시간 이상 건조하여 소수 블록과 친수 블록이 교대로 화학결합으로 이어진 브렌치된 술폰화 멀티 블록 공중합체를 제조하였다.
2)실리카 입자의 제조
스토버 방식(stober method)을 변형한 seed mediation 방법을 통해 실리카를 합성하였는데, 합성 시 탄소체인을 갖는 실리카 전구체를 첨가하여 합성 후 열처리과정을 통해 기공이 만들어질 수 있게 하였다. 만들어진 실리카는 비교적 균일한 크기를 가지며, 비표면적이 800 m2/g이상이었다. 입자의 평균 크기는 약 200nm이었다.
3)실리카 첨가
복합막의
제조
디메틸설폭사이드(DMSO) 용매에 1)에서 제조된 탄화수소계 고분자, 2)에서 제조된 실리카 입자를 탄화수소계 고분자 대비 실리카 입자의 함량비를 5중량% 비율로 첨가한 후, 필터하여 복합막 조성물을 제조하였다. 상기 복합막 조성물을 클린벤치(clean bench) 내 어플리케이터(applicator)의 수평판 위에서 닥터 블레이드를 이용하여 기판에 고분자 필름을 캐스팅한 후 50℃에서 2시간 이상 유지하여 소프트 베이킹(soft baking)하고, 100℃로 설정된 오분 안에 넣고 하루 동안 건조하여 실리카가 첨가된 탄화수소계 복합막을 제조하였다.
[실시예 2]
실리카 입자의 사이즈가 10nm이하인 퓸드 실리카를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄화수소계 전해질 막을 제조하였다. 또한 고분자 전해질 막 내부에 다공성 지지체를 포함하는 실리카 첨가 탄화수소계 복합막을 제조하였다.
[비교예 1]
실리카 입자를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄화수소계 전해질 막을 제조하였다.
[비교예 2]
실리카 입자를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2과 동일한 방법으로 탄화수소계 전해질 막을 제조하였다.
[실험예 1]
개회로전압(OCV)의
측정
PEMFC(polymer electrolyte membrane fuel cell) TEST Station을 사용하여, Open Circuit Voltage(OCV) 모드로 0 mA/cm2에서의 potential 값으로 측정하였으며, 70℃를 기준으로 상대습도 50% 및 100%의 운전조건에서 개회로전압을 측정하였다.
[실험예 2]
통기도 측정
Gurley permeability 측정기를 이용하여 질소가스 100cc가 지름 약 3cm의 원의 크기를 갖는 샘플을 통과하는데 걸리는 시간을 측정하였다. 각각의 샘플은 최소 5개 이상의 결과의 평균값이다.
통기도 측정 결과 표 1과 표 2에서 실리콘 입자의 크기와 상관없이 50,000s/100cc 초과인 샘플에 대하여 양품(A) 판정을 내렸다. 이를 도 2 및 도 4에 나타냈다.
이때, 표 1의 실시예 1-1 내지 1-6은 모두 실시예 1로 제조된 고분자 전해질막이며, 실시예 1로 제조된 고분자 전해질막의 샘플 넘버를 표기한 것이다. 또한, 도 2 및 도 3에서 왼쪽부터 실시예 1-1 내지 1-6을 나타내는 것이다.
표 2의 실시예 2-1 내지 2-19은 모두 실시예 2로 제조된 고분자 전해질막이며, 실시예 2로 제조된 고분자 전해질막의 샘플 넘버를 표기한 것이다. 또한, 도 4 및 도 5에서 왼쪽부터 실시예 12-1 내지 2-19를 나타내는 것이다.
[실험예 3]
광투과도
측정
625nm의 파장을 갖는 적색광 투과도 측정 장비(UV/vis-spectrophotometer)를 이용하여 약 지름 1cm의 원의 크기를 갖는 빛이 투과되는 정도를 측정하였다.
전해질 막에 포함되는 입자의 크기에 따라 광투과도 기준을 달리하였다.
입자의 크기가 50nm 이상인 경우, 표 1과 같이 광투과도가 40% 초과일 때, 양품(A) 판정을 내렸다. 입자의 크기가 50nm 미만인 경우, 광투과도가 80% 초과일 때 양품(A)으로 판단하였다. 이를 도 3 및 도 5에 나타냈다.
각각 실험예 2와 실험예 3을 동시에 만족할 때, 가장 우수한 품질을 나타내는 전해질막으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 비교예 1 및 2의 측정 데이터값은 실리카가 없는 즉 분산성이 완전한 상태의 전해질막의 성질을 나타내며, 실시예의 OCV값을 판단하는 OCV의 기준일 수 있다.
상기 표 1과 표 2 및 도 2 내지 도 5를 통해, 기체 통기도와 광투과도가 실리카의 분산성을 파악하는 척도가 될 수 있으며, 이는 나아가 연료전지 MEA의 화학적 내구성을 결정하는 OCV 값을 안정적으로 확보할 수 있는 판단의 기준이 될 수 있다는 것을 알 수 있다.
1: 고분자 전해질막의 평가장치
100: 고분자 전해질막 제공부
200: 제1 유닛
300: 제2 유닛
400: 불량 회수부
500: 양호 회수부
600: 제3 유닛
100: 고분자 전해질막 제공부
200: 제1 유닛
300: 제2 유닛
400: 불량 회수부
500: 양호 회수부
600: 제3 유닛
Claims (21)
1) 무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 준비하는 단계;
2) 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 통기도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계; 및
3) 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 광투과도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함하는 고분자 전해질막의 평가방법.
2) 상기 고분자 전해질막의 통기도값이 통기도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계; 및
3) 상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 광투과도의 기준값을 초과하는 지 판단하여 불량여부를 결정하는 단계를 포함하는 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 단계 전에, 상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값과 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경을 비교하여, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 단계는,
상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 고분자 전해질막의 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계는,
상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 고분자 전해질막의 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 단계인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값은 50nm인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 단계 전에,
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하고,
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하고,
상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 80%인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값은 50,000s/100cc인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 2에 있어서, 상기 1) 단계에서 준비한 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값은 40%인 것인 고분자 전해질막의 평가방법.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
무기 입자를 포함하는 고분자 전해질막을 공급하는 고분자 전해질막 제공부;
상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 통기도를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값을 통기도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제1 분석부를 포함하는 제1 유닛;
상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 광투과도를 측정하는 제2 측정부, 및 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값을 광투과도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제2 분석부를 포함하는 제2 유닛;
상기 제1 유닛 또는 제2 유닛에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 불량 회수부; 및
상기 제1 유닛 및 제2 유닛에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 양호 회수부를 포함하는 고분자 전해질막의 평가장치.
상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 통기도를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값을 통기도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제1 분석부를 포함하는 제1 유닛;
상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 광투과도를 측정하는 제2 측정부, 및 상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값을 광투과도의 기준값과 비교하여 불량여부를 결정하는 제2 분석부를 포함하는 제2 유닛;
상기 제1 유닛 또는 제2 유닛에 의해 불량으로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 불량 회수부; 및
상기 제1 유닛 및 제2 유닛에 의해 양호로 판단된 고분자 전해질막을 회수하는 양호 회수부를 포함하는 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 12에 있어서, 상기 제1 분석부는,
상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 제1 측정부에 의해 측정된 통기도값이 상기 통기도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 12에 있어서, 상기 제2 분석부는,
상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값과 같거나 작다면 불량이라고 판단하고,
상기 제2 측정부에 의해 측정된 광투과도값이 상기 광투과도의 기준값을 초과한다면 양호하다고 판단하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 12에 있어서, 상기 고분자 전해질막 제공부에 의해 공급된 고분자 전해질막의 무기 입자의 직경을 입력하는 입력부; 및
상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경을 무기 입자의 직경에 대한 기준값 비교하여 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하는 결정부를 포함하는 제3 유닛을 더 포함하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경을 무기 입자의 직경에 대한 기준값 비교하여 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하는 결정부를 포함하는 제3 유닛을 더 포함하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 무기 입자의 직경에 대한 기준값은 50nm인 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값 및 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 결정하고,
상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 2) 단계의 통기도의 기준값과 상기 3) 단계의 광투과도의 기준값을 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm보다 작을 때, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 80%로 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 제1 유닛의 통기도의 기준값을 50,000s/100cc로 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
청구항 15에 있어서, 상기 결정부는 상기 입력부에 의해 입력된 무기 입자의 직경이 50nm 이상일 때, 상기 제2 유닛의 광투과도의 기준값을 40%로 결정하는 것인 고분자 전해질막의 평가장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000499A KR102112381B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000499A KR102112381B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170081444A true KR20170081444A (ko) | 2017-07-12 |
| KR102112381B1 KR102112381B1 (ko) | 2020-05-19 |
Family
ID=59352858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160000499A KR102112381B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102112381B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022216063A1 (ko) * | 2021-04-06 | 2022-10-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 분리막용 다공성 고분자 기재의 불량품 사전 검출 방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030076057A (ko) | 2002-03-22 | 2003-09-26 | 주식회사 엘지화학 | 연료 전지용 복합 폴리머 전해질 막 및 그의 제조방법 |
| KR20060088152A (ko) * | 2005-02-01 | 2006-08-04 | 주식회사 엘지화학 | 복합 구조로 된 전기변색층을 갖는 전기변색 소자 및 그의제조 방법 |
| KR100647675B1 (ko) * | 2005-01-21 | 2006-11-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지의 수명 평가용 가속 테스트 방법 |
| KR20100133698A (ko) * | 2009-06-12 | 2010-12-22 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 전해질막 수명 예측을 위한 내구성 평가 방법 |
| KR20150052800A (ko) * | 2013-11-06 | 2015-05-14 | 주식회사 엘지화학 | 전기화학소자용 분리막 |
-
2016
- 2016-01-04 KR KR1020160000499A patent/KR102112381B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030076057A (ko) | 2002-03-22 | 2003-09-26 | 주식회사 엘지화학 | 연료 전지용 복합 폴리머 전해질 막 및 그의 제조방법 |
| KR100647675B1 (ko) * | 2005-01-21 | 2006-11-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지의 수명 평가용 가속 테스트 방법 |
| KR20060088152A (ko) * | 2005-02-01 | 2006-08-04 | 주식회사 엘지화학 | 복합 구조로 된 전기변색층을 갖는 전기변색 소자 및 그의제조 방법 |
| KR20100133698A (ko) * | 2009-06-12 | 2010-12-22 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 전해질막 수명 예측을 위한 내구성 평가 방법 |
| KR20150052800A (ko) * | 2013-11-06 | 2015-05-14 | 주식회사 엘지화학 | 전기화학소자용 분리막 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022216063A1 (ko) * | 2021-04-06 | 2022-10-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 분리막용 다공성 고분자 기재의 불량품 사전 검출 방법 |
| KR20220138751A (ko) * | 2021-04-06 | 2022-10-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 분리막용 다공성 고분자 기재의 불량품 사전 검출 방법 |
| US11940368B2 (en) | 2021-04-06 | 2024-03-26 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for pre-detecting defective porous polymer substrate for separator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102112381B1 (ko) | 2020-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2009324261B2 (en) | Polymer blend proton exchange membrane and method for manufacturing the same | |
| JP3915846B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用電解質膜、その製造方法及び固体高分子型燃料電池用膜電極接合体 | |
| CN101896254B (zh) | 高稳定燃料电池膜及其制造方法 | |
| JP3897059B2 (ja) | 液状組成物、その製造方法及び固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
| KR100864165B1 (ko) | 제올라이트를 이용한 유/무기 복합 전해질막 및 이를포함하는 연료전지 | |
| WO2003096465A1 (de) | Polymerelektrolytmembran,verfahren zu deren herstellung und deren anwendung in brennstoffzellen | |
| JPWO2007007767A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池用電解質膜、その製造方法及び固体高分子形燃料電池用膜電極接合体 | |
| Pourcelly | Membranes for low and medium temperature fuel cells. State-of-the-art and new trends | |
| Kallem et al. | Hierarchical porous polybenzimidazole microsieves: an efficient architecture for anhydrous proton transport via polyionic liquids | |
| Chen et al. | Directly fluorinated polyaromatic composite membranes for vanadium redox flow batteries | |
| JP2018116935A (ja) | 向上した性能を有する活性層の形成 | |
| Pedicini et al. | Sulphonated polysulphone membranes for medium temperature in polymer electrolyte fuel cells (PEFC) | |
| Senthil et al. | TiO2 nanoparticle enhanced high temperature proton conductivity in hyperbranched sulfonated polyarylene aliphatic ketones for proton exchange membrane fuel cell applications | |
| JP5286651B2 (ja) | 液状組成物、その製造方法及び固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
| Favero et al. | Anion Exchange Ionomers: Design Considerations and Recent Advances‐An Electrochemical Perspective | |
| EP1687266B1 (en) | Monomer compound, graft copolymer compound, production method thereof, polymer electrolyte membrane, and fuel cell | |
| KR100970358B1 (ko) | 액상 조성물, 그 제조 방법 및 고체 고분자형 연료 전지용막 전극 접합체의 제조 방법 | |
| JP2007031718A5 (ko) | ||
| KR102112381B1 (ko) | 고분자 전해질막의 평가방법 및 및 평가장치 | |
| Gvozdik et al. | A composite membrane based on sulfonated polystyrene implanted in a stretched PTFE film for vanadium flow batteries | |
| US11316183B2 (en) | Composite electrolyte film, reinforced composite electrolyte film, and fuel cell comprising same | |
| KR101987529B1 (ko) | 고분자 전해질 막 및 이를 포함하는 연료 전지 | |
| JP2003068327A (ja) | 燃料電池用膜 | |
| Roelofs | Sulfonated poly (ether ether ketone) based membranes for direct ethanol fuel cells | |
| Xu et al. | Influence of casting conditions on the properties of sulfonated poly (ether ether ketone ketone)/phosphotungstic acid composite proton exchange membranes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |