KR20170090193A - Liquid stream inducing type polymer membrane, method of preparing the same and fuel cell comprising the same - Google Patents

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유성종
장종현
김진영
김형준
강윤식
정주해
최만수
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장세근
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한국과학기술연구원
서울대학교산학협력단
재단법인 멀티스케일 에너지시스템 연구단
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Abstract

The present invention relates to a liquid stream inducing type polymer membrane, a method for preparing the same and a fuel cell comprising the same. A liquid stream inducing type polymer membrane capable of adjusting a stream of liquids is manufactured by using a plurality of prism patterns having physical symmetry and chemical asymmetry and is applied to an electrolyte membrane for a fuel cell, thereby adjusting the water content of the electrolyte membrane. Accordingly, problems that controlling the water content of an electrolyte membrane is difficult and cell resistance is increased since the interface between an electrolyte membrane and an electrode is separated due to repeated hydration and dehydration processes can be solved.

Description

액체 흐름 유도형 고분자막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지{Liquid stream inducing type polymer membrane, method of preparing the same and fuel cell comprising the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid flow induction type polymer membrane, a method of manufacturing the same, and a fuel cell including the liquid flow induction type polymer membrane.

본 발명은 액체 흐름 유도형 고분자막 및 이를 고분자 전해질막으로 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid flow induction type polymer membrane and a fuel cell including the polymer electrolyte membrane as a polymer electrolyte membrane.

최근 들어, 미세유체역학 및 집수 분야에서의 액체 흐름제어와 관련된 응용의 측면에서 방향성을 갖는 액체의 젖음 및 흐름에 대한 관심이 증가하고 있고, 금속 혹은 폴리머 표면 성질을 개질함으로써 액체의 젖음 특성을 예측가능하면서 능동적인 형태로 변화시키고자 하는 연구들이 활발히 진행 중이다.In recent years, there has been a growing interest in the wetting and flow of directional liquids in terms of applications related to liquid flow control in microfluidics and collecting fields, and the wetting properties of liquids are predicted by modifying metal or polymer surface properties Research is actively underway to change to a more active and active form.

종래의 연구는 대부분 물리적으로 비대칭적인 미세구조 상에서 액체의 일방향성 젖음 또는 흐름에 관한 것으로서, 구부러진 나노기둥 또는 경사진 나노로드 형태의 경사를 갖는 나노구조를 이용하여 일방향성 젖음을 구현하거나, 공간 기울기 또는 이방성 구조를 이용하여 방향성 있는 액체 흐름을 구현하기도 하였다.Conventional studies have been directed to the unidirectional wetting or flow of liquids over mostly physically asymmetric microstructures, which can be realized by using a nanostructure having a bent nanopillar or inclined nanorod type of inclination to achieve unidirectional wetting, Or anisotropic structures to implement directional liquid flow.

그러나 상기와 같은 이방성 구조는 그 특성상 방향성에 크게 의존하고, 구조적으로 안정하지 않고, 액체의 전면이 원하는 방향으로 진행하려면 액체에 가해지는 힘이 있어야 하므로 전체적인 대칭성 내에 그러한 힘이 생성되기 위한 이방성이 요구된다.However, since the anisotropic structure as described above depends greatly on its characteristics and is not structurally stable and has to have a force applied to the liquid in order to move the entire surface of the liquid in a desired direction, anisotropy do.

이에, 액적이 표면과 상호작용을 일으키면서 나타나는 현상인 표면 접촉각의 차이를 이용하여 방향성 있는 액체 흐름이 연구되고 있다.Therefore, a directional liquid flow is being studied using the difference in surface contact angle, which is a phenomenon that occurs when a droplet interacts with a surface.

도 1에 도시된 바와 같이, 접촉각(θ)은 고체, 액체 및 기체 사이에 작용하는 힘의 평형으로 결정되는 것으로서, 하나의 액적(Droplet)에서 발생하는 접촉각 차이는 힘의 차이를 의미하며 이를 통해 액적에 힘을 가할 수 있고, 전기 에너지나 열에너지와 같은 외부 에너지를 통해 액적의 표면 에너지를 조절할 수 있으며, 표면 접촉각 패턴을 통해 움직이는 액적의 방향을 조절하기도 한다.As shown in Fig. 1, the contact angle [theta] is determined by an equilibrium of a force acting between a solid, a liquid and a gas, and a contact angle difference occurring in one droplet means a difference in force, It can apply force to the liquid droplet, control the surface energy of the liquid droplet through external energy such as electric energy or heat energy, and adjust the direction of the droplet moving through the surface contact angle pattern.

종래 이상적인 표면의 접촉각보다 크거나 작은 접촉각을 위해 표면을 거칠게 하여 패턴을 형성시켜 접촉각 차이가 벌어질수록 하여 액적을 조절하고자 하였으나, 상기 큰 접촉각 이력은 오히려 액적의 움직임을 방해하였다.Conventionally, for the contact angle larger or smaller than the ideal contact angle of the surface, the surface was roughened to form a pattern, and the droplet was regulated as the contact angle difference increased. However, the large contact angle history hindered the movement of the droplet.

이와 같이, 액적을 조절하기 위해 접촉각 차이는 클수록 유리하지만, 접촉각 차이를 크게 하기 위해 표면을 거칠게 하는 것은 액적의 움직임을 방해하는 모순의 문제점이 있다.As described above, although the larger the contact angle difference is advantageous in order to control the droplet, roughing the surface in order to increase the contact angle difference has a problem of contradiction which hinders the movement of the droplet.

한편, 연료전지는 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 애노드(-)의 수소와 캐소드(+)의 산소를 반응시켜 직접 물이 생성되는 반응을 통해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 열에너지로 변환하지 않고 직접 전기에너지로 변환할 수 있기 때문에 저온에서도 에너지 변환 효율이 높고 미래 발전시스템으로서 기대되고 있다.On the other hand, as shown in the following reaction formula (1), the fuel cell reacts directly with hydrogen in the anode (-) and oxygen in the cathode (+) to generate water directly. Instead of converting the chemical energy of the fuel into thermal energy, Because it can be converted into energy, energy conversion efficiency is high at low temperature and is expected as future power generation system.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

애노드(-): H2 → 2H+ + 2e- An anode (-): H 2 → 2H + + 2e -

캐소드(+): 1/2·O2 + 2H+ + 2e- → H2OCathode (+): 1/2 .O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O

이와 같이, 연료전지는 석유나 천연가스 등 화석연료를 연소하는 발전시스템과 비교하면 이산화탄소를 발생하지 않는 반응에 의해 발전이 이루어지며, 유해물질인 질소산화물이나 황산화물 등이 거의 발생하지 않을 뿐만 아니라, 소음이나 진동이 거의 없는 장점이 있다.As described above, compared to a power generation system in which fossil fuels such as petroleum and natural gas are combusted, the fuel cell generates power by reaction that does not generate carbon dioxide, and almost no nitrogen oxides or sulfur oxides, which are harmful substances, , There is little noise or vibration.

이러한 연료전지는 중심에 있는 전해질을 2개의 전극으로 둘러싼 구조를 하고 있으며, 전해질의 종류에 따라 고체 고분자형(PEFC 또는 PEMFC), 알칼리형(PAFC), 용융 탄산염형(MCFC), 고체 산화물형(SOFC)로 나누어진다. 이중 고체 고분자형 연료전지는 전해질로 수소이온(H+) 전도성 고분자 전해질 막을 사용함으로서, 상온에서 가동할 수 있으므로 자동차 등 이동체용 전원으로써 사용할 수 있어 다양한 연구가 진행되고 있다.These fuel cells have a structure in which the electrolyte at the center is surrounded by two electrodes. Depending on the type of the electrolyte, a solid polymer type (PEFC or PEMFC), an alkali type (PAFC), a molten carbonate type (MCFC) SOFC). Since a dual solid polymer fuel cell uses a hydrogen ion (H + ) conductive polymer electrolyte membrane as an electrolyte, it can be used at room temperature and thus can be used as a power source for vehicles such as automobiles.

고체 고분자형 연료전지에서 가장 핵심이 되는 부재는 양이온 교환막이며, 지금까지는 주로 불소수지계 전해질막이 사용되고 있으나, 내열성, 기계적 강도, 화학안정성 등 재료의 물성을 개량하기 위해 탄화수소계 전해질막이 연구 및 개발되고 있다.The most important component in a solid polymer type fuel cell is a cation exchange membrane. Until now, mainly a fluorine resin electrolyte membrane has been used, but a hydrocarbon electrolyte membrane has been researched and developed to improve physical properties such as heat resistance, mechanical strength and chemical stability .

그러나 탄화수소계 전해질막의 경우 가습에 의한 부피팽창 특성을 가지며, 상기 탄화수소계 전해질막을 포함하는 연료전지 구동시 캐소드에서 생성되는 H2O로 인하여 상기 탄화수소계 전해질막이 캐소드와 접하는 부분은 고가습이고, 캐소드와 접하지 않은 부분은 저가습이 되어 부피팽창도가 달라지며, 이러한 부피팽창도 차이에 따라 상기 탄화수소계 전해질막에서 부피팽창도가 상이한 부분의 경계부가 파손되는 문제가 있다.However, in the case of a hydrocarbon-based electrolyte membrane, the hydrocarbon-based electrolyte membrane has a volume expansion characteristic due to humidification, and a portion where the hydrocarbon-based electrolyte membrane contacts the cathode due to H 2 O generated at the cathode during driving the fuel cell including the hydrocarbon- There is a problem that the boundary of the portion where the volume expansion degree of the hydrocarbon-based electrolyte membrane is different is broken due to the difference of the volume expansion degree.

또한, 연료전지를 고전류에서 운전시에는 상기 연료전지의 각 전극에서의 반응이 빨라져, 애노드는 건조해지는 문제가 있다.Further, when the fuel cell is operated at a high current, the reaction at each electrode of the fuel cell is accelerated, and the anode is dried.

이에, 연료전지 구동시 탄화수소계 전해질막에서 발생하는 문제점을 해소할 수 있는 연료전지용 전해질막으로서, 자체적으로 수분함량 조절이 가능한 고분자막 개발이 지속적으로 요구되고 있다..Accordingly, there is a continuing need to develop a polymer membrane capable of controlling the moisture content itself, as an electrolyte membrane for a fuel cell, which can solve the problems occurring in a hydrocarbon-based electrolyte membrane when the fuel cell is driven.

미국공개특허 2004-0191127U.S. Published Patent Application 2004-0191127 한국공개특허 2010-0050423Korea Patent Publication No. 2010-0050423

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액체의 흐름성을 제어하여 수분함량을 조절할 수 있으며, 특히, 연료전지의 전해질막으로 적합한 액체 흐름 유도형 고분자막 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid flow induction type polymer membrane suitable for an electrolyte membrane of a fuel cell, Method.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 여러 구현예에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막을 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell including a liquid flow induction type polymer membrane according to various embodiments of the present invention.

본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 플레이트; 및 상기 플레이트의 일면 또는 양면에 일체로 형성되며, 친수성이 낮은 방향으로 액체의 일방향 흐름을 유도하는 액체 흐름 유도부를 포함하며, 상기 액체 흐름 유도부는 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도형 고분자막이며, 상기 프리즘 패턴들의 경사면들은 상기 프리즘 패턴들의 배열방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지며, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 이온교환성 고분자로 제조되는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막을 제공한다.According to an exemplary aspect of the present invention, a plate; And a liquid flow guide part integrally formed on one surface or both surfaces of the plate and guiding a one-way flow of the liquid in a direction of low hydrophilicity, wherein the liquid flow guide part has a plurality of prism patterns, Wherein the liquid flow induction type polymer membrane is formed of an ion exchangeable polymer, and the liquid flow induction type polymer membrane is formed by continuously arranging the liquid flow induction type polymer membrane in the liquid flow induction type polymer membrane, wherein the slope faces of the prism patterns alternately have different hydrophilicity along the arrangement direction of the prism patterns. A liquid flow induction type polymer membrane is provided.

상기 액체 흐름 유도부는, 상기 플레이트의 테두리부에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.And the liquid flow guide portion is formed integrally with a rim of the plate.

상기 액체 흐름 유도부는, 상기 플레이트의 테두리부를 따라 상호 이격되며, 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 복수의 단위 액체 흐름 유도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The liquid flow guide portion includes a plurality of unit liquid flow guide portions spaced apart from each other along a rim of the plate and having a plurality of prism patterns each having an inclined plane intersecting with each other and continuously arranged in one direction.

상기 단위 액체 흐름 유도부의 복수의 상기 프리즘 패턴들의 길이는 상기 플레이트의 중심에서 테두리방향으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 한다.And the length of the plurality of prism patterns of the unit liquid flow guide portion is reduced from the center of the plate toward the rim direction.

상기 프리즘 패턴의 양측면을 이루는 경사면들 중 어느 한 면은 상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면을 포함하고, 다른 한 면은 (b) 친수성막을 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein at least one of the inclined planes constituting both side surfaces of the prism pattern includes a surface formed of the ion-exchangeable polymer (a) and a hydrophilic film (b) on the other surface.

상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면은 액체에 대한 접촉각이 80˚ 내지 90˚이고, 상기 (b) 친수성막은 액체에 대한 접촉각이 15˚ 내지 25˚인 것을 특징으로 한다.The contact angle of the surface of the (a) ion-exchangeable polymer with respect to the liquid is 80 ° to 90 °, and the contact angle of the hydrophilic film with respect to the liquid is 15 ° to 25 °.

상기 (a) 이온교환성 고분자는 설폰화 폴리에테르에테르케톤(Sulfonated Poly(ether ether ketone), SPEEK), 나피온 혼합물(Nafion composite) 및 설폰화 폴리아릴렌에테르설폰(Sulfonated poly(arylene ether sulfone), SPAES) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.The ion exchangeable polymer (a) may be selected from the group consisting of sulfonated polyether ether ketone (SPEEK), Nafion composite, and sulfonated poly (arylene ether sulfone) , SPAES). ≪ / RTI >

상기 (b) 친수성막은 백금, 크롬, 금 및 은 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 박막인 것을 특징으로 한다.The hydrophilic film (b) is a thin film of at least one metal selected from platinum, chromium, gold and silver.

상기 (b) 친수성막의 두께는 5 내지 20 nm인 것을 특징으로 한다.The hydrophilic film (b) has a thickness of 5 to 20 nm.

상기 액체 흐름 유도형 고분자막에서 이웃하는 상기 프리즘 패턴들의 대향되는 경사면이 이루는 각도는 20˚ 내지 130˚인 것을 특징으로 한다.And the angle formed between the opposed inclined surfaces of the prism patterns adjacent to each other in the liquid flow induction-type polymer membrane is 20 to 130 degrees.

상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기 및 높이의 비율은 1 : 0.25 내지 1 : 4인 것을 특징으로 한다.And a ratio of a period and a height of a cross section intersecting the longitudinal direction of the prism pattern is 1: 0.25 to 1: 4.

상기 액체 흐름 유도부가 형성된 영역에서 상기 액체 흐름 유도부와 상기 플레이트의 두께는 30 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 한다.And the thickness of the liquid flow guide portion and the plate in the region where the liquid flow inducing portion is formed is 30 to 100 탆.

상기 액체 흐름 유도부가 상기 플레이트의 양면에 형성된 경우, 상기 플레이트의 양면에서 각각 유도되는 액체의 흐름이 상호 반대방향이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.When the liquid flow-inducing portion is formed on both surfaces of the plate, flows of the liquid respectively guided from both surfaces of the plate are opposite to each other.

상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 연료전지용 고분자 전해질막인 것을 특징으로 한다.The liquid flow-induction-type polymer membrane is a polymer electrolyte membrane for a fuel cell.

본 발명의 대표적인 다른 측면에 따르면, 서로 대향하여 배치되는 캐소드와 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 전해질막을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 전해질막은 상기 액체 흐름 유도형 고분자막을 제공한다.According to another representative aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a cathode and an anode arranged opposite to each other; And an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the electrolyte membrane provides the liquid flow induction-type polymer membrane.

본 발명의 대표적인 또 다른 측면에 따르면, (A) 복수 개의 프리즘 패턴들이 형성된 금형을 제작하는 단계; (B) 상기 금형 위에 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트를 위치시키고 가열 압착하여, 상기 플레이트의 일면 또는 양면에 복수 개의 상기 프리즘 패턴들이 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도부를 전사하는 단계; (C) 상기 단계 (B)에서 얻은 상기 프리즘 패턴들을 포함하는 액체 흐름 유도부가 전사된 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트에서, 상기 프리즘 패턴들의 경사면은 상기 프리즘 패턴들의 배열 방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지도록, 상기 프리즘 패턴들의 경사면들 중 어느 한 면에 친수성막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법을 제공한다.According to another exemplary aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mold, comprising: (A) fabricating a mold having a plurality of prism patterns formed therein; (B) placing a plate including an ion exchangeable polymer on the mold, heating and pressing the plate, and transferring the liquid flow guide portion in which a plurality of the prism patterns are continuously arranged in one direction on one side or both sides of the plate; (C) a plate including the ion exchangeable polymer to which the liquid flow inducing part including the prism patterns obtained in the step (B) is transferred, wherein the inclined surfaces of the prism patterns alternately have different hydrophilicity along the arrangement direction of the prism patterns Forming a hydrophilic film on one of the slanted surfaces of the prism patterns so that the liquid flow-inducing polymer membrane has a hydrophilic property.

상기 액체 흐름 유도부는, 상기 플레이트의 테두리부를 따라 상호 이격되며, 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 복수의 단위 액체 흐름 유도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The liquid flow guide portion includes a plurality of unit liquid flow guide portions spaced apart from each other along a rim of the plate and having a plurality of prism patterns each having an inclined plane intersecting with each other and continuously arranged in one direction.

상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기 및 높이의 비율은 1 : 0.25 내지 1 : 4인 것을 특징으로 한다.And a ratio of a period and a height of a cross section intersecting the longitudinal direction of the prism pattern is 1: 0.25 to 1: 4.

상기 친수성막은 백금, 크롬, 금 및 은 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 박막인 것을 특징으로 한다.Wherein the hydrophilic film is at least one metal thin film selected from platinum, chromium, gold and silver.

본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막에 포함된 복수의 프리즘 패턴들은 물리적으로 대칭적인 구조를 가지고, 친수성 정도가 상이한 화학적으로 비대칭적인 구조를 가지는 구조적인 특징으로 인하여, 액체의 흐름성을 제어하여, 폐쇄된 채널 뿐만 아니라 개방된 채널을 통해 액체의 흐름을 일방향이 되도록 유도할 수 있다.Since the plurality of prism patterns included in the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention have a physically symmetrical structure and have a chemically asymmetric structure with different degrees of hydrophilicity, It is possible to induce the liquid flow to be unidirectional through the closed channel as well as the open channel.

또한 상기 액체 흐름 유도형 고분자막을 연료전지용 고분자 전해질막으로 사용하는 경우, 전해질막의 수분함량을 조절할 수 있으므로, 종래 연료전지 운전 시, 전해질막의 수분 함량 조절이 어렵고, 수화 및 탈수 과정이 반복적으로 일어나 전해질막과 전극간의 계면이 탈리되어 셀 저항이 증가되는 문제점을 해결하는 효과를 나타낼 수 있다.In addition, when the liquid flow-induction-type polymer membrane is used as a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, it is possible to control the water content of the electrolyte membrane, and thus it is difficult to control the moisture content of the electrolyte membrane during operation of the fuel cell, It is possible to solve the problem that the interface between the membrane and the electrode is desorbed and the cell resistance increases.

도 1은 접촉각을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 프리즘 패턴의 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 따른 액체 흐름 유도형 고분자막의 모식도로서, 플레이트의 일면에 프리즘 패턴을 포함하는 액체 흐름 유도부가 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막의 모식도이다.
도 3b는 본 발명의 따른 액체 흐름 유도형 고분자막의 모식도로서, 플레이트의 양면에 프리즘 패턴을 포함하는 액체 흐름 유도부가 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막에서 액체의 일방향 흐름이 유도되는 원리는 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막에 형성된 프리즘 패턴의 주기 및 높이의 비율을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막의 두께를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막을 전해질막으로 포함하는 연료전지의 모식도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막의 테두리부에 액체 흐름 유도부가 형성된 것을 나타낸 모식도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 일면의 테두리부에 액체 흐름 유도부가 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막을 포함하는 연료전지의 종단면도이다.
도 8c는 본 발명에 따른 양면의 테두리부에 액체 흐름 유도부가 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막을 포함하는 연료전지의 종단면도이다.
도 9a는 단위 액체 흐름 유도부가 플레이트의 일면의 테두리부를 따라 상호 이격되게 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막의 사시도이다.
도 9b는 단위 액체 흐름 유도부의 길이가 플레이트의 외곽으로 갈수록 짧아지도록 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막의 사시도이다.
도 10은 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막을 광학현미경으로 촬영한 광학이미지이다.
도 11은 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막 상에서 액체의 거동을 관찰한 사진이다.
도 12는 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막에 포함된 복수의 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 대향하는 제1 경사면(Cr 막을 포함하는 경사면) 및 제2 경사면(나피온으로 형성된 표면을 포함하는 경사면)에 대한 액체의 접촉각을 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 막전극접합체에 대하여 측정한 분극 곡선 그래프이다.
1 is a schematic view for explaining a contact angle.
2 is a schematic diagram of a prism pattern.
FIG. 3A is a schematic view of a liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention, which is a schematic view of a liquid flow induction type polymer membrane in which a liquid flow induction portion including a prism pattern is formed on one side of a plate.
FIG. 3B is a schematic view of a liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention, which is a schematic view of a liquid flow induction type polymer membrane having a liquid flow guide portion including a prism pattern on both sides of a plate.
FIG. 4 is a schematic view showing a principle in which a unidirectional flow of liquid is induced in the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention.
5 is a schematic view showing the ratio of the period and the height of the prism pattern formed on the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention.
6 is a schematic view showing the thickness of the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention.
7 is a schematic view of a fuel cell including a liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention as an electrolyte membrane.
FIG. 8A is a schematic view showing that a liquid flow inducing unit is formed at a rim of a liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention. FIG.
FIG. 8B is a vertical cross-sectional view of a fuel cell including a liquid flow induction type polymer membrane having a liquid flow guide portion formed on a rim portion of one surface according to the present invention. FIG.
8C is a longitudinal sectional view of a fuel cell including a liquid flow induction type polymer membrane having a liquid flow guide portion formed on both sides of a rim according to the present invention.
9A is a perspective view of a liquid flow induction type polymer membrane in which unit liquid flow inducing portions are spaced apart from each other along a rim of one surface of a plate.
FIG. 9B is a perspective view of a liquid flow induction type polymer membrane formed such that the length of the unit liquid flow guide portion becomes shorter toward the outer periphery of the plate.
10 is an optical image of the liquid flow induction type polymer membrane prepared in Example 1, taken by an optical microscope.
11 is a photograph showing the behavior of liquid on the liquid flow induction type polymer membrane prepared in Example 1. Fig.
12 is a graph showing the relationship between a first inclined plane (a slope including a Cr film) and a second inclined plane (a plane formed by Nafion) of an adjacent prism pattern among a plurality of prism patterns included in the liquid flow- (Inclined surface including the inclined surface).
Fig. 13 is a polarization curves graph of measured membrane electrode assemblies prepared in Example 2 and Comparative Example 1, respectively. Fig.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서, 용어 '액적(droplet, DP)'은 액체 방울 형태를 형성한 액체 또는 액체의 일부를 지칭한다.As used herein, the term " droplet (DP) " refers to a liquid or a portion of a liquid forming a droplet shape.

본 명세서에서, '프리즘 패턴'은 도 2에 도시된 바와 같다.In this specification, a 'prism pattern' is as shown in FIG.

도 2의 (a)는 상기 프리즘 패턴의 모식도로서, 상기 프리즘 패턴은 길이 방향(LD)에 교차되는 단면이 삼각형인 형상의 패턴을 의미한다.2 (a) is a schematic view of the prism pattern, wherein the prism pattern has a triangular cross-section in the longitudinal direction LD.

도 2의 (b)는 상기 프리즘 패턴의 길이 방향(LD)에 교차되는 단면으로서, 상기 단면은 이등변 삼각형일 수 있다. 2 (b) is a cross section crossing the longitudinal direction LD of the prism pattern, and the cross section may be an isosceles triangle.

도 2의 (c)은 복수의 프리즘 패턴들이 너비 방향(WD)으로 선형으로 배열된 모식도로서, 상기 복수의 프리즘 패턴들의 다수의 골과 산을 포함하게 된다. 이때, 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 경사면 사이에 형성되는 공간을 '채널(CL)'이라 하며, 상기 다수의 골 사이의 프리즘 패턴의 산등성이 부분을 '능선(RL)'이라 한다.FIG. 2C is a schematic diagram in which a plurality of prism patterns are linearly arranged in a width direction WD, and includes a plurality of prisms and a plurality of prisms. In this case, the space formed between the opposed inclined planes of the neighboring prism patterns is referred to as 'channel CL', and the ridge portion of the prism pattern between the plurality of bones is referred to as 'ridge line (RL)'.

도 3의 (d)는 너비 방향(WD)으로 선형으로 배열된 상기 복수의 프리즘 패턴들의 길이 방향(LD)에 교차되는 단면으로서, 상기 복수의 프리즘 패턴들의 산과 산 사이의 거리 또는 골과 골 사이의 거리를 '주기(p)' 또는 '피치(p)'라 하며, 상기 단면의 밑변에서 꼭지점까지의 거리를 '높이(h)'라 한다.FIG. 3 (d) is a cross-sectional view of the plurality of prism patterns linearly arranged in the width direction WD and crossing the longitudinal direction LD of the plurality of prism patterns, wherein the distance between the mountains and the mountains, Is referred to as a 'period (p)' or 'pitch (p)', and a distance from a base to a vertex of the section is referred to as 'height (h)'.

또한, 상기 복수의 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 대향되는 경사면이 이루는 각을 '프리즘각(γ)'라 하고, 상기 단면의 밑변과 빗변이 이루는 각을 '밑각(α)'이라고 한다.
An angle formed by the opposite inclined planes of the neighboring prism patterns among the plurality of prism patterns is referred to as a 'prism angle?', And an angle between the base line and the hypotenuse is referred to as a 'base angle?'.

본 발명의 일 측면은 도 3에 도시된 바와 같은 액체 흐름 유도형 고분자막(1)에 관한 것으로, One aspect of the present invention relates to a liquid flow induction type polymer membrane 1 as shown in Fig. 3,

상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)은 플레이트(10); 및 상기 플레이트(10)의 일면 또는 양면에 일체로 형성되며, 친수성이 낮은 방향으로 액체의 일방향 흐름을 유도하는 액체 흐름 유도부(20)를 포함하며, 상기 액체 흐름 유도부(20)는 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴(30)이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)이며, 프리즘 패턴(30)들의 경사면(31, 32)들은 프리즘 패턴(30)들의 배열방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지며, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 이온교환성 고분자로 제조된 것일 수 있다.The liquid flow induction type polymer membrane (1) comprises a plate (10); And a liquid flow guide part (20) integrally formed on one or both surfaces of the plate (10) and guiding a one - way flow of liquid in a direction of low hydrophilicity, wherein the liquid flow guide part (20) The inclined surfaces 31 and 32 of the prism patterns 30 are aligned along the arrangement direction of the prism patterns 30 so that the prism patterns 30 are arranged in a single direction continuously in a single direction, And the liquid flow-inducing type polymer membrane may be made of ion-exchangeable polymer.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)은 친수성이 낮은 방향으로 액체의 일 방향 흐름을 가능하게 하는 고분자막으로서, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)에 포함된 상기 이웃하는 프리즘 패턴(30)들의 물리적인 대칭 구조와 상기 이웃하는 프리즘 패턴(30)들의 대향되는 제1 경사면(31)과 제2 경사면(32)의 상이한 친수성으로 인한 화학적인 비대칭 구조에 의해 액체의 일 방향 흐름을 유도할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the liquid flow induction type polymer membrane (1) is a polymer membrane capable of one direction flow of liquid in a direction of low hydrophilicity, wherein the liquid flow induction type polymer membrane Due to the chemically asymmetric structure due to the different symmetrical structure of the prism patterns 30 and the different hydrophilicity of the first inclined plane 31 and the second inclined plane 32 of the opposed prism patterns 30, Directional flow can be induced.

이웃하는 프리즘 패턴(30)들의 물리적인 대칭 구조는 이웃하는 프리즘 패턴(30)들이 동일한 크기 및 형태를 가지는 것을 의미한다. The physical symmetry of the neighboring prism patterns 30 means that the neighboring prism patterns 30 have the same size and shape.

이웃하는 프리즘 패턴(30)들의 화학적인 비대칭 구조는 이웃하는 프리즘 패턴(30)들의 대향되는 제1 경사면(31)과 제2 경사면(32)의 상이한 친수성에 기인한 것으로, 상이한 친수성은 제1 경사면(31)과 제2 경사면(32)에 대한 액체의 접촉각으로 확인할 수 있다. 즉, 제1 경사면(31)과 제2 경사면(32)은 상이한 접촉각으로 가져, 액체에 대한 접촉각이 작은 방향으로 흐름 경로가 형성될 수 있으며, 액체의 흐름은 슬립-스틱(slip-stick) 거동의 스텝형 움직임을 나타낼 수 있으며, 이하, 도 4를 참조하여 상기 슬립-스틱 거동을 보다 상세히 설명한다. The chemically asymmetric structure of the neighboring prism patterns 30 is due to the different hydrophilicity of the opposing first and second inclined surfaces 31 and 32 of the neighboring prism patterns 30, Can be confirmed by the contact angle of the liquid with respect to the second inclined surface (31) and the second inclined surface (32). That is, the first inclined surface 31 and the second inclined surface 32 have different contact angles, and a flow path can be formed in a direction in which the contact angle with respect to the liquid is small, and the flow of the liquid is a slip-stick behavior And the slip-stick behavior will now be described in more detail with reference to FIG.

도 4는 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막에서 액체의 일방향 흐름이 유도되는 원리를 나타낸 모식도이다. 상기 모식도는 상기 액체 흐름 유도형 고분자막의 길이 방향에 교차되는 단면을 이용하여 상기 액체의 일방향 흐름이 유도되는 원리를 나타낸 것이다.4 is a schematic view showing a principle in which a unidirectional flow of liquid is induced in the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention. The schematic view shows a principle in which a unidirectional flow of the liquid is induced by using a cross section crossing the longitudinal direction of the liquid flow induction type polymer membrane.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)에 형성된 복수의 프리즘 패턴들 상에 액체를 가하면(injection), 상기 액체가 상기 복수의 프리즘 패턴(30)들에 형성된 채널(CN)을 채우면서 상기 복수의 프리즘 패턴(30)들의 산까지 덮는 액체방울 형태의 액적(DP)을 형성한다.4A, when a liquid is injected onto a plurality of prism patterns formed on the liquid flow induction-type polymer film 1, the liquid is injected into the plurality of prism patterns 30 And forms droplets (DP) in the form of droplets to cover the formed channels (CN) to the mountains of the plurality of prism patterns (30).

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 프리즘 패턴들 상에 액체를 지속적으로 가하면 상기 액적(DP)의 크기가 커지게 되고, 상기 액적(DP)의 양 측면은 각각 인접하는 프리즘 패턴의 능선(RL)에 접한 채로 멈춤 상태를 유지하게 된다.As shown in FIG. 4B, when the liquid is continuously applied onto the plurality of prism patterns, the size of the droplet DP becomes large, and both sides of the droplet DP are spaced apart from each other, And remains in the stopped state while being in contact with the ridgeline RL of the pattern.

그 후, 액체를 더 가하게 되면 상기 액적(DP)의 크기는 더 커지게 되고, 상기 액적(DP)의 양 측면이 각각 인접하는 경사면에 대한 임계접촉각(θc)에 도달할 때까지 멈춤 상태가 유지된다. Thereafter, when the liquid is further supplied, the size of the droplet DP becomes larger, and the stop state is maintained until the both sides of the droplet DP reach the critical contact angle? C for the adjacent slopes maintain.

상기 복수의 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 경사면(31)과 제2 경사면(32)에 있어서, 상기 제1 경사면(31)이 제2 경사면(32)에 비해 상대적으로 큰 친수성을 가질 수 있으며, 이에 따라, 하기 수학식 1로 표시되는 임계접촉각(θc) 또한 더 클 수 있다. 예컨대, 상기 제1 경사면(31)은 친수성막을 포함하는 경사면일 수 있고, 상기 제2 경사면(32)은 이온교환성 고분자로 형성된 표면을 포함하는 경사면일 수 있다.The first inclined surface 31 and the second inclined surface 32 may be formed so that the first inclined surface 31 and the second inclined surface 32 oppose each other with respect to the prism patterns adjacent to each other among the plurality of prism patterns, Accordingly, the critical contact angle? C expressed by the following equation (1) can also be larger. For example, the first inclined surface 31 may be an inclined surface including a hydrophilic film, and the second inclined surface 32 may be an inclined surface including a surface formed of an ion-exchangeable polymer.

[수학식 1][Equation 1]

θc = θ* + αθ c = θ * + α

상기 수학식 1에서, θ*는 평평한 표면상에서의 평형접촉각 즉, 고유접촉각이고,In Equation (1),? * Is an equilibrium contact angle on a flat surface, that is, a specific contact angle,

상기 α는 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 삼각형 단면에서 밑변과 빗변이 이루는 각도, 즉, 밑각이다.Alpha is an angle formed by a base and a hypotenuse in a triangular cross section intersecting the longitudinal direction of the prism pattern, that is, a base angle.

다시 말해, 상기 제1 경사면(31)이 제2 경사면(32)에 비해 친수성이 큰 경우, 상기 제1 및 제2 경사면(31, 32)에 대한 액체의 임계접촉각을 각각 θ1,c 및 θ2,c 라고 할 때, θ1,c 〉θ2,c 이며, 이때, θ1,c = θ1 * + α 이고, θ2,c = θ2 * + α 이다. In other words, when the first inclined plane 31 has a greater hydrophilicity than the second inclined plane 32, the critical contact angles of the liquid with respect to the first and second inclined planes 31 and 32 are denoted by? 1, c, and? 2, and c , θ 1, c > θ 2, c , where θ 1, c = θ 1 * + α and θ 2, c = θ 2 * + α.

상기 액적(DP)의 양 측면은 각각 상기 제1 및 제2 경사면(31, 32)에 인접하고 있고, 상기 θ2,c가 상기 θ1,c보다 작으므로, 상기 액적(DP)이 커지면서 상기 액적(DP)의 양 측면의 접촉각 중 일 측면의 접촉각이 상기 θ2,c에 먼저 접하게 되며, 상기 액적(DP)이 θ2,c에 접하게 될 때까지 멈춤 상태를 유지하게 되고, 상기 θ2,c를 넘어서게 될 만큼 액적(DP)이 커지게 되면, 상기 제1 경사면(31)에서 제2 경사면(32) 쪽으로 액체가 이동하기 시작한다. Since both side surfaces of the droplet DP are adjacent to the first and second sloping surfaces 31 and 32 and the second and the third c sides are smaller than the first and the second c sides , a contact angle of one side of the contact angle for both sides of the liquid drop (DP) wherein θ 2, and exposed first to c, and to keep the stop state until the liquid drop (DP) is to be in contact with the θ 2, c, wherein θ 2 , the liquid begins to move from the first inclined surface 31 toward the second inclined surface 32 when the droplet DP becomes larger than the threshold value c .

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 액적(DP)이 제1 및 제2 경사면(31, 32) 중 상대적으로 임계접촉각이 작은 제2 경사면(32)의 접촉각(θ2,c)을 넘어서면 액체가 상기 제2 경사면(32) 쪽으로 이동하여, 상대적으로 임계접촉각이 큰 제1 경사면(31)으로부터 상대적으로 접촉각이 작은 제2 경사면 쪽으로 액체의 일 방향 흐름을 관찰할 수 있다. 즉, 친수성이 상대적으로 작은 경사면에서 큰 경사면으로의 액체의 흐름이 유도되는 것이다.The liquid droplet DP has a contact angle? 2, c of the second inclined plane 32 having a relatively small critical contact angle among the first and second inclined planes 31 and 32, as shown in FIG. 4 ( c ) The liquid moves toward the second inclined surface 32 to observe one directional flow of the liquid from the first inclined surface 31 having a relatively large critical angle of contact to the second inclined surface having a relatively small contact angle. That is, a flow of liquid from a slope having a relatively small hydrophilicity to a large slope is induced.

만약, 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 및 제2 경사면의 친수성 정도가 동일하여 접촉각이 동일하다면, 액적의 양 측면이 접하게 되는 접촉각이 동일하므로, 상기 액적의 양 측면이 동시에 상기 접촉각을 넘어서 양 방향으로 액체의 흐름이 유도되게 된다.If the hydrophilic properties of the opposing first and second inclined surfaces of the neighboring prism patterns are the same and the contact angles are the same, the contact angle at which both sides of the droplet contact are the same, so that both sides of the droplet simultaneously A flow of liquid is induced in the direction of the liquid.

따라서, 상기 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막에서 액체의 일 방향 흐름이 발생하는 것은 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향하는 경사면의 화학적 특징, 예컨대, 친수성이 상이한 것이 기인한 것임을 알 수 있다.
Therefore, it can be understood that the one-directional flow of the liquid in the liquid flow-inducing type polymer membrane produced is caused by the difference in chemical characteristics, for example, hydrophilicity, of the opposite inclined planes of the neighboring prism patterns.

일 구현예에 따르면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 이온교환성 고분자로 제조되고, 상기 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 경사면과 제2 경사면 중 어느 한 면은 상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면을 포함하고, 다른 한 면은 (b) 친수성막을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the liquid flow-induction-type polymer membrane is made of an ion-exchange polymer, and one of the opposing first sloping faces and the second sloping faces of the neighboring prism patterns is formed of the ion exchangeable polymer (a) (B) comprises a hydrophilic membrane, and the other surface comprises (b) a hydrophilic membrane.

다른 구현예에 따르면, 상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면은 액체에 대한 접촉각이 80˚~90˚, 바람직하게는 83.2˚~87.8˚이고, 상기 (b) 친수성막은 액체에 대한 접촉각이 15˚~25˚, 바람직하게는 21.3˚~22.7˚인 것일 수 있다.According to another embodiment, the contact angle of the surface formed with the ion-exchangeable polymer (a) to the liquid is 80 to 90 degrees, preferably 83 to 87.8 degrees, and the contact angle of the hydrophilic film to the liquid is 15 ° to 25 °, preferably 21.3 ° to 22.7 °.

따라서, 상기 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 경사면과 제2 경사면 중, 액체에 대한 접촉각이 상대적으로 큰 상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면을 포함하는 경사면으로부터 액체에 대한 접촉각이 상대적으로 작은 상기 (b) 친수성막을 포함하는 경사면으로 액체의 흐름이 유도될 수 있다.Therefore, a contact angle with respect to the liquid from the inclined surface including the surface formed of the ion-exchangeable polymer (a), which has a relatively large contact angle with respect to the liquid, among the opposed first inclined plane and the second inclined plane of the neighboring prism patterns, The flow of liquid can be induced to the inclined surface including the small hydrophilic film (b).

또 다른 구현예에 따르면, 상기 (a) 이온교환성 고분자는 설폰화 폴리에테르에테르케톤(Sulfonated Poly(ether ether ketone), SPEEK), 나피온 혼합물(Nafion composite) 및 설폰화 폴리아릴렌에테르설폰(Sulfonated poly(arylene ether sulfone), SPAES) 중에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.According to another embodiment, the ion exchangeable polymer (a) is selected from the group consisting of sulfonated polyether ether ketone (SPEEK), Nafion composite and sulfonated polyarylene ether sulfone Sulfonated poly (arylene ether sulfone), SPAES).

또 다른 구현예에 따르면, 상기 (b) 친수성막은 백금, 크롬, 금 및 은 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 박막인 것일 수 있다.According to another embodiment, the hydrophilic film (b) may be a thin film of at least one metal selected from platinum, chromium, gold and silver.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 (b) 친수성막의 두께는 5~20 nm인 것일 수 있다.According to another embodiment, the thickness of the hydrophilic film (b) may be 5 to 20 nm.

상기 (b) 친수성막은 상기 이웃하는 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 경사면과 제2 경사면 중 하나의 경사면에 증착된 형태의 박막일 수 있으며, 상기 (b) 친수성막의 두께가 5 nm 미만이면 금속입자들이 응집하여 상기 경사면을 친수성으로 안정적으로 개질할 수 없고, 20 nm 초과이면 친수성막의 두께가 두꺼워 크랙이 발생할 수 있다.The hydrophilic film (b) may be a thin film deposited on one of the first inclined surface and the second inclined surface opposite to each other of the neighboring prism patterns. If the thickness of the hydrophilic film (b) is less than 5 nm, The inclined surface can not be stably modified by hydrophilicity, and if it is more than 20 nm, the thickness of the hydrophilic film is too thick to cause cracks.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 이웃하는 상기 프리즘 패턴들의 대향되는 제1 경사면과 제2 경사면 사이의 각도, 즉, 프리즘각((γ))은 20˚~130˚인 것일 수 있다.According to another embodiment, the angle between the opposed first inclined surface and the second inclined surface of the neighboring prism patterns, that is, the prism angle (gamma) may be 20 ° to 130 °.

상기 제1 경사면과 제2 경사면 사이의 각도(프리즘각, (γ))가 20˚ 미만이면 낮은 단차로 인하여 액체의 흐름이 방향성을 상실하는 문제점이 있을 수 있고, 130˚ 초과이면 상기 프리즘 패턴이 구조적으로 불안정한 문제점이 있을 수 있다.If the angle between the first inclined surface and the second inclined surface (prism angle, gamma) is less than 20 °, there may be a problem that the flow of the liquid is lost due to the low step, There may be structurally unstable problems.

또 다른 구현예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 패턴의 길이 방향(LD)에 교차되는 단면의 주기(p) 및 높이(h)의 비율은 1 : 0.25 내지 1 : 4일 수 있다. 5, the ratio of the period (p) and the height (h) of the cross section intersecting the longitudinal direction LD of the prism pattern may be 1: 0.25 to 1: 4 have.

상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 너비(w) 및 높이(h)의 비율이 1 : 0.25 미만이면 상기 프리즘 패턴이 구조적으로 불안정할 수 있고, 1 : 4 초과이면 낮은 단차로 인하여 액체의 흐름이 방향성을 상실할 수 있다.The prism pattern may be structurally unstable when the ratio of the width w and the height h of the cross section intersecting the longitudinal direction of the prism pattern is less than 1: 0.25. If the ratio is less than 1: 4, The flow may lose directionality.

이에, 상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기(p) 및 높이(h)는 상술한 바와 같은 비율을 만족하면서, 상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기(p)는 10~100 ㎛이고, 상기 높이(h)는 5~100㎛인 것이 바람직하다.The period p of the cross section intersecting with the longitudinal direction of the prism pattern satisfies the above-mentioned ratio, while the period p and the height h of the cross section crossing the longitudinal direction of the prism pattern satisfy the above- 100 탆, and the height h is preferably 5 to 100 탆.

또 다른 구현예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 상기 플레이트(10)의 두께(t)는 30~100 ㎛인 것일 수 있다. 즉, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 상기 플레이트(10)의 두께는 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 두께를 의미한다.According to another embodiment, as shown in FIG. 6, the thickness t of the plate 10 in which the liquid flow guide portion 20 is formed may be 30 to 100 μm. That is, the thickness of the plate 10 on which the liquid flow inducing unit 20 is formed means the thickness of the liquid flow induction-type polymer membrane 1.

상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 상기 플레이트(10)의 두께는 상기 플레이트(10)의 두께 및 상기 액체 흐름 유도부(20)의 두께를 더한 총 두께를 의미하며, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10)의 일면(도 6의 (a)) 또는 양면(도 6의 (b))에 형성된 경우를 모두 포함할 수 있다.The thickness of the plate 10 formed with the liquid flow guide portion 20 is the total thickness plus the thickness of the plate 10 and the thickness of the liquid flow guide portion 20, (A) of FIG. 6) or on both sides (FIG. 6 (b)) of the plate 10.

상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 상기 플레이트(10)의 두께가 10 ㎛ 미만이면 기계적인 강성이 약해져 연료전지의 전해질막으로 사용하기에 부적합할 수 있고, 200 ㎛ 초과이면 연료전지의 전해질막으로 적용시 연료전지가 두꺼워지는 문제가 있으며, 또한 막저항 증가로 인한 성능 감소 문제가 발생할 수 있다.If the thickness of the plate 10 on which the liquid flow inducing unit 20 is formed is less than 10 탆, the mechanical rigidity is weakened, which may be unsuitable for use as an electrolyte membrane of a fuel cell. If the thickness is more than 200 탆, There is a problem that the fuel cell becomes thick when applied, and there may be a problem of performance reduction due to an increase in membrane resistance.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 연료전지용 고분자 전해질막인 것일 수 있다.According to another embodiment, the liquid flow induction type polymer membrane may be a polymer electrolyte membrane for a fuel cell.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)이 연료전지용 고분자 전해질막으로 적용될 경우, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 양면에 연료전지(40)의 전극인 캐소드(41)와 애노드(42)가 각각 위치할 수 있다 (도 7의 (a) 및 (b)).7, when the liquid flow-induction-type polymer membrane 1 is applied as a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, a cathode 41 (an electrode of the fuel cell 40) on both sides of the liquid flow- And the anode 42 may be positioned respectively (Fig. 7 (a) and (b)).

이때, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)과, 캐소드(41) 및 애노드(42)를 적층할 때 때 개스켓(gasket)과 같은 부재의 설치 공간을 고려하여, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)은 상기 캐소드(41) 및 애노드(42)와 같은 전극의 면적보다 1.1~1.5배 큰 것일 수 있으며, 상기 캐소드(41) 및 애노드(42)의 중심과 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 중심이 일치하도록 적층하여, 상기 캐소드(41) 및 애노드(42)는 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1) 양면의 가운데 부분에 위치할 수 있다 (도 7의 (c)). The liquid flow induction type polymer membrane 1 and the liquid flow induction type polymer membrane 1 are formed in consideration of the installation space of a member such as a gasket when the liquid flow induction type polymer membrane 1 and the cathode 41 and the anode 42 are laminated. May be 1.1 to 1.5 times larger than the area of the electrodes such as the cathode 41 and the anode 42 and the center of the cathode 41 and the anode 42 may be larger than the area of the cathode 41 and the anode 42, The cathode 41 and the anode 42 may be positioned at the center of both sides of the liquid flow induction-type polymer membrane 1 (Fig. 7 (c)).

또 다른 구현예에 따르면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도부(20)는 상기 플레이트(10)의 일면 또는 양면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 것일 수 있다. 상기 테두리부(11)는 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)이 연료전지(40)의 전해질막으로 적용될 경우, 상기 캐소드(41)와 애노드(42)가 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 일면 또는 양면의 위치한 가운데 부분을 제외한 나머지 부분을 의미하는 것일 수 있다.According to another embodiment, as shown in FIG. 8A, the liquid flow guide portion 20 may be integrally formed on the edge portion 11 of one side or both sides of the plate 10. When the liquid flow induction type polymer membrane 1 is applied to the electrolyte membrane of the fuel cell 40, the cathode 41 and the anode 42 are connected to the edge of the liquid flow induction type polymer membrane 1 It may mean the remaining part except the center part located on one side or both sides.

종래, 연료전지는 연료전지 구동시 전해질막의 수분 함량 조절이 어려워, 수화 및 탈수 과정이 반복적으로 일어나 전해질막과 전극간의 계면이 탈리되어 셀 저항이 증가되는 문제가 있었다.Conventionally, the fuel cell has a problem that it is difficult to control the moisture content of the electrolyte membrane when the fuel cell is driven, the hydration and dehydration processes are repeatedly performed, and the interface between the electrolyte membrane and the electrode is removed.

그러나, 상술한 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10)의 일면 또는 양면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)을 연료전지의 전해질막으로 적용시, 상기 액체 흐름 유도부(20)에서의 일방향 액체 흐름으로 인하여 구조물 설계를 통해 연료전지 내 원하는 구역에 적절한 수분 공급이 가능하여 상기 전해질막의 수분을 조절할 수 있다.However, as described above, when the liquid flow induction portion 20 is integrally formed on one or both sides of the plate 10 as an electrolyte membrane of a fuel cell It is possible to appropriately supply water to a desired region in the fuel cell through the design of the structure due to the unidirectional liquid flow in the liquid flow inducing unit 20 so that the moisture of the electrolyte membrane can be controlled.

도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10) 일면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 경우, 상기 액체 흐름 유도부(20)에서 나타나는 액체 흐름의 방향은 상기 플레이트(10)의 중심부에서 외곽부 방향(x 방향)일 수 있다.8B, when the liquid flow guide portion 20 is integrally formed on the rim portion 11 of one side of the plate 10, the direction of the liquid flow appearing in the liquid flow guide portion 20 is the same as that of the plate (X direction) from the center of the substrate 10.

연료전지에서 캐소드와 접하는 전해질막의 일면은 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 수로(water channel)를 형성하는 자유수(free water), 즉, 수분함량이 많다.One surface of the electrolyte membrane in contact with the cathode in the fuel cell has a free water, i.e., a high water content, which forms a water channel through which hydrogen ions can freely move.

따라서, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10) 일면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)을 연료전지(40)의 전해질막으로 적용할 경우, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 일면을 연료전지(40)의 캐소드(41)와 접하도록 하고, 또한, 상기 액체 흐름 유도부(20)에서의 액체 흐름 방향이 상기 캐소드(41)와의 계면에서 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 외곽 방향(x 방향)으로 조절되게 함으로써, 구조물 설계를 통한 연료전지 내 원하는 구역에 적절한 수분 공급이 가능하여 연료전지(40)의 전해질막의 수분을 조절할 수 있다.
Therefore, when the liquid flow induction-type polymer membrane 1 formed integrally with the rim 11 on one side of the plate 10 is applied to the electrolyte membrane of the fuel cell 40, The direction of the liquid flow in the liquid flow guide portion 20 is set such that the liquid flow direction in the liquid flow guide portion 20 is in contact with the cathode 41 of the fuel cell 40, (X direction) of the inductive polymer membrane 1, water can be appropriately supplied to a desired region in the fuel cell through designing of the structure, and moisture of the electrolyte membrane of the fuel cell 40 can be controlled.

도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10) 양면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 경우, 상기 플레이트(10)의 양면에 각각 형성된 액체 흐름 유도부(20)에서 나타나는 액체 흐름의 방향은 상호 반대 방향일 수 있다.The liquid flow guide portion 20 formed on both sides of the plate 10 when the liquid flow guide portion 20 is integrally formed on the rim portion 11 on both sides of the plate 10 as shown in FIG. The direction of the liquid flow appearing in the flow direction may be opposite to each other.

연료전지에서 캐소드와 접하는 전해질막의 일면은 수소이온이 자유롭게 이동할 수 있는 수로(water channel)를 형성하는 자유수(free water), 즉, 수분함량이 많은 반면, 애노드와 접하는 전해질막의 다른 일면은 자유수(free water)기 증발하여 건조해질 수 있다.One surface of the electrolyte membrane in contact with the cathode in the fuel cell has free water, i.e., a high water content, which forms a water channel through which hydrogen ions can move freely, while the other surface of the electrolyte membrane in contact with the anode is free water (free water) evaporates and can be dried.

따라서, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10) 양면의 테두리부(11)에 일체로 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)을 연료전지(40)의 전해질막으로 적용할 경우, 상기 연료전지(40)의 캐소드(41)와 접한 액체 흐름 유도부(20)에서는 액체의 흐름이 상기 캐소드(41)와의 계면에서 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 외곽 방향(x 방향)으로 조절되게 하고, 상기 연료전지(40)의 애노드(42)와 접한 액체 흐름 유도부(20)에서는 액체의 흐름이 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 외곽에서 상기 애노드(42)와의 계면을 향하는 방향(y 방향)으로 조절되게 함으로써, 상기 연료전지(40)의 캐소드(41)와 접하는 부분에서는 과량의 수분함량을 조절하고, 상기 연료전지(40)의 애노드(42)와 접하는 부분에서는 발생할 수 있는 건조 문제를 방지할 수 있다.Therefore, when the liquid flow induction-type polymer membrane 1 formed integrally with the rims 11 on both sides of the plate 10 is applied to the electrolyte membrane of the fuel cell 40, The flow of the liquid is adjusted in the outward direction (x direction) of the liquid flow induction-type polymer membrane 1 at the interface with the cathode 41 in the liquid flow guide portion 20 contacting the cathode 41 of the battery 40 A flow of liquid flows from the outer periphery of the liquid flow induction-type polymer membrane 1 toward the interface with the anode 42 in the direction of the y direction It is possible to control the excessive moisture content at the portion of the fuel cell 40 that contacts the cathode 41 and to prevent the drying problem that may occur at the portion of the fuel cell 40 contacting the anode 42 .

또 다른 구현예에 따르면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 상기 플레이트의 일면 또는 양면의 테두리부를 따라 상호 이격되게 형성되는 복수의 단위 액체 흐름 유도부를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the liquid flow induction-type polymer membrane may include a plurality of unit liquid flow inducing portions spaced apart from each other along a rim of one or both surfaces of the plate.

도 9a는 상기 액체 흐름 유도부(20)가 상기 플레이트(10)의 일면의 테두리부(11)를 따라 상호 이격되게 형성되는 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)를 포함하는 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 사시도이다.9A shows a liquid flow induction type polymer membrane 1 including a plurality of unit liquid flow induction parts 21 formed such that the liquid flow inducing parts 20 are spaced apart from each other along a rim 11 of one side of the plate 10. [ FIG.

상기 도 9a의 액체 흐름 유도형 고분자막(1)을 연료전지의 전해질막으로 이용할 경우, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 일면에 연료전지의 캐소드가 적층될 수 있다. When the liquid flow-inducing polymer membrane 1 of FIG. 9A is used as an electrolyte membrane of a fuel cell, the cathode of the fuel cell may be laminated on one surface of the liquid flow inducing unit 20.

상기 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)는 그 길이 방향과 상기 플레이트(10)의 각 변이 평행하는 방향으로 상호 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)의 횡단면의 모양은 사각형일 수 있다.The plurality of unit liquid flow guide portions 21 may be spaced apart from each other in the longitudinal direction and in a direction parallel to the sides of the plate 10, and the shape of the cross section of the plurality of unit liquid flow guide portions 21 may be It can be a square.

이와 같이, 상기 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)가 상호 이격되게 형성하되, 특히 상기 플레이트(10)의 모서리부에는 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)가 형성되지 않게 함으로써, 개스캣과 같은 부재를 설치할 수 있을 뿐만 아니라 상기 전해질막으로 사용된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)과 캐소드 및 애노드를 적층한 뒤 압력을 가하여 밀폐하여도 기계적 강도가 약해지는 것을 방지할 수 있다.The plurality of unit liquid flow guide portions 21 are spaced apart from each other. In particular, the unit liquid flow guide portions 21 are not formed at the corners of the plate 10, It is possible to prevent the mechanical strength from being weakened by laminating the liquid flow induction type polymer membrane 1, the cathode and the anode, which are used as the electrolyte membrane, and then sealing them by applying pressure.

또 다른 구현예에 따르면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)은 상기 플레이트(10)의 일면 또는 양면의 테두리부(11)에 형성되는 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)를 포함하되, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)의 길이 방향(LD)의 길이(ℓ)는 상기 테두리부(11)의 내주면에서 외주면으로 갈수록(x 방향) 짧아질 수 있다. 이때, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)의 길이 방향(LD)의 길이(ℓ)란, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)에 포함된 프리즘 패턴의 길이 방향(LD)의 길이를 의미한다.9B, the liquid flow-induction-type polymer membrane 1 may include a plurality of unit liquid flow inducing portions (not shown) formed on one or both sides of a rim 11 of the plate 10 The length L of the longitudinal direction LD of the unit liquid flow guide portion 21 can be shortened from the inner circumferential surface of the rim portion 11 toward the outer circumferential surface in the x direction. The length L of the longitudinal direction LD of the unit liquid flow guide portion 21 means the length of the longitudinal direction LD of the prism pattern included in the unit liquid flow guide portion 21.

도 9b는 상기 액체 흐름 유도부(20)에 포함된 복수의 단위 액체 흐름 유도부(21)의 길이 방향의 길이(ℓ)가 상기 테두리부(11)의 외주면으로 갈수록 짧아지도록 형성된 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 사시도이다.9B is a cross-sectional view of a liquid flow induction type polymer membrane (hereinafter, referred to as " liquid flow induction type polymer membrane ") formed such that the length (L) of the plurality of unit liquid flow inducing portions 21 included in the liquid flow inducing portion 20 becomes shorter toward the outer peripheral surface of the rim portion 11. 1).

상기 도9b의 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 연료전지의 전해질막으로 이용할 경우, 상기 액체 흐름 유도부(20)가 형성된 일면에 연료전지의 캐소드가 적층될 수 있다. When used as an electrolyte membrane of the fuel cell of the liquid flow induction-type polymer membrane 1 of FIG. 9B, the cathode of the fuel cell may be laminated on one surface of the liquid flow inducing unit 20.

상기 액체 흐름 유도형 고분자막(1)의 테두리부(11)에 형성된 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)의 길이 방향(LD)과 상기 플레이트(10)의 각 변이 평행하는 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)는 캐소드(41)가 적층될 경우 상기 캐소드(41)의 각 변과 접하며, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)는 상기 캐소드(41)와 접하는 변으로부터 상기 테두리부(11)의 내주면에서 외주면으로(x 방향) 갈수록 길이 방향(LD)의 길이(ℓ)가 짧아질 수 있다. The longitudinal direction LD of the unit liquid flow inducing portion 21 formed in the rim portion 11 of the liquid flow induction-type polymer membrane 1 may be arranged in a direction in which the sides of the plate 10 are parallel to each other. The unit liquid flow inducing portion 21 contacts each side of the cathode 41 when the cathode 41 is stacked and the unit liquid flow inducing portion 21 is connected to each side of the cathode 41, The length l of the longitudinal direction LD can be made shorter from the inner peripheral surface of the portion 11 to the outer peripheral surface (x direction).

예컨대, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)의 횡단면의 모양은 상기 캐소드(41)와 접하는 변, 즉, 상기 테두리부(11)의 내주면을 밑면으로 하고 상기 플레이트(10)의 네 변상에 꼭지점을 가지는 삼각형일 수 있다. 이 경우, 상기 단위 액체 흐름 유도부(21)와 캐소드(41)가 접하는 부분에서 발생하는 과량의 수분함량을 조절하기에 더욱 유리할 수 있다.
For example, the shape of the transverse section of the unit liquid flow inducing portion 21 may be such that the bottom surface of the edge portion of the edge portion 11, which is in contact with the cathode 41, It can be a triangle. In this case, it may be more advantageous to control the excessive moisture content generated at the portion where the unit liquid flow inducing portion 21 and the cathode 41 are in contact with each other.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (A) 복수 개의 프리즘 패턴들이 형성된 금형을 제작하는 단계; (B) 상기 금형 위에 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트를 위치시키고 가열 압착하여, 상기 플레이트의 일면 또는 양면에 복수 개의 상기 프리즘 패턴들이 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도부를 전사하는 단계; (C) 상기 단계 (B)에서 얻은 상기 프리즘 패턴들을 포함하는 액체 흐름 유도부가 전사된 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트에서, 상기 프리즘 패턴들의 경사면은 상기 프리즘 패턴들의 배열 방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지도록, 상기 프리즘 패턴들의 경사면들 중 어느 한 면에 친수성막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (A) fabricating a mold having a plurality of prism patterns formed therein; (B) placing a plate including an ion exchangeable polymer on the mold, heating and pressing the plate, and transferring the liquid flow guide portion in which a plurality of the prism patterns are continuously arranged in one direction on one side or both sides of the plate; (C) a plate including the ion exchangeable polymer to which the liquid flow inducing part including the prism patterns obtained in the step (B) is transferred, wherein the inclined surfaces of the prism patterns alternately have different hydrophilicity along the arrangement direction of the prism patterns And forming a hydrophilic film on one of the slanted faces of the prism patterns so that the liquid flow induction-type polymer film has a hydrophilic property.

상기 금형은 고분자로 제조된 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있다.The mold may be made of a polymer, for example, the polymer may be polydimethylsiloxane (PDMS).

일 구현예에 따르면, 상기 복수 개의 프리즘 패턴들은 상기 금형의 테두리부를 따라 형성된 것일 수 있다.According to one embodiment, the plurality of prism patterns may be formed along the rim of the mold.

다른 구현예에 따르면, 상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 너비 및 높이의 비율은 1 : 1 내지 2 : 1인 것일 수 있다.
According to another embodiment, the ratio of the width and the height of the cross section crossing the longitudinal direction of the prism pattern may be 1: 1 to 2: 1.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 서로 대향하여 배치되는 캐소드와 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 전해질막을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 전해질막은 상기 액체 흐름 유도형 고분자막인 것을 특징으로 하는 연료전지에 관한 것이다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a cathode and an anode arranged opposite to each other; And an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the electrolyte membrane is the liquid flow induction type polymer membrane.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. In addition, it is apparent that, based on the teachings of the present invention including the following examples, those skilled in the art can easily carry out the present invention in which experimental results are not specifically shown.

제조예 1: PDMS 금형 제조Production Example 1: Production of PDMS mold

금형을 제조하기 위한 마스터몰드를 기계가공에 의해 제조하였다. 먼저, 니켈 전기 도금한 스테인리스강으로 된 플레이트를 준비한 후, 다이아몬드 절삭공구를 사용하여 상기 플레이트의 표면을 특정 각으로 기계 가공하여 프리즘 패턴을 형성하였다. 이때, 형성되는 프리즘 패턴의 주기(피치)와 각도는 상기 다이아몬드 절삭공구의 주기(피치) 및 각도에 상응하게 되며, 상기 프리즘 패턴의 높이는 절삭 깊이에 의해 결정될 수 있다A master mold for manufacturing a mold was prepared by machining. First, a plate made of nickel electroplated stainless steel was prepared, and then the surface of the plate was machined to a specific angle using a diamond cutting tool to form a prism pattern. At this time, the period (pitch) and the angle of the formed prism pattern correspond to the period (pitch) and the angle of the diamond cutting tool, and the height of the prism pattern can be determined by the cutting depth

이에, 주기가 50 μm, 높이가 25 μm, 프리즘 각이 90˚가 되도록 프리즘 패턴이 패터닝된 마스터몰드를 제조하였다.Thus, a master mold having a prism pattern patterned so as to have a period of 50 μm, a height of 25 μm and a prism angle of 90 ° was manufactured.

마스터몰드가 제조된 후, Sylgard 184 폴리디메틸실록산(PDMS) 엘라스토머 베이스와 경화제의 혼합물(10:1 w/w)을 상기 프리즘 패턴이 패터닝된 마스터몰드에 붓고 70 ℃에서 2 시간 동안 경화하였다. After the master mold was prepared, a mixture of the Sylgard 184 polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer base and the curing agent (10: 1 w / w) was poured into the master mold patterned with the prism pattern and cured at 70 ° C for 2 hours.

경화된 PDMS 금형을 마스터몰드에서 분리한 후 절단하여 사용하였다.
The cured PDMS mold was separated from the master mold and cut.

실시예 1: 액체 흐름 유도형 고분자막 제조Example 1: Preparation of liquid flow-inducing type polymer membrane

상기 제조예 1에서 제조된 프리즘 패턴이 형성된 PDMS 금형 위에 나피온(Nafion)으로 제조된 고분자막을 위치시키고 가열압착하여, 상기 프리즘 패턴을 상기 고분자막의 일면에 전사하였다. 가열압착시, 상기 나피온의 유리전이온도(Tg)인 140 ℃ 보다 낮은 온도인 120 ℃에서, 20 kg/cm2 압력 조건에서 60분 동안 가열압착시켜, 일면에 프리즘 패턴이 형성된 고분자막을 제조하였다.The Nafion polymer film was placed on the PDMS mold having the prism pattern formed in Production Example 1, and the prism pattern was transferred to one side of the polymer film by heating and pressing. During heating and compression, the polymer film was heat-pressed for 60 minutes under a pressure of 20 kg / cm 2 at a temperature of 120 ° C, which is lower than the glass transition temperature (Tg) of 140 ° C of Nafion, to produce a polymer film having a prism pattern on one side .

상기 고분자막에 전사된 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 마주보는 두 개의 경사면 중 어느 한 경사면에 친수성막으로서 20 nm 두께의 Cr 막을 경사증착법으로 코팅하였다.A 20 nm thick Cr film as a hydrophilic film was coated on the slanted surface of two opposing slopes of the prism patterns transferred from the prism patterns transferred onto the polymer film by oblique deposition.

이때, 경사증착법으로 코팅시, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하였으며 프리즘 패턴들을 포함하는 고분자막을 경사각이 60˚인 홀더 상에 위치시키면, 경사진 홀더를 사용하기 때문에 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 마주보는 두 개의 경사면 중 하나의 경사면에만 금속층이 증착된다.
In this case, when the polymer film including prism patterns is placed on a holder having an inclination angle of 60 °, a slant holder is used. Therefore, when the prism patterns are opposed to each other, A metal layer is deposited only on one of the two slopes.

이와 같이, 프리즘 패턴들이 형성된 고분자막을 액체 흐름 유도형 고분자막이라 하며, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막의 면적은 3 x 3 cm2이며 이를 전해질막으로 사용한다. 우선, 상기 막의 젖음 특성을 측정하고, 분석하기 위해서 폭 1.5 mm 이하의 스트립 형태로 절단하여 액체의 흐름을 관찰하는데 사용하였다.
The polymer membrane having the prism patterns formed thereon is referred to as a liquid flow induction type polymer membrane, and the area of the liquid flow induction type polymer membrane is 3 x 3 cm 2 , which is used as an electrolyte membrane. First, the wetting property of the film was measured and used to observe the flow of the liquid by cutting into strips having a width of 1.5 mm or less for analysis.

실험예 1: 물리적 측정Experimental Example 1: Physical measurement

상기 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막의 표면을 광학현미경(Olympus IX70, Japan)으로 촬영하였고, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막 상에서 액체의 흐름은 접촉각 분석기(KRUSS DSA 100, Germany)를 이용하여 동영상으로 촬영하였다.
The surface of the liquid flow-induction type polymer membrane prepared in Example 1 was photographed with an optical microscope (Olympus IX70, Japan), and the flow of the liquid on the liquid flow-induction type polymer membrane was measured using a contact angle analyzer (KRUSS DSA 100, Germany) I took a video.

도 10은 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막을 광학현미경으로 촬영한 광학이미지이다.10 is an optical image of the liquid flow induction type polymer membrane prepared in Example 1, taken by an optical microscope.

도 10을 참조하면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막에 형성된 프리즘 패턴의 주기는 50 μm이고, 높이는 25 μm이며, 프리즘각은 90˚인 것으로 확인되었다. 또한, 상기 광학이미지로부터 상기 액체 흐름 유도형 고분자막에 형성된 복수의 프리즘 패턴들이 구조적 대칭성을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 복수의 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 마주보는 두 개의 경사면 중 하나의 경사면에 선택적으로 증착된 금속막인 Cr막으로 인하여 화학적인 비대칭성을 가짐을 알 수 있다.
Referring to FIG. 10, it was confirmed that the period of the prism pattern formed on the liquid flow induction type polymer membrane was 50 μm, the height was 25 μm, and the prism angle was 90 °. Further, it can be seen from the optical image that the plurality of prism patterns formed on the liquid flow-induction-type polymer membrane have structural symmetry. Also, it can be seen that the prism patterns have chemical asymmetry due to the Cr film, which is a metal film selectively deposited on one of two opposite slopes of the prism patterns of the plurality of prism patterns.

도 11은 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막 상에서 액체의 거동을 관찰한 사진이다.11 is a photograph showing the behavior of liquid on the liquid flow induction type polymer membrane prepared in Example 1. Fig.

도 11을 참조하면, 상기 액체 흐름 유도형 고분자막 위에 액체, 예컨대, 물방울을 올려놓고 1 μL/min의 일정한 속도로 액체의 부피를 증가시킨 결과, 액체의 흐름은 전형적인 스틱-슬립 거동의 스텝형 움직임을 보이는 것을 확인하였다. 액체방울이 프리즘 패턴 구조 전체를 적시는 것으로 보아, 젖음성은 Wenzel 상태로 설명할 수 있다.11, when a liquid such as a water droplet is placed on the liquid flow induction-type polymer membrane and the volume of the liquid is increased at a constant rate of 1 μL / min, the flow of the liquid is controlled by the stepwise movement of a typical stick- Respectively. The wettability can be explained by the Wenzel state since the droplet wetts the entire prism pattern structure.

나아가, 물방울의 부피가 증가함에 따라 앞으로 이동하던 액체의 전면이 능선(RL)에서 더 전진하지 못하는 것을 알 수 있다. 액체방울이 에너지 장벽을 극복하면, 물방울의 전면은 빠르게 능선(RL)을 넘어 다음 계곡으로 넘어간 후 다시 멈추게 되는데, 이와 같은 멈춤-넘어감 사이클이 반복되면서 프리즘 패턴 구조에 의해 형성된 채널의 능선을 따라 흐름이 진행된다. Furthermore, it can be seen that as the volume of the water droplet increases, the front surface of the liquid that has moved forward can not advance further from the ridgeline (RL). When the droplet overcomes the energy barrier, the front of the droplet quickly rises past the ridge (RL) to the next valley and then stops again. Such a stop-and-over cycle repeats and flows along the ridge of the channel formed by the prism pattern structure .

이러한 관점에서, 이러한 일방향성 흐름을 "스텝 흐름"이라고 부르기로 한다. From this point of view, this unidirectional flow will be referred to as "step flow ".

물방울의 전면이 금속필름 쪽으로 일방향성으로 이동한다. 또한, 패턴의 주기가 25 μm인 프리즘 패턴 구조에서도 동일하게 스텝 흐름이 관찰되었는 바, 더 작은 규모에서도 방향성 있는 흐름을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
The front surface of the water droplet moves in one direction toward the metal film. In addition, the same step flow was observed in the prism pattern structure having a pattern period of 25 μm, indicating that a directional flow can be realized even at a smaller scale.

도 12는 실시예 1에서 제조된 액체 흐름 유도형 고분자막에 포함된 복수의 프리즘 패턴들 중 이웃하는 프리즘 패턴의 대향하는 제1 경사면(Cr 막을 포함하는 경사면) 및 제2 경사면(나피온으로 형성된 표면을 포함하는 경사면)에 대한 액체의 접촉각을 나타낸 것이다.12 is a graph showing the relationship between a first inclined plane (a slope including a Cr film) and a second inclined plane (a plane formed by Nafion) of an adjacent prism pattern among a plurality of prism patterns included in the liquid flow- (Inclined surface including the inclined surface).

도 12에 도시된 바와 같이, 제1 경사면(Cr 막을 포함하는 경사면)의 접촉각은 85.5˚이고, 제2 경사면(나피온으로 형성된 표면을 포함하는 경사면)의 접촉각은 22.0˚인 것을 알 수 있다.
As shown in Fig. 12, the contact angle of the first inclined surface (inclined surface including Cr film) is 85.5 deg., And the contact angle of the second inclined surface (inclined surface including the surface formed by Nepion) is 22.0 deg.

실시예 2: 막전극접합체(MEA) 제조Example 2: Preparation of membrane electrode assembly (MEA)

상기 실시예 1에서 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용하여 막전극접합체(membrane electrode assembly, MEA)를 제조하였다. 애노드와 캐소드 촉매는 탄소 담지체에 백금이 46.6 wt%가 함유된 상용 촉매(TANAKA社)를 사용하였고, 이소프로필알콜과 5 wt% 나피온 용액을 사용하여 촉매 슬러리를 제조하였다. In Example 1, a membrane electrode assembly (MEA) was prepared using a liquid flow-inducing type polymer membrane. As the anode and cathode catalyst, a commercial catalyst (TANAKA) containing 46.6 wt% of platinum in a carbon carrier was used, and a catalyst slurry was prepared by using isopropyl alcohol and 5 wt% NaOH solution.

제조된 촉매 슬러리를 초음파 처리(ultrasonoication)로 혼합한 후, 상기 실시예 1에서 액체 흐름 유도형 고분자막에 애노드의 백금 함량은 0.2 mg·cm-2이며 캐소드의 백금 함량은 0.4 mg·cm-2으로 하여 고정한 후, 스프레이건을 사용하여 막전극접합체를 제조하였다 (Pattern MEA). After the prepared catalyst slurry was mixed by ultrasonication, the platinum content of the anode was 0.2 mg · cm -2 and the platinum content of the cathode was 0.4 mg · cm -2 in the liquid flow-inducing type polymer membrane in Example 1 After that, a membrane electrode assembly was prepared using a spray gun (Pattern MEA).

막전극접합체의 전극 면적은 5 cm2 이고 막전극접합체 양쪽 극에 가스확산층(gas diffusion layer)은 SGL사의 10BC 제품을 붙이고 단위전지에 체결하여 성능을 측정하였다.
The electrode area of the membrane electrode assembly was 5 cm 2, and the gas diffusion layer was attached to both electrodes of the membrane electrode assembly with a 10BC product of SGL.

비교예 1 : 막전극접합체(MEA) 대조군Comparative Example 1: Membrane Electrode Assembly (MEA) Control Group

상용의 고분자막(NRE-212, Dupont Co.)을 사용하여 막전극접합체를 제조하였고(Reference MEA), 실시예 2와 동일 촉매, 가스확산층, 단위전지를 사용하여 성능을 비교하였다.
A membrane electrode assembly was prepared using a commercial polymer membrane (NRE-212, Dupont Co.) (Reference MEA), and the performance was compared using the same catalyst, gas diffusion layer, and unit cell as in Example 2.

실험예 2: 연료전지 성능평가Experimental Example 2: Evaluation of fuel cell performance

상기 실시예 2에서 제조된, 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용한 막전극접합체(Pattern MEA) 및 비교예 1에서 제조한 상용 고분자막을 이용한 막전극접합체(Reference MEA)를 대상으로 연료전지 성능 평가를 수행하였다. 성능 평가를 위해 단위전지의 온도는 80℃로 구성하였고, 상대습도 100%의 수소와 산소를 양론비 1.5와 2.0으로 적용하여 단위전지에 공급하였다.A fuel cell performance evaluation was performed on the membrane electrode assembly (Pattern MEA) using the liquid flow induction type polymer membrane prepared in Example 2 and the membrane electrode assembly (Reference MEA) using the commercial polymer membrane prepared in Comparative Example 1 . For the performance evaluation, the unit cell temperature was set at 80 ℃ and hydrogen and oxygen with relative humidity of 100% were applied to the unit cell at stoichiometric ratios of 1.5 and 2.0.

도 13은 실시예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 막전극접합체에 대하여 측정한 분극 곡선 그래프이다.Fig. 13 is a polarization curves graph of measured membrane electrode assemblies prepared in Example 2 and Comparative Example 1, respectively. Fig.

도 13에 도시된 바와 같이, 1.0 Acm-2 이상의 전류밀도(Current density)에서 상기 실시예 2의 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용한 막전극접합체(Pattern MEA)가 비교예 1의 상용 고분자막을 이용한 막전극접합체(Reference MEA)보다 전압이 높게 나타났다. 13, a membrane electrode assembly (Pattern MEA) using the liquid flow-induction type polymer membrane of Example 2 at a current density of 1.0 Acm -2 or higher was used as the membrane electrode using the commercial polymer membrane of Comparative Example 1 The voltage was higher than that of the reference MEA.

또한, 0.4 V 전압에서 상기 비교예 1의 상용 고분자막을 이용한 막전극접합체(Reference MEA)의 전류밀도는 1.839 Acm-2이며 상기 실시예 2의 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용한 막전극접합체(Pattern MEA)의 전류밀도는 2.798 Acm-2으로 0.959 Acm-2만큼 높은 성능을 나타내었다. The current density of the membrane electrode assembly (Reference MEA) using the commercial polymer membrane of Comparative Example 1 at a voltage of 0.4 V was 1.839 Acm -2, and the membrane electrode assembly (Pattern MEA) using the liquid flow- The current density was 2.798 Acm -2, which was 0.959 Acm -2 .

또한, 상기 비교예 1의 상용 고분자막을 이용한 막전극접합체(Reference MEA)의 경우, 1.60 Acm-2 이상의 전류밀도에서 급격한 전압 감소가 나타났으며, 1.9 Acm-2의 전류밀도에서 측정이 정지된 것으로 나타났다. 반면, 상기 실시예 2의 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용한 막전극접합체(Pattern MEA)의 경우, 3.00 Acm-2의 전류밀도까지 안정적으로 측정된 것으로 나타났다.
Also, in the case of the membrane electrode assembly (Reference MEA) using the commercial polymer membrane of Comparative Example 1, a sharp voltage drop was observed at a current density of 1.60 Acm -2 or more and the measurement was stopped at a current density of 1.9 Acm -2 appear. On the other hand, in the case of the membrane electrode assembly (Pattern MEA) using the liquid flow-induction type polymer membrane of Example 2, the current density was stably measured up to 3.00 Acm -2 .

이로부터 상기 실시예 2의 액체 흐름 유도형 고분자막을 이용한 막전극접합체(Pattern MEA)는 친수성 차이로 인하여 화학적으로 비대칭인 프리즘 패턴들에 의해 유도되는 액체의 일방향 흐름으로 인하여 상기 액체 흐름 유도형 고분자막의 수분 조절이 가능하며, 높은 전류에서 안정적으로 막전극전합체의 운전이 가능한 것을 알 수 있었다.
From this, it can be seen that the membrane electrode assembly (Pattern MEA) using the liquid flow-induction type polymer membrane according to the second embodiment has a problem that due to the hydrophilicity difference, the one- It was found that the membrane electrode assembly could be operated stably at a high current.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 흐름 유도형 고분자막을 액체의 일방향 흐름을 가능하게 하여 연료전지의 전해질막으로 적용시 전해질막의 수분 조절이 가능하고, 고전류에서 안정적으로 전지의 구동을 가능하게 하여 장기수명 안전성이 요구되는 차세대 연료전지의 전해질막으로서의 활용 가능성을 확인할 수 있다.
As described above, when the liquid flow induction type polymer membrane according to the present invention is applied as an electrolyte membrane of a fuel cell by allowing a one-way flow of liquid, moisture of the electrolyte membrane can be controlled and the battery can be stably driven at a high current It is possible to confirm the application of the fuel cell of the next generation which requires long-term life safety as an electrolyte membrane.

위에서 기재한 구현예 외에도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 출원 당시의 기술 상식 및 본 명세서의 기재 내용에 기초하여, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 점은 자명하다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiments described above and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. As shown in FIG.

본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

10: 플레이트
11: 테두리부
20: 액체 흐름 유도부, 21: 단위 액체 흐름 유도부
30: 프리즘 패턴
31: 제1 경사면, 32: 제2 경사면
33: 이온교환성 고분자로 형성된 표면, 34: 친수성막
40: 연료전지
41: 캐소드 42: 애노드
ℓ: 단위 액체 흐름 유도부의 길이
LD: (프리즘 패턴의) 길이방향
10: Plate
11:
20: liquid flow guide portion, 21: unit liquid flow guide portion
30: prism pattern
31: first inclined surface, 32: second inclined surface
33: surface formed of ion-exchangeable polymer, 34: hydrophilic membrane
40: Fuel cell
41: cathode 42: anode
ℓ: Length of unit liquid flow guide
LD: length (of the prism pattern)

Claims (19)

플레이트; 및
상기 플레이트의 일면 또는 양면에 일체로 형성되며, 친수성이 낮은 방향으로 액체의 일방향 흐름을 유도하는 액체 흐름 유도부를 포함하며,
상기 액체 흐름 유도부는 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도형 고분자막이며,
상기 프리즘 패턴들의 경사면들은 상기 프리즘 패턴들의 배열방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지며,
상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 이온교환성 고분자로 제조되는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
plate; And
And a liquid flow guide part integrally formed on one surface or both surfaces of the plate and guiding a one-way flow of the liquid in a direction of low hydrophilicity,
Wherein the liquid flow inducing unit is a liquid flow induction type polymer membrane in which a plurality of prism patterns each having an inclined plane intersecting is continuously arranged in one direction,
The inclined surfaces of the prism patterns alternately have different hydrophilicity along the arrangement direction of the prism patterns,
Wherein the liquid flow-induction-type polymer membrane is made of an ion-exchange polymer.
제1항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도부는,
상기 플레이트의 테두리부에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
The liquid flow-
Wherein the liquid flow induction-type polymer membrane is integrally formed at an edge of the plate.
제1항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도부는,
상기 플레이트의 테두리부(30)를 따라 상호 이격되며, 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 복수의 단위 액체 흐름 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
The liquid flow-
And a plurality of unit liquid flow inducing portions spaced from each other along the rim portion (30) of the plate and having a plurality of prism patterns each having an inclined plane intersecting each other and continuously arranged in one direction. .
제3항에 있어서,
상기 단위 액체 흐름 유도부의 복수의 상기 프리즘 패턴들의 길이는 상기 플레이트의 중심에서 테두리방향으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method of claim 3,
Wherein a length of the plurality of prism patterns of the unit liquid flow induction portion is reduced in a direction from a center of the plate toward an edge of the plate.
제1항에 있어서,
상기 프리즘 패턴의 양측면을 이루는 경사면들 중 어느 한 면은 상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면을 포함하고, 다른 한 면은 (b) 친수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the inclined surfaces constituting both side surfaces of the prism pattern comprises a surface formed of the ion-exchangeable polymer and the hydrophilic film.
제5항에 있어서,
상기 (a) 이온교환성 고분자로 형성된 표면은 액체에 대한 접촉각이 80˚ 내지 90˚이고, 상기 (b) 친수성막은 액체에 대한 접촉각이 15˚ 내지 25˚인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
6. The method of claim 5,
Wherein the contact angle of the surface formed with the ion-exchangeable polymer (a) to the liquid is 80 ° to 90 °, and the contact angle of the hydrophilic film with respect to the liquid is 15 ° to 25 °. .
제5항에 있어서,
상기 (a) 이온교환성 고분자는 설폰화 폴리에테르에테르케톤(Sulfonated Poly(ether ether ketone), SPEEK), 나피온 혼합물(Nafion composite) 및 설폰화 폴리아릴렌에테르설폰(Sulfonated poly(arylene ether sulfone), SPAES) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
6. The method of claim 5,
The ion exchangeable polymer (a) may be selected from the group consisting of sulfonated polyether ether ketone (SPEEK), Nafion composite, and sulfonated poly (arylene ether sulfone) , SPAES). ≪ / RTI >
제5항에 있어서,
상기 (b) 친수성막은 백금, 크롬, 금 및 은 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 박막인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
6. The method of claim 5,
Wherein the hydrophilic membrane (b) is at least one metal thin film selected from platinum, chromium, gold and silver.
제5항에 있어서,
상기 (b) 친수성막의 두께는 5 내지 20 nm인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
6. The method of claim 5,
Wherein the hydrophilic film (b) has a thickness of 5 to 20 nm.
제1항에 있어서,
이웃하는 상기 프리즘 패턴들의 대향되는 경사면이 이루는 각도는 20˚ 내지 130˚인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein the angle formed by the opposite inclined surfaces of the adjacent prism patterns is 20 to 130 deg..
제1항에 있어서,
상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기 및 높이의 비율은 1 : 0.25 내지 1 : 4인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the periodicity and the height of the cross section of the prism pattern in the longitudinal direction is 1: 0.25 to 1: 4.
제1항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도부가 형성된 영역에서 상기 액체 흐름 유도부와 상기 플레이트의 두께는 30 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the liquid flow-inducing portion and the plate in the region where the liquid flow inducing portion is formed is 30 to 100 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도부가 상기 플레이트의 양면에 형성된 경우, 상기 플레이트의 양면에서 각각 유도되는 액체의 흐름이 상호 반대방향이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein when the liquid flow inducing portion is formed on both surfaces of the plate, flows of the liquids guided from both sides of the plate are opposite to each other.
제1항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도형 고분자막은 연료전지용 고분자 전해질막인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막.
The method according to claim 1,
Wherein the liquid flow induction type polymer membrane is a polymer electrolyte membrane for a fuel cell.
서로 대향하여 배치되는 캐소드와 애노드; 및
상기 캐소드와 애노드 사이에 배치되는 전해질막을 포함하는 연료전지에 있어서,
상기 전해질막은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 액체 흐름 유도형 고분자막인 것을 특징으로 하는 연료전지.
A cathode and an anode arranged opposite to each other; And
And an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 14, wherein the electrolyte membrane is a liquid flow induction type polymer membrane.
(A) 복수 개의 프리즘 패턴들이 형성된 금형을 제작하는 단계;
(B) 상기 금형 위에 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트를 위치시키고 가열 압착하여, 상기 플레이트의 일면 또는 양면에 복수 개의 상기 프리즘 패턴들이 일방향으로 연속적으로 배열된 액체 흐름 유도부를 전사하는 단계;
(C) 상기 단계 (B)에서 얻은 상기 프리즘 패턴들을 포함하는 액체 흐름 유도부가 전사된 이온교환성 고분자를 포함하는 플레이트에서, 상기 프리즘 패턴들의 경사면은 상기 프리즘 패턴들의 배열 방향을 따라 번갈아 상이한 친수성을 가지도록, 상기 프리즘 패턴들의 경사면들 중 어느 한 면에 친수성막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법.
(A) fabricating a mold having a plurality of prism patterns formed therein;
(B) placing a plate including an ion exchangeable polymer on the mold, heating and pressing the plate, and transferring the liquid flow guide portion in which a plurality of the prism patterns are continuously arranged in one direction on one side or both sides of the plate;
(C) a plate including the ion exchangeable polymer to which the liquid flow inducing part including the prism patterns obtained in the step (B) is transferred, wherein the inclined surfaces of the prism patterns alternately have different hydrophilicity along the arrangement direction of the prism patterns And forming a hydrophilic film on one of the slanted surfaces of the prism patterns so that the hydrophilic film has a hydrophilic property.
제16항에 있어서,
상기 액체 흐름 유도부는,
상기 플레이트의 테두리부를 따라 상호 이격되며, 교차되는 양측면이 경사면으로 이루어진 프리즘 패턴이 복수 개 일방향으로 연속적으로 배열된 복수의 단위 액체 흐름 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The liquid flow-
And a plurality of unit liquid flow inducing portions spaced apart from each other along the rim of the plate and having a plurality of prism patterns each having an inclined plane intersecting each other and continuously arranged in one direction.
제16항에 있어서,
상기 프리즘 패턴의 길이 방향에 교차되는 단면의 주기 및 높이의 비율은 1 : 0.25 내지 1 : 4인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the ratio of the periodicity and the height of the cross section of the prism pattern in the longitudinal direction is 1: 0.25 to 1: 4.
제16항에 있어서,
상기 친수성막은 백금, 크롬, 금 및 은 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 박막인 것을 특징으로 하는 액체 흐름 유도형 고분자막의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the hydrophilic film is at least one metal thin film selected from platinum, chromium, gold and silver.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019157164A (en) * 2018-03-08 2019-09-19 本田技研工業株式会社 Water electrolysis apparatus
KR20200046901A (en) * 2018-10-26 2020-05-07 한국과학기술연구원 Composite electrolyte membrane with patterned hydrophilic inorganic layer, method of manufacturing the same, and fuel cell comprising the same

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