KR20170096973A - Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same - Google Patents

Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20170096973A
KR20170096973A KR1020170021579A KR20170021579A KR20170096973A KR 20170096973 A KR20170096973 A KR 20170096973A KR 1020170021579 A KR1020170021579 A KR 1020170021579A KR 20170021579 A KR20170021579 A KR 20170021579A KR 20170096973 A KR20170096973 A KR 20170096973A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer
electrolyte membrane
compound
polymer electrolyte
membrane
Prior art date
Application number
KR1020170021579A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102010399B1 (en
Inventor
김영제
한중진
장용진
강에스더
유윤아
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20170096973A publication Critical patent/KR20170096973A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102010399B1 publication Critical patent/KR102010399B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C311/00Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C311/48Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of sulfonamide groups further bound to another hetero atom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C317/00Sulfones; Sulfoxides
    • C07C317/16Sulfones; Sulfoxides having sulfone or sulfoxide groups and singly-bound oxygen atoms bound to the same carbon skeleton
    • C07C317/22Sulfones; Sulfoxides having sulfone or sulfoxide groups and singly-bound oxygen atoms bound to the same carbon skeleton with sulfone or sulfoxide groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2225Synthetic macromolecular compounds containing fluorine
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1039Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/521

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The present invention relates to a compound including an aromatic ring, a polymer including the same, a polymeric electrolyte membrane including the same, a membrane-electrode assembly including the polymeric electrolyte membrane, a fuel cell including the membrane-electrode assembly, and a redox flow battery including the polymeric electrolyte membrane. According to an embodiment of the present invention, the polymeric electrolyte membrane produced by using the polymer containing monomers derived from the compound of the present invention shows excellent ion conductivity.

Description

방향족 고리를 포함하는 화합물, 이를 포함하는 고분자 및 이를 이용한 고분자 전해질막{COMPOUND INCLUDING AROMATIC RING, POLYMER INCLUDING THE SAME AND POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound containing an aromatic ring, a polymer containing the same and a polymer electrolyte membrane using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 출원은 2016년 02월 17일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2016-0018432호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit of Korean Patent Application No. 10-2016-0018432 filed on February 17, 2016, filed with the Korean Intellectual Property Office, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 명세서는 방향족 고리를 포함하는 화합물, 이를 포함하는 고분자 및 이를 이용한 고분자 전해질막에 관한 것이다.The present invention relates to a compound containing an aromatic ring, a polymer containing the aromatic ring, and a polymer electrolyte membrane using the same.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화·환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식이다. 연료전지의 막 전극 접합체(MEA)는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로서 캐소드와 애노드 그리고 전해질막, 즉 이온 전도성 전해질막으로 구성되어 있다.Fuel cells are energy conversion devices that convert the chemical energy of a fuel directly into electrical energy. That is, a fuel cell uses a fuel gas and an oxidizing agent, and generates electric power by using electrons generated during the oxidation and reduction reactions thereof. The membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell is composed of a cathode, an anode, and an electrolyte membrane, that is, an ion conductive electrolyte membrane, as a portion where an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen takes place.

레독스 플로우 전지(산화-환원 흐름 전지, Redox Flow Battery)란 전해액에 포함되어 있는 활성물질이 산화·환원되어 충전·방전되는 시스템으로 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 레독스 플로우 전지의 단위셀은 전극, 전해질 및 이온교환막(전해질막)을 포함한다.Redox Flow Battery (Redox Flow Battery) is a system in which an active substance contained in an electrolyte is oxidized and reduced to be charged and discharged. An electrochemical storage device that stores chemical energy of an active substance directly as electric energy to be. The unit cell of the redox flow battery includes an electrode, an electrolyte, and an ion exchange membrane (electrolyte membrane).

연료전지 및 레독스 플로우 전지는 높은 에너지 효율성과 오염물의 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인하여 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다. Fuel cells and redox flow cells are being researched and developed as a next generation energy source because of their high energy efficiency and eco - friendly characteristics with low emission of pollutants.

연료전지 및 레독스 플로우 전지에서 가장 핵심이 되는 구성요소는 양이온 교환이 가능한 고분자 전해질막으로서, 1) 우수한 양성자 전도도 2) 전해질의 크로스오버(Cross Over) 방지, 3) 강한 내화학성, 4) 기계적 물성 강화 및/또는 5) 낮은 스웰링 비(Swelling Ratio)의 특성을 갖는 것이 좋다. 고분자 전해질막은 불소계, 부분불소계, 탄화수소계 등으로 구분이 되며, 부분불소계 고분자 전해질막의 경우, 불소계 주 사슬을 가지고 있어 물리적, 화학적 안정성이 우수하며, 열적 안정성 높다는 장점이 있다. 또한, 부분불소계 고분자 전해질막은 불소계 고분자 전해질막과 마찬가지로 양이온 전달 관능기가 불소계 사슬의 말단에 붙어있어, 탄화수소계 고분자 전해질막과 불소계 고분자 전해질막의 장점을 동시에 가지고 있다.The most important components of the fuel cell and the redox flow cell are cation exchange polymer electrolyte membranes, which are: 1) excellent proton conductivity 2) cross-over of the electrolyte 3) strong chemical resistance 4) mechanical Physical properties and / or 5) low swelling ratio. The polymer electrolyte membrane is classified into a fluorine system, a partial fluorine system, and a hydrocarbon system. In the case of a partially fluorinated polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane has an excellent physical and chemical stability and a high thermal stability due to its fluorine main chain. Also, like the fluorinated polymer electrolyte membrane, the partial fluorinated polymer electrolyte membrane has the advantages of the hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane and the fluorinated polymer electrolyte membrane because the cation-transfer functional group is attached to the end of the fluorinated chain.

연료전지 및/또는 레독스 플로우 전지의 경우, 저가습 조건에서 운전할 경우 양극의 반응성이 향상되고 수막현상 및 촉매의 오염을 저감하는 등의 다양한 장점이 있다. 그러나, 일반적으로 사용되고 있는 고분자 전해질막의 경우, 저가습 조건에서 양이온 전도도 등의 물성이 감소하여 급격한 전지 성능 저하를 보인다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 실정이다.In the case of a fuel cell and / or a redox flow battery, there are various advantages such as improving the reactivity of the anode when operating under low humidification conditions, reducing water film phenomenon and catalyst contamination. However, the polymer electrolyte membranes generally used have a problem that their physical properties such as cation conductivity are lowered under low humidification conditions, leading to a rapid deterioration in cell performance. Therefore, it is necessary to study to solve this problem.

대한민국 공개공보 제2003-0076057호Korean Laid-Open Publication No. 2003-0076057

본 명세서는 방향족 고리를 포함하는 화합물 및 이를 이용한 고분자 전해질막을 제공하고자 한다.The present invention provides a compound containing an aromatic ring and a polymer electrolyte membrane using the same.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a compound comprising an aromatic ring represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

R1 및 R3 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 히드록시기 또는 할로겐기이고, R1 and R3 to R5 are the same or different from each other, and each independently hydrogen, a hydroxy group or a halogen group,

R6은 -SO3H, -SO3 -M+, -COOH, -COO-M+, -PO3H2, -PO3H-M+ 및 -PO3 2-2M+으로 이루어진 군에서 선택되며,R6 is -SO 3 H, -SO 3 - M +, -COOH, -COO - M +, -PO 3 H 2, -PO 3 H - is selected from the group consisting of M + and -PO 3 2- 2M + ,

R2는 O, S, NH, SO2,

Figure pat00002
또는
Figure pat00003
이고, R2 is O, S, NH, SO 2 ,
Figure pat00002
or
Figure pat00003
ego,

L1은 직접결합; 또는 O이며,L1 is a direct bond; Or O,

n은 1 내지 10의 정수이고, 2 내지 10개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,n is an integer of 1 to 10, structures in parentheses of 2 to 10 are the same or different from each other,

M은 1족 원소이다.M is a Group 1 element.

본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1의 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 고분자를 제공한다.One embodiment of the present disclosure provides a polymer comprising a monomer derived from the compound of formula (1).

본 명세서는 일 실시상태는 상기 화학식 1의 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체를 포함하는 고분자 전해질막을 제공한다.The present disclosure provides a polymer electrolyte membrane comprising a polymer comprising a monomer derived from the compound of Formula 1 in one embodiment.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 전술한 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체를 제공한다.In addition, one embodiment of the present disclosure relates to an anode; Cathode; And the above-described polymer electrolyte membrane provided between the anode and the cathode.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 2 이상의 전술한 막-전극 접합체; 상기 막-전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택; 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급부; 및 상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지를 제공한다.In addition, one embodiment of the present disclosure includes two or more of the above-described membrane-electrode assemblies; A stack including a bipolar plate disposed between the membrane-electrode assemblies; A fuel supply unit for supplying fuel to the stack; And an oxidant supply unit for supplying an oxidant to the stack.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 전술한 고분자 전해질막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.In addition, one embodiment of the present disclosure includes a positive electrode cell including a positive electrode and a positive electrode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And a polymer electrolyte membrane provided between the anode cell and the cathode cell.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물로부터 유래된 단량체를 포함하는 고분자를 이용하여 제조된 고분자 전해질막은 이온 전도도가 우수하다.The polymer electrolyte membrane prepared using a polymer containing a monomer derived from a compound according to one embodiment of the present specification has excellent ionic conductivity.

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물로부터 유래된 단량체를 포함하는 고분자를 이용하여 제조된 고분자 전해질막은 고가습 및/또는 저가습 조건에서 높은 이온교환용량(IEC, ion exchange capacity) 값을 갖는다.In addition, the polymer electrolyte membrane prepared using a polymer containing a monomer derived from a compound according to one embodiment of the present invention has a high ion exchange capacity (IEC) value at high humidification and / or low humidification conditions .

또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물로부터 유래된 단량체를 포함하는 고분자는 단위 구조당 적어도 2개의 산 단위(acid unit)를 포함하는 multi acid를 가지기 때문에 산 해리상수(pKa)가 낮을 뿐만 아니라, 이를 이용하여 고분자 전해질막 제조 시 상분리가 용이하고 결과적으로 이온 전도도가 향상된다.In addition, since a polymer containing a monomer derived from a compound according to an embodiment of the present invention has a multi acid having at least two acid units per unit structure, the acid dissociation constant (pK a ) is low However, phase separation is easy and consequently ion conductivity is improved in the production of the polymer electrolyte membrane by using this.

또한, 상기 고분자 전해질막을 포함하는 연료전지 및/또는 레독스 플로우 전지는 내구성 및 효율이 우수하다.Further, the fuel cell and / or the redox flow battery including the polymer electrolyte membrane are excellent in durability and efficiency.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 레독스 플로우 전지의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 연료전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 6의 H-NMR 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물 5 및 6의 F-NMR 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체 1의 FT-IR 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체 1에 대하여 GPC로 측정한 분자량값을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view showing an electricity generation principle of a fuel cell.
2 is a view schematically showing a general structure of a redox flow battery.
3 is a schematic view showing one embodiment of a fuel cell.
4 is a graph showing H-NMR values of Compound 6 according to one embodiment of the present invention.
5 is a graph showing F-NMR values of compounds 5 and 6 according to one embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the FT-IR values of Polymer 1 according to one embodiment of the present disclosure.
7 is a graph showing molecular weight values measured by GPC for Polymer 1 according to one embodiment of the present disclosure.

이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

일반적으로 사용되는 고분자 전해질막의 경우, 고가습 상태에서는 우수한 효율을 보이지만 저가습 조건에서는 양이온 전도도가 낮아지는 문제점이 있다. 그러나, 본 명세서에서는 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 이용함으로써 상기 문제점을 개선할 수 있다. Generally, the polymer electrolyte membranes used in the present invention exhibit excellent efficiency under a high humidifying condition, but have a problem in that their cationic conductivity is lowered under low humidifying conditions. However, in the present specification, the above-mentioned problems can be solved by using the compound represented by the above-mentioned formula (1).

구체적으로, 본 명세서에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물은 multi acid로 작용할 수 있는 디설폰아미드(disulfonamide, -SO2NHSO2-)를 각각 포함하는 두개의 벤젠고리, 이를 연결하는 링커 및 말단에 산(acid)을 포함한다. 상기 산(acid)은 이온 전달 관능기로서, -SO3H, -SO3 -M+, -COOH, -COO-M+, -PO3H2, -PO3H-M+ 및 -PO3 2-2M+으로 이루어진 군에서 선택된다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체는 증가된 단위 유닛(unit)당 산의 개수가 증가하며, 상기 중합체를 포함하는 고분자 전해질막의 이온교환용량(IEC)값이 증가될 수 있다. 결과적으로 상기 고분자 전해질막은 고가습 조건뿐만 아니라 저가습 조건에서도 우수한 양이온 전도도를 나타낼 수 있다.Specifically, in the present specification, the aromatic ring-containing compound represented by Formula 1 is a benzene ring containing two disulfonamides (-SO 2 NHSO 2 -) capable of acting as a multi acid, Linker linking and an acid at the end. The acid (acid) is an ion transport functional group, -SO 3 H, -SO 3 - M +, -COOH, -COO - M +, -PO 3 H 2, -PO 3 H - M + and -PO 3 2 - 2M + . & Lt ; / RTI > Therefore, the polymer containing the monomer derived from the compound represented by the formula (1) has an increased number of acid per unit unit, and the ion exchange capacity (IEC) value of the polymer electrolyte membrane containing the polymer is increased . As a result, the polymer electrolyte membrane can exhibit excellent cation conductivity not only under high humidification conditions but also under low humidification conditions.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R1 및 R3 내지 R5 중 적어도 하나는 할로겐기이고, 나머지는 수소이며, 상기 할로겐기는 불소(F) 또는 염소(Cl)이다.According to one embodiment of the present invention, at least one of R1 and R3 to R5 is a halogen group and the rest is hydrogen, and the halogen group is fluorine (F) or chlorine (Cl).

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R5는 불소(F)이고, R1, R3 및 R4는 수소이다.According to one embodiment of the present invention, in Formula 1, R5 is fluorine (F), and R1, R3 and R4 are hydrogen.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, R2는 SO2이다.According to one embodiment of the present invention, in the above formula (1), R 2 is SO 2 .

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L1은 직접결합이다.According to one embodiment of the present invention, in Formula 1, L1 is a direct bond.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, L1은 O이다.According to one embodiment of the present invention, in the above formula (1), L1 is O.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, 상기 R6는 -SO3H 또는 -SO3 -M+이다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, in the above-mentioned formula (I), wherein R6 is -SO 3 H or -SO 3 - M a +.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 1족 원소인 M은 Li, Na 또는 K일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the Group 1 element M can be Li, Na or K.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에 있어서, 상기 R6는 -SO3H이다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, in the above-mentioned formula (I), wherein R6 is a -SO 3 H.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기의 구조들 중 선택되는 어느 하나이다.According to one embodiment of the present invention, the compound represented by the formula (1) is any one selected from the following structures.

Figure pat00004
Figure pat00004

Figure pat00005
Figure pat00005

본 명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체를 제공한다. 상기의 단량체는 전술한 바와 같이 중합 반응시 향상된 반응성을 보인다는 장점이 있다.One embodiment of the present invention provides a polymer comprising a monomer derived from the compound represented by Formula 1 above. The above monomers have the advantage of exhibiting improved reactivity during the polymerization reaction as described above.

본 명세서에 있어서, "단량체"는 화합물이 중합반응에 의해서 중합체 내에서 2가기 이상의 형태로 포함되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체는 하기 화학식 2와 같은 구조를 가질 수 있다. 다만, 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term "monomer" means a structure in which a compound is contained in the polymer in a form of two or more groups by polymerization reaction. Specifically, the monomer derived from the compound represented by the formula (1) may have a structure represented by the following formula (2). However, it is not limited thereto.

[화학식 2](2)

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 화학식 2에 있어서, R2, R6, L1 및 n의 정의는 상기 화학식 1과 동일하다.In Formula 2, R 2, R 6, L 1 and n have the same definitions as in Formula 1.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 중합체는 전술한 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함한다. 이로 인하여, 중합체 내에서 부분불소계를 포함하는 이온전달관능기가 펜던트(pendant) 형태로 존재하기 때문에 중합체 내에서 이온전달관능기들끼리 잘 모여 상분리가 용이해서 이온 채널을 쉽게 형성하고, 결과적으로 상기 중합체를 포함하는 고분자 전해질막의 이온전도도가 향상되는 효과를 구현할 수 있다. 또한, 단량체 단위구조 당 2개의 산 단위(acid unit)를 포함하는 multi acid를 포함하기 때문에 이온 전도도 향상의 효과가 더욱 우수하다. As described above, the polymer according to one embodiment of the present invention includes a monomer derived from the compound represented by the formula (1). As a result, since the ion transfer functional group containing a partial fluorine group is present in the form of a pendant in the polymer, the ion transfer functional groups are easily gathered in the polymer to easily form an ion channel, thereby easily forming an ion channel. As a result, The ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane can be improved. In addition, since it contains multi acid including two acid units per monomer unit structure, the effect of improving ionic conductivity is more excellent.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 랜덤 중합체일 수 있다. 이 경우, 간단한 중합 방법으로 높은 분자량을 갖는 중합체를 얻을 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, the polymer may be a random polymer. In this case, a polymer having a high molecular weight can be obtained by a simple polymerization method.

이 때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체는 상기 중합체를 포함하는 고분자 전해질막의 이온 전도도를 조절하는 역할을 하고, 랜덤 형태로 중합되는 나머지 비율의 공단량체는 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다.At this time, the monomer derived from the compound represented by the formula (1) plays a role of controlling the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane including the polymer, and the remainder of the comonomer polymerized in random form has a role of improving the mechanical strength do.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체는 전체 중합체의 0.1 몰% 내지 100 몰%로 포함될 수 있다. 구체적으로 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체만을 포함한다. 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체 이외의 제2 단량체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체의 함량은 0.5 몰% 내지 65 몰%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 5 몰% 내지 65 몰%일 수 있다. 상기 범위 내의 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체는 기계적 강도와 높은 이온 전도도를 갖는다.According to one embodiment of the present invention, the monomer derived from the compound represented by the formula (1) may be contained in an amount of 0.1 to 100 mole% of the whole polymer. Specifically, the polymer includes only a monomer derived from the compound represented by the formula (1). In another embodiment, the polymer may further comprise a second monomer other than the monomer derived from the compound represented by the formula (1). In this case, the content of the monomer derived from the compound represented by the formula (1) is preferably 0.5 mol% to 65 mol%. , More preferably from 5 mol% to 65 mol%. Polymers comprising monomers derived from compounds within this range have mechanical strength and high ionic conductivity.

상기 제2 단량체는 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 사용될 수 있다. 이때, 제2 단량체는 1종류 또는 2종류 이상이 사용될 수 있다.As the second monomer, those known in the art can be used. At this time, one kind or two or more kinds of the second monomers may be used.

상기 제2 단량체의 예로는 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 또는 이들의 염기를 구성하는 단량체가 사용될 수 있다.Examples of the second monomer include perfluorosulfonic acid polymer, hydrocarbon polymer, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphosphazine, polyethylene naphthalate, polyester, Doped polybenzimidazole, polyether ketone, polysulfone, an acid thereof, or a monomer constituting the base thereof may be used.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polymer may include a repeating unit represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 화학식 3에 있어서,In Formula 3,

A는 상기 화학식 2로 표시되고,A is represented by the above formula (2)

B는 하기 화학식 4로부터 유래된 단위를 포함하고,B comprises a unit derived from the following formula (4)

C는 하기 화학식 5로부터 유래된 단위를 포함하고,C comprises a unit derived from the following formula 5,

u:v는 1:100 내지 100:1이고,u: v is from 1: 100 to 100: 1,

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 4에 있어서, In Formula 4,

X는 직접결합이거나, ―C(Z1)(Z2)―; ―CO―; ―O―; ―S―; ―SO2―; 및 ―Si(Z1)(Z2)― 중에서 선택된 어느 하나이고,X is a direct bond or -C (Z1) (Z2) -; -CO-; -O-; -S-; -SO 2 -; And -Si (Z1) (Z2) -,

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 화학식 5에 있어서, In Formula 5,

Y는 직접결합이거나, ―C(Z1)(Z2)―; ―CO―; ―O―; ―S―; ―SO2―; 및 ―Si(Z1)(Z2)― 중에서 선택된 어느 하나이고,Y is a direct bond or -C (Z1) (Z2) -; -CO-; -O-; -S-; -SO 2 -; And -Si (Z1) (Z2) -,

Z1 및 Z2는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 및 치환 또는 비치환된 아릴기 중에서 선택된 어느 하나이다.Z1 and Z2 are the same or different and each independently hydrogen; heavy hydrogen; A halogen group; A substituted or unsubstituted alkyl group; And a substituted or unsubstituted aryl group.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4는 하기의 구조식들 중에서 선택된 어느 하나로 표시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the formula (4) may be represented by any one of the following formulas.

Figure pat00010
Figure pat00010

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 직접결합이다.According to one embodiment of the present disclosure, X is a direct bond.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 5는 하기의 구조식들 중에서 선택된 어느 하나로 표시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the formula (5) may be represented by any one of the following structural formulas.

Figure pat00011
Figure pat00011

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y는 ―SO2―이다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, wherein Y is -SO 2 - it is a.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체 중 제2 단량체의 함량은 0 중량% 초과 99.9 중량% 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the content of the second monomer in the polymer may be more than 0 wt% but not more than 99.9 wt%.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3으로 표시되는 반복단위 중, A의 몰비는 0.1 내지 0.5, B의 몰비는 0.5 내지 2.0, C의 몰비는 0.5 내지 1.0 일 수 있다. 더 바람직하게는 A의 몰비는 0.1 내지 0.3, B의 몰비는 0.8 내지 1.2, C의 몰비는 0.7 내지 0.9 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the molar ratio of A in the repeating unit represented by Formula 3 may be 0.1 to 0.5, the molar ratio of B may be 0.5 to 2.0, and the molar ratio of C may be 0.5 to 1.0. More preferably, the molar ratio of A may be 0.1 to 0.3, the molar ratio of B may be 0.8 to 1.2, and the molar ratio of C may be 0.7 to 0.9.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체가 상기 제2 단량체를 포함하는 경우, 상기 중합체는 랜덤 중합체일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, when the polymer comprises the second monomer, the polymer may be a random polymer.

본 명세서의 일 실시상태는 또한, 상기의 중합체를 포함하는 고분자 전해질막을 제공한다. 상기 고분자 전해질막은 전술한 효과를 나타낼 수 있다.An embodiment of the present disclosure also provides a polymer electrolyte membrane comprising the above polymer. The polymer electrolyte membrane can exhibit the above-described effects.

본 명세서에서 "전해질막"은 이온을 교환할 수 있는 막으로서, 막, 이온교환막, 이온전달막, 이온 전도성 막, 분리막, 이온교환 분리막, 이온전달 분리막, 이온 전도성 분리막, 이온 교환 전해질막, 이온전달 전해질막 또는 이온 전도성 전해질막 등을 포함한다.As used herein, the term "electrolyte membrane" is a membrane capable of ion exchange, and includes a membrane, an ion exchange membrane, an ion transport membrane, an ion conductive membrane, a membrane, an ion exchange membrane, A transfer electrolyte membrane, an ion conductive electrolyte membrane, and the like.

본 명세서에 따른 고분자 전해질막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려진 재료 및/또는 방법이 이용되어 제조될 수 있다.The polymer electrolyte membrane according to the present specification can be produced by using materials and / or methods known in the art, except that the membrane includes monomers derived from the compound represented by the formula (1).

또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막에 포함되는 중합체의 중량평균분자량은 500 이상 5,000,000 이하 (g/mol)일 수 있고, 구체적으로 20,000 이상 2,000,000 이하 (g/mol)일 수 있으며, 더욱 구체적으로 50,000 이상 1,000,000 이하(g/mol)일 수 있다.According to another embodiment, the weight average molecular weight of the polymer contained in the polymer electrolyte membrane may be 500 to 5,000,000 (g / mol), and may be 20,000 to 2,000,000 (g / mol) More specifically from 50,000 to less than 1,000,000 (g / mol).

상기 공중합체의 중량평균분자량이 500 이상 5,000,000 이하(g/mol)일 때, 전해질막의 기계적 물성이 저하되지 않고, 적절한 고분자의 용해도를 유지하여 전해질막의 제작을 용이하게 할 수 있다. When the weight average molecular weight of the copolymer is not less than 500 and not more than 5,000,000 (g / mol), the mechanical properties of the electrolyte membrane are not deteriorated and the solubility of the appropriate polymer is maintained, thereby facilitating the production of the electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막의 이온교환용량(IEC) 값은 0.01 mmol/g 내지 5 mmol/g 이다. 상기 이온교환용량값의 범위를 갖는 경우에는 상기 고분자 전해질막에서의 이온 채널이 형성되고, 중합체가 이온 전도도를 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ion exchange capacity (IEC) value of the polymer electrolyte membrane is 0.01 mmol / g to 5 mmol / g. When the ion exchange capacity value is in the range, the ion channel in the polymer electrolyte membrane is formed, and the polymer can exhibit ion conductivity.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질막의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있고, 구체적으로 10 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 전해질막의 두께가 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 때, 전기적 쇼트(Electric Short) 및 전해질 물질의 크로스오버(Cross Over)를 저하시키고, 우수한 양이온 전도도 특성을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the electrolyte membrane may be 1 탆 to 500 탆, specifically, 10 탆 to 200 탆. When the thickness of the electrolyte membrane is 1 占 퐉 to 500 占 퐉, electric short and cross-over of the electrolyte material can be reduced, and excellent cation conductivity characteristics can be exhibited.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막의 이온 전도도는 0.001 S/cm 이상 0.5 S/cm 이하일 수 있으며, 구체적으로, 0.01 S/cm 이상 0.5 S/cm 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane may be 0.001 S / cm or more and 0.5 S / cm or less, and may be 0.01 S / cm or more and 0.5 S / cm or less.

또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막의 이온 전도도는 가습 조건에서 측정될 수 있다. 가습조건이란 풀(full) 가습 조건을 의미할 수도 있고, 상대 습도(RH) 10% 내지 100% 를 의미할 수도 있으며, 상대 습도(RH) 30% 내지 100%를 의미할 수도 있다.According to another embodiment, the ion conductivity of the polymer electrolyte membrane can be measured under a humidifying condition. The humidifying condition may mean a full humidifying condition, may mean a relative humidity (RH) of 10% to 100%, and may mean a relative humidity (RH) of 30% to 100%.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막의 이온 전도도는 0.001 S/cm 이상 0.5 S/cm 이하일 수 있으며, 상대 습도(RH) 10% 내지 100% 에서 측정될 수 있다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 고분자 전해질막의 이온 전도도는 0.01 S/cm 이상 0.5 S/cm 이하일 수 있으며, 상대 습도(RH) 30% 내지 100% 에서 측정될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane may be 0.001 S / cm or more and 0.5 S / cm or less, and may be measured at a relative humidity (RH) of 10% to 100%. According to another embodiment, the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane may be 0.01 S / cm or more and 0.5 S / cm or less, and may be measured at a relative humidity (RH) of 30% to 100%.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 중의 적어도 일부가 금속염의 형태일 수 있다. 또한, 상기 금속염은 산의 형태로 치환될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, at least a portion of the polymer may be in the form of a metal salt. In addition, the metal salt may be substituted in the form of an acid.

구체적으로, 상기 화학식 1에서 R6이 -SO3 -M+, -COO-M+, -PO3H-M+, 또는 -PO3 2-2M+인 고분자에 산 용액을 가하여 금속 M 대신 H(수소)로 치환된 고분자를 포함하는 전해질막을 형성할 수 있다.Specifically, R6 is -SO 3 in the formula 1 - M +, -COO - M +, -PO 3 H - M +, or -PO 3 2- 2M + is a metal added to the acid solution in place of Polymer M H ( Hydrogen) may be formed on the surface of the electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 산 처리에 사용되는 일반적인 산 용액일 수 있으며, 구체적으로 염산 또는 황산일 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, it may be a general acid solution used in the acid treatment, specifically hydrochloric acid or sulfuric acid.

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 산 용액의 농도는 0.1M 이상 10M 이하일 수 있고, 구체적으로 1M 이상 2M 이하일 수 있다. 상기 산 용액의 농도가 0.1M 이상 10M 이하일 때, 전해질막의 손상 없이 금속 M 대신 수소로 용이하게 치환할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the concentration of the acid solution may be 0.1 M or more and 10 M or less, and specifically 1 M or more and 2 M or less. When the concentration of the acid solution is 0.1 M or more and 10 M or less, the metal membrane M can be easily replaced with hydrogen without damaging the electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태는 또한, 애노드; 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 전술한 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체를 제공한다.An embodiment of the present disclosure also includes an anode; Cathode; And the above-described polymer electrolyte membrane provided between the anode and the cathode.

막-전극 접합체(MEA)는 연료와 공기의 전기화학 촉매 반응이 일어나는 전극(캐소드와 애노드)과 수소 이온의 전달이 일어나는 고분자 막의 접합체를 의미하는 것으로서, 전극(캐소드와 애노드)과 전해질막이 접착된 단일의 일체형 유니트(unit)이다.The membrane-electrode assembly (MEA) means a junction body of an electrode (cathode and anode) where an electrochemical catalytic reaction of fuel and air takes place and a polymer membrane in which hydrogen ions are transferred, and the electrode (cathode and anode) It is a single integral unit.

본 명세서의 상기 막-전극 접합체는 애노드의 촉매층과 캐소드의 촉매층이 전해질막에 접촉하도록 하는 형태로서, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 상기 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 위치하는 전해질막을 밀착시킨 상태에서 100 내지 400로 열압착하여 제조될 수 있다.The membrane-electrode assembly of the present invention can be produced by a conventional method known in the art, such that the catalyst layer of the anode and the catalyst layer of the cathode are in contact with the electrolyte membrane. For example, the cathode; Anode; And an electrolyte membrane positioned between the cathode and the anode in close contact with each other at a temperature of 100 to 400.

애노드 전극은 애노드 촉매층과 애노드 기체확산층을 포함할 수 있다. 애노드 기체확산층은 다시 애노드 미세 기공층과 애노드 전극 기재를 포함할 수 있다.The anode electrode may include an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer. The anode gas diffusion layer may again include an anode microporous layer and an anode electrode substrate.

캐소드 전극은 캐소드 촉매층과 캐소드 기체확산층을 포함할 수 있다. 캐소드 기체확산층은 다시 캐소드 미세 기공층과 캐소드 전극 기재를 포함할 수 있다.The cathode electrode may include a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer. The cathode gas diffusion layer may again include a cathode microporous layer and a cathode electrode substrate.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막 전극 접합체(MEA)인데, 이는 전해질막(100)과 이 전해질막(100)의 양면에 형성되는 애노드(200a) 및 캐소드(200b) 전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 애노드(200a)에서는 수소 또는 메탄올, 부탄과 같은 탄화수소 등의 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생하고, 수소 이온은 전해질막(100)을 통해 캐소드(200b)로 이동한다. 캐소드(200b)에서는 전해질막(100)을 통해 전달된 수소 이온과, 산소와 같은 산화제 및 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.FIG. 1 schematically shows an electricity generating principle of a fuel cell. In a fuel cell, a basic unit for generating electricity is a membrane electrode assembly (MEA), which includes an electrolyte membrane 100 and an electrolyte membrane 100, And an anode 200a and a cathode 200b electrodes formed on both sides of the cathode 200a. 1 showing the principle of electricity generation of a fuel cell, in the anode 200a, oxidation reaction of a fuel such as hydrogen or hydrocarbons such as methanol or butane occurs to generate hydrogen ions (H + ) and electrons (e - ) , The hydrogen ions move to the cathode 200b through the electrolyte membrane 100. [ In the cathode 200b, hydrogen ions transferred through the electrolyte membrane 100 react with an oxidizing agent such as oxygen and electrons to generate water. This reaction causes electrons to migrate to the external circuit.

상기 애노드 전극의 촉매층은 연료의 산화 반응이 일어나는 곳으로, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 캐소드 전극의 촉매층은 산화제의 환원 반응이 일어나는 곳으로, 백금 또는 백금-전이금속 합금이 촉매로 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 촉매들은 그 자체로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 탄소계 담체에 담지되어 사용될 수 있다.The catalyst layer of the anode electrode is preferably a catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum- Lt; / RTI > The catalyst layer of the cathode electrode is a place where a reduction reaction of an oxidizing agent occurs, and a platinum or platinum-transition metal alloy can be preferably used as a catalyst. The catalysts can be used not only by themselves but also by being supported on a carbon-based carrier.

촉매층을 도입하는 과정은 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 수행할 수 있는데, 예를 들면 촉매 잉크를 전해질막에 직접적으로 코팅하거나 기체확산층에 코팅하여 촉매층을 형성할 수 있다. 이때 촉매 잉크의 코팅 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 스프레이 코팅, 테이프 캐스팅, 스크린 프린팅, 블레이드 코팅, 다이 코팅 또는 스핀 코팅 방법 등을 사용할 수 있다. 촉매 잉크는 대표적으로 촉매, 폴리머 이오노머(polymer ionomer) 및 용매로 이루어질 수 있다.The process of introducing the catalyst layer can be performed by a conventional method known in the art. For example, the catalyst ink may be directly coated on the electrolyte membrane or coated on the gas diffusion layer to form the catalyst layer. The method of coating the catalyst ink is not particularly limited, but spray coating, tape casting, screen printing, blade coating, die coating or spin coating may be used. The catalyst ink may typically consist of a catalyst, a polymer ionomer and a solvent.

상기 기체확산층은 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물의 이동 통로가 되는 것으로, 다공성의 구조를 가진다. 따라서, 상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 도전성 기재로는 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천공(carbon cloth) 또는 탄소 펠트(carbon felt)가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 기체확산층은 촉매층 및 도전성 기재 사이에 미세기공층을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 미세기공층은 저가습 조건에서의 연료전지의 성능을 향상시키기 위하여 사용될 수 있으며, 기체확산층 밖으로 빠져나가는 물의 양을 적게하여 전해질막이 충분한 습윤상태에 있도록 하는 역할을 한다.The gas diffusion layer serves as a current conductor and serves as a passage for reacting gas and water, and has a porous structure. Therefore, the gas diffusion layer may include a conductive base material. As the conductive base material, carbon paper, carbon cloth or carbon felt can be preferably used. The gas diffusion layer may further include a microporous layer between the catalyst layer and the conductive base. The microporous layer can be used to improve the performance of the fuel cell under low humidification conditions and serves to reduce the amount of water flowing out of the gas diffusion layer to make the electrolyte membrane sufficiently wet.

본 명세서의 일 실시상태는 2 이상의 전술한 막-전극 접합체; 상기 막-전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택; 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급부; 및 상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지를 제공한다.One embodiment of the present disclosure includes two or more of the above-described membrane-electrode assemblies; A stack including a bipolar plate disposed between the membrane-electrode assemblies; A fuel supply unit for supplying fuel to the stack; And an oxidant supply unit for supplying an oxidant to the stack.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 전해질막을 연료전지의 이온교환막으로 사용하였을 때 전술한 효과를 나타낼 수 있다.When the electrolyte membrane according to one embodiment of the present invention is used as an ion exchange membrane of a fuel cell, the above-described effect can be obtained.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식이다. Fuel cells are energy conversion devices that convert the chemical energy of a fuel directly into electrical energy. That is, a fuel cell uses a fuel gas and an oxidizing agent, and generates electricity using electrons generated during the oxidation-reduction reaction.

연료전지는 전술한 막-전극 접합체(MEA)를 사용하여 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기에서 제조된 막-전극 접합체(MEA)와 바이폴라 플레이트(bipolar plate)로 구성하여 제조될 수 있다.The fuel cell can be manufactured according to a conventional method known in the art using the above-described membrane-electrode assembly (MEA). For example, the membrane-electrode assembly (MEA) and the bipolar plate manufactured as described above can be manufactured.

본 명세서의 연료전지는 스택, 연료공급부 및 산화제공급부를 포함하여 이루어진다.The fuel cell of the present invention comprises a stack, a fuel supply, and an oxidant supply.

도 3은 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 스택(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.3 schematically shows the structure of a fuel cell, which includes a stack 60, an oxidant supply unit 70, and a fuel supply unit 80. [

스택(60)은 상술한 막 전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막 전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 막 전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막 전극 접합체로 전달하는 역할을 한다.The stack 60 includes one or more of the membrane electrode assemblies described above and includes a separator interposed therebetween when two or more membrane electrode assemblies are included. The separator serves to prevent the membrane electrode assemblies from being electrically connected and to transfer the fuel and oxidant supplied from the outside to the membrane electrode assembly.

산화제 공급부(70)는 산화제를 스택(60)으로 공급하는 역할을 한다. 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 산화제 공급부(70)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply part 70 serves to supply the oxidant to the stack 60. As the oxidizing agent, oxygen is typically used, and oxygen or air can be injected into the oxidizing agent supplying portion 70 and used.

연료 공급부(80)는 연료를 스택(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료 탱크(81)에 저장된 연료를 스택(60)으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.The fuel supply unit 80 serves to supply the fuel to the stack 60 and includes a fuel tank 81 for storing the fuel and a pump 82 for supplying the fuel stored in the fuel tank 81 to the stack 60 Lt; / RTI > As the fuel, gas or liquid hydrogen or hydrocarbon fuel may be used. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

상기 연료전지는 고분자 전해질 연료전지, 직접 액체 연료전지, 직접 메탄올 연료전지, 직접 개미산 연료전지, 직접 에탄올 연료전지, 또는 직접 디메틸에테르 연료전지 등이 가능하다.The fuel cell may be a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, a direct methanol fuel cell, a direct formic acid fuel cell, a direct ethanol fuel cell, or a direct dimethyl ether fuel cell.

또한, 본 명세서의 일 실시상태는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고분자 전해질막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.In addition, one embodiment of the present disclosure includes a positive electrode cell including a positive electrode and a positive electrode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And a polymer electrolyte membrane according to an embodiment of the present invention provided between the anode cell and the cathode cell.

레독스 플로우 전지(산화-환원 흐름 전지, Redox Flow Battery)는 전해액에 포함되어 있는 활성물질이 산화·환원되어 충전·방전되는 시스템으로 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 레독스 플로우 전지는 산화상태가 다른 활성물질을 포함하는 전해액이 이온교환막을 사이에 두고 만날 때 전자를 주고받아 충전과 방전이 되는 원리를 이용한다. 일반적으로 레독스 플로우 전지는 전해액이 담겨있는 탱크와 충전과 방전이 일어나는 전지 셀, 그리고 전해액을 탱크와 전지 셀 사이에 순환시키기 위한 순환펌프로 구성되고, 전지 셀의 단위셀은 전극, 전해질 및 이온교환막을 포함한다.Redox Flow Battery (Redox Flow Battery) is a system in which an active substance contained in an electrolyte is oxidized and reduced to be charged and discharged. An electrochemical storage device that stores chemical energy of an active substance directly as electric energy to be. The redox flow battery utilizes the principle of charging and discharging electrons by receiving electrons when an electrolyte containing an active material having a different oxidation state meets the ion exchange membrane. Generally, a redox flow battery is composed of a tank containing an electrolyte solution, a battery cell in which charging and discharging occur, and a circulation pump circulating the electrolyte between the tank and the battery cell, and the unit cell of the battery cell includes an electrode, Exchange membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 전해질막을 레독스 플로우 전지의 이온교환막으로 사용하였을 때 전술한 효과를 나타낼 수 있다.When the electrolyte membrane according to one embodiment of the present invention is used as the ion exchange membrane of the redox flow cell, the above-described effect can be obtained.

본 명세서의 레독스 플로우 전지는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고분자 전해질막을 포함하는 것을 제외하고는, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.The redox flow cell of the present specification can be produced according to a conventional method known in the art, except that it includes a polymer electrolyte membrane according to one embodiment of the present specification.

도 2에 도시한 바와 같이, 레독스 플로우 전지는 전해질막(31)에 의해 양극 셀(32)과 음극 셀(33)로 나뉘어진다. 양극 셀(32)과 음극 셀(33)은 각각 양극과 음극을 포함한다. 양극 셀(32)은 파이프를 통해 양극 전해액(41)을 공급 및 방출하기 위한 양극 탱크(10)에 연결되어 있다. 음극 셀(33) 또한, 파이프를 통해 음극 전해액(42)을 공급 및 방출하기 위한 음극 탱크(20)에 연결되어 있다. 전해액은 펌프(11, 21)를 통해 순환되고, 이온의 산화수가 변화되는 산화·환원 반응(즉, 레독스 반응)이 일어남으로써 양극과 음극에서 충전 및 방전이 일어난다. 2, the redox flow battery is divided into a positive electrode cell 32 and a negative electrode cell 33 by an electrolyte film 31. As shown in FIG. The anode cell 32 and the cathode cell 33 each include an anode and a cathode. The anode cell (32) is connected to the anode tank (10) for supplying and discharging the anode electrolyte (41) through a pipe. The cathode cell 33 is also connected to a cathode tank 20 for supplying and discharging the cathode electrolyte 42 through a pipe. The electrolytic solution is circulated through the pumps 11 and 21, and an oxidation / reduction reaction (that is, a redox reaction) occurs in which the oxidation number of ions is changed, so that charging and discharging occur in the anode and the cathode.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the drawings. However, the embodiments according to the present disclosure can be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present disclosure are provided to more fully describe the present disclosure to those of ordinary skill in the art.

<제조예 1>&Lt; Preparation Example 1 &

1) 화합물 3의 합성1) Synthesis of Compound 3

Figure pat00012
Figure pat00012

화합물 1(Sodium 5,5'-sulfonylbis(2-fluorobenzenesulfonate)) 10g (30.65 mmol)을 POCl3 100ml에 녹인 후 PCl5 15.32g (73.57 mmol)을 첨가하고 120℃로 가열하였다. 반응물을 120℃에서 1시간 교반 후 다시 승온하여 150℃에서 2시간 더 교반시키고 실온으로 냉각하였다. 반응물을 고압하에서 감압 증류시켜 과량의 POCl3를 제거한 후 CH2Cl2에 녹이고 0℃의 물로 수차례 세척하였다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 감압 증류하여 크루드(crude) 형태의 설포닐클로라이드(sulfonyl chloride) 화합물을 얻었다. 설포닐클로라이드(sulfonyl chloride) 화합물을 별도의 정제 과정없이 CH2Cl2에 녹이고 0℃로 냉각한 후 암모니아수 100ml를 천천히 적가하였다. 온도를 천천히 올려 실온에서 16시간 반응 시킨 후 고압 하에서 감압 증류시켰다. 이때 얻어진 화합물을 에틸아세테이트에 녹인 후 물로 수 차례에 걸쳐 세척하고, 유기층을 MgSO4로 건조하고 감압 증류하여 상기의 화합물 3(5,5'-sulfonylbis(2-fluorobenzenesulfonamide)) 4.58g (수율 45.9%)을 얻었다.Compound 1 (Sodium 5,5'-sulfonylbis (2 -fluorobenzenesulfonate)) 10g (30.65 mmol) was dissolved in 100ml POCl 3 was added PCl 5 15.32g (73.57 mmol) and heated to 120 ℃. The reaction mixture was stirred at 120 ° C for 1 hour, then heated again, and further stirred at 150 ° C for 2 hours and cooled to room temperature. The reaction was distilled under reduced pressure to remove excess POCl 3 , dissolved in CH 2 Cl 2 and washed several times with water at 0 ° C. The organic layer was dried over MgSO 4 and distilled under reduced pressure to obtain a crude sulfonyl chloride compound. The sulfonyl chloride compound was dissolved in CH 2 Cl 2 without further purification, and after cooling to 0 ° C, 100 ml of ammonia water was slowly added dropwise. The reaction temperature was slowly raised to react at room temperature for 16 hours and then distilled under reduced pressure under high pressure. The resulting compound was dissolved in ethyl acetate and washed several times with water. The organic layer was dried over MgSO 4 and distilled under reduced pressure to obtain 4.58 g (yield: 45.9%) of the compound 3 (5,5'-sulfonylbis (2-fluorobenzenesulfonamide) ).

2) 화합물 5의 합성2) Synthesis of Compound 5

Figure pat00013
Figure pat00013

위에서 얻어진 화합물 3(5,5'-sulfonylbis(2-fluorobenzenesulfonamide)) 4.58g (14.1 mmol)을 아세토니트릴(Acetonitrile) 40ml에 녹인 후 화합물 4(1,1,2,2-tetrafluoroethane-1,2-disulfonyl dichloride) 8.52g (31 mmol)을 첨가하고 반응물을 0℃로 냉각시켰다. 0℃에서 반응물에 Et3N 11.3ml (84 mmol)을 천천히 적가한 후 서서히 실온으로 승온하여 1~2시간 가량 교반하였다. 감압 증류하여 용매를 제거하여 얻은 크루드(crude) 화합물을 에틸아세테이트에 녹인 후 1N HCl로 수차례 세척하여 Et3N을 제거하였다. 유기층을 분리하여 MgSO4로 건조하고 증류시킨 후 메텔렌 클로라이드 : 메틸 알코올 = 9 : 1 을 이용하여 컬럼크로마토그래피로 분리 정제하여 상기의 화합물 5(2,2'-(5,5'-sulfonylbis(2-fluoro-5,1-phenylenesulfonyl))bis(1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonyl chloride)) 6.75g (수율 85%)을 얻었다.4.58 g (14.1 mmol) of the compound 3 (5,5'-sulfonylbis (2-fluorobenzenesulfonamide)) obtained in the above was dissolved in 40 ml of acetonitrile and the compound 4 (1,1,2,2-tetrafluoroethane- disulfonyl dichloride (8.52 g, 31 mmol) was added and the reaction was cooled to 0 &lt; 0 &gt; C. 11.3 ml (84 mmol) of Et 3 N was slowly added dropwise to the reaction mixture at 0 ° C, the temperature was gradually raised to room temperature, and the mixture was stirred for 1 to 2 hours. After distilling off the solvent under reduced pressure, the crude product was dissolved in ethyl acetate and washed several times with 1N HCl to remove Et 3 N. The organic layer was separated, dried over MgSO 4 , distilled and purified by column chromatography using methylene chloride: methyl alcohol = 9: 1 to obtain the compound 5 (2,2 '- (5,5'-sulfonylbis 2-fluoro-5,1-phenylenesulfonyl)) bis (1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonyl chloride)) was obtained in a yield of 85%.

3) 화합물 6의 합성3) Synthesis of Compound 6

Figure pat00014
Figure pat00014

위에서 얻어진 화합물 5(2,2'-(5,5'-sulfonylbis(2-fluoro-5,1-phenylenesulfonyl))bis(1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonyl chloride)) 6.75g (12.0 mmol)을 1,4-Dioxane 40ml에 녹인 후 10% HCl 40ml을 첨가하고 100℃로 가열하였다. 반응물을 100℃에서 16시간 동안 교반한 후 실온으로 냉각하고 감압 증류로 모든 용매를 제거 하였다. 이때 얻어진 크루드(crude) 화합물을 H2O에 녹인 후 불순물을 제거하기 위해 CH2Cl2로 수차례 세척하고 남은 물층을 다시 감압 증류 하였다. CH2Cl2에 화합물을 녹인 후 n-Hexane에 서서히 적가하여 얻은 고체상의 화합물을 여과하고 N2 가스(gas)하에서 건조하여 상기의 화합물 6(2,2'-(sulfonylbis(6-fluoro-3,1-phenylenesulfonyl))bis(1,1,2,2-tetrafluoroethane-1-sulfonic acid)) 5.62g (수율 86.0%)을 얻었다.6.75 g (12.0 mmol) of the compound 5 (2,2 '- (5,5'-sulfonylbis (2-fluoro-5,1-phenylenesulfonyl)) bis (1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonyl chloride) After dissolving in 40 ml of 1,4-dioxane, 40 ml of 10% HCl was added and the mixture was heated to 100 ° C. The reaction was stirred at 100 &lt; 0 &gt; C for 16 hours, then cooled to room temperature and all solvents were removed by vacuum distillation. The crude compound thus obtained was dissolved in H 2 O, washed several times with CH 2 Cl 2 to remove impurities, and the remaining water layer was distilled off again under reduced pressure. After the compound was dissolved in CH 2 Cl 2 , the solution was gradually added dropwise to n-hexane, and the resulting solid was filtered and dried under N 2 gas to obtain the compound 6 (2,2 '- (sulfonylbis (6-fluoro-3 , 1-phenylenesulfonyl)) bis (1,1,2,2-tetrafluoroethane-1-sulfonic acid)) was obtained in a yield of 86.0%.

도 4는 제조예 1에서 합성한 화합물 6의 H-NMR 값을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the 1 H-NMR value of the compound 6 synthesized in Preparation Example 1. Fig.

도 5는 제조예 1에서 합성한 화합물 5 및 6의 F-NMR 값을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing F-NMR values of the compounds 5 and 6 synthesized in Preparation Example 1. FIG.

<제조예 2> 랜덤 중합체 1의 합성PREPARATION EXAMPLE 2 Synthesis of Random Polymer 1

Figure pat00015
Figure pat00015

각각의 모노머 및 탄산칼륨 (몰비 0.2 : 1.0 : 0.8, K2CO3: 몰비 4)를 디메틸설폭사이드(DMSO) 20 wt % 비율과 벤젠 20 wt % 비율로 혼합하여, 140℃ 에서 4시간, 180℃ 에서 16시간 중합하여 상기 중합체 1을 제조하였다.Each of the monomers and potassium carbonate (molar ratio 0.2: 1.0: 0.8, K 2 CO 3 : molar ratio 4) were mixed at a ratio of 20 wt% of dimethylsulfoxide (DMSO) and 20 wt% of benzene, Lt; 0 &gt; C for 16 hours to prepare Polymer 1.

도 6은 제조예 2에서 합성한 중합체 1의 FT-IR 값을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the FT-IR value of Polymer 1 synthesized in Production Example 2. FIG.

하기 표 1은 제조예 2에서 합성한 중합체 1에 대하여, GPC로 측정한 분자량값을 나타낸다.Table 1 below shows the molecular weight values measured by GPC for the Polymer 1 synthesized in Production Example 2. &lt; tb &gt; &lt; TABLE &gt;

MnMn MwMw MP(Daltons)MP (Daltons) PDIPDI % Area% Area 5.96 x 104 5.96 x 10 4 1.24 X 105 1.24 X 10 5 7.97 X 104 7.97 X 10 4 2.082.08 100.00100.00

도 7은 제조예 2에서 합성한 중합체 1에 대하여 GPC로 측정한 분자량값을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing molecular weight values measured by GPC for Polymer 1 synthesized in Production Example 2. Fig.

<< 제조예Manufacturing example 3> 랜덤 중합체 2의 합성 3> Synthesis of Random Polymer 2

Figure pat00016
Figure pat00016

각각의 모노머 및 탄산칼륨 (몰비 0.2 : 1.0 : 0.8, K2CO3: 몰비 4)를 디메틸설폭사이드(DMSO) 20 wt % 비율과 벤젠 20 wt % 비율로 혼합하여, 140℃ 에서 4시간, 180℃ 에서 16시간 중합하여 상기 중합체 2를 제조하였다. Each of the monomers and potassium carbonate (molar ratio 0.2: 1.0: 0.8, K 2 CO 3 : molar ratio 4) were mixed at a ratio of 20 wt% of dimethylsulfoxide (DMSO) and 20 wt% of benzene, Lt; 0 &gt; C for 16 hours to prepare Polymer 2.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

제조예 2에서 얻어진 중합체 1을 이용하여 고분자 전해질막을 제조하고 GPC를 통해 분자량을 측정하고 순수막의 양이온 전도도 및 이온교환용량 (IEC)를 측정한 결과를 하기 표 2에 기재하였다.A polymer electrolyte membrane was prepared using the polymer 1 obtained in Preparation Example 2, and its molecular weight was measured by GPC, and the cation conductivity and ion exchange capacity (IEC) of the pure membrane were measured.

<비교예 1> &Lt; Comparative Example 1 &

제조예 3에서 얻어진 중합체 2를 이용하여 고분자 전해질막을 제조하고 GPC를 통해 분자량을 측정하고 순수막의 양이온 전도도 및 이온교환용량 (IEC)를 측정한 결과를 하기 표 2에 기재하였다.A polymer electrolyte membrane was prepared using the polymer 2 obtained in Preparation Example 3, the molecular weight was measured by GPC, and the cation conductivity and the ion exchange capacity (IEC) of the pure membrane were measured.

Mn
(g/mol)
Mn
(g / mol)
Mw
(g/mol)
Mw
(g / mol)
PDI
(Mw/Mn)
PDI
(Mw / Mn)
이온 전도도 (S/cm)Ion conductivity (S / cm) 이온교환용량
IEC (mmol/g)
Ion exchange capacity
IEC (mmol / g)
실시예 1Example 1 59,60059,600 124,000124,000 2.082.08 0.1260.126 2.162.16 비교예 1Comparative Example 1 62,00062,000 486,000486,000 7.87.8 0.110.11 1.911.91

실시예 1에 따른 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체를 고분자 전해질막으로 이용한 경우, 비교예 1의 순수막에 비하여 단위 구조당 적어도 2개의 산 단위(acid unit)를 포함하는 multi acid를 가지기 때문에 상분리가 용이하고 결과적으로 이온 전도도가 향상되고, 고가습 및/또는 저가습 조건에서 높은 이온교환용량(IEC, ion exchange capacity) 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.When a polymer containing a monomer derived from a compound containing an aromatic ring represented by the formula (1) according to Example 1 was used as a polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane of the present invention had at least two acid units per unit structure unit, it has been confirmed that phase separation is easy and consequently ion conductivity is improved and ion exchange capacity (IEC) value is high at high humidification and / or low humidification condition.

100: 전해질 막
200a: 애노드
200b: 캐소드
10, 20: 탱크
11, 21: 펌프
31: 전해질막
32: 양극 셀
33: 음극 셀
41: 양극 전해액
42: 음극 전해액
60: 스택
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료 탱크
82: 펌프
100: electrolyte membrane
200a: anode
200b: cathode
10, 20: tank
11, 21: pump
31: electrolyte membrane
32: anode cell
33: cathode cell
41: anode electrolyte
42: cathode electrolyte
60: Stack
70: oxidant supplier
80: fuel supply unit
81: Fuel tank
82: Pump

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물:
[화학식 1]
Figure pat00017

상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R3 내지 R5는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 히드록시기 또는 할로겐기이고,
R6은 -SO3H, -SO3 -M+, -COOH, -COO-M+, -PO3H2, -PO3H-M+ 및 -PO3 2-2M+으로 이루어진 군에서 선택되며,
R2는 O, S, NH, SO2,
Figure pat00018
또는
Figure pat00019
이고,
L1은 직접결합; 또는 O이며,
n은 1 내지 10의 정수이고, 2 내지 10개의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,
M은 1족 원소이다.
1. A compound comprising an aromatic ring represented by the following formula (1): &lt; EMI ID =
[Chemical Formula 1]
Figure pat00017

In Formula 1,
R1 and R3 to R5 are the same or different from each other, and each independently hydrogen, a hydroxy group or a halogen group,
R6 is -SO 3 H, -SO 3 - M +, -COOH, -COO - M +, -PO 3 H 2, -PO 3 H - is selected from the group consisting of M + and -PO 3 2- 2M + ,
R2 is O, S, NH, SO 2 ,
Figure pat00018
or
Figure pat00019
ego,
L1 is a direct bond; Or O,
n is an integer of 1 to 10, structures in parentheses of 2 to 10 are the same or different from each other,
M is a Group 1 element.
청구항 1에 있어서, 상기 R2는 SO2인 것을 특징으로 하는 화합물. 2. The compound of claim 1, wherein R &lt; 2 &gt; is SO2. 청구항 1에 있어서, 상기 R6은 -SO3H 또는 -SO3 -M+인 것을 특징으로 하는 화합물.The method according to claim 1, wherein R6 is -SO 3 H or -SO 3 - compound, characterized in that the M +. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물은 하기의 구조들 중 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:
Figure pat00020

Figure pat00021
The compound according to claim 1, wherein the compound having an aromatic ring represented by the formula (1) is any one selected from the following structures:
Figure pat00020

Figure pat00021
청구항 1의 화합물로부터 유래되는 단량체를 포함하는 중합체.A polymer comprising a monomer derived from the compound of claim 1. 청구항 5에 있어서, 상기 중합체는 화학식 1로 표시되는 방향족 고리를 포함하는 화합물로부터 유래되는 단량체 이외의 제2 단량체를 더 포함하는 것인 중합체.The polymer according to claim 5, wherein the polymer further comprises a second monomer other than the monomer derived from the compound having an aromatic ring represented by the formula (1). 청구항 5에 있어서, 상기 중합체는 랜덤 중합체인 것을 특징으로 하는 중합체.The polymer according to claim 5, wherein the polymer is a random polymer. 청구항 5에 있어서, 상기 중합체의 중량평균분자량은 500 g/mol 내지 5,000,000 g/mol인 것인 중합체.6. The polymer of claim 5, wherein the weight average molecular weight of the polymer is from 500 g / mol to 5,000,000 g / mol. 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항의 중합체를 포함하는 고분자 전해질막.A polymer electrolyte membrane comprising the polymer of any one of claims 5 to 8. 청구항 9에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 이온 전도도는 0.001 S/cm 내지 0.5 S/cm인 것인 고분자 전해질막.
The method of claim 9,
Wherein the polymer electrolyte membrane has an ion conductivity of 0.001 S / cm to 0.5 S / cm.
청구항 9에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 이온교환용량(IEC) 값은 0.01 mmol/g 내지 5 mmol/g인 것인 고분자 전해질막.
The method of claim 9,
Wherein the polymer electrolyte membrane has an ion exchange capacity (IEC) value of 0.01 mmol / g to 5 mmol / g.
청구항 9에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛인 것인 고분자 전해질막.
The method of claim 9,
Wherein the polymer electrolyte membrane has a thickness of 1 占 퐉 to 500 占 퐉.
애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 청구항 9 내지 12 중 어느 한 항의 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체.Anode; Cathode; And a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 9 to 12 provided between the anode and the cathode. 2 이상의 막-전극 접합체; 상기 막-전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택; 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및 상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지로서, 상기 막-전극 접합체가 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 고분자 전해질막을 포함하고, 상기 고분자 전해질막이 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항의 중합체를 포함하는 것인 고분자 전해질형 연료전지.At least two membrane-electrode assemblies; A stack including a bipolar plate disposed between the membrane-electrode assemblies; A fuel supply unit for supplying fuel to the stack; And an oxidant supplier for supplying an oxidant to the stack, wherein the membrane-electrode assembly comprises an anode; Cathode; And a polymer electrolyte membrane provided between the anode and the cathode, wherein the polymer electrolyte membrane comprises the polymer according to any one of claims 5 to 8. A polymer electrolyte fuel cell comprising: 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 고분자 전해질막을 포함하는 레독스 플로우 전지로서, 상기 고분자 전해질막이 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항의 중합체를 포함하는 것인 레독스 플로우 전지.A positive electrode including a positive electrode and a positive electrode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And a polymer electrolyte membrane disposed between the anode cell and the cathode cell, wherein the polymer electrolyte membrane comprises the polymer according to any one of claims 5 to 8. The redox flow battery according to claim 1,
KR1020170021579A 2016-02-17 2017-02-17 Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same KR102010399B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160018432 2016-02-17
KR1020160018432 2016-02-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170096973A true KR20170096973A (en) 2017-08-25
KR102010399B1 KR102010399B1 (en) 2019-08-14

Family

ID=59761616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170021579A KR102010399B1 (en) 2016-02-17 2017-02-17 Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102010399B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200060109A (en) * 2018-11-22 2020-05-29 건국대학교 글로컬산학협력단 Novel polymer comprising partially fluorinated sulfonimide, process for the preparation thereof and proton exchange membrane comprising the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030076057A (en) 2002-03-22 2003-09-26 주식회사 엘지화학 Polymer composite electrolyte membrane for fuel battery and method for preparing the same
KR20160091842A (en) * 2015-01-26 2016-08-03 주식회사 엘지화학 Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same
KR20160092512A (en) * 2015-01-27 2016-08-04 주식회사 엘지화학 Compound including aromatic ring and polymer electrolyte membrane using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030076057A (en) 2002-03-22 2003-09-26 주식회사 엘지화학 Polymer composite electrolyte membrane for fuel battery and method for preparing the same
KR20160091842A (en) * 2015-01-26 2016-08-03 주식회사 엘지화학 Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same
KR20160092512A (en) * 2015-01-27 2016-08-04 주식회사 엘지화학 Compound including aromatic ring and polymer electrolyte membrane using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200060109A (en) * 2018-11-22 2020-05-29 건국대학교 글로컬산학협력단 Novel polymer comprising partially fluorinated sulfonimide, process for the preparation thereof and proton exchange membrane comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102010399B1 (en) 2019-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1788655B1 (en) Polymer membrane for fuel cell, method of preparing same, and membrane-electrode assemby for fuel cell comprising same
KR101821480B1 (en) Compound including aromatic ring and polymer electrolyte membrane using the same
KR101821479B1 (en) Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same
KR101778382B1 (en) Composition for polymerization of polymer, polymer using the same, polymer electrolyte membrane using the same
JP2007280946A (en) Membrane electrode assembly and fuel cell
KR101771323B1 (en) Fluorine-based compound, polymer using the same, polymer electrolyte membrane using the same
EP3235809B1 (en) Compound and polymer electrolyte membrane using same
JP2007287675A (en) Membrane electrode assembly and fuel cell
KR102010399B1 (en) Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same
KR102629899B1 (en) Compound, polymer comprising monomer derived from same, polymer separation membrane using same, membrane electrode assembly, fuel cell and redox flow cell using same
KR102055965B1 (en) Compound, polymer electrolyte membrane comprising the same and method for preparing the same
US20170309940A1 (en) Compound comprising aromatic ring and polymer electrolyte membrane using same
KR20170111270A (en) Compound including aromatic ring, polymer including the same and polymer electrolyte membrane using the same
KR20170112534A (en) Compound, polymer using the same, polymer electrolyte membrane using the same
KR101839184B1 (en) Polymer and polymer electrolyte membrane using the same
KR20200009846A (en) Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly and fuel cell comprising the same, and method of manufacturing the polymer electrolyte membrane
KR20180050142A (en) Polymer, electrolyte membrane comprising the same, fuel cell and redox flow battery including the same
KR20170112535A (en) Compound, polymer using the same, polymer electrolyte membrane using the same

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