KR20170108676A - Asymmetric microporous polybenzimidazol membrane - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an asymmetric porous polybenzimidazole membrane. By developing the asymmetric porous polybenzimidazole membrane which can be used in high temperature hydrogen exchange membrane fuel cells, it is possible to prevent reduction in performance due to fuel cross-over, phosphoric acid leak, and stability caused by acid doping rate and high ion conductivity shown on existing porous polybenzimidazole membranes.

Description

비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막{ASYMMETRIC MICROPOROUS POLYBENZIMIDAZOL MEMBRANE}ASYMMETRIC MICROPOROUS POLYBENZIMIDAZOL MEMBRANE [0001] This invention relates to asymmetric porous polybenzimidazole membranes,

본 발명은 폴리벤즈이미다졸 막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 등의 에너지 발전 소자에 적용되며, 높은 온도에서 안정성, 내구성이 탁월하고, 이온전도도를 극대화함으로써 고효율을 구현할 수 있는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막에 관한 것이다. The present invention relates to a polybenzimidazole membrane, and more particularly, to a polybenzimidazole membrane which is applied to an energy generating element such as a fuel cell and which has excellent stability and durability at high temperature and maximizes ionic conductivity to provide an asymmetric porous poly Benzimidazole < / RTI >

지구 온난화와 에너지 고갈에 따른 문제가 대두됨에 따라, 환경 친화적이면서 높은 효율을 갖는 차세대 에너지원으로서 연료전지가 주목받고 있다. 연료전지는 전통적인 저효율 동력 발생 기술을 대체할 수 있는 유망한 에너지 변환 시스템이다. 이는 내연기관과는 달리 무연소 에너지 발생 장치로, 연소 시 유해한 배출가스를 발생하지 않아 친환경적인 동력 발생장치로 인정받을 뿐만 아니라 내연기관에 비하여 효율도 매우 우수하다.As problems arise due to global warming and energy depletion, fuel cells are attracting attention as environmentally friendly and highly efficient next generation energy sources. Fuel cells are promising energy conversion systems that can replace traditional low-efficiency power generation technologies. This is a non-combustion energy generating device unlike an internal combustion engine, and is not only considered as an environmentally friendly power generating device because it does not generate harmful exhaust gas during combustion, and is also excellent in efficiency compared to an internal combustion engine.

다양한 타입의 연료전지 중에서, 양이온 교환막 연료전지(Proton exchange membrane fuel cell; 이하 PEMFC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대부분의 PEMFC의 양이온 교환막은 퍼플루오로술폰산(perfluorosulfonic acid), 즉 나피온(Nafion)으로 제조된다. 나피온계 막은 그 수분 함량에 크게 좌우되는 양이온 전도성을 보이므로 적절한 수분 관리 조절을 통한 막의 건조가 요구된다. 이런 이유로, 나피온계 막은 일반적으로 대기압에서 최대 80℃의 작동 온도 범위에 제한되어 사용된다. Among various types of fuel cells, research on a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has been actively conducted. Most cation exchange membranes of PEMFCs are made from perfluorosulfonic acid, Nafion. Nafion membranes exhibit cationic conductivity, which is highly dependent on their moisture content, thus requiring membrane drying through proper moisture control. For this reason, Nafion based membranes are generally used limited to operating temperature ranges up to 80 ° C at atmospheric pressure.

이에, 낮은 온도에서 작동할 수 있는 연료전지를 개발하려는 노력이 시도되고 있다. 그러나, 수소 저장탱크, 탄화수소나 알코올 개질장치와 이에 따르는 일산화탄소 제거장치 등의 부차적 요소들의 필요로 인하여 연료전지 장치가 복합하게 되며 이는 원가를 상승시킨다. Accordingly, efforts are being made to develop fuel cells that can operate at low temperatures. However, due to the necessity of secondary elements such as a hydrogen storage tank, a hydrocarbon or alcohol reforming device and accompanying carbon monoxide removing device, the fuel cell device becomes complicated, which increases the cost.

최근에는 80℃보다 높은 온도에서 연료전지를 작동시킬 수 있는 방법들이 제시되고 있다. 통상 연료전지에서 막은 사용되는 고분자의 열적, 화학적, 기계적 안정성과 주로 비히클(vehicle)이나 호핑(hopping) 기구에 의해 양이온이 전도되는 것을 고려하면 물이 물성 결정에 중요 인자로 사용된다. 따라서, 연료전지가 100℃이상의 온도나 상압에서 작동되는 경우, 80℃부터 물이 증발되며 작동온도가 200℃가 되면 포화수증기의 압력은 15기압이 될 것이므로, 이를 위해 많은 시설투자가 필요하게 된다. 또한, 냉각설계와 연료전지의 효율은 전지와 주위의 온도차에 의해 결정되는데 온도를 80℃에서 200℃으로 상승시키면 라디에이터의 크기가 3, 4배 증가할 것이므로 연료전지를 자동차에 적용하는 것이 불가능하다. 특히 작동온도를 높이게 되면 연료 불순물인 일산화탄소와 황화물에 대한 전극의 관용성이 증가하는 문제점이 있다. In recent years, methods for operating a fuel cell at temperatures higher than 80 ° C have been proposed. In a typical fuel cell membrane, water is used as an important factor in determining the physical properties, considering the thermal, chemical and mechanical stability of the polymer used and the fact that the cation is conducted mainly by a vehicle or a hopping mechanism. Therefore, when the fuel cell is operated at a temperature of 100 ° C or higher, the water evaporates from 80 ° C, and when the operating temperature is 200 ° C, the pressure of the saturated water vapor becomes 15 atm. . In addition, the cooling design and the efficiency of the fuel cell are determined by the temperature difference between the battery and the surroundings. If the temperature is increased from 80 ° C to 200 ° C, the size of the radiator will increase by 3 or 4 times. . Especially, when the operating temperature is increased, there is a problem that the usability of the electrode against carbon monoxide and sulfide, which are fuel impurities, increases.

산과 염기의 착체화는 양이온 교환막의 효율을 상승시킨다. 에테르, 알코올, 이민, 아미드 또는 이미드기를 가지는 고분자는 양이온 수용체로 작용하여 강산과 이온쌍을 형성한다. 지금까지 양이온 교환에 이용된 고분자는 산으로 도핑되어 높은 양이온 전도도를 보였다. 이러한 양이온 전도기구를 고려하면, 인산이나 아인산은 양이온 공여체나 수용체로 작용하여 동적인 수소결합을 형성하며, 증기압이 낮고 열적으로 안정하여 산으로 사용하기에 적합하다. 대부분의 고분자-산 조합은 상온에서 10-3S cm-1의 양이온 전도도를 나타내는데, 산의 함량이 증가되면 페이스트 상이 되므로 막으로 제조하기 어렵다. 산으로 도핑된 폴리벤즈이미다졸(PBI) 막은 이러한 문제점을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 인산으로 도핑된 폴리벤즈이미다졸과 연료전지는 상압에서 200℃까지의 작동온도를 가지고 있으며, 높은 양이온 전도성, 우수한 기계적 강도 및 열적 안정성을 갖는다. 또한, 습기에 의한 영향이 적고, 일산화탄소에 대한 관용성도 크며, 양호한 열효율을 갖는 것으로 알려져 있다.Complexation of acid and base increases the efficiency of the cation exchange membrane. Polymers with ether, alcohol, imine, amide or imide groups act as cationic receptors and form strong acid and ion pairs. Until now, the polymer used for cation exchange has been doped with acid and showed high cation conductivity. Considering such a cation conduction mechanism, phosphoric acid or phosphorous acid acts as a cation donor or acceptor to form a dynamic hydrogen bond, is low in vapor pressure and is thermally stable and suitable for use as an acid. Most polymer-acid combinations exhibit cation conductivity of 10 -3 S cm -1 at room temperature. As the content of acid increases, it becomes difficult to produce a membrane because it is a paste-like phase. An acid-doped polybenzimidazole (PBI) film can be used to solve this problem. Phosphoric acid-doped polybenzimidazole and fuel cells have operating temperatures from ambient to 200 ° C, have high cation conductivity, good mechanical strength and thermal stability. Further, it is known that the influence by moisture is small, the tolerance to carbon monoxide is large, and it has a good thermal efficiency.

한국공개특허 제2001-0030409호(2001.04.16)Korean Patent Publication No. 2001-0030409 (Apr. 16, 2001)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산 도핑량을 높이고, 이온전도도를 향상시킬 수 있는 폴리벤즈이미다졸 막 및 이의 제조방법을 제공하여 고온용 수소 교환 막 연료전지에 적용하고자 하는 데 그 목적이 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a polybenzimidazole membrane and a method of manufacturing the same, which can increase the amount of acid doping and improve ionic conductivity, The purpose is to do.

또한, 본 발명은 도핑 이후의 물리적 안정성과 산의 누수가 발생하는 방지할 수 있는 폴리벤즈이미다졸 막 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a polybenzimidazole membrane capable of preventing physical stability and acid leakage after doping, and a process for producing the polybenzimidazole membrane.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리벤즈이미다졸 막으로서, 일측면의 치밀층 및 이와 대응되는 다른 측면의 다공층을 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an asymmetric porous polybenzimidazole membrane comprising a dense layer on one side and a porous layer on the other side corresponding to the polybenzimidazole membrane.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막에 있어서, 다공층은 0.01㎛ 내지 10㎛의 평균 기공 크기를 갖는 기공이 분포된 영역인 것일 수 있다. In the asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to an embodiment of the present invention, the porous layer may be a region in which pores having an average pore size of 0.01 to 10 μm are distributed.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막에 있어서, 다공층은 막 전체 두께의 10 내지 90%인 것일 수 있다. In the asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to an embodiment of the present invention, the porous layer may be 10 to 90% of the total membrane thickness.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 두께가 15 내지 30 ㎛인 것일 수 있다. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to an embodiment of the present invention may have a thickness of 15 to 30 mu m.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 인장강도가 70 내지 110 Mpa이며, 신장율이 5 내지 65 %인 것일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 산소 투과도가 130 내지 170cm3/(m2·24hr·atm)인 것일 수 있다.The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to one embodiment of the present invention may have a tensile strength of 70 to 110 MPa and an elongation percentage of 5 to 65%. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention may have an oxygen permeability of 130 to 170 cm 3 / (m 2 · 24 hr · atm).

또한, 본 발명은 In addition,

폴리벤즈이미다졸 및 용매를 포함하는 제1용액을 준비하는 단계, Preparing a first solution comprising polybenzimidazole and a solvent,

상기 제1용액에 포로겐을 혼합하는 제2용액을 준비하는 단계,Preparing a second solution for mixing the porogen with the first solution,

상기 제2용액을 기판 상에 도포하여 막을 형성하는 단계, 및Applying the second solution on a substrate to form a film, and

상기 도포된 막을 열처리하는 단계를 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법을 제공한다. And heat-treating the applied film. The present invention also provides a method for producing an asymmetric porous polybenzimidazole membrane.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막 제조방법에 있어서, 상기 제2용액은 -20 내지 5℃의 온도 범위에서 정치하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing an asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to an embodiment of the present invention, the second solution may further be allowed to stand at a temperature ranging from -20 to 5 ° C.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막 제조방법에 있어서, 상기 제2용액 상 포로겐의 함량은 30 내지 55중량% 포함할 수 있다. In an asymmetric porous polybenzimidazole membrane production method according to an embodiment of the present invention, the content of the second solution phase porogen may be 30 to 55 wt%.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막 제조방법에 있어서, 상기 막을 형성하는 단계는 제2용액을 기판 상에 100 내지 250 ㎛의 두께로 도포하는 것일 수 있다.In the method of manufacturing an asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to an embodiment of the present invention, the step of forming the film may be a step of applying a second solution on a substrate to a thickness of 100 to 250 탆.

본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막에 있어서, 상기 열처리는 25 내지 400 ℃의 온도 범위에서 실시하는 것일 수 있다.In the asymmetric porous polybenzimidazole film according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at a temperature ranging from 25 to 400 ° C.

본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤지이미다졸 막은 고온용 수소 교환 막 연료전지에 사용가능하며, 높은 이온전도도를 구현할 수 있다. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention can be used in a high temperature hydrogen-exchange membrane fuel cell and can realize high ionic conductivity.

또한, 본 발명의 비대칭 다공성 폴리벤지이미다졸 막은 산 도핑에 따른 물리적 안정성 및 산 누수로 인한 성능 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, the asymmetric porous polybenzimidazole membrane of the present invention has an advantage of preventing physical degradation due to acid doping and performance deterioration due to acid leakage.

도 1은 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 폴리벤지이미다졸(PBI) 막의 윗면(upside)과 아랫면(downside)을 나타낸 사진이다.
도 2은 비교예 1에 따른 PBI 막의 표면 및 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 2에 따른 PBI 막의 표면 및 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1에 따른 PBI 막의 표면 및 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 2에 따른 PBI 막의 표면 및 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 3에 따른 PBI 막의 표면 및 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 7은 비교예 2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 기공사이즈 분포도를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 열적안정성 평가를 위한 TGA 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 인산도핑률 및 도핑레벨 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 인산 도핑된 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 이온전도도 그래프를 나타낸 것이다.
1 is a photograph showing the upside and the downside of a polybenzimidazole (PBI) film according to Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2,
2 is an SEM photograph showing the surface and cross-section of the PBI film according to Comparative Example 1. Fig.
3 is an SEM photograph showing a surface and a cross section of a PBI film according to Comparative Example 2. Fig.
4 is a SEM photograph showing the surface and cross-section of the PBI film according to Example 1. Fig.
5 is a SEM photograph showing the surface and cross-section of the PBI film according to Example 2. Fig.
6 is an SEM photograph showing the surface and cross-section of the PBI film according to Example 3. Fig.
7 is a pore size distribution diagram of a PBI membrane according to Comparative Example 2 and Examples 1, 2, and 3.
FIG. 8 is a TGA graph for evaluating the thermal stability of PBI films according to Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2, and 3.
FIG. 9 is a graph showing the phosphoric acid doping ratio and doping level of PBI films according to Comparative Examples 1, 2, and Examples 1, 2, and 3.
10 is a graph showing the ionic conductivity of PBI films according to Comparative Examples 1 and 2 doped with phosphoric acid and Examples 1, 2 and 3. FIG.

이하, 본 발명의 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. Hereinafter, the asymmetric porous polybenzimidazole membrane of the present invention and its production method will be described in detail. The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustration only and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims. The technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined.

최근 성능 효율 측면에서 높은 온도에서 작동이 가능하면서 신뢰성이 있는 연료전지의 개발이 요구되고 있다. 여기서, 높은 온도라 함은 80℃를 초과하는 온도를 의미하는 것으로 사용된다. 특히, 자동차 등과 같이 고온에서 작동하는 연료전지는 높은 온도 범위에서 고효율과 내구성을 가질 것이 요구된다. 이러한 의미에서 열적, 기계적 성질이 우수한 염기성 비정형 고분자인 폴리벤즈이미다졸 수지는 연료전지 재료인 고성능의 고분자 전해질 막으로 주목받고 있다. 더구나, 고온에서 작동하는 연료전지의 촉매가 배기가스에 포함되는 것을 고려할 때, 일산화탄소나 황화물에 대한 전극의 관용성이 증가되는 점에서 이는 더욱 그러하다. 이에, 임의의 특정 이론에 제한되는 것은 아니지만 추정되는 바에 따르면 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 종래 폴리벤즈이미다졸 막과 비교 시 보다 높은 이온전도도를 구현하며, 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 단점인 연료 크로스오버 및 산의 누수를 방지할 수 있는 점에서 탁월한 이점이 있다.Recently, development of a reliable fuel cell capable of operating at a high temperature in terms of performance efficiency has been required. Here, the high temperature refers to a temperature exceeding 80 캜. In particular, fuel cells operating at high temperatures, such as automobiles, are required to have high efficiency and durability over a high temperature range. In this sense, polybenzimidazole resin, which is a basic amorphous polymer having excellent thermal and mechanical properties, is attracting attention as a high performance polymer electrolyte membrane as a fuel cell material. Moreover, in view of the fact that the catalysts of fuel cells operating at high temperatures are included in the exhaust gas, this is more so in that the tolerance of the electrodes to carbon monoxide or sulphide is increased. Accordingly, although not limited to any particular theory, it is presumed that the asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention has a higher ionic conductivity than the conventional polybenzimidazole membrane, and the disadvantage of the porous polybenzimidazole membrane There is an excellent advantage in that it can prevent fuel crossover and acid leakage.

또한, 신재생에너지의 고온용 고분자막 연료전지 및 고체형 알칼라인 연료전지에서 적용되는 것에 제한되지 않고, 이차전지 및 레독스 흐름전지 등의 에너지 저장장치나 기체 분리막 등의 다양한 분야에 적용하여 향상된 성능, 고효율 및 장기 내구성을 구현할 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention is applicable to various fields such as energy storage devices such as secondary batteries and redox flow cells, gas separation membranes, and the like, without being limited to those applied in high temperature polymer membrane fuel cells and solid alkaline fuel cells of renewable energy, High efficiency and long-term durability can be realized.

본 발명은 다공성 폴리벤즈이미다졸 막을 제공함에 있어서, 상기 막 구조가 비대칭성 막인 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 비대칭성 막은 일측면의 치밀층 및 이와 대응되는 다른 측면의 다공층을 포함한다. 일 구현예로, 상기 비대칭성 막은 양 표면의 기공구조가 서로 비대칭인 구조를 갖는 것으로, 다공성 균질막에서 비대칭성 구조를 갖는 의미를 포함하며, 보다 바람직하게는 치밀층이 형성된 일측면과 대비되는 상대적으로 큰 기공층이 형성된 다공층으로 이루어진 것을 포함한다.The present invention is characterized in that, in providing a porous polybenzimidazole membrane, the membrane structure is an asymmetric membrane. Specifically, the asymmetric membrane includes a dense layer on one side and a porous layer on the other side corresponding to the dense layer. In one embodiment, the asymmetric membrane has a structure in which pore structures on both surfaces are asymmetric with respect to each other, and includes a meaning having an asymmetric structure in a porous homogeneous membrane, more preferably, And a porous layer in which a relatively large pore layer is formed.

본 발명에서 “비대칭(asymmetric)”의 용어는 막 그 자체 또는 막 내 특정 구역의 단면(즉, 수직 단면)을 가로지르는 방향으로 형성되는 평균 기공 구조 상의 변화를 의미한다. 또한, 비대칭 막은 막 전반에 걸쳐 변화하는 평균 기공 구조(통상적으로, 평균 기공 크기)를 포함할 수 있다. 또한, 치밀층과 다공층은 그 사이에 사이에 단절부가 존재하지 않고 연속적인 것을 의미하고, 치밀층과 다공층은 육안으로 확인할 수 없지만 기공이 서로 연결되어 유로가 형성된 것일 수 있다. The term " asymmetric " in the present invention means a change in the average pore structure which is formed in a direction transverse to the membrane itself or a cross section (i.e., vertical section) of a specific region in the membrane. In addition, the asymmetric membrane may comprise an average pore structure that varies across the membrane (typically, the average pore size). Further, the dense layer and the porous layer mean that there is no interrupted portion between the dense layer and the porous layer, and the dense layer and the porous layer can not be visually confirmed but the pores are connected to each other to form a flow path.

본 발명에서 다공층은 치밀층과 구분되는 상대적 의미의 층으로, 구체적으로 배율 10K의 SEM 사진 상을 기준으로, 막의 단면을 가로지르는 방향의 경계선을 기준으로 치밀층과 구분될 수 있다.In the present invention, the porous layer can be distinguished from the dense layer based on a boundary line in a direction crossing the cross section of the membrane, based on a SEM photograph of a magnification of 10K.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 전체 두께를 기준으로, 다공층의 두께 비율이 10 내지 90%인 것일 수 있다. 바람직하게는 60 내지 85%인 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 단점인 연료 크로스오버 및 산의 누수를 방지하고, 산을 도핑한 후 물리적 안정성을 확보할 수 있는 점에서 탁월한 특성이 있다.In this regard, the asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention may have a thickness ratio of the porous layer of 10 to 90% based on the total thickness. And preferably 60 to 85%. When the above range is satisfied, there is an excellent characteristic in that fuel crossover and acid leakage which is a disadvantage of the porous polybenzimidazole film can be prevented and physical stability can be ensured after doping the acid.

상기 다공층은 기공 크기(pore size)가 0.01㎛ 이상인 기공이 분포된 영역으로서, 치밀층과 대응된다. 보다 구체적으로, 본 발명에서 다공층은 0.01㎛ 내지 10㎛의 평균 기공 크기를 갖는 기공이 분포된 영역인 것이며, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 5㎛, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 내지 2.0㎛인 것일 수 있다. The porous layer is a region in which pores having a pore size of 0.01 탆 or more are distributed, and corresponds to a dense layer. More specifically, in the present invention, the porous layer is a region in which pores with an average pore size of 0.01 to 10 탆 are distributed, preferably 0.1 to 5 탆, more preferably 0.2 to 2.0 탆 have.

또한, 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 두께가 15 내지 30 ㎛인, 바람직하게는 20 내지 25 ㎛인 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막 내 다공층의 두께는 2 내지 27㎛, 바람직하게는 3 내지 22 ㎛인 것이 더욱 좋다. 막의 두께가 얇을수록 막의 저항이 줄어 실제 연료전지에 적용시 성능이 향상되며, 보다 바람직하게는 막의 두께를 20 내지 25 ㎛인 것이 더욱 좋다.In addition, the asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention may have a thickness of 15 to 30 mu m, preferably 20 to 25 mu m. Accordingly, the thickness of the porous layer in the asymmetric porous polybenzimidazole membrane is preferably 2 to 27 탆, more preferably 3 to 22 탆. The thinner the film, the lower the resistance of the film, which improves the performance when applied to an actual fuel cell. More preferably, the thickness of the film is 20-25 탆.

본 발명에서 폴리벤즈이미다졸(PBI; polybenzimidazole)은 벤즈이미다졸 단일체를 함유하는 방향족 이종 고리식 중합체를 포함한다. 또한, 상이한 구조를 갖는 PBI가 테트라아민과 이염기산의 상이한 조합으로부터 또는 이와 달리 조합된 디아민산으로부터 합성될 수 있다. 구체예로, 폴리벤즈이미다졸은 상용화된 제품으로 Dapozolⓡ에 포함되는 Danish Power system(DPS) 또는 Celazole®에 포함되는 mPBI라고 부르는 폴리 2,2'-m-(페닐렌)-5,5'-비벤즈이미다졸인 것일 수 있다. In the present invention, polybenzimidazole (PBI) includes aromatic heterocyclic polymers containing benzimidazole monomers. In addition, PBI having a different structure can be synthesized from different combinations of tetraamine and dibasic acids or from a diamine acid in combination. As a specific example, polybenzimidazole is a commercially available product, which is a poly 2,2'-m- (phenylene) -5,5 ', N'-dicyclohexylmethane, called mPBI contained in Danish Power system (DPS) -Bibenzimidazole. ≪ / RTI >

또한, 상기 폴리벤즈이미다졸은 PBI 혼합물, 가교된 PBI, PBI 합성물 또는 변경된 타입의 PBI, 예컨대 파라-PBI(폴리[2,2'-p-(페닐렌)-5,5'-비벤즈이미다졸]), 피리딘계 PBI, AB-PBI(폴리[2,5-폴리벤즈이미다졸]), 나프탈린-PBI(폴리[2,2'-(2,6-나프탈린)-5,5'-비벤즈이미다졸]), Py-PBI(폴리[2,2'-(2,6-피리딘)-5,5'-비벤즈이미다졸]), Py-O-PBI, 디하이드록시-PBI, 헥사플루오로 PBI(F6-PBI), 삼차부틸 PBI, 폴리(N-메틸벤즈이미다졸) 또는 폴리(N-에틸벤즈이미다졸) 등의 N-치환된 PBI, 술폰화 PBI, 또는 산이나 염기 도핑이 있거나 없이 120℃ 초과 온도에서 양이온 전도가 가능한 임의의 기타 중합체인 것일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The polybenzimidazole may also be a PBI mixture, a crosslinked PBI, a PBI compound or a modified type of PBI such as para-PBI (poly [2,2'-p- (phenylene) -5,5'- (2,2 '- (2,6-naphthalene) -5,5', 4,4'-tetramethyluronium hexafluorophosphate), pyridine-based PBI, AB- -Bibenzimidazole]), Py-PBI (poly [2,2 '- (2,6-pyridine) -5,5'-bibenzimidazole]), Py-O-PBI, dihydroxy- Substituted PBI such as poly (N-methylbenzimidazole) or poly (N-ethylbenzimidazole), sulfonated PBI, or an acid or base such as hexafluorophosphate PBI But is not limited to, any other polymer capable of cation conduction at temperatures above 120 ° C with or without doping.

본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 만능재료시험기 (UTM, Universal testing machine)를 이용하여 측정한 인장강도가 70 내지 110 Mpa이며, 신장율이 5 내지 65 %인 것일 수 있다. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention may have a tensile strength of 70 to 110 MPa and an elongation percentage of 5 to 65% as measured using a universal testing machine (UTM).

또한, 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 산소 투과도가 130 내지 170 cm3/(m2·24hr·atm)인 것일 수 있다. 이때, 산소 투과도는 필터시험기(Capillary flow porometer, PMI 제작)를 통해 산소를 60psi의 압력하에서 실시하여 측정된 것이다. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention may have an oxygen permeability of 130 to 170 cm 3 / (m 2 · 24 hr · atm). At this time, the oxygen permeability was measured through a filter tester (Capillary flow porometer, manufactured by PMI) under oxygen pressure of 60 psi.

본 발명은 폴리벤즈이미다졸 및 용매를 포함하는 제1용액을 준비하는 단계, 상기 제1용액에 포로겐을 혼합하는 제2용액을 준비하는 단계, 상기 제2용액을 기판 상에 도포하여 막을 형성하는 단계, 및 상기 도포된 막을 열처리하는 단계를 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for forming a film comprising the steps of preparing a first solution containing polybenzimidazole and a solvent, preparing a second solution for mixing the porogen with the first solution, applying the second solution onto the substrate to form a film And heat-treating the applied film. The present invention also provides a method for producing an asymmetric porous polybenzimidazole membrane.

구체적으로, 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법에서 상기 제1용액을 준비하는 단계는 폴리벤즈이미다졸과 적어도 1종 이상의 용매를 혼합하는 단계로, 상기 용매는 폴리이미드-벤즈이미다졸이 완전히 용해되는 것이라면 크게 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 바람직하게는 극성 용매인 것을 사용할 수 있다. 일예로는 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), N-N-메틸 피롤리돈(NMP), N-메틸 피롤리돈, 테트라메틸우레아, 디옥산, 디에틸 숙시네이트, 디메틸술폭사이드, 클로로포름, 테트라클로로에탄 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는 디메틸아세트아미드(DMAc)을 사용하는 것이 더욱 좋다. Specifically, in the method for preparing an asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention, the step of preparing the first solution is a step of mixing polybenzimidazole and at least one solvent, wherein the solvent is polyimide- The solvent is not particularly limited as long as it dissolves completely, and preferably a polar solvent can be used. Examples of the solvent include dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF), NN-methylpyrrolidone (NMP), N-methylpyrrolidone, tetramethylurea, dioxane, diethylsuccinate, dimethylsulfoxide, Chloroform, tetrachloroethane, and mixtures thereof. It is more preferable to use dimethylacetamide (DMAc).

다음으로, 준비된 상기 제1용액에 포로겐을 혼합하는 제2용액을 준비하는 단계를 실시한다. 포로겐으로는 알코올 화합물 또는 폴리에틸렌글리콜 화합물, 에스테르 또는 에테르 화합물 및 다양한 염 화합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate)를 사용하는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 구현하기에 효율적이여서 더욱 좋다. Next, a step of preparing a second solution for mixing the porogen with the first solution prepared is carried out. As the porogen, any one or more selected from among alcohol compounds, polyethylene glycol compounds, esters or ether compounds and various salt compounds can be used, but it is preferable to use dibutyl phthalate as a target effect of the present invention It is more efficient to implement.

이때, 포로겐의 함량은 30 내지 55 중량% , 바람직하게는 40 내지 50 중량% 포함되는 것이 더욱 좋다. 상기 범위를 만족하는 경우 기공 형성 및 이에 따른 막의 비대칭 다공성 구현과 기계적 물성 및 높은 이온전도도 특성에 더욱 유리하다. At this time, it is more preferable that the porogen content is 30 to 55% by weight, preferably 40 to 50% by weight. When the above range is satisfied, it is more advantageous to form the pores and to realize the asymmetric porosity of the membrane and the mechanical properties and the high ion conductivity.

또한, 상기 제2용액은 추가로 -20 내지 5℃의 온도 범위에서 정치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 범위에서 정치하는 공정을 추가로 실시하면 막의 비대칭 정도를 극대화할 수 있으며, 그에 따른 효과가 더욱 향상될 수 있다. Further, the second solution may further comprise a step of setting at a temperature in the range of -20 to 5 [deg.] C. If the step of setting in the temperature range is further carried out, the degree of asymmetry of the film can be maximized, and the effect thereof can be further improved.

제2용액을 준비하는 단계는 이후, 상기 제2용액을 기판 상에 도포하여 막을 형성한다. 막을 형성하는 방법은 크게 제한되는 것은 아니지만, 다양한 장치들에 의해 캐스팅 될 수 있다. 예를 들어, 압출 다이 또는 슬롯 코터와 같은 스프레더, 닥터블레이드, 스프레이 가압장치 등을 들 수 있다. The step of preparing the second solution may then be performed by applying the second solution onto the substrate to form a film. The method of forming the film is not critical, but may be cast by various devices. For example, a spreader such as an extrusion die or a slot coater, a doctor blade, a spray pressurizing device, and the like can be mentioned.

상기 막을 형성하는 단계에서 폴리벤즈이미다졸과 포로겐은 비중 차이로 인하여 상분리가 이루어지고, 중력에 의해 포로겐이 두께방향의 하단부에 위치하게 되고, 건조 시 포로겐의 증발로 인하여 일측면의 치밀층과 이와 대응되는 다른 측면의 다공층을 포함하는 비대칭 구조를 갖는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막을 형성하게 된다. 이때, 상기 제2용액을 기판 상에 도포하는 두께는 바람직하게는 100 내지 250㎛인 것이 좋다. 상기 범위를 만족하는 경우 막의 형성이 잘 이루어진다. In the step of forming the membrane, the polybenzimidazole and the porogen are phase-separated due to the difference in specific gravity, and the porogen is located at the lower end in the thickness direction due to gravity, and due to the evaporation of the porogen during drying, To form an asymmetric porous polybenzimidazole membrane having an asymmetric structure comprising a layer and a porous layer on the other side corresponding thereto. At this time, the thickness for applying the second solution on the substrate is preferably 100 to 250 mu m. When the above range is satisfied, the film is formed well.

상기 도포 공정에서 도포 두께를 조절하는 것은 산을 도핑하기 전의 도포 두께 대비 도핑 후 막의 두께가 증가하는 것, 즉 후속 공정에서 산을 도핑하는 것을 고려하여 실시된다. 도핑 후 막의 두께는 25 내지 55㎛, 바람직하게는 30 내지 50㎛인 좋으며, 상기 범위를 만족하는 경우 연료전지에 적용 시 막 저항을 낮출 수 있고, 연료전지 성능의 향상에 더욱 좋다. 반면, 도핑 후 막의 두께가 상기 범위 미만인 경우 연료 크로스오버가 발생하거나 기계적 물성이 저하될 우려가 있다. Adjusting the coating thickness in the coating step is carried out considering that the thickness of the doped film is increased with respect to the coating thickness before doping the acid, that is, doping the acid in the subsequent step. The thickness of the doped layer is preferably 25 to 55 μm, more preferably 30 to 50 μm. When the thickness is in the above range, the membrane resistance can be lowered when applied to a fuel cell, and the fuel cell performance is better. On the other hand, when the thickness of the film after doping is less than the above range, fuel crossover may occur or mechanical properties may deteriorate.

이렇게 도포된 막은 열처리된다. 상기 열처리 공정은 캐스팅되는 공정 상 실시될 수 있다. 열처리 온도 범위는 25 내지 400℃, 바람직하게는 80 내지 120℃에서 실시할 수 있다. 열처리 온도 범위가 상기 범위를 만족하는 경우 유기 용매의 제거가 원활하며 목적하는 물성을 갖는 막의 형성 측면에서 더욱 좋다. The film thus coated is heat treated. The heat treatment process may be carried out during the casting process. The heat treatment temperature range is 25 to 400 캜, preferably 80 to 120 캜. When the heat treatment temperature range satisfies the above range, the removal of the organic solvent is smooth and is better in terms of the formation of the film having the desired physical properties.

상기 열처리 후 얻어진 막은 세척될 수 있다. 이때, 세척 방법은 메탄올과 같은 알코올류 또는 증류수를 이용하여 실시할 수 있으며, 바람직하게는 메탄올과 증류수를 혼합한 혼합용액에 6시간 내지 24시간 동안 침지시켜 실시하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 세척 공정을 통해 포로겐을 제거할 수 있다. The film obtained after the heat treatment can be cleaned. At this time, the washing may be carried out using an alcohol such as methanol or distilled water, preferably by immersing in a mixed solution of methanol and distilled water for 6 to 24 hours. Through this cleaning process, the porogen can be removed.

상술한 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 촉매 수단이 함유된 캐소드 및 에노드와 함께 연료전지로 사용된다. 이때, 연료전지의 작동 온도는 80℃ 초과된 범위, 바람직하게는 80℃ 내지 250℃, 보다 바람직하게는 120 내지 230℃의 범위인 것일 수 있다. 상기 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 산 도핑되어 사용되며, 이때, 산은 인산이거나 인산과 대등한 수준의 낮은 증기 압력을 갖고 연료 전지 작동 온도에서 열적으로 안정적인 다른 산일 수 있다. 바람직하게는 상기 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막은 50% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상의 인산 용액에 의해 도핑 될 수 있다. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention described above is used as a fuel cell together with a cathode and an anode containing catalyst means. At this time, the operating temperature of the fuel cell may be in the range exceeding 80 ° C, preferably 80 ° C to 250 ° C, more preferably 120 to 230 ° C. The asymmetric porous polybenzimidazole membrane is used acid-doped, where the acid may be phosphoric acid or other acid which is thermally stable at the fuel cell operating temperature with a low vapor pressure equivalent to phosphoric acid. Preferably, the asymmetric porous polybenzimidazole membrane can be doped with a phosphoric acid solution of 50% or more, more preferably 60% or more.

이하 본 발명에 따른 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막에 대한 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an asymmetric porous polybenzimidazole membrane according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

mPBI의 제조Manufacture of mPBI

둥근 삼구플라스크에 폴리벤즈이미다졸(Dapozolⓡ, Danish Power system(DPS), 덴마크) 2g과 DMAC 18g을 넣고, 질소를 퍼지한 분위기 하, 120℃에서 12시간 동안 리플럭스(reflux)를 통해 용해시킨다(10 wt% 용액(solution) 제조). 이후, 상기 용액을 20℃의 실온까지 온도를 낮춘 뒤, 닥터블레이드를 이용하여 유리판 위에 바코팅을 250 ㎛ 두께로 하여 캐스팅하였다. 이후, 막이 형성된 유리판을 드라이오븐에서 25℃에서 80℃까지 1℃/min의 승온 속도로 온도를 올려 8시간 건조 후, 120℃ 까지 다시 0.5℃/min의 승온 속도로 온도를 올렸다. 다음으로, 진공 조건에서 12시간 처리하고, 증류수에 담궈 유리판에서 막을 제거한 후 80℃ 드라이오븐에서 건조시켰다. 2 g of polybenzimidazole (Dapozolⓡ, Danish Power system (DPS), Denmark) and 18 g of DMAC are placed in a round three-necked flask and dissolved in a refluxed atmosphere at 120 캜 for 12 hours through a reflux atmosphere (10 wt% solution). Thereafter, the temperature of the solution was lowered to room temperature of 20 占 폚, and then the glass substrate was cast with a doctor blade to a thickness of 250 占 퐉 on a glass plate. Thereafter, the glass plate on which the film was formed was dried in a dry oven at 25 ° C to 80 ° C at a heating rate of 1 ° C / min for 8 hours, and then heated to 120 ° C again at a heating rate of 0.5 ° C / min. Next, the sample was treated in a vacuum condition for 12 hours, immersed in distilled water to remove the film from the glass plate, and dried in a dry oven at 80 ° C.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

P-PBI 70의 제조Preparation of P-PBI 70

둥근 삼구플라스크에 폴리벤즈이미다졸(Dapozolⓡ, Danish Power system(DPS)) 2g과 디메틸아세트아미드(DMAc) 18g을 넣고, 질소를 퍼지한 분위기 하, 120℃에서 12시간 동안 리플럭스(reflux)를 통해 용해시킨다(10 wt% 용액(solution) 제조). 이후, 디부틸 프탈레이트(Dibytyl Phtalate(sigma aldrich, DBP)) 4.7g을 첨가하여 3시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 상기 용액을 20℃의 실온까지 온도를 낮춘 뒤, 닥터블레이드를 이용하여 유리판 위에 바코팅을 250 ㎛ 두께로 하여 캐스팅하였다. 이후, 막이 형성된 유리판을 120℃의 드라이오븐에서 8시간 건조 후 진공 조건에서 12시간 처리하고, 증류수에 담궈 유리판에서 막을 제거하고, 메탄올에서 12시간, 메탄올/증류수 (1:1)의 혼합액에서 12시간 침지시킨 후 80℃ 드라이오븐에서 건조시켰다. 2 g of polybenzimidazole (Dapozolⓡ, Danish Power system (DPS)) and 18 g of dimethylacetamide (DMAc) were placed in a round three-necked flask and reflux was performed at 120 ° C. for 12 hours in a nitrogen- (10 wt% solution prepared). Then, 4.7 g of dibutyl phthalate (Sigma aldrich, DBP) was added and mixed for 3 hours. Next, the temperature of the solution was lowered to room temperature of 20 占 폚, and then the glass substrate was cast to a thickness of 250 占 퐉 on a glass plate using a doctor blade. Thereafter, the glass plate on which the film was formed was dried in a dry oven at 120 ° C for 8 hours, treated in a vacuum condition for 12 hours, and then immersed in distilled water to remove the film from the glass plate. 12 hours of methanol was added thereto in a mixture of methanol / distilled water (1: After soaking for a time, it was dried in a dry oven at 80 ° C.

(실시예 1)(Example 1)

P-PBI 47의 제조Preparation of P-PBI 47

둥근 삼구플라스크에 폴리벤즈이미다졸(Dapozolⓡ, Danish Power system(DPS), 덴마크) 2g과 DMAC 18g을 넣고, 질소를 퍼지한 분위기 하, 120℃에서 12시간 동안 리플럭스(reflux)를 통해 용해시킨다(10 wt% 용액(solution) 제조). 이후, 디부틸 프탈레이트(Dibytyl Phtalate(sigma aldrich, DBP)) 1.8g을 첨가하여 3시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 상기 용액을 20℃의 실온까지 온도를 낮춘 뒤, 냉장고(2~3 oC)에서 12시간 이상 정치시켰다. 이후, 실온에서 교반기를 이용하여 10분간 교반한 다음 닥터블레이드를 이용하여 유리판 위에 바코팅을 250 ㎛ 두께로 하여 캐스팅하였다. 다음으로, 막이 형성된 유리판을 드라이오븐에서 25℃에서 80℃까지 1℃/min의 승온 속도로 온도를 올려 8시간 건조 후, 120℃ 까지 다시 0.5℃/min의 승온 속도로 온도를 올렸다. 다음으로, 진공 조건에서 12시간 처리하고, 증류수에 담궈 유리판에서 막을 제거한 후 메탄올에서 12시간, 메탄올/증류수 (1:1)의 혼합액에서 12시간 침지시킨 후 80℃ 드라이오븐에서 건조시켰다. 2 g of polybenzimidazole (Dapozolⓡ, Danish Power system (DPS), Denmark) and 18 g of DMAC are placed in a round three-necked flask and dissolved in a refluxed atmosphere at 120 캜 for 12 hours through a reflux atmosphere (10 wt% solution). Thereafter, 1.8 g of dibutyl phthalate (Sigma aldrich, DBP) was added and mixed for 3 hours. Next, the temperature of the solution was lowered to room temperature of 20 ° C, and the solution was allowed to stand in a refrigerator (2 to 3 ° C) for 12 hours or more. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes using a stirrer, and then cast onto a glass plate with a doctor blade to a thickness of 250 탆 on a glass plate. Next, the glass plate on which the film was formed was dried in a dry oven at 25 ° C to 80 ° C at a rate of 1 ° C / min for 8 hours, and then heated to 120 ° C at a rate of 0.5 ° C / min. Next, the film was treated in a vacuum condition for 12 hours, immersed in distilled water to remove the film from the glass plate, immersed in methanol for 12 hours, mixed with methanol / distilled water (1: 1) for 12 hours, and dried in a dry oven at 80 ° C.

(실시예 2)(Example 2)

P-PBI 44의 제조Preparation of P-PBI 44

둥근 삼구플라스크에 폴리벤즈이미다졸(Dapozolⓡ, Danish Power system(DPS), 덴마크) 2g과 DMAC 18g을 넣고, 질소를 퍼지한 분위기 하, 120℃에서 12시간 동안 리플럭스(reflux)를 통해 용해시킨다(10 wt% 용액(solution) 제조). 이후, 디부틸 프탈레이트(Dibytyl Phtalate(sigma aldrich, DBP)) 1.6g을 첨가하여 3시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 상기 용액을 20℃의 실온까지 온도를 낮춘 뒤, 냉장고(2~3 oC)에서 12시간 이상 정치시켰다. 이후, 실온에서 교반기를 이용하여 10분간 교반한 다음 닥터블레이드를 이용하여 유리판 위에 바코팅을 250 ㎛ 두께로 하여 캐스팅하였다. 다음으로, 막이 형성된 유리판을 드라이오븐에서 25℃에서 80℃까지 1℃/min의 승온 속도로 온도를 올려 8시간 건조 후, 120℃ 까지 다시 0.5℃/min의 승온 속도로 온도를 올렸다. 다음으로, 진공 조건에서 12시간 처리하고, 증류수에 담궈 유리판에서 막을 제거한 후 메탄올에서 12시간, 메탄올/증류수 (1:1)의 혼합액에서 12시간 침지시킨 후 80℃ 드라이오븐에서 건조시켰다. 2 g of polybenzimidazole (Dapozolⓡ, Danish Power system (DPS), Denmark) and 18 g of DMAC are placed in a round three-necked flask and dissolved in a refluxed atmosphere at 120 캜 for 12 hours through a reflux atmosphere (10 wt% solution). Thereafter, 1.6 g of dibutyl phthalate (Sigma aldrich, DBP) was added and mixed for 3 hours. Next, the temperature of the solution was lowered to room temperature of 20 ° C, and the solution was allowed to stand in a refrigerator (2 to 3 ° C) for 12 hours or more. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes using a stirrer, and then cast onto a glass plate with a doctor blade to a thickness of 250 탆 on a glass plate. Next, the glass plate on which the film was formed was dried in a dry oven at 25 ° C to 80 ° C at a rate of 1 ° C / min for 8 hours, and then heated to 120 ° C at a rate of 0.5 ° C / min. Next, the film was treated in a vacuum condition for 12 hours, immersed in distilled water to remove the film from the glass plate, immersed in methanol for 12 hours, mixed with methanol / distilled water (1: 1) for 12 hours, and dried in a dry oven at 80 ° C.

(실시예 3)(Example 3)

P-PBI 41의 제조Preparation of P-PBI 41

둥근 삼구플라스크에 폴리벤즈이미다졸(Dapozolⓡ, Danish Power system(DPS), 덴마크) 2g과 DMAC 18g을 넣고, 질소를 퍼지한 분위기 하, 120℃에서 12시간 동안 리플럭스(reflux)를 통해 용해시킨다(10 wt% 용액(solution) 제조). 이후, 디부틸 프탈레이트(Dibytyl Phtalate(sigma aldrich, DBP)) 1.4g을 첨가하여 3시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 상기 용액을 20℃의 실온까지 온도를 낮춘 뒤, 냉장고(2~3 oC)에서 12시간 이상 정치시켰다. 이후, 실온에서 교반기를 이용하여 10분간 교반한 다음 닥터블레이드를 이용하여 유리판 위에 바코팅을 250 ㎛ 두께로 하여 캐스팅하였다. 다음으로, 막이 형성된 유리판을 드라이오븐에서25℃에서 80℃까지 1℃/min의 승온 속도로 온도를 올려 8시간 건조 후, 120℃ 까지 다시 0.5℃/min의 승온 속도로 온도를 올렸다. 다음으로, 진공 조건에서 12시간 처리하고, 증류수에 담궈 유리판에서 막을 제거한 후 메탄올에서 12시간, 메탄올/증류수 (1:1)의 혼합액에서 12시간 침지시킨 후 80℃ 드라이오븐에서 건조시켰다. 2 g of polybenzimidazole (Dapozolⓡ, Danish Power system (DPS), Denmark) and 18 g of DMAC are placed in a round three-necked flask and dissolved in a refluxed atmosphere at 120 캜 for 12 hours through a reflux atmosphere (10 wt% solution). Then, 1.4 g of dibutyl phthalate (Sigma aldrich, DBP) was added and mixed for 3 hours. Next, the temperature of the solution was lowered to room temperature of 20 ° C, and the solution was allowed to stand in a refrigerator (2 to 3 ° C) for 12 hours or more. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes using a stirrer, and then cast onto a glass plate with a doctor blade to a thickness of 250 탆 on a glass plate. Next, the glass plate on which the film was formed was dried in a dry oven at 25 ° C to 80 ° C at a rate of 1 ° C / min for 8 hours, and then heated to 120 ° C at a rate of 0.5 ° C / min. Next, the film was treated in a vacuum condition for 12 hours, immersed in distilled water to remove the film from the glass plate, immersed in methanol for 12 hours, mixed with methanol / distilled water (1: 1) for 12 hours, and dried in a dry oven at 80 ° C.

(평가)(evaluation)

비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 표면 및 단면을 분석하기 위하여 SEM을 확인하였으며, 배율 10K의 SEM 사진을 기준으로 구분되는 일측의 치밀층과 다른측의 다공층에서, 다공층의 기공(pore)를 분석하여 기공의 크기(pore size) 분포도를 도 7에 나타내었다. 또한, 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 열적안정성의 평가를 위하여 TGA 분석을 하였으며, 조건은 실온부터 750℃까지 10℃/min의 속도로 공기 분위기 하에서 실시하였다. In order to analyze the surface and cross-section of the comparative examples 1, 2, and 1, 2, and 3, an SEM was confirmed. In the porous layer on one side and the porous layer on the other side, And the pore size distribution of the pores is shown in FIG. In addition, TGA analysis was carried out to evaluate the thermal stability of Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2, and 3, and conditions were performed at room temperature to 750 ° C at a rate of 10 ° C / min in an air atmosphere.

또한, 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 인산 도핑률을 측정하기 위하여 85%인 인산 용액에 막을 담궈 4일 동안 도핑한 다음 100℃에서 12시간 건조 후 도핑전과 도핑 후의 무게변화를 통하여 인산 함수율 및 도핑 레벨을 계산하여 도 9에 나타내었다. To measure the phosphoric acid doping ratios of Comparative Examples 1, 2, and 1, 2, and 3, a film was dipped in a phosphoric acid solution of 85% for 4 days and then dried at 100 ° C for 12 hours. And the phosphorus content and the doping level are shown in FIG.

또한, 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 물리적 안정성을 실험하기 위하여 인산을 도핑한 샘플(85% 인산 용액(sigma aldrich))에 막을 담구어 4일 동안 도핑)과 하지 않은 막을 동시에 인장강도 테스트를 실시하였다. 이때, 샘플 모양은 아령이며, 실제 측정 너비는 2 mm, 길이는 30 mm로 제작하여 3개 이상의 샘플을 측정하여 평균값을 구하였다. 이때, 테스트는 만능재료실험기(Testometric Micro 350)을 사용하였으며, 조건은 10.00 mm min-1로 하였다. In order to test the physical stability of Comparative Examples 1, 2, and 1, 2, and 3, the membrane was dipped in a phosphoric acid-doped sample (85% phosphoric acid solution (Sigma Aldrich)) and dipped for 4 days) At the same time, a tensile strength test was conducted. At this time, the sample shape was dumbbell, and the actual measurement width was 2 mm and the length was 30 mm, and three or more samples were measured to obtain an average value. At this time, the test was performed using a universal material testing machine (Testometric Micro 350) under conditions of 10.00 mm min -1 .

또한, 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 이온전도도를 측정하기 위하여 인산도핑을 한 샘플(85% 인산 용액(sigma aldrich))에 막을 담구어 4일 동안 도핑)을 이용하여, 60 내지 180℃의 온도 범위에서 무가습으로 측정하였다. 전해질 막 이온전도도는 임피던스 스펙트로스코피(Bio-Logics 150, France)를 사용하였고, 4 전극 시스템에서 1~105 Hz의 주파수 범위, 10 mV의 전압세기를 가지는 교류전원에서 측정하였다. 고분자전해질 막의 impedance R값을 아래의 식을 이용해 수소 이온전도도 σ 값을 구하였다. Further, in order to measure ionic conductivities of Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2 and 3, a film doped with phosphoric acid (85% phosphoric acid solution (sigma aldrich) And was measured with no humidity at a temperature range of 60 to 180 캜. The electrolyte membrane ionic conductivity was measured using an impedance spectroscopy (Bio-Logics 150, France) and an alternating current source with a voltage range of 1 mV to 10 mV in a frequency range of 1 to 105 Hz in a four-electrode system. The impedance R value of the polymer electrolyte membrane was calculated by the following equation.

(식 1) σ=

Figure pat00001
(Equation 1)? =
Figure pat00001

상기 식 1에서, σ는 수소 이온전도도, L는 전압 측정을 위한 전극 사이의 거리 (㎝), R은 고분자전해질 막의 impedance, W는 막의 너비(㎝), 그리고 d는 막의 두께 (㎝)이다. Where R is the impedance of the polymer electrolyte membrane, W is the width of the membrane (cm), and d is the thickness (cm) of the membrane.

도 1에서는 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 윗면(upside)과 아랫면(downside)을 나타낸 사진인 것으로, 실시예 1,2,3의 경우 윗면은 포어가 형성되지 않은 부분으로 색이 진하게 나타나며, 아랫면은 기공(pore)가 형성되어 윗면보다 밝은 색을 보임을 확인할 수 있었다. 또한, 조밀한 막인 mPBI(비교예1)의 경우에는 포어가 없어 투명한 막의 형태인 반면, 기공이 있는 막들은 포어들에 의해 투과도가 떨어졌다. 이는 도 4, 5 및 6을 통해 비대칭의 다공성막이 형성되었음을 확인 할 수 있었고, 도 3 또한 비교예 2가 다공성 막임을 확인할 수 있었다. 1 is a photograph showing the upside and the downside of PBI films according to Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2, and 3. In the case of Examples 1, 2, and 3, And the lower surface of the lower surface was formed with pores, and thus the surface was brighter than the upper surface. Also, in the case of mPBI (Comparative Example 1), which is a dense film, there is no pore and the film is in the form of a transparent film, whereas the membranes having pores are permeated by pores. This confirmed that the asymmetric porous membrane was formed through FIGS. 4, 5 and 6, and it was confirmed that Comparative Example 2 was also a porous membrane.

도 7은 비교예 2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 기공 크기 분포도를 나타낸 것으로, PBI와 포로겐의 조합과 그 함량 조절을 포함하여 기공의 크기 형성을 조절할 수 있었다. 실시예 1에 따른 PBI 막(P-PBI 47)은 다공층의 기공 크기가 0.4 내지 3.1㎛이며, 평균 기공 크기가 1.72㎛인 것으로 나타났다. 실시예 2에 따른 PBI 막(P-PBI 44)은 0.2 내지 2㎛ 이며, 평균 기공 크기가 0.94㎛인 것으로 나타났다. 또한, 실시예 3에 따른 PBI 막(P-PBI 41)은 0.055 내지 0.44㎛ 이며, 평균 기공 크기가 0.2㎛인 것으로 나타났다. 상기 기공 크기가 작은 경우에는 막에서의 산의 도핑량이 제한될 수 있다. 이에, 상기 범위를 만족하는 경우 기공들이 산을 도핑할 수 있는 공간을 만들어 도핑량을 증가시킬 수 있으며, 각각 유로에 따른 이온전도도 향상을 도모할 수 있다. 반면, 비교예 2와 같이 기공 크기가 너무 크거나 분포가 과도하게 되면 도핑률이 높아질 수 있으나 과량의 산으로 인하여 막의 기계적 물성이 저하될 우려가 있다.FIG. 7 is a pore size distribution diagram of the PBI membrane according to Comparative Example 2 and Examples 1, 2, and 3, and it is possible to control the pore size formation including the combination of PBI and porogen and the content thereof. The PBI membrane (P-PBI 47) according to Example 1 showed that the pore size of the porous layer was 0.4 to 3.1 mu m and the average pore size was 1.72 mu m. The PBI membrane (P-PBI 44) according to Example 2 was found to be 0.2 to 2 占 퐉 and the average pore size to be 0.94 占 퐉. Further, the PBI membrane (P-PBI 41) according to Example 3 had a pore size of 0.055 to 0.44 mu m and an average pore size of 0.2 mu m. When the pore size is small, the amount of acid to be doped in the film may be limited. If the above range is satisfied, the amount of doping can be increased by forming a space in which pores can be doped with acid, and the ion conductivity according to the flow path can be improved. On the other hand, if the pore size is too large or the distribution is excessive as in Comparative Example 2, the doping rate may be increased, but mechanical properties of the membrane may be deteriorated due to excessive acid.

도 8은 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 열적안정성 평가를 위한 TGA 그래프를 나타낸 것으로, 동일한 고분자를 사용하여 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 결과가 비슷한 경향을 보임을 확인하였다. 폴리벤즈이미다졸의 경우 150℃까지는 물이 제거되므로 5~10%의 중량손실이 나타나며, 상기 온도 이상에서는 500℃까지 뚜렷한 중량 감소는 확인되지 않았으며, 그 이상의 온도에서는 이산화탄소의 방출로 무게의 변화가 보였다. 그러나 400℃ 이하에서의 중량감소가 일어나지 않으므로 고온용 연료전지용 재료로 열안정성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 8 is a TGA graph for evaluating the thermal stability of the PBI films according to Comparative Examples 1, 2, and Examples 1, 2, and 3. The TGA graphs of Comparative Examples 1, 2, The results show similar trends. In the case of polybenzimidazole, weight loss of 5 ~ 10% was observed due to the removal of water up to 150 ° C. No significant weight loss was observed up to 500 ° C above the above temperature, and the weight change due to the release of carbon dioxide . However, since the weight reduction at 400 ° C or less does not occur, it has been confirmed that thermal stability can be secured as a material for a high temperature fuel cell.

도 9는 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 인산 도핑률 및 도핑레벨 그래프를 나타낸 것으로, 포로겐의 함량이 많을수록 다공성이 많이 형성됨과 동시에 인산의 도핑률이 증가함을 확인하였다. 다공성막인 비교예 2인 경우에는 인산의 함유량은 비다공성 막인 비교예 1보다 2배 이상 높게 나타나고, 비대칭 다공성 막인 실시예 1(P-PBI 47)의 경우 1.6배 높게 나타났다.FIG. 9 is a graph showing the doping ratios and doping levels of the PBI films according to Comparative Examples 1, 2, and Examples 1, 2, and 3. As the content of porogen increases, the porosity increases and the doping ratio of phosphoric acid increases Respectively. In the case of Comparative Example 2, which is a porous membrane, the content of phosphoric acid was 2 times higher than that of Comparative Example 1 which is a non-porous membrane and 1.6 times higher than that of Example 1 (P-PBI 47) which is an asymmetric porous membrane.

본 발명에 따른 폴리벤즈이미다졸은 -N=과 -NH-기가 주요한 분자간력을 형성하므로 사슬이 치밀하게 충전되어 있어 막은 우수한 기계적 강도를 가진다. 하기 표 1은 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 인장강도를 나타낸 것으로, PBI 막의 인산 도핑 전 후의 인장강도를 나타낸 것이다.The polybenzimidazole according to the present invention has an excellent mechanical strength since the -N = and -NH- groups form a main intermolecular force and the chain is packed tightly. Table 1 below shows the tensile strengths of the PBI films according to Comparative Examples 1, 2 and Examples 1, 2 and 3, and shows the tensile strength of the PBI film before and after phosphoric acid doping.

[표 1][Table 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

인산을 도핑하기 전의 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3은 약 71 내지 118 MPa의 인장강도를 보이는데, 포로겐의 함량으로 조절된 기공을 가진 비대칭 다공성 막의 경우 포로겐의 함유량에 따라 인장강도가 다소 떨어졌다. 하지만 본 발명의 실시예 1,2,3의 경우는 다공성막인 비교예 2(P-PBI 70)보다 높은 인장강도를 보여준다. 또한, 인산이 도입된 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3의 경우 인산이 2% 정도 도입되면 폴리벤젠이미다졸 사슬 간의 수소결합이 약화되나 대신 인산과 질소원자 간에 수소결합이 형성되므로 두 종류의 힘이 상쇄되어 폴리벤젠이미다졸의 모듈러스나 인장강도의 변화는 없다. 그러나 인산의 몰수가 염기자리 몰수보다 많아지면 자유로운 산이 증가되어 PBI 사슬 간의 거리가 멀어져 인장강도가 급격히 감소된다. 이에 높은 도핑률을 보인 실시예 1,2,3의 경우 인산 도핑 후 비교예 1보다 더 큰폭으로 인장강도가 떨어지는 것을 보여준다. 이는 다공성 막인 비교예 2보다는 높은 인장강도 및 모듈러스를 가짐을 확인 할 수 있었다.Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1, 2 and 3 before the phosphoric acid doping show a tensile strength of about 71 to 118 MPa. In the case of an asymmetric porous membrane having porosity controlled by the content of porogen, Tensile strength has decreased somewhat. However, Examples 1, 2, and 3 of the present invention show higher tensile strength than Comparative Example 2 (P-PBI 70), which is a porous membrane. Also, in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1, 2 and 3 in which phosphoric acid was introduced, the hydrogen bonding between the polybenzene imidazole chains was attenuated when 2% of phosphoric acid was introduced, but hydrogen bonds were formed between the phosphoric acid and nitrogen atoms So that there is no change in the modulus or tensile strength of the polybenzeneimidazole. However, when the number of moles of phosphoric acid is larger than the number of moles of base, the free acid is increased and the distance between PBI chains is distant and the tensile strength is rapidly decreased. In Examples 1, 2 and 3 showing high doping ratios, the tensile strengths after phosphoric acid doping were lower than those of Comparative Example 1. It can be confirmed that it has higher tensile strength and modulus than Comparative Example 2 which is a porous membrane.

도 10은 인산 도핑된 비교예 1,2 및 실시예 1,2,3에 따른 PBI 막의 이온전도도 그래프를 나타낸 것으로, 산 도핑된 PBI의 산 함량이 낮을 때는 산은 질소자리를 양성화하는데 사용되며 산은 고분자에 결합되어 있는 상태로 존재한다. 양이온(proton)의 교환은 양이온화 된 질소와 양이온화 되지 않은 이웃사슬 간에 이루어지므로 이온전도도는 10-7S/cm 이하가 되었다. 도핑이 4-6 수준에 이르면 proton의 이동은 물의 함량에 따라 산과 음이온 사슬(H2PO4 -H+ ...H2PO4 +) 또는 산과 물(H2PO4 -H+ ...H2PO4 +) 사슬로 이동된다. 이 경우 전도기구는 농후한 인산용액과 유사하다. 실시예 1,2,3의 경우 비교예 1보다 높은 인산도핑률을 보임에 따라 높은 전도도 성능 향상을 보였으며, 비교예 2의 경우 가장 높은 인산도핑레벨을 보였으나, 많은 도핑으로 인하여 물리적 화학적 안정성이 떨어져 120℃ 이후 급격한 성능 저하를 보였다. 비교예 1및 실시예 1,2,3은 160℃ 이후 성능 감소가 보이나 이는 인산의 가수분해의 작용으로 실제 연료전지에 적용시 양극에서 발생되는 물과 공급되는 연료의 수분으로 인해 성능저하가 보이지 않을 것으로 보인다. 이에 본 발명에 따른 실시예 1,2의 경우 기존 다공성 폴리벤즈이미다졸 막보다 높은 안정성을 보임을 확인하였으며, 비교예 1보다는 높은 성능 향상을 보였다.FIG. 10 is a graph showing the ionic conductivity of PBI films according to Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1, 2 and 3 doped with phosphoric acid. When the acid content of acid-doped PBI is low, acid is used to bisect the nitrogen sites, As shown in Fig. The exchange of protons is carried out between the cationized nitrogen and the non-cationized neighboring chain, so that the ionic conductivity is less than 10 -7 S / cm. When the doping reaches the 4-6 level, the migration of proton depends on the content of the acid and the anion chain (H 2 PO 4 - H + ... H 2 PO 4 + ) or acid and water (H 2 PO 4 - H + ... H 2 PO 4 + ) chain. In this case, the conduction mechanism is similar to a concentrated phosphoric acid solution. In the case of Examples 1, 2 and 3, the conductivity was improved by the higher phosphoric acid doping ratio than that of Comparative Example 1. In Comparative Example 2, the highest phosphoric acid doping level was observed. However, Showed a drastic decrease in performance after 120 ° C. Comparative Example 1 and Examples 1, 2, and 3 showed a decrease in performance after 160 ° C, but the performance of the fuel cell due to the hydrolysis of phosphoric acid resulted in deterioration in performance due to water generated in the anode and moisture of the fuel supplied I do not think so. Thus, it was confirmed that Examples 1 and 2 according to the present invention exhibited higher stability than the conventional porous polybenzimidazole membranes, and showed higher performance than Comparative Example 1. FIG.

하기 표 1은 비교예 1,2 및 실시예 1,2의 ASTM D3985의 규정에 의거 측정한 산소 투과도(단위:cm3/((m2·24hr·atm))의 결과를 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 비대칭 다공성 PBI 막은 비교예 1의 mPBI 단일막과 비슷한 수준의 산소 투과도를 보이며, 다공성 막인 비교예 2와 비교 시 산소 투과도를 현저히 낮게 나타났다. 이는 높은 이온전도도를 구현하는 것과 동시에 기존 다공성 막의 문제점인 연료 크로스오버를 해결할 수 있다는 것을 확인시켜주었다. Table 1 below shows the results of oxygen permeability (unit: cm 3 / ((m 2 · 24 hr · atm)) measured according to ASTM D3985 of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 , The asymmetric porous PBI membrane according to Examples 1 and 2 exhibited oxygen permeability similar to that of the mPBI single membrane of Comparative Example 1. The oxygen permeability was significantly lower than that of Comparative Example 2 which was a porous membrane. And at the same time, it can solve the problem of the existing porous membrane, fuel crossover.

[표 2][Table 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (10)

폴리벤즈이미다졸 막으로서,
일측면의 치밀층 및 이와 대응되는 다른 측면의 다공층을 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막.
As polybenzimidazole membranes,
An asymmetric porous polybenzimidazole membrane comprising a dense layer on one side and a porous layer on the other side corresponding thereto.
제1항에 있어서,
상기 다공층은 0.01㎛ 내지 10㎛의 평균 기공 크기를 갖는 것인 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous layer has an average pore size of from 0.01 탆 to 10 탆.
제1항에 있어서,
상기 다공층은 막 전체 두께의 10 내지 90%인 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous layer is 10 to 90% of the total thickness of the membrane.
제1항에 있어서,
상기 막은 두께가 15 내지 30㎛인 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막.
The method according to claim 1,
The asymmetric porous polybenzimidazole membrane has a thickness of 15 to 30 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 막은 인장강도가 70 내지 110Mpa이며, 신장율이 5 내지 65%인 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막.
The method according to claim 1,
Wherein the membrane has a tensile strength of 70 to 110 MPa and an elongation percentage of 5 to 65%.
폴리벤즈이미다졸 및 용매를 포함하는 제1용액을 준비하는 단계,
상기 제1용액에 포로겐을 혼합하는 제2용액을 준비하는 단계,
상기 제2용액을 기판 상에 도포하여 막을 형성하는 단계, 및
상기 도포된 막을 열처리하는 단계를
포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법.
Preparing a first solution comprising polybenzimidazole and a solvent,
Preparing a second solution for mixing the porogen with the first solution,
Applying the second solution on a substrate to form a film, and
The step of heat-treating the applied film
Containing polybenzimidazole membrane.
제6항에 있어서,
상기 제2용액은 -20℃ 내지 5℃의 온도 범위에서 정치하는 단계를 더 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the second solution is allowed to stand at a temperature ranging from -20 占 폚 to 5 占 폚.
제6항에 있어서,
상기 제2용액 상 포로겐의 함량은 30 내지 55중량% 포함하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법.
The method according to claim 6,
And the content of the second solution phase porogen is 30 to 55% by weight based on the total weight of the porous polybenzimidazole membrane.
제6항에 있어서,
상기 막을 형성하는 단계는 제2용액을 기판 상에 100 내지 250㎛의 두께로 도포하는 것인 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of forming the film comprises applying a second solution on the substrate in a thickness of 100 to 250 탆.
제6항에 있어서,
상기 열처리는 25 내지 400℃의 온도 범위에서 실시하는 비대칭 다공성 폴리벤즈이미다졸 막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature ranging from 25 to 400 캜.
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