KR20220149299A - Poly(benzopheneone) based polymer for proton exchange membrane of fuel cell, polymer proton exchange membrane for fuel cell, and fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by a structural formula 1 below. As a result, compared to a conventional polymeric proton exchange membrane having a sulfuric acid group, the polymer for the fuel cell proton exchange membrane has high ionic conductivity, mechanical strength and chemical strength.

Description

연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자, 이를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막 및 연료전지{POLY(BENZOPHENEONE) BASED POLYMER FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE OF FUEL CELL, POLYMER PROTON EXCHANGE MEMBRANE FOR FUEL CELL, AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}Poly(benzophenone)-based polymer for fuel cell proton exchange membrane, polymer proton exchange membrane for fuel cell and fuel cell containing the same COMPRISING THE SAME}

본 발명은 연료전지 양성자 교환막용 고분자, 이를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막 및 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나피온을 대체할 수 있는 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자, 이를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막 및 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, a polymer proton exchange membrane for a fuel cell comprising the same, and a fuel cell, and more particularly, to a poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane that can replace Nafion, the It relates to a polymer proton exchange membrane for a fuel cell, including a fuel cell.

친환경 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC)는 화석 연료의 효과적인 대체물이다. PEMFC에서 고분자 전해질막은 H2와 산화제를 전기 에너지로 전환하는 역할을 한다. 따라서 고분자 전해질막 소재는 연료 전지의 핵심 연구 분야이다. 폴리플루오로설폰산(PFSA) 기반 막인 Nafions®은 양성자 교환막(PEM)의 표준 사용 재료로 간주되지만, 고비용, 가혹한 조건의 제조 공정 및 구조 개질의 여려움으로 응용에 제한이 있다. 고분자 골격이 다른 방향족 탄화수소 기반 고분자는 이미 PFSA 기반 막의 대안으로 연구되고 있다.Eco-friendly proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are an effective replacement for fossil fuels. In PEMFC, the polymer electrolyte membrane plays a role in converting H 2 and the oxidizing agent into electrical energy. Therefore, polymer electrolyte membrane materials are a key research area for fuel cells. Nafions®, a polyfluorosulfonic acid (PFSA)-based membrane, is considered a standard use material for proton exchange membranes (PEMs), but its application is limited by high cost, harsh manufacturing processes and difficulties in structural modification. Aromatic hydrocarbon-based polymers with different polymer backbones are already being studied as alternatives to PFSA-based membranes.

설폰화 단량체를 사용하는 설폰화 전-공정(pre-sulfonation)은 막의 설폰화 후-공정(post-sulfonation) 보다 더 편리한 것으로 밝혀졌지만, 설폰화 단량체에서 고 분자량 고분자를 얻는 것이 매우 어려운 경우도 있다. 또한, 이러한 설폰화된 고분자의 대부분은 산화 및 가수분해 안정성을 나타내지만, 고분자 골격이 에테르 결합을 기반으로 하고 산(acid) 작용기가 주쇄에 부착되어 있기 때문에 친핵체(nucleophile) 공격에 취약한 문제점이 있다.Although pre-sulfonation using sulfonated monomers has been found to be more convenient than post-sulfonation of membranes, it is often very difficult to obtain high molecular weight polymers from sulfonated monomers. . In addition, although most of these sulfonated polymers exhibit oxidative and hydrolytic stability, they are vulnerable to nucleophile attack because the polymer backbone is based on an ether bond and an acid functional group is attached to the main chain. .

일반적으로 설폰산기의 낮은 산도(acidity)는 연료 전지의 전도도가 좋지 않은 원인이기도 한다. 따라서 연구자들은 퍼플루오로설폰산(PFSA) 이외에 비불소화 또는 부분 불소화막을 가진 대체 산 작용기를 연구하였다. 최근 설폰이미드 막은 초기상 산성도(super gas-phase acidity)와 탁월한 열 안정성에서 주요한 관심사가 되었다. 더 높은 전하 비편재화(delocalization) 능력이 더 높은 산도에 대한 원인으로 보인다. 그 결과, 설폰이미드기를 사용하는 고분자막을 연구하고 있으며 연료 전지 응용 분야의 잠재적 후보로 여겨진다. 대부분의 설폰이미드 막은 또한 주요 고분자 백본의 에테르 결합으로 인해 화학적 안정성이 좋지 않은 문제점이 있다.In general, the low acidity of the sulfonic acid group is also a cause of poor conductivity of the fuel cell. Therefore, researchers investigated alternative acid functional groups with non-fluorinated or partially fluorinated membranes in addition to perfluorosulfonic acid (PFSA). Recently, sulfonimide membranes have become a major concern for their super gas-phase acidity and excellent thermal stability. A higher charge delocalization capacity appears to be responsible for the higher acidity. As a result, polymer membranes using sulfonimide groups are being studied and considered as potential candidates for fuel cell applications. Most sulfonimide membranes also suffer from poor chemical stability due to the ether linkage of the main polymer backbone.

한국등록특허공보 제10-2195258호Korean Patent Publication No. 10-2195258

본 발명의 목적은 종래 친환경적이지 않고 제조비용이 높은 나피온 양성자 교환막을 대체할 수 있으면서 양성자 전도도, 열 안정성, 화학적 안정성이 높은 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자, 이를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막 및 연료전지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is a poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane having high proton conductivity, thermal stability, and chemical stability while being able to replace the conventional Nafion proton exchange membrane, which is not environmentally friendly and has high manufacturing cost, and for fuel cells including the same To provide a polymer proton exchange membrane and a fuel cell.

본 발명의 일 측면에 따르면,According to one aspect of the present invention,

하기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자가 제공된다.A polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by the following Structural Formula 1 is provided.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

구조식 1에서,In Structural Formula 1,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

바람직하게는,Preferably,

상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.The compound represented by Structural Formula 1 may be represented by Structural Formula 2 below.

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

더욱 바람직하게는, More preferably,

구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 각각 독립적으로 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C10의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is each independently a fluorine group, a chloro group, a C1 to C10 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기 일 수 있다.R 2 may be each independently a hydrogen atom or a C1 to 10 alkyl group.

더욱 더 바람직하게는,Even more preferably,

상기 구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기이고,R 1 is a fluorine group,

R2는 수소원자 일 수 있다.R 2 may be a hydrogen atom.

상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 200,000 일 수 있다.The compound represented by Structural Formula 1 may have a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 200,000.

상기 반복단위수인 m:n은 50:50 내지 70:30의 비율일 수 있다.The number of repeating units, m:n, may be in a ratio of 50:50 to 70:30.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

(a) 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 니켈 기반 촉매 하에서 C-C 커플링 반응시켜 폴리(벤조페논)(PBP)을 제조하는 단계;(a) preparing poly (benzophenone) (PBP) by C-C coupling reaction of 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer under a nickel-based catalyst;

(b) 상기 폴리(벤조페논)(PBP)을 유기용매에 혼합한 후 클로로설폰산(chlorosulfuric acid)과 반응시켜 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 제조하는 단계; 및(b) preparing sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) by mixing the poly(benzophenone) (PBP) with an organic solvent and reacting it with chlorosulfuric acid; and

(c) 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 하기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 하기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법이 제공된다.(c) reacting the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) with a compound represented by the following structural formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by the following structural formula 1; a fuel cell comprising a A method for preparing a polymer for a proton exchange membrane is provided.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

구조식 1에서,In Structural Formula 1,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

[구조식 3][Structural Formula 3]

Figure pat00004
Figure pat00004

구조식 3에서,In Structural Formula 3,

R3은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 3 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R4는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 4 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

단계 (a)에서,In step (a),

상기 니켈 기반 촉매는 Zn, Pt, Pd , Ru, Rh, Ni, Fe, Cu , Co, Cr, Au, Re 및 Zr 중에서 선택된 어느 하나의 전이금속; 및 유기 리간드를 추가로 포함할 수 있다.The nickel-based catalyst may include any one transition metal selected from Zn, Pt, Pd, Ru, Rh, Ni, Fe, Cu, Co, Cr, Au, Re, and Zr; and organic ligands.

상기 유기 리간드는 트리페닐포스핀 (triphenylphosphine), 펜타메틸싸이클로펜타다이엔(pentamethylcyclopentadiene), 싸이클로옥타다이엔(Cyclooctadiene), 벤젠(benzene), 에틸렌다이아민 (ethylenediamine), 및 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 중에서 선택된 어느 하나 또는 그의 유도체일 수 있다.The organic ligand is triphenylphosphine, pentamethylcyclopentadiene, cyclooctadiene, benzene, ethylenediamine, and acetylacetonate among It may be any one selected or a derivative thereof.

단계 (a)에서,In step (a),

상기 C-C 커플링 반응은 The C-C coupling reaction is

(a-1) 상기 니켈 촉매 하에서 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 용해시킨 혼합용액을 교반하여 젤리형 혼합물을 제조하는 단계;(a-1) 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer under the nickel catalyst dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) ) to prepare a jelly-like mixture by stirring the mixed solution dissolved in any one solvent selected from;

(a-2) 상기 젤리형 혼합물을 희석하여 실온으로 냉각시키는 단계; 및(a-2) diluting the jelly-like mixture and cooling it to room temperature; and

(a-3) 상기 냉각된 혼합물을 산성 수용액에 넣어 고체를 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.(a-3) putting the cooled mixture in an acidic aqueous solution to obtain a solid; may include.

상기 단계 (a-1)의 상기 혼합용액의 교반은 80 내지 120℃에서 수행될 수 있다.The stirring of the mixed solution in step (a-1) may be performed at 80 to 120 °C.

상기 단계 (b)의 반응은 70 내지 90℃에서 교반하면서 수행될 수 있다.The reaction of step (b) may be carried out while stirring at 70 to 90 ℃.

상기 구조식 3에서in Structural Formula 3

R3은 플루오르기, 또는 C1 내지 C10의 플루오로알킬기이고,R 3 is a fluorine group, or a C1 to C10 fluoroalkyl group,

R4는 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기 일 수 있다.R 4 may be a hydrogen atom or a C1 to 10 alkyl group.

상기 단계 (c)는,The step (c) is,

(c-1) 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 염화티오닐(SOCl2)과 반응시켜 반응 혼합물을 제조하는 단계;(c-1) reacting the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) with thionyl chloride (SOCl 2 ) to prepare a reaction mixture;

(c-2) 상기 반응 혼합물을 환류시키고, 환류 생성물을 증발시켜 잔류물을 수득하는 단계; 및(c-2) refluxing the reaction mixture and evaporating the reflux product to obtain a residue; and

(c-2) 상기 잔류물을 상기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 상기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.(c-2) reacting the residue with the compound represented by Structural Formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by Structural Formula 1; may include.

상기 단계 (c-3)의 반응은 0 내지 5℃에서 수행될 수 있다.The reaction of step (c-3) may be carried out at 0 to 5 ℃.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막이 제공된다.There is provided a polymer proton exchange membrane for a fuel cell comprising the polymer for the fuel cell proton exchange membrane.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법을 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for producing a polymer proton exchange membrane for a fuel cell, including the method for producing the polymer for the fuel cell proton exchange membrane.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 연료전지용 고분자 양성자 교환막을 포함하는 연료전지가 제공된다.There is provided a fuel cell including the polymer proton exchange membrane for the fuel cell.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 연료전지를 포함하는 전기 디바이스가 제공된다.An electric device including the fuel cell is provided.

상기 전기 디바이스는 통신장치, 운송장치, 에너지 저장장치, 및 음향장치 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The electrical device may be any one selected from a communication device, a transportation device, an energy storage device, and an acoustic device.

본 발명의 연료전지 양성자 교환막용 고분자는 황산기보다 산해리상수(pKa)가 낮은 설포닐이미드기를 도입함으로써 이온전도도를 향상시킬 수 있으며, 벤조페논기를 도입하여 기계적 강도가 높고, 종래 설폰기를 이용한 고분자 양성자 교환막과는 달리 고분자 주사슬 내에 에테르기를 포함하지 않으므로 연료전지 구동시 발생하는 산소 라디칼 또는 수산화이온으로부터 고분자의 분해를 저해시킬 수 있으며 종래 나피온 전해질막을 대체할 수 있다. 또한, 이와 같은 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 연료전지용 양성자 교환막에 적용하면 결과적으로 연료전지의 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다. The polymer for a fuel cell proton exchange membrane of the present invention can improve ionic conductivity by introducing a sulfonylimide group having a lower acid dissociation constant (pKa) than a sulfuric acid group, and has high mechanical strength by introducing a benzophenone group, and a polymer proton using a conventional sulfone group Unlike the exchange membrane, since it does not contain an ether group in the polymer main chain, it can inhibit the decomposition of the polymer from oxygen radicals or hydroxide ions generated when the fuel cell is driven, and can replace the conventional Nafion electrolyte membrane. In addition, if such a polymer for a fuel cell proton exchange membrane is applied to the proton exchange membrane for a fuel cell, as a result, the electrochemical performance of the fuel cell can be improved.

도 1은 실험예 1에 따른 FT-IR 분석 결과이다.
도 2는 실험예 1에 따른 고분자에 대한 1H-NMR 분석결과이다.
도 3은 실험예 1에 따른 19F-NMR 분석 결과이다.
도 4는 실험예 2에 따른 양성자 교환막의 이온교환용량(IEC)와 수분흡수율(WU) 분석 결과이다.
도 5는 실험예 3에 따른 양성자 전도도 분석 결과이다.
도 6은 실험예 4에 따른 열-산화 안정성 분석 결과이다.
도 7은 실험예 5에 따른 화학적 안정성 분석 결과이다.
도 8은 실험예 6에 따른 원자력 현미경에 의한 막의 형태 분석 결과이다.
도 9는 실험예 7에 따른 셀 성능 분석 결과이다.
1 is an FT-IR analysis result according to Experimental Example 1.
2 is a 1H-NMR analysis result of the polymer according to Experimental Example 1.
3 is a result of 19F-NMR analysis according to Experimental Example 1.
4 is an ion exchange capacity (IEC) and water absorption rate (WU) analysis results of the proton exchange membrane according to Experimental Example 2.
5 is a result of proton conductivity analysis according to Experimental Example 3.
6 is a thermal-oxidation stability analysis result according to Experimental Example 4.
7 is a chemical stability analysis result according to Experimental Example 5.
8 is a morphology analysis result of a membrane by an atomic force microscope according to Experimental Example 6.
9 is a cell performance analysis result according to Experimental Example 7.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. . The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, element, or combination thereof described in the specification exists, but is one or more other features or It should be understood that the possibility of the presence or addition of numbers, steps, acts, elements, or combinations thereof is not precluded in advance.

이하, 본 발명의 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane of the present invention will be described.

본 발명의 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자는 하기 구조식 1로 표시된다.The poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane of the present invention is represented by the following structural formula (1).

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

구조식 1에서,In Structural Formula 1,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

바람직하게는,Preferably,

상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.The compound represented by Structural Formula 1 may be represented by Structural Formula 2 below.

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

더욱 바람직하게는,More preferably,

상기 구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 각각 독립적으로 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C10의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is each independently a fluorine group, a chloro group, a C1 to C10 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기 일 수 있다.R 2 may be each independently a hydrogen atom or a C1 to 10 alkyl group.

더욱 더 바람직하게는,Even more preferably,

상기 구조식 2에서,In Structural Formula 2,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기이고,R 1 is a fluorine group,

R2는 수소원자 일 수 있다.R 2 may be a hydrogen atom.

바람직하게는, 상기 구조식 2로 표시되는 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 200,000 일 수 있고, 바람직하게는 80,000 내지 160,000, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 130,000 일 수 있다.Preferably, the compound represented by Structural Formula 2 may have a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 200,000, preferably 80,000 to 160,000, and more preferably 100,000 to 130,000.

상기 반복단위수인 m:n은 30:70 내지 90:10 비율인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40:60 내지 80:20, 더욱 더 바람직하게는 50:50 내지 70:30 일 수 있다. m의 상대적 비율이 상기 비율 보다 낮은 경우에는 설폰이미드기가 양성자 교환막용 고분자 전체에서 차지하는 비율이 낮아 양성자 전도를 위한 채널형성 정도가 불충분할 수 있고, m의 상대적 비율이 상기 비율 보다 높은 경우에는 열적 안정성 또는 화학적 안정성이 저하될 수 있다.The number of repeating units, m:n, is preferably 30:70 to 90:10, more preferably 40:60 to 80:20, and even more preferably 50:50 to 70:30. When the relative ratio of m is lower than the ratio, the ratio of the sulfonimide group to the entire polymer for proton exchange membrane is low, so the degree of channel formation for proton conduction may be insufficient. When the relative ratio of m is higher than the ratio, thermal Stability or chemical stability may be reduced.

이하, 본 발명의 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing a poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane of the present invention will be described.

먼저, 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 니켈 기반 촉매 하에서 C-C 커플링 반응시켜 폴리(벤조페논)(PBP)을 제조한다(단계 a).First, 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer is subjected to a C-C coupling reaction under a nickel-based catalyst to prepare poly(benzophenone) (PBP) (step a).

상기 니켈 기반 촉매는 Zn, Pt, Pd, Ru, Rh, Ni, Fe, Cu , Co, Cr, Au, Re 및 Zr 중에서 선택된 어느 하나의 전이금속; 및 유기 리간드를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전이금속은 Zn이 추가되어 Ni-Zn 복합 전이금속 촉매로 사용하는 것이 더욱 바람직하다. The nickel-based catalyst may include any one transition metal selected from Zn, Pt, Pd, Ru, Rh, Ni, Fe, Cu, Co, Cr, Au, Re and Zr; and an organic ligand. The transition metal is more preferably used as a Ni-Zn composite transition metal catalyst by adding Zn.

상기 유기 리간드는 트리페닐포스핀 (triphenylphosphine), 펜타메틸싸이클로펜타다이엔(pentamethylcyclopentadiene), 싸이클로옥타다이엔(Cyclooctadiene), 벤젠(benzene), 에틸렌다이아민 (ethylenediamine), 및 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 중에서 선택된 어느 하나 또는 그의 유도체일 수 있고, 바람직하게는 트리페닐포스핀을 사용할 수 있다.The organic ligand is triphenylphosphine, pentamethylcyclopentadiene, cyclooctadiene, benzene, ethylenediamine, and acetylacetonate among It may be any one selected or a derivative thereof, and preferably triphenylphosphine may be used.

상기 C-C 커플링 반응은 구체적으로 아래의 방법에 따라 순차적으로 수행하는 것이 바람직하다.The C-C coupling reaction is specifically preferably performed sequentially according to the following method.

먼저, 상기 니켈 기반 촉매 하에서 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 용해시킨 혼합용액을 교반하여 젤리형 혼합물을 제조한다(단계 a-1). First, 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer was prepared in dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) and dimethylsulfoxide (DMSO) under the nickel-based catalyst. The mixed solution dissolved in any one selected solvent is stirred to prepare a jelly-like mixture (step a-1).

상기 혼합용액의 교반은 80 내지 120℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 90 내지 110℃에서 수행될 수 있다.The stirring of the mixed solution is preferably carried out at 80 to 120 °C, more preferably at 90 to 110 °C.

다음으로, 상기 젤리형 혼합물을 희석하여 실온으로 냉각시킨다(단계 a-2).Next, the jelly-like mixture is diluted and cooled to room temperature (step a-2).

상기 냉각된 혼합물을 산성 수용액에 넣어 고체를 수득한다(단계 a-3).The cooled mixture is put into an acidic aqueous solution to obtain a solid (step a-3).

상기 산 용액은 염산, 질산, 황산 등의 강산 수용액으로 사용하는 것이 바람직하다.The acid solution is preferably used as an aqueous solution of a strong acid such as hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid.

다음으로, 상기 폴리(벤조페논)(PBP)을 유기용매에 혼합한 후 클로로설폰산(chlorosulfuric acid)과 반응시켜 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 제조한다(단계 b).Next, the poly(benzophenone) (PBP) is mixed with an organic solvent and reacted with chlorosulfuric acid to prepare sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) (step b).

본 단계에서 반응은 70 내지 90℃에서 교반하면서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 75 내지 85℃에서 수행될 수 있다.The reaction in this step is preferably carried out while stirring at 70 to 90 ℃, more preferably it may be carried out at 75 to 85 ℃.

상기 유기용매는 디클로로메탄, 디메틸포름아미드, 테트라히드로푸란, 아세트산에틸, 아세토니트릴, 디옥산, 에탄올 등을 사용할 수 있다.The organic solvent may be dichloromethane, dimethylformamide, tetrahydrofuran, ethyl acetate, acetonitrile, dioxane, ethanol, and the like.

이후, 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 하기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 하기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조한다(단계 c).Thereafter, the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) is reacted with a compound represented by the following structural formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by the following structural formula 1 (step c).

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

구조식 1에서,In Structural Formula 1,

m 및 n은 반복단위수이고,m and n are the number of repeating units,

R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

[구조식 3][Structural Formula 3]

Figure pat00008
Figure pat00008

구조식 3에서,In Structural Formula 3,

R3은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,R 3 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,

R4는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.R 4 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.

바람직하게는, 상기 구조식 3에서,Preferably, in Structural Formula 3,

R3은 플루오르기, 또는 C1 내지 C10의 플루오로알킬기이고,R 3 is a fluorine group, or a C1 to C10 fluoroalkyl group,

R4는 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기 일 수 있다.R 4 may be a hydrogen atom or a C1 to 10 alkyl group.

더욱 바람직하게는, 상기 구조식 3으로 표시되는 화합물은 플루오로설폰아민(FSO2NH2) 일 수 있다.More preferably, the compound represented by Structural Formula 3 may be a fluorosulfonamine (FSO 2 NH 2 ).

본 단계는 구체적으로 아래와 같은 순서로 수행되는 것이 바람직하다.This step is specifically preferably performed in the following order.

먼저, 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 염화티오닐(SOCl2)과 반응시켜 반응 혼합물을 제조한다(단계 c-1).First, the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) is reacted with thionyl chloride (SOCl 2 ) to prepare a reaction mixture (step c-1).

이후, 상기 반응 혼합물을 환류시키고, 환류 생성물을 증발시켜 페이스트형 잔류물을 수득한다(단계 c-2).Then, the reaction mixture is refluxed, and the reflux product is evaporated to obtain a paste-like residue (step c-2).

다음으로, 상기 잔류물을 상기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 상기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조한다(단계 c-3).Next, the residue is reacted with the compound represented by Structural Formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by Structural Formula 1 (step c-3).

단계 (c-3)의 반응은 0 내지 5℃에서 수행되는 것이 바람직하다.The reaction of step (c-3) is preferably carried out at 0 to 5°C.

상기 반응이 종료되면 이를 알코올 수용액에 넣어 상기 구조식 1로 표시되는 설폰이미드 폴리(벤조페논) 화합물을 최종 수득할 수 있다.When the reaction is completed, the sulfonimide poly(benzophenone) compound represented by Structural Formula 1 may be finally obtained by putting it in an aqueous alcohol solution.

또한, 본 발명은 상기 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막을 제공한다.In addition, the present invention provides a polymer proton exchange membrane for a fuel cell comprising the poly(benzophenone)-based polymer for the fuel cell proton exchange membrane.

또한, 본 발명은 연료전지 양성자 교환막용 폴리(벤조페논)계 고분자의 제조방법을 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a polymer proton exchange membrane for a fuel cell, including a method for manufacturing a poly(benzophenone)-based polymer for a fuel cell proton exchange membrane.

또한, 본 발명은 상기 연료전지용 고분자 양성자 교환막을 포함하는 연료전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a fuel cell including the polymer proton exchange membrane for the fuel cell.

또한, 본 발명은 상기 연료전지를 포함하는 전기 디바이스를 제공한다.In addition, the present invention provides an electric device including the fuel cell.

상기 전기 디바이스는 통신장치, 운송장치, 에너지 저장장치, 음향장치 등일 수 있다.The electrical device may be a communication device, a transportation device, an energy storage device, an acoustic device, or the like.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, examples according to the present invention will be described in detail.

[실시예][Example]

하기 반응식 1은 본 발명의 제조예 1 내지 3에 따른 폴리(벤조페논)의 합성 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.Scheme 1 below schematically shows the synthesis process of poly(benzophenone) according to Preparation Examples 1 to 3 of the present invention.

SI-PBP 고분자는 Ni(0) 촉매를 사용하여 DCBP 단량체의 C-C 커플링 중합에 의해 합성되었다. 촉매의 몰비는 고분자량 고분자를 얻는데 중요한 역할을 한다. 따라서 촉매 NiBr2 : PPh3 : Zn (1:10:40)의 몰비를 PBP 고분자 합성에 적용하였다. 또한, PBP 중합체 (S-PBP)의 클로로 설폰화는 클로로설폰산에 노출되는 양과 시간을 조절하여 얻었다. 이후, 각각 염화티오닐(SOCl2) 및 플루오로설폰아민(FSO2NH2)을 사용하여 설폰이미드화(sulfonimidization)을 수행하였다. SI-PBP polymer was synthesized by CC coupling polymerization of DCBP monomer using Ni(0) catalyst. The molar ratio of catalyst plays an important role in obtaining high molecular weight polymers. Therefore, a molar ratio of catalyst NiBr 2 :PPh3 : Zn (1:10:40) was applied to PBP polymer synthesis. In addition, chlorosulfonation of the PBP polymer (S-PBP) was obtained by controlling the amount and time of exposure to chlorosulfonic acid. Then, sulfonimidization was performed using thionyl chloride (SOCl 2 ) and fluorosulfonamine (FSO 2 NH 2 ), respectively.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

이하, 구체적인 제조방법을 기재하였다.Hereinafter, a specific manufacturing method has been described.

제조예 1: 폴리(벤조페논)(PBP) 합성Preparation Example 1: Poly (benzophenone) (PBP) synthesis

2,5- 디클로로 벤조페논(DCBP) 단량체는 2,5-디클로로 톨루엔에서 합성된 다음 벤젠을 사용한 Friedel-Craft 아실화에 의해 합성하였다. 글러브 박스 안에 3구 촉매 플라스크에 NiBr2 (0.366g, 1.19mmol), Zn 분말 (4.54g, 71.68mmol), 트리페닐포스핀 (2.51g, 9.56mmol)을 채우고, 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체 (3.0g, 11.95mmol)를 다른 플라스크에 채웠다. 주사기로 DMAc(3-5 mL)를 촉매 플라스크에 추가하고 질소 플로우 하에서 기계식 교반기로 교반시켰다. 용액이 붉은 색으로 변할 때까지 80℃에서 교반하였다. 이후, DCBP 단량체를 DMAc 용매에 용해시키고 주사기를 통해 촉매 플라스크에 첨가하였다. 혼합물을 100℃에서 12시간 동안 교반하여 점성이 있는 어두운 혼합물을 얻었다. 점성이 있는 혼합물을 DMAc 8-10 ㎖로 희석하고 실온으로 냉각하였다. 이후 이 용액을 30 % HCl이 포함된 증류수에 교반하면서 넣고, 고체가 형성되면 여과하고 증류수와 메탄올로 각각 세척하였다. 마지막으로 백색 고체 고분자인 폴리(벤조페논)(PBP)을 60℃ 진공 오븐에서 12 시간 동안 건조시켰다.2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer was synthesized from 2,5-dichlorotoluene and then synthesized by Friedel-Craft acylation with benzene. NiBr 2 (0.366 g, 1.19 mmol), Zn powder (4.54 g, 71.68 mmol), triphenylphosphine (2.51 g, 9.56 mmol) were charged in a 3-neck catalyst flask in a glove box, and 2,5-dichlorobenzophenone ( DCBP) monomer (3.0 g, 11.95 mmol) was charged to another flask. DMAc (3-5 mL) was added to the catalyst flask by syringe and stirred with a mechanical stirrer under nitrogen flow. The solution was stirred at 80° C. until it turned red. The DCBP monomer was then dissolved in DMAc solvent and added to the catalyst flask via syringe. The mixture was stirred at 100° C. for 12 hours to give a viscous dark mixture. The viscous mixture was diluted with 8-10 mL of DMAc and cooled to room temperature. Then, the solution was added to distilled water containing 30% HCl while stirring, and when a solid was formed, the solution was filtered and washed with distilled water and methanol, respectively. Finally, poly(benzophenone) (PBP), a white solid polymer, was dried in a vacuum oven at 60° C. for 12 hours.

제조예 2: 설폰화된 폴리(벤조페논)(SPBP) 합성Preparation Example 2: Synthesis of sulfonated poly(benzophenone) (SPBP)

먼저, 제조예 1에 따라 제조된 PBP 고분자(2.0g, 7.96mmol)를 25℃에서 클로로포름 (10㎖)에 용해시켰다. 진한 클로로설폰산(chlorosulfuric acid)(3.18 mL, 47.8 mmol)을 0℃에서 천천히 첨가하고 80℃에서 6시간 동안 교반하였다. 검은 색 용액을 얼음물에 붓고 격렬하게 교반하여 노란색 고체를 얻었다. 마지막으로 노란색 고체 고분자를 증류수로 헹구고 60℃에서 24 시간 동안 건조시켰다.First, the PBP polymer (2.0 g, 7.96 mmol) prepared according to Preparation Example 1 was dissolved in chloroform (10 ml) at 25°C. Concentrated chlorosulfuric acid (3.18 mL, 47.8 mmol) was slowly added at 0°C and stirred at 80°C for 6 hours. The black solution was poured into ice water and stirred vigorously to give a yellow solid. Finally, the yellow solid polymer was rinsed with distilled water and dried at 60° C. for 24 hours.

제조예 3: 설폰이미드 폴리(벤조페논)(SI-PBP)합성Preparation Example 3: Synthesis of sulfonimide poly (benzophenone) (SI-PBP)

100mL 플라스크에 제조예 2에 따라 제조된 SPBP 고분자 (2.0g, 5.66mmol), 디클로로 메탄 (15mL) 및 염화티오닐(SOCl2) (20mL)를 채웠다. 혼합물을 2 mL DMF로 75℃에서 24 시간 동안 환류시킨 후, 모든 용매를 증발시켜 점성 용액을 얻었다. 생성된 점성 용액을 디클로로메탄 (15mL)으로 희석하고, 플루오로설폰아민(2.24g, 22.65mmol)를 0℃에서 천천히 첨가하였다. 혼합물을 25℃에서 12 시간 동안 교반 하고, 생성된 주황색 용액을 메탄올에 넣어 설폰이미드 폴리(벤조페논) 고분자(SI-PBP)를 얻었다.A 100 mL flask was filled with the SPBP polymer prepared according to Preparation Example 2 (2.0 g, 5.66 mmol), dichloromethane (15 mL) and thionyl chloride (SOCl 2 ) (20 mL). The mixture was refluxed with 2 mL DMF at 75° C. for 24 h, and then all solvents were evaporated to give a viscous solution. The resulting viscous solution was diluted with dichloromethane (15 mL) and fluorosulfonamine (2.24 g, 22.65 mmol) was added slowly at 0°C. The mixture was stirred at 25° C. for 12 hours, and the resulting orange solution was added to methanol to obtain a sulfonimide poly(benzophenone) polymer (SI-PBP).

실시예 1: 양성자 교환막(SI-PBP 1) 제조Example 1: Preparation of a proton exchange membrane (SI-PBP 1)

제조예 3에 따라 제조된 SI-PBP 0.3g을 5mL DMAc 용매에 용해시켜 6%(w/v) 용액을 만들고 3cm x 3cm의 실리콘 테두리를 유리 플레이트 위에 설치하고 해당 용액을 안에 넣어 밤새 IR 램프 아래에 노출시켜 두께가 25㎛ 인 SI-PBP1 양성자 교환막을 제조하였다.0.3 g of SI-PBP prepared according to Preparation Example 3 was dissolved in 5 mL of DMAc solvent to make a 6% (w/v) solution, and a silicone rim of 3 cm x 3 cm was installed on a glass plate, and the solution was put inside under an IR lamp overnight. SI-PBP1 proton exchange membrane with a thickness of 25 μm was prepared by exposure to

실시예 2: 양성자 교환막(SI-PBP 2) 제조Example 2: Preparation of proton exchange membrane (SI-PBP 2)

제조예 3의 SI-PBP과 비교하여 플루오로설폰이미드기의 함량이 5:6으로 많은 SI-PBP2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 두께가 25㎛ 인 SI-PBP 2 양성자 교환막을 제조하였다.SI-PBP 2 proton having a thickness of 25 μm under the same conditions as in Example 1 except that SI-PBP2 having a fluorosulfonimide group content of 5:6 as compared to SI-PBP of Preparation Example 3 was used. An exchange membrane was prepared.

실시예 3: 양성자 교환막(SI-PBP 3) 제조Example 3: Preparation of proton exchange membrane (SI-PBP 3)

제조예 3의 SI-PBP과 비교하여 플루오로설폰이미드기의 함량이 5:7로 많은 SI-PBP3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 두께가 25㎛ 인 SI-PBP 3 양성자 교환막을 제조하였다.SI-PBP 3 protons having a thickness of 25 μm under the same conditions as in Example 1 except that SI-PBP3 having a fluorosulfonimide group content of 5:7 was used compared to SI-PBP of Preparation Example 3 An exchange membrane was prepared.

소자실시예 1: 단일Device Example 1: Single cell 제조Produce

활성 면적이 25cm2인 막전극접합체(MEA)는 촉매 코팅된 막(CCM)을 기반으로 한 데칼 방법으로 제조되었다. 애노드 및 캐소드 측면의 가스확산층 (GDL)으로 190mm 두께의 20 중량% 습식 방지 카본 페이퍼를 사용하였다.A membrane electrode assembly (MEA) with an active area of 25 cm 2 was prepared by a decal method based on a catalyst-coated membrane (CCM). As a gas diffusion layer (GDL) on the anode and cathode sides, 20 wt% wet-proof carbon paper with a thickness of 190 mm was used.

탄소 담지된 Pt는 애노드와 캐소드 모두에 대한 촉매로 사용되었으며 촉매 층의 로딩은 0.29 mg Pt/cm2 로 하였다. 이후, 촉매층을 120 ℃, 10MPa에서 5 분간 데칼 방법으로 실시예 1의 SI-PBP 1 양성자 교환막에 옮겨 CCM을 만들었다. GDL을 CCM의 양극 및 음극 측에 배치하여 막전극 접합체(MEA)를 형성하고,단일 셀을 조립하였다.Carbon-supported Pt was used as a catalyst for both the anode and the cathode, and the loading of the catalyst layer was 0.29 mg Pt/cm 2 . Then, the catalyst layer was transferred to the SI-PBP 1 proton exchange membrane of Example 1 by a decal method at 120° C. and 10 MPa for 5 minutes to make a CCM. GDLs were placed on the positive and negative sides of the CCM to form a membrane electrode assembly (MEA), and a single cell was assembled.

소자실시예 2: 단일Device Example 2: Single cell 제조Produce

실시예 1의 SI-PBP 1 양성자 교환막 대신에 실시예 2의 SI-PBP 2 양성자 교환막을 사용한 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 조건으로 단일 셀을 제조하였다A single cell was manufactured under the same conditions as in Device Example 1, except that the SI-PBP 2 proton exchange membrane of Example 2 was used instead of the SI-PBP 1 proton exchange membrane of Example 1

소자실시예 3: 단일Device Example 3: Single cell 제조Produce

실시예 1의 SI-PBP 1 양성자 교환막 대신에 실시예 2의 SI-PBP 3 양성자 교환막을 사용한 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 조건으로 단일 셀을 제조하였다A single cell was manufactured under the same conditions as in Device Example 1, except that the SI-PBP 3 proton exchange membrane of Example 2 was used instead of the SI-PBP 1 proton exchange membrane of Example 1

[시험예][Test Example]

실험예 1: FT-IR 분석Experimental Example 1: FT-IR analysis

도 1은 제조예 1 내지 3에 따라 제조된 고분자에 대하여 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrometer) 분석 결과이다. 도 1에 따르면, 2800-3600 cm-1 범위의 넓은 스트레칭 주파수는 S-PBP 고분자의 -OH 진동 주파수에 해당한다. 1420 및 1190 cm-1 에서의 스트레칭 주파수는 S = O 기에 해당하는 반면 C = O 결합의 경우 1680 cm-1에서의 주파수에 해당한다.1 is a FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrometer) analysis results for polymers prepared according to Preparation Examples 1 to 3; According to Figure 1, a wide stretching frequency in the range of 2800-3600 cm -1 corresponds to the -OH vibration frequency of the S-PBP polymer. The stretching frequencies at 1420 and 1190 cm −1 correspond to the S = O phase, whereas for the C = O bond they correspond to those at 1680 cm −1 .

도 2는 제조예 1 내지 3의 고분자에 대한 1H-NMR 분석결과이다. 이에 따르면, 6.50-7.78 ppm 부근의 피크는 PBP 및 SPBP 고분자에 대한 방향족 고리의 양성자에 해당한다. SPBP 고분자의 -SO3H 피크는 수분 및 용매 DMSO와의 결합으로 인해 4.0ppm에서 업 필드에서 관찰된다. 그러나 SI-PBP 고분자의 방향족 양성자 피크는 설폰이미드 음이온의 비편재화(delocalization) 성능으로 인해 6.50-8.60 ppm에서 다운 필드로 이동했다. 특징적인 큰 N-H 피크는 4.90-5.70 ppm에서 관찰되었다. 2 is a 1H-NMR analysis result of the polymers of Preparation Examples 1 to 3. According to this, the peak around 6.50-7.78 ppm corresponds to the proton of the aromatic ring for the PBP and SPBP polymers. The -SO 3 H peak of the SPBP polymer is observed in the upfield at 4.0 ppm due to its binding to water and solvent DMSO. However, the aromatic proton peak of the SI-PBP polymer shifted downfield at 6.50-8.60 ppm due to the delocalization performance of the sulfonimide anion. A characteristic large NH peak was observed at 4.90-5.70 ppm.

도 3은 제조예 1 내지 3의 고분자에 대한 19F-NMR 분석 결과이다. 이에 따르면, -162ppm 근처에서 특징적인 19F 피크가 나타남에 따라 설포닐이미드기가 고분자 백본에 부착되었음을 확인할 수 있다.3 is a 19F-NMR analysis result of the polymers of Preparation Examples 1 to 3. According to this, as a characteristic 19F peak appears near -162 ppm, it can be confirmed that the sulfonylimide group is attached to the polymer backbone.

실험예 2: 이온교환용량(IEC), 수분흡수율(WU) 및 치수안정성 분석Experimental Example 2: Analysis of Ion Exchange Capacity (IEC), Water Absorption Rate (WU) and Dimensional Stability

도 4는 실시예 1 내지 3에 따라 각각제조된 양성자 교환막의 이온교환용량(IEC)와 수분흡수율(WU) 분석 결과이다. 이에 따르면, 수분흡수율은 22.72 에서 64.29%로 점차 증가하였고 이와 함께 이온교환용량도 1.85에서2.30 meq./g까지 증가하였다.4 is an ion exchange capacity (IEC) and water absorption rate (WU) analysis results of each of the proton exchange membranes prepared according to Examples 1 to 3; According to this, the water absorption rate gradually increased from 22.72 to 64.29%, and the ion exchange capacity also increased from 1.85 to 2.30 meq./g.

아래의 표 1 및 표 2에 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 양성자 교환막과 Nafion 211®의 특성을 비교하여 정리하였다.In Tables 1 and 2 below, the properties of the proton exchange membrane prepared according to Examples 1 to 3 and Nafion 211® were compared and summarized.

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

설폰이미드 산기의 전하 비편재화 능력은 SI-PBP 막의 더 높은 수분 함량과 관계가 있다. SI-PBP 막은 Nafion 211®보다 치수 변화율 치수 안정성(through-plane (Δt) 및 in-plane (Δl) 변화) 이 비교적 낮았다. SI-PBP 막은 더 높은 Dt (7.5 %, 12.5 % 및 34.0 %) 및 Δl (4.81 %, 8.0 % 및 16.17 %)값을 나타낸 반면 Nafion 211®은 (Δt = 31.98 및 Δl = 14.2 %)을 나타내었다. SI-PBP 막의 Δl 값은 C-C 결합된 방향족 경질 고분자 골격으로 인해 Δt 값보다 상당히 낮게 나타났다.The charge delocalization ability of the sulfonimide acid groups is correlated with the higher water content of the SI-PBP membrane. The SI-PBP film had relatively lower rate of dimensional change and dimensional stability (through-plane (Δt) and in-plane (Δl) changes) than Nafion 211®. SI-PBP membranes exhibited higher Dt (7.5%, 12.5% and 34.0%) and Δl (4.81%, 8.0% and 16.17%) values, whereas Nafion 211® showed (Δt = 31.98 and Δl = 14.2%) values. . The Δl value of the SI-PBP membrane was significantly lower than the Δt value due to the C-C bonded aromatic hard polymer backbone.

실험예 3: 양성자 전도도 분석Experimental Example 3: Proton Conductivity Analysis

도 5는 온도변화 (30-90℃)에 따른 SI-PBP 막의 양성자 전도도 측정 결과(a)와 상대습도 변화 (30-90 %)에 따른 SI-PBP 막의 양성자 전도도를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 실시예 3의 SI-PBP-3 막은 90℃, 90% 상대습도에서 Nafion 211® (104.5mS/cm)보다 훨씬 높은 양성자 전도도 (107.07mS / cm)를 나타냈고, 실시예 2의 SI-PBP 2는 동일한 조건에서 Nafion 211® (104.5mS / cm)과 비슷한 양성자 전도도 (94.80mS/cm)를 나타냈다. 실시예 1 내지 3의 SI-PBP 막의 양성자 전도도는 습도가 증가함에 따라 증가했다. 펜던트 벤조페논 고리에서 설폰이미드기의 더 높은 산도(acidity)와 위치는 양성자 전도를 위해 매우 뚜렷한 이온 채널을 형성함으로써 SI-PBP 막의 양성자 전도도를 높일 수 있다.Figure 5 shows the proton conductivity of the SI-PBP membrane according to the temperature change (30-90 ℃) (a) and the proton conductivity of the SI-PBP membrane according to the relative humidity change (30-90%). According to this, the SI-PBP-3 membrane of Example 3 exhibited a much higher proton conductivity (107.07 mS/cm) than Nafion 211® (104.5 mS/cm) at 90° C. and 90% relative humidity, and the SI of Example 2 -PBP 2 showed similar proton conductivity (94.80 mS/cm) to Nafion 211® (104.5 mS/cm) under the same conditions. The proton conductivity of the SI-PBP membranes of Examples 1 to 3 increased with increasing humidity. The higher acidity and position of the sulfonimide group in the pendant benzophenone ring can increase the proton conductivity of the SI-PBP membrane by forming highly distinct ion channels for proton conduction.

실험예 4: 열-산화 안정성 분석Experimental Example 4: Thermal-oxidation stability analysis

도 6은 공기 중에서 실시예 1 내지 3의 SI-PBP 막과 설폰이미드기가 결합되지 않은 PBP 막의 열분해 곡선을 나타낸 것이다. 이에 따르면, PBP 고분자는 약 380 ℃에서 1 단계 열분해가 나타났고, SI-PBP 막은 3 단계 열화를 보였다. 200-330, 340-475 및 475-610 ℃ 범위에서 열분해는 설폰이미드가 설폰산기로 전환되고, -SO3H기 제거와 고분자 백본 분해를 각각 설명한다. 현저하게, SI-PBP 고분자의 가장 유리한 지점은 주요 고분자 골격이 파괴되기 전에 두 단계 즉, -SO2NHSO2- 기 및 -SO3H 기로 양성자를 전도한다는 것이다. 또한 SI-PBP 고분자는 최대 550 ℃까지 안정적이고, C-C 결합 방향족 백본은 주로 SI-PBP 막의 매우 우수한 열안정성과 관계가 있다.6 shows the thermal decomposition curves of the SI-PBP membranes of Examples 1 to 3 and the PBP membrane to which the sulfonimide group is not bound in air. According to this, the PBP polymer showed one-step thermal decomposition at about 380 °C, and the SI-PBP film showed three-step degradation. Thermal decomposition in the range of 200-330, 340-475 and 475-610 °C accounts for the conversion of sulfonimides to sulfonic acid groups, -SO 3 H group removal and polymer backbone degradation, respectively. Remarkably, the most advantageous point of the SI-PBP polymer is that it conducts protons in two steps, the -SO 2 NHSO 2 - group and the -SO 3 H group, before the main polymer backbone is disrupted. In addition, the SI-PBP polymer is stable up to 550 °C, and the CC-bonded aromatic backbone is mainly related to the very good thermal stability of the SI-PBP membrane.

실험예 5: 화학적 안정성 분석Experimental Example 5: Chemical stability analysis

도 7은 Fenton 시약에 의한 실시에 1 내지 3에 따라 제조된 SI-PBP 막의 화학적 안정성을 측정하기 위하여 80 ℃에서 9 시간 동안 시간에 따른 무게 손실을 측정하여 그 결과를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 실시예 1 내지 3의 모든 SI-PBP 막은 설폰화 폴리(아릴렌에테르설폰)(SPAES 40)에 비해 우수한 화학적 안정성을 나타냈다. C-C 고분자 백본은 자유 라디칼 공격에 덜 민감하고 설폰이미드기에 불소 원자가 존재하기 때문에 SI-PBP 막의 더 높은 화학적 안정성을 나타낼 수 있다.7 shows the results of measuring the weight loss with time at 80° C. for 9 hours to measure the chemical stability of the SI-PBP membranes prepared according to Examples 1 to 3 using Fenton reagent. According to this, all SI-PBP membranes of Examples 1 to 3 exhibited superior chemical stability compared to sulfonated poly(aryleneethersulfone) (SPAES 40). The C-C polymer backbone is less susceptible to free radical attack and may exhibit higher chemical stability of the SI-PBP membrane due to the presence of fluorine atoms in the sulfonimide group.

실험예 6: 막의 형태 분석Experimental Example 6: Analysis of membrane morphology

도 8은 원자력 현미경(AFM)에 의한 SI-PBP의 트래핑 모드의 표면 모습을 나타낸 것이다. 이에 따르면, 갈색 구획은 소수성 방향족 도메인을 나타내는 반면 짙은 검은색 채널형 부분은 SI-PBP 막의 수분과 함께 친수성 설폰이미드기를 나타낸다. 일반적으로, 고분자 백본과 산(acid) 부분의 내용물은 고분자 막의 형태에 큰 영향을 미친다. 따라서, 실시예 3의 SI-PBP 3 막은 다른 것들에 비해 더 많은 수의 설포닐이미드기를 함유하므로 현저히 많은 수의 친수성 채널이 나타난다. 이에 반해, 실시예 1의 SI-PBP 1 막은 상대적으로 적은 설포닐이미드기를 갖기 때문에 이온채널이 덜 발달한 것을 확인할 수 있다.8 shows the surface appearance of the trapping mode of SI-PBP by atomic force microscopy (AFM). According to this, the brown compartment represents the hydrophobic aromatic domain, while the dark black channel-like part represents the hydrophilic sulfonimide group along with the moisture of the SI-PBP membrane. In general, the polymer backbone and the content of the acid moiety greatly influence the morphology of the polymer membrane. Therefore, the SI-PBP 3 membrane of Example 3 contains a larger number of sulfonylimide groups compared to the others, and thus a significantly larger number of hydrophilic channels appears. In contrast, it can be seen that the SI-PBP 1 membrane of Example 1 has less ion channels because it has relatively few sulfonylimide groups.

실험예 7: 셀 성능 분석Experimental Example 7: Cell Performance Analysis

도 9는 소자실시예 1 내지 3에 따라 제조된 SI-PBP 막을 포함하는 단일 셀 성능에 대한 분극 곡선이다. 이에 따르면, 소자실시예 3의 SI-PBP 3 막을 포함하는 셀은 Nafion 211® (0.62 W/cm2)을 포함하는 셀에 비해 최대 전력밀도(0.638 W/cm2)가 더 높은 것으로 나타났다. 소자실시예 1의 SI-PBP 1 포함 셀 및 소자실시예 2의 SI-PBP 2 포함 셀은 전체 전류밀도 범위에서 Nafion 211®을 포함하는 셀과 유사한 셀 성능을 나타내었다.9 is a polarization curve for single cell performance including SI-PBP films prepared according to Device Examples 1 to 3; According to this, the cell including the SI-PBP 3 film of Device Example 3 had a higher maximum power density (0.638 W/cm 2 ) than the cell including Nafion 211® (0.62 W/cm 2 ). The cell including SI-PBP 1 of Device Example 1 and the cell including SI-PBP 2 of Device Example 2 showed similar cell performance to the cell including Nafion 211® over the entire current density range.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by such as, and it will be said that it is also included within the scope of the present invention.

Claims (20)

하기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자;
[구조식 1]
Figure pat00012

구조식 1에서,
m 및 n은 반복단위수이고,
R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,
R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.
A polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by the following Structural Formula 1;
[Structural Formula 1]
Figure pat00012

In Structural Formula 1,
m and n are the number of repeating units,
R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,
R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.
제1항에 있어서,
상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자;
[구조식 2]
Figure pat00013

구조식 2에서,
m 및 n은 반복단위수이고,
R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,
R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.
According to claim 1,
The compound represented by Structural Formula 1 is a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is represented by the following Structural Formula 2;
[Structural Formula 2]
Figure pat00013

In Structural Formula 2,
m and n are the number of repeating units,
R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,
R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.
제2항에 있어서,
구조식 2에서,
m 및 n은 반복단위수이고,
R1은 각각 독립적으로 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C10의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,
R2는 각각 독립적으로 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자.
3. The method of claim 2,
In Structural Formula 2,
m and n are the number of repeating units,
R 1 is each independently a fluorine group, a chloro group, a C1 to C10 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,
R 2 is each independently a hydrogen atom, or a C1 to 10 alkyl group for a fuel cell proton exchange membrane.
제3항에 있어서,
상기 구조식 2에서,
m 및 n은 반복단위수이고,
R1은 플루오르기이고,
R2는 수소원자인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자.
4. The method of claim 3,
In Structural Formula 2,
m and n are the number of repeating units,
R 1 is a fluorine group,
R 2 is a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is a hydrogen atom.
제1항에 있어서,
상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자.
According to claim 1,
The compound represented by Structural Formula 1 has a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 200,000 for a fuel cell proton exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 반복단위수인 m:n은 50:50 내지 70:30의 비율인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자.
According to claim 1,
The number of repeating units, m:n, is a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that the ratio of 50:50 to 70:30.
(a) 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 니켈 기반 촉매 하에서 C-C 커플링 반응시켜 폴리(벤조페논)(PBP)을 제조하는 단계;
(b) 상기 폴리(벤조페논)(PBP)을 유기용매에 혼합한 후 클로로설폰산(chlorosulfuric acid)과 반응시켜 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 하기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 하기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
[구조식 1]
Figure pat00014

구조식 1에서,
m 및 n은 반복단위수이고,
R1은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,
R2는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.
[구조식 3]
Figure pat00015

구조식 3에서,
R3은 플루오르기, 클로로기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, 또는 C1 내지 C20의 클로로알킬기이고,
R4는 수소원자, 또는 C1 내지 20 알킬기이다.
(a) preparing poly(benzophenone) (PBP) by CC-coupling a 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer under a nickel-based catalyst;
(b) preparing sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) by mixing the poly(benzophenone) (PBP) with an organic solvent and reacting it with chlorosulfuric acid; and
(c) reacting the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) with a compound represented by the following structural formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by the following structural formula 1; a fuel cell comprising a; A method for producing a polymer for a proton exchange membrane.
[Structural Formula 1]
Figure pat00014

In Structural Formula 1,
m and n are the number of repeating units,
R 1 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,
R 2 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.
[Structural Formula 3]
Figure pat00015

In Structural Formula 3,
R 3 is a fluorine group, a chloro group, a C1 to C20 fluoroalkyl group, or a C1 to C20 chloroalkyl group,
R 4 is a hydrogen atom or a C1 to 20 alkyl group.
제7항에 있어서,
단계 (a)에서,
상기 니켈 기반 촉매는 Zn, Pt, Pd , Ru, Rh, Ni, Fe, Cu , Co, Cr, Au, Re 및 Zr 중에서 선택된 어느 하나의 전이금속; 및 유기 리간드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
In step (a),
The nickel-based catalyst may include any one transition metal selected from Zn, Pt, Pd, Ru, Rh, Ni, Fe, Cu, Co, Cr, Au, Re, and Zr; and an organic ligand.
제8항에 있어서,
상기 유기 리간드는 트리페닐포스핀 (triphenylphosphine), 펜타메틸싸이클로펜타다이엔(pentamethylcyclopentadiene), 싸이클로옥타다이엔(Cyclooctadiene), 벤젠(benzene), 에틸렌다이아민 (ethylenediamine), 및 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 중에서 선택된 어느 하나 또는 그의 유도체인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The organic ligand is triphenylphosphine, pentamethylcyclopentadiene, cyclooctadiene, benzene, ethylenediamine, and acetylacetonate among A method for producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is any one selected or a derivative thereof.
제7항에 있어서,
단계 (a)에서,
상기 C-C 커플링 반응은
(a-1) 상기 니켈 촉매 하에서 2,5-디클로로벤조페논(DCBP) 단량체를 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 용해시킨 혼합용액을 교반하여 젤리형 혼합물을 제조하는 단계;
(a-2) 상기 젤리형 혼합물을 희석하여 실온으로 냉각시키는 단계; 및
(a-3) 상기 냉각된 혼합물을 산성 수용액에 넣어 고체를 수득하는 단계;를 포함하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
In step (a),
The CC coupling reaction is
(a-1) 2,5-dichlorobenzophenone (DCBP) monomer under the nickel catalyst dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO) ) to prepare a jelly-like mixture by stirring the mixed solution dissolved in any one solvent selected from;
(a-2) diluting the jelly-like mixture and cooling it to room temperature; and
(a-3) putting the cooled mixture in an acidic aqueous solution to obtain a solid; Method for producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane comprising a.
제10항에 있어서,
상기 단계 (a-1)의 상기 혼합용액의 교반은 80 내지 120℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
11. The method of claim 10,
A method of producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that the stirring of the mixed solution in step (a-1) is performed at 80 to 120 °C.
제7항에 있어서,
상기 단계 (b)의 반응은 70 내지 90℃에서 교반하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The reaction of step (b) is a method for producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is carried out while stirring at 70 to 90 ℃.
제7항에 있어서,
상기 구조식 3에서
R3은 플루오르기, 또는 C1 내지 C10의 플루오로알킬기이고,
R4는 수소원자, 또는 C1 내지 10 알킬기인 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
in Structural Formula 3
R 3 is a fluorine group, or a C1 to C10 fluoroalkyl group,
R 4 is a hydrogen atom, or a method for producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is a C1 to 10 alkyl group.
제7항에 있어서,
상기 단계 (c)는,
(c-1) 상기 설폰화된 폴리(벤조페논)(S-PBP)을 염화티오닐(SOCl2)과 반응시켜 반응 혼합물을 제조하는 단계;
(c-2) 상기 반응 혼합물을 환류시키고, 환류 생성물을 증발시켜 잔류물을 수득하는 단계; 및
(c-2) 상기 잔류물을 상기 구조식 3으로 표시되는 화합물과 반응시켜 상기 구조식 1로 표시되는 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step (c) is,
(c-1) reacting the sulfonated poly(benzophenone) (S-PBP) with thionyl chloride (SOCl 2 ) to prepare a reaction mixture;
(c-2) refluxing the reaction mixture and evaporating the reflux product to obtain a residue; and
(c-2) reacting the residue with the compound represented by Structural Formula 3 to prepare a polymer for a fuel cell proton exchange membrane represented by Structural Formula 1; manufacturing method.
제14항에 있어서,
상기 단계 (c-3)의 반응은 0 내지 5℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The reaction of step (c-3) is a method for producing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane, characterized in that it is carried out at 0 to 5 ℃.
제1항 내지 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 연료전지 양성자 교환막용 고분자를 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막.A polymer proton exchange membrane for a fuel cell comprising the polymer for a fuel cell proton exchange membrane of any one of claims 1 to 6. 제7항 내지 제15항 중에서 선택된 어느 한 항의 연료전지 양성자 교환막용 고분자의 제조방법을 포함하는 연료전지용 고분자 양성자 교환막의 제조방법.A method for manufacturing a polymer proton exchange membrane for a fuel cell, comprising the method for preparing a polymer for a fuel cell proton exchange membrane according to any one of claims 7 to 15. 제16항의 연료전지용 고분자 양성자 교환막을 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising the polymer proton exchange membrane for a fuel cell of claim 16. 제18항의 연료전지를 포함하는 전기 디바이스.An electrical device comprising the fuel cell of claim 18 . 제19항에 있어서,
상기 전기 디바이스는 통신장치, 운송장치, 에너지 저장장치, 및 음향장치 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
20. The method of claim 19,
The electrical device is an electrical device, characterized in that any one selected from a communication device, a transportation device, an energy storage device, and an acoustic device.
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