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KR102510914B1 - 연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법 - Google Patents

연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102510914B1
KR102510914B1 KR1020200131195A KR20200131195A KR102510914B1 KR 102510914 B1 KR102510914 B1 KR 102510914B1 KR 1020200131195 A KR1020200131195 A KR 1020200131195A KR 20200131195 A KR20200131195 A KR 20200131195A KR 102510914 B1 KR102510914 B1 KR 102510914B1
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reinforced composite
perfluorine
fuel cell
composite membrane
mixed solution
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한동헌
이원희
김서연
이우진
강아람
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 연료전지용 강화 복합막은, 지지체; 상기 지지체의 기공에 배치된 과불소계술폰화 이오노머(Perfluorinated sulfonic acid ionomer; PFSA ionomer); 및 상기 지지체의 기공에 배치된 탄화수소계 비이온 계면활성제;를 포함한다.

Description

연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법{Reinforced composite meebrane for fuel cells and manufacturing method for the same}
본 발명은 연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
연료전지는 장시간의 충전과정을 거치는 2차 전지와는 달리 외부에서 공급되는 연료를 전기화학적 변환하여 전기를 발생하는 발전장치이다. 최근에는 화석연료의 과도한 사용에 따른 석유자원의 고갈과 환경오염으로 환경오염원의 배출이 적고, 에너지 효율이 높은 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 연료전지는 연료극, 공기극 및 상기 연료극과 공기극을 분리하여 특정 이온만을 이동하도록 하는 전해질막으로 구성된다. 과불소계술폰화 이오노머(Perfluorinated sulfonic acid ionomer; PFSA ionomer)는 고분자전해질 연료전지의 고분자 전해질막 재료로 사용된다. 이러한 과불소계술폰화 이오노머에는 듀폰(Dupont) 사의 나피온(Nafion), 솔베이(Solvay) 사의 아퀴비온(Aquivion) 및 3M 사의 제품이 있다. 그러나, 이러한 과불소계술폰화 이오노머는 가격이 비싸고 층간 박리 현상이 발생하는 등의 문제가 있다.
한국 특허공개공보 제 10-2020-0033630호
본 발명은 이온전도성이 우수한 연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 기계적 물성 및 치수 안정성이 우수하다.
또한, 제조 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 연료전지용 강화 복합막의 제조방법은, 과불소계술폰화 이오노머 용액 및 탄화수소계 비이온 계면활성제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계;를 포함한다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol 및 nonyl phenoxypolyethoxylethanol 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제가 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol인 경우, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부 일 수 있다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제가 nonyl phenoxypolyethoxylethanol인 경우, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부 일 수 있다.
지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계 이후에, 상기 계면활성제를 용해하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 연료전지용 강화 복합막은 앞서 설명한 제조방법에 의해 제조된 것이다.
본 발명의 실시 예를 따르는 연료전지용 강화 복합막 및 그 제조방법으로 제조된 강화 복합막은 이온전도성이 우수하다.
또한, 기계적 물성 및 치수 안정성이 우수하다.
또한, 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2는 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 FT IR 분석 결과를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 프로톤 전도성 분석 결과를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 함수율 분석 결과를 도시한 것이다.
도 7은 열무게 측정 분석 결과를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　
연료전지용 강화 복합막의 제조방법
본 발명의 실시 예를 따르는 연료전지용 강화 복합막의 제조방법은, 과불소계술폰화 이오노머 용액 및 탄화수소계 비이온 계면활성제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계;를 포함한다.
상기 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계 이후에 상기 혼합용액을 건조하는 단계를 수행할 수 있으며, 이후 건조된 혼합물을 증류수에 침지할 수 있다.
또한, 상기 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계 이후에, 상기 계면활성제를 용해하는 단계를 더 포함할 수 있는 데, 본 단계는 앞서 기재한 건조 및 침지 단계 이후에 수행할 수도 있다.
상기 함침하는 단계 이후에, 함침된 혼합물의 불순물을 제거하는 단계를 더 수행할 수 있으며, 이후 세척 및 건조를 수행할 수 있다.
상기 과불소계술폰화 이오노머(Perfluorinated sulfonic acid ionomer; PFSA ionomer)는 수소이온전도성을 가진 물질로서, 수소이온이 강화복합막을 선택적으로 통과할 수 있도록 한다. 상기 과불소계술폰화 이오노머는 연료전지 분야에서 수소이온전도성 물질로 사용하는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 강화 복합막의 제조 시 상기 과불소계술폰화 이오노머는 용액 상태의 것을 사용할 수 있다. 상기 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액은 바람직하게는 나피온(Nafion), 플레미온(Flemion), 아퀴비온(Aquivion), 3M FSA 이오노머 및 아시플렉스(Aciplex) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 혼합 용액 상태에서 상기 과불소계술폰화 이오노머를 고르게 분산하는 기능을 수행하여, 상기 지지체의 기공 내부에 상기 과불소계술폰화 이오노머를 안정적이고 균일하게 함침하는 기능을 수행한다. 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 소수성인 지지체(특히, PTFE)와 친수성인 극성 용매 사이의 습윤과정(wetting process)이 원활하게 이루어지도록 하고, 상기 과불소계술폰화 이오노머의 소수성 부분과 친수성 극성 용매 사이의 표면장력을 감소시켜 상기 과불소계술폰화 이오노머의 함침이 효과적으로 이루어지게 할 수 있다.
상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol 및 nonyl phenoxypolyethoxylethanol 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. nonyl phenoxypolyethoxylethanol는 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol에 비해 더 낮은 임계미셸농도(CMC)를 가지며, 소수성기의 체인이 길기 때문에 흡착력이 좋기 때문에 지지체와 용매 사이의 접촉각을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 과불소계술폰화 이오노머의 함침률을 높일 수 있다.
2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol은 아래의 화학식1 및 구조식1로 표현될 수 있으며, 관련 제품으로는 Rohm & Haas 사의 Triton X-100가 있다.
[화학식1]
C14H22O(C2H4O) n
(n = 9 - 10)
[구조식1]
Figure 112020107364489-pat00001
nonyl phenoxypolyethoxylethanol은 아래의 화학식2 및 구조식2로 표현될 수 있으며, 관련 제품으로는 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630이 있다.
[화학식2]
H(C2H4O)nO(C6H4)C9H19
(n = 9 - 10)
[구조식2]
Figure 112020107364489-pat00002
상기 용매는 친수성 용매 일 수 있다. 친수성 용매를 사용함으로써 탄화수소계 비이온 계면활성제와 함께 작용하여 과불소계술폰화 이오노머를 지지체의 기공 내부로 효율적으로 함침할 수 있다. 상기 용매는 특별히 제한하지 않으며, 물, Isopropanol 및 n-Propanol 등의 극성 용매를 적어도 하나 이상 혼합한 것일 수 있다.
본 단계에서, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol 및 nonyl phenoxypolyethoxylethanol 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부일 수 있다. 또한, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제가 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol인 경우, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 중량부일 수 있고, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제가 nonyl phenoxypolyethoxylethanol인 경우, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부, 바람직하게는 0.3 내지 0.7 중량부일 수 있다. 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량이 너무 낮은 경우에는 이온전도도와 함수율이 낮은 문제가 있고, 상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량이 너무 높은 경우에는 이온전도도가 낮은 문제가 있다.
상기 과불소계술폰화 이오노머는 상기 지지체에 충분히 함침될 수 있는 정도로 제공될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예의 제조과정에서 상기 과불소계술폰화 이오노머는 용액 상태로 제공되며, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 전체 중량에 대한 상기 과불소계술폰화 이오노머의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 3 내지 7 중량부일 수 있다. 상기 과불소계술폰화 이오노머의 함량이 너무 낮은 경우에는 이온전도도가 낮은 문제가 있고, 함량이 너무 높은 경우에는 가격이 상승하고 물리적 특성이 감소하는 문제가 있다.
본 단계는 용매에 과불소계술폰화 이오노머 및 탄화수소계 비이온 계면활성제를 순차적으로 또는 동시에 혼합하고 교반하여 수행할 수 있다.
상기 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계에서 상기 지지체는 다수의 기공이 형성된 것일 수 있으며, 상기 기공의 내부에 과불소계술폰화 이오노머가 함침되어 배치됨으로써 과불소계술폰화 이오노머의 함량을 줄이면서도 이온전도성을 향상시킬 수 있고, 원가를 줄일 수 있다. 또한, 과불소계술폰화 이오노머를 지지체 내부에 함침하기 때문에 기계적 물성을 보완할 수 있고, 치수 안정성을 향상할 수 있다.
상기 지지체는 우수한 화학적 안정성, 내열성, 기계적 특성을 가진 것으로 연료 전지 분야에서 일반적으로 사용하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 지지체는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에틸렌(PE), 플루오르화 폴리비닐리덴(PVdF), 폴리이미드(PI), 나일론, 폴리프로필렌(PP) 및 셀룰로오스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지체는 하나의 층으로 이루어질 수 있으나, 필요에 따라 여러 층이 적층된 것일 수 있다.
본 단계의 수행 전에 상기 지지체를 세척하는 단계를 수행할 수 있다. 이를 통해 불순물을 제거할 수 있으며, 지지체의 표면 특성을 함침에 유리하게 바꿀 수 있다. 본 단계는 유기용매를 사용하여 상기 지지체를 세척할 수 있으며, 이 때, 상기 지지체를 40 내지 70 ℃, 바람직하게는 50 내지 60 ℃로 가열한 후 세척을 수행할 수 있다. 이를 통해 세척 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계는 상기 지지체에 상기 혼합용액을 붓거나, 혼합용액이 담지된 용기에 상기 지지체를 넣음으로써 수행할 수 있다. 본 단계에서 함침 시간은 10 내지 30 시간일 수 있다.
상기 혼합용액을 건조하는 단계는 상기 함침된 지지체 및 혼합용액에서 용매를 제거하기 위해 수행한다. 일 예에서, 상기 함침된 지지체 및 혼합용액을 건조기에 넣음으로써 수행할 수 있다. 상기 건조 조건은 특별히 제한되지 않으나, 100 ℃에서 30분 동안 수행할 수 있다.
다음으로 건조된 지지체 및 혼합용액이 담긴 용기에 증류수를 부어 상기 지지체 및 건조된 혼합물의 혼합물을 물에 침지할 수 있다. 본 단계는 24 시간정도 수행할 수 있다. 본 공정을 통해 SO-3기에 H+ 을 충분히 치환시켜 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계 이후에, 상기 계면활성제를 용해하는 단계를 더 포함할 수 있는 데, 본 단계는 앞서 기재한 건조 및 침지 단계 이후에 수행할 수도 있다. 본 단계는 상기 지지체에서 반응하고 남은 계면활성제를 제거하기 위한 것일 수 있다. 본 단계는 유기용매를 이용하여 지지체 및 건조된 혼합물을 씻거나, 유기용매에 상기 지지체 및 건조된 혼합물을 침지하여 수행할 수 있다. 상기 유기용매는 바람직하게 이소프로필 알코올일 수 있으며, 5 내지 15분간 수행할 수 있다.
상기 불순물을 제거하는 단계는 지지체로부터 불필요한 물질 및 미반응 물질을 제거하는 단계이다. 본 단계는 산용액을 이용하여 상기 지지체를 씻을 수 있으며, 바람직하게 황산을 이용할 수 있다. 이후 건조 및 세척을 필요에 따라 반복적으로 수행할 수 있다.
연료전지용 강화 복합막의 제조
실시 예1 (T 0.5 )
과불소계술폰화 이오노머 용액으로 Sigma Aldrich 의 나피온 혼합 용액 (Product number: 274704)을 2 g 사용하였다. 상기 나피온 혼합 용액에 포함된 나피온의 함량은 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대하여 5 중량부이며, 상기 용매는 물, 이소프로필 알코올 및 n-프로필 알코올이 부피비로 20:44:36으로 혼합된 것이다. 탄화수소계 비이온 계면활성제로 Rohm & Haas 사의 Triton X-100을 사용하였으며, 상기 Triton X-100의 함량은 상기 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 0.5 중량부가 되도록 0.01 g을 혼합 및 교반하여 혼합용액을 제조하였다.
다공성 지지체로 PTFE 지지체(5cm x 5cm, 약 0.005g~0.008g)를 준비하고, 상기 지지체를 55 ℃로 가열한 후 아세톤을 이용하여 세척하였다.
다음으로, 상기 혼합용액에 지지체를 함침하고 24 시간을 유지하였다.
다음으로, 상기 지지체 및 혼합용액을 건조기에 넣고 100 ℃에서 30분 동안 건조하여 용매를 제거하였다.
다음으로, 상기 건조된 지지체 및 혼합물을 증류수에 담아 24 시간을 유지하였다.
다음으로, 상기 지지체 및 혼합물을 이소프로필 알코올에 담아 10분간 유지하였다.
다음으로 상기 지지체 및 혼합물을 1N 황산용액에 4시간 동안 담가 불순물을 제거하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예2 (T 1 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 1.0 중량부가 되도록 0.02 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예3 (T 1.5 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 1.5 중량부가 되도록 0.03 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예4 (T 2 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 2.0 중량부가 되도록 0.04 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예5 (T 3 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 3.0 중량부가 되도록 0.06 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예6 (T 5 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 5.0 중량부가 되도록 0.10 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예7 (I 0.5 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 0.5 중량부가 되도록 0.01 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예8 (I 1 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 1.0 중량부가 되도록 0.02 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예9 (I 1.5 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 1.5 중량부가 되도록 0.03 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예10 (I 2 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 2.0 중량부가 되도록 0.04 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예11 (I 3 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 대해 3.0 중량부가 되도록 0.06 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
실시 예12 (I 5 )
혼합용액 제조 시, Triton X-100 대신 Rhodia 사의 IGEPAL CO-630를 넣고, IGEPAL CO-630의 함량을 나피온 혼합 용액 100 중량부에 5.0 중량부가 되도록 0.10 g을 넣은 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
비교 예1 (T 0 )
혼합용액 제조 시, 탄화수소계 비이온 계면활성제를 넣지 않고 과불소계술폰화 이오노머 용액만을 사용한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하여 연료전지용 강화 복합막을 제조하였다.
푸리에 변환 적외선 분광법(FT IR) 분석
해상도는 4cm-1, 파장범위는 650~4,000cm-1에서 스펙트럼을 관찰하여 함침 여부 및 계면활성제 용해여부를 파악하였다.
도 1 및 도 2는 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 FT IR 분석 결과를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예1 내지 12에서 모두 S-O (1057cm-1) 및 C-O-C (976cm-1) 피크가 관찰되는 바, 지지체 내부로 나피온이 함침된 것을 확인할 수 있다.
프로톤 전도성(proton conductivity) 분석
0.6 V, 0.1~105Hz 주파수범위, 5mV 전압세기의 교류전원 조건에서 임피던스 측정기를 이용하여 이온전도도를 분석하였다.
도 3 및 도 4는 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 프로톤 전도성 분석 결과를 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, Triton x-100을 적용한 실시 예에서는 Triton x-100의 함량이 혼합용액 전체에 대해 1.5 중량부가 함유된 실시 예3의 이온전도도가 가장 높게 나타났다. IGEPAL CO-630을 적용한 실시 예에서는 IGEPAL CO-630의 함량이 혼합용액 전체에 대해 0.5 중량부가 함유된 실시 예7의 이온전도도가 가장 높게 나타났다.
함수율(water uptake) 분석
각 실시 예 및 비교 예를 통해 제조된 강화 복합막을 건조하여 80
Figure 112020107364489-pat00003
의 물에서 24시간 함수시키고 과도한 물기를 제거 후 건조기에 5분 건조하여 무게를 측정하였다.
도 5 및 도 6은 실시 예1 내지 12 및 비교 예1의 함수율 분석 결과를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, Triton x-100을 적용한 실시 예에서는 Triton x-100의 함량이 혼합용액 전체에 대해 1.5 중량부가 함유된 실시 예3의 함수율이 63 %로 가장 높았으며, IGEPAL CO-630을 적용한 실시 예에서는 IGEPAL CO-630의 함량이 혼합용액 전체에 대해 0.5 중량부가 함유된 실시 예7의 이온전도도가 가장 높게 나타났다.
열무게 측정 분석(TGA)
실시 예3(T1.5), 실시 예7(I0.5), PTFE 지지체(PTFE membrane) 및 듀폰(Dupont) 사의 나피온 212 막(Nafion)에 대하여 열무게 측정 분석을 진행하였다. 질소 분위기에서 30~700 ℃까지 10 ℃/min으로 승온하여 시료의 무게 감소를 측정하였다.
도 7은 열무게 측정 분석 결과를 도시한 것이다. 본 실험에서 나피온212 막의 열분해 온도는 420 ℃, PTEF 지지체의 열분해 온도는 570 ℃, 실시 예3의 열분해 온도는 480 ℃, 실시 예7의 열부해 온도는 480 ℃로 나타났다. 나피온 순수막과 비교하여 실시 예3 및 실시 예7의 열분해 온도가 상승하여 열적 특성이 우수한 것으로 판단된다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 과불소계술폰화 이오노머 용액 및 탄화수소계 비이온 계면활성제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계;를 포함하고,
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]ethanol이고,
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  2. 과불소계술폰화 이오노머 용액 및 탄화수소계 비이온 계면활성제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계;를 포함하고,
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 nonyl phenoxypolyethoxylethanol이고,
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 아래의 구조식1로 표현되는 물질을 포함하는 것인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법:
    [구조식1]
    Figure 112020107364489-pat00004
    .
  4. 제2항에 있어서
    상기 탄화수소계 비이온 계면활성제는 아래의 구조식2로 표현되는 물질을 포함하는 것인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법:
    [구조식2]
    Figure 112023000612525-pat00005
    .
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 과불소계술폰화 이오노머 용액은 과불소계술폰화 이오노머 및 용매를 포함하고,
    상기 과불소계술폰화 이오노머의 함량은, 상기 과불소계술폰화 이오노머 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 과불소계술폰화 이오노머 용액에 포함된 용매는 물 및 유기용매 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 과불소계술폰화 이오노머 용액은 나피온(Nafion), 플레미온(Flemion), 아퀴비온(Aquivion), 3M FSA 이오노머 및 아시플렉스(Aciplex) 중 어느 하나인,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  11. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지체에 상기 혼합용액을 함침하는 단계 이후에,
    상기 계면활성제를 용해하는 단계를 더 포함하는,
    연료전지용 강화 복합막의 제조방법.
  12. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 연료전지용 강화 복합막.
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