KR102758384B1 - Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof - Google Patents
Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102758384B1 KR102758384B1 KR1020220097449A KR20220097449A KR102758384B1 KR 102758384 B1 KR102758384 B1 KR 102758384B1 KR 1020220097449 A KR1020220097449 A KR 1020220097449A KR 20220097449 A KR20220097449 A KR 20220097449A KR 102758384 B1 KR102758384 B1 KR 102758384B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nafion
- graphene oxide
- cation exchange
- polymer
- exchange membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2256—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions other than those involving carbon-to-carbon bonds, e.g. obtained by polycondensation
- C08J5/2262—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions other than those involving carbon-to-carbon bonds, e.g. obtained by polycondensation containing fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F292/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/02—Macromolecular compounds containing only carbon atoms in the main chain of the macromolecule, e.g. polyxylylenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L27/22—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L51/10—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
- C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
- C08J2327/22—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2351/00—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
- C08J2351/10—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers grafted on to inorganic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
본 발명은 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 라디칼에 안정적인 플루오렌으로 구성되고 고분자 주쇄 전체가 오직 C-C 결합으로만 구성되어 화학적 안정성이 우수하고, 제조된 복합막은 개질된 그래핀 옥사이드를 포함하여 수소이온 전도도가 향상된 효과가 있다. The present invention relates to a branched copolymer cation exchange membrane comprising graphene oxide grafted with Nafion and a water electrolysis system using the same. The present invention is composed of a radical-stable fluorene and the entire polymer backbone is composed of only C-C bonds, so that the chemical stability is excellent, and the manufactured composite membrane has the effect of improved hydrogen ion conductivity by including modified graphene oxide.
Description
본 발명은 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 라디칼에 안정적인 플루오렌으로 구성되고 고분자 주쇄 전체가 오직 C-C 결합으로만 구성되어 화학적 안정성이 우수하고, 제조된 복합막은 개질된 그래핀 옥사이드를 포함하여 수소이온 전도도가 향상된 효과가 있다. The present invention relates to a branched copolymer cation exchange membrane comprising graphene oxide grafted with Nafion and a water electrolysis system using the same. The present invention is composed of a radical-stable fluorene and the entire polymer backbone is composed of only C-C bonds, so that the chemical stability is excellent, and the manufactured composite membrane has the effect of improved hydrogen ion conductivity by including modified graphene oxide.
본 발명은 과불화술폰산 이오노머가 그래프트된 그래핀 옥사이드를 첨가제로 사용한 양이온교환 복합막에 관한 것으로, 첨가제 도입 후 향상된 수소이온 전도도를 확인하는 랜덤/가지형 공중합체 고분자 기반 전해질 복합막과 수전해 시스템에 응용할 수 있다.The present invention relates to a cation exchange composite membrane using graphene oxide grafted with a perfluorosulfonic acid ionomer as an additive, and can be applied to a random/branched copolymer polymer-based electrolyte composite membrane and a water electrolysis system, which confirm improved hydrogen ion conductivity after introduction of the additive.
수전해 시스템을 비롯한 다양한 에너지 변환 및 저장장치에 사용되는 핵심소재인 양이온 교환 막 (Proton Exchange Membrane, 이하 PEM)의 경우 전해질 및 분리막으로써 양이온만을 선택적으로 전달해주는 역할을 수행한다. 따라서 PEM은 1) 높은 이온 전도성(high ion conductivity), 2) 우수한 물리화학적 안정성(outstanding physicochemical stability), 3) 대량 생산의 용이성(easy to scalable) 및 4) 저가의 생산비용 (low cost for production) 등의 특성이 요구된다.Proton exchange membranes (PEMs), which are key materials used in various energy conversion and storage devices including water electrolysis systems, play a role in selectively transmitting only cations as electrolytes and separators. Therefore, PEMs require the following characteristics: 1) high ion conductivity, 2) outstanding physicochemical stability, 3) easy to scalable mass production, and 4) low cost for production.
현재 가장 널리 사용되고 있는 PEM 으로는 케머스사의 과불소계 전해질인 나피온(Nafion®) 및 고어사의 과불소계 다공 충진 구조 막인 고어-셀렉트(Gore-Select®)이며, 이들 모두 높은 이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 대부분의 상업용 혹은 시운전용 연료전지, 산화/환원 흐름전지 및 전기화학적 수소 응축 시스템 (electrochemical hydrogen compressor system) 등에 활용된다. 그러나 기존의 과불소계 PEM 모두 1) 산소라디칼에 의한 분해 문제, 2) 소각 과정에서 불산 및 오염 물질로 인한 환경오염 발생 문제 및 3) 복잡한 제조 공정으로 인한 높은 단가로 친환경 및 고효율의 저가형 에너지 변환 및 저장 시스템의 확산에 걸림돌로 작용된다.The most widely used PEMs today are Nafion®, a perfluorinated electrolyte from Chemers, and Gore-Select®, a perfluorinated porous membrane with a packed structure. Both of these have high ionic conductivity and chemical stability, which makes them suitable for use in most commercial or commissioning fuel cells, redox flow batteries, and electrochemical hydrogen compressor systems. However, all of the existing perfluorinated PEMs suffer from 1) decomposition problems by oxygen radicals, 2) environmental pollution caused by hydrofluoric acid and pollutants during incineration, and 3) high unit costs due to their complex manufacturing processes, which are obstacles to the spread of environmentally friendly, high-efficiency, and low-cost energy conversion and storage systems.
따라서 이온 전도도와 셀 성능이 우수하며 고분자 전해질막 수전해용 막 전극 접합체로의 활용이 용이한 비과불화탄소계 가지형 양이온 교환막 개발이 요구된다. 전해질 막의 전도도 향상 및 이를 체결한 막-전극 접합체의 셀 성능을 향상시키 위해서는 가지형 고분자의 이온 전도 특성을 개선 할 수 있는 복합소재의 개발이 요구되며, 개발 된 복합소재의 분산이 보장된 복합 막을 개발하여 추가적인 성능 향상이 가능 해야한다. Therefore, the development of a non-perfluorocarbon branched cation exchange membrane that has excellent ion conductivity and cell performance and can be easily utilized as a membrane electrode assembly for polymer electrolyte membrane electrolysis is required. In order to improve the conductivity of the electrolyte membrane and the cell performance of the membrane electrode assembly formed by the same, the development of a composite material that can improve the ion conductivity of the branched polymer is required, and a composite membrane in which the dispersion of the developed composite material is guaranteed should be developed to enable additional performance improvement.
따라서 상기 기술한 수소이온 교환 막에 대한 요구특성을 모두 만족하며 수전해 시스템에서 응용이 가능한 전해질 막을 개발하기 위해서 1) 이온교환 작용기 도입이 용이하며 2) 화학적 안정성이 우수한 탄소-탄소 결합으로 구성된 가지형 측쇄를 갖고 있는 고분자 소재 개발과 3) 가지형 양이온 교환막의 추가적인 성능 향상을 도모할 수 있는 복합소재의 개발을 통한 이의 복합막을 개발하여 수소이온 전도 특성 및 셀 성능이 향상된 복합막 형태의 전해질 소재가 개발되어야 한다. Therefore, in order to develop an electrolyte membrane that satisfies all of the above-described characteristics of a hydrogen ion exchange membrane and can be applied in a water electrolysis system, 1) a polymer material having branched side chains composed of carbon-carbon bonds that are easy to introduce ion exchange functional groups and have excellent chemical stability should be developed, and 3) a composite material that can further improve the performance of a branched cation exchange membrane should be developed to develop a composite membrane thereof, thereby developing an electrolyte material in the form of a composite membrane with improved hydrogen ion conduction characteristics and cell performance.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이온 교환 작용기 도입이 용이한 전해질 막을 제조하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to manufacture an electrolyte membrane into which an ion exchange functional group can be easily introduced.
또한, 본 발명의 목적은 화학적 안정성이 우수한 탄소-탄소 결합으로 구성된 가지형 측쇄를 갖고 있는 고분자 소재를 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide a polymer material having a branched side chain composed of carbon-carbon bonds having excellent chemical stability.
또한, 본 발명의 목적은 가지형 양이온 교환막의 추가적인 성능 향상을 도모할 수 있는 복합소재를 통한 복합막을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide a composite membrane using a composite material capable of further improving the performance of a branched cation exchange membrane.
또한, 본 발명의 목적은 수소 이온 전도 특성 및 셀 성능이 향상된 복합막 형태의 전해질 소재를 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide an electrolyte material in the form of a composite membrane having improved hydrogen ion conducting characteristics and cell performance.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by a person having ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the description below.
<양이온 교환막><Cation exchange membrane>
본 발명에 따른 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막은,A branched copolymer cation exchange membrane comprising a graphene oxide grafted with Nafion according to the present invention,
아래 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 A first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1]
그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO).
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임). (wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 한다.The above Nafion is characterized by having a repeating unit of the following [chemical formula 2].
[화학식 2][Chemical formula 2]
(여기서, m은 6.6 임).(Here, m is 6.6).
여기서, 상기 고분자 복합막은 인장강도가 14 MPa 이상이고, 연신율이 9.0 % 이상이고, 이온교환용량(IEC)이 2.0 내지 5.0 meq /g 이며, 이온전도도가 130 내지 300 mS/㎝인 것을 특징으로 한다.Here, the polymer composite membrane is characterized by having a tensile strength of 14 MPa or more, an elongation of 9.0% or more, an ion exchange capacity (IEC) of 2.0 to 5.0 meq /g, and an ion conductivity of 130 to 300 mS / cm.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 종래의 염기성 촉매하에서 축합 중합을 통한 양이온 교환 소재 개발이 아닌, 강산 조건에서의 친전자성 치환반응을 이용하여 고분자 주쇄에 화학적으로 약한 결합이 없어 화학적으로 안정한 효과가 있다. By means of solving the above problem, the present invention has the effect of chemical stability because there is no chemically weak bond in the polymer main chain by utilizing an electrophilic substitution reaction under strong acid conditions, rather than developing a cation exchange material through condensation polymerization under a conventional basic catalyst.
또한, 본 발명은 라디칼에 안정적인 플루오렌으로 구성되어 화학적으로 안정한 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a chemically stable cation exchange membrane composed of radical-stable fluorene and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 고분자 주쇄 전체가 오직 탄소 단일 결합으로만 구성되어 화학적 안정성이 우수한 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a cation exchange membrane having excellent chemical stability because the entire polymer main chain is composed of only carbon single bonds, and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 양이온 교환 작용기가 곁사슬 말단에 도입된 가지형 공중합체 고분자로, 뚜렷한 친수성 또는 소수성 상분리 효과로 인해 이온전도 거동 및 물리화학적 안정성을 동시에 향상시킨 분자 전해질 막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a molecular electrolyte membrane and a water electrolysis system using the same, which simultaneously improve ion conduction behavior and physicochemical stability due to a distinct hydrophilic or hydrophobic phase separation effect, by using a branched copolymer polymer in which a cation exchange functional group is introduced at the end of the side chain.
또한, 본 발명은 산 촉매하의 상온에서 축합 중합을 통해 수득되므로, 대량생산이 용이한 분자 전해질 막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, since the present invention is obtained through condensation polymerization at room temperature under an acid catalyst, it is possible to manufacture a molecular electrolyte membrane that is easy to mass-produce and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 나피온이 그래프팅 된 그래핀 옥사이드를 첨가하여 제조된 복합막으로, 친수성 및 소수성의 나노 상분리가 명확하여 개질된 그래핀 옥사이드가 미 첨가된 기저 고분자로만 제조된 막 보다 향상된 성능을 나타낸다.In addition, the present invention provides a composite membrane manufactured by adding graphene oxide grafted onto Nafion, which exhibits clear nano-phase separation of hydrophilicity and hydrophobicity, thereby exhibiting improved performance compared to a membrane manufactured only with a base polymer to which modified graphene oxide is not added.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 복합막의 모식도로, x(0 내지 80의 값)는 Nafion-GO내의 그래프팅된 Nafion의 wt% 함량이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 F1BC7Br-10의 합성 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-TA-10의 합성 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Nafion-GO(x)의 합성 모식도로, x(0 내지 80의 값)는 Nafion-GO내의 그래프팅된 Nafion의 wt% 함량이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 복합막 제조 모식도로, x(0 내지 80의 값)는 Nafion-GO내의 그래프팅된 Nafion의 wt% 함량이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 F1BC7Br-10 및 F1B-TA-10의 1H NMR 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 F1BC7Br-10 및 F1B-TA-10의 FT-IR 분석결과이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 Nafion-GO의 TGA 분석결과이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 Nafion-GO의 FT-IR 분석결과이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(44)와 F1B-SA-10/Nafion-GO(61)의 인장강도 결과이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(x)의 수분 흡수도 및 치수 변화 결과이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(x)의 수소이온전도도 결과이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 F1B-SA-10/Nafion-GO(x)의 수전해 셀테스트 결과이다.Figure 1 is a schematic diagram of a F1B-SA-10/Nafion-GO(x) polymer composite membrane according to an embodiment of the present invention, where x (a value of 0 to 80) is the wt% content of grafted Nafion in Nafion-GO.
Figure 2 is a schematic diagram of the synthesis of F1BC7Br-10 according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of the synthesis of F1B-TA-10 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of the synthesis of Nafion-GO(x) according to an embodiment of the present invention, where x (a value of 0 to 80) is the wt% content of grafted Nafion in Nafion-GO.
FIG. 5 is a schematic diagram of a manufacturing method of a F1B-SA-10/Nafion-GO(x) polymer composite membrane according to an embodiment of the present invention, where x (a value of 0 to 80) is the wt% content of grafted Nafion in Nafion-GO.
Figure 6 shows the 1 H NMR analysis results of F1BC7Br-10 and F1B-TA-10 according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the FT-IR analysis results of F1BC7Br-10 and F1B-TA-10 according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the TGA analysis results of Nafion-GO according to one embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the FT-IR analysis results of Nafion-GO according to one embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the tensile strength results of F1B-SA-10/Nafion-GO (44) and F1B-SA-10/Nafion-GO (61) according to one embodiment of the present invention.
Figure 11 shows the results of moisture absorption and dimensional change of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) according to one embodiment of the present invention.
Figure 12 shows the hydrogen ion conductivity results of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) according to one embodiment of the present invention.
Figure 13 shows the results of a water electrolysis cell test of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) according to one embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly explained, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are selected from the most commonly used terms in current practice, taking into consideration the functions of the present invention. However, these may vary depending on the intentions of engineers in the field, precedents, the emergence of new technologies, etc. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the terms and the overall content of the present invention, rather than simply the names of the terms.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part of a specification is said to “include” a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise stated.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention are described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The specific details of the present invention, including the problems to be solved, the means for solving the problems, and the effects of the invention, are included in the embodiments and drawings described below. The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.
<양이온 교환막><Cation exchange membrane>
본 발명인 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막은, 도 1에 나타난 바와 같이, 아래 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다. The branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion grafted graphene oxide according to the present invention is characterized by including a first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1] and a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO), as shown in FIG. 1.
상기 제2중합체에서 상기 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO) 그래프팅된 나피온(Nafion)의 wt% 함량은 0 내지 80 인 것을 특징으로 한다.The wt% content of the graphene oxide (GO) grafted Nafion in the second polymer is characterized as being 0 to 80.
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임). (wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 한다.The above Nafion is characterized by having a repeating unit of the following [chemical formula 2].
(여기서, m은 6.6 임).(Here, m is 6.6).
이하, [화학식 1]에 나타난 제1중합체는 F1B-SA-n이고, 제2중합체는 Nafion-GO(x)으로 기재하며, 본 발명인 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막은 F1B-SA-n/Nafion-GO(x)으로 기재한다. 여기서, n은 1 내지 50의 정수이며, x는 Nafion-GO내의 그래프팅된 나피온(Nafion)의 wt% 함량으로 x는 0 내지 80의 정수이다.Hereinafter, the first polymer shown in [Chemical Formula 1] is F1B-SA-n, the second polymer is described as Nafion-GO(x), and the branched copolymer cation exchange membrane including graphene oxide grafted with Nafion of the present invention is described as F1B-SA-n/Nafion-GO(x). Here, n is an integer from 1 to 50, x is the wt% content of grafted Nafion in Nafion-GO, and x is an integer from 0 to 80.
본 발명의 일실시예에 따른 양이온 교환막은 종래의 염기성 촉매하에서 축합중합을 통한 양이온 교환 소재 개발이 아닌, 강산 조건하에서의 친전자성 치환반응을 이용한 탄소-탄소 결합으로만 구성된 측쇄 말단이 개질이 가능한 가지형 구조의 고분자 전구체(comb-shaped precursor copolymer)를 합성하였다. 본 발명에 따른 양이온 교환막은 화학적으로 안정한 결합으로 구성된 측쇄 말단에 술폰산기를 도입하여 미세상분리 (친수성/소수성) 촉진형 양이온 교환 막 (Proton Exchange Membrane)을 개발하고, 과불화술폰산 이오노머 (Nafion)가 도입된 그래핀 옥사이드 (Nafion-GO)제조하였다. 또한, 본 발명은 이를 채용하여 수전해 시스템용 양이온 교환막 개발 및 이를 수전해 시스템에 응용하였다.According to an embodiment of the present invention, a cation exchange membrane was synthesized by synthesizing a comb-shaped precursor copolymer having a side chain terminal that can be modified and consisting only of carbon-carbon bonds using an electrophilic substitution reaction under strongly acidic conditions, rather than developing a cation exchange material through condensation polymerization under a basic catalyst as in the related art. According to the present invention, a cation exchange membrane (Proton Exchange Membrane) promoting microphase separation (hydrophilic/hydrophobic) was developed by introducing a sulfonic acid group to the side chain terminal composed of a chemically stable bond, and graphene oxide (Nafion-GO) introduced with a perfluorosulfonic acid ionomer (Nafion) was manufactured. In addition, the present invention developed a cation exchange membrane for a water electrolysis system by employing this and applied it to a water electrolysis system.
본 발명의 일실시예에 따른 양이온 교환막은 라디칼에 안정적인 플루오렌으로 구성되어 화학적으로 안정하다. 기존의 양이온 교환 막에 사용되는 탄화수소계 고분자의 경우 염기 촉매 하에서 고온, 장시간 축합 중합을 통해 수득이 가능하였으나 본 발명을 통해 개발된 고분자 막의 경우 산 촉매 하에서 상온, 2-3시간의 축합 중합을 통해 수득이 가능하다. The cation exchange membrane according to one embodiment of the present invention is composed of radical-stable fluorene and is chemically stable. In the case of hydrocarbon-based polymers used in existing cation exchange membranes, they can be obtained through condensation polymerization at high temperature and for a long time under a base catalyst, but in the case of the polymer membrane developed through the present invention, they can be obtained through condensation polymerization at room temperature for 2-3 hours under an acid catalyst.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양이온 교환막은 고분자 주쇄 전체가 오직 탄소 단일 결합으로만 구성되어 화학적 안정성이 우수하다. 최근 다양한 연구결과에서 CEM에 사용되는 고분자에 아릴 에테르 (aryl ether) 결합 (C sp2 -O) 혹은 결합에너지가 낮은 결합 (benzylic C-H bond 등)이 존재할 경우 CEM이 활용되는 다양한 구동조건에서 고분자가 분해되는 문제들이 보고되고 있다. 따라서 본 발명에서는 궁극적으로 분해가 가능한 약한 결합이 존재하지 않는 카본-카본 결합으로만 구성된 고분자를 합성하여 최종적으로 개발될 가지형 고분자의 전구체 물질로 활용하고자 하였다. In addition, the cation exchange membrane according to one embodiment of the present invention has excellent chemical stability because the entire polymer backbone is composed of only carbon single bonds. Recently, various research results have reported that when the polymer used in the CEM contains an aryl ether bond (C sp2 -O) or a bond with low bond energy (such as a benzylic CH bond), the polymer decomposes under various operating conditions where the CEM is utilized. Therefore, in the present invention, a polymer composed only of carbon-carbon bonds that ultimately do not contain weak bonds that can be decomposed was synthesized to utilize it as a precursor material for the branched polymer to be ultimately developed.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양이온 교환막은 양이온 교환 작용기가 곁사슬 말단에 도입된 가지형 공중합체 고분자이다. PEM의 이온 전도에 중요한 역할을 하는 수분/전해액의 경우 대부분 이온교환 작용기 주위에 분포한다. 따라서 본 발명은 친수성/소수성의 미세 상분리 구조를 촉진할 수 있는 가지형태의 고분자 전구체를 합성함으로써 뚜렷한 친수성/소수성 상분리 효과로 인해 이온전도 거동 및 물리화학적 안정성을 동시에 향상시키고자 하였다. In addition, the cation exchange membrane according to one embodiment of the present invention is a branched copolymer polymer in which a cation exchange functional group is introduced at the end of the side chain. In the case of moisture/electrolyte, which plays an important role in the ion conduction of PEM, it is mostly distributed around the ion exchange functional group. Therefore, the present invention attempted to improve both ion conduction behavior and physicochemical stability due to a distinct hydrophilic/hydrophobic phase separation effect by synthesizing a branched polymer precursor capable of promoting a hydrophilic/hydrophobic micro-phase separation structure.
또한, 본 발명에 일실시예에 따른 양이온 교환막은 원자 이동 라디칼 부착법을 통해 그래핀 옥사이드 개질 및 이를 활용한 양이온 교환 복합 막을 제조하여 수소이온 전도도 및 셀 성능을 향상하였다. 본 발명은 원자 이동 라디칼 부착법 (Atom Transfer Radical Adehision, ATRA)을 활용하여 상용화된 나피온이 도입된 Nafion-GO 무기계 첨가제를 제조하였다. 수전해 시스템으로 활용이 가능한 고분자의 성능향상을 위해 소량의 Nafion-GO을 첨가제로서 도입 후 복합 막을 제조할 경우, 수소이온전도 특성 및 셀 성능 향상이 가능하다. In addition, a cation exchange membrane according to an embodiment of the present invention improved hydrogen ion conductivity and cell performance by modifying graphene oxide through an atom transfer radical attachment method and manufacturing a cation exchange composite membrane utilizing the same. The present invention manufactured a Nafion-GO inorganic additive with commercialized Nafion using an atom transfer radical attachment method (ATRA). When a small amount of Nafion-GO is introduced as an additive and then a composite membrane is manufactured to improve the performance of a polymer that can be utilized in a water electrolysis system, hydrogen ion conductivity characteristics and cell performance can be improved.
이와 같은 본 발명의 양이온 교환막은 높은 인장강도 및 연신율, 이온전도도 및 이온교환용량(IEC)을 나타낼 수 있다. 상기 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 양이온 교환막은 인장강도가 14 MPa 이상이고, 연신율이 9.0 % 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 양이온 교환막은 물속 구동조건에서 이온전도도가 130 내지 300 mS/㎝인 것을 특징으로 한다. 또한, 이온교환용량(IEC)이 2.0 내지 5.0 meq /g 인 것을 특징으로 한다. The cation exchange membrane of the present invention can exhibit high tensile strength and elongation, ion conductivity, and ion exchange capacity (IEC). The cation exchange membrane including the first polymer having the repeating unit of [Chemical Formula 1] and the second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO) is characterized by having a tensile strength of 14 MPa or more and an elongation of 9.0% or more. The cation exchange membrane including the first polymer having the repeating unit of [Chemical Formula 1] and the second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO) is characterized by having an ion conductivity of 130 to 300 mS/cm under operating conditions in water. In addition, it is characterized by having an ion exchange capacity (IEC) of 2.0 to 5.0 meq/g.
<양이온 교환막 제조방법><Method for manufacturing cation exchange membrane>
본 발명에 따른 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법은, 아래의 단계 및 의해 수행되는 것이 바람직하다. The method for manufacturing a branched copolymer cation exchange membrane comprising graphene oxide grafted with Nafion according to the present invention is preferably performed by the following steps.
도 2 내지 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 각 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다. As shown in Figures 2 to 5, each of the above steps is described in detail as follows.
제1단계 : 플루오렌-바이페닐 기반 고분자 합성(이하, F1BCStep 1: Synthesis of fluorene-biphenyl-based polymer (hereinafter, F1BC) 77 Br-n)Br-n)
먼저, 제1단계(S10)는 도 2에 나타난 바와 같이, 플루오렌-바이페닐 기반 고분자(F1BC7Br-n)를 제조한다. 상기 제1단계(S10)는 9,9-디메틸플루오렌(9,9-Dimethylfluorene), 바이페닐(Biphenyl) 및 7-브로모-1,1,1-트리플루오로헵탄-2-온(7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 반응시켜 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 제조한다. First, the first step (S10) prepares a fluorene-biphenyl-based polymer (F1BC 7 Br-n), as shown in Fig. 2. The first step (S10) prepares the fluorene-biphenyl-based polymer by reacting 9,9-dimethylfluorene, biphenyl, and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one.
보다 구체적으로, 상기 제1단계(S10)는 상기 9,9-디메틸플루오렌(9,9-Dimethylfluorene), 바이페닐(Biphenyl) 및 7-브로모-1,1,1-트리플루오로헵탄-2-온(7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 단량체로, 트라이플루오로메탄설폰산(Trifluoromethanesulfonic acid, TFSA)를 촉매로, 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM)을 용매로 혼합하여 반응하는 제1-1단계(S11) 및 상기 제1-1단계(S11)에서 생성된 고분자 용액을 메탄올에 침전하는 제1-2단계(S12)로 구성된다. More specifically, the first step (S10) is composed of a first step (S11) of reacting 9,9-dimethylfluorene, biphenyl and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one as monomers, trifluoromethanesulfonic acid (TFSA) as a catalyst and dichloromethane (DCM) as a solvent, and a first step (S12) of precipitating the polymer solution produced in the first step (S11) in methanol.
상기 제1-1단계(S11)는 상기 9,9-디메틸플루오렌(9,9-Dimethylfluorene), 바이페닐(Biphenyl) 및 7-브로모-1,1,1-트리플루오로헵탄-2-온(7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one) 혼합물 1 중량부에 대하여 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM) 20 내지 25 중량부의 용매를 혼합한다. 또한, 상기 제1-1단계(S11)는 4 내지 6 ℃에서 20 내지 40 분 동안 유지한 후, 상온에서 3 내지 4 시간 동안 반응한다.In the above-mentioned Step 1-1 (S11), 20 to 25 parts by weight of dichloromethane (DCM) is mixed as a solvent for 1 part by weight of the mixture of 9,9-dimethylfluorene, biphenyl, and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one. In addition, the Step 1-1 (S11) is maintained at 4 to 6° C. for 20 to 40 minutes, and then reacted at room temperature for 3 to 4 hours.
상기 제1-2단계(S12)는 상기 제1-1단계에서 생성된 고분자 용액을 메탄올에 침전시킨 후, 메탄올로 수회 세척 한 다음 35 내지 45 ℃의 진공 오븐에서 건조한다. In the above step 1-2 (S12), the polymer solution produced in the above step 1-1 is precipitated in methanol, washed several times with methanol, and then dried in a vacuum oven at 35 to 45°C.
제2단계 : 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 제조(이하, F1B-TA-n)Step 2: Preparation of fluorene-biphenyl-based polymer conjugated with thioacetic acid (hereinafter, F1B-TA-n)
다음으로, 제2단계(S20)는 도 3에 나타난 바와 같이, 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 제조한다. 상기 제2단계(S20)는 상기 제1단계(S10)에서 제조한 플루오렌-바이페닐 기반 고분자와 포타슘 싸이오아세테이트(Potassium thioacetate)를 반응시켜 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 제조한다.Next, the second step (S20) manufactures a fluorene-biphenyl-based polymer having thioacetic acid bound thereto, as shown in Fig. 3. The second step (S20) manufactures a fluorene-biphenyl-based polymer having thioacetic acid bound thereto by reacting the fluorene-biphenyl-based polymer manufactured in the first step (S10) with potassium thioacetate.
보다 구체적으로, 상기 제2단계(S20)는 상기 제1단계(S10)에서 제조한 F1BC7Br-n와 포타슘 싸이오아세테이트(Potassium thioacetate)를 반응하는 제2-1단계(S21) 및 상기 제2-1단계(S21)에서 생성된 고분자 용액을 메탄올 및 염산을 혼합한 용액에 침전하는 제2-2단계(S22)로 구성된다. More specifically, the second step (S20) is composed of a second-first step (S21) of reacting the F1BC 7 Br-n manufactured in the first step (S10) with potassium thioacetate, and a second-second step (S22) of precipitating the polymer solution produced in the second-first step (S21) in a solution mixed with methanol and hydrochloric acid.
상기 제2-1단계(S21)는 상기 F1BC7Br-n와 포타슘 싸이오아세테이트(Potassium thioacetate) 혼합물 1 중량부에 대하여 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF) 5 내지 10 중량부를 용매로 혼합한다. 보다 바람직하게는 상기 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF) 6 중량부를 용매로 혼합한다. In the above-mentioned step 2-1 (S21), 5 to 10 parts by weight of tetrahydrofuran (THF) is mixed as a solvent with respect to 1 part by weight of the mixture of F1BC 7 Br-n and potassium thioacetate. More preferably, 6 parts by weight of tetrahydrofuran (THF) is mixed as a solvent.
상기 혼합물, 용매 및 촉매를 혼합 후 45 내지 55 ℃에서 9 내지 11 시간 동안 반응한다. 보다 바람직하게는 50 ℃, 10 h 반응하여 합성한다. After mixing the above mixture, solvent and catalyst, the reaction is performed at 45 to 55°C for 9 to 11 hours. More preferably, the reaction is performed at 50°C for 10 hours to synthesize the product.
상기 제2-2단계(S22)는 상기 제2-1단계에서 생성된 고분자용액을 메탄올 및 염산을 혼합한 용액에 침전 시킨 후, 증류수로 수회 세척한 다음 35 내지 45 ℃의 진공 오븐에서 건조한다. In the above step 2-2 (S22), the polymer solution produced in the above step 2-1 is precipitated in a solution mixed with methanol and hydrochloric acid, washed several times with distilled water, and then dried in a vacuum oven at 35 to 45°C.
제3단계 : 나피온-그래핀옥사이드 제조(이하, Nafion-GO(x))Step 3: Manufacturing Nafion-Graphene Oxide (hereinafter, Nafion-GO(x))
다음으로, 제3단계(S30)는 도 4에 나타난 바와 같이, 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 제조한다. 상기 제3단계(S30)는 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액에 나피온(Nafion) 용액을 혼합하여 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 제조한다.Next, the third step (S30) manufactures Nafion-graphene oxide (Nafion-GO), as shown in Fig. 4. The third step (S30) manufactures Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) by mixing a Nafion solution into a graphene oxide dispersion.
보다 구체적으로, 상기 제3단계(S30)는 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide)을 이소프로판올(Isopropaol)과 물을 혼합한 용매에 분산시켜 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액을 제조하는 제3-1단계(S31), 상기 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액에 상기 나피온(Nafion) 용액을 혼합한 후 동결-펌프-해동(freeze-pump-thaw)을 이용하여 산소를 제거하고 질소 분위기를 유지하여 그래핀 옥사이드-나피온 용액을 제조하는 제3-2단계(S32), 상기 산소가 제거된 그래핀 옥사이드-나피온 용액에 2,2'-비피리딜(2,2‘-bipyridyl, BPY) 및 구리 브로마이드(copper bromide)를 촉매로 첨가한 후 반응하는 제3-3단계(S33) 및 상기 제3-3단계(S33) 반응 후, 원심 분리기로 세척하여 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 제조하는 제3-4단계(S34)로 구성된다. More specifically, the third step (S30) comprises a third-first step (S31) of dispersing graphene oxide in a solvent mixed with isopropanol and water to produce a graphene oxide dispersion, a third-second step (S32) of mixing the Nafion solution into the graphene oxide dispersion, removing oxygen using freeze-pump-thaw, and maintaining a nitrogen atmosphere to produce a graphene oxide-Nafion solution, a third-third step (S33) of adding 2,2'-bipyridyl (BPY) and copper bromide as catalysts to the graphene oxide-Nafion solution from which oxygen has been removed and then reacting, and after the third-third step (S33) reaction, centrifugation is performed. It consists of the 3rd to 4th step (S34) of manufacturing the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) by washing.
상기 제3-1단계(S31)는 상기 이소프로판올(Isopropaol)과 물을 2:1의 부피비로 혼합 후, 초음파(sonicator)를 이용하여 50 내지 70 분 동안 분산시켜 상기 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액을 제조한다. The above step 3-1 (S31) prepares the graphene oxide dispersion by mixing isopropanol and water in a volume ratio of 2:1 and then dispersing the mixture using a sonicator for 50 to 70 minutes.
상기 제3-2단계(S32)는 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액에 상기 나피온(Nafion) 용액을 혼합한 후 동결-펌프-해동(freeze-pump-thaw)을 3회 실시하여 산소를 제거하고 질소 분위기를 유지하여 그래핀 옥사이드-나피온 용액을 제조한다.The above 3-2 step (S32) mixes the Nafion solution into the graphene oxide dispersion, then performs freeze-pump-thaw three times to remove oxygen and maintains a nitrogen atmosphere to prepare a graphene oxide-Nafion solution.
상기 제3-3단계(S33)는 75 내지 85 ℃의 온도에서 17 내지 19 시간동안 질소 분위기 하에서 반응한다. The above step 3-3 (S33) is reacted under a nitrogen atmosphere at a temperature of 75 to 85 ℃ for 17 to 19 hours.
상기 제3-4단계(S34)는 반응 후, 원심 분리기를 사용하여 획득된 Nafion-GO(x)를 세척하여 수득한다. 상기 나피온(Nafion) 용액(Nafion solution)은 Nafion함량에 따라 각각 1.5 g 및 0.6 g의 Nafion-GO(44), Nafion-GO(61)로 제조되었다.The above 3-4 steps (S34) are obtained by washing the Nafion-GO(x) obtained after the reaction using a centrifuge. The Nafion solution was manufactured into 1.5 g and 0.6 g of Nafion-GO(44) and Nafion-GO(61), respectively, depending on the Nafion content.
제4단계 : 고분자막 제조(이하, F1B-SA-n/Nafion-GO(Step 4: Manufacturing of polymer membrane (hereinafter, F1B-SA-n/Nafion-GO( xx ))))
다음으로 제4단계(S40)는 도 5에 나타난 바와 같이, 고분자막인 F1B-SA-n/Nafion-GO(x)를 제조한다. 상기 제4단계(S40)는 상기 제2단계(S20)에서 제조된 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자와 상기 제3단계(S30)에서 제조된 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 혼합하여 고분자막을 제조한다. 상기 F1B-SA-n 중량부에 대하여 상기 Nafion-GO(x) 80 내지 120 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. Next, the fourth step (S40) manufactures a polymer membrane, F1B-SA-n/Nafion-GO(x), as shown in Fig. 5. The fourth step (S40) mixes the thioacetic acid-bound fluorene-biphenyl-based polymer manufactured in the second step (S20) and the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) manufactured in the third step (S30) to manufacture a polymer membrane. It is preferable to mix 80 to 120 parts by weight of the Nafion-GO(x) with respect to the F1B-SA-n.
보다 구체적으로, 상기 제3단계(S30)에서 제조된 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 다이메틸폼아마이드(Dimethylformamide) 용매에 분산시켜 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액을 제조하는 제4-1단계(S41), 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액에 상기 제2단계(S20)에서 제조된 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 혼합 후, 진공 건조 시켜 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 제조하는 제4-2단계(S42) 및 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 포름산(Formic acid) 및 증류수를 혼합하여 가열 후, 과산화수소(hydrogen peroxide)를 적하하여 65 내지 75 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 반응하여 상기 고분자막을 제조하는 제4-3단계(S43)로 구성된다. More specifically, in step 4-1 (S41), the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) manufactured in step 3 (S30) is dispersed in a dimethylformamide solvent to manufacture a Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) dispersion, the fluorene-biphenyl-based polymer combined with thioacetic acid manufactured in step 2 (S20) is mixed with the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) dispersion, and then vacuum-dried to manufacture a Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) composite membrane, and in step 4-2 (S42), the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) composite membrane is mixed with formic acid and distilled water, heated, and then hydrogen peroxide is added dropwise to react at a temperature of 65 to 75°C for 5 to 7 hours to manufacture the polymer membrane. It consists of Step 4-3 (S43).
상기 제4-1단계(S41)는 초음파(sonicator)를 이용하여 20 내지 40 분 동안 5회 분산시켜 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액을 제조한다. The above step 4-1 (S41) prepares the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) dispersion by dispersing it five times for 20 to 40 minutes using a sonicator.
상기 제4-2단계(S42)는 상온에서 50 내지 70 분 동안 교반 후, 55 내지 65 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 진공 건조 시켜 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 제조한다.The above step 4-2 (S42) manufactures the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) composite membrane by stirring at room temperature for 50 to 70 minutes and then vacuum drying at a temperature of 55 to 65°C for 5 to 7 hours.
상기 제4-3단계(S43)는 상기 제조된 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막은 비색관에 넣고 65 내지 75 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 가열 반응 후 상기 과산화수소를 적하하여 반응 후 증류수로 수회 세척한 다음 건조하여 상기 고분자막을 수득한다.In the above step 4-3 (S43), the manufactured Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) composite membrane is placed in a colorimetric tube and heated at a temperature of 65 to 75°C for 5 to 7 hours, then the hydrogen peroxide is added dropwise to cause a reaction, and then the membrane is washed several times with distilled water and then dried to obtain the polymer membrane.
여기서, 상기 Nafion-GO(x)의 x는 상기 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO) 그래프팅된 나피온(Nafion)의 wt% 함량이며, x는 0 내지 80 인 것을 특징으로 한다.Here, x of the Nafion-GO(x) is the wt% content of the graphene oxide (GO) grafted Nafion, and x is characterized as being 0 to 80.
<양이온 교환막 수전해 장치><Cation exchange membrane electrolysis device>
이상에서 설명한 본 발명에 따른 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막은, 그 용도에 있어서 이온 교환성을 위해 사용되는 것이면 본 발명에 포함한다. 바람직하게는 물의 전기분해(수전해)로 유용하게 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 양이온 교환막을 포함하는 수전해 장치를 제공할 수 있다. The branched copolymer cation exchange membrane comprising the graphene oxide grafted with Nafion according to the present invention described above is included in the present invention if it is used for ion exchange in its intended use. Preferably, it can be usefully applied to electrolysis of water (water electrolysis). Therefore, the present invention can provide a water electrolysis device comprising the cation exchange membrane.
본 발명인 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 수전해 장치는, 아래 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a branched copolymer cation exchange membrane electrolysis device comprising grafted graphene oxide and Nafion, characterized in that it comprises a first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1] and a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO).
상기 제2중합체에서 상기 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO) 그래프팅된 나피온(Nafion)의 wt% 함량은 0 내지 80 인 것을 특징으로 한다.The wt% content of the graphene oxide (GO) grafted Nafion in the second polymer is characterized as being 0 to 80.
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임). (wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 한다.The above Nafion is characterized by having a repeating unit of the following [chemical formula 2].
[화학식 2][Chemical formula 2]
(여기서, m은 6.6 임).(Here, m is 6.6).
한편, 본 발명에 따른 수전해 장치 및 연료 전지는 통상과 같은 구조를 가질 수 있으며, 전해질로서 상기 본 발명에 따른 양이온 교환막을 사용하는 것이면 본 발명에 포함한다.Meanwhile, the water electrolysis device and fuel cell according to the present invention may have a conventional structure, and are included in the present invention if they use the cation exchange membrane according to the present invention as an electrolyte.
본 발명에 따른 수전해 장치는, 예를 들어 통상과 같이 전해질 막, 상기 전해질 막의 양 표면에 형성된 양극 및 음극 촉매층을 가지는 막-전극 접합체(MEA)를 적어도 포함하되, 전자와 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태로 배열된 프레임, 세퍼레이터(분리판), MEA 지지체 및 가스켓(패킹) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The electrolysis device according to the present invention may be configured to include, for example, at least a membrane-electrode assembly (MEA) having an electrolyte membrane, and anode and cathode catalyst layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane, as is conventional, and may include a frame, a separator, an MEA support, and a gasket (packing), etc. arranged in a form that allows the supply and discharge of electrons, reactants, and products.
이때, 상기 막-전극 접합체(MEA)를 구성하는 전해질 막은 상기 본 발명에 따른 플루오렌 및 바이페닐 기반 가지형 공중합체 양이온 교환막으로 구성된다.At this time, the electrolyte membrane constituting the membrane-electrode assembly (MEA) is composed of a fluorene and biphenyl-based branched copolymer cation exchange membrane according to the present invention.
또한, 본 발명에 따른 연료 전지는, 예를 들어 통상과 같은 구조의 고체 고분자형 연료 전지(PEFC)로서, 전해질 막, 상기 전해질 막의 양쪽에 접합된 촉매층, 상기 촉매층의 외측에 접합된 가스 확산층을 포함하는 막-전극 접합체(MEA)를 가질 수 있다. 그리고 상기 막-전극 접합체(MEA)에는 세퍼레이터가 배치되고, 연료 가스 또는 산화제 가스를 공급하는 가스 유로가 막-전극 접합체(MEA)와 세퍼레이터의 접촉 부분 또는 세퍼레이터 내에 형성될 수 있다. 아울러, 수소나 메탄올 등의 연료 가스가 공급되는 연료극과, 공기나 산소 등의 산화제 가스가 공급되는 산소극을 갖는다. 이때, 상기 막-전극 접합체(MEA)를 구성하는 전해질 막은 상기 본 발명에 따른 양이온 교환막으로 구성된다.In addition, the fuel cell according to the present invention may have a membrane electrode assembly (MEA) including, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) having a conventional structure, an electrolyte membrane, a catalyst layer bonded to both sides of the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer bonded to the outside of the catalyst layer. A separator may be arranged in the membrane electrode assembly (MEA), and a gas path for supplying a fuel gas or an oxidizer gas may be formed at a contact portion between the membrane electrode assembly (MEA) and the separator or within the separator. In addition, the fuel electrode to which a fuel gas such as hydrogen or methanol is supplied, and an oxygen electrode to which an oxidizer gas such as air or oxygen is supplied, have. At this time, the electrolyte membrane constituting the membrane electrode assembly (MEA) is composed of a cation exchange membrane according to the present invention.
<양이온 교환막 연료 전지><Cation Exchange Membrane Fuel Cell>
이상에서 설명한 본 발명에 따른 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막은, 그 용도에 있어서 이온 교환성을 위해 사용되는 것이면 본 발명에 포함한다. 바람직하게는 연료전지를 포함하는 연료전지 시스템을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 양이온 교환막을 포함하는 연료전지를 제공할 수 있다. The branched copolymer cation exchange membrane comprising the Nafion grafted graphene oxide according to the present invention described above is included in the present invention if it is used for ion exchange in its intended use. Preferably, a fuel cell system including a fuel cell can be provided. Accordingly, the present invention can provide a fuel cell including the cation exchange membrane.
본 발명에 따른 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 연료 전지는, 아래 [화학식 1]의 반복단위를 갖는 제1중합체와 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.A branched copolymer cation exchange membrane fuel cell comprising Nafion-grafted graphene oxide according to the present invention is characterized by comprising a first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1] and a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO).
상기 제2중합체에서 상기 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO) 그래프팅된 나피온(Nafion)의 wt% 함량은 0 내지 80 인 것을 특징으로 한다.The wt% content of the graphene oxide (GO) grafted Nafion in the second polymer is characterized as being 0 to 80.
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임). (wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 한다.The above Nafion is characterized by having a repeating unit of the following [chemical formula 2].
[화학식 2][Chemical formula 2]
(여기서, m은 6.6 임).(Here, m is 6.6).
본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 통상과 같은 구조를 가질 수 있으며, 이를 구성하는 연료 전지로서 상기 본 발명에 따른 연료 전지를 사용하는 것이면 본 발명에 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 연료 전지, 원료 가스로부터 수소를 생성하여 상기 연료 전지의 연료극에 수소를 공급하는 수소 생성 장치, 상기 연료 전지의 산소극에 산화제 가스(공기, 산소 등)를 공급하는 산화제 가스 공급 장치, 상기 연료극의 출입구를 개폐하는 연료 가스 개폐 수단, 상기 산소극의 출입구를 개폐하는 산화제 가스 개폐 수단, 상기 수소 생성 장치의 출입구를 개폐하는 수소 개폐 수단, 상기 연료 가스 개폐 수단, 산화제 가스 개폐 수단 및 수소 개폐 수단의 개폐 동작을 제어하는 제어 장치 등을 포함할 수 있다. 이때, 상기 연료 전지는 상기 본 발명에 따른 플루오렌 및 바이페닐 기반 가지형 공중합체 양이온 교환막을 포함하는 연료 전지로 구성된다. 또한, 상기 본 발명에 따른 연료 전지 시스템을 구성하는 수소 생성 장치로는 상기 본 발명에 따른 수전해 장치가 적용될 수 있다.The fuel cell system according to the present invention may have a conventional structure, and if the fuel cell according to the present invention is used as the fuel cell constituting it, it is included in the present invention. For example, the fuel cell system according to the present invention may include a fuel cell, a hydrogen generation device which generates hydrogen from a raw material gas and supplies hydrogen to a fuel electrode of the fuel cell, an oxidizer gas supply device which supplies an oxidizer gas (air, oxygen, etc.) to an oxygen electrode of the fuel cell, a fuel gas opening/closing means for opening and closing the inlet/outlet of the fuel electrode, an oxidizer gas opening/closing means for opening and closing the inlet/outlet of the oxygen electrode, a hydrogen opening/closing means for opening and closing the inlet/outlet of the hydrogen generation device, a control device for controlling the opening/closing operations of the fuel gas opening/closing means, the oxidizer gas opening/closing means, and the hydrogen opening/closing means, etc. In this case, the fuel cell is configured as a fuel cell including the fluorene and biphenyl-based branched copolymer cation exchange membrane according to the present invention. In addition, a water electrolysis device according to the present invention can be applied as the hydrogen generation device constituting the fuel cell system according to the present invention.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. The purpose, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following examples. The present invention is not limited to the examples described herein, and may be embodied in other forms. The examples introduced herein are provided so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.
실시예 1 : 플루오렌-바이페닐 기반 고분자(이하, F1BCExample 1: Fluorene-biphenyl-based polymer (hereinafter, F1BC) 77 Br-10 및 F1BCBr-10 and F1BC 77 Br-30)의 제조Manufacturing of Br-30)
F1BC7Br-10은 9,9-Dimethylfluorene (1 g, 5.15 mmol), Biphenyl (7.14 g, 46.33 mmol) 및 7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one (13.99 g, 56.62 mmol)를 단량체로, Trifluoromethanesulfonic acid (TFSA) (77.25 g, 514.75 mmol)를 촉매로, 단량체 무게 대비 23 wt% Dichloromethane (DCM)를 반응 용매로 5 ℃, 30 m 유지 후 RT, 3 h 30 m 반응하여 합성되었다. 반응 후, 생성 된 고분자용액을 메탄올 (1300 ㎖)에 침전시킨 후 메탄올로 수회 세척 한 다음 40 ℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. F1BC 7 Br-10 was synthesized using 9,9-Dimethylfluorene (1 g, 5.15 mmol), Biphenyl (7.14 g, 46.33 mmol), and 7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one (13.99 g, 56.62 mmol) as monomers, trifluoromethanesulfonic acid (TFSA) (77.25 g, 514.75 mmol) as a catalyst, and 23 wt% dichloromethane (DCM) based on the weight of monomers as a reaction solvent at 5 ℃, 30 min, then reacted at RT, 3 h 30 min. After the reaction, the resulting polymer solution was precipitated in methanol (1300 mL), washed several times with methanol, and then dried in a vacuum oven at 40 ℃.
F1BC7Br-30은 9,9-Dimethylfluorene (2 g, 10.29 mmol), Biphenyl (3.70 g, 24.02 mmol) 및 7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one (9.33 g, 37.75 mmol)를 단량체로, TFSA (51.50 g, 343.17 mmol)를 촉매로, 단량체 무게 대비 23 wt% DCM을 반응 용매로 5 ℃, 30 m 유지 후 RT, 3 h 반응하여 합성되었으며, 침전 및 수득방법은 위와 동일하다.F1BC 7 Br-30 was synthesized using 9,9-Dimethylfluorene (2 g, 10.29 mmol), Biphenyl (3.70 g, 24.02 mmol), and 7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one (9.33 g, 37.75 mmol) as monomers, TFSA (51.50 g, 343.17 mmol) as a catalyst, and 23 wt% DCM based on the weight of monomers as a reaction solvent at 5 ℃, 30 min, and then reacted at RT for 3 h. The precipitation and obtaining methods are the same as above.
실시예 2 : 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자(이하, F1B-TA-10 및 F1B-TA-30)를 제조Example 2: Preparation of fluorene-biphenyl-based polymers bonded with thioacetic acid (hereinafter, F1B-TA-10 and F1B-TA-30)
F1B-TA-10은 앞서 합성한 FL1C7Br-10 (2 g, 5.16 mmol) 및 Potassium thioacetate (1.12 g, 9.81 mmol)를 반응 물질로, 반응 물질 무게 대비 6 wt% Tetrahydrofuran (THF) 를 반응 용매로 50 ℃, 10 h 반응하여 합성되었다. 반응 후, 생성 된 고분자용액을 메탄올 (1000 ㎖)와 Hydrochloric acid (100 ㎖, 2M)을 혼합한 용액에 침전시킨 후 증류수로 수회 세척 한 다음 40 ℃ 진공오븐에서 건조시켰다. F1B-TA-10 was synthesized by reacting previously synthesized FL1C 7 Br-10 (2 g, 5.16 mmol) and potassium thioacetate (1.12 g, 9.81 mmol) as reactants and 6 wt% tetrahydrofuran (THF) as a reaction solvent based on the weight of the reactants at 50 °C for 10 h. After the reaction, the produced polymer solution was precipitated in a solution of methanol (1000 mL) and hydrochloric acid (100 mL, 2 M), washed several times with distilled water, and then dried in a vacuum oven at 40 °C.
F1B-TA-30은 앞서 합성한 FL1C7Br-30 (2 g, 5.06 mmol) 및 Potassium thioacetate (1.04 g, 9.11 mmol)를 반응 물질로, 반응 물질 무게 대비 6 wt% Tetrahydrofuran (THF) 를 반응 용매로 50 ℃, 10 h 반응하여 합성되었으며, 침전 및 수득방법은 위와 동일하다.F1B-TA-30 was synthesized by reacting previously synthesized FL1C7Br-30 (2 g, 5.06 mmol) and potassium thioacetate (1.04 g, 9.11 mmol) as reactants and 6 wt% tetrahydrofuran (THF) as a reaction solvent based on the weight of the reactants at 50 ℃ for 10 h, and the precipitation and yielding methods are the same as above.
실시예 3 : 나피온-그래핀옥사이드(이하, Nafion-GO(x)) 제조Example 3: Preparation of Nafion-Graphene Oxide (hereinafter, Nafion-GO(x))
Graphene oxide (GO, 0.1 g)의 분산액은 Isopropanol : water = 2:1 (v/v), 20 ㎖를 용매로 하여 sonicator를 이용하여 1시간 분산시켜 분산 용액을 제조하였다. 이후 Nafion solution(D2020)를 투입한 뒤 3회의 freeze-pump-thaw 를 통해 내부의 산소를 제거하고 질소 분위기를 유지한 다음 2,2'-bipyridyl (BPY, 0.05 g), copper bromide (CuBr, 0.062 g)을 촉매로 첨가하여 80 ℃, 18 h 질소 분위기 하에서 반응하여 합성되었다. 반응 후, 원심 분리기를 사용하여 Nafion-GO(x)를 세척하고 수득하였다. Graphene oxide (GO, 0.1 g) was dispersed in a solvent of isopropanol: water = 2:1 (v/v), 20 ㎖ using a sonicator for 1 hour to prepare a dispersion solution. After adding Nafion solution (D2020), internal oxygen was removed through three freeze-pump-thaw cycles, and a nitrogen atmosphere was maintained. Then, 2,2'-bipyridyl (BPY, 0.05 g) and copper bromide (CuBr, 0.062 g) were added as catalysts and reacted at 80 ℃ for 18 h under a nitrogen atmosphere to synthesize. After the reaction, Nafion-GO(x) was washed and obtained using a centrifuge.
Nafion solution은 Nafion-GO(Nafion-GO(44), Nafion-GO(61))의 Nafion함량에 따라 각각 1.5 g, 0.6 g 사용 되었다. Nafion solution was used in amounts of 1.5 g and 0.6 g, respectively, depending on the Nafion content of Nafion-GO (Nafion-GO(44), Nafion-GO(61)).
실시예 4 : 고분자막(이하, F1B-SA-n/Nafion-GO(Example 4: Polymer membrane (hereinafter, F1B-SA-n/Nafion-GO( xx )) 제조)) manufacturing
F1B-SA-10/Nafion-GO(x)는 다음과 같은 방법을 통해 제조 되었다. F1B-SA-10/Nafion-GO(x) was prepared by the following method.
앞서 합성한 Nafion-GO(x) (5 mg)와 DMF (9.5 g)을 20 ㎖ 바이알에 넣은 뒤 sonicator를 사용하여 30분, 5회 분산시켜 Nafion-GO 분산액을 제조하였다. 그 이후 분산액에 F1B-TA-10 (0.5 g)를 넣은 뒤 상온에서 1 h 교반 시킨 후 지름 10 cm petridish에 부어 60 ℃, 6 h 진공 건조 시켜 F1B-TA-10/Nafion-GO(x) 복합막을 제조하였다. 제조한 복합막은 100 ml 비색관에 Formic acid(HCOOH) 15 ml, distilled water 45 ml 용액을 부은 후 60 ℃가 될 때까지 가열을 한다. 이후 비색관에 8x8 ㎠, 50 ㎖의 복합막을 넣고 10 m 유지 후 hydrogen peroxide 30 ml를 천천히 추가하고 70 ℃ , 6h 동안 반응시켰다. 반응 후 증류수로 수회 세척 한 다음 건조하여 F1B-SA-10/Nafion-GO(44) 및 F1B-SA-10/Nafion-GO(61)을 제조하였다.The previously synthesized Nafion-GO(x) (5 mg) and DMF (9.5 g) were placed in a 20 mL vial and sonicated 5 times for 30 minutes to prepare a Nafion-GO dispersion. After that, F1B-TA-10 (0.5 g) was added to the dispersion, stirred at room temperature for 1 h, poured into a 10 cm diameter petri dish, and dried under vacuum at 60 °C for 6 h to prepare a F1B-TA-10/Nafion-GO(x) composite membrane. The prepared composite membrane was poured into a 100 mL colorimetric tube with a solution of 15 mL of formic acid (HCOOH) and 45 mL of distilled water, and then heated to 60 °C. After that, a 8x8 ㎠, 50 ㎖ composite membrane was placed in a colorimetric tube, maintained at 10 m, 30 mL of hydrogen peroxide was slowly added, and the reaction was performed at 70 ℃ for 6 h. After the reaction, the membrane was washed several times with distilled water and then dried to produce F1B-SA-10/Nafion-GO (44) and F1B-SA-10/Nafion-GO (61).
아래는 앞서 실시한 실시예를 이용하여 1H NMR, FT-IR, TGA, 기계적 물성 평가, 수분 흡수도, 이온교환용량, 수소이온전도도 및 수전해 셀 테스트를 수행하였다. Below, 1H NMR, FT-IR, TGA, mechanical property evaluation, water absorption, ion exchange capacity, hydrogen ion conductivity, and water electrolysis cell tests were performed using the previously implemented examples.
실험예 1 : F1BCExperimental Example 1: F1BC 77 Br-10 및 F1B-TA-10의 Br-10 and F1B-TA-10 11 H NMR 분석 결과H NMR analysis results
F1BC7Br-10 및 F1B-TA-10의 1H-NMR 확인 결과는 도 6에 나타내었다. F1BC7Br-10 가지 말단의 개질 가능한 위치(-Br) 옆의 CH2 (11)의 NMR 피크의 변화를 통해 반응의 진행여부를 파악하였다. The results of 1 H-NMR confirmation of F1BC 7 Br-10 and F1B-TA-10 are shown in Fig. 6. The progress of the reaction was determined through the change in the NMR peak of CH 2 (11) next to the modifiable position (-Br) of the F1BC 7 Br-10 branch terminal.
F1B-TA-10 데이터에서, 반응 전 물질인 F1BC7Br-10의 11번 피크의 완전한 이동(11’) 및 12번 피크의 생성을 통해 100 % 전환율로 합성되었음을 확인하였다.In the F1B-TA-10 data, it was confirmed that the synthesis was achieved with 100% conversion through the complete shift (11') of the 11th peak and the generation of the 12th peak of F1BC 7 Br-10, which was the material before the reaction.
실험예 2 : F1BCExperimental Example 2: F1BC 77 Br-10 및 F1B-TA-10의 FT-IR 분석 결과FT-IR analysis results of Br-10 and F1B-TA-10
도 7에 나타난 바와 같이, F1BC7Br-10 및 F1B-TA-10의 FT-IR을 확인 한 결과 3000-2840 cm-1 부근의 C-H 피크를 확인 할 수 있으며, 1725-1705 cm-1 부근의 C=O 피크를 확인 하여 말단 작용기의 변화를 확인하였다.As shown in Fig. 7, the FT-IR of F1BC 7 Br-10 and F1B-TA-10 confirmed the CH peak around 3000-2840 cm -1 , and the C=O peak around 1725-1705 cm -1 , confirming the change in the terminal functional group.
실험예 3 : Nafion-GO(44) 및 Nafion-GO(61)의 TGA 분석 결과Experimental Example 3: TGA analysis results of Nafion-GO(44) and Nafion-GO(61)
전해질 막의 TGA는 다음과 같은 방법으로 측정 되었다. 상온에서 120 ℃ 까지 20 ℃ min-1 으로 올린 후 10 min 동안 유지하여 잔여수분 제거 및 안정화를 실시하였다. 이후 60 ℃ 까지 20 ℃ min-1 으로 냉각한 뒤 60 ℃ 에서 700 ℃ 까지 10 ℃ min-1 으로 질소 분위기에서 고분자 시료의 무게변화를 측정하였다. The TGA of the electrolyte membrane was measured by the following method. The temperature was increased from room temperature to 120 ℃ at 20 ℃ min -1 and maintained for 10 min to remove residual moisture and stabilize. After that, it was cooled to 60 ℃ at 20 ℃ min -1 and the weight change of the polymer sample was measured from 60 to 700 ℃ at 10 ℃ min -1 in a nitrogen atmosphere.
도 8에 나타난 바와 같이, Nafion-GO(x)는 330 ℃와 600 ℃ 사이에 Nafion의 분해가 발생하여 330 ℃와 600 ℃ 사이의 무게 변화를 통해 Nafion-GO(x)의 Nafion 함량을 확인한 결과 Nafion-GO(x)의 Nafion 함량은 Nafion-GO(44), Nafion-GO(61) 각각 44 wt%, 61 wt%로 확인하였다.As shown in Fig. 8, Nafion-GO(x) showed decomposition of Nafion between 330°C and 600°C, and the Nafion content of Nafion-GO(x) was confirmed through the weight change between 330°C and 600°C. As a result, the Nafion contents of Nafion-GO(x) were confirmed to be 44 wt% and 61 wt% for Nafion-GO(44) and Nafion-GO(61), respectively.
실험예 4 : Nafion-GO(44) 및 Nafion-GO(61)의 FT-IR 분석 결과Experimental Example 4: FT-IR analysis results of Nafion-GO(44) and Nafion-GO(61)
도 9에 나타난 바와 같이, Nafion-GO(44) 및 Nafion-GO(61)의 FT-IR 확인 결과 1720 cm-1 부근에서 GO의 C=C 피크를 확인 할 수 있으며, 1113 cm-1 과 1164 cm-1 사이에서 Nafion 사슬의 -CF2- 피크를 확인을 통해 Nafion-GO(44) 및 Nafion-GO(61)이 성공적으로 합성 된 것을 확인 할 수 있다.As shown in Fig. 9, the FT-IR results of Nafion-GO (44) and Nafion-GO (61) show that the C=C peak of GO is observed around 1720 cm -1 , and the -CF 2 - peak of the Nafion chain is observed between 1113 cm -1 and 1164 cm -1 , confirming that Nafion-GO (44) and Nafion-GO (61) were successfully synthesized.
또한 Nafion-GO(44)와 Nafion-GO(61)을 비교한 결과 1113 cm-1 과 1164 cm-1 사이의 피크가 Nafion-GO(44)와 비교하여 Nafion-GO(61)가 강하게 나타나 Nafion-GO에 Nafion의 함량이 높은 것을 확인 할 수 있다.In addition, when comparing Nafion-GO(44) and Nafion-GO(61), the peak between 1113 cm -1 and 1164 cm -1 was stronger in Nafion-GO(61) than in Nafion-GO(44), confirming that Nafion-GO has a high content of Nafion.
실험예 5 : F1B-SA-10/Nafion-GO(44) 및 F1B-SA-10/Nafion-GO(61) 고분자 막의 기계적 물성 평가Experimental Example 5: Mechanical Properties Evaluation of F1B-SA-10/Nafion-GO(44) and F1B-SA-10/Nafion-GO(61) Polymer Membranes
기계적 물성을 측정하기 위해 LLOYD UTM LS1 기기에 250 N의 Load cell 결합 후, ASTM D 638 type Ⅴ로 자른 시편을 체결하였다. Extension rate는 5 mm/min으로 전해질 막 종류별 6개 이상을 측정하여 strain-stress 곡선 및 영률 및 연신율의 평균과 표준편차를 구하였다. To measure the mechanical properties, a 250 N load cell was attached to the LLOYD UTM LS1 device, and specimens cut according to ASTM D 638 type Ⅴ were clamped. The extension rate was 5 mm/min, and more than 6 specimens for each type of electrolyte membrane were measured to obtain the strain-stress curve and the average and standard deviation of the Young's modulus and elongation.
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
Nafion-GO(44)Nafion-GO(44)
Nafion-GO(61)Nafion-GO(61)
표 1 및 도 10에 나타난 바와 같이, F1B-SA-10/Nafion-GO(44)와 F1B-SA-10/Nafion-GO(61)의 인장강도는 각각 16.0 MPa, 14.1 MPa 을 보이며, 연신율은 각각 9.6%, 10.9%를 나타내었다.As shown in Table 1 and Fig. 10, the tensile strengths of F1B-SA-10/Nafion-GO (44) and F1B-SA-10/Nafion-GO (61) were 16.0 MPa and 14.1 MPa, respectively, and the elongations were 9.6% and 10.9%, respectively.
실험예 6 : F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 막의 수분 흡수도 및 치수 변화Experimental Example 6: Water Absorption and Dimensional Changes of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) Polymer Membranes
수분 흡수도 및 치수 변화는 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 데시케이터를 통해 건조 된 막을 1 cm × 4 cm 크기로 자른 다음 두께와 건조 된 막의 무게를 측정하였다. 그 후 건조 상태에서 면적, 두께, 무게가 측정 된 막을 바이알에 넣고 증류수를 채운 뒤 30 ℃와 80 ℃ 건조 오븐에 각각 넣었다. 12 h 뒤 오븐에서 팽윤된 막을 꺼내 면적, 두께 및 무게를 측정하여 아래와 같은 공식을 사용해 치수 변화를 측정하였다. 각 샘플 당 3회 씩 측정하였다. The moisture absorption and dimensional change were measured by the following method. The membrane dried in a desiccator was cut into 1 cm × 4 cm sizes, and the thickness and weight of the dried membrane were measured. After that, the membrane whose area, thickness, and weight were measured in the dried state were placed in a vial, filled with distilled water, and placed in a drying oven at 30 °C and 80 °C, respectively. After 12 h, the swollen membrane was taken out of the oven, and the area, thickness, and weight were measured, and the dimensional change was measured using the following formula. Measurements were performed three times for each sample.
Water uptake [%] = [(Wwet - Wdry) / Wdry] × 100Water uptake [%] = [(W wet - W dry ) / W dry ] × 100
Change in dimension [%] = [((Awet × Twet) - (Adry × Tdry)) / (Adry × Tdry)] × 100 Change in dimension [%] = [((A wet × T wet ) - (A dry × T dry )) / (A dry × T dry )] × 100
(여기서, Wdry 와 Wwet는 건조 된 막과 팽윤 된 막의 무게, Adry 와 Awet는 건조 된 막과 팽윤 된 막의 면적, Tdry와 Twet는 건조 된 막과 팽윤 된 막의 두께임)(Here, W dry and W wet are the weights of the dried and swollen membranes, A dry and A wet are the areas of the dried and swollen membranes, and T dry and T wet are the thicknesses of the dried and swollen membranes.)
Nafion-GO(44)Nafion-GO(44)
Nafion-GO(61)Nafion-GO(61)
표 2 및 도 11에 나타난 바와 같이, Nafion-GO의 Nafion 함량이 낮은 복합막의 경우 기존의 pristine 막과 비교하여 치수 변화가 감소한 것을 확인 할 수 있는 반면 Nafion-GO의 Nafino 함량이 높은 복합막의 경우 치수 변화가 커지는 현상을 확인 할 수 있다.As shown in Table 2 and Fig. 11, for the composite membrane with a low Nafion content of Nafion-GO, the dimensional change is confirmed to be reduced compared to the existing pristine membrane, whereas for the composite membrane with a high Nafino content of Nafion-GO, the dimensional change is confirmed to be increased.
실험예 7 : F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 막의 이온교환용량 측정Experimental Example 7: Measurement of ion exchange capacity of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) polymer membrane
이온교환용량을 측정하기 위해 건조된 양이온 교환막의 무게 측정 후 30 ml 바이알에 넣고 1M NaCl 용액 15 ml 추가 및 60℃, 6h 이상 교반을 시켜 샘플을 준비하였다. 0.01M NaOH 용액을 자동 전위차 적정기 [Potentiometric titrator (TITRANDO 888)]를 이용하여 양이온 교환막이 담겨있는 용액이 pH= 7.0 이 될 때까지 들어간 NaOH의 부피를 확인한 후 다음의 공식을 통해 계산하였다. To measure the ion exchange capacity, the weight of the dried cation exchange membrane was measured, placed in a 30 ml vial, 15 ml of 1 M NaCl solution was added, and the sample was prepared by stirring at 60℃ for more than 6 h. The volume of NaOH added until the pH of the solution containing the cation exchange membrane became 7.0 was confirmed using an automatic potentiometric titrator (TITRANDO 888) for 0.01 M NaOH solution, and the calculation was made using the following formula.
IECw = ( CNaOH * △VNaOH / Ws ) * 1000 [meq/g]IEC w = ( C NaOH * ΔV NaOH / W s ) * 1000 [meq/g]
(여기서, CNaOH는 NaOH 농도 (0.01M), △VNaOH 는 NaOH 부피, Ws는 건조된 막의 무게임)(Here, C NaOH is the NaOH concentration (0.01 M), △V NaOH is the NaOH volume, and W s is the weight of the dried membrane.)
(meq /g) Theoretical IEC
(meq /g)
(meq /g) Experimental IEC
(meq /g)
Nafion-GO(44)Nafion-GO(44)
Nafion-GO(61)Nafion-GO(61)
표 3에 나타난 바와 같이, F1B-SA-10/Nafion-GO(x)의 경우 기존 F1B-SA-10 Pristine 막과 비교하여 다소 감소한 IEC를 나타내었다. As shown in Table 3, F1B-SA-10/Nafion-GO(x) showed a slightly decreased IEC compared to the conventional F1B-SA-10 Pristine membrane.
실험예 8 : F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 막의 수소이온전도도Experimental Example 8: Hydrogen ion conductivity of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) polymer membrane
수소이온 전도도 측정을 위해 0.5 × 3 ㎠의 샘플을 제조하여 4-probe cell에 체결한 후 electrochemical spectroscopy(SP-240, Bio Logic Science Instrument, France) 장비를 이용하여 측정하였다. 측정조건은 2차 증류수에 cell을 넣은 100% RH 조건으로, 30 ℃부터 90 ℃까지 온도변화에 따른 저항 값을 측정하여 다음의 공식을 통해 계산하였다. To measure hydrogen ion conductivity, a 0.5 × 3 ㎠ sample was prepared and attached to a 4-probe cell, and then measured using electrochemical spectroscopy (SP-240, Bio Logic Science Instrument, France). The measurement conditions were 100% RH conditions with the cell placed in double-distilled water, and the resistance value according to the temperature change from 30 ℃ to 90 ℃ was measured and calculated using the following formula.
Proton conductivity (σ) [mS cm-1] = d/RSProton conductivity (σ) [mS cm -1 ] = d/RS
(여기서, D는 전극사이의 거리, R은 저항 값, S은 샘플의 두께*폭임) (Here, D is the distance between the electrodes, R is the resistance value, and S is the thickness*width of the sample)
Cell이 담겨있는 증류수에 30 ℃부터 10 ℃간격으로 90 ℃까지의 각 온도에 도달 시 저항 값을 측정하였으며, 각 온도마다 저항 값 6회 측정 및 기록하였다. The resistance value was measured at each temperature from 30 ℃ to 90 ℃ in distilled water containing the cell, at 10 ℃ intervals, and the resistance value was measured and recorded six times at each temperature.
/Nafion-GO(44)/Nafion-GO(44)
/Nafion-GO(61)/Nafion-GO(61)
표 4 및 도 12에 나타난 바와 같이, F1B-SA-10/Nafion-GO(x)는 기존 F1B-SA-10 pristine 과 비교하여 향상된 수소이온전도도를 나타내었으며, Nafion-GO의 Nafino 함량이 높을수록 높은 수소이온전도도를 확인하였다.As shown in Table 4 and Fig. 12, F1B-SA-10/Nafion-GO(x) exhibited improved hydrogen ion conductivity compared to the conventional F1B-SA-10 pristine, and it was confirmed that the higher the Nafino content of Nafion-GO, the higher the hydrogen ion conductivity.
실험예 9 : F1B-SA-10/Nafion-GO(x) 고분자 막의 수전해 셀테스트Experimental Example 9: Water electrolysis cell test of F1B-SA-10/Nafion-GO(x) polymer membrane
수전해 셀테스트를 위해 막 전극 접합체 (MEA)를 이용한 셀테스트는 가스 확산층 (JNT30-A3, JNTG, Korea), 고무 가스켓, 흑연 바이폴라플레이트 및 알루미늄 엔드 플레이트를 조립하여 사용하였다. For the electrolysis cell test, a membrane electrode assembly (MEA) was used for the cell test by assembling a gas diffusion layer (JNT30-A3, JNTG, Korea), a rubber gasket, a graphite bipolar plate, and an aluminum end plate.
테스트 장비 (Z010-100, SCITHEC KOREA)를 이용하여 일정한 가스유량(H2: 100 sccm, Air: 200 sccm)에서 분극곡선을 얻었고, 전기화학적 임피던스 분광기는 0.6 V에서 90 mV 진폭으로 수행하였으며, 포텐시오 스탯 (SP-300, Biologic, France)을 통해 100kHz ~ 50mHz의 주파수 범위에서 수행하였다.Polarization curves were obtained at a constant gas flow rate ( H2 : 100 sccm, Air: 200 sccm) using a test device (Z010-100, SCITHEC KOREA), and electrochemical impedance spectroscopy was performed at 0.6 V with an amplitude of 90 mV, and a potentiostat (SP-300, Biologic, France) was used in the frequency range of 100 kHz to 50 mHz.
(A/㎠)(A/㎠)
Nafion-GO(44)Nafion-GO(44)
표 5 및 도 13에 나타난 바와 같이, F1B-SA-10/Nafion-GO(x)는 기존 F1B-SA-10 pristine 막과 비교하여 향상된 수전해 셀 성능을 확인하였다.As shown in Table 5 and Fig. 13, F1B-SA-10/Nafion-GO(x) showed improved water electrolysis cell performance compared to the conventional F1B-SA-10 pristine membrane.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 종래의 염기성 촉매하에서 축합 중합을 통한 양이온 교환 소재 개발이 아닌, 강산 조건에서의 친전자성 치환반응을 이용하여 고분자 주쇄에 화학적으로 약한 결합이 없어 화학적으로 안정한 효과가 있다. By means of solving the above problem, the present invention has the effect of chemical stability because there is no chemically weak bond in the polymer main chain by utilizing an electrophilic substitution reaction under strong acid conditions, rather than developing a cation exchange material through condensation polymerization under a conventional basic catalyst.
또한, 본 발명은 라디칼에 안정적인 플루오렌으로 구성되어 화학적으로 안정한 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a chemically stable cation exchange membrane composed of radical-stable fluorene and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 고분자 주쇄 전체가 오직 탄소 단일 결합으로만 구성되어 화학적 안정성이 우수한 양이온 교환막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a cation exchange membrane having excellent chemical stability because the entire polymer main chain is composed of only carbon single bonds, and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 양이온 교환 작용기가 곁사슬 말단에 도입된 가지형 공중합체 고분자로, 뚜렷한 친수성 또는 소수성 상분리 효과로 인해 이온전도 거동 및 물리화학적 안정성을 동시에 향상시킨 분자 전해질 막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, the present invention can manufacture a molecular electrolyte membrane and a water electrolysis system using the same, which simultaneously improve ion conduction behavior and physicochemical stability due to a distinct hydrophilic or hydrophobic phase separation effect, by using a branched copolymer polymer in which a cation exchange functional group is introduced at the end of the side chain.
또한, 본 발명은 산 촉매하의 상온에서 축합 중합을 통해 수득되므로, 대량생산이 용이한 분자 전해질 막 및 이를 이용한 수전해 시스템을 제조할 수 있다. In addition, since the present invention is obtained through condensation polymerization at room temperature under an acid catalyst, it is possible to manufacture a molecular electrolyte membrane that is easy to mass-produce and a water electrolysis system using the same.
또한, 본 발명은 나피온이 그래프팅 된 그래핀 옥사이드를 첨가하여 제조된 복합막으로, 친수성 및 소수성의 나노 상분리가 명확하여 개질된 그래핀 옥사이드가 미 첨가된 기저 고분자로만 제조된 막 보다 향상된 성능을 나타낸다.In addition, the present invention provides a composite membrane manufactured by adding graphene oxide grafted onto Nafion, which exhibits clear nano-phase separation of hydrophilicity and hydrophobicity, thereby exhibiting improved performance compared to a membrane manufactured only with a base polymer to which modified graphene oxide is not added.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.In this way, it will be understood by those skilled in the art that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
삭제delete
Claims (20)
그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함하 고,
인장강도가 14.1 내지 16.0 MPa 이며, 연신율이 9.6 내지 10.9 %이고,
80℃에서 이온전도도가 260.7 내지 272.0 mS/㎝인 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 :
[화학식 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임).
A first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1]
A second polymer comprising Nafion grafted onto graphene oxide (GO) ,
The tensile strength is 14.1 to 16.0 MPa, and the elongation is 9.6 to 10.9 %.
A branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the ionic conductivity at 80°C is 260.7 to 272.0 mS/cm :
[Chemical Formula 1]
(wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 :
[화학식 2]
(여기서, m은 6.6 임).
In paragraph 1,
The above Nafion is a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized by having a repeating unit of the following [chemical formula 2]:
[Chemical formula 2]
(Here, m is 6.6).
상기 양이온 교환막은,
이온교환용량(IEC)이 2.0 내지 5.0 meq /g 인 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막.
In paragraph 1,
The above cation exchange membrane is,
A branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the ion exchange capacity (IEC) is 2.0 to 5.0 meq/g.
상기 제1단계에서 제조한 플루오렌-바이페닐 기반 고분자와 포타슘 싸이오아세테이트(Potassium thioacetate)를 반응시켜 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 제조하는 제2단계;
그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액에 나피온(Nafion) 용액을 혼합하여 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 제조하는 제3단계;
상기 제2단계에서 제조된 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자와 상기 제3단계에서 제조된 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 혼합하여 고분자막을 제조하는 제4단계;를 포함하 고,
상기 제4단계는,
상기 제3단계에서 제조된 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 다이메틸폼아마이드(Dimethylformamide) 용매에 분산시켜 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액을 제조하는 제4-1단계;
상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액에 상기 제2단계에서 제조된 티오아세트산이 결합된 플루오렌-바이페닐 기반 고분자를 혼합 후, 진공 건조 시켜 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 제조하는 제4-2단계;
상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 포름산(Formic acid) 및 증류수를 혼합하여 가열 후, 과산화수소(hydrogen peroxide)를 적하하여 65 내지 75 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 반응하여 상기 고분자막을 제조하는 제4-3단계;로 구성되 는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
A first step of producing a fluorene-biphenyl-based polymer by reacting 9,9-dimethylfluorene, biphenyl, and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one;
A second step of producing a fluorene-biphenyl-based polymer having thioacetic acid bonded thereto by reacting the fluorene-biphenyl-based polymer produced in the first step with potassium thioacetate;
The third step of producing Nafion-GO by mixing Nafion solution into graphene oxide dispersion;
A fourth step of manufacturing a polymer membrane by mixing the fluorene-biphenyl-based polymer combined with thioacetic acid manufactured in the second step and the Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) manufactured in the third step ;
The fourth step above is,
Step 4-1 of preparing a Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) dispersion by dispersing the Nafion-GO prepared in the above step 3 in a dimethylformamide solvent;
Step 4-2 of manufacturing a Nafion-GO composite membrane by mixing the fluorene-biphenyl-based polymer combined with thioacetic acid manufactured in the second step into the Nafion-GO dispersion and then vacuum drying;
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that it comprises a step 4-3 of producing the polymer membrane by mixing the Nafion-GO composite membrane with formic acid and distilled water, heating it, and then adding hydrogen peroxide dropwise thereto and reacting it at a temperature of 65 to 75° C. for 5 to 7 hours .
상기 제1단계는,
상기 9,9-디메틸플루오렌(9,9-Dimethylfluorene), 바이페닐(Biphenyl) 및 7-브로모-1,1,1-트리플루오로헵탄-2-온(7-Bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 단량체로, 트라이플루오로메탄설폰산(Trifluoromethanesulfonic acid, TFSA)를 촉매로, 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM)을 용매로 혼합하여 반응하는 제1-1단계; 및
상기 제1-1단계에서 생성된 고분자 용액을 메탄올에 침전하는 제1-2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6,
The above first step is,
Step 1-1 of reacting by mixing 9,9-dimethylfluorene, biphenyl and 7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one as monomers, trifluoromethanesulfonic acid (TFSA) as a catalyst and dichloromethane (DCM) as a solvent; and
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion-grafted graphene oxide, characterized by comprising a step 1-2 of precipitating the polymer solution produced in the step 1-1 in methanol.
상기 제2단계는,
상기 제1단계에서 제조한 플루오렌-바이페닐 기반 고분자와 상기 포타슘 싸이오아세테이트(Potassium thioacetate)를 반응물질로, 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)를 용매로 하여 혼합하는 제2-1단계; 및
상기 제2-1단계에서 생성된 고분자 용액을 메탄올 및 염산을 혼합한 용액에 침전하는 제2-2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6,
The second step above is,
Step 2-1 of mixing the fluorene-biphenyl-based polymer manufactured in the above step 1 with potassium thioacetate as a reactant and tetrahydrofuran (THF) as a solvent; and
A method for manufacturing a branched copolymer cation exchange membrane including graphene oxide grafted with Nafion, characterized by including a step 2-2 of precipitating the polymer solution produced in the step 2-1 in a solution mixed with methanol and hydrochloric acid.
상기 제3단계는,
그래핀 옥사이드(Graphene Oxide)을 이소프로판올(Isopropaol)과 물을 혼합한 용매에 분산시켜 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액을 제조하는 제3-1단계;
상기 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액에 상기 나피온(Nafion) 용액을 혼합한 후 동결-펌프-해동(freeze-pump-thaw)을 이용하여 산소를 제거하고 질소 분위기를 유지하여 그래핀 옥사이드-나피온 용액을 제조하는 제3-2단계;
상기 산소가 제거된 그래핀 옥사이드-나피온 용액에 2,2'-비피리딜(2,2‘-bipyridyl, BPY) 및 구리 브로마이드(copper bromide)를 촉매로 첨가한 후 반응하는 제3-3단계;
상기 제3-3단계 반응 후, 원심 분리기로 세척하여 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO)를 제조하는 제3-4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6,
The third step above is,
Step 3-1 of producing a graphene oxide dispersion by dispersing graphene oxide in a solvent mixed with isopropanol and water;
Step 3-2 of producing a graphene oxide-Nafion solution by mixing the Nafion solution into the graphene oxide dispersion, removing oxygen using freeze-pump-thaw, and maintaining a nitrogen atmosphere;
Step 3-3 of adding 2,2'-bipyridyl (BPY) and copper bromide as catalysts to the above-mentioned oxygen-removed graphene oxide-Nafion solution and then reacting;
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that it comprises a step 3-4 of producing Nafion-graphene oxide (Nafion-GO) by washing with a centrifuge after the step 3-3 reaction.
상기 제3-1단계는,
상기 이소프로판올(Isopropaol)과 물을 2:1의 부피비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In Article 9,
The above step 3-1 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that isopropanol and water are mixed in a volume ratio of 2:1.
상기 제3-1단계는,
초음파(sonicator)를 이용하여 50 내지 70 분 동안 분산시켜 상기 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) 분산액을 제조하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In Article 9,
The above step 3-1 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the graphene oxide dispersion is produced by dispersing the graphene oxide using a sonicator for 50 to 70 minutes.
상기 제3-3단계는,
75 내지 85 ℃의 온도에서 17 내지 19 시간동안 질소 분위기 하에서 반응하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In Article 9,
The above step 3-3 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane comprising a graphene oxide grafted with Nafion, characterized in that the reaction is performed under a nitrogen atmosphere at a temperature of 75 to 85° C. for 17 to 19 hours.
상기 제4-1단계는,
초음파(sonicator)를 이용하여 20 내지 40 분 동안 분산시켜 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 분산액을 제조하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6 ,
The above step 4-1 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the Nafion-GO dispersion is produced by dispersing the Nafion-GO dispersion using a sonicator for 20 to 40 minutes.
상기 제4-2단계는,
50 내지 70 분 동안 교반 후, 55 내지 65 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 진공 건조 시켜 상기 나피온-그래핀옥사이드(Nafion-GO) 복합막을 제조하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6 ,
The above step 4-2 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the Nafion-GO composite membrane is produced by stirring for 50 to 70 minutes and then vacuum drying at a temperature of 55 to 65° C. for 5 to 7 hours.
상기 제4-3단계는,
65 내지 75 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 반응하여 상기 고분자막을 제조하는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 제조방법.
In paragraph 6 ,
The above step 4-3 is,
A method for producing a branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the polymer membrane is produced by reacting at a temperature of 65 to 75° C. for 5 to 7 hours.
그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함한 고분자 복합막을 포함하 고,
인장강도가 14.1 내지 16.0 MPa 이며, 연신율이 9.6 내지 10.9 %이고,
80℃에서 이온전도도가 260.7 내지 272.0 mS/㎝인 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 수전해 장치 :
[화학식 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임).
A first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1]
A polymer composite membrane including a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO) ,
The tensile strength is 14.1 to 16.0 MPa, and the elongation is 9.6 to 10.9 %.
A water electrolysis device comprising a branched copolymer cation exchange membrane comprising Nafion grafted graphene oxide, characterized in that the ionic conductivity is 260.7 to 272.0 mS/cm at 80°C :
[Chemical Formula 1]
(wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 수전해 장치 :
[화학식 2]
(여기서, m은 6.6 임).
In Article 17,
The above Nafion is a branched copolymer cation exchange membrane electrolysis device including a graphene oxide grafted with Nafion, characterized in that it has a repeating unit of the following [chemical formula 2]:
[Chemical formula 2]
(Here, m is 6.6).
그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)에 나피온(Nafion)을 그래프팅(Grafting)하여 제조된 제2중합체를 포함한 고분자 복합막을 포함하 고,
인장강도가 14.1 내지 16.0 MPa 이며, 연신율이 9.6 내지 10.9 %이고,
80℃에서 이온전도도가 260.7 내지 272.0 mS/㎝인 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 연료 전지 :
[화학식 1]
(여기서, n은 1 내지 50의 정수이고, m은 1 내지 3의 정수이고, R은 SO3H 또는 CH2-SO3H 임).
A first polymer having a repeating unit of the following [chemical formula 1]
A polymer composite membrane including a second polymer manufactured by grafting Nafion onto graphene oxide (GO) ,
The tensile strength is 14.1 to 16.0 MPa, and the elongation is 9.6 to 10.9 %.
A branched copolymer cation exchange membrane fuel cell comprising Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that the ionic conductivity at 80°C is 260.7 to 272.0 mS/cm :
[Chemical Formula 1]
(wherein n is an integer from 1 to 50, m is an integer from 1 to 3, and R is SO 3 H or CH 2 -SO 3 H).
상기 나피온(Nafion)은 아래 [화학식 2]의 반복단위를 갖는 것을 특징으로 하는, 나피온이 그래프트 된 그래핀 옥사이드를 포함하는 가지형 공중합체 양이온 교환막 연료 전지 :
[화학식 2]
(여기서, m은 6.6 임).In Article 19,
The above Nafion is a branched copolymer cation exchange membrane fuel cell including Nafion-grafted graphene oxide, characterized in that it has a repeating unit of the following [chemical formula 2]:
[Chemical formula 2]
(Here, m is 6.6).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220097449A KR102758384B1 (en) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof |
PCT/KR2023/011315 WO2024029917A1 (en) | 2022-08-04 | 2023-08-02 | Branched copolymer proton exchange membrane comprising nafion-grafted graphene oxide and water electrolysis system using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220097449A KR102758384B1 (en) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240019589A KR20240019589A (en) | 2024-02-14 |
KR102758384B1 true KR102758384B1 (en) | 2025-01-21 |
Family
ID=89849574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220097449A Active KR102758384B1 (en) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102758384B1 (en) |
WO (1) | WO2024029917A1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101461417B1 (en) | 2013-08-16 | 2014-11-19 | 한양대학교 산학협력단 | Perfluorosulfonic acid membrane modified with amine compounds and method for the preparation thereof |
KR20210071810A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 한양대학교 산학협력단 | A novel polyfluorene-based ionomer, an anion exchange membrane and method for preparing the same |
KR102486446B1 (en) * | 2020-12-24 | 2023-01-09 | 경상국립대학교산학협력단 | Proton exchange membrane comprising perfluorosulfonic acid ionomer grafted graphene oxide and use thereof |
CN113956445B (en) * | 2021-11-26 | 2024-04-19 | 合肥工业大学 | Cationic polymer containing branched structure and preparation method and application thereof |
-
2022
- 2022-08-04 KR KR1020220097449A patent/KR102758384B1/en active Active
-
2023
- 2023-08-02 WO PCT/KR2023/011315 patent/WO2024029917A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024029917A1 (en) | 2024-02-08 |
KR20240019589A (en) | 2024-02-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Partially fluorinated poly (arylene ether) s bearing long alkyl sulfonate side chains for stable and highly conductive proton exchange membranes | |
Zhang et al. | Cross-linked membranes based on sulfonated poly (ether ether ketone)(SPEEK)/Nafion for direct methanol fuel cells (DMFCs) | |
Huang et al. | Spindle-like MOFs-derived porous carbon filled sulfonated poly (ether ether ketone): A high performance proton exchange membrane for direct methanol fuel cells | |
JP5118484B2 (en) | Electrolyte laminated membrane for polymer electrolyte fuel cell, membrane-electrode assembly, and fuel cell | |
CN1252135C (en) | Proton conductive polymer and producing method thereof, membrane therewith and fuel cell with the membrane | |
Ren et al. | A novel crosslinking organic–inorganic hybrid proton exchange membrane based on sulfonated poly (arylene ether sulfone) with 4-amino-phenyl pendant group for fuel cell application | |
CN101107738A (en) | Ion-conducting binders, membrane electrode assemblies and fuel cells | |
CN102807668B (en) | Polyarylene polymer, method for producing the polymer, and polymer electrolyte membrane for fuel cell using the polymer | |
Gong et al. | Synthesis of highly sulfonated poly (arylene ether sulfone) s with sulfonated triptycene pendants for proton exchange membranes | |
Yoshida-Hirahara et al. | Synthesis and investigation of sulfonated poly (p-phenylene)-based ionomers with precisely controlled ion exchange capacity for use as polymer electrolyte membranes | |
Ju et al. | Construction of effective transmission channels by anchoring metal‐organic framework on side‐chain sulfonated poly (arylene ether ketone sulfone) for fuel cells | |
KR101350382B1 (en) | Styrene-butadiene triblock copolymer, and preparing method of the same | |
WO2008127320A2 (en) | Arylene-fluorinated-sulfonimide ionomers and membranes for fuel cells | |
US20220093953A1 (en) | Electrolyte membrane including polyfluorene-based ionomer and manufacturing method thereof | |
JP2008004312A (en) | Ion conductive binder, membrane-electrode assembly and fuel cell | |
CN102473933A (en) | Ion-conducting composite electrolyte membrane and fuel cell using the same | |
KR102717290B1 (en) | Fluorene and biphenyl based comb-shaped copolymer polymer electrolyte membranes and water electrolysis system thereof | |
US20120296065A1 (en) | Polyarylene ionomers membranes | |
KR102758384B1 (en) | Cation exchange memgrane for electrolysis based graphene oxide grafted nafion and water electrolysis system thereof | |
Hattori et al. | Proton-conductive inorganic–organic hybrid membranes synthesized from a trimethoxysilylmethylstyrene–fluorophenylvinyl acid copolymer | |
Nam et al. | Synthesis and properties of bonding layer containing flexible and fluorinated moieties for hydrocarbon-based membrane electrode assemblies | |
KR101084683B1 (en) | Cross-linked poly (ether ether ketone) with side groups sulfonated group, polymer electrolyte membrane for fuel cell using same and method for preparing same | |
US7993767B2 (en) | Solid-state polymer electrolyte membrane, method for manufacture thereof and solid-state polymer electrolyte fuel cell therewith | |
WO2010067743A1 (en) | Laminated electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, and fuel cell | |
KR102753866B1 (en) | Fluorene and biphenyl based comb-shaped sulfonated copolymer polymer electrolyte membranes and water electrolysis system thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20220804 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240717 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20250109 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20250117 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20250117 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration |