초록

고온 저가습 조건에서 자기 수화 능력을 나타내는 고분자 이온교환막, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 전해질형 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 상기 고분자 전해질 막은 탄화수소계수소 이온 전도성 고분자 막을 포함하고, 소수성 표면에 나노-크랙이 형성되어, 저가습 조건에서 고분자 전해질 막의 이온 전도성과 자기 수화 능력을 가짐으로써 전해질로서 전기화학적성능을 비약적으로 향상시켰다.

대표청구항 ▼

하기 화학식 1로 표현되는 제1 반복 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 제2 반복 단위를 포함하는 탄화수소계 고분자; 하기 화학식 3 또는 하기 화학식 4로 표현되는 탄화수소계 고분자를 포함하는 탄화수소계 수소 이온 전도성 고분자 막의 표면에 형성된 1 nm 내지 1000 nm 두께를 갖는 나노-크랙의 소수성 박막을 포함하는 고분자 전해질막 연료전지용 고분자 이온교환막으로서,상기 나노-크랙의 소수성 박막은 -CF2-, -CF3 또는 이들의 조합인 소수성 작용기를 포함하고,상기 고분자 전해질막 연료전지는 120℃의 고온 및 상대습도

하기 화학식 1로 표현되는 제1 반복 단위 및 하기 화학식 2로 표현되는 제2 반복 단위를 포함하는 탄화수소계 고분자; 하기 화학식 3 또는 하기 화학식 4로 표현되는 탄화수소계 고분자를 포함하는 탄화수소계 수소 이온 전도성 고분자 막의 표면에 형성된 1 nm 내지 1000 nm 두께를 갖는 나노-크랙의 소수성 박막을 포함하는 고분자 전해질막 연료전지용 고분자 이온교환막으로서,상기 나노-크랙의 소수성 박막은 -CF2-, -CF3 또는 이들의 조합인 소수성 작용기를 포함하고,상기 고분자 전해질막 연료전지는 120℃의 고온 및 상대습도 35%의 저가습 조건하에서 작동가능한 것을 특징으로 하는 고분자 전해질막 연료전지용 고분자 이온교환막.[화학식 1][화학식 2](상기 화학식 1 및 2에서,X1, X2, X3, X4, X5 및 X6은 동일하거나, 서로 상이하며, SO2 또는 O이고,Y1 및 Y2는 SO3H 또는 SO3Na이고,n2는 100-n1이고, n1은 30 내지 70의 정수임)[화학식 3](상기 화학식 3에서,Q1은 하기 화학식 3a로 표현되는 것이고,[화학식 3a]Q2는 하기 화학식 3b로 표현되는 것이고,[화학식 3b]Q3는 하기 화학식 3c로 표현되는 것이고,[화학식 3c](상기 화학식 3, 3a, 3b 및 3c에서,X7, X8, X9, X10, X12, X13, X14, X15, X16, X17, X18, X19, X20, X21, X22, X24, X25, X26, X27, X28, X29, X30,X31, X32, X33, X34, X35, X36, X37, X39, X40, X41, 및 X42 는 서로 동일하거나 상이하며, 설파이드(S), 에테르 연결기(O) 또는 설폰(SO2)이고, X11, X23, X38 는 설폰(SO2)이고,T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T12, T13, T14, T15, T16, T17, T18, T19, T20, T21, T22, T23, T24, T25, T26, T27, T31, T32, T33, T34, T35, T36, T37, T38, T39, T40, T41, T42, T43, T44, T45, T46, T50, T51, T52, T53, T54, T55, T56, 및 T57는 서로 동일하거나 상이하며, 플루오르(F), 니트릴기(CN) 또는 설폰산기(SO3H)이고, T9, T10, T28, T29, T48, 및 T49는 설폰산기(SO3H)이고,T11, T30, 및 T47는 니트릴기(CN)이고,k1, k3, 및 k5는 서로 동일하거나 또는 서로 상이하며(친수성 부분), 0.4 내지 0.6의 정수이고, k2, k4, 및 k6는 각각 1-k1, 1-k3, 및 1-k5로서(소수성 부분), 서로 동일하거나 또는 서로 상이하며, 0.6 내지 0.4의 정수이다.[화학식 4](상기 화학식 4에 있어서, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7및 X8는 서로 동일하거나 또는 서로 상이하며, SO2, 또는 O이고,Y1 및 Y2는 SO3H 또는 SO3Na이고,Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9, 및 Y10는 플루오르(F)이고A는 5 to 30이고,B는 10 내지 40의 정수이다).