KR102091904B1 - Polymer separator comprising inorganic particles - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 무기 입자를 포함하는 고분자 분리막 및 이를 포함하는 막 전극 접합체, 연료전지 및 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.The present specification relates to a polymer separation membrane containing inorganic particles and a membrane electrode assembly including the same, a fuel cell and a redox flow battery.
Description
본 명세서는 무기 입자를 포함하는 고분자 분리막 및 이를 포함하는 막 전극 접합체, 연료전지 및 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.The present specification relates to a polymer separation membrane containing inorganic particles and a membrane electrode assembly including the same, a fuel cell and a redox flow battery.
연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식이다. 연료전지의 막 전극 접합체(MEA)는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로서 캐소드와 애노드 그리고 분리막, 즉 이온전도성 분리막으로 구성되어 있다.A fuel cell is an energy conversion device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy. That is, a fuel cell is a power generation method that uses fuel gas and an oxidizing agent, and generates electricity using electrons generated during their redox reaction. The membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell is a part where an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs, and is composed of a cathode, an anode, and a separator, that is, an ion conductive separator.
레독스 플로우 전지(산화-환원 흐름 전지, Redox Flow Battery)란 전해액에 포함되어 있는 활성물질이 산화환원되어 충전 및 방전되는 시스템으로 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 레독스 플로우 전지의 단위셀은 전극, 전해질 및 이온교환막(분리막)을 포함한다.Redox flow battery (oxidation-reduction flow battery, Redox Flow Battery) is an electrochemical storage device that stores the chemical energy of the active material directly as electrical energy as a system in which the active material contained in the electrolyte is redoxed and charged and discharged. . The redox flow battery unit cell includes an electrode, an electrolyte, and an ion exchange membrane (separation membrane).
연료전지 및 레독스 플로우 전지는 높은 에너지 효율성과 오염물의 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인하여 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다.Fuel cells and redox flow cells are being researched and developed as next-generation energy sources due to their high energy efficiency and eco-friendly features with low emission of pollutants.
연료전지 및 레독스 플로우 전지에서 가장 핵심이 되는 구성요소는 양이온 교환이 가능한 고분자 분리막으로서, 1) 우수한 양성자 전도도, 2) 전해질의 크로스오버(Cross Over) 방지, 3) 강한 내화학성, 4) 기계적 물성 강화 및/또는 4) 낮은 스웰링 비(Swelling Ratio)의 특성을 갖는 것이 좋다. 고분자 분리막은 불소계, 부분불소계, 탄화수소계 등으로 구분이 되며, 부분불소계 고분자 분리막의 경우, 불소계 주 사슬을 가지고 있어 물리적, 화학적 안정성이 우수하며, 열적 안정성 높다는 장점이 있다. 또한, 부분불소계 고분자 분리막은 불소계 고분자 분리막과 마찬가지로 양이온 전달 관능기가 불소계 사슬의 말단에 붙어있어, 탄화수소계 고분자 분리막과 불소계 고분자 분리막의 장점을 동시에 가지고 있다.The most important components in fuel cells and redox flow cells are polymer separation membranes capable of cation exchange, 1) excellent proton conductivity, 2) prevention of electrolyte crossover, 3) strong chemical resistance, 4) mechanical It is good to have properties of strengthening properties and / or 4) low swelling ratio. Polymeric membranes are classified into fluorine-based, partially fluorine-based, and hydrocarbon-based membranes. In the case of partially-fluorine-based polymer membranes, they have a fluorine-based main chain, which has excellent physical and chemical stability and high thermal stability. In addition, the partial fluorine-based polymer separation membrane has the advantages of a hydrocarbon-based polymer separation membrane and a fluorine-based polymer separation membrane at the same time as the cation transfer functional group is attached to the end of the fluorine-based chain, like the fluorine-based polymer separation membrane.
그러나, 부분불소계 고분자 분리막은 양이온 전달 관능기의 미세 상 분리와 응집현상의 제어가 효과적으로 이루어지지 않아 양이온 전도도가 비교적 낮은 문제점이 있다. 따라서, 술폰산기의 분포 및 미세 상 분리의 제어를 통해 높은 양이온 전도도를 확보하는 방향으로 연구가 진행되어오고 있다.However, the partial fluorine-based polymer separation membrane has a problem in that cation conductivity is relatively low because the fine phase separation of the cation transfer functional group and the control of aggregation are not effectively performed. Therefore, research has been conducted in the direction of securing high cation conductivity through control of the distribution of sulfonic acid groups and separation of fine phases.
본 명세서는 무기 입자를 포함하는 고분자 분리막, 막 전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 또는 레독스 플로우 전지를 제공한다.The present specification provides a polymer separation membrane containing inorganic particles, a membrane electrode assembly, and a fuel cell or redox flow battery including the same.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체; 및 무기 입자를 포함하는 고분자 분리막을 제공한다:The present specification is a polymer comprising a unit derived from a compound represented by Formula 1; And it provides a polymer separator comprising inorganic particles:
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에 있어서,In Chemical Formula 1,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,R1 and R2 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
A는 O 또는 NR4이고,A is O or NR4,
Z1 및 Z2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,Z1 and Z2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
R3는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)qSO3H, ―O(CF2)qSO3 -M+, ―O(CF2)qCOOH, ―O(CF2)qCOO-M+, ―O(CF2)qPO3H2, ―O(CF2)qPO3H-M+, ―O(CF2)qPO3 2 -2M+ 또는 하기 화학식 2로 표시되고,R3 is ―SO 3 H, ―SO 3 - M + , ―COOH, ―COO - M + , ―PO 3 H 2 , ―PO 3 H - M + , ―PO 3 2- 2M + , ―O (CF 2 ) q SO 3 H, ―O (CF 2 ) q SO 3 - M + , ―O (CF 2 ) q COOH, ―O (CF 2 ) q COO - M + , ―O (CF 2 ) q PO 3 H 2, -O (CF 2) q PO 3 H - M +, -O (CF 2) q PO 3 2 - 2M + or to be represented by the formula (2),
q는 1 내지 6의 정수이고,q is an integer from 1 to 6,
M은 1족 원소이고,M is a group 1 element,
R4는 H, CH3, (CF2)oSO3H 또는 (CF2)pCO2H이고,R4 is H, CH 3 , (CF 2 ) o SO 3 H or (CF 2 ) p CO 2 H,
n, o 및 p는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이고, n이 2 이상인 경우 괄호 안의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,n, o and p are each independently an integer of 1 to 10, and when n is 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other,
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에 있어서,In Chemical Formula 2,
Z3 및 Z4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,Z3 and Z4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
R5는 SO3H 또는 CO2H이고,R5 is SO 3 H or CO 2 H,
m은 1 내지 10의 정수이고, m이 2 이상의 정수인 경우 괄호 안의 구조는 서로 동일하거나 상이하다.m is an integer of 1 to 10, and when m is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other.
또한, 본 명세서는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 본 명세서의 전술한 실시상태에 따른 고분자 분리막을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.In addition, the present specification is an anode; Cathode; And it provides a membrane electrode assembly comprising a polymer separation membrane according to the above-described embodiment of the present specification provided between the anode and the cathode.
또한, 본 명세서는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 본 명세서의 전술한 실시상태에 따른 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.In addition, the present specification is an anode cell comprising an anode and a cathode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And a polymer separation membrane according to the above-described exemplary embodiment of the present specification provided between the anode cell and the cathode cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위는 중합과정에서 반응성이 높아, 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 화합물로부터 유래된 단위를 이용하여 제조된 고분자 분리막은 친수성-소수성 상분리 구조를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 고분자 분리막은 상분리 구조를 제어함으로써 친수성 채널을 효율적으로 고분자 분리막 중에 형성할 수 있다. 또한, 상기 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 고분자 분리막은 이온 전도도가 우수하다. 또한, 상기 화합물로부터 유래된 단위는 열적 및 화학적으로 안정하다.The unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1 according to an exemplary embodiment of the present specification has high reactivity in the polymerization process, and may increase process efficiency. In addition, the polymer separation membrane prepared using the unit derived from the compound can easily form a hydrophilic-hydrophobic phase separation structure. In addition, the polymer separation membrane comprising a unit derived from the compound according to an exemplary embodiment of the present specification can efficiently form a hydrophilic channel in the polymer separation membrane by controlling the phase separation structure. In addition, the polymer separation membrane comprising a unit derived from the compound has excellent ion conductivity. In addition, the units derived from the compounds are thermally and chemically stable.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 고분자 분리막은 탄화수소계 화합물을 포함하는 고분자 분리막에 비해 낮은 이온교환용량(IEC)에서 동등한 이온 전도도를 가질 수 있어, 적은 수분흡수율을 가지면서 우수한 이온 전도도를 유지할 수 있다. Polymer membranes comprising units derived from compounds according to one embodiment of the present specification may have equivalent ionic conductivity at a low ion exchange capacity (IEC) compared to polymer membranes containing hydrocarbon-based compounds, resulting in less water absorption It can maintain excellent ionic conductivity.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 고분자 분리막은 무기 입자를 더 포함함으로써, 용매에 의한 팽윤(Swelling) 현상을 방지하고, 기계적 물성의 증가, 화학적 안정성의 증가를 기대할 수 있다.In addition, the polymer separation membrane according to one embodiment of the present specification further includes inorganic particles, thereby preventing swelling due to a solvent, and increasing mechanical properties and an increase in chemical stability.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 고분자 분리막을 포함하는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)의 경우에는 가스 크로스오버(Gas crossover)를 방지할 수 있으며, 저가습 조건에서도 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.In addition, in the case of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) including the polymer separator according to an exemplary embodiment of the present specification, gas crossover can be prevented, and ion conductivity can be improved even in a low-humidity condition. have.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지는 바나듐 이온의 크로스오버(Crossover)를 방지할 수 있다.In addition, the redox flow battery including the polymer separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification may prevent crossover of vanadium ions.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 고분자 분리막을 포함하는 연료전지는 내구성 및 효율이 우수하다.In addition, the fuel cell including the polymer separation membrane according to an exemplary embodiment of the present specification is excellent in durability and efficiency.
도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 레독스 플로우 전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 연료전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view showing the principle of electricity generation in a fuel cell.
2 is a view schematically showing an embodiment of a redox flow battery.
3 is a view schematically showing an embodiment of a fuel cell.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.
본 명세서에 있어서, "유래"란 화합물의 결합이 끊기거나, 치환기가 떨어져 나가면서 새로운 결합이 발생하는 것을 의미하며, 상기 화합물로부터 유래된 단위는 중합체의 주쇄에 연결되는 단위를 의미할 수 있다. 상기 단위는 중합체 내 주쇄에 포함되어 중합체를 구성할 수 있다. In the present specification, "derived" means that a bond of a compound is broken or a new bond occurs when a substituent is removed, and a unit derived from the compound may mean a unit connected to the main chain of the polymer. The unit may be included in the main chain in the polymer to constitute the polymer.
본 명세서에 있어서, "단위"란 단량체가 중합체에 포함되어 반복되는 구조로서, 단량체가 중합에 의하여 중합체 내에 결합된 구조를 의미한다.In the present specification, "unit" is a structure in which a monomer is included in a polymer and repeated, and refers to a structure in which the monomer is bonded to the polymer by polymerization.
본 명세서에 있어서, "단위를 포함"의 의미는 중합체 내의 주쇄에 포함된다는 의미이다.In the present specification, the meaning of “comprising units” means being included in the main chain in the polymer.
본 명세서에 있어서, "분리막"은 이온을 교환할 수 있는 막으로서, 막, 이온교환막, 이온전달막, 이온전도성막, 이온교환 분리막, 이온전달 분리막, 이온전도성 분리막, 이온교환 전해질막, 이온전달 전해질막, 또는 이온전도성 전해질막 등을 포함한다.In the present specification, "separation membrane" is a membrane capable of exchanging ions, such as a membrane, an ion exchange membrane, an ion transport membrane, an ion conducting membrane, an ion exchange membrane, an ion transfer membrane, an ion conducting membrane, an ion exchange electrolyte membrane, an ion transfer membrane Electrolyte membranes, or ion conductive electrolyte membranes.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환되었거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 할로겐기로 치환된 알킬기, 알킬기로 치환된 아릴기, 아릴기로 치환된 아릴기, 헤테로아릴기로 치환된 아릴기, 실릴기로 치환된 아릴기, 알킬기로 치환된 실릴기, 알킬기로 치환된 헤테로아릴기, 아릴기로 치환된 헤테로아릴기, 헤테로아릴기로 치환된 헤테로아릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this specification, the term "substituted or unsubstituted" deuterium; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; Boron group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted aryl group; And substituted or unsubstituted heterocyclic groups, or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of, or substituted with two or more substituents among the exemplified substituents, or having no substituents. For example, "substituents connected to two or more substituents" are alkyl groups substituted with halogen groups, aryl groups substituted with alkyl groups, aryl groups substituted with aryl groups, aryl groups substituted with heteroaryl groups, aryl groups substituted with silyl groups, and alkyl groups substituted A silyl group, a heteroaryl group substituted with an alkyl group, a heteroaryl group substituted with an aryl group, a heteroaryl group substituted with a heteroaryl group, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.In the present specification, the term "substitution" means that the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited if the position at which the hydrogen atom is substituted, that is, the substituent is substitutable, 2 In the case of abnormal substitution, two or more substituents may be the same or different from each other.
본 명세서에 있어서, "탄화수소계"는 탄소와 수소로만 이루어진 유기 화합물을 의미하며, 직쇄형, 분지쇄형, 환형 탄화수소 등이 있으며, 이를 한정하지 않는다. 또한, 단일결합, 이중결합 또는 삼중결합을 포함할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, "hydrocarbon-based" refers to an organic compound composed only of carbon and hydrogen, and includes straight-chain, branched-chain, and cyclic hydrocarbons, but is not limited thereto. In addition, it may include a single bond, a double bond or a triple bond, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, "불소계 결합체"는 상기 탄화수소계에서 탄소-수소 결합의 일부 또는 전부가 불소로 치환된 것을 의미한다.In the present specification, "fluorine-based binder" means that some or all of the carbon-hydrogen bonds in the hydrocarbon system are substituted with fluorine.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 F, Cl, Br, I 등일 수 있다.In the present specification, the halogen group may be F, Cl, Br, I, and the like.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 50. According to an exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the alkyl group has 1 to 6 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group are methyl, ethyl, propyl, n-propyl, isopropyl, butyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, 1-methylbutyl, 1-ethylbutyl, pentyl, n-pentyl , Isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 4-methyl-2-pentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, heptyl, n -Heptyl, 1-methylhexyl, cyclopentylmethyl, cyclohexylmethyl, octyl, n-octyl, tert-octyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, n-nonyl, 2,2-dimethyl Heptyl, 1-ethylpropyl, 1,1-dimethylpropyl, isohexyl, 4-methylhexyl, 5-methylhexyl, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 50인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 50 carbon atoms, and according to an exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 30 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 20 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the cycloalkyl group has 3 to 6 carbon atoms. Specifically, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, 3-methylcyclopentyl, 2,3-dimethylcyclopentyl, cyclohexyl, 3-methylcyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, 2,3-dimethylcyclohexyl, 3, 4,5-trimethylcyclohexyl, 4-tert-butylcyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 50일 수 있고, 상기 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 및 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 플루오란테닐기, 트라이페닐레닐기, 페날레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 스피로비플루오레닐기, 트리페닐렌기, 및 스피로벤조안트라센플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the aryl group is not particularly limited, but may be 6 to 50 carbon atoms, and the aryl group may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. According to one embodiment, the carbon number of the aryl group is 6 to 30. According to one embodiment, the carbon number of the aryl group is 6 to 20. The monocyclic aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group, but is not limited thereto. The polycyclic aryl group is a naphthyl group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, pyrenyl group, perillynyl group, fluoranthenyl group, triphenylenyl group, phenenyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, benzofluore It may be a nil group, a spirobifluorenyl group, a triphenylene group, and a spirobenzoanthracenefluorenyl group, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 즉 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 N, P, O, S, Se, Ge 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 50인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 2 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 2 내지 20이다. 상기 헤테로아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨라닐기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 트리아졸릴기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미딜기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌릴기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 나프토벤조퓨라닐기, 페난쓰롤리닐기(phenanthroline), 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 아세나프토퀴녹살릴기, 인데노퀴나졸릴기, 인데노이소퀴놀릴기, 인데노퀴놀릴기, 프테리디닐기, 페녹사지닐기, 벤조퀴나졸릴기, 인다졸릴기, 벤조페리미디놀릴기, 벤조페리미디닐기 및 스피로아크리딘플루오레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the heteroaryl group includes one or more non-carbon atoms, that is, heteroatoms, and specifically, the heteroatoms include atoms selected from the group consisting of N, P, O, S, Se, Ge, and Si. It may contain 1 or more. The number of carbon atoms is not particularly limited, and preferably has 2 to 50 carbon atoms, and according to an exemplary embodiment, the number of carbon atoms in the heteroaryl group is 2 to 30 carbon atoms. According to another exemplary embodiment, the heteroaryl group has 2 to 20 carbon atoms. The heteroaryl group may be monocyclic or polycyclic. Examples of the heteroaryl group include thiophene group, furanyl group, pyrrol group, imidazolyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, isooxazolyl group, oxadiazolyl group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, Triazinyl group, triazolyl group, acridil group, pyridazinyl group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazolinyl group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyridopyrimidyl group, pyridopyrazinyl group, pyra Ginopyrazinyl group, isoquinolinyl group, indolyl group, carbazolyl group, benzoxazolyl group, benzimidazolyl group, benzothiazolyl group, benzocarbazolyl group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzo Furanyl group, dibenzofuranyl group, naphthobenzofuranyl group, phenanthroline group, thiadiazolyl group, phenothiazinyl group, acenaphthoquinoxalyl group, indenoquinazolyl group, indenoisoquinolyl Group, indenoquinolyl group, pteridinyl group, phenoxazinyl group, benzoquinazolyl group, inda Group, benzo Perry MIDI quinolyl group, a benzo group and Perry media include, but RY Loa acridine fluorenyl group, and the like.
본 명세서에 있어서, 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkoxy group may be a straight chain, branched chain or cyclic chain. The number of carbon atoms of the alkoxy group is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 carbon atoms. Specifically, methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, i-propyloxy, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, Isopentyloxy, n-hexyloxy, 3,3-dimethylbutyloxy, 2-ethylbutyloxy, n-octyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, benzyloxy, and the like. no.
본 명세서에 있어서, 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기(stilbenyl), 스티레닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkenyl group may be linear or branched, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 2 to 50. Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 3-methyl-1- Butenyl, 1,3-butadienyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, 2,2-diphenylvinyl-1-yl, 2-phenyl-2- ( Naphthyl-1-yl) vinyl-1-yl, 2,2-bis (diphenyl-1-yl) vinyl-1-yl, stilbenyl, styrenyl group, etc., but are not limited to this no.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, tert-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the silyl group is specifically trimethylsilyl group, triethylsilyl group, tert-butyldimethylsilyl group, vinyldimethylsilyl group, propyldimethylsilyl group, triphenylsilyl group, diphenylsilyl group, phenylsilyl group, etc. However, it is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 50인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸안트라세닐아민기, 디페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기, N-페닐바이페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, N-바이페닐나프틸아민기, N-나프틸플루오레닐아민기, N-페닐페난트레닐아민기, N-바이페닐페난트레닐아민기, N-페닐플루오레닐아민기, N-페닐터페닐아민기, N-페난트레닐플루오레닐아민기, N-바이페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the amine group is -NH 2 ; Alkylamine groups; N-alkylarylamine group; Arylamine group; N-aryl heteroarylamine group; It may be selected from the group consisting of N-alkylheteroarylamine groups and heteroarylamine groups, and the number of carbon atoms is not particularly limited, but is preferably 1 to 50. Specific examples of the amine group are methylamine group, dimethylamine group, ethylamine group, diethylamine group, phenylamine group, naphthylamine group, biphenylamine group, anthracenylamine group, 9-methylanthracenylamine group, Diphenylamine group, N-phenylnaphthylamine group, ditolylamine group, N-phenyltolylamine group, triphenylamine group, N-phenylbiphenylamine group, N-phenylnaphthylamine group, N-biphenyl Naphthylamine group, N-naphthylfluorenylamine group, N-phenylphenanthrenylamine group, N-biphenylphenanthrenylamine group, N-phenylfluorenylamine group, N-phenylterphenylamine group , N-phenanthrenylfluorenylamine group, N-biphenylfluorenylamine group, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기를 2 이상 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, examples of the arylamine group include a substituted or unsubstituted monoarylamine group, a substituted or unsubstituted diarylamine group, or a substituted or unsubstituted triarylamine group. The aryl group in the arylamine group may be a monocyclic aryl group or a polycyclic aryl group. The arylamine group including two or more aryl groups may include a monocyclic aryl group, a polycyclic aryl group, or a monocyclic aryl group and a polycyclic aryl group simultaneously. For example, the aryl group in the arylamine group can be applied to the description of the aryl group described above.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴기를 2 이상 포함하는 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, examples of the heteroarylamine group include a substituted or unsubstituted monoheteroarylamine group, a substituted or unsubstituted diheteroarylamine group, or a substituted or unsubstituted triheteroarylamine group. The heteroarylamine group including two or more heteroaryl groups may include a monocyclic heteroaryl group, a polycyclic heteroaryl group, or a monocyclic heteroaryl group and a polycyclic heteroaryl group simultaneously. For example, the description of the heteroaryl group in the heteroarylamine group described above may be applied.
본 명세서에 있어서, N-알킬아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.In the present specification, the N-alkylarylamine group means an amine group in which an alkyl group and an aryl group are substituted for N of the amine group.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 아릴기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.In the present specification, the N-aryl heteroarylamine group means an amine group in which an aryl group and a heteroaryl group are substituted with N of the amine group.
본 명세서에 있어서, N-알킬헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.In the present specification, the N-alkylheteroarylamine group means an amine group in which an alkyl group and a heteroaryl group are substituted with N of the amine group.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기 및 N-알킬헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기의 예시는 전술한 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, examples of the heteroaryl group in the N-aryl heteroarylamine group and the N-alkylheteroarylamine group may be applied to the description of the aforementioned heteroaryl group.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기, 아릴옥시기, 아르알킬기, 및 알킬아릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, the aryl group in the arylamine group, the aryloxy group, the aralkyl group, and the alkylaryl group may be applied to the aryl group described above.
본 명세서에 있어서, 할로알킬기, 알킬아민기, 알킬실릴기, 알콕시기, 아르알킬기 및 알킬아릴기 중 알킬기는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. In the present specification, the alkyl group of the haloalkyl group, the alkylamine group, the alkylsilyl group, the alkoxy group, the aralkyl group and the alkylaryl group, the description of the aforementioned alkyl group may be applied.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기로는 페녹시기, p-토릴옥시기, m-토릴옥시기, 3,5-디메틸페녹시기, 2,4,6-트리메틸페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-바이페닐옥시기, 4-바이페닐옥시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 4-메틸-1-나프틸옥시기, 5-메틸-2-나프틸옥시기, 1-안트릴옥시기, 2-안트릴옥시기, 9-안트릴옥시기, 1-페난트릴옥시기, 3-페난트릴옥시기, 9-페난트릴옥시기 등이 있다.In the present specification, as the aryloxy group, a phenoxy group, p-tolyloxy group, m-toryloxy group, 3,5-dimethylphenoxy group, 2,4,6-trimethylphenoxy group, p-tert-butylphenoxy group, 3-biphenyloxy group, 4-biphenyloxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group, 4-methyl-1-naphthyloxy group, 5-methyl-2-naphthyloxy group, 1-anthryl Oxy group, 2-anthryloxy group, 9-anthryloxy group, 1-phenanthryloxy group, 3-phenanthryloxy group, 9-phenanthryloxy group, and the like.
본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 탄소와 수소로만 이루어진 치환 또는 비치환된 단환 또는 다환의 지방족 또는 방향족 고리이다.In the present specification, the hydrocarbon ring is a substituted or unsubstituted monocyclic or polycyclic aliphatic or aromatic ring composed of only carbon and hydrogen.
본 명세서에 있어서, 헤테로 고리는 지방족 헤테로 고리 또는 방향족 헤테로 고리일 수 있으며, 상기 탄화수소 고리에서 탄소원자 대신에 헤테로원자 예컨대, N, P, O, S, Se, Ge 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함하는 구조를 의미한다.In the present specification, the hetero ring may be an aliphatic hetero ring or an aromatic hetero ring, and selected from the group consisting of hetero atoms such as N, P, O, S, Se, Ge and Si in place of the carbon atom in the hydrocarbon ring. It means a structure containing one or more atoms.
본 명세서에 있어서, 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 헤테로 고리일 수 있으며, 단환 또는 다환일 수 있다. In the present specification, the aromatic ring may be a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon ring or an aromatic hetero ring, and may be monocyclic or polycyclic.
본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소 고리는 상기 아릴기에 대한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, the description of the aryl group may be applied to the aromatic hydrocarbon ring.
본 명세서에 있어서, 방향족 헤테로 고리는 상기 방향족 탄화수소 고리에서 탄소원자 대신에 헤테로원자 예컨대, N, P, O, S, Se, Ge 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함하는 구조를 의미하며, 상기 헤테로아릴기에 대한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, the aromatic hetero ring has a structure containing at least one atom selected from the group consisting of hetero atoms such as N, P, O, S, Se, Ge and Si in the aromatic hydrocarbon ring instead of carbon atoms. Meaning, the description of the heteroaryl group may be applied.
본 명세서에 있어서, 지방족 고리는 치환 또는 비치환된 지방족 탄화수소 고리 또는 지방족 헤테로 고리일 수 있으며, 단환 또는 다환일 수 있다. In the present specification, the aliphatic ring may be a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon ring or an aliphatic hetero ring, and may be monocyclic or polycyclic.
본 명세서에 있어서, 지방족 탄화수소 고리는 상기 시클로알킬기에 대한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, the description of the cycloalkyl group may be applied to the aliphatic hydrocarbon ring.
본 명세서에 있어서, 지방족 헤테로 고리는 상기 지방족 탄화수소 고리에서 탄소원자 대신에 헤테로원자 예컨대, N, P, O, S, Se, Ge 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함하는 구조를 의미한다.In the present specification, the aliphatic hetero ring has a structure containing at least one atom selected from the group consisting of hetero atoms such as N, P, O, S, Se, Ge and Si in the aliphatic hydrocarbon ring instead of carbon atoms. it means.
본 명세서에 있어서, "유기기"로는 알킬기, 알케닐기, 시클로알킬기, 시클로알케닐기, 아릴기, 아르알킬기, 헤테로아릴기 등을 들 수 있다. 상기 유기기 중에 헤테로원자 등의 탄화수소기 이외의 결합이나 치환기를 포함하고 있어도 된다. 또한, 상기 유기기는 직쇄상, 분지쇄상, 환상 중 어느 것이어도 된다.In this specification, "organic group" includes an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, a cycloalkenyl group, an aryl group, an aralkyl group, and a heteroaryl group. The organic group may contain a bond or a substituent other than a hydrocarbon group such as a hetero atom. Further, the organic group may be either linear, branched or cyclic.
본 명세서에 있어서, "3가의 유기기"란 유기 화합물에 결합 위치가 3개 있는 3가기를 의미한다.In the present specification, the term "trivalent organic group" means a trivalent group having three binding positions in an organic compound.
또한, 본 명세서에 있어서, 상기 유기기는 환상 구조를 형성할 수도 있으며, 발명의 효과가 손상되지 않는 한 헤테로원자를 포함하여 결합을 형성할 수 있다. 구체적으로 산소 원자, 질소 원자, 규소 원자 등의 헤테로원자를 포함하는 결합을 들 수 있다. 구체예로는, 에테르 결합, 티오에테르 결합, 카르보닐 결합, 티오카르보닐 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 우레탄 결합, 이미노 결합(-N=C(-B)-, -C(=NB)-: B는 수소 원자 또는 유기기를 나타낸다), 카보네이트 결합, 설포닐 결합, 설피닐 결합, 아조 결합 등을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, in the present specification, the organic group may form a cyclic structure, and may form a bond including a hetero atom as long as the effect of the invention is not impaired. Specifically, bonds containing heteroatoms, such as an oxygen atom, a nitrogen atom, and a silicon atom, are mentioned. As a specific example, ether bond, thioether bond, carbonyl bond, thiocarbonyl bond, ester bond, amide bond, urethane bond, imino bond (-N = C (-B)-, -C (= NB) -: B represents a hydrogen atom or an organic group), a carbonate bond, a sulfonyl bond, a sulfinyl bond, an azo bond, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 상기 환상 구조로는 전술한 방향족 고리, 지방족 고리 등이 있을 수 있으며, 단환 또는 다환일 수 있다. In the present specification, the cyclic structure may include the aforementioned aromatic ring, aliphatic ring, etc., and may be monocyclic or polycyclic.
본 명세서에 있어서, 무기 입자의 입경은 동적 광산란법(Dynamic light scattering)에 의하여 측정하였다.In the present specification, the particle diameter of the inorganic particles was measured by dynamic light scattering.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 무기물; 헤테로 폴리산; 및 무기산으로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상을 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the inorganic particles are inorganic; Hetero polyacid; And one or two or more types from the group consisting of inorganic acids.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기물은 BaTiO3, Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT, 0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZnO2, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2, 테트라에틸연(Tetraethyl orthosilicate:TEOS), 몬모릴로나이트(Montmorillonite:MMT) 및 (P2O5)4(ZrO2)3, P2O5-ZrO2-SiO2 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present specification, the inorganic material is BaTiO 3 , Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), half Ni (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZnO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, TiO 2 , Tetraethyl Lead (Tetraethyl orthosilicate: TEOS), montmorillonite (MMT) and (P 2 O 5 ) 4 (ZrO 2 ) 3 , P 2 O 5 -ZrO 2 -SiO 2 and the like, but is not limited thereto.
또한, 상기 무기산은 CsDSO4, CsHSO4 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.In addition, the inorganic acid is CsDSO 4 , CsHSO 4 and the like, but is not limited thereto.
또한, 상기 헤테로 폴리산은 α-Zr(O3PCH2OH)1 .27(O3PC6H4SO3H)0.73·zH2O(1<z<10), γ-Zr(PO4)(H2PO4)0 .54(HO3PC6H4SO3H)0.46·zH2O(1<z<10), Zr(O3PCH2OH)1.27Y0.73·zH2O(1<z<10), α-Zr(O3PC6H4SO3H)·3.6H2O, α-Zr(O3POH)·H2O, β-Cs3(HSO4)2(Hx(P,S)O4), α-Cs3(HSO4)2(H2PO4), 포스포텅스텐산(phosphotungstic acid), 규텅스텐산(silicotungstic acid) 및 몰리브도인산(molybdophosphoric acid:H3PO4·12MoO3·zH2O)(1<z<10)등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Further, the hetero poly acid α-Zr (O 3 PCH 2 OH) 1 .27 (O 3 PC 6 H 4 SO 3 H) 0.73 · zH 2 O (1 <z <10), γ-Zr (PO 4) (H 2 PO 4 ) 0 .54 (HO 3 PC 6 H 4 SO 3 H) 0.46 zH2O (1 <z <10), Zr (O 3 PCH 2 OH) 1.27 Y 0.73 zH 2 O (1 <z <10), α-Zr (O 3 PC 6 H 4 SO 3 H) · 3.6H 2 O, α-Zr (O 3 POH) · H 2 O, β-Cs 3 (HSO 4 ) 2 (H x ( P, S) O 4 ), α-Cs 3 (HSO 4 ) 2 (H 2 PO 4 ), phosphotungstic acid, silicocotungstic acid and molybdophosphoric acid (H) 3 PO 4 · 12MoO 3 · zH 2 O) (1 <z <10), but is not limited thereto.
구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1-x)O3(PZT, 0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 -xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZnO2, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2, 테트라에틸연(Tetraethyl orthosilicate:TEOS), 몬모릴로나이트(Montmorillonite:MMT), (P2O5)4(ZrO2)3, P2O5-ZrO2-SiO2, CsDSO4, CsHSO4, α-Zn(O3PCH2OH)1 .27(O3PC6H4SO3H)0.73·zH2O(1<z<10), γ-Zr(PO4)(H2PO4)0.54(HO3PC6H4SO3H)0.46·zH2O(1<z<10), Zr(O3PCH2OH)1 . 27Y0 .73·zH2O(1<z<10), α-Zr(O3PC6H4SO3H)·3.6H2O, α-Zr(O3POH)H2O, β-Cs3(HSO4)2(Hx(P,S)O4), α-Cs3(HSO4)2(H2PO4), 포스포텅스텐산(phosphotungstic acid), 규텅스텐산(silicotungstic acid) 및 몰리브도인산(molybdophosphoric acid: H3PO412MoO3·zH2O)(1<z<10)으로 이루어진 군으로부터 1 종 또는 2 종 이상이 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, according to an exemplary embodiment of the present specification, the inorganic particles are BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -x PbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZnO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, TiO 2 , Tetraethyl orthosilicate (TEOS), Montmorillonite (MMT), (P 2 O 5 ) 4 (ZrO 2 ) 3 , P 2 O 5 -ZrO 2 -SiO 2 , CsDSO 4 , CsHSO 4 , α -Zn (O 3 PCH 2 OH) 1 .27 (O 3 PC 6 H 4 SO 3 H) 0.73 zH 2 O (1 <z <10), γ-Zr (PO 4 ) (H 2 PO 4 ) 0.54 (HO 3 PC 6 H 4 SO 3 H) 0.46 zH 2 O (1 <z <10), Zr (O 3 PCH 2 OH) 1 . 27 Y 0 .73 · zH 2 O (1 <z <10), α-Zr (O 3 PC 6 H 4 SO 3 H) · 3.6H 2 O, α-Zr (O 3 POH) H 2 O, β -Cs 3 (HSO 4 ) 2 (H x (P, S) O 4 ), α-Cs 3 (HSO 4 ) 2 (H 2 PO 4 ), phosphotungstic acid, silicocotungstic acid) and molybdophosphoric acid (molybdophosphoric acid: H 3 PO 4 12MoO 3 · zH 2 O) (1 <z <10) may be selected from the group consisting of one or two or more, but is not limited thereto. .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 SiO2이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the inorganic particles are SiO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 입자는 상기 고분자 분리막에서 분산된 형태로 구비된다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the inorganic particles are provided in a form dispersed in the polymer separation membrane.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 고형분의 전체 함량을 기준으로 상기 무기 입자의 함량은 0.5 중량% 내지 10 중량%이고, 상기 중합체의 함량은 90 중량% 내지 99.5 중량%이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the content of the inorganic particles based on the total content of the solid content of the polymer separator is 0.5% to 10% by weight, the content of the polymer is 90% to 99.5% by weight.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 고형분이란, 용액의 전체 질량에서 용매를 제외한 용질 또는 고형물을 의미한다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the solid content of the polymer separation membrane means a solute or solid material excluding the solvent from the total mass of the solution.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 범위의 무기 입자를 포함하는 경우에, 도입된 무기 입자에 의하여 고분자 분리막의 내열성 및 고온에서의 수분 보유도(Water uptake)를 증가시킬 수 있으며, 고온 팽윤(Swelling)시 기계적 특성의 감소를 방지할 수 있다. 또한, 상기 범위 내에서 무기 입자에 의해 고온에서의 함수율(Moisture content) 감소에 따른 수소이온전도도의 개선에 기여할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, when the inorganic particles in the above range are included, heat resistance of the polymer membrane and water uptake at high temperature may be increased by the introduced inorganic particles, and high temperature swelling ( Swelling) can prevent the reduction of mechanical properties. In addition, within the above range, it is possible to contribute to an improvement in hydrogen ion conductivity due to a decrease in moisture content at a high temperature by inorganic particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막 형성용 조성물 중의 상기 중합체의 함량은 3 중량% 내지 30 중량%가 바람직하며, 5 중량% 내지 15 중량%가 더욱 바람직하다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the content of the polymer in the composition for forming a polymer separator is preferably 3% by weight to 30% by weight, more preferably 5% by weight to 15% by weight.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막 형성용 조성물은 용매를 포함하며, 조성물 중의 상기 중합체 함량이 상기 범위인 경우 점도 측면에서 바람직하다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the composition for forming a polymer separator includes a solvent, and is preferable in terms of viscosity when the polymer content in the composition is within the above range.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막에 포함되는 중합 체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer contained in the polymer separation membrane includes a unit derived from the compound represented by the formula (1).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 할로겐기이다. 구체적으로 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 F, Cl, Br 및 I로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 and R2 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group. Specifically, R1 and R2 may be each independently selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 F 또는 Cl이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 and R2 are the same as or different from each other, and each independently F or Cl.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 각각 F이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, each of R1 and R2 is F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 O 또는 NR4이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A is O or NR4.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3는 -SO3H, ―SO3 -M+, -CO2H 또는 상기 화학식 2로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R3 may be represented by -SO 3 H, -SO 3 - M + , -CO 2 H or the formula (2).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R3는 ―SO3H, ―SO3 -M+ 또는 상기 화학식 2로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R3 may be represented by -SO 3 H, -SO 3 - M + or the formula (2).
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 R3는 ―SO3H 또는 상기 화학식 2로 표시될 수 있다. According to another exemplary embodiment of the present specification, R3 may be represented by —SO 3 H or Chemical Formula 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1 중 R3가 ―SO3H, ―SO3 -M+ 또는 상기 화학식 2로 표시되는 경우, 화학적으로 안정한 중합체를 형성할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, when R3 in the formula (1) is represented by -SO 3 H, -SO 3 - M + or the formula (2), it is possible to form a chemically stable polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 M은 1족 원소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, M is a group 1 element.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 1족 원소는 Li, Na 또는 K이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the group 1 element is Li, Na or K.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R4는 H, CH3, (CF2)oSO3H 또는 (CF2)pCO2H이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R4 is H, CH 3 , (CF 2 ) o SO 3 H or (CF 2 ) p CO 2 H.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 내지 Z4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 F, Cl, Br 및 I로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z1 to Z4 are the same as or different from each other, and may be independently selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 내지 Z4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.According to one embodiment of the present specification, Z1 to Z4 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 내지 Z4는 각각 F이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, each of Z1 to Z4 is F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 내지 Z4가 각각 독립적으로 할로겐 원소(F, Cl, Br, I)이면, 전자를 잘 끌어 수소이온의 이동을 용이하게 할 수 있으며, 고분자 분리막의 구조를 강하게 할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 내지 Z4가 각각 F인 경우, 상기 장점이 극대화될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, when the Z1 to Z4 are each independently a halogen element (F, Cl, Br, I), it is possible to facilitate the movement of hydrogen ions by attracting electrons well, and the structure of the polymer separation membrane. It has the advantage of being strong. Specifically, according to an exemplary embodiment of the present specification, when the Z1 to Z4 are each F, the advantage may be maximized.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 n은 0 이상 5 이하의 정수이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, n in the formula 1 is an integer of 0 or more and 5 or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 o는 0 이상 5 이하의 정수이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, o in the formula 1 is an integer of 0 or more and 5 or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 p는 0 이상 5 이하의 정수이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, p in Chemical Formula 1 is an integer of 0 or more and 5 or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 n이 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하다. According to an exemplary embodiment of the present specification, when n in the formula (1) is an integer of 2 or more, structures in parentheses of 2 or more are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2의 m은 0 이상 5 이하의 정수이다.According to the exemplary embodiment of the present specification, m in Chemical Formula 2 is an integer of 0 or more and 5 or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2의 m이 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하다. According to the exemplary embodiment of the present specification, when m in Formula 2 is an integer of 2 or more, structures in parentheses of 2 or more are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2의 탄소와 산소로 이루어진 체인(Chain)은 고분자 분리막의 상 분리 현상을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 화학식 2의 탄소와 산소로 이루어진 체인은 고분자 분리막의 수소이온의 이동을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the chain consisting of carbon and oxygen of the formula (2) may serve to facilitate the phase separation phenomenon of the polymer membrane. In addition, the chain consisting of carbon and oxygen of Chemical Formula 2 may serve to facilitate the movement of hydrogen ions of the polymer separator.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 1 중 -[CZ1Z2]n-R3 구조와 벤젠고리의 링커로서 O 또는 NR4를 사용하는 경우, 상대적으로 O 또는 NR4는 전자주개성질(electron donating character)을 가지나, O 또는 NR4에 연결된 -[CZ1Z2]n-R3에 의하여, 전자끌개성질(Electron withdrawing character)을 가지게 된다. 따라서, 벤젠 고리에서 O 또는 NR4를 기준으로 1 또는 3으로 중합체 내에 연결되는 위치가 구비되는 경우에 중합성이 향상되어, 높은 분자량의 중합체의 형성이 용이하고, 안정한 중합체를 제공할 수 있는 이점이 있다. In the present specification, when O or NR4 is used as a linker between a-[CZ1Z2] n-R3 structure and a benzene ring in Chemical Formula 1, O or NR4 is relatively electron donating character, but O or By-[CZ1Z2] n-R3 connected to NR4, it has an electron withdrawing character. Therefore, when the position in the benzene ring is connected to the polymer by 1 or 3 based on O or NR4 is improved, the polymerizability is improved, and it is easy to form a high molecular weight polymer, and has the advantage of providing a stable polymer. have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위는 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 선택된 어느 하나로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit derived from the compound represented by Formula 1 may be represented by any one of the following Formula 1-1 to Formula 1-4.
[화학식 1-1][Formula 1-1]
[화학식 1-2][Formula 1-2]
[화학식 1-3][Formula 1-3]
[화학식 1-4][Formula 1-4]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에 있어서,In the above Chemical Formulas 1-1 to 1-4,
R6은 H, CH3, (CF2)oSO3H 또는 (CF2)pCO2H이고,R6 is H, CH 3 , (CF 2 ) o SO 3 H or (CF 2 ) p CO 2 H,
n, o 및 p는 상기에서 정의한 바와 같다.n, o and p are as defined above.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 는 인접한 치환기 또는 중합체의 주쇄와 결합함을 의미한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Means that it bonds with an adjacent substituent or the main chain of the polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위만을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer includes only the unit derived from the compound represented by the formula (1).
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위 외에 다른 제2 단위를 더 포함할 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present specification, the polymer may further include a second unit other than the unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위와 상기 제2 단위는 축중합될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1 and the second unit may be polycondensed.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단위는 디티올(dithiol) 모노머 또는 디올(diol) 모노머일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the second unit may be a dithiol monomer or a diol monomer, but is not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단위는 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the second unit may include a compound represented by the following formula 5 or 6.
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
상기 화학식 5 및 6에 있어서,In Chemical Formulas 5 and 6,
Y는 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이고, y는 1 내지 10의 정수이고, y가 2이상의 정수인 경우 2 이상의 Y는 서로 동일하거나 상이하다.Y is a substituted or unsubstituted alkylene group; A substituted or unsubstituted arylene group; Or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, y is an integer of 1 to 10, and when y is an integer of 2 or more, 2 or more Y is the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 아릴렌기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Y is an arylene group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 페닐렌기; 비페닐렌기; 또는 터페닐렌기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Y is a phenylene group; Biphenylene group; Or a terphenylene group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, Y는 페닐렌기이고, y는 2 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Y is a phenylene group, y is 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체가 제2 단위를 더 포함하는 경우에는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위의 함량은 상기 중합체 고형분의 전체 함량을 기준으로 5 몰% 내지 50 몰%인 것이 바람직하다. 상기와 같이 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위의 함량을 조절함으로써 사용하는 목적, 즉 막 전극 접합체 또는 레독스 플로우 전지에 따라 바람직한 이온교환용량(IEC)을 조절할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, when the polymer further comprises a second unit, the content of the unit derived from the compound represented by Formula 1 is 5 mol% to 50 mol based on the total content of the polymer solid content %. As described above, the desired ion exchange capacity (IEC) can be adjusted according to the purpose of use by controlling the content of the unit derived from the compound represented by Formula 1, that is, a membrane electrode assembly or a redox flow battery.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 "중합체 고형분의 전체 함량"이란, 용액의 전체 질량에서 용매를 제외한 용질 또는 고형물의 함량을 의미한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the "total content of the polymer solid content" means the content of the solute or solids excluding the solvent in the total mass of the solution.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위는 고분자 분리막의 이온 전도도를 조절하는 역할을 한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit derived from the compound represented by the formula (1) serves to control the ionic conductivity of the polymer membrane.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 단위는 중합체의 기계적 강도를 향상시키는 단위 중에서 선택될 수 있으며, 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 단위라면 그의 종류를 한정하지 않는다. According to the exemplary embodiment of the present specification, the second unit may be selected from units that improve the mechanical strength of the polymer, and if the unit is capable of improving the mechanical strength, its type is not limited.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체의 중량평균분자량은 500 g/mol 내지 2,000,000 g/mol 이다. 상기 중합체의 중량평균분자량이 상기 범위인 경우에 상기 중합체를 포함하는 고분자 분리막의 기계적인 물성이 저하되지 않으며, 적절한 고분자의 용해도를 유지하여, 분리막의 제조가 용이할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the weight average molecular weight of the polymer is 500 g / mol to 2,000,000 g / mol. When the weight average molecular weight of the polymer is within the above range, the mechanical properties of the polymer separator containing the polymer are not deteriorated, and solubility of the appropriate polymer is maintained, so that the separator can be easily prepared.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체는 랜덤 중합체 또는 블록 중합체이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer containing a unit derived from the compound represented by Formula 1 is a random polymer or a block polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위와 상기 제2 단위는 랜덤 중합체를 구성할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1 and the second unit may constitute a random polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 블록 중합체일 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 블록 중합체는 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하고, 상기 친수성 블록은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may be a block polymer. More specifically, the block polymer includes a hydrophilic block and a hydrophobic block, and the hydrophilic block may include a unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 중합체 내에서 상기 친수성 블록과 소수성 블록은 1:0.1 내지 1:10의 몰비율로 포함된다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 중합체 내에서 상기 친수성 블록과 소수성 블록은 1:0.1 내지 1:2의 몰비율로 포함된다. 본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 블록 중합체 내에서 상기 친수성 블록과 소수성 블록은 1:0.8 내지 1:1.2의 몰비율로 포함된다. 이 경우, 블록 중합체의 이온 전달 능력을 상승시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the hydrophilic block and the hydrophobic block in the block polymer is included in a molar ratio of 1: 0.1 to 1:10. According to one embodiment of the present specification, the hydrophilic block and the hydrophobic block in the block polymer are included in a molar ratio of 1: 0.1 to 1: 2. According to another exemplary embodiment of the present specification, the hydrophilic block and the hydrophobic block in the block polymer are included in a molar ratio of 1: 0.8 to 1: 1.2. In this case, the ion transfer ability of the block polymer can be increased.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 친수성 블록 내에서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위는 상기 친수성 블록을 기준으로 0.01 몰% 내지 100 몰% 포함된다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit derived from the compound represented by the formula (1) in the hydrophilic block is included from 0.01 mol% to 100 mol% based on the hydrophilic block.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 친수성 블록의 수평균 분자량은 1,000 g/mol 내지 300,000 g/mol 이다. 구체적인 실시상태에 따르면, 2,000 g/mol 내지 100,000 g/mol 이다. 또 다른 실시상태에 따르면, 2,500 g/mol 내지 50,000 g/mol 이다. According to one embodiment of the present specification, the number average molecular weight of the hydrophilic block is 1,000 g / mol to 300,000 g / mol. According to a specific embodiment, it is 2,000 g / mol to 100,000 g / mol. According to another exemplary embodiment, it is 2,500 g / mol to 50,000 g / mol.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 소수성 블록의 수평균 분자량은 1,000 g/mol 내지 300,000 g/mol 이다. 구체적인 실시상태에 따르면, 2,000 g/mol 내지 100,000 g/mol 이다. 또 다른 실시상태에 따르면, 2,500 g/mol 내지 50,000 g/mol 이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the number average molecular weight of the hydrophobic block is 1,000 g / mol to 300,000 g / mol. According to a specific embodiment, it is 2,000 g / mol to 100,000 g / mol. According to another exemplary embodiment, it is 2,500 g / mol to 50,000 g / mol.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 블록 중합체인 경우에는 친수성 블록과 소수성 블록의 구획, 구분이 명확하여 상분리(phase separation)가 용이하여, 이온 전달이 용이할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, in the case of a block polymer, the separation and division of the hydrophilic block and the hydrophobic block are clear, so phase separation is easy, and ion transfer may be facilitated.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 경우에는 친수성 블록과 소수성 블록의 구분이 더욱 명확하게 되어, 종래의 고분자보다 이온 전달 효과가 우수할 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, when the unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1 is included, the distinction between the hydrophilic block and the hydrophobic block becomes more clear, and the ion transfer effect may be superior to that of the conventional polymer. .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 중합체란 하나의 블록과 상기 블록과 상이한 1 또는 2 이상의 블록이 서로 고분자의 주쇄로 연결되어 구성된 고분자를 의미한다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the block polymer means a polymer composed of one block and one or two or more blocks different from the block connected to each other by a main chain of a polymer.
본 명세서에 있어서, "친수성 블록"은 작용기로 이온 교환기를 갖는 블록을 의미한다. 여기서, 상기 작용기는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)wSO3H, ―O(CF2)wSO3 -M+, ―O(CF2)wCOOH, ―O(CF2)wCOO-M+, ―O(CF2)wPO3H2, ―O(CF2)wPO3H-M+ 및 ―O(CF2)wPO3 2 -2M+로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 여기서, M은 금속성 원소이고, 상기 w는 1<w<10의 범위를 가질 수 있다. 즉, 작용기는 친수성일 수 있다.As used herein, "hydrophilic block" means a block having an ion exchange group as a functional group. Wherein the functional groups are -SO 3 H, -SO 3 - M +, -COOH, -COO - M +, -PO 3 H 2, -PO 3 H - M +, -PO 3 2- 2M +, ―O (CF 2 ) w SO 3 H, ―O (CF 2 ) w SO 3 - M + , ―O (CF 2 ) w COOH, ―O (CF 2 ) w COO - M + , ―O (CF 2 may be at least one selected from the group consisting of 2M + -) w PO 3 H 2, -O (CF 2) w PO 3 H - M + , and -O (CF 2) w PO 3 2. Here, M is a metallic element, and w may have a range of 1 <w <10. That is, the functional group can be hydrophilic.
본 명세서에 있어서, "이온 교환기를 갖는 블록"이란, 해당 블록을 구성하는 구조 단량체 1개당 있는 이온 교환기수로 나타내어 평균 0.5개 이상 포함되어 있는 블록인 것을 의미하고, 구조 단량체 1개당 평균 1.0개 이상의 이온 교환기를 갖고 있으면 더 바람직하다.In the present specification, "block having an ion exchange group" means a block represented by the average number of ion exchange groups per one structural monomer constituting the block and 0.5 or more, and an average of 1.0 or more per structural monomer. It is more preferable to have an ion exchange group.
본 명세서에 있어서, "소수성 블록"은 이온 교환기를 실질적으로 갖지 않는 상기 고분자 블록을 의미한다.As used herein, "hydrophobic block" refers to the polymer block that is substantially free of ion exchange groups.
본 명세서에 있어서, "이온 교환기를 실질적으로 갖지 않는 블록"이란, 해당 블록을 구성하는 구조 단량체 1개당 있는 이온 교환기수로 나타내어 평균 0.1개 미만인 블록인 것을 의미하고, 평균 0.05개 이하이면 보다 바람직하며, 이온 교환기를 전혀 갖지 않는 블록이면 더 바람직하다.In the present specification, "a block having substantially no ion exchange group" means a block having an average of less than 0.1, expressed as the number of ion exchange groups per structural monomer constituting the block, and is preferably 0.05 or less. , It is more preferable if it is a block having no ion exchange groups.
본 명세서에 있어서, "브랜처(Brancher)"란 중합체 사슬을 연결 또는 가교하는 역할을 한다.In the present specification, "brancher (Brancher)" serves to link or crosslink the polymer chain.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 브랜처를 더 포함한다. According to one embodiment of the present specification, the polymer further includes a brancher.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 브랜처를 더 포함하는 중합체의 경우에는 브랜처가 직접 중합체의 주쇄를 구성할 수 있으며, 박막의 기계적 집적도를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명의 브랜치된 중합체는 산 치환체(acid substituents)를 포함하지 않는 브랜치된 소수성 블록(branched hydrophobic block)과 산 치환체를 포함하는 브랜치된 친수성 블록(branched hydrophilic block)을 중합함으로써 후처리 술폰화 반응(post-sulfonation)이나 술폰화된 중합체(sulfonated polymer)의 가교반응(cross-linking)을 실시하지 않고 브랜처(brancher)가 중합체의 주사슬을 직접 구성하며, 박막의 기계적 집적도를 유지시켜주는 소수성 블록과 박막에 이온전도성을 부여하는 친수성 블록이 교대로 화학적 결합으로 이어질 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, in the case of the polymer further comprising the brancher, the brancher can directly constitute the main chain of the polymer, and improve the mechanical density of the thin film. For example, the branched polymers of the present invention are post-treated sulfonated by polymerizing branched hydrophobic blocks that do not contain acid substituents and branched hydrophilic blocks that contain acid substituents. Without performing a post-sulfonation or cross-linking of a sulfonated polymer, the brancher directly constitutes the polymer main chain and maintains the mechanical density of the thin film. Hydrophobic blocks and hydrophilic blocks that impart ionic conductivity to thin films may alternately lead to chemical bonding.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 브랜처를 더 포함한다.According to one embodiment of the present specification, the polymer further includes a brancher represented by the following Chemical Formula 3 or 4.
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 3 및 4에 있어서, In Chemical Formulas 3 and 4,
X는 S; O; CO; SO; SO2; NR; 탄화수소계 또는 불소계 결합체이고, X is S; O; CO; SO; SO 2 ; NR; Hydrocarbon-based or fluorine-based conjugates,
l은 0 내지 100의 정수이고, l이 2 이상인 경우, 2 이상의 X는 서로 동일하거나 상이하고,l is an integer from 0 to 100, and when l is 2 or more, 2 or more Xs are the same or different from each other,
Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상 치환된 방향족 고리; 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상 치환된 지방족 고리; 또는 NR'R"로 표시되는 아민기이고, Y1 and Y2 are the same as or different from each other, and each independently an aromatic ring substituted by 1 or 2 or more with a substituent selected from the group consisting of a hydroxy group and a halogen group; An aliphatic ring substituted by 1 or 2 or more with a substituent selected from the group consisting of a hydroxy group and a halogen group; Or an amine group represented by NR'R ",
R, R' 및 R"는 할로겐기로 치환된 방향족 고리; 또는 할로겐기로 치환된 지방족 고리이고, R, R 'and R "are aromatic rings substituted with halogen groups; or aliphatic rings substituted with halogen groups,
Z는 3가의 유기기이다. Z is a trivalent organic group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3의 화합물로부터 유래된 브랜처는 상기 Y1 및 Y2 각각의 할로겐기로 치환된 방향족 고리; 또는 할로겐기로 치환된 지방족 고리; 또는 NR'R"로 표시되는 아민기 중 할로겐기가 방향족 고리 또는 지방족 고리에서 떨어져 나가면서, 브랜처로서 작용할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the brancher derived from the compound of Formula 3 is an aromatic ring substituted with each of the halogen groups of Y1 and Y2; Or an aliphatic ring substituted with a halogen group; Alternatively, the halogen group in the amine group represented by NR'R "may be separated from the aromatic ring or the aliphatic ring, and function as a branch.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 l은 3 이상이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, l is 3 or more.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, X is S.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 X는 할로알킬렌기이다.According to another exemplary embodiment of the present specification, X is a haloalkylene group.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 X는 NR이다. According to another exemplary embodiment of the present specification, X is NR.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기로 치환된 방향족 고리이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, Y1 and Y2 are the same or different from each other, and are each independently an aromatic ring substituted with a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 F로 치환된 방향족 탄화수소 고리이다.According to the exemplary embodiment of the present specification, Y1 and Y2 are the same or different from each other, and each independently is an aromatic hydrocarbon ring substituted with F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 NR'R"로 표시되는 아민기이다.According to one embodiment of the present specification, Y1 and Y2 are the same or different from each other, and each is an amine group represented by NR'R ".
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 Y1 및 Y2는 각각 불소 치환된 페닐기이다. 구체적으로 2,4-페닐, 2,6-페닐, 2,3-페닐, 3,4-페닐 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to another exemplary embodiment of the present specification, Y1 and Y2 are each a fluorine-substituted phenyl group. Specifically, 2,4-phenyl, 2,6-phenyl, 2,3-phenyl, 3,4-phenyl, and the like, but are not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3으로 표시되는 브랜처는 하기 구조들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the brancher represented by Chemical Formula 3 may be represented by any one of the following structures.
상기 구조에 있어서, X, l, R' 및 R"는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다. In the above structure, X, l, R 'and R "are the same as defined in the formula (3).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4의 Z는 하기 화학식 4-1 내지 4-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다. According to one embodiment of the present specification, Z in Chemical Formula 4 may be represented by any one of the following Chemical Formulas 4-1 to 4-4.
[화학식 4-1][Formula 4-1]
[화학식 4-2][Formula 4-2]
[화학식 4-3][Formula 4-3]
[화학식 4-4][Formula 4-4]
상기 화학식 4-1 내지 4-4에 있어서,In Chemical Formulas 4-1 to 4-4,
L1 내지 L7은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; -S-; -O-; -CO-; 또는 -SO2-이고, L1 To L7 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; -S-; -O-; -CO-; Or -SO 2- ,
R10 내지 R20은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,R10 to R20 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
a, b, c, f, h, i 및 j는 각각 1 내지 4의 정수이며, a, b, c, f, h, i and j are each an integer from 1 to 4,
d, e, g 및 k는 각각 1 내지 3의 정수이고, d, e, g and k are each an integer from 1 to 3,
a, b, c, d, e, f, g, h, i, j 및 k가 각각 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 동일하거나 상이하다. When a, b, c, d, e, f, g, h, i, j and k are each integers of 2 or more, structures in parentheses of 2 or more are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 SO2이다. According to one embodiment of the present specification, L1 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L2 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 SO2이다. According to one embodiment of the present specification, L2 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L2 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L3는 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L3 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L3는 SO2이다. According to one embodiment of the present specification, L3 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L3는 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L3 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L4는 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L4 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L4는 SO2이다. According to one embodiment of the present specification, L4 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L5는 직접결합이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L5 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L6는 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L6 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L7은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L7 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R10 내지 R20은 각각 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, each of R10 to R20 is hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R10 내지 R15, 및 R17 내지 R20은 각각 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the R10 to R15, and R17 to R20 are each hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R16은 할로겐기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R16 is a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R16은 불소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R16 is fluorine.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4로 표시되는 브랜처는 하기 구조들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the brancher represented by Chemical Formula 4 may be represented by any one of the following structures.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체 및 무기 입자를 포함하는 고분자 분리막을 제공한다.The present specification provides a polymer separation membrane comprising a polymer derived from a compound represented by the formula (1) and inorganic particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 경우에, 높은 기계적 강도와 높은 이온 전도도를 가지며, 고분자 분리막의 상분리 현상을 용이하게 할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, when including a polymer containing a unit derived from the compound represented by the formula (1), it has a high mechanical strength and high ionic conductivity, it is possible to facilitate the phase separation phenomenon of the polymer membrane have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체 및 무기 입자를 포함하는 것을 제외하고, 당 기술분야에 알려진 재료 및/또는 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 중합체를 포함하는 용액을 도포하고, 건조 및/또는 경화를 함으로써 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the polymer separation membrane uses materials and / or methods known in the art, except that it includes polymers and inorganic particles comprising units derived from the compound represented by Formula 1 Can be manufactured. For example, it may be performed by applying a solution containing the polymer, and drying and / or curing.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 도포는 테이프 캐스팅(Tape Casting)법, 딥코팅(Dip Coating)법, 스프레이 코팅(Spray Coating)법, 스핀 코팅(Spin Coating)법 등의 방법이 이용될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the coating may be a method such as a tape casting method, a dip coating method, a spray coating method, a spin coating method, or the like. have.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 고분자 분리막의 제조시 사용되는 용매는 N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide(DMAc)), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide(DMSO)), N,N-디메틸피롤리돈(N,N-dimethylpyrollidone(NMP)), 디페닐술폰(diphenylsulfone), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide(DMF)) 등이 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the solvent used in the preparation of the polymer membrane is N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO), N, N- Dimethylpyrrolidone (N, N-dimethylpyrollidone (NMP)), diphenylsulfone, N, N-dimethylformamide (DMF), etc. may be used, but is not limited to these. no.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화는 히팅에 의하여 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the curing may be performed by heating.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅은 가열을 통한 경화를 의미한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the heating means curing through heating.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅 온도는 30 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 구체적으로 50 ℃ 이상 150 ℃ 이하일 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the heating temperature may be 30 ° C or more and 200 ° C or less, specifically 50 ° C or more and 150 ° C or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅 시간은 1시간 이상 46시간 이하, 구체적으로 5시간 이상 20시간 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the heating time may be 1 hour or more and 46 hours or less, specifically 5 hours or more and 20 hours or less.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 제조방법은 상기 중합체를 포함하는 용액에 산 용액을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the method of manufacturing the polymer separator may further include adding an acid solution to the solution containing the polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체를 포함하는 용액에 산 용액을 가하면 상기 화학식 1의 A가 -SO3, -M+, -COO-M+, -PO3H-M+, 또는 -PO3 2-2M+인 공중합체의 금속 M 대신 H(수소)로 치환될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, when the acid solution is added to the solution containing the polymer, A of Formula 1 is -SO 3 , -M + , -COO - M + , -PO 3 H - M + , or- instead of the metal M PO 3 2- 2M + a copolymer which may be substituted with H (hydrogen).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅은 50 ℃ 내지 70 ℃에서 2 내지 6시간 동안 예열하고, 100 ℃에서 12시간 이상 건조하며, 마지막으로 100 ℃ 진공 오븐(vacuum oven)에서 12시간 이상 건조할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the heating is preheated at 50 ° C to 70 ° C for 2 to 6 hours, dried at 100 ° C for at least 12 hours, and finally dried at 100 ° C in a vacuum oven for at least 12 hours. can do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온 전도도는 0.01 S/cm 내지 0.5 S/cm 이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온 전도도는 0.01 S/cm 내지 0.3 S/cm 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the ion conductivity of the polymer separation membrane is 0.01 S / cm to 0.5 S / cm. According to another exemplary embodiment, the ionic conductivity of the polymer separation membrane is 0.01 S / cm to 0.3 S / cm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온 전도도는 가습 조건에서 측정될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 가습 조건이란 상대 습도(RH) 10% 내지 100%를 의미할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the ion conductivity of the polymer separation membrane can be measured under humidifying conditions. In the present specification, the humidification condition may mean relative humidity (RH) 10% to 100%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온교환용량(IEC) 값은 0.01 mmol/g 내지 5.0 mmol/g이다. 상기 이온교환용량값의 범위를 갖는 경우에는 상기 고분자 분리막에서의 이온 채널이 형성되고, 중합체가 우수한 이온 전도도를 나타낼 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the ion exchange capacity (IEC) value of the polymer separation membrane is 0.01 mmol / g to 5.0 mmol / g. When the ion exchange capacity value is in the range, an ion channel is formed in the polymer separation membrane, and the polymer may exhibit excellent ion conductivity.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛이다. 상기 범위 두께의 고분자 분리막은 전기적 쇼트(Electric Short) 및 전해질 물질의 크로스오버(Cross Over)를 저하시키고, 우수한 양이온 전도도 특성을 나타낼 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the thickness of the polymer separator is 1 ㎛ to 500 ㎛. The polymer membrane having a thickness in the above range may reduce electric short and cross over of the electrolyte material, and exhibit excellent cationic conductivity characteristics.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체; 및 무기 입자를 포함하는 순수막이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer separation membrane is a polymer comprising a unit derived from the compound represented by Formula 1; And inorganic particles.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막은 기재를 더 포함하는 강화막이다.According to another exemplary embodiment of the present specification, the polymer separation membrane is a reinforced membrane further comprising a substrate.
본 명세서는 기재; 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체; 및 무기 입자를 포함하는 강화막을 제공한다.This specification is described; A polymer comprising a unit derived from the compound represented by Formula 1; And it provides a reinforced film comprising inorganic particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, "강화막"은 강화 재료인 기재를 포함하는 분리막으로서, 이온을 교환할 수 있는 막으로, 기재를 포함하는 막, 이온교환막, 이온전달막, 이온전도성막, 분리막, 이온교환 분리막, 이온전달 분리막, 이온전도성 분리막, 이온교환 전해질막, 이온전달 전해질막 또는 이온전도성 전해질막 등을 의미할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the "reinforced membrane" is a separation membrane containing a substrate that is a reinforcing material, a membrane capable of exchanging ions, a membrane including a substrate, an ion exchange membrane, an ion transport membrane, an ion conductive membrane, Separation membrane, ion exchange separation membrane, ion transfer separation membrane, ion conductive separation membrane, ion exchange electrolyte membrane, ion transfer electrolyte membrane, or ion conductive electrolyte membrane.
본 명세서에 있어서, 상기 기재는 3차원 망상 구조의 지지체를 의미할 수 있으며, 상기 기재 및 중합체를 포함하는 강화막은 상기 중합체가 상기 기재의 일 표면, 상기 일 표면에 대향하는 표면 및 상기 기재 내부의 기공 영역 중 적어도 일부에 포함되는 것을 의미할 수 있다. 즉 본 명세서의 강화막은 상기 중합체가 상기 기재에 함침된 형태로 구비될 수 있다.In the present specification, the substrate may mean a support having a three-dimensional network structure, and a reinforcement film comprising the substrate and the polymer may include one surface of the substrate, a surface facing the one surface, and inside the substrate. It may mean included in at least a part of the pore area. That is, the reinforcement film of the present specification may be provided in a form in which the polymer is impregnated into the substrate.
본 명세서에 있어서, "함침(impregnation)"이란, 기재 내에 중합체 및 무기 입자가 스며드는 것을 의미한다.As used herein, "impregnation" means that polymer and inorganic particles are impregnated in the substrate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 탄화수소계 이온전달 분리막의 경우, 이온 전달 능력이 불소계 분리막에 비하여 떨어지고, 내화학성이 약한 문제가 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체를 포함하여, 높은 기계적 강도와 높은 이온 전도도를 가지며, 강화막의 상분리 현상을 용이하게 할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, in the case of a hydrocarbon-based ion transport membrane, the ion-transporting ability is lower than that of the fluorine-based membrane, and there is a problem that chemical resistance is weak. Therefore, the reinforced film according to the exemplary embodiment of the present specification includes a polymer containing a unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1, has high mechanical strength and high ionic conductivity, and can facilitate phase separation of the reinforced film. have.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막은 기재를 포함하여, 내화학성 및 내구성을 증대시켜, 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.In addition, the reinforcing film according to an exemplary embodiment of the present specification, including a substrate, can increase the chemical resistance and durability, thereby improving the life of the device.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재는 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리비닐리덴디플루오리드(PVDF)로 이루어진 군에서 1종 또는 2종이 선택된다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the substrate is one or two types in the group consisting of polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene (PE) and polyvinylidene difluoride (PVDF) Is selected.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 강화막 100 중량부에 대하여 상기 중합체와 무기 입자의 함량은 10 중량부 내지 99 중량부이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the content of the polymer and the inorganic particles with respect to 100 parts by weight of the reinforced film is 10 parts by weight to 99 parts by weight.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 강화막 100 중량부에 대하여, 상기 중합체와 무기 입자의 함량은 10 중량부 내지 99 중량부이고, 상기 기재의 함량은 1 중량부 내지 90 중량부이다. 상기 기재의 함량이 증가할수록 바나듐 이온의 크로스오버를 감소시킬 수 있으며, 상기 중합체의 함량이 증가할수록 전지의 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 기재, 중합체 및 무기 입자가 상기 범위인 경우, 전지의 성능을 유지함과 동시에 바나듐 이온의 크로스 오버를 감소시킬 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present specification, with respect to 100 parts by weight of the reinforced film, the content of the polymer and inorganic particles is 10 parts by weight to 99 parts by weight, and the content of the substrate is 1 part by weight to 90 parts by weight . As the content of the substrate increases, the crossover of vanadium ions may be reduced, and as the content of the polymer increases, the performance of the battery may be improved. Therefore, when the substrate, polymer, and inorganic particles according to an exemplary embodiment of the present specification are within the above range, it is possible to reduce the crossover of vanadium ions while maintaining the performance of the battery.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 강화막의 이온 전도도는 0.001 S/cm 내지 0.5 S/cm 이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 강화막의 이온 전도도는 0.001 S/cm 내지 0.3 S/cm 이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the ion conductivity of the reinforced film is 0.001 S / cm to 0.5 S / cm. According to another exemplary embodiment, the ionic conductivity of the reinforced film is 0.001 S / cm to 0.3 S / cm.
본 명세서에 있어서, 이온 전도도는 전술한 방법과 동일한 조건으로 측정될 수 있다.In the present specification, the ion conductivity can be measured under the same conditions as the above method.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 강화막의 이온교환용량(IEC) 값은 0.01 mmol/g 내지 5.0 mmol/g이다. 상기 이온교환용량값의 범위를 갖는 경우에는 상기 강화막에서의 이온 채널이 형성되고, 중합체가 우수한 이온 전도도를 나타낼 수 있다.Further, according to an exemplary embodiment of the present specification, the ion exchange capacity (IEC) value of the reinforced membrane is 0.01 mmol / g to 5.0 mmol / g. When the ion exchange capacity value ranges, an ion channel is formed in the reinforced film, and the polymer may exhibit excellent ion conductivity.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 강화막의 두께는 0.01 ㎛ 내지 10,000 ㎛ 이다. 상기 범위 두께의 강화막은 전기적 쇼트(Electric Short) 및 전해질 물질의 크로스오버(Crossover)를 저하시키고, 우수한 양이온 전도도 특성을 나타낼 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the thickness of the reinforced film is 0.01 ㎛ to 10,000 ㎛. The reinforcing film having the above-described thickness may reduce electric short and crossover of the electrolyte material, and exhibit excellent cationic conductivity characteristics.
본 명세서는 또한, 기재를 준비하는 단계; 및 상기 기재를 상기 중합체와 무기 입자의 혼합 용액에 함침하는 단계를 포함하는 강화막의 제조 방법을 제공한다.The present specification also includes the steps of preparing a substrate; And impregnating the substrate with a mixed solution of the polymer and inorganic particles.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 함침은 상기 기재를 상기 중합체 및 무기 입자의 혼합 용액에 침지(dipping), 슬롯 다이(slot dye) 코팅, 바 캐스팅(bar casting) 등을 이용하여 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the impregnation may be performed by dipping the substrate in a mixed solution of the polymer and inorganic particles, dipping, slot dye coating, bar casting, or the like. have.
본 명세서에 있어서, 침지는 딥코팅(Dip Coating) 또는 디핑법(Dipping method) 등의 용어로 표현될 수 있다.In this specification, immersion may be expressed in terms such as dip coating or dipping method.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 강화막은 방향성을 가질 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present specification, the reinforced film may have directionality.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재는 1축 연신 또는 2축 연신을 통하여 제조될 수 있으며, 상기 연신에 의한 기재의 방향성이 상기 강화막의 방향성을 결정할 수 있다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막은 기계방향(MD: Machine Direction), 및 기계방향의 수직방향의 방향성을 가질 수 있으며, 상기 강화막은 방향성에 따라 응력(stress) 및 신율(elongation) 등의 물성이 차이를 나타낼 수 있다.Specifically, according to an exemplary embodiment of the present specification, the substrate may be manufactured through uniaxial stretching or biaxial stretching, and the orientation of the substrate by the stretching may determine the orientation of the reinforcement film. Therefore, the reinforcing film according to an exemplary embodiment of the present specification may have a machine direction (MD) and a direction in the vertical direction of the machine direction, and the reinforcing film may include stress and elongation according to the direction. May have a difference in physical properties.
본 명세서는 또한, 기재를 준비하는 단계; 및 상기 기재를 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 유래된 단위를 포함하는 중합체; 및 무기 입자를 포함하는 혼합 용액에 침지하는 단계를 포함하는 강화막의 제조 방법을 제공한다.The present specification also includes the steps of preparing a substrate; And a polymer containing a unit derived from the compound represented by Chemical Formula 1 above. And immersing in a mixed solution containing inorganic particles.
본 명세서에서 상기 기재, 중합체 및 무기 입자는 전술한 바와 같다.In the present specification, the substrate, polymer and inorganic particles are as described above.
본 명세서는 또한, 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 전술한 고분자 분리막을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.The present specification also includes an anode; Cathode; And it provides a membrane electrode assembly comprising the above-described polymer separation membrane provided between the anode and the cathode.
본 명세서에 있어서, "막 전극 접합체(MEA)"는 연료와 공기의 전기화학 촉매 반응이 일어나는 전극(캐소드와 애노드)과 수소 이온의 전달이 일어나는 고분자 분리막의 접합체를 의미하는 것으로서, 전극(캐소드와 애노드)과 분리막이 접착된 단일의 일체형 유니트(unit)이다.In the present specification, the term "membrane electrode assembly (MEA)" means an electrode (cathode and anode) where an electrochemical catalytic reaction of fuel and air occurs and a polymer separation membrane where hydrogen ion transfer occurs, and an electrode (cathode and cathode) Anode) and a single membrane-bonded unit.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 막 전극 접합체는 애노드의 촉매층과 캐소드의 촉매층이 고분자 분리막에 접촉하도록 하는 형태로서, 당 기술분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 상기 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 고분자 분리막을 밀착시킨 상태에서 100 ℃내지 400 ℃로 열압착하여 제조될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the membrane electrode assembly is in a form that the catalyst layer of the anode and the catalyst layer of the cathode contact the polymer separation membrane, it can be prepared according to a conventional method known in the art. In one example, the cathode; Anode; And it may be prepared by heat-pressing to 100 ℃ to 400 ℃ in a state in close contact with the polymer membrane positioned between the cathode and the anode.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 애노드 전극은 애노드 촉매층과 애노드 기체확산층을 포함할 수 있다. 애노드 기체확산층은 다시 애노드 미세 기공층과 애노드 전극 기재를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present specification, the anode electrode may include an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer. The anode gas diffusion layer may again include an anode microporous layer and an anode electrode substrate.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 캐소드 전극은 캐소드 촉매층과 캐소드 기체확산층을 포함할 수 있다. 캐소드 기체확산층은 다시 캐소드 미세 기공층과 캐소드 전극 기재를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the cathode electrode may include a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer. The cathode gas diffusion layer may again include a cathode microporous layer and a cathode electrode substrate.
도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막 전극 접합체(MEA)인데, 이는 분리막(100)과 이 분리막(100)의 양면에 형성되는 애노드(200a) 및 캐소드(200b) 전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 애노드(200a)에서는 수소 또는 메탄올, 부탄과 같은 탄화수소 등의 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생하고, 수소 이온은 분리막(100)을 통해 캐소드(200b)로 이동한다. 캐소드(200b)에서는 분리막(100)을 통해 전달된 수소 이온과, 산소와 같은 산화제 및 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.FIG. 1 schematically shows the principle of electricity generation in a fuel cell, and in a fuel cell, the most basic unit for generating electricity is a membrane electrode assembly (MEA), which is a
상기 애노드 전극의 촉매층은 연료의 산화 반응이 일어나는 곳으로, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매가 바람직하게 사용될 수 있다.The catalyst layer of the anode electrode is where the oxidation reaction of fuel occurs, and a catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-transition metal alloy is preferred. Can be used.
상기 캐소드 전극의 촉매층은 산화제의 환원 반응이 일어나는 곳으로, 백금 또는 백금-전이금속 합금이 촉매로 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 촉매들은 그 자체로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 탄소계 담체에 담지되어 사용될 수 있다.The catalyst layer of the cathode electrode is a place where a reduction reaction of an oxidizing agent occurs, and a platinum or platinum-transition metal alloy can be preferably used as a catalyst. The catalysts can be used by themselves as well as supported on a carbon-based carrier.
촉매층을 도입하는 과정은 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 수행할 수 있는데, 예를 들면 촉매 잉크를 분리막에 직접적으로 코팅하거나 기체확산층에 코팅하여 촉매층을 형성할 수 있다. 이때 촉매 잉크의 코팅 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 스프레이 코팅, 테이프 캐스팅, 스크린 프린팅, 블레이드 코팅, 다이 코팅 또는 스핀 코팅 방법 등을 사용할 수 있다. 촉매 잉크는 대표적으로 촉매, 폴리머 이오노머(polymer ionomer) 및 용매로 이루어질 수 있다.The process of introducing the catalyst layer may be performed by a conventional method known in the art, for example, the catalyst ink may be directly coated on a separator or a gas diffusion layer to form a catalyst layer. At this time, the coating method of the catalyst ink is not particularly limited, but spray coating, tape casting, screen printing, blade coating, die coating or spin coating may be used. The catalyst ink is typically made of a catalyst, a polymer ionomer, and a solvent.
상기 기체확산층은 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물의 이동 통로가 되는 것으로, 다공성의 구조를 가진다. 따라서, 상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 도전성 기재로는 탄소 페이퍼(Carbon paper), 탄소 천(Carbon cloth) 또는 탄소 펠트(Carbon felt)가 바람직하게 사용될 수 있다. The gas diffusion layer serves as a current conductor and serves as a passage for the reaction gas and water, and has a porous structure. Therefore, the gas diffusion layer may be formed of a conductive substrate. Carbon paper, carbon cloth or carbon felt may be preferably used as the conductive substrate.
상기 기체확산층은 촉매층 및 도전성 기재 사이에 미세기공층을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 미세기공층은 저가습 조건에서의 연료전지의 성능을 향상시키기 위하여 사용될 수 있으며, 기체확산층 밖으로 빠져나가는 물의 양을 적게 하여 고분자 분리막이 충분한 습윤 상태에 있도록 하는 역할을 한다.The gas diffusion layer may further include a microporous layer between the catalyst layer and the conductive substrate. The microporous layer can be used to improve the performance of the fuel cell under low-humidity conditions, and serves to keep the polymer membrane in a sufficiently wet state by reducing the amount of water passing out of the gas diffusion layer.
본 명세서의 일 실시상태는 2 이상의 막 전극 접합체; 상기 막 전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택; 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및 상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지를 제공한다. One embodiment of the present specification is two or more membrane electrode assembly; A stack including a bipolar plate provided between the membrane electrode assemblies; A fuel supply unit supplying fuel to the stack; And it provides a polymer electrolyte fuel cell comprising an oxidizing agent supply unit for supplying an oxidizing agent to the stack.
연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식이다.A fuel cell is an energy conversion device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy. That is, a fuel cell is a power generation method that uses fuel gas and an oxidizing agent, and generates electricity using electrons generated during their redox reaction.
연료전지는 전술한 막 전극 접합체(MEA)를 사용하여 당 기술분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기에서 제조된 막 전극 접합체(MEA)와 바이폴라 플레이트(bipolar plate)로 구성하여 제조될 수 있다.The fuel cell can be manufactured according to conventional methods known in the art using the above-described membrane electrode assembly (MEA). For example, the membrane electrode assembly (MEA) and the bipolar plate (bipolar plate) prepared above may be manufactured.
본 명세서에 있어서, 연료전지는 스택, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함하여 이루어진다.In the present specification, the fuel cell includes a stack, a fuel supply unit, and an oxidizer supply unit.
도 3은 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 스택(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.3 schematically illustrates the structure of a fuel cell, and the fuel cell includes a
스택(60)은 상술한 막 전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막 전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 막 전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막 전극 접합체로 전달하는 역할을 한다.The
산화제 공급부(70)는 산화제를 스택(60)으로 공급하는 역할을 한다. 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 펌프(70)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidizing
연료 공급부(80)는 연료를 스택(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료 탱크(81)에 저장된 연료를 스택(60)으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.The
상기 연료전지는 고분자 전해질 연료전지, 직접 액체 연료전지, 직접 메탄올 연료전지, 직접 개미산 연료전지, 직접 에탄올 연료전지, 또는 직접 디메틸에테르 연료전지 등이 가능하다.The fuel cell may be a polymer electrolyte fuel cell, a direct liquid fuel cell, a direct methanol fuel cell, a direct formic acid fuel cell, a direct ethanol fuel cell, or a direct dimethyl ether fuel cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막을 연료전지의 이온교환막으로 사용하였을 때 전술한 효과를 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present specification, when the polymer separation membrane is used as the ion exchange membrane of the fuel cell, the above-described effect may be exhibited.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 상기 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.In addition, according to one embodiment of the present specification, an anode cell including an anode and an anode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And it provides a redox flow battery comprising the polymer separator provided between the anode cell and the cathode cell.
레독스 플로우 전지(산화-환원 흐름 전지, Redox Flow Battery)는 전해액에 포함되어 있는 활성물질이 산화·환원되어 충전·방전되는 시스템으로 활성물질의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전 장치이다. 레독스 플로우 전지는 산화상태가 다른 활성물질을 포함하는 전해액이 이온교환막을 사이에 두고 만날 때 전자를 주고받아 충전과 방전이 되는 원리를 이용한다. 일반적으로 레독스 플로우 전지는 전해액이 담겨있는 탱크와 충전과 방전이 일어나는 전지 셀, 그리고 전해액을 탱크와 전지 셀 사이에 순환시키기 위한 순환펌프로 구성되고, 전지 셀의 단위셀은 전극, 전해질 및 이온교환막을 포함한다.Redox flow battery (oxidation-reduction flow battery, Redox Flow Battery) is a system in which the active substance contained in the electrolyte is oxidized, reduced and charged and discharged. to be. Redox flow batteries use the principle of charging and discharging electrons when an electrolyte containing an active material having different oxidation states meets the ion exchange membrane. In general, a redox flow battery is composed of a tank containing electrolyte, a battery cell in which charging and discharging occurs, and a circulation pump for circulating the electrolyte between the tank and the battery cell, and the unit cells of the battery cell are electrodes, electrolytes and ions. Includes an exchange membrane.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막을 레독스 플로우 전지의 이온교환막으로 사용하였을 때 전술한 효과를 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present specification, when the polymer separation membrane is used as the ion exchange membrane of the redox flow battery, the above-described effect may be exhibited.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 레독스 플로우 전지는 상기 고분자 분리막을 포함하는 것을 제외하고는, 당 기술분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the redox flow battery may be manufactured according to a conventional method known in the art, except that the polymer separation membrane is included.
도 2에 도시한 바와 같이, 레독스 플로우 전지는 분리막(31)에 의해 양극 셀(32)과 음극 셀(33)로 나뉘어진다. 양극 셀(32)과 음극 셀(33)은 각각 양극과 음극을 포함한다. 양극 셀(32)은 파이프를 통해 양극 전해액(41)을 공급 및 방출하기 위한 양극 탱크(10)에 연결되어 있다. 음극 셀(33) 또한, 파이프를 통해 음극 전해액(42)을 공급 및 방출하기 위한 음극 탱크(20)에 연결되어 있다. 전해액은 펌프(11, 21)를 통해 순환되고, 이온의 산화수가 변화되는 산화/환원 반응(즉, 레독스 반응)이 일어남으로써 양극과 음극에서 충전 및 방전이 일어난다. As shown in FIG. 2, the redox flow battery is divided into a
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present specification. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not interpreted to be limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.
<< 제조예Manufacturing example 1> 중합체의 합성 1> Synthesis of polymer
상기 화합물을 이용하여, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 술포네이트계 화합물을 합성하였다. Using the above compound, a sulfonate-based compound according to an exemplary embodiment of the present specification was synthesized.
4,4'-비페놀(4,4'-Biphenol)과 4,4'-디플루오로벤조페논(4,4'-Difluorobenzophenone) 그리고 합성된 본 명세서의 일 실시상태에 따른 술포네이트계 화합물을 140 ℃에서 4시간, 180 ℃에서 24시간 중합하여 N-메틸-2-피페리돈 (NMP)를 용매로 이용하여 중합하였고, 이 후 상온에서 충분히 식힌 후 에탄올에 침전하여 고분자 수지를 얻었다. 4,4'-Biphenol (4,4'-Biphenol) and 4,4'-difluorobenzophenone (4,4'-Difluorobenzophenone) and synthesized sulfonate compounds according to one embodiment of the present specification Polymerization was carried out at 140 ° C for 4 hours and at 180 ° C for 24 hours, and polymerization was performed using N-methyl-2-piperidone (NMP) as a solvent. After this, the mixture was sufficiently cooled at room temperature and precipitated in ethanol to obtain a polymer resin.
합성된 수지를 20 wt% 용액(용매 DMAc)을 만들어 용액 코팅하여 이온전달 분리막을 제조하였고 110 ℃ 진공오븐에서 24시간 건조하였다. 이온전달 분리막을 10 wt/wt% 황산 (H2SO4) 용액에 80℃에서 24시간 동안 담근 후 증류수 (DI water)로 여러 번 헹군 후 이온 전도도를 측정하였다. 술폰산의 짝이온이 K+가 아닌 H+로 치환되었다.Ion transfer separators were prepared by making 20 wt% solution (solvent DMAc) of the synthesized resin and coating the solution, followed by drying in a vacuum oven at 110 ° C. for 24 hours. The ion transport membrane was immersed in a 10 wt / wt% sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution at 80 ° C. for 24 hours, and then rinsed several times with distilled water (DI water) to measure ion conductivity. The counterion of the sulfonic acid was replaced by H + rather than K + .
<< 실시예Example 1> 1> 복합막Composite membrane (무기입자 (Inorganic particles 0.5wt%0.5wt% ))
제조예 1의 방법으로 합성한 중합체를 포함하는 이온전달 수지 용액(점도 500 cP, IEC 2.3 )에 실리카 나노입자(size: ~10 nm)용액을 고분자 분리막 고형분의 전체 함량을 기준으로 실리카 나노입자의 함량이 0.5 wt%(용매 NMP 또는 DMAc)가 되도록 투입한 후 상온에서 4시간 교반하였다.The solution of silica nanoparticles (size: ~ 10 nm) in an ion transfer resin solution (viscosity 500 cP, IEC 2.3) containing a polymer synthesized by the method of Preparation Example 1 is based on the total content of the solid content of the polymer separator. The content was added to be 0.5 wt% (solvent NMP or DMAc), followed by stirring at room temperature for 4 hours.
유리 기판 위에 코팅 및 건조 후 약 20 ㎛ 크기의 필름을 제작하였다.After coating and drying on a glass substrate, a film having a size of about 20 μm was produced.
<< 실시예Example 2> 2> 복합막Composite membrane (무기입자 (Inorganic particles 5wt%5wt% ))
상기 실시예 1에서 실리카 나노입자 용액을 고분자 분리막 고형분의 전체 함량을 기준으로 실리카 나노입자의 함량이 5 wt%가 되도록 투입하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제작하였다.A film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silica nanoparticle solution in Example 1 was added so that the content of the silica nanoparticles was 5 wt% based on the total content of the polymer separator solid content.
<< 실시예Example 3> 3> 복합막Composite membrane (무기입자 (Inorganic particles 10wt%10wt% ))
상기 실시예 1에서 실리카 나노입자 용액을 고분자 분리막 고형분의 전체 함량을 기준으로 실리카 나노입자의 함량이 10 wt%가 되도록 투입하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제작하였다.A film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silica nanoparticle solution in Example 1 was added so that the content of the silica nanoparticles was 10 wt% based on the total content of the polymer separator solid content.
<< 실시예Example 4> 4> 복합막Composite membrane (무기입자 (Inorganic particles 0.1wt%0.1wt% ))
상기 실시예 1에서 실리카 나노입자 용액을 고분자 분리막 고형분의 전체 함량을 기준으로 실리카 나노입자의 함량이 0.1 wt%가 되도록 투입하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제작하였다.A film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silica nanoparticle solution in Example 1 was added so that the content of the silica nanoparticle was 0.1 wt% based on the total content of the polymer separator solid content.
<< 비교예Comparative example 1> 순수 고분자 분리막 1> Pure polymer separator
상기 제조예 1의 방법으로 합성한 중합체를 포함하는 이온전달 수지 용액(점도 500 cP, IEC 2.3 )으로 유리 기판 위에 코팅 및 건조 후 약 20 ㎛ 크기의 필름을 제작하였다. After coating and drying on a glass substrate with an ion transfer resin solution (viscosity 500 cP, IEC 2.3) containing a polymer synthesized by the method of Preparation Example 1, a film having a size of about 20 μm was produced.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 필름의 특성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The properties of the films prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.
IEC는 이온교환용량을 의미하고, 포화 염화나트륨(NaCl) 수용액에 24 시간 침전시킨 후, 방출된 수소 이온(H+)의 양을 수산화나트륨(NaOH) 적정을 통하여 계산한 방법으로 측정하였다.IEC stands for ion exchange capacity, and after precipitation for 24 hours in a saturated sodium chloride (NaCl) aqueous solution, the amount of released hydrogen ions (H + ) was measured by a method calculated through sodium hydroxide (NaOH) titration.
또한, 수분흡수량(Water uptake)은 필름을 24시간 초순수(Ultrapure water)에 담근 후, 침지 전 후의 중량 차이를 통하여 계산하였다. 함수율(moisture content)은 하기 식 1로 정의될 수 있다.In addition, the water uptake was calculated by immersing the film in ultrapure water for 24 hours and then calculating the weight difference before and after immersion. The moisture content may be defined by Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
팽윤비(Swelling ratio)는 건조시킨 필름을 상온에서 증류수에 24시간 침지시킨 후, 침지 전후 필름의 두께를 측정하여 하기 식 2로 계산하였다.Swelling ratio (Swelling ratio) was calculated by the following equation 2 by measuring the thickness of the film before and after immersing the dried film in distilled water at room temperature for 24 hours.
[식 2][Equation 2]
필름의 이온 전도도는 온도 및 습도가 조절되는 4 전극 셀을 이용하여 교류임피던스법을 사용하여 습도 의존성을 측정하였다. 습도 구간에서 2시간 이상 유지한 후, 충분히 평행 상태에 도달한 이후 이온 전도도를 측정하였다.The ion conductivity of the film was measured using a four-electrode cell with temperature and humidity control, and the humidity dependence was measured using an AC impedance method. After maintaining for more than 2 hours in the humidity section, the ion conductivity was measured after reaching a sufficiently parallel state.
이온 전도도 1은 상대 습도(RH) 100%, 25℃인 상태에서 전술한 방법으로 측정하였으며, 이온 전도도 2는 상대습도 50%, 60℃인 상태에서 전술한 방법으로 측정하였다.Ionic conductivity 1 was measured by the method described above at a relative humidity (RH) of 100% and 25 ° C, and ion conductivity 2 was measured by the method described above at a relative humidity of 50% and 60 ° C.
바나듐 이온 투과도는 레독스 플로우 전지 셀에 제조된 필름을 넣고 체결한 다음, 음극에는 1M의 황산 마그네슘(MgSO4)을 2M 황산(H2SO4)에 용해시킨 용액을, 양극에는 1M의 옥시황산바나듐(VOSO4)을 2M 황산(H2SO4)에 용해시킨 용액을 순환시키면서 음극에서 바나듐 이온의 농도를 시간에 따라 측정하여 투과도를 하기 식 3에 의하여 계산하였다.Vanadium ion permeability is fixed by inserting a film prepared in a redox flow battery cell, and then dissolving 1M magnesium sulfate (MgSO 4 ) in 2M sulfuric acid (H 2 SO 4 ) at the cathode, and 1M oxysulfuric acid at the anode. While circulating the solution in which vanadium (VOSO 4 ) was dissolved in 2M sulfuric acid (H 2 SO 4 ), the concentration of vanadium ions at the cathode was measured over time, and the permeability was calculated by Equation 3 below.
바나듐 이온의 농도는 UV 분광광도계(Simadzu UV-1650PC)를 이용하여, 4가 이온 파장 767 ㎚ 에서 흡광도를 측정하여 환산하였다.The concentration of vanadium ions was converted by measuring absorbance at a quaternary ion wavelength of 767 nm using a UV spectrophotometer (Simadzu UV-1650PC).
[식 3][Equation 3]
식 3에 있어서, In Equation 3,
V는 황산 용액의 체적을 의미하고, V means the volume of sulfuric acid solution,
CO는 황산 마그네슘 탱크의 바나듐 이온의 초기농도를 의미하며, C O means the initial concentration of vanadium ion in the magnesium sulfate tank,
Ct는 t 시간에 황산 마그네슘 탱크의 바나듐 이온의 농도를 의미하고, C t means the concentration of vanadium ions in the magnesium sulfate tank at time t,
S는 황산 용액에 접한 필름의 면적을 의미하며, S means the area of the film in contact with the sulfuric acid solution,
P는 바나듐 이온의 투과도를 의미하고, P means the permeability of vanadium ions,
L은 필름의 두께를 의미한다.L means the thickness of the film.
(meq/g)IEC
(meq / g)
흡수량
(%)moisture
Absorption
(%)
(%)
z-축Swelling ratio
(%)
z-axis
(S/cm)
@ RH100%,25℃Ion conductivity 1
(S / cm)
@ RH100%, 25 ℃
(S/cm)
@ RH50%,60℃Ion conductivity 2
(S / cm)
@ RH50%, 60 ℃
(x10-6㎠/min)Vanadium ion permeability
(x10 -6 ㎠ / min)
상기 표 1의 결과로, 무기 입자를 포함하지 않는 비교예 1의 경우에는 연료전지나 레독스 플로우 전지의 적용면에서 우수한 이온 전도도를 갖지만, 수분 흡수량, 팽윤비 및 바나듐 이온 투과도가 높아 막 전극 접합체나, 레독스 플로우 전지의 적용에 불리하게 작용할 수 있다.As a result of Table 1, in the case of Comparative Example 1, which does not contain inorganic particles, it has excellent ionic conductivity in terms of application of a fuel cell or a redox flow cell, but has a high moisture absorption, swelling ratio, and high vanadium ion permeability. , It may adversely affect the application of the redox flow battery.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체 외에 무기 입자를 더 포함하는 고분자 분리막의 경우에는 연료전지나 레독스 플로우 전지에 적용하기 위한 이온 전도도를 유지하면서 수분 함유 능력이 우수하여, 저가습 조건에서의 이온 전도도가 우수함을 확인할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, in the case of a polymer separation membrane further comprising inorganic particles in addition to the polymer, the moisture-containing ability is excellent while maintaining ion conductivity for application to a fuel cell or a redox flow cell, and in a low-humidity condition. It can be confirmed that the ionic conductivity is excellent.
상기 결과로 보아, 도입된 무기 입자에 의해 고분자 분리막의 내열성 및 고온에서의 수분 보유도는 증가함을 확인할 수 있었다. 다만, 무기 입자의 함량이 10 wt% 초과인 경우, 이온 전도도가 감소하는 것을 보아, 고른 분산의 문제가 성능의 주요 인자로 작용할 수 있는 것을 확인할 수 있다. From the results, it was confirmed that the heat resistance of the polymer membrane and the water retention at high temperatures were increased by the introduced inorganic particles. However, when the content of the inorganic particles is more than 10 wt%, it can be seen that the ionic conductivity decreases, so that the problem of even dispersion can act as a major factor in performance.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 고분자 분리막은 무기 입자를 포함하지 않는 경우에 비하여, 수분 흡수량, 팽윤비 및 바나듐 이온 투과도 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the polymer separation membrane according to the exemplary embodiment of the present specification has excellent water absorption, swelling ratio, and vanadium ion permeability performance as compared to the case of not containing inorganic particles.
100: 분리막
200a: 애노드
200b: 캐소드
10, 20:탱크
11, 21:펌프
31: 분리막
32: 양극 셀
33: 음극 셀
41: 양극 전해액
42: 음극 전해액
60: 스택
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료 탱크
82: 펌프100: separator
200a: anode
200b: cathode
10, 20: Tank
11, 21: Pump
31: separator
32: anode cell
33: cathode cell
41: anode electrolyte
42: cathode electrolyte
60: stack
70: oxidizing agent supply unit
80: fuel supply
81: fuel tank
82: Pump
Claims (16)
무기 입자를 포함하는 고분자 분리막:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2는 각각 F인 것을 특징으로 하고,
A는 O 또는 NR4이고,
Z1 및 Z2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
R3는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)qSO3H, ―O(CF2)qSO3 -M+, ―O(CF2)qCOOH, ―O(CF2)qCOO-M+, ―O(CF2)qPO3H2, ―O(CF2)qPO3H-M+, ―O(CF2)qPO3 2-2M+ 또는 하기 화학식 2로 표시되고,
q는 1 내지 6의 정수이고,
M은 1족 원소이고,
R4는 H, CH3, (CF2)oSO3H 또는 (CF2)pCO2H이고,
n, o 및 p는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이고, n이 2 이상인 경우 괄호 안의 구조는 서로 동일하거나 상이하고,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
Z3 및 Z4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
R5는 SO3H 또는 CO2H이고,
m은 1 내지 10의 정수이고, m이 2 이상의 정수인 경우 괄호 안의 구조는 서로 동일하거나 상이하다.Polymer comprising a unit derived from the compound represented by the formula (1); And
Polymer separation membrane comprising inorganic particles:
[Formula 1]
In Chemical Formula 1,
R1 and R2 are each characterized by being F,
A is O or NR4,
Z1 and Z2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
R3 is ―SO 3 H, ―SO 3 - M + , ―COOH, ―COO - M + , ―PO 3 H 2 , ―PO 3 H - M + , ―PO 3 2- 2M + , ―O (CF 2 ) q SO 3 H, ―O (CF 2 ) q SO 3 - M + , ―O (CF 2 ) q COOH, ―O (CF 2 ) q COO - M + , ―O (CF 2 ) q PO 3 H 2 , ―O (CF 2 ) q PO 3 H - M + , ―O (CF 2 ) q PO 3 2- 2M + or represented by the following Chemical Formula 2,
q is an integer from 1 to 6,
M is a group 1 element,
R4 is H, CH 3 , (CF 2 ) o SO 3 H or (CF 2 ) p CO 2 H,
n, o and p are each independently an integer of 1 to 10, and when n is 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other,
[Formula 2]
In Chemical Formula 2,
Z3 and Z4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen group; Cyano group; Nitro group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted alkenyl group; A substituted or unsubstituted silyl group; A substituted or unsubstituted boron group; A substituted or unsubstituted amine group; A substituted or unsubstituted alkylamine group; A substituted or unsubstituted aralkylamine group; A substituted or unsubstituted arylamine group; A substituted or unsubstituted heteroarylamine group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
R5 is SO 3 H or CO 2 H,
m is an integer of 1 to 10, and when m is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other.
상기 Z1 내지 Z4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로, F, Cl, Br 및 I로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The Z1 to Z4 are the same or different from each other, and each independently, F, Cl, Br and polymer separator characterized in that it is selected from the group consisting of I.
상기 화학식 1로 표시되는 단위는 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 고분자 분리막:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-4에 있어서,
R6은 H, CH3, (CF2)oSO3H 또는 (CF2)pCO2H이고,
n, o 및 p는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.The method according to claim 1,
The unit represented by Formula 1 is a polymer separation membrane characterized in that represented by any one of the following Formula 1-1 to Formula 1-4:
[Formula 1-1]
[Formula 1-2]
[Formula 1-3]
[Formula 1-4]
In the above Chemical Formulas 1-1 to 1-4,
R6 is H, CH 3 , (CF 2 ) o SO 3 H or (CF 2 ) p CO 2 H,
n, o and p are as defined in Formula 1.
상기 무기 입자의 입경은 5 ㎚ 내지 50 ㎛인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The particle diameter of the inorganic particles is 5 nm to 50 ㎛ polymer separation membrane.
상기 무기 입자는 무기물; 헤테로 폴리산; 및 무기산으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The inorganic particles are inorganic; Hetero polyacid; And one or two or more polymer separators from the group consisting of inorganic acids.
상기 무기 입자는 상기 고분자 분리막에서 분산된 형태로 구비되는 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The inorganic particle is a polymer separation membrane that is provided in a form dispersed in the polymer separation membrane.
상기 고분자 분리막의 고형분의 전체 함량을 기준으로
상기 무기 입자의 함량은 0.5 중량% 내지 10 중량%이고,
상기 중합체의 함량은 90 중량% 내지 99.5 중량%인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
Based on the total content of solids in the polymer membrane
The content of the inorganic particles is 0.5% to 10% by weight,
The polymer content is 90 to 99.5% by weight of the polymer separator.
상기 중합체는 랜덤 중합체 또는 블록 중합체인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The polymer is a polymer separator that is a random polymer or a block polymer.
상기 중합체는 하기 화학식 3으로 표시되는 브랜처; 또는 하기 화학식 4로 표시되는 브랜처를 더 포함하는 것인 고분자 분리막:
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 3 및 4에 있어서,
X는 S; O; CO; SO; SO2; NR; 탄화수소계 또는 불소계 결합체이고,
l은 0 내지 100의 정수이고, l이 2 이상인 경우, 2 이상의 X는 서로 동일하거나 상이하고,
Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상 치환된 방향족 고리; 히드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 1 또는 2 이상 치환된 지방족 고리; 또는 NR'R"로 표시되는 아민기이고,
R, R' 및 R"는 할로겐기로 치환된 방향족 고리; 또는 할로겐기로 치환된 지방족 고리이고,
Z는 3가의 유기기이다.The method according to claim 1,
The polymer is a branch represented by the following formula (3); Or a polymer separator further comprising a brancher represented by the following formula (4):
[Formula 3]
[Formula 4]
In Chemical Formulas 3 and 4,
X is S; O; CO; SO; SO 2 ; NR; Hydrocarbon-based or fluorine-based conjugates,
l is an integer from 0 to 100, and when l is 2 or more, 2 or more Xs are the same or different from each other,
Y1 and Y2 are the same as or different from each other, and each independently an aromatic ring substituted by 1 or 2 or more with a substituent selected from the group consisting of a hydroxy group and a halogen group; An aliphatic ring substituted by 1 or 2 or more with a substituent selected from the group consisting of a hydroxy group and a halogen group; Or an amine group represented by NR'R ",
R, R 'and R "are aromatic rings substituted with halogen groups; or aliphatic rings substituted with halogen groups,
Z is a trivalent organic group.
상기 고분자 분리막의 이온 전도도는 0.01 S/cm 내지 0.5 S/cm인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The polymer separator has an ion conductivity of 0.01 S / cm to 0.5 S / cm.
상기 고분자 분리막의 이온교환용량(IEC) 값은 0.01 mmol/g 내지 5 mmol/g인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The polymer membrane has an ion exchange capacity (IEC) value of 0.01 mmol / g to 5 mmol / g.
상기 고분자 분리막의 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛인 것인 고분자 분리막.The method according to claim 1,
The polymer separator has a thickness of 1 μm to 500 μm.
상기 막 전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택;
상기 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및
상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지.A membrane electrode assembly according to claim 14 of 2 or more;
A stack including a bipolar plate provided between the membrane electrode assemblies;
A fuel supply unit supplying fuel to the stack; And
A polymer electrolyte fuel cell including an oxidizing agent supply unit for supplying an oxidizing agent to the stack.
음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및
상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 청구항 1 및 3 내지 13 중 어느 한 항의 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지.
An anode cell comprising an anode and a cathode electrolyte;
A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And
Redox flow battery comprising the polymer separator of any one of claims 1 and 3 to 13 provided between the anode cell and the cathode cell.
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