일반기술

스티렌계-아크릴레이트계 공중합체가 함유된 신규의 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법

*원리 및 구성본 발명은 스티렌계-아크릴레이트계 공중합체가 함유된 신규의 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스티렌계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량계, 가교제 및 개시재를 포함하는 중합용 용액에, 다공성 필름을 한침시켜 중합한 후 술폰산 그룹의 도입 및 카르복시산 그룹을 형성하는 일련의 제조공정으로, 메탄올 투과율 및 전기 저항성이 낮고 이온전도도, 기계적 물성 및 가공성이 향상되어 연료전지 및 전기투석용 복합막에 유용하게 사용될 수 있는 스티렌계-아크릴레이트계 공중합체가 함유된 신규의 양이온교환 복합막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.*배경고분자를 전해질로 사용하는 연료전지는 고분자전해질 연료전지와 직접 메탄올 연료전지가 있다. 이 연료전지들은 에너지 이용 효율이 높고, 구조가 간단하며 관리가 용이하다는 특징을 가지고 있다. 이 두 가지 중 고분자 전해질 연료전지는 음극쪽의 연료로 수소를 사용하여야 하기 때문에 개질기가 따로 필요한 반면, 직접 메탄올 연료전지는 따로 개질기를 필요로 하지 않고 직접 연료로 메탄올을 사용하기 때문에 고분자 전해질 연료전지보다 구조가 간단하며, 전지가 차지하는 부피가 작기 때문에 소형화가 가능하다. 따라서, 노트북 또는 핸드폰 등의 소형 휴대용 장치의 전원용으로 유망시 되고 있다. 고분자 전해질로는 일반적으로 술폰산기를 갖는 불소계 수지, 대표적인 상업막 으로는 듀퐁(Du Pont)사에서 제조한 NafionTM(이하 '나피온'라 함), 아사히 글라스(Asahi Glass)사의 Flemion, 아사히 케미칼(Asahi Chemical)사의 Aciplex, 다우(Dow)사의 Xus 등을 들 수 있다. 이러한, 불소계 고분자전해질막은 높은 이온전도도와 기계적 안정성을 가지고 있어 현재 가장 유망한 상업화 소재이다. 그러나, 직접 메탄올 연료전지의 전해질로 사용될 경우 음극에서 공급되어진 메탄올과 물의 대부분이 이산화탄소와 수소이온(H+)으로 바뀌지만, 일부는 수화된 메탄올 상태로 상용 나피온막을 통과하여 환원극인 양극에서 산화됨에 따라 연료의 효율이 감소하게 되어 직접 연료전지의 성능을 저하시키는 주원인으로 작용하고 있다. 또한 제조과정이 지나치게 복잡하여 가격이 매우 고가라는 단점을 가지고 있다.*종래기술기존의 방법인 폴리스티렌-디비닐벤젠계 고분자를 다공성 지지체에 함유시키는 경우 폴리스티렌의 경직된 구조로 인한 취성의 증가로 인해 막의 건조 시 금이 가는 등 파손되는 특성을 가지며, 이 때문에 전해질 복합막 및 전극의 대량생산에 문제를 가짐. *특징 및 장점1)다공성 지지체 재료로, 황산에 분해되지 않음.2)기계적 강도가 높은 테플론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 사용. 3)기존의 술폰화 폴리스티렌-다이비닐벤젠 공중합체 양이온교환막의 구조에 유연하며서도 카본산으로 전환이 가능한 아크릴계 단량체를 혼합.4)이온전도성을 가지면서 동시에 대량생산성, 기계적 강도, 내화학성, 내팽윤성, 메탄올 차단성이 더욱 우수함.5)종래의 전불소계 및 부분 불소계 양이온 교환막 및 복합막과 대등한 이온전도성을 가짐.6)제조비용이 저렴함.*특징 및 장점1)다고성 지지체인 PTFE, PP, PE를 강도보강용으로 사용.2)폴리스티렌에 아크릴계 모노머를 동반 사용함.3)기존의 폴리스티렌-디비닐벤젠 보다 우수한 기계적 성질과 우수한 이온 전도도를 가짐.4)낮은 비용으로 전불소계 수지인 나피온보다 좋은 가격 경쟁력을 가질 것으로 기대됨.