본 기술은 주쇄 고분자 곁가지에 탄소수 8~18의 긴 알킬 사슬과 이온 전도기인 4차 암모늄기를 함께 도입한 고분자에, 암모늄·이미다졸리움·피페르디니움염 등 물리적 가교를 유도하는 첨가제를 더해 음이온 교환막을 만드는 기술입니다. 아실화, 환원, 클로로메틸화, 4차 암모늄 도입, 첨가제 투입 순의 제조 공정을 포함합니다.
알칼리 연료전지용 음이온 교환막은 이온 전도도를 높이려 이온교환능력(IEC)을 키우면 함수율이 증가해 막의 물성이 약해지고, IEC를 낮추면 전도도가 크게 떨어지는 상충 문제가 있었습니다. 또한 고온 알칼리 환경에서 화학적 열화가 빨라 장기 운전 수명을 확보하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 긴 알킬 곁사슬이 소수성 영역을 만들어 이온 채널을 정렬시키고, 고분자 100중량부당 5~20중량부의 염 첨가제가 사슬 간 물리 가교를 형성해 높은 이온 전도도와 화학적 안정성을 함께 확보합니다. 이 막을 적용한 알칼리 연료전지는 수명 특성이 현저히 향상됩니다. 수소 연료전지 차량과 전기화학 장치의 분리막에 적용될 수 있어 귀금속 촉매 의존도가 낮은 알칼리형 연료전지의 실용 내구성을 끌어올릴 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 분자구조의 제어를 통한 고성능 음이온교환막 원천소재 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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