KR20200069660A - Polymer, polymer separation membrane using same, membrane electrode assembly, fuel cell and redox flow cell using same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 중합체, 이를 포함하는 고분자 분리막, 이를 포함하는 막 전극 접합체, 연료전지 및 레독스 플로우 전지에 관한 것이다.The present specification relates to a polymer, a polymer separator comprising the same, a membrane electrode assembly comprising the same, a fuel cell and a redox flow cell.
연료전지용 분리막 소재는 높은 이온전도도를 가지며, 동시에 구동 시 전지 효율저하의 방지를 위해 1) 전해질 물질의 크로스오버(cross over) 방지, 2) 셀 operating 시 강한 내화학성, 3) 기계적 특성 강화, 4) 낮은 스웰링 비(Low swelling ratio) 등의 특성을 가져야 한다. 현재 연료전지의 분리막 소재는 대부분 나피온(Nafion)을 이용하고 있다. 나피온은 높은 이온전도도를 가지고 열적·기계적 특성이 좋지만, 높은 가격과 메탄올 크로스오버, 기계적 물성의 확보를 위해 두께 증가 시 막 저항이 증가하는 단점이 있다. 따라서 나피온의 높은 이온전도도와 탄화수소의 기계적 물성을 동시에 갖는 소재의 개발이 요구된다.The separator material for fuel cells has a high ionic conductivity, and at the same time, to prevent the decrease in cell efficiency when driving 1) prevent crossover of electrolyte materials, 2) strong chemical resistance when operating cells, 3) strengthen mechanical properties, 4 ) It should have characteristics such as low swelling ratio. Currently, most of the separators of fuel cells use Nafion. Nafion has high ionic conductivity and good thermal and mechanical properties, but has the disadvantage of increasing the film resistance when increasing the thickness to ensure high price, methanol crossover, and mechanical properties. Therefore, it is necessary to develop a material having high ionic conductivity of Nafion and mechanical properties of hydrocarbons at the same time.
본 발명의 목적은, 중합체, 이를 포함하는 고분자 분리막, 이를 포함하는 막 전극 접합체, 연료전지 및 레독스 플로우 전지를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a polymer, a polymer separation membrane comprising the same, a membrane electrode assembly comprising the same, a fuel cell and a redox flow battery.
본 명세서의 일 실시상태는 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하고, 상기 친수성 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하고, 상기 소수성 블록은 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체를 제공한다.One embodiment of the present specification includes a hydrophilic block and a hydrophobic block, the hydrophilic block includes a unit represented by Formula 1, and the hydrophobic block provides a polymer comprising a unit represented by Formula 2 below do.
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 1 및 2에 있어서,In Chemical Formulas 1 and 2,
L1은 직접결합; -S-; 또는 -O-이고, L1 is a direct bond; -S-; Or -O-,
A는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)mSO3H, ―O(CF2)mSO3 -M+, ―O(CF2)mCOOH, ―O(CF2)mCOO-M+, ―O(CF2)mPO3H2, ―O(CF2)mPO3H-M+, 또는 ―O(CF2)mPO3 2-2M+이고,A 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 ) m SO 3 H, ―O(CF 2 ) m SO 3 - M + , ―O(CF 2 ) m COOH, ―O(CF 2 ) m COO - M + , ―O(CF 2 ) m PO 3 H 2, -O (CF 2) m PO 3 H - m +, or -O (CF 2) m PO 3 2- 2M + , and
m은 2 내지 6의 정수이고, M은 1족 원소이고,m is an integer from 2 to 6, M is a group 1 element,
R1은 수소; 할로겐기; 또는 히드록시기이고, R1 is hydrogen; Halogen group; Or a hydroxy group,
k는 0 내지 3의 정수이고, k가 2 이상인 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, k is an integer from 0 to 3, and when k is an integer of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
R2 및 R3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,R2 and R3 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
n은 2 내지 10의 정수이고, n이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,n is an integer of 2 to 10, and when n is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other,
X1은 ―SO2―; 또는 ―CO―이고, X1 is -SO 2 -; Or ―CO―,
T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t1 및 t2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t1 및 t2가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고,T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t1 and t2 are each independently an integer of 0 to 4, and when t1 and t2 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
는 인접한 치환기 또는 중합체의 주쇄와 결합하는 것을 의미한다. Means to bond with an adjacent substituent or the main chain of the polymer.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 전술한 중합체를 포함하는 고분자 분리막을 제공한다. In addition, an exemplary embodiment of the present specification provides a polymer separator comprising the above-described polymer.
또한, 본 명세서의 일 실시상태는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 구비된 전술한 고분자 분리막을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present specification is an anode; Cathode; And it provides a membrane electrode assembly comprising the above-described polymer separation membrane provided between the anode and the cathode.
또한, 본 명세서의 다른 실시상태는 2 이상의 전술한 막 전극 접합체; 상기 막 전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택; 상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급부; 및 상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지를 제공한다.In addition, another exemplary embodiment of the present specification is two or more of the above-described 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.
마지막으로, 본 명세서의 또 하나의 실시상태는 양극 및 양극 전해액을 포함하는 양극 셀; 음극 및 음극 전해액을 포함하는 음극 셀; 및 상기 양극 셀과 상기 음극 셀 사이에 구비되는 전술한 일 실시상태의 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.Finally, another exemplary embodiment of the present specification includes 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 a polymer separation membrane of one embodiment described above provided between the anode cell and the cathode cell.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는 중합 반응 이후 고분자의 정제를 위한 후처리 공정이 필요 없어서 공정의 단순화가 가능하여 경제적이다.The polymer according to the exemplary embodiment of the present specification is economical because it is possible to simplify the process since no post-treatment process for purification of the polymer is required after the polymerization reaction.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 고분자 분리막은 퍼플루오르설폰산 (Perfluorosulfonic acid)을 포함하는 친수성 블록으로 인하여 높은 이온 전도도를 달성할 수 있으며, 소수성 블록으로 인하여 수분흡수(water uptake)를 낮추어, 가습조건에서 분리막의 기계적 안정성을 높일 수 있다.The polymer separation membrane according to the exemplary embodiment of the present specification can achieve high ionic conductivity due to a hydrophilic block containing perfluorosulfonic acid, and lower water uptake due to the hydrophobic block, humidifying conditions In can improve the mechanical stability of the membrane.
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.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 중합체의 1H-NMR spectrum을 나타낸 도시이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 중합체의 분자량 분포를 나타낸 도시이다.
도 6은 실시예 2에 따라 제조된 중합체의 1H-NMR spectrum을 나타낸 도시이다.
도 7는 실시예 2에 따라 제조된 중합체의 분자량 분포를 나타낸 도시이다.
도 8은 제조된 고분자 분리막의 양이온 전도도를 도시한 것이다.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.
4 is a view showing a 1 H-NMR spectrum of the polymer prepared according to Example 1.
5 is a view showing the molecular weight distribution of the polymer prepared according to Example 1.
6 is a view showing a 1 H-NMR spectrum of the polymer prepared according to Example 2.
7 is a view showing the molecular weight distribution of the polymer prepared according to Example 2.
Figure 8 shows the cation conductivity of the prepared polymer separation membrane.
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 is to “include” 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 유래되는 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 the bond of the compound is broken, or that a new bond occurs as the substituent is removed, and the 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" refers to a structure in which a monomer is included in a polymer and repeated, and 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 membranes, ion exchange membranes, ion transfer membranes, ion conducting membranes, ion exchange membranes, ion transfer membranes, ion conducting membranes, ion exchange electrolyte membranes, ion transfer membranes Electrolyte membranes, or ion conductive electrolyte membranes.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 친수성 블록 및 소수성 블록을 포함하고, 상기 친수성 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하고, 상기 소수성 블록은 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체를 제공한다.In one embodiment of the present invention, the polymer comprises a hydrophilic block and a hydrophobic block, the hydrophilic block includes a unit represented by Formula 1, and the hydrophobic block includes a unit represented by Formula 2 below. Provides
[화학식 1][Formula 1]
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 1 및 2에 있어서,In Chemical Formulas 1 and 2,
L1은 직접결합; -S-; 또는 -O-이고, L1 is a direct bond; -S-; Or -O-,
A는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)mSO3H, ―O(CF2)mSO3 -M+, ―O(CF2)mCOOH, ―O(CF2)mCOO-M+, ―O(CF2)mPO3H2, ―O(CF2)mPO3H-M+, 또는 ―O(CF2)mPO3 2-2M+이고,A 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 ) m SO 3 H, ―O(CF 2 ) m SO 3 - M + , ―O(CF 2 ) m COOH, ―O(CF 2 ) m COO - M + , ―O(CF 2 ) m PO 3 H 2, -O (CF 2) m PO 3 H - m +, or -O (CF 2) m PO 3 2- 2M + , and
m은 2 내지 6의 정수이고, M은 1족 원소이고,m is an integer from 2 to 6, M is a group 1 element,
R1은 수소; 할로겐기; 또는 히드록시기이고, R1 is hydrogen; Halogen group; Or a hydroxy group,
k는 0 내지 3의 정수이고, k가 2 이상인 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, k is an integer from 0 to 3, and when k is an integer of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
R2 및 R3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,R2 and R3 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
n은 2 내지 10의 정수이고, n이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,n is an integer of 2 to 10, and when n is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other,
X1은 ―SO2―; 또는 ―CO―이고, X1 is -SO 2 -; Or ―CO―,
T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t1 및 t2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t1 및 t2가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고,T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t1 and t2 are each independently an integer of 0 to 4, and when t1 and t2 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
는 인접한 치환기 또는 중합체의 주쇄와 결합하는 것을 의미한다. Means to bond with an adjacent substituent or the main chain of the polymer.
본 명세서의 상기 중합체는 고분자의 정제를 위한 후처리 공정이 필요 없어서, 공정의 단순화가 가능하여 비용적인 측면에서 경제적이다. Since the polymer of the present specification does not require a post-treatment process for purification of the polymer, it is possible to simplify the process and is economical in terms of cost.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제조 방법에 의해 제조된 중합체는 친수성 블록을 통해 이온을 전달하고, 소수성 블록을 통해 기계적 물성을 확보하는 한편, 탄화수소계 고분자에 일반적으로 도입되는 Sulfuric acid (-SO3H) 대신 super acid인 퍼플루오르설폰산(Perfluorosulfonic acid) (ex, -CF2CF2SO3H)의 도입을 통하여 높은 이온 전도도를 부여할 수 있다.In addition, the polymer prepared by the production method according to an exemplary embodiment of the present specification transmits ions through a hydrophilic block, and secures mechanical properties through a hydrophobic block, while sulfuric acid generally introduced into hydrocarbon-based polymers (- SO 3 H) can be imparted with high ionic conductivity through the introduction of perfluorosulfonic acid (ex, -CF 2 CF 2 SO 3 H), which is super acid.
일반적으로, 퍼플루오르설폰산을 포함하는 고분자의 합성을 위해선 고분자의 주사슬 또는 곁가지에 할로겐원소(ex, Br, I)등을 갖도록 합성하고 Cu나 Pd 등을 이용한 촉매반응을 이용하는 방법을 사용한다. 이 경우 고분자 중합 및 작용기 도입을 위하여 2단계 이상의 반응단계가 필요하며, 촉매반응에서 사용한 금속 촉매를 제거하는 추가 공정이 필요하다. 또한 퍼플루오르설폰산을 도입하기 위해 당량 이상의 화학물의 반응이 필요하다. 그러나, 본 명세서의 일 실시상태처럼 퍼플루오르설폰산이 도입된 단량체를 이용하면 반응 공정의 단순화가 가능하다는 장점이 있다.In general, for the synthesis of a polymer containing perfluorosulfonic acid, a method of synthesizing a polymer having a halogen element (ex, Br, I) on the main chain or a side of the polymer and using a catalytic reaction using Cu or Pd is used. . In this case, two or more reaction steps are required for polymer polymerization and functional group introduction, and an additional process for removing the metal catalyst used in the catalytic reaction is required. In addition, more than equivalent chemicals are required to introduce perfluorsulfonic acid. However, there is an advantage in that the simplification of the reaction process is possible when using a monomer in which perfluorosulfonic acid is introduced as in one embodiment of the present specification.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 단위는 중합과정에서 반응성이 높아, 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 단위를 이용하여 제조된 고분자 분리막은 친수성-소수성 상분리 구조를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 단위를 포함하는 고분자 분리막은 상분리 구조를 제어함으로써 친수성 채널을 효율적으로 고분자 분리막 중에 형성할 수 있다. 또한, 상기 단위를 포함하는 고분자 분리막은 이온 전도도가 우수하다. 또한, 상기 단위는 열적 및 화학적으로 안정하다.The unit 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 can easily form a hydrophilic-hydrophobic phase separation structure. In addition, the polymer separation membrane comprising the unit 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 containing the unit has excellent ion conductivity. In addition, the units are thermally and chemically stable.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기로 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, 알킬기로 치환된 헤테로아릴기, 아릴기로 치환된 헤테로아릴기, 헤테로아릴기로 치환된 헤테로아릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this specification, the term "substituted or unsubstituted" is deuterium; Halogen group; Hydroxy group; A substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted alkoxy group; A substituted or unsubstituted aryloxy group; A substituted or unsubstituted aryl group; And a substituted or unsubstituted heteroaryl group, or 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 in which two or more substituents are connected" means an alkyl group substituted with a halogen group, an aryl group substituted with an alkyl group, an aryl group substituted with an aryl group, an aryl group substituted with a heteroaryl group, a heteroaryl group substituted with an alkyl group, or an aryl group Heteroaryl 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, "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 1족 원소이고, 상기 w는 1<w<10의 범위를 가질 수 있다. 즉, 작용기는 친수성일 수 있다.In this specification, "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 M + may be, and -O (CF 2) w PO 3, at least one selected from the group consisting of 2- 2M + -) w PO 3 H 2, -O (CF 2) w PO 3 H. Here, M is a group 1 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 number of ion exchange groups per one structural monomer constituting the block, and an average of 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, represented by the number of ion-exchange groups per structural monomer constituting the block, and more preferably 0.05 or less. , It is more preferable if it is a block having no ion exchange groups.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 F, Cl, Br, I 일 수 있다.In the present specification, the halogen group may be F, Cl, Br, I.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 20인 것이 바람직하다. 일 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 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the alkyl group may be straight chain or branched chain, and carbon number is not particularly limited, but is preferably 1 to 20. According to an 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, etc. It is not limited to this.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 일 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 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 30 carbon atoms, and according to an 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, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 30일 수 있고, 상기 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 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 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, the aryl group is not particularly limited, but may be 6 to 30 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 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 may be a naphthyl group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, and the like, 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 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 일 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 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 one or more atoms selected from the group consisting of N, P, O, S, and Si. Can be. The number of carbon atoms is not particularly limited, and preferably has 2 to 30 carbon atoms, and according to an exemplary embodiment, the number of carbon atoms in the heteroaryl group is 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, and the like, but is not limited thereto.
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, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시 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, n-butoxy, isobutoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentyloxy, neopentyloxy, isopentyloxy, n -Hexyloxy, 3,3-dimethylbutyloxy, 2-ethylbutyloxy, and the like, but is not limited thereto.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 친수성 블록은 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함할 수 있다According to one embodiment of the present specification, the hydrophilic block may include a unit represented by Chemical Formula 1
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소; 할로겐기 또는 히드록시기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R1 is hydrogen; It is a halogen group or a hydroxy group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 직접결합; -S-; 또는 -O- 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is a direct bond; -S-; Or -O-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 -S- 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is -S-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 -O- 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L1 is -O-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)mSO3H, ―O(CF2)mSO3 -M+, ―O(CF2)mCOOH, ―O(CF2)mCOO-M+, ―O(CF2)mPO3H2, ―O(CF2)mPO3H-M+, 또는 ―O(CF2)mPO3 2-2M+ 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A 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 ) m SO 3 H, ―O(CF 2 ) m SO 3 - M + , ―O(CF 2 ) m COOH, ―O(CF 2 ) m COO - M + , ―O(CF 2 a m +, or -O (CF 2) m PO 3 2- 2M + -) m PO 3 H 2, -O (CF 2) m PO 3 H.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―O(CF2)mSO3H, 또는 ―O(CF2)mSO3 -M+이다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, A is -SO 3 H, -SO 3 - a M + - M +, -O ( CF 2) m SO 3 H, or -O (CF 2) m SO 3 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 ―SO3H, 또는 ―SO3 -M+이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A is -SO 3 H, or -SO 3 - M + .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 ―O(CF2)mSO3H, 또는 ―O(CF2)mSO3 -M+이다.According to one embodiment of the present specification, A is —O(CF 2 ) m SO 3 H, or —O(CF 2 ) m SO 3 - M + .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 O(CF2)mSO3 -M+ 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, A is O (CF 2 ) m SO 3 - M + .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A가 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―O(CF2)mSO3H, 또는 ―O(CF2)mSO3 -M+인 경우, 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체가 화학적으로 안정하게 형성할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, when A is ―SO 3 H, ―SO 3 - M + , ―O(CF 2 ) m SO 3 H, or ―O(CF 2 ) m SO 3 - M + , The polymer containing the unit represented by the formula (1) can be formed to be chemically stable.
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, 상기 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 R2 및 R3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.According to one embodiment of the present specification, R2 and R3 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R2 및 R3은 F이다.According to one embodiment of the present specification, R2 and R3 are F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, k는 0 내지 3의 정수이고, k가 2 이상인 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하다.According to an exemplary embodiment of the present specification, k is an integer of 0 to 3, and when k is an integer of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 k는 0 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, k is 0.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, m은 2 내지 6의 정수이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, m is an integer of 2 to 6.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 m은 2 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, m is 2.
상기 n은 2 내지 10의 정수이고, n이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.The n is an integer of 2 to 10, and when n is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 n은 2 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the n is 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 단위는 하기 화학식 1A로부터 유래되는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit of formula 1 may be derived from the following formula 1A.
[화학식 1A][Formula 1A]
상기 화학식 1A에 있어서, In Formula 1A,
R5 내지 R9는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 또는 히드록시기이고, R5 내지 R9 중 적어도 두 개는 할로겐기; 또는 히드록시기이고, R5 to R9 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Halogen group; Or a hydroxy group, at least two of R5 to R9 is a halogen group; Or a hydroxy group,
그 외 치환기의 정의는 화학식 1과 동일하다. The definition of other substituents is the same as Formula 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R5 내지 R9 중 적어도 두 개는 할로겐기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, at least two of the R5 to R9 is a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R5 내지 R9는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 F이다.According to one embodiment of the present specification, R5 to R9 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen or F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R5 내지 R9 중 적어도 두 개는 F이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, at least two of the R5 to R9 is F.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R5 내지 R9 중 적어도 두 개는 F이고, 나머지는 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, at least two of the R5 to R9 is F, the rest is hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R6 및 R8은 F이고, 상기 R5, R7, 및 R9는 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R6 and R8 is F, and R5, R7, and R9 are hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R5 및 R7은 F이고, 상기 R6, R8, 및 R9는 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, R5 and R7 is F, and R6, R8, and R9 are hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R6 및 R9는 F이고, 상기 R5, R7, 및 R8은 수소이다.According to the exemplary embodiment of the present specification, R6 and R9 are F, and R5, R7, and R8 are hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1A는 하기 화학식 1A-1 내지 1A-6 중 선택되는 하나로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the formula 1A may be represented by one selected from the following formulas 1A-1 to 1A-6.
[화학식 1A-1][Formula 1A-1]
[화학식 1A-2][Formula 1A-2]
[화학식 1A-3][Formula 1A-3]
[화학식 1A-4][Formula 1A-4]
[화학식 1A-5][Formula 1A-5]
[화학식 1A-6][Formula 1A-6]
상기 화학식 1A-1 내지 1A-6에 있어서, n, m, 및 M은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.In Formulas 1A-1 to 1A-6, n, m, and M are as defined in Formula 1.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 소수성 블록은 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the hydrophobic block may include a unit represented by the formula (2).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1은 직접결합; ―SO2―; 또는 ―CO―이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, X1 is a direct bond; ―SO 2 ―; Or ―CO―.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1은 ―SO2―; 또는 ―CO― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X1 is -SO 2 -; Or ―CO―.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X1 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1은 ―CO―이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X1 is -CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1은 ―SO2― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X1 is -SO 2 -.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t1 및 t2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t1 및 t2가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t1 and t2 are each independently an integer of 0 to 4, and when t1 and t2 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 할로겐기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; Or a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2의 단위는 하기 화학식 2A로부터 유래되는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit of Formula 2 may be derived from the following Formula 2A.
[화학식 2A][Formula 2A]
상기 화학식 2A에 있어서, In Chemical Formula 2A,
Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, Z1 and Z2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group,
그 외 치환기의 정의는 화학식 2와 동일하다.The definition of other substituents is the same as Formula 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the Z1 and Z2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen or deuterium.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 및 Z2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z1 and Z2 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z1 및 Z2는 F 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z1 and Z2 is F.
본 명세서에 있어서, 상기 친수성 블록은 각각 하기 화학식 B1으로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 더 포함하는 것일 수 있다. In the present specification, each of the hydrophilic blocks may further include a unit derived from a compound represented by the following Chemical Formula B1.
[화학식 B1][Formula B1]
상기 화학식 B1 있어서, In the above formula B1,
X2는 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고, X2 is a direct bond; ―O―; Or ―S―,
Z3 및 Z4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 히드록시기; 또는 티올기이고, Z3 and Z4 are the same as or different from each other, and each independently a hydroxyl group; Or a thiol group,
T3 및 T4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, T3 and T4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group,
t3 및 t4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t3 및 t4가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하다.t3 and t4 are each independently an integer of 0 to 4, and when t3 and t4 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X2는 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 is -O-; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X2는 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X2는 ―O― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 is -O.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X2는 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 is -S-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z3 및 Z4는 히드록시기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the Z3 And Z4 is a hydroxyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z3 및 Z4는 티올기이다.According to one embodiment of the present specification, Z3 and Z4 are thiol groups.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 t3 및 t4는 0 이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, t3 and t4 are 0.
본 명세서에 있어서, 상기 친수성 블록은 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 더 포함하는 것인 중합체를 제공한다.In the present specification, the hydrophilic block provides a polymer that further includes a repeating unit represented by Chemical Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
상기 화학식 3에 있어서, X2 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고, In Formula 3, X2 to X4 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; ―O―; Or ―S―,
T3 및 T4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, T3 and T4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group,
t3 및 t4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t3 및 t4가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고, t3 and t4 are each independently an integer of 0 to 4, and when t3 and t4 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
a1은 괄호 내 단위의 반복수로서, 1 내지 1,000의 정수이고.a1 is the repeating number of units in parentheses, and is an integer from 1 to 1,000.
그 외 치환기의 정의는 화학식 1의 정의와 동일하다. The definition of other substituents is the same as that of formula (1).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X2 내지 X4는 직접결합이다.According to one embodiment of the present specification, X2 to X4 are a direct bond.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X2 to X4 are the same as or different from each other, and each independently ———; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2는 직접결합이고, 상기 X3 및 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X2 is a direct bond, and X3 and X4 are the same as or different from each other, and each independently ———; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2는 직접결합이고, 상기 X3 및 X4는 ―O― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 is a direct bond, and X3 and X4 are -O.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2는 직접결합이고, 상기 X3 및 X4는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X2 is a direct bond, and X3 and X4 are -S-.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2 내지 X4는 ―O― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 to X4 is -O.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2 내지 X4는 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X2 to X4 is -S-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 t3 및 t4는 0 이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, t3 and t4 are 0.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 3은 하기 화학식 3-1 내지 3-3 중 선택되는 하나로 표시될 수 있다.According to one embodiment of the present specification, Chemical Formula 3 may be represented by one selected from the following Chemical Formulas 3-1 to 3-3.
[화학식 3-1][Formula 3-1]
[화학식 3-2][Formula 3-2]
[화학식 3-3][Formula 3-3]
[화학식 3-4][Formula 3-4]
상기 화학식 3-1 내지 3-4에 있어서, 치환기들의 정의는 화학식 3에서 정의한 바와 같다.In Chemical Formulas 3-1 to 3-4, definitions of the substituents are as defined in Chemical Formula 3.
본 명세서에 있어서, 상기 소수성 블록은 각각 하기 화학식 B2로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 더 포함하는 것일 수 있다. In the present specification, each of the hydrophobic blocks may further include a unit derived from a compound represented by the following Chemical Formula B2.
[화학식 B2][Formula B2]
상기 화학식 B2 있어서, In the above formula B2,
X5는 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고, X5 is a direct bond; ―O―; Or ―S―,
Z5 및 Z6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 히드록시기; 또는 티올기이고, Z5 and Z6 are the same as or different from each other, and each independently a hydroxyl group; Or a thiol group,
T5 및 T6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, T5 and T6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group,
t5 및 t6은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t5 및 t6이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하다.t5 and t6 are each independently an integer of 0 to 4, and when t5 and t6 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X5는 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 is -O-; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X5는 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X5는 ―O― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 is -O.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X5는 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 is -S-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z5 및 Z6은 히드록시기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z5 and Z6 is a hydroxyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z5 및 Z6은 티올기이다.According to one embodiment of the present specification, Z5 and Z6 are thiol groups.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 t5 및 t6은 0 이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, t5 and t6 is 0.
본 명세서에 있어서, 상기 소수성 블록은 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 더 포함하는 것인 중합체를 제공한다.In the present specification, the hydrophobic block provides a polymer that further includes a repeating unit represented by Chemical Formula 4 below.
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 4에 있어서, X5 내지 X7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고, In Formula 4, X5 to X7 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; ―O―; Or ―S―,
T5 및 T6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t5 및 t6은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t5 및 t6이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고, T5 and T6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t5 and t6 are each independently an integer of 0 to 4, and when t5 and t6 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
a2는 괄호 내 단위의 반복수로서, 1 내지 1,000의 정수이고.a2 is the repeating number of units in parentheses, and is an integer from 1 to 1,000.
그 외 정의는 화학식 2의 정의와 동일하다. Other definitions are the same as those in Chemical Formula 2.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X5 내지 X7은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the X5 to X7 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X5 내지 X7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X5 to X7 are the same as or different from each other, and each independently ———; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X5는 직접결합, 상기 X6 및 X7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 ―O―; 또는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X5 is a direct bond, and X6 and X7 are the same as or different from each other, and each independently ———; Or ―S―.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X5는 직접결합, 상기 X6 및 X7은 ―O― 이다.According to one embodiment of the present specification, X5 is a direct bond, and X6 and X7 are —O—.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X2는 직접결합, 상기 X6 및 X7은 는 ―S― 이다.According to one embodiment of the present specification, X2 is a direct bond, and X6 and X7 are -S-.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X5 내지 X7은 ―O― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 to X7 is -O.
본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 X5 내지 X7은 ―S― 이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, X5 to X7 is -S-.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 t5 및 t6은 0 이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, t5 and t6 is 0.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 4는 하기 화학식 4-1 내지 4-4로 표시될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the formula 4 may be represented by the following 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, 치환기들의 정의는 화학식 4에서 정의한 바와 같다.In Chemical Formulas 4-1 to 4-4, the definitions of the substituents are as defined in Chemical Formula 4.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 는 인접한 치환기 또는 중합체의 주쇄와 결합하는 것을 의미한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Means to bond with an adjacent substituent or the main chain of the polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 상술한 단위를 포함하는 랜덤 중합체일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the polymer may be a random polymer including the above-described units.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 친수성 블록과 소수성 블록을 포함하는 블록 중합체일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may be a block polymer including a hydrophilic block and a hydrophobic block.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 브랜처를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may further include a brancher.
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 브랜처는 중합체 사슬을 연결 또는 가교하는 역할을 할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the brancher may serve to connect or crosslink the polymer chain.
본 명세서의 일 실시상태 에 따르면, 상기 브랜처를 더 포함하는 중합체의 경우에는 브랜처가 직접 중합체의 주쇄를 구성할 수 있으며, 박막의 기계적 집적도를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 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 설폰화 반응(post-sulfonation)이나 설폰화된 중합체(sulfonated polymer)의 가교반응(cross-linking)을 실시하지 않고 브랜처(brancher)가 중합체의 주 사슬을 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, a branched polymer according to one embodiment of the present specification polymerizes a branched hydrophobic block that does not contain acid substituents and a branched hydrophilic block that contains acid substituents. By doing this, the branch chain directly constitutes the main chain of the polymer, and the mechanical structure of the thin film is performed without performing post-treatment sulfonation or cross-linking of the sulfonated polymer. The hydrophobic block that maintains the degree of integration and the hydrophilic block that imparts ion conductivity to the thin film may alternately lead to chemical bonding.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 하기 화학식 5로 표시되는 브랜처를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may further include a brancher represented by the formula (5).
[화학식 5][Formula 5]
상기 화학식 5에 있어서, In Chemical Formula 5,
Z는 3가의 유기기이다.Z is a trivalent organic group.
본 명세서에 있어서, "유기기"로는 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 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, an "organic group" includes an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl 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 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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, 카보닐 결합, 티오카보닐 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 우레탄 결합, 이미노 결합(-N=C(-W)-, -C(=N+W)-; W는 수소 원자 또는 유기기를 나타낸다), 카보네이트 결합, 설포닐 결합, 설피닐 결합, 아조 결합 등을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, according to an exemplary embodiment of the present specification, the organic group may form a cyclic structure, and may form a bond including a hetero atom unless the effect of the invention is 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(-W)-, -C(=N + W)-; W represents a hydrogen atom or an organic group), carbonate bonds, sulfonyl bonds, sulfinyl bonds, azo bonds, and the like.
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, 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 고리로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 등의 단환식 방향족 고리 및 나프틸기, 비나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타세닐기, 트리페닐렌기, 플루오란텐(fluoranthene)기 등의 다환식 방향족 고리 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소 고리는 상기 아릴기에 대한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, as the aromatic hydrocarbon ring, a monocyclic aromatic ring such as a phenyl group, a biphenyl group, or a terphenyl group and a naphthyl group, a binaphthyl group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, pyrenyl group, perylenyl group, tetrasenyl group , A polycyclic aromatic ring such as a chrysenyl group, a fluorenyl group, an acenaphthacenyl group, a triphenylene group, a fluoranthene group, and the like. 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 및 Si 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함하는 구조를 의미하며, 상기 헤테로아릴기에 대한 설명이 적용될 수 있다. 구체적으로 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.In the present specification, an aromatic hetero ring means a structure including one or more atoms selected from the group consisting of hetero atoms such as N, P, O, S, Si, and the like, instead of carbon atoms in the aromatic hydrocarbon ring, wherein The description of the heteroaryl group can be applied. Specifically, thiophene group, furan group, pyrrol group, imidazole group, thiazole group, oxazole group, oxadiazole group, triazole group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, triazine group, triazole group, acridil group, Pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyrido pyrimidinyl group, pyrido pyrazinyl group, pyrazino pyrazinyl group, isoquinoline group, indole group, Carbazole group, benzoxazole group, benzoimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phenanthroline group, thiazolyl group, isooxazolyl group , A thiadiazolyl group, a phenothiazinyl group, and a dibenzofuranyl group, but are not limited thereto.
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 including 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, 헤테로고리기는 상기 방향족 헤테로 고리 및 지방족 헤테로 고리에 대한 설명이 적용될 수 있다.In the present specification, a description of the aromatic hetero ring and the aliphatic hetero ring may be applied to the heterocyclic group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z는 3가의 치환 또는 비치환된 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z is a trivalent substituted or unsubstituted alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Z는 3가의 알킬기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, Z is a trivalent alkyl group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 5는 하기 화학식 5-1 내지 5-4로 표시될 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the formula 5 may be represented by the following formulas 5-1 to 5-4.
[화학식 5-1][Formula 5-1]
[화학식 5-2][Formula 5-2]
[화학식 5-3][Formula 5-3]
[화학식 5-4][Formula 5-4]
상기 화학식 5-1 내지 5-4에 있어서,In Chemical Formulas 5-1 to 5-4,
L21 내지 L27은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; -S-; -O-; -CO-; 또는 -SO2-이고, L21 to L27 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; -S-; -O-; -CO-; Or -SO 2 -,
W11 내지 W21은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,W11 to W21 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Halogen 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 aryloxy group; A substituted or unsubstituted aryl group; Or a substituted or unsubstituted heterocyclic group,
w1, w2, w3, w6, w8, w9 및 w10은 각각 1 내지 4의 정수이며, w4, w5 및 w7은 각각 1 내지 3의 정수이고, w11은 1 내지 3의 정수이고, w1 내지 w11이 각각 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다. w1, w2, w3, w6, w8, w9 and w10 are integers from 1 to 4, w4, w5 and w7 are integers from 1 to 3, w11 is integer from 1 to 3, and w1 to w11 are respectively. In the case of 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 L21은 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L21 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L21은 SO2이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, L21 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L21은 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L21 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L22는 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L22 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L22는 SO2이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, L22 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L22는 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L22 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L23은 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L23 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L23은 SO2이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, L23 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L23은 S이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L23 is S.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L24는 CO이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L24 is CO.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L24는 SO2이다. According to the exemplary embodiment of the present specification, L24 is SO 2 .
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L25는 직접결합이다. According to an exemplary embodiment of the present specification, L25 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L26은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L26 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L27은 직접결합이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, L27 is a direct bond.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 W11 내지 W21은 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the W11 to W21 is hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 W11 내지 W16, 및 W18 내지 W21은 각각 수소이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the W11 to W16, and W18 to W21 are each hydrogen.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 W17은 할로겐기이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, W17 is a halogen group.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 W17은 불소(F)이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the W17 is fluorine (F).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 W17은 수소(H)이다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the W17 is hydrogen (H).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 5로 표시되는 브랜처는 하기 구조들 중 선택되는 하나로 표시될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the brancher represented by Chemical Formula 5 may be displayed as one selected from the following structures.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체의 중량평균분자량은 1,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol 이다. 구체적인 실시상태에 따르면, 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 이고, 더 바람직하게는 10,000 g/mol 내지 800,000 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 1,000 g/mol to 1,200,000 g/mol. According to a specific embodiment, it is 10,000 g/mol to 1,000,000 g/mol, and more preferably 10,000 g/mol to 800,000 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 the solubility of the appropriate polymer is maintained to facilitate the manufacture of the separator.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 블록 중합체일 수 있고, 상기 블록 중합체 중 친수성 블록은 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하고, 상기 블록 중합체 중 소수성 블록은 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may be a block polymer, the hydrophilic block of the block polymer includes a unit represented by Formula 1, and a hydrophobic block of the block polymer is a unit represented by Formula 2 It may include.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체는 블록 중합체일 수 있고, 상기 블록 중합체 중 친수성 블록은 상기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 포함하고, 상기 블록 중합체 중 소수성 블록은 상기 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the polymer may be a block polymer, the hydrophilic block of the block polymer includes a repeating unit represented by Formula 3, and a hydrophobic block of the block polymer is represented by Formula 4 Repeating units.
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 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 1:10. 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 1:2. 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 따른 친수성 블록은 퍼플루오로설폰산(perfluorosulfonic acid)을 포함하여 고분자 분리막의 높은 이온 전도도를 달성할 수 있다.The hydrophilic block according to an exemplary embodiment of the present specification may include perfluorosulfonic acid to achieve high ionic conductivity of the polymer separator.
이에 따라, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 중합체는, 친수성 블록 및 소수성 블록의 비율을 조절하여, 막 전극 접합체, 연료전지, 또는 레독스 플로우 전지에서 이온교환용량(Ion Exchange Capacity, IEC)을 조절할 수 있다.Accordingly, the polymer according to an exemplary embodiment of the present specification, by adjusting the ratio of the hydrophilic block and the hydrophobic block, to adjust the ion exchange capacity (Ion Exchange Capacity, IEC) in the membrane electrode assembly, fuel cell, or redox flow cell You can.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 친수성 블록 내에서 상기 화학식 1로 표시되는 단위는 상기 친수성 블록을 기준으로 0.01 몰% 내지 100 몰% 포함된다. According to an exemplary embodiment of the present specification, the unit 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 중량평균분자량은 1,000 g/mol 내지 600,000 g/mol 이다. 구체적인 실시상태에 따르면, 2,000 g/mol 내지 400,000 g/mol 이다. 또 다른 실시상태에 따르면, 5,000 g/mol 내지 400,000 g/mol 이다. According to one embodiment of the present specification, the weight average molecular weight of the hydrophilic block is 1,000 g/mol to 600,000 g/mol. According to a specific embodiment, it is 2,000 g/mol to 400,000 g/mol. According to another exemplary embodiment, it is 5,000 g/mol to 400,000 g/mol.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 소수성 블록의 중량평균분자량은 1,000 g/mol 내지 600,000 g/mol 이다. 구체적인 실시상태에 따르면, 2,000 g/mol 내지 400,000 g/mol 이다. 또 다른 실시상태에 따르면, 5,000 g/mol 내지 400,000 g/mol 이다. According to one embodiment of the present specification, the weight average molecular weight of the hydrophobic block is 1,000 g/mol to 600,000 g/mol. According to a specific embodiment, it is 2,000 g/mol to 400,000 g/mol. According to another exemplary embodiment, it is 5,000 g/mol to 400,000 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 an 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 easy.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 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 represented by Chemical Formula 1 is included, the distinction between the hydrophilic block and the hydrophobic block becomes more clear, and an ion transfer effect may be superior to that of a 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 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 제1 단량체를 제조하는 단계; 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 제2 단량체를 제조하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 단량체를 중합하는 단계를 포함하는 상술한 중합체의 제조방법을 제공한다. According to one embodiment of the present specification, preparing a first monomer including a unit represented by Chemical Formula 1; Preparing a second monomer including a unit represented by Chemical Formula 2; And polymerizing the first and second monomers.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 제1 단량체를 제조하는 단계; 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 제2 단량체를 제조하는 단계; 상기 전술한 브랜처를 제조하는 단계 및 상기 제1 및 제2 단량체 및 브랜처를 중합하는 단계를 포함하는 상술한 중합체의 제조방법을 제공한다. According to one embodiment of the present specification, preparing a first monomer including a unit represented by Chemical Formula 1; Preparing a second monomer including a unit represented by Chemical Formula 2; It provides a method for producing the above-described polymer comprising the step of preparing the above-described branching step and polymerizing the first and second monomers and branchers.
본 명세서는 전술한 중합체를 포함하는 고분자 분리막을 제공한다.The present specification provides a polymer separator comprising the aforementioned polymer.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막은 중합체에, 상기 화학식 1로 표시되는 단위를 친수성 블록에 포함하고, 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 소수성 블록에 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 the exemplary embodiment of the present specification, the polymer separation membrane includes a unit represented by Chemical Formula 1 in a hydrophilic block, and a unit represented by Chemical Formula 2 in a hydrophobic block in the polymer. It can be prepared using materials and/or methods known in the art. 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)), 디페닐설폰(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 건조는 히팅에 의하여 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the drying may be performed by heating.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅은 가열을 통한 건조를 의미한다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the heating means drying 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 an exemplary 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. 상기 산 용액은 염산(HCl)일 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, the method of manufacturing the polymer separator may further include adding an acid solution to a solution containing the polymer. The acid solution may be hydrochloric acid (HCl).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 중합체를 포함하는 용액에 산 용액을 가하면 상기 화학식 1의 A의 금속 M이 H(수소)로 치환될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present specification, when the acid solution is added to the solution containing the polymer, the metal M of A in Chemical Formula 1 may be replaced with H (hydrogen).
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 히팅은 50℃ 내지 70℃에서 2 내지 6시간 동안 예열하고, 80℃에서 12시간 이상 건조하며, 마지막으로 80℃ 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 80°C for 12 hours or more, and finally dried at 80°C for a vacuum oven for 12 hours or more. can do.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온 전도도는 0.001 mS/cm 내지 8 mS/cm 이다. 바람직하게는 0.001 mS/cm 내지 5 mS/cm 이다.According to one embodiment of the present specification, the ion conductivity of the polymer separator is 0.001 mS/cm to 8 mS/cm. It is preferably 0.001 mS/cm to 5 mS/cm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 양이온 전도도는 0.001 mS/cm 내지 8 mS/cm 이다. 바람직하게는 0.001 mS/cm 내지 5 mS/cm 이다.According to one embodiment of the present specification, the cationic conductivity of the polymer separator is 0.001 mS/cm to 8 mS/cm. It is preferably 0.001 mS/cm to 5 mS/cm.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 분리막의 이온 전도도(양이온 전도도)는 가습 조건을 달리하여 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 (cationic conductivity) of the polymer separation membrane may be measured by different humidifying conditions. In the present specification, the humidification condition may mean relative humidity (RH) 10% to 100%.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 이온 전도도는 다음과 같이 측정될 수 있다. 측정 전, 24시간 동안 고분자 분리막을 DI water에 충분히 담궜다. 분리막 시편을 1 × 5cm2로 자른 다음 아래와 같은 cell을 사용하여 막의 저항을 측정하였다. Impedance는 10MHz 에서 7Hz의 범위 내, 물에 담긴 상태에서 Potentioglavano station (SP-240)를 이용하여 측정하였다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the ion conductivity may be measured as follows. Before measurement, the polymer separation membrane was sufficiently immersed in DI water for 24 hours. The membrane specimen was cut into 1 × 5 cm 2, and the resistance of the membrane was measured using the following cell. Impedance was measured using a Potentioglavano station (SP-240) in a state of being submerged in water in the range of 10 MHz to 7 Hz.
고분자 분리막의 이온 전도도는 측정된 막의 저항을 이용하여 계산할 수 있는데 그 계산식은 아래 식과 같다.The ion conductivity of the polymer separation membrane can be calculated using the measured membrane resistance, and the calculation formula is as follows.
이온전도도(∂) = l/(R x d)Ion conductivity (∂) = l/(R x d)
여기서 l은 두 전극(electrode) 간의 거리 (1cm)이며 R은 SP-240을 통해 측정된 막 저항(Ω), 그리고 d는 이온교환막의 두께 (cm)이다. 이온전도도의 단위는 S/cm로 얻어진다.Where l is the distance between the two electrodes (1 cm), R is the membrane resistance (Ω) measured through SP-240, and d is the thickness of the ion exchange membrane (cm). The unit of ionic conductivity is obtained in S/cm.
본 명세서에 있어서, 이온 전도도는 양이온 전도도를 의미할 수 있다.In the present specification, the ion conductivity may mean cationic conductivity.
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 ranges, 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 separation membrane 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 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, "membrane electrode assembly (MEA)" means an electrode (cathode and anode) in which an electrochemical catalytic reaction of fuel and air occurs and a polymer separator in which hydrogen ions are transferred, 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 an exemplary 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 illustrates the principle of electricity generation in a fuel cell. 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 coated on 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 may typically be composed 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. As the conductive substrate, carbon paper, carbon cloth, or carbon felt may be preferably used.
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 전술한 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 of the above-described 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, the fuel cell is a power generation method that uses fuel gas and an oxidizing agent, and generates electricity using electrons generated during the 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 may be manufactured according to conventional methods known in the art using the above-described membrane electrode assembly (MEA). For example, a membrane electrode assembly (MEA) prepared above and a bipolar plate 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 oxidant supply unit.
도 3은 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 스택(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.3 schematically shows 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 펌프로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidizing
연료 공급부(80)는 연료를 스택(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료 탱크(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 the exemplary embodiment of the present specification, when the polymer separation membrane is used as an ion exchange membrane of a 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 전술한 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지를 제공한다.In addition, according to one embodiment of the present specification, an anode cell including an anode and a cathode electrolyte; A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And it provides a redox flow battery comprising the above-described 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 탱크, 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, and is an electrochemical storage device that stores the chemical energy of the active substance directly as electric energy. to be. Redox flow batteries use the principle of charging and discharging by exchanging 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 an 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 positive electrode cell 32 and 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.
<실시예 1> Dihydroxy 단량체를 이용한 중합체 I의 제조<Example 1> Preparation of polymer I using Dihydroxy monomer
(z1:y1 = 8:2)(z1:y1 = 8:2)
딘스탁 트랩(dean-stark trap)과 질소 주입구(nitrogen inlet) 및 기계적 교반기(mechanical stirrer)가 장착된 500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크(three-necked round bottomed flask)에 Perfluorinated 3,5-Difluorobenzene 단량체 20.000 g (41.64 mmol), 4,4'-Biphenol 9.692 g (52.05 mmol), Sulfone crosslinker 2.436 g (3.12 mmol)을 넣고 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) 68 mL 와 톨루엔 30 mL 를 이용하여 질소분위기에서 포타슘 카보네이트 28.774 g (208.20 mmol)을 촉매로 사용하여 반응하였다. 상기 반응 혼합물을 140°C의 온도로 오일 바스(oil bath)에서 3시간 동안 교반하며 환류 증류로 물과 톨루엔을 제거하였다. 이후 온도를 185°C로 승온하여 24시간 반응을 진행하였다.Perfluorinated 3,5-Difluorobenzene monomer in a 500 mL three-necked round bottomed flask equipped with a dean-stark trap, nitrogen inlet and mechanical stirrer 20.000 g (41.64 mmol), 4,4'-Biphenol 9.692 g (52.05 mmol), Sulfone crosslinker 2.436 g (3.12 mmol), nitrogen with 68 mL of N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 30 mL of toluene In an atmosphere, reaction was performed using 28.774 g (208.20 mmol) of potassium carbonate as a catalyst. The reaction mixture was stirred for 3 hours in an oil bath at a temperature of 140°C, and water and toluene were removed by reflux distillation. After that, the temperature was raised to 185°C, and reaction was performed for 24 hours.
반응 후에 상온으로 온도를 낮추고, 합성된 랜덤 고분자 용액을 2000mL HCl Solution (1M)에 천천히 떨어뜨려 침전물을 얻었다. 유리여과기(glass filter)를 통해 침전물만 획득하고 증류수로 세척해 주었다. 획득한 랜덤 고분자는 진공오븐에서 70 °C로 24시간 건조하였다.After the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and the synthesized random polymer solution was slowly dropped into 2000 mL HCl Solution (1M) to obtain a precipitate. Only a precipitate was obtained through a glass filter and washed with distilled water. The obtained random polymer was dried in a vacuum oven at 70 °C for 24 hours.
실시예 1에 따라 제조된 중합체의 1H-NMR spectrum과 분자량 분포를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다. Each embodiment was shown in Figures 4 and 5, the 1 H-NMR spectrum, and molecular weight distribution of the produced polymer in accordance with Example 1.
<실시예 2> Dithiol 단량체를 이용한 중합체의 제조<Example 2> Preparation of polymer using dithiol monomer
(z2:y2 = 8:2)(z2:y2 = 8:2)
딘스탁 트랩(dean-stark trap)과 질소 주입구(nitrogen inlet) 및 기계적 교반기(mechanical stirrer)가 장착된 500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크(three-necked round bottomed flask)에 Perfluorinated 3,5-Difluorobenzene 단량체 10.000 g (20.82 mmol), 4,4'-Thiobisbenzenethiol 6.518 g (26.03 mmol), Sulfone crosslinker 1.218 g (1.56 mmol)을 넣고 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) 47 mL 와 톨루엔 20 mL 를 이용하여 질소분위기에서 포타슘 카보네이트 14.387 g (104.10 mmol)을 촉매로 사용하여 반응하였다. 상기 반응 혼합물을 140°C의 온도로 오일 바스(oil bath)에서 3시간 동안 교반하며 환류 증류로 물과 톨루엔을 제거하였다. 이후 온도를 185°C로 승온하여 24시간 반응을 진행하였다.Perfluorinated 3,5-Difluorobenzene monomer in a 500 mL three-necked round bottomed flask equipped with a dean-stark trap, nitrogen inlet and mechanical stirrer 10.000 g (20.82 mmol), 4,4'-Thiobisbenzenethiol 6.518 g (26.03 mmol), Sulfone crosslinker 1.218 g (1.56 mmol) was added and 47 mL of N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 20 mL of toluene were used. In the atmosphere, reaction was performed using 14.387 g (104.10 mmol) of potassium carbonate as a catalyst. The reaction mixture was stirred for 3 hours in an oil bath at a temperature of 140°C, and water and toluene were removed by reflux distillation. After that, the temperature was raised to 185°C, and reaction was performed for 24 hours.
반응 후에 상온으로 온도를 낮추고, 합성된 랜덤 고분자 용액을 2000mL HCl Solution (1M)에 천천히 떨어뜨려 침전물을 얻었다. 유리여과기(glass filter)를 통해 침전물만 획득하고 증류수로 세척해 주었다. 획득한 랜덤 고분자는 진공오븐에서 70 °C로 24시간 건조하였다.After the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and the synthesized random polymer solution was slowly dropped into 2000 mL HCl Solution (1M) to obtain a precipitate. Only a precipitate was obtained through a glass filter and washed with distilled water. The obtained random polymer was dried in a vacuum oven at 70 °C for 24 hours.
실시예 2에 따라 제조된 중합체의 1H-NMR spectrum과 분자량 분포를 도 6 및 도 7에 각각 나타내었다.Each embodiment was shown in Figures 6 and 7. The 1 H-NMR spectrum, and molecular weight distribution of the produced polymer in accordance with Example 2.
<고분자 분리막의 제조> <Preparation of polymer separation membrane>
상기 실시예 1에서 제조한 중합체를 DMSO(dimethylsulfoxide)에 35wt/v%로 녹인 후, 5㎛ 실린지 필터로 여과해 주었다. 여과한 용액을 유리판에 캐스팅(casting)하여 고분자 분리막을 제조하였으며, 80℃ 오븐에서 12시간 건조 후, 진공오븐에서 80℃로 12시간 건조해 주었다.The polymer prepared in Example 1 was dissolved in DMSO (dimethylsulfoxide) at 35 wt/v%, and then filtered through a 5 μm syringe filter. The filtered solution was cast on a glass plate to prepare a polymer separator, dried in an oven at 80° C. for 12 hours, and then dried in a vacuum oven at 80° C. for 12 hours.
제조된 고분자 분리막을 증류수에 넣어 분리시킨 후, 각각 1M 염산(HCl) 용액에 상온에서 24시간 처리 및 1M 황산 (H2SO4) 용액에서 80℃로 12시간 처리해 주었다. 증류수로 반복하여 씻은 후, 증류수에 담긴 상태에서 24시간 유지시켰다.After separating the prepared polymer separation membrane into distilled water, each of the 1M hydrochloric acid (HCl) solution was treated at room temperature for 24 hours and 1M sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution was treated at 80°C for 12 hours. After repeated washing with distilled water, it was kept in distilled water for 24 hours.
이어서, 증류수에서 고분자 분리막을 꺼내고, 80℃ 진공오븐에서 12시간 건조하여 고분자 분리막을 제조하였다. 제조된 고분자 분리막은 갈색의 투명한 필름형태였다.Subsequently, the polymer separator was taken out from distilled water, and dried in a vacuum oven at 80° C. for 12 hours to prepare a polymer separator. The prepared polymer separator was in the form of a brown transparent film.
상기 제조된 고분자 분리막의 이온교환용량 계산값과 양이온 전도도는 아래의 표 1과 도 8에 표시하였다.The calculated ion exchange capacity and cation conductivity of the prepared polymer separator are shown in Table 1 and FIG. 8 below.
(meq/g)IEC (calc.)
(meq/g)
(mS/cm)
@ RH30%,70℃Cationic conductivity 1
(mS/cm)
@ RH30%,70℃
(mS/cm)
@ RH50%,70℃Cationic conductivity 2
(mS/cm)
@ RH50%,70℃
(mS/cm)
@ RH80%,70℃Cationic conductivity 3
(mS/cm)
@ RH80%,70℃
(mS/cm)
@ RH100%,70℃Cationic conductivity 4
(mS/cm)
@ RH100%,70℃
실시예를 통해서, 고분자의 정제를 위한 후처리 공정 및 퍼플루오르설폰산을 도입하기 위해 당량 이상의 화학물의 반응 없이 퍼플루오르설폰산을 포함하는 고분자의 합성이 가능함을 확인할 수 있고, 이는 반응 공정의 단순화가 가능하다는 것을 의미한다.Through the examples, it can be confirmed that it is possible to synthesize a polymer containing perfluorsulfonic acid without reacting with an equivalent of a chemical equivalent or more in order to introduce a post-treatment process for purifying the polymer and perfluorsulfonic acid, which simplifies the reaction process. It means that it is possible.
또한, 이온교환용량 계산값과 양이온 전도도의 값을 통해, 실시예의 중합체가 이온전달막으로 사용가능함을 확인할 수 있었다.In addition, through the calculation of the ion exchange capacity and the value of cation conductivity, it was confirmed that the polymer of the example can be used as an ion transport membrane.
100: 분리막
200a: 애노드
200b: 캐소드
10: 양극 탱크
20: 음극 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: anode tank
20: cathode 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 (10)
상기 친수성 블록은 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하고,
상기 소수성 블록은 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 중합체:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에 있어서,
L1은 직접결합; -S-; 또는 -O-이고,
A는 ―SO3H, ―SO3 -M+, ―COOH, ―COO-M+, ―PO3H2, ―PO3H-M+, ―PO3 2-2M+, ―O(CF2)mSO3H, ―O(CF2)mSO3 -M+, ―O(CF2)mCOOH, ―O(CF2)mCOO-M+, ―O(CF2)mPO3H2, ―O(CF2)mPO3H-M+, 또는 ―O(CF2)mPO3 2-2M+이고,
m은 2 내지 6의 정수이고, M은 1족 원소이고,
R1은 수소; 할로겐기; 또는 히드록시기이고,
k는 0 내지 3의 정수이고, k가 2 이상인 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
R2 및 R3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기이고,
n은 2 내지 10의 정수이고, n이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하고,
X1은 ―SO2―; 또는 ―CO―이고,
T1 및 T2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t1 및 t2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t1 및 t2가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
는 인접한 치환기 또는 중합체의 주쇄와 결합하는 것을 의미한다.Hydrophilic block and hydrophobic block,
The hydrophilic block includes a unit represented by Formula 1 below,
The hydrophobic block is a polymer comprising a unit represented by the following formula (2):
[Formula 1]
[Formula 2]
In Chemical Formulas 1 and 2,
L1 is a direct bond; -S-; Or -O-,
A 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 ) m SO 3 H, ―O(CF 2 ) m SO 3 - M + , ―O(CF 2 ) m COOH, ―O(CF 2 ) m COO - M + , ―O(CF 2 ) m PO 3 H 2, -O (CF 2) m PO 3 H - m +, or -O (CF 2) m PO 3 2- 2M + , and
m is an integer from 2 to 6, M is a group 1 element,
R1 is hydrogen; Halogen group; Or a hydroxy group,
k is an integer from 0 to 3, and when k is an integer of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
R2 and R3 are the same as or different from each other, and each independently a halogen group,
n is an integer of 2 to 10, and when n is an integer of 2 or more, structures in parentheses are the same or different from each other,
X1 is -SO 2 -; Or ―CO―,
T1 and T2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t1 and t2 are each independently an integer of 0 to 4, and when t1 and t2 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
Means to bond with an adjacent substituent or the main chain of the polymer.
상기 L1은 -S-인 것인 중합체.The method according to claim 1,
The L1 is -S- is a polymer.
상기 A는 ―O(CF2)mSO3H, 또는 ―O(CF2)mSO3 -M+이고, m은 2 내지 6의 정수이고, M은 1족 원소인 것인 중합체.The method according to claim 1,
M + is a polymer, m is an integer from 2 to 6, M is a group 1 element - and A is -O (CF 2) m SO 3 H, or -O (CF 2) m SO 3 .
상기 R2 및 R3은 F인 것인 중합체.The method according to claim 1,
Wherein R2 and R3 are F.
상기 친수성 블록은 하기 화학식 3으로 표시되는 반복 단위를 더 포함하는 것인 중합체:
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서,
X2 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고,
T3 및 T4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t3 및 t4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t3 및 t4가 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
a1은 괄호 내 단위의 반복수로서, 1 내지 1,000의 정수이고.
그 외 치환기의 정의는 화학식 1의 정의와 동일하다. The method according to claim 1,
The hydrophilic block is a polymer that further comprises a repeating unit represented by the following Chemical Formula 3:
[Formula 3]
In Chemical Formula 3,
X2 to X4 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; ―O―; Or ―S―,
T3 and T4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t3 and t4 are each independently an integer of 0 to 4, and when t3 and t4 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
a1 is the repeating number of units in parentheses, and is an integer from 1 to 1,000.
The definition of other substituents is the same as that of formula (1).
상기 소수성 블록은 하기 화학식 4로 표시되는 반복 단위를 더 포함하는 것인 중합체:
[화학식 4]
상기 화학식 4에 있어서,
X5 내지 X7은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; ―O―; 또는 ―S―이고,
T5 및 T6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 할로겐기이고, t5 및 t6은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, t5 및 t6이 2 이상의 정수인 경우 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
a2는 괄호 내 단위의 반복수로서, 1 내지 1,000의 정수이고.
그 외 치환기의 정의는 화학식 2의 정의와 동일하다.The method according to claim 1,
The hydrophobic block further comprises a repeating unit represented by Formula 4 below:
[Formula 4]
In Chemical Formula 4,
X5 to X7 are the same as or different from each other, and each independently a direct bond; ―O―; Or ―S―,
T5 and T6 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen; heavy hydrogen; Or a halogen group, t5 and t6 are each independently an integer of 0 to 4, and when t5 and t6 are integers of 2 or more, the substituents in parentheses are the same or different from each other,
a2 is the repeating number of units in parentheses, and is an integer from 1 to 1,000.
The definition of other substituents is the same as that of formula (2).
상기 막 전극 접합체들 사이에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 스택;
상기 스택으로 연료를 공급하는 연료공급부; 및
상기 스택으로 산화제를 공급하는 산화제공급부를 포함하는 고분자 전해질형 연료전지.A membrane electrode assembly according to claim 8 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 7에 따른 고분자 분리막을 포함하는 레독스 플로우 전지.An anode cell comprising an anode and an anode electrolyte;
A negative electrode cell comprising a negative electrode and a negative electrode electrolyte; And
Redox flow battery comprising a polymer separation membrane according to claim 7 provided between the anode cell and the cathode cell.
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US20080241626A1 (en) | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Polymer blend membranes for fuel cells and fuel cells comprising the same |
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