LbL 적층 및 Click 가교로 이루어진 DMFC 분리막의 제조 및 특성

Abstract

본 연구에서는 기존 분리막의 사용연료에 대한 투과 단점을 보완하기 위한Layer by Layer self-assembly 고분자간의 결합력을 높이기 위하여 고분자 층간 공유결합을 도입하였다. 공유결합 도입 방법으로 Cu 촉매하에서 부반응 없이 빠르게 반응이 진행되는 azide-alkyne cycloaddion 반응인 일명 click-reaction을 이용하였다. 양이온 고분자 전해질로 styrene과 chloromethylstyrene을 유화중합을 통해 공중합 한 후, trimethylamine과 N,N’-dimethylpropargylamine을 반응 시켜 양이온 성질과 alkyne기를 부여하여 amPSyn을 합성하였다. 또한, 음이온 고분자 전해질로 styrene sulfonic acid와 chloromethylstyrene을 용액중합을 통해 공중합한 후, chloromethyl기의 일부를 sodium azide와 반응 시켜 azide기를 도입하여 SPSaz를 합성하였다 LbL 용액에 Cu 촉매를 넣어 고분자 전해질을 적층하는 동안 click 반응이 진행 되도록 하였고, ATR-FTIR을 통하여 click 반응이 진행되었음을 확인하였다. 가교된 고분자 다층 박막은 가교되지 않은 것과 비교하여 해리 실험을 진행한 결과, pH 0, pH 1, pH 2 에서 1시간 동안 고분자가 해리되는 현상을 완화시켰고 대략 20% 내외의 고분자 해리를 방지하였다. pH 13과 pH 14의 염기용액에서는 가교막의 개선효과가 미미하였는데, 이는 azide와 alkyne의 결합인 1,2,3-triazole이 산에는 강하지만 알칼리에 약하기 때문이다. 결과적으로 click 반응으로 공유결합을 도입하여 LbL의 고분자 결합력을 증진 시킨 분리막의 경우, 수소이온 교환막으로서 우수한 안정성을 갖는 다는 것을 알 수 있었다.