화학 구조가 다른 가교제에 의해 가교된 불소계 분리막 제조에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 과불소계 전해질막의 이온 채널 크기의 감소를 위해 Nafion 곁사슬 말단의 술폰산기를 가교하여 전해질막을 제조하였다. 가교시 감소되는 술폰산기의 보충을 위해 술폰산기를 포함하는 아민을 가교제로 사용하였으며 비교를 위해 동일한 화학구조를 가지나 술폰산기를 포함하지 않는 아민을 사용하여 전해질막을 제조하였다. 1,1’-Carbonyldiimidazole를 사용하여 Nafion 가지에 달린 술폰산기와 diamine 가교제 사이에 sulfonamide linkage를 도입하였고 ATR-FTIR로 가교 여부를 확인하였다. 술폰산기를 포함하는 아민을 가교제로 사용한 경우 수소이온전도도가 0.119 ~ 0.106 S/cm 로 Nafion117 (0.091 S/cm) 보다 높았으며, 메탄올 투과도가 Nafion117에 비해 2.9배 감소하여 직접메탄올연료전지용 수소 이온 교환막으로써 선택도가 Nafion117에 비해 최대 3.3배 증가하였다. 또 바나듐 투과도가 Nafion117에 비해 5.4배 감소하여 바나듐흐름전지용 이온교환막으로써 선택도가 Nafion117에 비해 6.7배 증가하였다. 술폰산기를 포함하지 않는 아민을 가교제로 사용한 경우 수소이온전도도가 0.074 ~ 0.052S/cm 로 Nafion117 (0.091 S/cm) 보다 낮았으며, 메탄올 투과도가 Nafion117에 비해 3.1배 감소하여 직접메탄올연료전지용 수소 이온 교환막으로써 선택도가 Nafion117에 비해 최대 2.4배 증가하였다. 또 바나듐 투과도가 Nafion117에 비해 최대 328배 감소하여 바나듐흐름전지용 이온교환막으로써 선택도가 Nafion117에 비해 최대 195배 증가하였다.