확장형 다공성 유기 고분자 기반 수소 이온 전도 소재 및 이의 제조방법
Proton conductive materials based on extended porous organic polymer and its manufacturing process
특허 요약
본 발명은 다공성 유기 고분자 기반의 수소 이온 전도 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)에서 전극 전해질 접합체(MEA)에 활용 가능한 다공성 유기 고분자(Porous Organic Polymer, POP) 기반의 높은 수소 이온 전도성을 갖는 소재의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 다공성 유기 고분자 기반의 수소 이온 전도 소재를 마이크로파 공정 및 산처리 공정에 의해서 단축된 공정시간과 공정비용 절감을 거두면서 쉽고 간단하게 제조할 수 있으며, 간단한 합성 후 변형 과정을 통해 나피온을 대체할 수 있을만한 양성자 전도성을 갖는 소재로 개발이 가능하여 양성자 교환막 연료전지에 유용하게 활용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다공성 유기 고분자 기반의 수소 이온 전도 소재를 기반으로 하는 전극 전해질 접합체는 기계적 물성 및 형태 안정성이 우수하고 수소 이온 전도성도 매우 우수하다.
청구항
번호청구항
1

하기 [화학식 1ES]로 표시되는 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체:[화학식 1ES][C11H6.005O·S0.995O2.985H0.995]n·2.61H2O상기 n은 1 내지 100의 정수이다.

2

제1항에 있어서,상기 다공성 유기 고분자 기반 골격체는 90% 상대습도 하에서 30 ℃ 내지 80 ℃ 온도범위에서 양성자 전도도가 9.00 × 10-2 S/cm 내지 2.00 × 10-1 S/cm인 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체.

3

제2항에 있어서,상기 다공성 유기 고분자 기반 골격체는 90% 상대습도 하에서 80 ℃ 온도에서 양성자 전도도가 1.00 × 10-1 S/cm 내지 2.00 × 10-1 S/cm인 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체.

4

하기 [화학식 1E]로 표시되는 화합물을 유기용매 하에서 술폰산을 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 [화학식 1ES]로 표시되는 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법:[화학식 1ES][C11H6.005O·S0.995O2.985H0.995]n·2.61H2O[화학식 1E][C11H7O2]n·0.6716H2O·0.2941HCl상기 n은 0 내지 100의 정수이다.

5

제4항에 있어서,상기 [화학식 1E]로 표시되는 화합물이 마이크로파-보조 용매열 반응에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법.

6

제5항에 있어서,상기 마이크로파-보조 용매열 반응이 마이크로파 반응기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법.

7

제4항에 있어서,상기 유기용매는 메틸렌 클로라이드이며, 상기 술폰산은 클로로술폰산인 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법.

8

제6항에 있어서,상기 마이크로파의 출력은 50 내지 300 W인 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법.

9

제6항에 있어서,상기 마이크로파의 압력은 80 내지 200 psi인 것을 특징으로 하는, 술폰산기를 도입한 다공성 유기 고분자 기반 골격체의 제조방법.