특허 개요
본 특허는 연료 전지에서 쓰는 다공성 지지체 기반 고분자 전해질 막을 제공하는 기술입니다. 아민기에 대하여 오르쏘 위치에 작용기를 갖는 방향족 디아민과 디안하이드라이드로 만든 폴리아믹산 또는 폴리이미드를 전기방사와 열전환으로 처리해 미세기공과 피코기공을 갖는 지지체를 형성하고, 여기에 양이온 교환수지 또는 산을 함침해 수소 이온 전도 경로를 부여합니다. 표면 불소기 도입형 변형도 제시되어 젖음성 및 접착성 보완이 가능합니다.
- 핵심 기능
전기방사로 형성한 섬유성 지지체를 열전환해 고내열성 골격으로 만들고, 그 내부와 표면에 양이온 교환수지 또는 산을 채워 연료 전지용 전해질 기능을 부여합니다. 이 구조는 기계적 지지와 이온 전달을 분담하게 하여 막의 강도와 전도 특성을 동시에 확보하도록 설계되었습니다.
- 차별 강점
종래 고분자 전해질 막은 기계적 물성, 치수 안정성, 내화학성, 수소 이온 전도성을 함께 만족시키기 어려웠습니다. 본 특허는 미세기공과 피코기공을 갖는 다공성 지지체를 골격으로 사용해 함침성과 접착성을 높이고, 연료 크로스오버 억제와 출력 향상까지 겨냥한 점이 차별적입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 연료 전지, 막-전극 어셈블리, 고분자 전해질 막, 다공성 섬유 지지체 설계에 활용 가능하며, 전기방사 기반 다공 구조 제어와 이온전도성 복합막 개발로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 수소 연료 전지용 막 소재, 전해질막 부품, MEA용 기능성 지지재, 고내구 복합막 제품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
실시예 기반으로 전기방사 후 300～450℃ 열처리와 양이온 교환수지 또는 산 함침을 통해 연료 전지용 막을 제조하고, 프로톤 전도성·수분 흡수율·치수안정성을 비교예와 함께 평가했습니다. 다만 대면적 연속 제조나 장기 운전 안정성은 아직 추가 검증이 필요합니다.
- 검증대상: 폴리벤조옥사졸 또는 폴리이미드를 포함하는 연료 전지용 고분자 전해질 막
- 비교군: 비교예 1의 폴리이미드 기반 막
- 조건: 전기방사 후 300～450℃ 열처리, 이후 s-PAES 또는 산 도핑 함침, 프로톤 전도성·수분 흡수율·치수안정성 평가
현재 성과
실시예 4의 막은 80℃에서 0.095 S/cm의 프로톤 전도성을 보였고, 수분 흡수율과 치수안정성도 비교예보다 우수하게 제시되었습니다. 다공성 지지체에 이온전도 성분을 함침하는 구조로 전도와 기계적 지지 기능을 함께 확보하도록 설계된 점이 핵심입니다.
전기방사와 열처리, 이후 함침 공정으로 제조한 막을 대상으로 프로톤 전도성, 수분 흡수율, 치수안정성을 비교예와 함께 평가했습니다. 실시예 4의 경우 80℃에서 전도성 0.095 S/cm, 수분 흡수율 39.28%, 치수안정성 23.57%로 서술되어 있습니다.
아민기에 대하여 오르쏘 위치에 작용기를 갖는 방향족 디아민과 디안하이드라이드로부터 유도한 고분자를 열전환해 미세기공과 피코기공을 동시에 갖는 지지체를 형성하는 점이 특징입니다. 기존의 단순 다공화나 단일 지지 구조와 달리, 열전환 고분자 골격과 이온전도성 함침을 결합한 막 설계가 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 연속 제조에서 기공 균일도와 섬유 배열을 안정적으로 유지하는 공정 확립
스택 조건에서의 장기 내구성 및 운전 안정성 검증
원출원 소멸 상태를 고려한 권리 이전 대상 정리와 사업화 일정 설계
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
다공성 지지체 및 이를 포함하는 연료 전지용 고분자 전해질 막
POROUS SUPPORT AND POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELL INCLUDING THE SAME
10-2012-0095124 (2012.01.01)
10-1697693
이영무 (한양대학교 산학협력단), 박치훈 (한양대학교 산학협력단), 이소영 (한양대학교 산학협력단), 한상훈 (한양대학교 산학협력단), 황두성 (한양대학교 산학협력단)
한양대학교 산학협력단