배위 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막 document_id A220623108037

연료 전지는 종래의 에너지 발전 수단에 대한 진보적인, 저-배출 대안으로 고려된다. 고분자 전해질 막 연료 전지(PEM)는 이동 기기 응용 분야(mobile applications)에 특별한 이점이 있다. 양성자 전도성 고분자 막은 이러한 유형의 연료 전지의 주요 구성요소이다. 듀폰(DuPont)에 의해 제조된 설폰산 측 기(sulfonic-acid side groups)를 가지는 퍼플루오르화 고분자인, 나피온(Nafion®) 및 아사히(Asahi)로부터의 유사한 생산품이 이와 같은 목적을 위한 지배적인 막 물질의 지위를 계속 유지하고 있다. 다른 고분자들의 연료 전지의 막 물질로서의 이용에 대한 많은 시험이 있다. 그러나, 이와 같은 고분자들은 거의 전적으로 설폰화 물질이고, 그의 양성자 전도성은 설폰산 기의 덕분일 수 있다. 이후 테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로프로필비닐에테르와 공중합되는 모노머로서의 퍼플루오로비닐옥시-치환 포스폰산에 기초한, 포스폰산 측 기(phosphonic-acid side groups)를 가진 퍼플루오르화 고분자의 합성이 간행물에 개시되어있다(M. Yamabe, K. Akiyama, Y. Akatsuka, M. Kato. Novel phosphonated perfluorocarbon polymers. Eur. Polym. J. 36 (2000) 1035-41). 연료 전지에 이와 같은 유형의 고분자의 이용이 US-A-6087 032에 개시되어있다. 포스폰산 측 기를 가진 고분자로부터의 다른 연료 전지 막은 예를 들면 US-A-5 422 411에 개시되어있다. 연료 전지에 이용을 위한 다른 고분자는 US-A-5 679 482에 개시되어있다. 이러한 것들은 혼합 기능화 설폰산 및 포스폰산 기를 가진 불소를 함유하지 않는 스티렌 코폴리머들이다. 고분자 전해질 막 연료 전지(PEM 연료 전지)는 양성자 전도성 막(고분자 전해질 막 또는 양성자 교환 막)에 의해 서로 분리된, 두 개의 전극으로 구성된다. 상기 전극은 예를 들면, 백금으로 스팀(steamed)되고 외부 전기 회로를 통하여 서로 연결되는, 탄소 매트들로 구성된다. 수소 및 산소로부터 물로의 변환이 일어날 수 있도록, 양성자 전도성 막이 가습되어야 한다. 수소 연료는 애노드(anode)로 일정하게 공급된다. 캐소드(cathode)는 산소가 일정하게 공급된다. 두 가지 유형의 PEM 연료 전지가 개발되어 있다: 저온 전지(약 90℃ 이하) 및 고온 전지(약 180℃ 이하). 저온 전지는 60년대에 개발되었다. 그 당시에는, 설폰화 폴리스티렌 막이 전해질로서 역할을 했다. 1969년 이래로, 듀폰(DuPont)에 의해 개발된 나피온 막이 PEM 연료 전지에 장착되었다. 저온 전지는 일산화탄소(CO)에 민감하게 반응한다. 이와 같은 기체는 애노드 촉매를 차단하여, 전력의 손실을 가져올 수 있다. 상기 막은 양성자가 전도될 수 있도록 가습되어야 한다. 고온 전지는 일산화탄소 및 다른 불순물에 민감하지 않게 반응한다. 상기 전지에서의 보다 높은 작업 온도가 가정용 에너지 분야의 관심을 끄는데, 이는 그것들이 발생된 열의 보다 효과적인 이용을 가능케 하기 때문이다. 상기 막은 물 없이도 양성자를 전도하기 때문에, 가습될 필요가 없다. 고온 전지를 위한 막에 대한 해결책들이 이미 제안되어 있다. 예를 들면, US 제6,387,230 B1호는 고온 전지를 위하여 고분자 및 유기 또는 무기 물질의 조합으로 구성되는, 일련의 막(무기-유기 복합체 막)을 제안한다.