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연료 전지용 고분자 전해질 막 전구체 조성물, 연료 전지용 고분자 전해질 막, 이의 제조방법, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 연료 전지 시스템

  • 기술번호 : KST2019011842
  • 담당센터 : 서울동부기술혁신센터
  • 전화번호 : 02-2155-3662
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 기재는 화학식 1로 표시되는 반복단위와 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자 및 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 화합물을 포함하는 가교제를 포함하는 고분자 전해질 막 전구체 조성물, 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자가 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 화합물을 포함하는 가교제에 의해 가교되어 형성된 가교고분자를 포함하는 고분자 전해질 막, 이의 제조방법, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
Int. CL H01M 8/1032 (2016.01.01) H01M 8/1039 (2016.01.01) H01M 8/1004 (2016.01.01) H01M 8/04089 (2016.01.01) H01M 8/1018 (2016.01.01)
CPC H01M 8/1032(2013.01) H01M 8/1032(2013.01) H01M 8/1032(2013.01) H01M 8/1032(2013.01) H01M 8/1032(2013.01) H01M 8/1032(2013.01)
출원번호/일자 1020160115168 (2016.09.07)
출원인 서울대학교산학협력단
등록번호/일자 10-1797160-0000 (2017.11.07)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20171113) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 등록
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2016.09.07)
심사청구항수 23

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 서울대학교산학협력단 대한민국 서울특별시 관악구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 이종찬 대한민국 서울특별시 관악구
2 김기현 대한민국 서울특별시 관악구
3 허필원 대한민국 경기도 용인시 기흥구
4 김준영 대한민국 경기도 용인시 기흥구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 팬코리아특허법인 대한민국 서울특별시 강남구 논현로**길 **, 역삼***빌딩 (역삼동)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 서울대학교산학협력단 서울특별시 관악구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2016.09.07 수리 (Accepted) 1-1-2016-0874244-99
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2017.08.10 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2017.10.13 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-6-2017-0155006-79
4 등록결정서
Decision to grant		 2017.10.30 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2017-0753065-44
5 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.05.13 수리 (Accepted) 4-1-2019-5093546-10
6 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.05.23 수리 (Accepted) 4-1-2019-5101798-31
7 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.08.02 수리 (Accepted) 4-1-2019-5154561-59
8 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.11.25 수리 (Accepted) 4-1-2020-5265458-48
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번호 청구항
1 1
하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자; 및하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 가교제를 포함하는 고분자 전해질 막 전구체 조성물:[화학식 1]상기 화학식 1에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,n5는 1 내지 10의 정수이고,[화학식 2]상기 화학식 2에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n10은 1 내지 10의 정수이고,상기 화학식 1 및 2에서, R3 와 R8, R4 와 R9, n3과 n8, 그리고 n4와 n9는 각각 동일하거나 서로 상이하며,[화학식 3-1]상기 화학식 3-1에서,p1은 1 내지 40의 정수이고,q1은 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-2]상기 화학식 3-2에서,p2는 1 내지 40의 정수이고,q2는 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-3]상기 화학식 3-3에서,p3은 1 내지 40의 정수이고,q3은 1 내지 70의 정수이다
2 2
제1항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위이고, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위인 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물:[화학식 4]상기 화학식 4에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,n5는 1 내지 10의 정수이고,[화학식 5]상기 화학식 5에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n10은 1 내지 10의 정수이고,상기 화학식 4 및 5에서, R3 와 R8, R4 와 R9, n3과 n8, 그리고 n4와 n9는 각각 동일하거나 서로 상이하다
3 3
제1항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 6-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 6-2로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 6-3으로 표시되는 반복단위이고, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 7-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 7-2로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 7-3으로 표시되는 반복단위인 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물:[화학식 6-1][화학식 6-2][화학식 6-3][화학식 7-1][화학식 7-2][화학식 7-3]
4 4
제1항에 있어서,상기 고분자는 10,000 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
5 5
제1항에 있어서,상기 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 20:80 내지 80:20의 몰비로 포함하는 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
6 6
제1항에 있어서,상기 고분자는 20 내지 80의 술폰화도를 가지는 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
7 7
제1항에 있어서,상기 고분자에 포함되는 반복단위의 총 몰수와 상기 가교제의 몰수의 비는 98:2 내지 70:30인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
8 8
제1항에 있어서,상기 화학식 3-1, 상기 화학식 3-2 및 상기 화학식 3-3에서 p1:q1, p2:q2 및 p3:q3은 각각 독립적으로 10:90 내지 90:10인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
9 9
제1항에 있어서,상기 가교제는 1,000 내지 5,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것인 고분자 전해질 막 전구체 조성물
10 10
하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자가 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합에서 선택되는 화합물을 포함하는 가교제에 의해 가교되어 형성된 가교고분자를 포함하는 고분자 전해질 막:[화학식 1]상기 화학식 1에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,n5는 1 내지 10의 정수이고,[화학식 2]상기 화학식 2에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n10은 1 내지 10의 정수이고,상기 화학식 1 및 2에서, R3 와 R8, R4 와 R9, n3과 n8, 그리고 n4와 n9는 각각 동일하거나 서로 상이하며,[화학식 3-1]상기 화학식 3-1에서,p1은 1 내지 40의 정수이고,q1은 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-2]상기 화학식 3-2에서,p2는 1 내지 40의 정수이고,q2는 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-3]상기 화학식 3-3에서,p3은 1 내지 40의 정수이고,q3은 1 내지 70의 정수이다
11 11
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 4로 표시되는 반복단위이고, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 5로 표시되는 반복단위인 것인 고분자 전해질 막:[화학식 4]상기 화학식 4에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,n5는 1 내지 10의 정수이고,[화학식 5]상기 화학식 5에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n10은 1 내지 10의 정수이고,상기 화학식 4 및 5에서, R3 와 R8, R4 와 R9, n3과 n8, 그리고 n4와 n9는 각각 동일하거나 서로 상이하다
12 12
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 6-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 6-2로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 6-3으로 표시되는 반복단위이고, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위는 하기 화학식 7-1로 표시되는 반복단위, 하기 화학식 7-2로 표시되는 반복단위 또는 하기 화학식 7-3으로 표시되는 반복단위인 것인 고분자 전해질 막:[화학식 6-1][화학식 6-2][화학식 6-3][화학식 7-1][화학식 7-2][화학식 7-3]
13 13
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자는 10,000 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것인 고분자 전해질 막
14 14
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위와 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 20:80 내지 80:20의 몰비로 포함하는 것인 고분자 전해질 막
15 15
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자는 20 내지 80의 술폰화도를 가지는 것인 고분자 전해질 막
16 16
제10항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자에 포함되는 반복단위의 총 몰수와 상기 가교제의 몰수의 비는 98:2 내지 70:30인 고분자 전해질 막
17 17
제10항에 있어서,상기 화학식 3-1, 상기 화학식 3-2 및 상기 화학식 3-3에서 p1:q1, p2:q2 및 p3:q3은 각각 독립적으로 10:90 내지 90:10인 고분자 전해질 막
18 18
제10항에 있어서,상기 가교제는 1,000 내지 5,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것인 고분자 전해질 막
19 19
제10항에 있어서,상기 고분자 전해질 막은 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가지는 것인 고분자 전해질 막
20 20
제10항에 있어서,상기 고분자 전해질 막은 0
21 21
하기 화학식 8로 표시되는 화합물, 하기 화학식 9로 표시되는 화합물, 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 12로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 13으로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 제조하는 단계;하기 화학식 12로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 13으로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 알킬 클로로알킬에테르와 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 제조하는 단계; 및하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자를 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-3으로 표시되는 화합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 가교제와 반응시켜 가교고분자를 제조하는 단계를 포함하고,상기 화학식 9로 표시되는 화합물과 상기 화학식 11로 표시되는 화합물은 동일하거나 서로 상이한 것인 고분자 전해질 막의 제조방법:[화학식 8]상기 화학식 8에서,R1 및 R2는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,[화학식 9]상기 화학식 9에서,R3 및 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n3은 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,[화학식 10]상기 화학식 10에서,R6 및 R7은 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6 및 n7은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,[화학식 11]상기 화학식 11에서,R8 및 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n9는 0 내지 4의 정수이고,[화학식 12]상기 화학식 12에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,[화학식 13]상기 화학식 13에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,[화학식 1]상기 화학식 1에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 클로로알킬기[-(CH2)n20Cl, 여기서 n20은 1 내지 10의 정수], 또는 소듐 술포닐기(-SO3Na)이고,n1 내지 n3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,n4는 0 내지 4의 정수이고,n5는 1 내지 10의 정수이고,[화학식 2]상기 화학식 2에서,R6 내지 R9는 동일하거나 서로 상이하며 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, 또는 클로로알킬기[-(CH2)n21Cl, 여기서 n21은 1 내지 10의 정수]이고,n6, n7 및 n9는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,n8은 0 내지 3의 정수이고,n10은 1 내지 10의 정수이고,상기 화학식 1 및 2에서, R3 와 R8, R4 와 R9, n3과 n8, 그리고 n4와 n9는 각각 동일하거나 서로 상이하며,[화학식 3-1]상기 화학식 3-1에서,p1은 1 내지 40의 정수이고,q1은 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-2]상기 화학식 3-2에서,p2는 1 내지 40의 정수이고,q2는 1 내지 70의 정수이고,[화학식 3-3]상기 화학식 3-3에서,p3은 1 내지 40의 정수이고,q3은 1 내지 70의 정수이다
22 22
서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극; 및상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하며 제10항 내지 제20항 중 한 항에 따른 고분자 전해질 막을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리
23 23
서로 대향하여 위치한 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질 막을 포함하는 적어도 하나의 막-전극 어셈블리, 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터를 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부;연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하며,상기 고분자 전해질 막은 제10항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 것인 연료 전지 시스템
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1 미래창조과학부 서울대학교 거대과학연구개발사업 나노분자 구조 조절을 통한 고성능, 장기 내구성의 가교/복합 막 연구