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하기 화학식 1로 표시되는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자;[화학식 1]화학식 1에서X1 및 X2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 원자가결합, 산소원자 또는 황원자이고,Y1은 술포닐기(-SO2-) 또는 에스터기(-CO-)이고,R1 내지 R8은 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C10 알킬기, 또는 술폰산기(-SO3H)이고,m1 및 m2는 1 내지 3의 정수인 반복 단위수이고,q1은 2 내지 30의 정수인 반복 단위수이고,n은 반복 단위수이다
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제1항에 있어서,상기 화학식 1에서,X1 및 X2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 원자가 결합 또는 산소원자이고,Y1은 술포닐기(-SO2-)이고,R1 내지 R8은 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C4 알킬기, 또는 술폰산기(-SO3H)이고,m1 및 m2는 1이고,q1은 3 내지 20의 정수인 반복 단위수이고,n은 반복 단위수인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자
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제2항에 있어서,상기 화학식 1에서 X1 및 X2는 산소원자이고,Y1은 술포닐기(-SO2-)이고,R1 내지 R8은 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 수소원자, 메틸기 또는 술폰산기(-SO3H)이고, 술폰산기(-SO3H)가 3개 이상은 아니고,m1 및 m2는 1이고,q1은 4 내지 10의 정수인 반복 단위수이고,n은 반복 단위수인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자
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제3항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 폴리아릴렌에테르계 고분자는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자;[화학식 2]화학식 2에서,x 및 (100-x)는 반복 단위수 100을 기준으로 한 반복 단위수의 비율이고,x는 20 내지 40의 정수이다
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제1항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 폴리아릴렌에테르계 고분자의 분자량(Mn)은 10,000 g/mol 내지 200,000 g/mol 인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자
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제1항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 폴리아릴렌에테르계 고분자는 R1 내지 R8 중에서 선택된 하나 이상이 술폰산기인 유닛이 전체 유닛수(n)를 기준으로 20 내지 50%인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자
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제1항에 있어서,상기 폴리아릴렌에테르계 고분자는 1H-NMR 분석에서 지방족 사슬에 의한 1
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8
제1항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 폴리아릴렌이테르계 고분자는 유리전이온도(Tg)가 70 내지 130℃인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자
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9
제1항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리아릴렌에테르계 고분자를 포함하는 연료전지용 전해질막
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제8항의 연료전지용 전해질막을 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체
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제10항에 있어서,상기 막-전극 접합체는 상기 전해질막의 상부 및 하부에 촉매층이 접합된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체
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제10항의 막-전극 접합체를 포함하는 고분자 전해질 연료전지
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(1) 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 화학식 4로 표시되는 화합물을 단량체로 준비하는 단계;(2) 상기 단량체들, 염기, 중합용매 및 유기용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;(3) 상기 혼합물을 아제오트로픽 탈수시켜 유기용매를 제거하고 폴리아릴렌에테르계 고분자를 중합하는 단계; 및(4) 상기 폴리아릴렌에테르계 고분자를 알코올 수용액에 침전시키고 세척한 후 건조시켜 폴리아릴렌에테르계 고분자를 수득하는 단계;를 포함하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자의 제조방법
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제13항에 있어서,상기 화학식 3에서,X1 및 X2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 원자가 결합 또는 산소원자이고,m1 및 m2는 1이고,q1은 3 내지 20의 정수인 반복 단위수이고,화학식 4에서,Y1은 술포닐기이고,R1 내지 R8은 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C4 알킬기 또는 -SO3Na이고,Z1 및 Z2는 플루오로기 또는 클로로기인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자의 제조방법
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제14항에 있어서,상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 A로 표시되고,상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 C로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자의 제조방법
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제15항에 있어서,상기 화학식 4로 표시되는 화합물인 단량체는 상기 화학식 B의 단량체와 화학식 C의 단량체의 총몰수를 기준으로 상기 화학식 C의 단량체를 20 내지 50몰%로 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전해질막용 폴리아릴렌에테르계 고분자의 제조방법
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제13항 내지 제16항 중에서 선택된 어느 한 항에 따라 제조된 폴리아릴렌에테르계 고분자를 소정의 두께의 필름으로 성형하는 단계; 및상기 필름을 강산 용액과 반응시켜 -SO3Li, -SO3Na 또는 -SO3K의 카운터 이온을 수소 이온으로 교환하는 단계;를 포함하는 연료전지용 전해질막의 제조방법
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(a) 전극 촉매, 증류수 및 용매를 포함하는 촉매 슬러리를 제조하는 단계;(b) 상기 촉매 슬러리를 전사용 기판에 코팅하여 촉매 슬러리가 코팅된 전사용 기판을 준비하는 단계; 및(c) 제15항에 따라 제조된 전해질막과 상기 촉매 슬러리가 코팅된 전사용 기판을 이용하여 데칼 공정(decal process)으로 막-전극 접합체를 제조하는 단계;를 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
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제18항에 있어서,단계 (c)의 상기 데칼 공정은 상기 촉매 슬러리가 코팅된 전사용 기판을 소정의 전극 크기로 재단하고, 상기 전해질막을 2개의 재단된 촉매 슬러리 코팅된 전사용 기판 사이에 촉매 슬러리와 전해질막이 접촉하도록 개재시킨 후, 핫 프레싱(hot pressing)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
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제18항에 있어서,상기 핫 프레싱은 100 내지 130℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
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제19항에 있어서,상기 핫 프레싱은 80 내지 120 kgf/cm2의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
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제20항에 있어서,상기 핫 프레싱은 1 내지 10분간 압력을 가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
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제16항의 막-전극 접합체의 제조방법을 포함하는 연료전지의 제조방법
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