离子传输材料、包含其的电解质膜及该电解质膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本申请要求于2 013年10月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2013-0124933的优先权及权益，其全部内容通过引用的方式并入本申请中。
[0002] 本申请设及离子传输材料、包含该离子传输材料的电解质膜W及制备该电解质膜 的方法。
【背景技术】
[0003] 燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的能量转换装置。也就是，燃料电池 使用燃气和氧化剂，并且采用通过在燃气和氧化剂的氧化还原反应的过程中产生的电子来 生产电力的方法。燃料电池的膜电极组件(MEA)是在其中发生氨气和氧气的电化学反应的 部件，并且由阴极、阳极和电解质膜即离子传导电解质膜组成。
[0004] 氧化还原液流电池(氧化-还原液流电池)是在其中包含在电解质溶液中的活性材 料被氧化和还原并由此充电和放电，而且电化学存储装置将储存的活性材料的化学能直接 转换成电能的系统。氧化还原液流电池的单元电池包括电极、电解质和离子交换膜。
[0005] 燃料电池和氧化还原液流电池由于高能源效率和较少污染物排放的环境友好特 性已经作为下一代能源被研究和开发。用于燃料电池和氧化还原液流电池的离子交换膜材 料除了优异的质子传导率W外还需要具有如下特性：1)阻止电解质的渗透(cross over)， 2)强耐化学性，3)机械性能增强W及4)低溶胀率。因此，对具有所述特性的电解质膜的研究 一直在继续。
【发明内容】
[0006] 技术问题
[0007] 试图提供一种离子传输材料、一种包含该离子传输材料的电解质膜W及一种制备 该电解质膜的方法而进行了本申请。
[0008] 技术方案
[0009] 为了解决所述问题，本申请提供了一种离子传输材料，该离子传输材料包含:含有 下面式1的单元W及选自下面式2的单元、下面式3的单元和下面式4的单元中的至少一种单 元的共聚物；W及分散在该共聚物中的无机粒子。
[001引 在式1中，
[0019] Z是=价芳香族环基或=价杂环基，
[0020] L是直接键或二价连接基团，
[0021] Xi至X3彼此相同或不同，而且各自独立地是直接键、氧（0)、幾基（-CO-)、横基（-S〇2-)、亚芳基、亚杂芳基或*-ZA-S0浊，而且*表示与主链连接的部分，
[0022] R是周期表中第一族的元素，W及
[0023] 在式2至4中，
[0024] Yi至Y22彼此相同或不同，而且各自独立地是氨化）、氣(F)或被取代或未被取代的 烷基，W及
[0025] 式2至4的单元各自具有至少一个氣取代基。
[0026] 此外，本申请提供了一种电解质膜，该电解质膜包含所述离子传输材料。
[0027] 此外，本申请提供了一种包括所述电解质膜的燃料电池。
[0028] 此外，本申请提供了一种包括所述电解质膜的氧化还原液流电池。
[0029] 此外，本申请提供了一种用于制备所述电解质膜的方法，该方法包括:制备包含共 聚物的溶液A，该共聚物含有下面式IA的单元W及选自式2的单元、式3的单元和式4的单元 中的至少一种单元;制备包含无机粒子的前体和酸性催化剂的溶液B;混合溶液A和B; W及 通过使用所述混合溶液形成膜。
[0030] 试 1A]
[0032] 在式IA中，
[0033] Z和L与前面描述的相同，
[0034] X4至X6彼此相同或不同，而且各自独立地是直接键、氧（0)、幾基（-CO-)、横基（-s〇2-)、亚芳基、亚杂芳基或*-za-s〇3M，而且*表示与主链连接的部分，W及
[00巧]M是碱金属元素。
[0036] 有益效果
[0037] 根据本申请的示例性实施方案的离子传输材料由于无机粒子均匀地分散在聚合 物基质中而具有强机械性能。
[0038] 此外，所述包含根据本申请的示例性实施方案的离子传输材料的电解质膜减少了 由溶剂引起的溶胀现象。
[0039] 此外，所述包含根据本申请的示例性实施方案的离子传输材料的电解质膜对阻止 电解质材料的渗透的效果优异。
[0040] 此外，所述包含根据本申请的示例性实施方案的离子传输材料的电解质膜离子传 导性优异。
[0041] 此外，所述用于制备根据本申请的示例性实施方案的电解质膜的方法由于溶液的 混合而在制备方法上简单。
[0042] 此外，所述用于制备根据本申请的示例性实施方案的电解质膜的方法容易在电解 质膜中产生无机粒子，并且将所述无机粒子均匀地分布在形成电解质膜的共聚物基质的整 个区域上。
【附图说明】
[0043] 图1说明了无机粒子均匀地分布在根据本申请的一个示例性实施方案的离子传输 材料的整个区域上的形态。
【具体实施方式】
[0044] 在下文中，将更详细地描述本说明书。
[0045] 本申请的一个示例性实施方案提供了一种包含共聚物和分散在该共聚物中的无 机粒子的离子传输材料。
[0046] 所述共聚物是包含横酸基的部分基于氣的(partially fluorine-based)聚合物。 此处所述部分基于氣的聚合物是指组成聚合物的至少一种单体含有氣基。所述部分基于氣 的聚合物的实例可W是在其中控链包含氣类取代基的共聚物。
[0047] 在本申请中，所述"共聚物"可W是交替共聚物、嵌段共聚物、无规共聚物或接枝共 聚物。
[0048] 具体地，所述共聚物可W包括:式1的单元；W及选自式2的单元、式3的单元和式4 的单元中的至少一种单元。
[0049] 具体地，Yi至Y22彼此相同或不同，而且可W各自独立地是未被取代的或被氨化)或 氣(巧取代的Cl至Cio烷基。
[0050] 所述被取代或未被取代的Cl至Cio烷基可W是链型或分支型。例如在链型的情况 下，被取代或未被取代的Cl至Cl偏基可W是-(CQQ'）pQ"，W及Q、Q'和Q"是氨化)或氣(F)，w 及P可W是1至10。
[0051] 所述式2、3和4的单元是氣类化合物，且因此各自含有至少一个氣取代基。
[0052] 根据本申请的一个示例性实施方案，R可W是周期表的第一族的元素中的氨、裡 (Li)、钢(Na)或钟化）。
[0053] 根据本申请的一个示例性实施方案，L是直接键、亚烷基、亚締基、亚烘基、-
[(CRR '）rO (成'护 '）S ] t-、或-CO-Ar-，而且此处，
[0054] R、R'、R"和护'彼此相同或不同，而且各自独立地是氨、烷基或面基，
[005引 r和S是0至3，
[0056] t是l至5，W及
[0057] Ar是亚芳基或亚杂芳基。
[005 引 S 和r 可W 是 s+r>l。
[0059] 根据一个示例性实施方案，L是-(C出)m[(CF2)20(CF2)2)n-。
[0060] m和n是0至5的整数。
[0061] 所述亚烷基是具有1个至20个碳原子的亚烷基，所述亚締基是具有2个至20个碳原 子的亚締基，所述亚烘基是具有2个至20个碳原子的亚烘基，但运些基团并不局限于此。
[0062] 所述=价芳香族环基是=价芳基，而且所述芳基的碳原子数可W是6至60，具体地 为6至40, W及更具体地6至25。所述芳基的具体实例包括苯基、联苯基、=苯基、糞基、蔥基、 屈基、菲基、巧基、巧蔥基、苯并菲基(tri曲en^en^)、蓝基(phenaleny 1)、巧基、并四苯基、 并五苯基、巧基、巧基、起基、巧基等或它们的稠环，但并不局限于此。
[0063] 所述=价杂环基包括S、0或N作为杂原子，而且其碳原子数可W是2至60，具体地2 至40，W及更具体地3至25。所述杂环的具体实例包括化晚基、化咯基、喀晚基、化嗦基、巧喃 基、嚷吩基、咪挫基、化挫基、嗯挫基、异恶挫基、嚷挫基、异嚷挫基、=挫基、巧咕基、嗯二挫 基、嚷二挫基、二嚷挫基(dithiazolyl)、四挫基、化喃基、嚷喃基、二嗦基(dia