KR20170003276A - Manufacturing methode of reinforced membrane, manufacturing apparatus of reinforced membrane and reinforced membrane - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 강화막의 제조방법, 강화막의 제조장치 및 강화막에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a reinforced membrane, an apparatus for manufacturing a reinforced membrane, and a reinforced membrane.
강화막(reinforced membrane)은 전지, 센서 등과 같이 이온교환능이 필요한 분야에 사용되며, 구체적으로, 상기 강화막은 연료전지, 화학센서, 플로우 배터리 등의 이온교환막으로 사용되고 있다. BACKGROUND ART Reinforcing membranes are used in fields requiring ion exchange ability such as cells and sensors. Specifically, the reinforced membranes are used as ion exchange membranes for fuel cells, chemical sensors, and flow batteries.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 필요성이 높아지고 있으며, 대체에너지의 하나로서 연료전지, 금속 이차 전지, 플로우 배터리 등에 대한 관심이 집중되고 있다. Recently, as energy resources such as oil and coal are predicted to be exhausted, there is an increasing need for energy that can replace them. Interest in fuel cells, metal secondary batteries, and flow batteries is becoming an alternative energy source.
이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며 사용되는 연료가 풍부하여 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 함께, 연료전지의 고분자 전해질막으로 구비된 강화막에 대한 연구도 필요하다.As one of such alternative energies, fuel cells are highly efficient, do not emit pollutants such as NOx and SOx, are enriched with fuel, and related researches are actively proceeding. At the same time, it is necessary to study a reinforced membrane provided with a polymer electrolyte membrane of a fuel cell.
금속 이차 전지는 충방전의 효율을 높이는 연구가 진행되고 있으며, 특히 연료전지의 공기극을 접목하여 금속 공기 이차 전지에 대한 연구도 진행중이다. 이에 따라, 금속 이차 전지의 전해질막으로 구비된 강화막에 관심도 높아지고 있다. Metal secondary batteries are being studied to increase the efficiency of charging and discharging. Especially, researches on metal air secondary batteries are being carried out by attaching air electrodes of fuel cells. Accordingly, there is a growing interest in a reinforced membrane provided as an electrolyte membrane of a metal secondary battery.
플로우 배터리는 에너지가 저장되는 전해질을 순환시키면서 충전과 방전이 이루어지는 이차전지이며, 플로우의 전해질막으로 구비되는 강화막과 함께 플로우 배터리에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.The flow battery is a secondary battery in which charging and discharging are performed while circulating an electrolyte in which energy is stored. Research on a flow battery together with a reinforcing film provided as an electrolyte membrane of the flow has been actively conducted.
본 명세서는 강화막의 제조방법, 강화막의 제조장치 및 강화막을 제공하고자 한다. The present specification intends to provide a method for manufacturing a reinforced membrane, an apparatus for manufacturing a reinforced membrane, and a reinforced membrane.
본 명세서는 다공성 기재의 기공 내부에 딥코팅법으로 코팅 조성물을 함침하는 단계; 코팅 조성물이 함침된 다공성 기재 상에 내수축성 기재가 적층된 적층체를 제조하는 단계; 및 상기 적층체를 건조하는 단계를 포함하는 것인 강화막의 제조방법을 제공한다. The present disclosure relates to a method of forming a porous substrate, comprising: impregnating the interior of the porous substrate with a coating composition by dip coating; Preparing a laminate in which a shrinkable substrate is laminated on a porous substrate impregnated with a coating composition; And drying the laminate. The present invention also provides a method for manufacturing a reinforced membrane.
또한, 본 명세서는 다공성 기재 제공부; 내수축성 기재 제공부; 강화막 회수부; 상기 다공성 기재 제공부와 강화막 회수부 사이에 위치된 코팅 조성물이 담긴 욕조; 상기 다공성 기재 제공부로부터 제공된 다공성 기재가 상기 욕조의 코팅 조성물에 잠기도록, 다공성 기재의 진행방향을 조절하는 가이드롤; 욕조를 통과한 다공성 기재와 상기 내수축성 기재 제공부로부터 제공된 내수축성 기재를 가압하여 강화막을 제조하는 가압롤; 및 상기 강화막을 건조하는 건조부를 포함하는 것인 강화막의 제조장치를 제공한다. The present invention also relates to a porous substrate preparation apparatus, Resistance shrinkable substrate preparation; A reinforced membrane recovery section; A bath containing a coating composition positioned between the porous substrate providing unit and the reinforcing membrane collecting unit; A guide roll which adjusts the traveling direction of the porous substrate so that the porous substrate provided from the porous substrate providing unit is immersed in the coating composition of the bath; A pressurizing roll for pressurizing a porous substrate through a bath and an anti-shrinkable substrate provided from the anti-shrinkable substrate providing apparatus to produce a reinforcing film; And a drying unit for drying the reinforcing film.
또한, 본 명세서는 내수축성기재; 상기 내수축성기재 상에 구비된 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 기공의 일부와 상기 다공성기재의 표면 상에 구비된 코팅층을 포함하는 것인 강화막을 제공한다. The present disclosure also relates to a heat-shrinkable substrate; A porous substrate provided on the shrinkable substrate; And a coating layer provided on the surface of the porous substrate and a part of the pores of the porous substrate.
본 명세서의 강화막 제조장치는 다양한 다공소재에 코팅을 할 수 있다. The reinforcement membrane manufacturing apparatus of the present specification can be coated on various porous materials.
본 명세서의 강화막 제조장치는 강화막을 제조하는 공정에서 다공소재 또는 강화막의 변형을 최소화할 수 있다.The reinforcing membrane manufacturing apparatus of the present specification can minimize the deformation of the porous material or the reinforcing membrane in the process of manufacturing the reinforcing membrane.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막의 단면도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막 제조장치의 구조도이다.
도 3은 건조 후 실시예와 비교예의 수축에 대한 모식도이다.
도 4는 실시예의 건조 후 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예의 건조 후 상태를 나타낸 것이다. 1 is a cross-sectional view of a reinforcing membrane according to one embodiment of the present disclosure;
2 is a structural view of a reinforcement film production apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a schematic diagram of shrinkage of the dried and comparative examples after drying. Fig.
Fig. 4 shows the dried state of the example.
Fig. 5 shows the dried state of the comparative example.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 명세서는 다공성 기재의 기공 내부에 딥코팅법으로 코팅 조성물을 함침하는 단계; 코팅 조성물이 함침된 다공성 기재 상에 내수축성 기재가 적층된 적층체를 제조하는 단계; 및 상기 적층체를 건조하는 단계를 포함하는 것인 강화막의 제조방법을 제공한다. The present disclosure relates to a method of forming a porous substrate, comprising: impregnating the interior of the porous substrate with a coating composition by dip coating; Preparing a laminate in which a shrinkable substrate is laminated on a porous substrate impregnated with a coating composition; And drying the laminate. The present invention also provides a method for manufacturing a reinforced membrane.
상기 코팅 조성물을 함침하는 단계는 딥코팅법으로 다공성 기재의 기공 내부에 코팅 조성물을 침투시키는 단계일 수 있다. 구체적으로, 코팅 조성물이 담긴 욕조에 다공성 기재를 담가 다공성 기재의 기공 내부와 표면에 코팅 조성물을 도포하는 단계일 수 있다. The step of impregnating the coating composition may be a step of impregnating the coating composition into the pores of the porous substrate by a dip coating method. Specifically, it may be a step of immersing the porous substrate in a bath containing the coating composition to apply the coating composition to the inside and the surface of the pores of the porous substrate.
상기 코팅 조성물은 고분자 및 상기 고분자를 잘 녹일 수 있는 용매를 포함할 수 있다. 상기 고분자는 이온전도성을 갖는 고분자일 수 있으며, 구체적으로 상기 고분자는 이온전도체일 수 있다. The coating composition may include a polymer and a solvent capable of dissolving the polymer well. The polymer may be a polymer having ionic conductivity. Specifically, the polymer may be an ionic conductor.
상기 고분자는 피코팅체인 다공성 기재의 기공에 충진될 수 있다면 특별히 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.The polymer is not particularly limited as long as it can be filled in the pores of the porous substrate as the coating, and those generally used in the art can be used.
상기 고분자는 수소 이온 전도성을 가지는 고분자일 수 있다. 이 경우 수소 이온 전도성을 갖는다면 당 기술분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 상기 수소 이온 전도성을 가지는 고분자는 측쇄에 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 양이온 교환기를 가지는 고분자일 수 있다.The polymer may be a polymer having hydrogen ion conductivity. In this case, those conventionally known in the art can be used so far as they have hydrogen ion conductivity. The polymer having hydrogen ion conductivity may be a polymer having one or two or more cation-exchange groups selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in the side chain.
상기 수소 이온 전도성을 가지는 고분자는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자 또는 불소계 고분자일 수 있다.The polymer having hydrogen ion conductivity may be a hydrocarbon-based polymer, a partially fluorinated polymer, or a fluorinated polymer.
상기 탄화수소계 고분자는 플루오린기가 없는 탄화수소계 술폰화 고분자일 수 있으며, 반대로 불소계 고분자는 플루오린기로 포화된 술폰화 고분자일 수 있고, 상기 부분불소계 고분자는 플루오린기로 포화되지 않은 술폰화 고분자일 수 있다. The hydrocarbon-based polymer may be a hydrocarbon-based sulfonated polymer having no fluorine group. Alternatively, the fluorinated polymer may be a sulfonated polymer saturated with a fluorine group, and the partially fluorinated polymer may be a sulfonated polymer that is not saturated with a fluorine group have.
상기 수소 이온 전도성을 가지는 고분자는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리피롤계 고분자 및 폴리아닐린계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자일 수 있다. 상기 고분자는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer having hydrogen ion conductivity may be at least one selected from the group consisting of a perfluorosulfonic acid polymer, a hydrocarbon polymer, an aromatic sulfon polymer, an aromatic ketone polymer, a polybenzimidazole polymer, a polystyrene polymer, a polyester polymer, a polyimide polymer, Based polymer, a polyether sulfone-based polymer, a polyphenylene sulfide-based polymer, a polyphenylene oxide-based polymer, a polyphosphazene-based polymer, a polyethylene naphthalate-based polymer, a polyester-based polymer, a doped polybenzimide Based polymer may be one or two or more polymers selected from the group consisting of a polyolefin-based polymer, a polyetherketone-based polymer, a polyphenylquinoxaline-based polymer, a polysulfone-based polymer, a polypyrrole-based polymer and a polyaniline-based polymer. The polymer may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multi-block copolymer or a graft copolymer, but is not limited thereto.
구체적으로, 상기 수소 이온 전도성을 가지는 고분자는 나피온(Nafion), 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (sPEEK, sulfonated (polyetheretherketone)) 술폰화 폴리에테르케톤 (sPEK, sulfonated (polyetherketone)), 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 (poly (vinylidene fluoride)-graft-poly(styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) 및 술폴화 폴리플루로레닐 에테르케톤 (Sulfonated poly (fluorenyl ether ketone)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Specifically, the polymer having hydrogen ion conductivity may be at least one selected from the group consisting of Nafion, sulfonated polyetheretherketone (sPEEK) sulfonated polyetherketone (sPEK), polyvinylidene fluoride At least one of poly (vinylidene fluoride) -graft-poly (styrene sulfonic acid), PVDF-g-PSSA) and sulfonated poly (fluorenyl ether ketone) .
상기 고분자는 음이온을 전달할 수 있는 이온 전도성 고분자일 수 있으며, 음이온을 전달할 수 있다면 특별히 한정하지 않고 당 기술분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 음이온을 전달할 수 있는 이온 전도성 고분자는 스티렌 (styrene), 비닐벤질클로라이드(VBC, vinylbenzyl chloride), 디비닐벤젠(DVB, divinylbenzene), 트리메틸아민(TMA, trimethylamine) 및 아민 작용기를 가지고 있는 음이온 교환 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The polymer may be an ion conductive polymer capable of transferring anions, and is not particularly limited as long as it can transfer anions, and those conventionally known in the art can be used. For example, the ion conductive polymer capable of transferring the anion may include styrene, vinylbenzyl chloride (VBC), divinylbenzene (DVB), trimethylamine (TMA), and amine functional groups And an anion exchange polymer having an anion exchange group.
상기 고분자는 중량평균분자량이 수천에서 수천만일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자의 중량평균분자량은 1,000 g/mol 이상 10,000,000 g/mol 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The polymer may have a weight average molecular weight of several thousands to several tens of millions. Specifically, the weight average molecular weight of the polymer may be 1,000 g / mol to 10,000,000 g / mol, but is not limited thereto.
상기 용매는 고분자를 용해시킬 수 있는 물질이면 크게 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it is a substance capable of dissolving the polymer, and conventional materials known in the art can be used.
상기 코팅 조성물은 무기물 입자 및 탄소 입자 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 무기물 입자 및 탄소 입자는 입자의 크기가 나노 사이즈인 나노입자일 수 있다. 상기 무기물 입자 및 탄소 입자는 입자의 형태가 구형 또는 판형의 입자일 수 있다. 여기서, 무기물은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 광물 등을 포함한다. The coating composition may further comprise at least one of inorganic particles and carbon particles. The inorganic particles and the carbon particles may be nanoparticles having nano-sized particles. The inorganic particles and the carbon particles may be spherical or plate-shaped particles. Herein, the inorganic material includes a metal, a metal oxide, a metal nitride, a mineral and the like.
상기 무기물 입자는 실리카, 규산염 광물, 은, 니켈 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기물 입자는 실리카 나노 입자, 몬모릴로나이트(MMT, montmorillonite), Ag, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inorganic particles may comprise at least one of silica, silicate minerals, silver, nickel and copper. Specifically, the inorganic particles may include at least one of silica nanoparticles, montmorillonite (MMT), Ag, Ni, and Cu.
상기 탄소 입자는 그라핀옥사이드, 카본블랙 및 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The carbon particles may include at least one of graphene oxide, carbon black, and carbon nanotubes.
상기 다공성기재는 내부 및 표면에 구비된 다수의 기공을 갖는 기재를 말한다. The porous substrate refers to a substrate having a plurality of pores provided therein and on the surface thereof.
상기 다공성 기재는 내부 및 표면에 구비된 다수의 기공을 갖는다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 상기 다공성 기재는 폴리 이미드(Polyimide, PI), 폴리술폰(Polysulfone, PSF), 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate, PET), 폴리테트라플루오로 에틸렌(polytetrafluoro ethylene, PTFE), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아릴렌에테르 술폰(Poly(arylene ether sulfone), PAES), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK) 폴리아라미드(polyaramide), 불소계 에틸렌 프로필렌 (Fluorinated ethylene propylene, FEP), 폴리(에텐-co-테트라플루오로에텐) (poly(ethene-co-tetrafluoroethene)), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(Polychlorotrifluoroethylene, PCTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 및 퍼플루오로알킬계 고분자(Perfluoroalkoxy polymer, PFA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The porous substrate is not particularly limited as long as it has a plurality of pores provided therein and on the surface thereof. For example, the porous substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyimide (PI), polysulfone (PSF), polybenzimidazole (PBI), nylon, polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoro ethylene (PTFE), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyarylene ether sulfone Polyetheretherketone (PEEK), polyaramide, fluorinated ethylene propylene (FEP), poly (ethylene-co-tetrafluoroethene) (poly ethene-co-tetrafluoroethene), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and perfluoroalkyl And a polymer (Perfluoroalkoxy polymer (PFA)).
상기 다공성기재의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 상기 다공성기재의 두께는 10㎛ 이상 600㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성기재의 두께는 10㎛ 이상 300㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but the thickness of the porous substrate may be 10 탆 or more and 600 탆 or less. Specifically, the thickness of the porous substrate may be 10 탆 or more and 300 탆 or less.
상기 다공성기재의 폭은 10mm 이상 2m 이하일 수 있다.The width of the porous substrate may be 10 mm or more and 2 m or less.
상기 다공성기재의 기공율은 20% 이상 80% 이하일 수 있다. The porosity of the porous substrate may be 20% or more and 80% or less.
상기 다공성기재의 기공의 크기는 50nm 이상 5㎛ 이하일 수 있다. The size of the pores of the porous substrate may be 50 nm or more and 5 占 퐉 or less.
본 명세서의 강화막의 제조방법은 코팅 조성물이 함침된 다공성 기재 상에 내수축성 기재가 적층된 적층체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 다공성 기재에 코팅 조성물을 함침하고 건조되기 전에 내수축성 기재와의 라미네이션 공정을 통해 합지될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 강화막의 제조방법은 코팅 조성물이 함침된 다공성 기재의 적어도 일면에 내수축성 기재를 적층하여 적층체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. The method of making the reinforced membrane of the present specification can include the step of producing a laminate in which the shrinkable substrate is laminated on the porous substrate impregnated with the coating composition. The porous substrate may be impregnated with the coating composition and laminated through a lamination process with an intrinsically shrinkable substrate prior to drying. Specifically, the method of manufacturing the reinforcing membrane of the present specification may include the step of laminating the shrinkable substrate on at least one side of the porous substrate impregnated with the coating composition.
상기 내수축성기재는 수축에 대한 내성을 가지는 기재를 의미하며, 열에 의한 수축에 내성이 있는 적층체를 말한다. 특히, 상기 내수축성 적층체는 200℃ 에서 내열수축성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 내수축성기재는 200℃ 에서 5% 이내의 치수변화를 가질 수 있으며, 더 구체적으로 상기 내수축성기재는 170℃에서 30분 동안, 기계방향(MD, Machine Direction)으로 3% 이내의 길이변화를 가질 수 있고, 기계방향의 수직인 방향(TD)으로 3% 이내의 길이변화를 가질 수 있다. 상기 내수축성기재가 구비된 적층체에 내수축성을 보완하여 적층체의 치수안정성을 확보할 수 있다.The above-mentioned shrinkable base material means a substrate having resistance to shrinkage, and refers to a laminate which is resistant to shrinkage by heat. Particularly, the above-mentioned shrinkable laminate can have heat shrinkability at 200 ° C. Specifically, the shrinkable substrate may have a dimensional change of less than 5% at 200 ° C. More specifically, the shrinkable substrate may have a shrinkage coefficient of less than 3% in a machine direction (MD) for 30 minutes at 170 ° C. And may have a length variation within 3% in the direction TD perpendicular to the machine direction. The dimensional stability of the laminate can be ensured by complementing the shrinkage resistance of the laminate provided with the shrinkable base material.
상기 내수축성기재의 종류는 200℃ 에서 폭방향으로 5% 이내의 길이변화를 가진다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 상기 내수축성기재는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PVDF(polyvinylidene fluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene) 및 PI(polyimide) 중 적어도 하나 또는 2 이상의 공중합체를 포함할 수 있다. For example, the shrinkable substrate is made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene terephthalate (PET) , Polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyimide (PI).
상기 내수축성기재의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 상기 내수축성기재의 두께는 20㎛ 이상 300㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 내수축성을 만족하며, Roll 형태로 감아 보관이 용이하다.The thickness of the shrinkable substrate is not particularly limited, but the thickness of the shrinkable substrate may be 20 m or more and 300 m or less. In this case, it satisfies the shrinkage resistance, and it is wound in roll form and is easy to store.
상기 내수축성기재의 폭은 다공성기재의 폭의 1 배 이상 2 배 이하일 수 있으며, 구체적으로 1.1 배 이상 1.2 배 이하일 수 있다. 이 경우 수축성 기재의 폭 이외의 부분을 최소화함으로써 내수축성 기재의 폭을 최소화하여 고가의 내수축성 기재의 사용을 줄일 수 있는 장점이 있다.The width of the shrinkable substrate may be at least 1 times and at most 2 times the width of the porous substrate, and may be at least 1.1 times and at most 1.2 times the width of the porous substrate. In this case, the width of the shrinkable substrate is minimized by minimizing the portion other than the width of the shrinkable substrate, thereby reducing the use of the expensive shrinkable substrate.
상기 내수축성기재의 폭은 10mm 이상 2m 이하일 수 있다. 내수축성 기재가 클수록 수축성 기재를 크게 할 수 있어 광폭 코팅이 가능하여 생산성이 증가될 수 있다.The width of the shrinkable substrate may be 10 mm or more and 2 m or less. The larger the shrinkable base material, the larger the shrinkable base material can be, and the wider the coating can be made, the productivity can be increased.
본 명세서의 강화막의 제조방법은 상기 적층체를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. The method of manufacturing the reinforced membrane of the present specification may include drying the laminate.
상기 건조단계에서, 내수축성 적층체의 건조 조건은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 건조 온도는 80℃ 이상 200℃ 이하이며, 건조 시간은 1분 이상 1시간 이하일 수 있다.In the drying step, the drying conditions of the shrinkable laminate are not particularly limited. For example, the drying temperature may be 80 ° C or more and 200 ° C or less, and the drying time may be 1 minute or more and 1 hour or less.
본 명세서의 강화막의 제조방법은 상기 내수축성 적층체를 건조한 후 코팅 조성물을 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the reinforced membrane of the present specification may further include a step of drying the resistant shrinkable laminate and then curing the coating composition.
상기 건조단계는 코팅 조성물 내 용매를 제거하는 단계이며, 상기 경화단계는 코팅 조성물 중 고형물을 경화시키는 단계일 수 있다. The drying step is a step of removing the solvent in the coating composition, and the curing step may be a step of curing the solids in the coating composition.
상기 경화단계에서, 경화 조건은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 경화 온도는 80℃ 이상 200℃ 이하이며, 경화 시간은 1분 이상 1시간 이하일 수 있다.In the curing step, the curing conditions are not particularly limited. For example, the curing temperature may be 80 ° C or higher and 200 ° C or lower, and the curing time may be 1 minute or longer and 1 hour or less.
다공성기재에 코팅 조성물을 함침한 후 건조 및/또는 경화하는 과정에서 수축이 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위해, 다공성기재를 당겨 감으면서 길이방향의 장력을 유지하거나, 지지하는 기판에 놓고 코팅하는 방법이 제시되었다. 그러나, 이와 같은 경우, 강화막이 건조되는 과정에서 강화막의 폭이 줄어들거나 표면이 평탄하지 않게 형성될 수 있다. Contraction may occur during impregnation of the porous substrate with the coating composition followed by drying and / or curing. In order to prevent this, a method has been proposed in which the tension in the longitudinal direction is maintained while the porous substrate is pulled and wound, or the porous substrate is placed on the supporting substrate and coated. However, in such a case, the width of the reinforcing film may be reduced or the surface may be formed uneven in the course of drying the reinforcing film.
적어도 일면에 내수축성기재를 구비하여 건조 및/또는 경화과정 중에서 다공성기재의 변형이 최소화될 수 있는 장점이 있다.Resistant substrate on at least one side to minimize the deformation of the porous substrate during the drying and / or curing process.
본 명세서의 강화막의 제조방법은 다공성기재의 코팅 조성물을 건조하거나 경화하는 단계 후에, 내수축성 적층체의 다공성기재로부터 내수축성 기재를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing the reinforced membrane of the present disclosure may further include removing the shrinkable substrate from the porous substrate of the shrinkable laminate after the step of drying or curing the coating composition of the porous substrate.
상기 코팅 조성물이 이온전도성 고분자를 포함하는 경우, 상기 내수축성 기재를 제거하는 단계는 상기 이온전도성 고분자의 물을 흡수하는 성질(water-uptake)을 이용하여 적층체를 물이 담긴 수조를 통과시켜 상기 적층체로부터 내수축성 기재를 분리(delamination)하는 단계일 수 있다.In the case where the coating composition includes an ion conductive polymer, the step of removing the shrinkable substrate may include passing water through the water-containing water tank of the laminate using water-uptake of the ion conductive polymer, And delamination of the shrinkable substrate from the laminate.
본 명세서는 다공성 기재 제공부; 내수축성 기재 제공부; 강화막 회수부; 상기 다공성 기재 제공부와 강화막 회수부 사이에 위치된 코팅 조성물이 담긴 욕조; 상기 다공성 기재 제공부로부터 제공된 다공성 기재가 상기 욕조의 코팅 조성물에 잠기도록, 다공성 기재의 진행방향을 조절하는 가이드롤; 욕조를 통과한 다공성 기재와 상기 내수축성 기재 제공부로부터 제공된 내수축성 기재를 가압하여 강화막을 제조하는 가압롤; 및 상기 강화막을 건조하는 건조부를 포함하는 것인 강화막의 제조장치를 제공한다. The present disclosure relates to a porous substrate preparation apparatus, Resistance shrinkable substrate preparation; A reinforced membrane recovery section; A bath containing a coating composition positioned between the porous substrate providing unit and the reinforcing membrane collecting unit; A guide roll which adjusts the traveling direction of the porous substrate so that the porous substrate provided from the porous substrate providing unit is immersed in the coating composition of the bath; A pressurizing roll for pressurizing a porous substrate through a bath and an anti-shrinkable substrate provided from the anti-shrinkable substrate providing apparatus to produce a reinforcing film; And a drying unit for drying the reinforcing film.
상기 강화막의 제조장치에서, 상기 강화막의 제조방법의 구성과 중복되는 설명은 상술한 바를 인용할 수 있다.In the apparatus for producing a reinforced membrane, a description overlapping with the constitution of the method for manufacturing the reinforced membrane can be cited as described above.
상기 다공성기재 제공부 및 내수축성기재 제공부는 각각 다공성기재 및 내수축성기재를 제공하는 구성일 수 있다. The porous substrate providing portion and the shrink-resistant substrate providing portion may be configured to provide the porous substrate and the shrink-resistant substrate, respectively.
상기 강화막 회수부는 다공성 기재와 내수축성 기재의 적층구조를 포함하는 강화막을 회수하는 구성일 수 있다. The reinforced membrane recovery part may be configured to recover the reinforced membrane including the laminated structure of the porous substrate and the shrinkable substrate.
다공성기재 상에 수축성기재가 적층된 적층체를 건조하는 단계 후 내수축성기재를 제거하는 경우, 상기 강화막 회수부는 내수축성기재가 제거된 강화막을 회수할 수 있다. When the shrink-resistant substrate is removed after the step of drying the laminate in which the shrinkable substrate is laminated on the porous substrate, the reinforced-membrane recovery section can recover the reinforced membrane from which the shrink-resistant substrate has been removed.
상기 다공성기재 제공부, 내수축성기재 제공부 및 강화막 회수부는 다공성기재 및 내수축성기재를 제공하고 강화막을 회수할 수 있다면, 특별히 구조, 재질, 형태 등을 한정하지 않으며, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 채용할 수 있다.The porous substrate providing unit, the shrink-resistant substrate providing unit, and the reinforced membrane collecting unit are not particularly limited in terms of structure, material, shape and the like, provided that the porous substrate and the shrink-resistant substrate are provided and the reinforced membrane can be recovered. It can be employed.
상기 다공성기재 제공부, 내수축성기재 제공부 및 강화막 회수부는 각각 다공성기재 권출부(unwinder), 내수축성기재 권출부(unwinder) 및 강화막 권취부(rewinder)일 수 있다.The porous substrate providing unit, the shrinkage resistant substrate providing unit, and the reinforced membrane collecting unit may each be a porous substrate unwinder, an anti-shrinkable substrate unwinder, and a reinforcing membrane rewinder.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성기재 제공부 및 내수축성기재 제공부는 다공성기재 및 내수축성기재를 연속적으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 다공성기재 제공부, 내수축성기재 제공부 및 강화막 회수부는 각각 다공성기재 권출부(unwinder), 내수축성기재 권출부(unwinder) 및 강화막 권취부(rewinder)이며, 상기 다공성기재 권출부 및 내수축성기재 권출부가 연속적으로 회전하여 수축성기재 및 내수축성기재가 연속적으로 공급되고 상기 강화막 권취부가 강화막을 회수하는 힘에 의해 강화막에 부여되는 장력이 결정되며 각 공정 중 롤러의 회전속도가 결정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous substrate providing portion and the hardly-shrinkable substrate providing portion may continuously supply the porous substrate and the shrink-resistant substrate. For example, the porous substrate providing unit, the shrink-resistant substrate providing unit, and the reinforcing membrane collecting unit are respectively a porous substrate unwinder, an anti-shrinking substrate unwinder, and a reinforcing membrane rewinder, The winding portion and the shrinkable base material winding portion are continuously rotated to continuously supply the shrinkable base material and the shrinkable base material and the tension imparted to the reinforcing film by the force for recovering the reinforcing film winding portion of the reinforcing film winding portion is determined, The speed can be determined.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다공성기재 제공부, 내수축성기재 제공부 및 강화막 회수부는 다공성기재 및 내수축성기재를 간헐(間歇) 연속적으로 공급할 수 있다. 이때, 간헐 연속적이란 얼마 동안 시간 간격을 두고 다공성기재 및 내수축성기재의 공급을 멈추었다가 연속적으로 공급하는 것을 반복하면서 다공성기재 및 내수축성기재를 공급하는 것을 의미한다. 예를 들면, 다공성기재를 코팅하는 영역으로 공급할 때는 연속적으로 공급하고, 수축성기재가 코팅되는 순간에는 정밀한 코팅을 위해 다공성기재 및 내수축성기재의 공급을 멈출 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous substrate providing unit, the shrink-resistant substrate providing unit, and the reinforced membrane collecting unit may intermittently and continuously supply the porous substrate and the shrink-resistant substrate. Here, the intermittent continuous means to supply the porous substrate and the shrink-resistant substrate while repeating the supply of the porous substrate and the shrink-resistant substrate at a time interval for a certain period of time and continuously feeding. For example, the supply of the porous substrate and the shrinkable substrate may be stopped when the porous substrate is supplied to the coating area, and when the shrinkable substrate is coated, the porous substrate and the shrinkable substrate may be stopped for precise coating.
본 명세서의 강화막의 제조장치는 상기 다공성 기재 제공부와 강화막 회수부 사이에 위치된 코팅 조성물이 담긴 욕조 및 상기 다공성 기재 제공부로부터 제공된 다공성 기재가 상기 욕조의 코팅 조성물에 잠기도록 다공성 기재의 진행방향을 조절하는 1 이상의 가이드롤을 포함할 수 있다. The apparatus for producing a reinforcing membrane of the present invention is characterized in that a bath containing a coating composition positioned between the porous substrate providing unit and the reinforcing film collecting unit and a bath containing the porous substrate provided from the porous substrate providing unit are provided so that the porous substrate is immersed in the coating composition of the bath. And may include one or more guide rolls for adjusting the direction.
상기 욕조는 딥코팅법으로 다공성 기재에 코팅 조성물을 함침시키기 위한 구성이며, 상기 욕조의 재질, 크기 및 깊이 등은 특별히 한정하지 않고, 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 욕조의 재질 및 규격을 채용할 수 있다. The bathtub is a structure for impregnating the porous substrate with the coating composition by a dip coating method, and the material, size and depth of the bathtub are not particularly limited, and materials and specifications of bathtubs generally used in the related art are adopted .
상기 가압롤은 상기 수축성기재 제공부로부터 제공된 수축성기재가 다공성기재의 적어도 일면과 접하도록, 내수축성기재와 다공성기재를 가압할 수 있다. The pressure roll may pressurize the shrinkable substrate and the porous substrate such that the shrinkable substrate provided from the shrinkable substrate support contacts at least one surface of the porous substrate.
상기 가압롤은 강화막의 양면에 압력을 가할 수 있도록 강화막의 양면에 마주보도록 구비된 2 이상의 롤을 포함할 수 있다. 구체적으로, 내수축성기재와 다공성기재 중 서로 접하지 않은 면에 압력을 가할 수 있다.The pressing roll may include two or more rolls provided to face each other on both sides of the reinforcing film so as to apply pressure to both sides of the reinforcing film. Specifically, pressure can be applied to the surface of the shrinkable base material and the porous substrate that are not in contact with each other.
상기 가압롤과 강화막 회수부 사이에 위치된 1 이상의 건조부를 더 포함할 수 있다. And one or more drying units positioned between the pressing roll and the reinforcing film collecting unit.
상기 건조부는 2 이상의 건조부를 포함하고, 각각의 건조부의 조건을 달리하여 강화막을 건조할 수 있다. The drying unit includes at least two drying units, and the reinforcing membrane can be dried by different conditions of each drying unit.
상기 건조부는 코팅 조성물의 용매를 휘발시키는 조건이 설정된 제1 건조부와 용매가 휘발된 코팅 조성물을 경화시키는 조건이 설정된 제2 건조부를 포함할 수 있다.The drying unit may include a first drying unit configured to set a condition for volatilizing the solvent of the coating composition and a second drying unit configured to set a condition for curing the volatile coating composition.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 강화막 제조장치의 구조도이다. 도 2에 따르면, 상기 강화막의 제조장치는 다공성 기재 제공부(a); 내수축성 기재 제공부(e); 강화막 회수부(d); 상기 다공성 기재 제공부와 강화막 회수부 사이에 위치된 코팅 조성물이 담긴 욕조(b); 상기 다공성 기재 제공부로부터 제공된 다공성 기재가 상기 욕조의 코팅 조성물에 잠기도록, 다공성 기재의 진행방향을 조절하는 가이드롤; 욕조를 통과한 다공성 기재와 상기 내수축성 기재 제공부로부터 제공된 내수축성 기재를 가압하여 강화막을 제조하는 가압롤(미도시); 및 상기 강화막을 건조하는 건조부(c)를 포함할 수 있다. 2 is a structural view of a reinforcement film production apparatus according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 2, the apparatus for producing a reinforced membrane includes: (a) a porous substrate preparation unit; (E) an anti-shrinking substrate; A reinforced membrane recovery section (d); A bath (b) containing a coating composition positioned between the porous substrate supply and the reinforcing membrane recovery portion; A guide roll which adjusts the traveling direction of the porous substrate so that the porous substrate provided from the porous substrate providing unit is immersed in the coating composition of the bath; A pressure roll (not shown) which pressurizes the porous substrate having passed through the bath and the resistant shrinkable substrate provided from the shrinkable substrate providing unit to produce a reinforced film; And a drying unit (c) for drying the reinforcing film.
본 명세서는 내수축성기재; 상기 내수축성기재 상에 구비된 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 기공의 일부와 상기 다공성기재의 표면 상에 구비된 코팅층을 포함하는 것인 강화막을 제공한다.The present disclosure relates to a heat-shrinkable substrate; A porous substrate provided on the shrinkable substrate; And a coating layer provided on the surface of the porous substrate and a part of the pores of the porous substrate.
상기 강화막에서, 상기 강화막의 제조방법과 강화막의 제조장치의 구성과 중복되는 설명은 상술한 바를 인용할 수 있다.In the reinforcement film, the description of the method for manufacturing the reinforcement film and the construction of the apparatus for manufacturing the reinforcement film may be repeated as described above.
상기 강화막의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 상기 강화막의 두께는 10㎛ 이상 1mm 이하일 수 있다. 여기서, 상기 강화막의 두께는 내수축성기재, 다공성성기재 및 코팅층을 포함하는 강화막의 전체 두께를 의미한다. The thickness of the reinforcing film is not particularly limited, but the thickness of the reinforcing film may be 10 탆 or more and 1 mm or less. Here, the thickness of the reinforcing film means the total thickness of the reinforcing film including the shrinkable substrate, the porous substrate, and the coating layer.
상기 강화막을 포함하는 전기화학전지 또는 상기 강화막을 포함하는 화학센서를 제공한다. 구체적으로, 상기 전기화학전지는 연료전지, 금속 이차 전지 또는 플로우 배터리일 수 있다.And an electrochemical cell including the reinforcing film or a chemical sensor including the reinforcing film. Specifically, the electrochemical cell may be a fuel cell, a metal secondary battery, or a flow battery.
상기 강화막; 상기 강화막의 일면에 구비된 공기극; 및 상기 강화막의 타면에 구비된 연료극을 포함하는 연료전지를 제공한다. The reinforcing film; An air electrode provided on one surface of the reinforcing film; And a fuel electrode provided on the other surface of the reinforcing film.
상기 연료전지는 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올 연료전지(DMFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 생물연료전지(biofuel cell, BFC) 및 고체 산화물 연료전지(SOFC)일 수 있다. The fuel cell may be a fuel cell such as a PAFC, an AFC, a PEMFC, a direct methanol fuel cell, a MCFC, a biofuel cell, cell, BFC) and a solid oxide fuel cell (SOFC).
상기 강화막을 포함하는 연료전지는 고분자전해질형 연료전지 또는 생물연료전지일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The fuel cell including the reinforcing membrane may be a polymer electrolyte fuel cell or a biofuel cell, but is not limited thereto.
연료전지에서, 상기 강화막은 전해질막일 수 있으며, 구체적으로 고분자 전해질막일 수 있다. In the fuel cell, the reinforcing membrane may be an electrolyte membrane, and may be specifically a polymer electrolyte membrane.
상기 공기극 및 연료극은 각각 기체확산층 및 촉매층을 포함하며, 공기극의 촉매층과 연료극의 촉매층이 전해질막에 접촉된 형태로서, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다.The air electrode and the fuel electrode each include a gas diffusion layer and a catalyst layer. The catalyst layer of the air electrode and the catalyst layer of the fuel electrode are in contact with the electrolyte membrane, and can be manufactured according to a conventional method known in the art.
상기 연료극의 촉매층은 연료의 산화 반응이 일어나는 곳으로, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매가 사용될 수 있다. A catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, a platinum-ruthenium alloy, a platinum-osmium alloy, a platinum-palladium alloy, and a platinum-transition metal alloy may be used as the catalyst layer of the fuel electrode, have.
상기 공기극의 촉매층은 산화제의 환원 반응이 일어나는 곳으로, 백금 또는 백금-전이금속 합금이 촉매로 사용될 수 있다. The catalyst layer of the air electrode is a place where a reduction reaction of the oxidizing agent occurs, and a platinum or platinum-transition metal alloy can be used as a catalyst.
상기 촉매들은 그 자체로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 탄소계 담체에 담지되어 사용될 수 있다.The catalysts can be used not only by themselves but also by being supported on a carbon-based carrier.
상기 탄소계 담체로는 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P블랙(Super P black)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직한 예가 될 수 있다.Examples of the carbon-based material include graphite, carbon black, acetylene black, denka black, cacao black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, , Carbon nanowire, fullerene (C60), and super P black (a mixture of two or more) may be preferable examples.
촉매층을 도입하는 과정은 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 수행할 수 있는데, 예를 들면 촉매 잉크를 전해질막에 직접적으로 코팅하거나 기체확산층에 코팅하여 촉매층을 형성할 수 있다. 이때 촉매 잉크의 코팅 방법은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 스프레이 코팅, 테이프 캐스팅, 스크린 프린팅, 블레이드 코팅, 다이 코팅 또는 스핀 코팅 방법 등을 사용할 수 있다. The process of introducing the catalyst layer can be performed by a conventional method known in the art. For example, the catalyst ink may be directly coated on the electrolyte membrane or coated on the gas diffusion layer to form the catalyst layer. The method of coating the catalyst ink is not particularly limited, but spray coating, tape casting, screen printing, blade coating, die coating or spin coating may be used.
촉매 잉크는 대표적으로 촉매, 폴리머 이오노머(polymer ionomer) 및 용매로 이루어질 수 있다.The catalyst ink may typically consist of a catalyst, a polymer ionomer and a solvent.
상기 폴리머 이오노머로는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 대표적으로 사용될 수 있다.As the polymer ionomer, a sulfonated polymer such as a Nafion ionomer or a sulfonated polytrifluorostyrene may be used.
상기 촉매 잉크에 포함되는 용매로는 물, 부탄올, 이소프로판올(iso propanol), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.As the solvent contained in the catalyst ink, any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of water, butanol, isopropanol, methanol, ethanol, n-propanol, n-butyl acetate and ethylene glycol is preferably used Can be used.
상기 기체확산층은 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물의 이동 통로가 되는 것으로, 다공성의 구조를 가진다. 따라서, 상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. The gas diffusion layer serves as a current conductor and serves as a passage for reacting gas and water, and has a porous structure. Therefore, the gas diffusion layer may include a conductive base material.
상기 도전성 기재로는 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있으나, 예를 들면 탄소 페이퍼(Carbon paper), 탄소 천(Carbon cloth) 또는 탄소 펠트(Carbon felt)가 바람직하게 사용될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.As the conductive base material, any conventional materials known in the art can be used. For example, carbon paper, carbon cloth or carbon felt can be preferably used. It does not.
연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막 전극 접합체(MEA)인데, 이는 전해질막과 이 전해질막의 양면에 형성되는 공기극 및 연료극으로 구성된다. 연료극에서는 수소 또는 메탄올, 부탄과 같은 탄화수소 등의 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생하고, 수소 이온은 전해질막을 통해 공기극으로 이동한다. 공기극에서는 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과, 산소와 같은 산화제 및 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.In a fuel cell, the most basic unit for generating electricity is a membrane electrode assembly (MEA), which is composed of an electrolyte membrane and air electrodes and fuel electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane. Hydrogen ions (H + ) and electrons (e - ) are generated in the fuel electrode due to the oxidation reaction of hydrogen such as hydrocarbons such as methanol or butane, and hydrogen ions move to the air electrode through the electrolyte membrane. In the air electrode, hydrogen ions transferred through the electrolyte membrane react with oxidants and electrons such as oxygen to produce water. This reaction causes electrons to migrate to the external circuit.
연료전지용 막 전극 접합체는 전해질막과, 이 전해질막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 공기극 및 연료극을 구비할 수 있다.The membrane electrode assembly for a fuel cell may include an electrolyte membrane and an air electrode and a fuel electrode positioned opposite to each other with the electrolyte membrane interposed therebetween.
공기극에는 전해질막으로부터 순차적으로 공기극 촉매층과 공기극 기체확산층이 구비되고, 연료극에는 전해질막으로부터 순차적으로 연료극 촉매층과 연료극 기체확산층이 구비될 수 있다.The air electrode may be provided with an air electrode catalyst layer and a cathode air diffusion layer sequentially from the electrolyte membrane, and the fuel electrode may be provided with a fuel electrode catalyst layer and a fuel electrode diffusion layer sequentially from the electrolyte membrane.
상기 연료전지에 공급될 수 있는 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.As the fuel that can be supplied to the fuel cell, gas or liquid hydrogen or hydrocarbon fuel may be used. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.
상기 강화막; 상기 강화막의 일면에 구비된 애노드; 및 상기 강화막의 타면에 구비된 캐소드를 포함하는 금속 이차 전지를 제공한다.The reinforcing film; An anode provided on one surface of the reinforcing film; And a cathode provided on the other surface of the reinforcing film.
상기 애노드는 전지가 방전될 때 전자를 내보낼 수 있는 금속을 포함하며, 금속, 복합금속 산화물, 금속산화물 및 복합금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The anode includes a metal capable of emitting electrons when the battery is discharged, and may include at least one of a metal, a composite metal oxide, a metal oxide, and a composite metal oxide.
상기 애노드에 포함되는 금속의 종류에 따라 금속 이차 전지의 종류가 정해질 수 있으며, 예를 들면 상기 애노드가 리튬금속을 포함하는 경우 리튬 이차 전지라고 할 수 있으며, 상기 애노드가 아연금속을 포함하는 경우 아연 이차 전지라고 할 수 있고, 상기 애노드가 알루미늄금속을 포함하는 경우 알루미늄 이차 전지라고 할 수 있다. The type of the metal secondary battery can be determined depending on the type of the metal included in the anode. For example, when the anode includes lithium metal, it can be said to be a lithium secondary battery. When the anode includes zinc metal Zinc secondary battery. When the anode includes aluminum metal, it can be said to be an aluminum secondary battery.
상기 캐소드는 전지가 방전될 때 전자를 받아들이는 전극을 의미하며, 연료전지의 공기극을 접목하여 캐소드를 공기 또는 산소를 산화제로 사용하는 공기극으로 제조할 수 있다. The cathode refers to an electrode that receives electrons when a battery is discharged. The cathode may be formed by combining an air electrode of a fuel cell and an air electrode using air or oxygen as an oxidizing agent.
상기 금속 이차 전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the metal secondary battery is not limited, and may be, for example, a coin type, a flat plate type, a cylindrical type, a horn type, a button type, a sheet type or a laminate type.
본 명세서는 음극; 양극; 상기 음극과 상기 양극 사이에 배치된 본 명세서에 따라 제조된 강화막; 음극 전해액 또는 양극 전해액을 각각 저장하는 음극 탱크 및 양극 탱크; 상기 음극 탱크 및 양극 탱크와 연결되어 상기 전해액을 음극 또는 양극으로 공급하는 펌프; 상기 펌프로부터 음극 전해액 또는 양극 전해액이 각각 유입되는 음극 유입구 및 양극 유입구; 및 음극 또는 양극으로부터 전해액이 각각 음극 탱크 및 양극 탱크로 배출되는 음극 배출구 및 음극 배출구를 포함하는 것인 플로우 배터리를 제공한다.The present disclosure relates to a cathode; anode; A reinforcing film disposed between the cathode and the anode and made according to the present disclosure; A negative electrode tank and a positive electrode tank for respectively storing the negative electrode electrolyte solution and the positive electrode electrolyte solution; A pump connected to the negative electrode tank and the positive electrode tank to supply the electrolyte solution to the negative electrode or the positive electrode; A cathode inlet and a cathode inlet through which the cathode electrolytic solution or the anode electrolytic solution flows respectively from the pump; And a cathode outlet and a cathode outlet through which the electrolyte solution is discharged from the cathode or the anode to the cathode tank and the cathode tank, respectively.
상기 음극 전해액 및 양극 전해액은 각각 전해질과 용매를 포함할 수 있다. The negative electrode electrolytic solution and the positive electrode electrolytic solution may include an electrolyte and a solvent, respectively.
상기 전해질 및 용매는 특별히 한정하지 않으나, 당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 것을 채용할 수 있다. The electrolyte and the solvent are not particularly limited, but those generally used in the art can be employed.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 레독스 플로우 배터리는 양극 전해질로 V(IV)/V(V) 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present disclosure, the redox flow battery uses a V (IV) / V (V) redox couple as the positive electrode electrolyte and a V (II) / V Can be used.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 레독스 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 V(II)/V(III) 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present disclosure, the redox flow battery may use a halogen redox couple as the positive electrode electrolyte and a V (II) / V (III) redox couple as the negative electrode electrolyte.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 레독스 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐을 레독스 커플을 사용하고, 음극 전해질로 설퍼이드 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the redox flow battery uses a redox couple as a cathode electrolyte and a sulfurized redox couple as a cathode electrolyte.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 있어서, 상기 레독스 플로우 배터리는 양극 전해질로 할로겐 레독스 커플을 사용하고, 음극전해질로 아연(Zn) 레독스 커플을 사용할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the redox flow battery uses a halogen redox couple as a positive electrode electrolyte and a zinc redox couple as a negative electrode electrolyte.
상기 플로우 배터리는 레독스 플로우 배터리일 수 있다. The flow battery may be a redox flow battery.
상기 레독스 플로우 배터리의 종류는 한정하지 않으나, 바나듐계 레독스 플로우 배터리, 납계 레독스 플로우 배터리, 폴리설퍼이드브로민(PSB) 레독스 플로우 배터리, 아연-브로민(Zn-Br) 레독스 플로우 배터리 등일 수 있다. The redox flow battery includes, but is not limited to, a vanadium redox flow battery, a lead redox flow battery, a polysulfide bromine (PSB) redox flow battery, a zinc-bromine (Zn-Br) redox flow Battery or the like.
상기 플로우 배터리의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다.The shape of the flow battery is not limited, and may be, for example, a coin, a flat plate, a cylinder, a horn, a button, a sheet or a laminate.
본 명세서는 상기 전기화학전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공한다. The present invention provides a battery module including the electrochemical cell as a unit cell.
상기 전지 모듈은 구체적으로 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장장치의 전원으로 사용될 수 있다.The battery module may be specifically used as a power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
본 명세서는 상기 연료 전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present specification provides a battery module including the fuel cell as a unit cell.
상기 전지 모듈은 상기 연료전지를 포함하는 단위 전지와 상기 단위 전지 사이에 구비된 세퍼레이터를 포함하는 스택; 연료를 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및 산화제를 스택으로 공급하는 산화제 공급부를 포함할 수 있다.Wherein the battery module comprises: a stack including a unit cell including the fuel cell and a separator provided between the unit cells; A fuel supply unit for supplying fuel to the stack; And an oxidant supply for supplying the oxidant to the stack.
본 명세서는 상기 금속 이차 전지를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present invention provides a battery module including the metal secondary battery as a unit battery.
상기 전지 모듈은 상기 금속 이차 전지 사이에 바이폴라(bipolar) 플레이트를 삽입한 후 스택킹(stacking)하여 형성될 수 있다.The battery module may be formed by stacking a bipolar plate between the metal secondary batteries.
상기 금속 이차 전지가 금속 공기 이차 전지인 경우, 상기 바이폴라 플레이트는 외부에서 공급되는 공기를 금속 공기 이차 전지 각각에 포함된 캐소드에 공급할 수 있도록 다공성일 수 있다. 예를 들어, 다공성 스테인레스 스틸 또는 다공성 세라믹을 포함할 수 있다.When the metal secondary battery is a metal air secondary battery, the bipolar plate may be porous to supply air supplied from the outside to the cathode included in each of the metal air secondary batteries. For example, porous stainless steel or porous ceramics.
본 명세서는 상기 플로우 배터리를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈을 제공한다.The present specification provides a battery module including the flow battery as a unit cell.
상기 전지 모듈은 상기 플로우 배터리 사이에 바이폴라(bipolar) 플레이트를 삽입한 후 스택킹(stacking)하여 형성될 수 있다.The battery module may be formed by stacking a bipolar plate between the flow batteries.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to limit the specification.
[실시예][Example]
다공성기재(PTFE, 기공율 70%, 두께 30㎛, 크기(20mmⅩ100mm), 450nm 평균 기공 사이즈,) 및 hydrophilic하게 처리된 다공성기재(PTFE, 기공율 70%, 두께 30㎛, 크기(20mmⅩ100mm), 450nm 평균 기공 사이즈)를 각각 총 중량을 기준으로 이온교환수지 15중량%, 솔벤트인 NMP(N-methylpyrrolidone) 85중량%을 포함하는 코팅액에 10분 동안 딥코팅한 후, 상기 다공성기재의 일면에 내수축성 기재로서 PET필름(두께 100㎛, 크기(200mmⅩ200mm)) 을 라미네이트하여 적층체를 제조했다. (PTFE, porosity of 70%, thickness of 30 占 퐉, size (20 mm 占 100 mm), 450 nm average porosity (PTFE, porosity 70%,
[비교예][Comparative Example]
다공성기재(PTFE, 기공율 70%, 두께 30㎛, 크기(20mmⅩ100mm), 450nm 평균 기공 사이즈,) 및 hydrophilic하게 처리된 다공성기재(PTFE, 기공율 70%, 두께 30㎛, 크기(20mmⅩ100mm), 450nm 평균 기공 사이즈)를 각각 총 중량을 기준으로 이온교환수지 15중량%, 솔벤트인 NMP 85중량%을 포함하는 코팅액에 10분 동안 함침시켜 딥코팅했다. (PTFE, porosity of 70%, thickness of 30 占 퐉, size (20 mm 占 100 mm), 450 nm average porosity (PTFE, porosity 70%,
[실험예][Experimental Example]
상기 실시예 및 비교예를 건조하면, 도 3과 같이 비교예가 더 많이 수축할 것이라고 예상했으며, 상기 실시예 및 비교예를 150℃에서 30분 동안 건조한 결과를 각각 도 4(실시예) 및 도 5(비교예)에 도시했다. 이때, 도 4 및 도 5에서 건조 후 갈변되어 상대적으로 어두운 색을 띤 왼쪽은 hydrophilic하게 처리된 다공성기재를 사용한 것이며, 상대적으로 투명한 오른쪽은 표면처리 하지 않은 다공성기재를 사용한 것이다.When the above examples and comparative examples were dried, it was predicted that the comparative example would shrink more as shown in Fig. 3, and the results of drying the above Examples and Comparative Examples at 150 캜 for 30 minutes are shown in Fig. 4 (Example) (Comparative Example). In FIGS. 4 and 5, the relatively dark-colored left-browned porous substrate is hydrophilic-treated porous substrate, and the relatively transparent right-handed porous substrate is used.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예의 수축율은 MD와 TD방향으로 수축률 2% 이내이며, 이를 통해 건조에 의해 거의 수축되지 않은 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, the shrinkage ratio in the examples was within 2% in the MD and TD directions, and it was found that the shrinkage was not substantially shrunk by drying.
도 5는 공정 모사를 위해 집게로 MD방향으로의 텐션을 부여했으며, 구체적으로 비교예의 MD방향으로 일측은 고정하고, 타측에 집게를 메달았다. 도 5를 살펴보면, MD와 TD 방향으로 심하게 수축됨을 알 수 있다.Fig. 5 shows a tension applied to the MD in the direction of the clamp for the process simulation. Specifically, one side was fixed in the MD direction of the comparative example, and the other side was tongued. Referring to FIG. 5, it can be seen that the shrinkage is severely in the MD and TD directions.
10: 내수축성기재
30: 다공성기재
50: 다공성기재의 기공 내 코팅층10: Shrinkable substrate
30: Porous substrate
50: coating layer in pores of porous substrate
Claims (17)
코팅 조성물이 함침된 다공성 기재 상에 내수축성 기재가 적층된 적층체를 제조하는 단계; 및
상기 적층체를 건조하는 단계를 포함하는 것인 강화막의 제조방법.Impregnating the interior of the pores of the porous substrate with a coating composition by dip coating;
Preparing a laminate in which a shrinkable substrate is laminated on a porous substrate impregnated with a coating composition; And
And drying the laminate.
내수축성 기재 제공부;
강화막 회수부;
상기 다공성 기재 제공부와 강화막 회수부 사이에 위치된 코팅 조성물이 담긴 욕조;
상기 다공성 기재 제공부로부터 제공된 다공성 기재가 상기 욕조의 코팅 조성물에 잠기도록, 다공성 기재의 진행방향을 조절하는 가이드롤;
욕조를 통과한 다공성 기재와 상기 내수축성 기재 제공부로부터 제공된 내수축성 기재를 가압하여 강화막을 제조하는 가압롤; 및
상기 강화막을 건조하는 건조부를 포함하는 것인 강화막의 제조장치.Providing a porous substrate;
Resistance shrinkable substrate preparation;
A reinforced membrane recovery section;
A bath containing a coating composition positioned between the porous substrate providing unit and the reinforcing membrane collecting unit;
A guide roll which adjusts the traveling direction of the porous substrate so that the porous substrate provided from the porous substrate providing unit is immersed in the coating composition of the bath;
A pressurizing roll for pressurizing the porous substrate having passed through the bath and the anti-shrinkable substrate provided from the anti-shrinkable substrate providing apparatus to produce the reinforcing film; And
And a drying section for drying the reinforcing film.
상기 내수축성기재 상에 구비된 다공성 기재; 및
상기 다공성 기재의 기공의 일부와 상기 다공성기재의 표면 상에 구비된 코팅층을 포함하는 것인 강화막.Resistant substrate;
A porous substrate provided on the shrinkable substrate; And
And a coating layer provided on a part of the pores of the porous substrate and on the surface of the porous substrate.
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|---|---|---|---|---|
| CN112803118A (en) * | 2021-01-13 | 2021-05-14 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | Battery separator, preparation method and polyimide porous membrane impregnation equipment |
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|---|---|---|---|---|
| KR20030045324A (en) | 2001-12-03 | 2003-06-11 | 주식회사 엘지화학 | Electrolyte membrane with impermeablity to methanol and method of preparing the same |
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2015
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