(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化学式１で表される単位；および
下記の化学式１以外の化学式で表される化合物由来の単位；および
ブランチャーとして機能する下記の化学式３で表されるブランチャー単位を含む
ランダム重合体：
［化学式１］
【化１】
0006447942.tif 000023
［化学式１以外の化学式］
【化２】
0006447942.tif 000024
［化学式３］
【化３】
0006447942.tif 000025
前記化学式１、および化学式１以外の化学式、および化学式３において、
Ａは、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３−Ｍ＋、−ＣＯＯＨ、−ＣＯＯ−Ｍ＋、−ＰＯ３Ｈ２、−ＰＯ３Ｈ−Ｍ＋、−ＰＯ３２−２Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＳＯ３Ｈ、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＳＯ３−Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＣＯＯＨ、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＣＯＯ−Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３Ｈ２、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３Ｈ−Ｍ＋、または−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３２−２Ｍ＋であり、
ｍは、２から６の整数であり、
Ｍは、１族元素であり、
Ｒ１およびＲ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
ｎは、２から１０の整数であり、２から１０個の括弧内の構造は、互いに同一または異なり、
Ｘは、Ｓ；Ｏ；ＣＯ；ＳＯ；ＳＯ２；ＮＲ；炭化水素系またはフッ素系結合体であり、
ｌは、０から１０の整数であり、
ｌが２以上の場合、２以上のＸは、互いに同一または異なり、
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＮＲＲ；ヒドロキシ基およびハロゲン基からなる群より選択される置換基で１または２以上置換された芳香族環；またはヒドロキシ基およびハロゲン基からなる群より選択される置換基で１または２以上置換された脂肪族環であり、
Ｒは、ハロゲン基で置換された芳香族環；またはハロゲン基で置換された脂肪族環であり、
Ｚは、３価の有機基である。
【請求項２】
Ａは、−ＳＯ３Ｈまたは−ＳＯ３−Ｍ＋である、
請求項１に記載のランダム重合体。
【請求項３】
ｎは、２から６の整数である、
請求項１または２に記載のランダム重合体。
【請求項４】
前記化学式１で表される単位は、下記の化学式１−１から１−９のうちのいずれか１つで表されるものである、
請求項１に記載のランダム重合体：
［化学式１−１］
【化４】
0006447942.tif 000026
［化学式１−２］
【化５】
0006447942.tif 000027
［化学式１−３］
【化６】
0006447942.tif 000028
［化学式１−４］
【化７】
0006447942.tif 000029
［化学式１−５］
【化８】
0006447942.tif 000030
［化学式１−６］
【化９】
0006447942.tif 000031
［化学式１−７］
【化１０】
0006447942.tif 000032
［化学式１−８］
【化１１】
0006447942.tif 000033
［化学式１−９］
【化１２】
0006447942.tif 000034
【請求項５】
ブランチャーとして機能する前記化学式３で表されるブランチャー単位は、下記の構造のうちのいずれか１つである、
請求項１から４のいずれか１項に記載のランダム重合体：
【化１３】
0006447942.tif 000035
【請求項６】
前記ランダム重合体の重量平均分子量は、５００ｇ／ｍｏｌから５，０００，０００ｇ／ｍｏｌである、
請求項１から５のいずれか１項に記載のランダム重合体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のランダム重合体を含む
高分子電解質膜。
【請求項８】
基材と、
請求項１から６のいずれか１項に記載のランダム重合体と
を含む
強化膜。
【請求項９】
前記高分子電解質膜のイオン伝導度は、０．０１Ｓ／ｃｍから０．５Ｓ／ｃｍである、
請求項７に記載の高分子電解質膜。
【請求項１０】
前記高分子電解質膜のイオン交換容量（ＩＥＣ）値は、０．０１ｍｍｏｌ／ｇから５ｍｍｏｌ／ｇである、
請求項７または９に記載の高分子電解質膜。
【請求項１１】
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、請求項７、９または１０のいずれか１項に記載の高分子電解質膜と
を含む
膜−電極接合体。
【請求項１２】
２以上の、請求項１１に記載の膜−電極接合体と、
前記膜−電極接合体の間に備えられるバイポーラプレートを含むスタックと、
前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と、
前記スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給部と
を含む
高分子電解質型燃料電池。
【請求項１３】
正極および正極電解液を含む正極セルと、
負極および負極電解液を含む負極セルと、
前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、請求項７、９または１０のいずれか１項に記載の高分子電解質膜と
を含む
レドックスフロー電池。
【請求項１４】
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、請求項８に記載の強化膜と
を含む
膜−電極接合体。
【請求項１５】
２以上の、請求項１１または１４に記載の膜−電極接合体と、
前記膜−電極接合体の間に備えられるバイポーラプレートを含むスタックと、
前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と、
前記スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給部と
を含む高分子電解質型燃料電池。
【請求項１６】
正極および正極電解液を含む正極セルと、
負極および負極電解液を含む負極セルと、
前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、請求項８に記載の強化膜と
を含む
レドックスフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、２０１４年１２月４日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−０１７３１４２号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書は、重合体およびこれを含む高分子電解質膜に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、燃料の化学的エネルギーを直接電気的エネルギーに変換させるエネルギー変換装置である。すなわち、燃料電池は、燃料ガスと酸化剤を使用し、これらの酸化還元反応中に発生する電子を利用して電力を生産する発電方式である。燃料電池の膜−電極接合体（ＭＥＡ）は、水素と酸素の電気化学的反応が起こる部分であって、カソードとアノード、そして電解質膜、すなわちイオン伝導性電解質膜から構成されている。
【０００４】
レドックスフロー電池（酸化−還元フロー電池、Ｒｅｄｏｘ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）とは、電解液に含まれている活性物質が酸化・還元されて充電・放電されるシステムで、活性物質の化学的エネルギーを直接電気エネルギーとして貯蔵させる電気化学的蓄電装置である。レドックスフロー電池の単位セルは、電極と、電解質と、イオン交換膜（電解質膜）とを含む。
【０００５】
燃料電池およびレドックスフロー電池は、高いエネルギー効率性と汚染物の排出が少ない環境配慮的な特徴によって次世代エネルギー源として研究開発されている。
【０００６】
燃料電池およびレドックスフロー電池において最も核心となる構成要素は、陽イオン交換が可能な高分子電解質膜であって、１）優れたプロトン伝導度、２）電解質のクロスオーバー（Ｃｒｏｓｓ  Ｏｖｅｒ）防止、３）強い耐薬品性、４）機械的物性の強化、および／または５）低いスウェリング比（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ  Ｒａｔｉｏ）の特性を有するのが良い。高分子電解質膜は、フッ素系、部分フッ素系、炭化水素系などに区分され、部分フッ素系高分子電解質膜の場合、フッ素系主鎖を有していて物理的、化学的安定性に優れ、熱的安定性が高いという利点がある。また、部分フッ素系高分子電解質膜は、フッ素系高分子電解質膜と同様に、陽イオン伝達官能基がフッ素系鎖の末端に付いていて、炭化水素系高分子電解質膜とフッ素系高分子電解質膜の利点を同時に持っている。
【０００７】
しかし、部分フッ素系高分子電解質膜は、陽イオン伝達官能基の微細相分離と凝集現象の制御が効果的になされず、陽イオン伝導度が比較的低い問題点がある。したがって、スルホン酸基の分布および微細相分離の制御により高い陽イオン伝導度を確保する方向に研究が進められてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国公開特許第２００３−００７６０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本明細書は、重合体およびこれを含む高分子電解質膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書は、下記化学式１で表される単位；および
下記化学式２で表される化合物由来のブランチャー、または下記化学式３で表されるブランチャーを含むランダム重合体を提供する。
［化学式１］
【化１】
0006447942.tif 000002
［化学式２］
【化２】
0006447942.tif 000003
［化学式３］
【化３】
0006447942.tif 000004
前記化学式１〜３において、
Ａは、−ＳＯ３Ｈ、−ＳＯ３−Ｍ＋、−ＣＯＯＨ、−ＣＯＯ−Ｍ＋、−ＰＯ３Ｈ２、−ＰＯ３Ｈ−Ｍ＋、−ＰＯ３２−２Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＳＯ３Ｈ、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＳＯ３−Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＣＯＯＨ、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＣＯＯ−Ｍ＋、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３Ｈ２、−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３Ｈ−Ｍ＋、または−Ｏ（ＣＦ２）ｍＰＯ３２−２Ｍ＋であり、
ｍは、２〜６の整数であり、
Ｍは、１族元素であり、
Ｒ１およびＲ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基であり、
ｎは、２〜１０の整数であり、２〜１０個の括弧内の構造は、互いに同一または異なり、
Ｘは、Ｓ；Ｏ；ＣＯ；ＳＯ；ＳＯ２；ＮＲ；炭化水素系またはフッ素系結合体であり、
ｌは、０〜１０の整数であり、
ｌが２以上の場合、２以上のＸは、互いに同一または異なり、
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ＮＲＲ；ヒドロキシ基およびハロゲン基からなる群より選択される置換基で１または２以上置換された芳香族環；またはヒドロキシ基およびハロゲン基からなる群より選択される置換基で１または２以上置換された脂肪族環であり、
Ｒは、ハロゲン基で置換された芳香族環；またはハロゲン基で置換された脂肪族環であり、
Ｚは、３価の有機基である。
【００１１】
本明細書は、前記重合体を含む高分子電解質膜を提供する。
【００１２】
また、本明細書は、基材と、前記重合体とを含む強化膜を提供する。
【００１３】
また、本明細書は、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、上述の高分子電解質膜とを含む膜−電極接合体を提供する。
【００１４】
さらに、本明細書は、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、上述の強化膜とを含む膜−電極接合体を提供する。
【００１５】
本明細書は、２以上の、上述の膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体の間に備えられるバイポーラプレートを含むスタックと、前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と、前記スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給部とを含む高分子電解質型燃料電池を提供する。
【００１６】
また、本明細書は、正極および正極電解液を含む正極セルと、負極および負極電解液を含む負極セルと、前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、上述の高分子電解質膜とを含むレドックスフロー電池を提供する。
【００１７】
最後に、本明細書は、正極および正極電解液を含む正極セルと、負極および負極電解液を含む負極セルと、前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、上述の強化膜とを含むレドックスフロー電池を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本明細書の一実施態様に係る重合体を含む高分子電解質膜は、親水性−疎水性の相分離構造を容易に形成する。
【００１９】
また、前記高分子電解質膜は、相分離構造を制御することにより、親水性チャネルを効率的に高分子電解質膜中に形成する。
【００２０】
さらに、前記高分子電解質膜は、プロトン伝導度に優れている。結果的に、これを含む燃料電池および／またはレドックスフロー電池の高性能化をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池の電気発生原理を示す概略図である。
【図２】レドックスフロー電池の一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】燃料電池の一実施形態を概略的に示す図である。
【図４】実施例および比較例のイオン伝導度を示す図である。
【図５】本願発明の重合体の結合位置による反応性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
【００２３】
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【００２４】
本明細書は、前記化学式１で表される単位；および前記化学式２で表される化合物由来のブランチャー、または前記化学式３で表されるブランチャーを含むランダム重合体を提供する。
【００２５】
本明細書において、前記化学式１中の［  ］構造とベンゼン環のリンカーとしてＳ原子を使用する。この場合、Ｓ原子で連結された−［ＣＲ１Ｒ２］ｎ−Ａの電子求引性質（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｗｉｔｈｄｒａｗｉｎｇ  ｃｈａｒａｃｔｅｒ）によって、重合体の形成に容易であり、安定した重合体を提供することができる。
【００２６】
本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１およびＲ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン基である。具体的には、前記Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に、Ｆ；Ｃｌ；Ｂｒ；およびＩからなる群より選択されてもよい。
【００２７】
本明細書の前記化学式１で表される単位を含む重合体が高分子電解質膜に含まれる場合、化学式１のＲ１およびＲ２がハロゲン基であれば、電子をよく求引して水素イオンの移動を容易にし、高分子電解質膜の構造を強くすることができるという利点がある。具体的には、本明細書の一実施態様によれば、前記Ｒ１およびＲ２がフッ素の場合、前記利点が極大化できる。
【００２８】
本明細書の一実施態様において、前記ｎは、２〜１０の整数である。本明細書の他の実施態様において、前記ｎは、２〜６の整数である。
【００２９】
本明細書の一実施態様に係る化学式１の単位を含む単量体は、ｎの個数を調節可能である。この場合、前記括弧内の構造の長さを調節して、高分子電解質膜の相分離現象を容易にする役割を果たすことができ、高分子電解質膜の水素イオンの移動を容易にできる。
【００３０】
本明細書の一実施態様において、前記ｎは、２である。
【００３１】
他の実施態様において、前記ｎは、３である。
【００３２】
さらに他の実施態様において、前記ｎは、４である。
【００３３】
他の実施態様において、前記ｎは、５である。
【００３４】
もう一つの実施態様において、前記ｎは、６である。
【００３５】
他の実施態様において、前記ｎは、７である。
【００３６】
本明細書の一実施態様において、前記ｎは、８である。
【００３７】
他の実施態様において、前記ｎは、９である。
【００３８】
本明細書の一実施態様において、前記ｎは、１０である。
【００３９】
本明細書の一実施態様において、前記Ａは、−ＳＯ３Ｈまたは−ＳＯ３−Ｍ＋である。
【００４０】
もう一つの実施態様において、前記Ａは、−ＳＯ３Ｈである。
【００４１】
前記のように、化学式１中のＡが−ＳＯ３Ｈまたは−ＳＯ３−Ｍ＋の場合、化学的に安定した重合体を形成することができる。
【００４２】
本明細書の一実施態様において、前記Ｍは、１族元素である。
【００４３】
本明細書において、１族元素は、Ｌｉ、Ｎａ、またはＫであってもよい。
【００４４】
本明細書の一実施態様において、前記化学式１で表される単位は、下記化学式１−１〜１−９のうちのいずれか１つで表される。
［化学式１−１］
【化４】
0006447942.tif 000005
［化学式１−２］
【化５】
0006447942.tif 000006
［化学式１−３］
【化６】
0006447942.tif 000007
［化学式１−４］
【化７】
0006447942.tif 000008
［化学式１−５］
【化８】
0006447942.tif 000009
［化学式１−６］
【化９】
0006447942.tif 000010
［化学式１−７］
【化１０】
0006447942.tif 000011
［化学式１−８］
【化１１】
0006447942.tif 000012
［化学式１−９］
【化１２】
0006447942.tif 000013
【００４５】
本明細書の一実施態様において、前記重合体は、ランダム重合体である。この場合、簡単な重合方法で高い分子量を有する重合体を得ることができる。
【００４６】
本明細書の一実施態様において、前記重合体は、前記化学式１で表される単位を０．００１重量％〜１０重量％含む。
【００４７】
本明細書の一実施態様において、前記化学式２で表される化合物由来のブランチャー、または前記化学式３で表されるブランチャーを０．００１重量％〜１０重量％含む。この場合、化学式１で表される単位、および／または化学式１で表される単位と異なる単位の含有量は、８０重量％〜９９．８重量％である。
【００４８】
本明細書において、化学式１で表される単位と異なる単位は、重合体の機械的強度を向上させる単位の中から選択されてもよいし、機械的強度を向上させられる単位であればその種類を限定しない。
【００４９】
明細書の一実施態様に係る化学式１で表される単位は、分離膜のイオン伝導度を調節する役割を果たす。
【００５０】
本明細書の一実施態様において、前記ランダム重合体は、ブランチャー（ｂｒａｎｃｈｅｒ）を含む。本明細書において、ブランチャーとは、重合体鎖を連結または架橋する役割を果たす。
【００５１】
本明細書において、前記ブランチャーを含む重合体の場合には、ブランチャーが直接重合体の主鎖を構成することができ、薄膜の機械的集積度を向上させることができる。
【００５２】
本明細書の前記置換基の例示は以下に説明するが、これに限定されるものではない。
【００５３】
本明細書において、
【化１３】
0006447942.tif 000014
は、隣接した置換基または重合体の主鎖と結合することを意味する。
【００５４】
本明細書において、前記「由来」とは、化合物の結合が切れたり、置換基が離れていきながら新しい結合が発生することを意味し、前記化合物由来の単位は、重合体の主鎖に連結される単位を意味することができる。前記単位は、重合体中の主鎖に含まれて重合体を構成することができる。
【００５５】
具体的には、本明細書において、前記化学式４の化合物由来のブランチャーは、前記Ｙ１およびＹ２それぞれのハロゲン基で置換された芳香族環；またはハロゲン基で置換された脂肪族環中のハロゲン基が芳香族環または脂肪族環から離れていきながら、ブランチャーとして作用できる。具体的には、２以上のハロゲン基が離れていきながら、重合体内でブランチャーとして作用できる。
【００５６】
前記「置換」という用語は、化合物中の炭素原子に結合された水素原子が他の置換基に置き換わることを意味し、置換される位置は、水素原子の置換される位置すなわち、置換基が置換可能な位置であれば限定はなく、２以上置換される場合、２以上の置換基は、互いに同一または異なっていてもよい。
【００５７】
本明細書において、炭化水素系は、炭素と水素のみからなる有機化合物を意味し、直鎖、分枝鎖、環状炭化水素などがあり、これを限定しない。また、単一結合、二重結合、または三重結合を含んでもよいし、これを限定しない。
【００５８】
本明細書において、前記炭化水素系は、ＣＨ２を意味することができる。
【００５９】
本明細書において、フッ素系結合体は、前記炭化水素系において炭素−水素結合の一部または全部がフッ素に置き換わったものを意味する。
【００６０】
本明細書において、前記芳香族環は、芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環であってもよく、単環もしくは多環であってもよい。
【００６１】
具体的には、芳香族炭化水素環としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などの単環式芳香族、およびナフチル基、ビナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ピレニル基、ペリレニル基、テトラセニル基、クリセニル基、フルオレニル基、アセナフタセニル基、トリフェニレン基、フルオランテン（ｆｌｕｏｒａｎｔｈｅｎｅ）基などの多環式芳香族などがあり、これらに限定されない。
【００６２】
本明細書において、芳香族ヘテロ環は、前記芳香族炭化水素環において、炭素原子の代わりに、ヘテロ原子、例えば、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｓｅなどを１以上含む構造を意味する。具体的には、チオフェン基、フラニル基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、トリアゾール基、アクリジル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリニル基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリル基、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、フェノチアジニル基、およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
【００６３】
本明細書において、前記脂肪族環は、脂肪族炭化水素環または脂肪族ヘテロ環であってもよく、単環もしくは多環であってもよい。前記脂肪族環の例示としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などがあり、これを限定しない。
【００６４】
本明細書において、有機基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。これらの有機基は、前記有機基中にヘテロ原子などの炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、前記有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のうちのいずれでもよい。
【００６５】
本明細書において、３価の有機基とは、有機化合物に結合位置が３つある３価の基を意味する。
【００６６】
また、前記有機基は、環状構造を形成してもよいし、発明の効果が損なわれない限り、ヘテロ原子を含む結合を形成してもよい。
【００６７】
具体的には、酸素原子、窒素原子、ケイ素原子などのヘテロ原子を含む結合が挙げられる。具体例としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合（−Ｎ＝Ｃ（−Ａ）−、−Ｃ（＝ＮＡ）−：Ａは、水素原子または有機基を示す）、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合、アゾ結合などが挙げられ、これを限定しない。
【００６８】
前記環状構造としては、上述の芳香族環、脂肪族環などがあり得、単環もしくは多環であってもよい。
【００６９】
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定はないが、１〜５０であることが好ましい。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、およびヘプチル基などがあるが、これらに限定されない。
【００７０】
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定はないが、２〜４０であることが好ましい。具体例としては、ビニル、１−プロペニル、イソプロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、１−ペンテニル、２−ペンテニル、３−ペンテニル、３−メチル−１−ブテニル、１，３−ブタジエニル、アリル、１−フェニルビニル−１−イル、２−フェニルビニル−１−イル、２，２−ジフェニルビニル−１−イル、２−フェニル−２−（ナフチル−１−イル）ビニル−１−イル、２，２−ビス（ジフェニル−１−イル）ビニル−１−イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
【００７１】
本明細書において、シクロアルキル基は特に限定はないが、炭素数３〜６０のものが好ましく、特に、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などがあるが、これを限定しない。
【００７２】
本明細書の一実施態様において、前記ｌは、３以上である。
【００７３】
本明細書の一実施態様において、前記Ｘは、Ｓである。
【００７４】
もう一つの実施態様において、前記Ｘは、ハロアルキル基である。
【００７５】
他の実施態様において、前記Ｘは、ＣＨ２である。
【００７６】
本明細書の他の実施態様において、前記Ｘは、ＮＲである。
【００７７】
本明細書の一実施態様において、前記Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、ハロゲン置換芳香族環である。
【００７８】
本明細書の一実施態様において、前記Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、フッ素置換された芳香族炭化水素環である。
【００７９】
本明細書の一実施態様において、前記Ｙ１およびＹ２は、互いに同一または異なり、ＮＲＲである。
【００８０】
もう一つの実施態様において、前記Ｙ１およびＹ２は、それぞれフッ素置換されたフェニル基である。具体的には、２，４−フェニル、２，６−フェニル、２，３−フェニル、３，４−フェニルなどがあり、これを限定しない。
【００８１】
本明細書の一実施態様において、前記化学式２で表される化合物は、下記構造のうちのいずれか１つで表されてもよい。
【化１４】
0006447942.tif 000015
前記構造において、Ｘ、ｌおよびＲは、化学式２で定義したのと同じである。
【００８２】
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式３において、Ｚは、下記化学式３−１〜３−４のうちのいずれか１つで表されてもよい。
［化学式３−１］
【化１５】
0006447942.tif 000016
［化学式３−２］
【化１６】
0006447942.tif 000017
［化学式３−３］
【化１７】
0006447942.tif 000018
［化学式３−４］
【化１８】
0006447942.tif 000019
前記化学式３−１〜３−４において、
Ｌ１〜Ｌ７は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、直接結合；−Ｓ−；−Ｏ−；−ＣＯ−；または−ＳＯ２−であり、
Ｒ１０〜Ｒ２０は、互いに同一または異なり、それぞれ独立に、水素；重水素；ハロゲン基；シアノ基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアリール基；または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｈ、ｉおよびｊは、それぞれ１〜４の整数であり、
ｄ、ｅおよびｇは、それぞれ１〜３の整数であり、
ｋは、１〜６の整数であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊおよびｋがそれぞれ２以上の整数の場合、２以上の括弧内の構造は、互いに同一または異なる。
【００８３】
本明細書の一実施態様において、前記Ｌ１は、ＣＯである。
【００８４】
もう一つの実施態様において、前記Ｌ１は、ＳＯ２である。
【００８５】
もう一つの実施態様において、前記Ｌ１は、Ｓである。
【００８６】
他の実施態様において、前記Ｌ２は、ＣＯである。
【００８７】
もう一つの実施態様において、前記Ｌ２は、ＳＯ２である。
【００８８】
さらに他の実施態様において、前記Ｌ２は、Ｓである。
【００８９】
本明細書の一実施態様において、前記Ｌ３は、ＣＯである。
【００９０】
もう一つの実施態様において、前記Ｌ３は、ＳＯ２である。
【００９１】
他の実施態様において、前記Ｌ３は、Ｓである。
【００９２】
本明細書の一実施態様において、前記Ｌ４は、ＣＯである。
【００９３】
もう一つの実施態様において、前記Ｌ４は、ＳＯ２である。
【００９４】
本明細書の一実施態様において、Ｌ５は、直接結合である。
【００９５】
もう一つの実施態様において、Ｌ６は、直接結合である。
【００９６】
本明細書の一実施態様において、前記Ｌ７は、直接結合である。
【００９７】
本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１０〜Ｒ２０は、水素である。
【００９８】
本明細書の一実施態様において、前記Ｒ１６は、ハロゲン基である。
【００９９】
もう一つの実施態様において、前記Ｒ１６は、フッ素である。
【０１００】
また、本明細書の一実施態様において、前記化学式３で表されるブランチャーは、下記構造のうちのいずれか１つで表されてもよい。
【化１９】
0006447942.tif 000020
【０１０１】
本明細書の一実施態様において、前記重合体の重量平均分子量は、５００ｇ／ｍｏｌ〜５，０００，０００ｇ／ｍｏｌである。前記重合体の重量平均分子量が前記範囲の場合には、前記重合体を含む電解質膜の機械的な物性が低下せず、適切な高分子の溶解度を維持して、電解質膜の製造が容易であり得る。
【０１０２】
また、本明細書は、上述の重合体を含む高分子電解質膜を提供する。
【０１０３】
本明細書の一実施態様に係る前記化学式１を表す単位を含む重合体を含む場合には、高い機械的強度と高いイオン伝導度を有し、電解質膜の相分離現象を容易にできる。
【０１０４】
本明細書において、「電解質膜」は、イオンを交換できる膜であって、膜、イオン交換膜、イオン伝達膜、イオン伝導性膜、分離膜、イオン交換分離膜、イオン伝達分離膜、イオン伝導性分離膜、イオン交換電解質膜、イオン伝達電解質膜、またはイオン伝導性電解質膜などを含む。
【０１０５】
本明細書の一実施態様に係る高分子電解質膜は、前記化学式１で表される単位を含む重合体を含むことを除き、当技術分野で知られた材料および／または方法を用いて製造できる。
【０１０６】
本明細書の一実施態様によれば、前記高分子電解質膜のイオン伝導度は、０．０１Ｓ／ｃｍ〜０．５Ｓ／ｃｍである。もう一つの実施態様において、前記高分子電解質膜のイオン伝導度は、０．０１Ｓ／ｃｍ以上０．３Ｓ／ｃｍ以下である。
【０１０７】
本明細書の一実施態様において、前記高分子電解質膜のイオン伝導度は、加湿条件で測定できる。本明細書において、加湿条件とは、相対湿度（ＲＨ）１０％〜１００％を意味することができる。
【０１０８】
また、本明細書の一実施態様において、前記高分子電解質膜のイオン交換容量（ＩＥＣ）値は、０．０１ｍｍｏｌ／ｇ〜５ｍｍｏｌ／ｇである。前記イオン交換容量値の範囲を有する場合には、前記高分子電解質膜におけるイオンチャネルが形成され、重合体がイオン伝導度を示すことができる。
【０１０９】
本明細書の一実施態様において、前記高分子電解質膜の厚さは、１μｍ〜５００μｍである。前記範囲の厚さの高分子電解質膜は、電気的ショート（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｈｏｒｔ）および電解質物質のクロスオーバー（Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）を低下させ、優れた陽イオン伝導度特性を示すことができる。厚さが薄すぎると、水素イオンの交換が容易であるものの、機械的強度の弱化および／またはバナジウムの移動の増加といった問題が発生することがある。前記範囲内において、水素イオンの交換が容易であると同時に、適切な機械的強度を維持することができる。
【０１１０】
本明細書の一実施態様において、基材と、上述の重合体とを含む強化膜を提供する。
【０１１１】
本明細書の一実施態様において、「強化膜」は、強化材料の基材を含む電解質膜であって、イオンを交換できる膜であって、基材を含む膜、イオン交換膜、イオン伝達膜、イオン伝導性膜、分離膜、イオン交換分離膜、イオン伝達分離膜、イオン伝導性分離膜、イオン交換電解質膜、イオン伝達電解質膜、またはイオン伝導性電解質膜などを意味することができる。
【０１１２】
本明細書において、前記基材は、３次元網状構造の支持体を意味することができ、前記基材および重合体を含む強化膜は、前記重合体が、前記基材の一表面、前記一表面に対向する表面、および前記基材内部の気孔領域のうちの少なくとも一部に含まれるものを意味することができる。すなわち、本明細書の強化膜は、前記重合体が前記基材に含浸された形態で備えられる。
【０１１３】
前記重合体は、上述の内容と同じである。
【０１１４】
炭化水素系イオン伝達分離膜の場合、イオン伝達能力がフッ素系分離膜に比べて劣り、耐薬品性が弱い問題がある。したがって、本明細書の一実施態様に係る強化膜は、前記化学式１を表す単位を含む重合体を含むことで、高い機械的強度と高いイオン伝導度を有し、強化膜の相分離現象を容易にできる。
【０１１５】
また、本明細書の一実施態様に係る強化膜は、基材を含むことで、耐薬品性および耐久性を増大させて、素子の寿命を向上させることができる。
【０１１６】
本明細書の一実施態様において、前記基材は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる群より１種または２種が選択される。
【０１１７】
本明細書の一実施態様において、前記強化膜１００重量部に対して、前記重合体の含有量は１０重量部〜９９重量部である。
【０１１８】
もう一つの実施態様において、前記強化膜１００重量部に対して、前記重合体の含有量は１０重量部〜９９重量部であり、前記基材の含有量は１重量部〜９０重量部である。前記基材の含有量が増加するほどバナジウムイオンのクロスオーバーを減少させることができ、前記重合体の含有量が増加するほど電池の性能が向上できる。
【０１１９】
したがって、本明細書の一実施態様に係る基材および重合体の含有量が前記範囲の場合、電池の性能を維持すると同時に、バナジウムイオンのクロスオーバーを減少させることができる。
【０１２０】
本明細書の一実施態様によれば、前記強化膜のイオン伝導度は、０．００１Ｓ／ｃｍ以上０．５Ｓ／ｃｍ以下である。もう一つの実施態様において、前記強化膜のイオン伝導度は、０．００１Ｓ／ｃｍ以上０．３Ｓ／ｃｍ以下である。
【０１２１】
本明細書において、イオン伝導度は、上述の方法と同じ条件で測定できる。
【０１２２】
また、本明細書の一実施態様において、前記強化膜のイオン交換容量（ＩＥＣ）値は、０．０１ｍｍｏｌ／ｇ〜５．０ｍｍｏｌ／ｇである。前記イオン交換容量値の範囲を有する場合には、前記強化膜におけるイオンチャネルが形成され、重合体がイオン伝導度を示すことができる。
【０１２３】
本明細書の一実施態様において、前記強化膜の厚さは、０．０１μｍ〜１０，０００μｍである。前記範囲の厚さの強化膜は、電気的ショート（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｈｏｒｔ）および電解質物質のクロスオーバー（Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）を低下させ、優れた陽イオン伝導度特性を示すことができる。
【０１２４】
本明細書はまた、基材を用意するステップと、前記基材を前記化学式１で表される単位を含む重合体に含浸するステップとを含む強化膜の製造方法を提供する。
【０１２５】
本明細書において、含浸（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）とは、基材内に重合体が染み込むことを意味する。本明細書では、前記含浸は、前記基材を前記重合体に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）、スロットダイ（ｓｌｏｔ  ｄｙｅ）コーティング、バーキャスティング（ｂａｒ  ｃａｓｔｉｎｇ）などを利用して行われてもよい。
【０１２６】
本明細書において、浸漬は、ディップコーティング（Ｄｉｐ  Ｃｏａｔｉｎｇ）またはディッピング法（Ｄｉｐｐｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）などの用語で表現されてもよい。
【０１２７】
本明細書の一実施態様において、前記強化膜は、方向性を有することができる。具体的には、本明細書の一実施態様において、前記基材は、１軸延伸または２軸延伸により製造され、前記延伸による基材の方向性が前記強化膜の方向性を決定することができる。そのため、本明細書の一実施態様に係る強化膜は、機械方向（ＭＤ：Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、および機械方向（ＭＤ：Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の垂直方向の方向性を有することができ、前記強化膜は、方向性によって応力および伸び率などの物性の差を示すことができる。
【０１２８】
本明細書はさらに、基材を用意するステップと、前記基材を前記重合体に浸漬するステップとを含む強化膜の製造方法を提供する。
【０１２９】
本明細書において、前記基材および前記重合体は、上述した通りである。
【０１３０】
本明細書はまた、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、上述の高分子電解質膜とを含む膜−電極接合体を提供する。
【０１３１】
本明細書はさらに、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に備えられた、上述の強化膜とを含む膜−電極接合体を提供する。
【０１３２】
膜−電極接合体（ＭＥＡ）は、燃料と空気の電気化学触媒反応が起こる電極（カソードとアノード）と、水素イオンの伝達が行われる高分子膜との接合体を意味するものであって、電極（カソードとアノード）と電解質膜とが貼り合わされた単一の一体型ユニット（ｕｎｉｔ）である。
【０１３３】
本明細書の前記膜−電極接合体は、アノードの触媒層とカソードの触媒層を電解質膜に接触させる形態であって、当分野で知られた通常の方法により製造できる。一例として、前記カソードと、アノードと、前記カソードとアノードとの間に位置する電解質膜とを密着させた状態で、１００℃〜４００℃で熱圧着して製造できる。
【０１３４】
アノード電極は、アノード触媒層と、アノード気体拡散層とを含むことができる。アノード気体拡散層はさらに、アノード微細気孔層と、アノード電極基材とを含むことができる。
【０１３５】
カソード電極は、カソード触媒層と、カソード気体拡散層とを含むことができる。カソード気体拡散層はさらに、カソード微細気孔層と、カソード電極基材とを含むことができる。
【０１３６】
図１は、燃料電池の電気発生原理を概略的に示すもので、燃料電池において、電気を発生させる最も基本的な単位は膜−電極接合体（ＭＥＡ）であるが、これは、電解質膜１００と、該電解質膜１００の両面に形成されるアノード２００ａおよびカソード２００ｂ電極とから構成される。燃料電池の電気発生原理を示す図１を参照すれば、アノード２００ａでは、水素またはメタノール、ブタンのような炭化水素などの燃料の酸化反応が起こり、水素イオン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）が発生し、水素イオンは電解質膜１００を通してカソード２００ｂに移動する。カソード２００ｂでは、電解質膜１００を通して伝達された水素イオンと、酸素のような酸化剤および電子が反応して水が生成される。この反応によって、外部回路に電子の移動が発生する。
【０１３７】
前記アノード電極の触媒層は、燃料の酸化反応が起こる所で、白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金、および白金−遷移金属合金からなる群より選択される触媒が好ましく使用できる。前記カソード電極の触媒層は、酸化剤の還元反応が起こる所で、白金または白金−遷移金属合金が触媒として好ましく使用できる。前記触媒は、それ自体で使用できるだけでなく、炭素系担体に担持されて使用されてもよい。
【０１３８】
触媒層を導入する過程は、当該技術分野で知られている通常の方法で行うことができるが、例えば、触媒インクを電解質膜に直接的にコーティングするか、気体拡散層にコーティングして触媒層を形成することができる。この時、触媒インクのコーティング方法は特に制限されるわけではないが、スプレーコーティング、テープキャスティング、スクリーンプリンティング、ブレードコーティング、ダイコーティング、またはスピンコーティング方法などを用いることができる。触媒インクは、代表的に、触媒、ポリマーアイオノマー（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｉｏｎｏｍｅｒ）、および溶媒からなる。
【０１３９】
前記気体拡散層は、電流伝導体としての役割とともに、反応ガスと水の移動通路になるもので、多孔性の構造を有する。したがって、前記気体拡散層は、導電性基材を含んでなる。導電性基材としては、カーボンペーパー（Ｃａｒｂｏｎ  ｐａｐｅｒ）、カーボンクロス（Ｃａｒｂｏｎ  ｃｌｏｔｈ）、またはカーボンフェルト（Ｃａｒｂｏｎ  ｆｅｌｔ）が好ましく使用できる。前記気体拡散層は、触媒層および導電性基材の間に微細気孔層をさらに含んでなる。前記微細気孔層は、低加湿条件での燃料電池の性能を向上させるために使用可能であり、気体拡散層の外に抜け出る水の量を少なくして電解質膜を十分な湿潤状態にする役割を果たす。
【０１４０】
本明細書の一実施態様は、２以上の膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体の間に備えられるバイポーラプレートを含むスタックと、前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と、前記スタックに酸化剤を供給する酸化剤供給部とを含む高分子電解質型燃料電池を提供する。
【０１４１】
本明細書において、前記膜−電極接合体は、上述の高分子電解質膜を含むか、強化膜を含む。
【０１４２】
燃料電池は、燃料の化学的エネルギーを直接電気的エネルギーに変換させるエネルギー変換装置である。すなわち、燃料電池は、燃料ガスと酸化剤を使用し、これらの酸化還元反応中に発生する電子を利用して電力を生産する発電方式である。
【０１４３】
燃料電池は、上述の膜−電極接合体（ＭＥＡ）を用いて当分野で知られた通常の方法により製造できる。例えば、前記製造された膜−電極接合体（ＭＥＡ）とバイポーラプレート（ｂｉｐｏｌａｒ  ｐｌａｔｅ）とから構成して製造できる。
【０１４４】
本明細書の燃料電池は、スタックと、燃料供給部と、酸化剤供給部とを含んでなる。
【０１４５】
図３は、燃料電池の構造を概略的に示すもので、燃料電池は、スタック６０と、酸化剤供給部７０と、燃料供給部８０とを含んでなる。
【０１４６】
スタック６０は、上述の膜−電極接合体を１つまたは２つ以上含み、膜−電極接合体が２つ以上含まれる場合には、これらの間に介在するセパレータを含む。セパレータは、膜−電極接合体が電気的に連結されることを防止し、外部から供給された燃料および酸化剤を膜−電極接合体に伝達する役割を果たす。
【０１４７】
酸化剤供給部７０は、酸化剤をスタック６０に供給する役割を果たす。酸化剤としては、酸素が代表的に使用され、酸素または空気をポンプ７０で注入して使用することができる。
【０１４８】
燃料供給部８０は、燃料をスタック６０に供給する役割を果たし、燃料を貯蔵する燃料タンク８１と、燃料タンク８１に貯蔵された燃料をスタック６０に供給するポンプ８２とから構成される。燃料としては、気体または液体状態の水素または炭化水素燃料が使用できる。炭化水素燃料の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、または天然ガスが挙げられる。
【０１４９】
前記燃料電池は、高分子電解質燃料電池、直接液体燃料電池、直接メタノール燃料電池、直接ギ酸燃料電池、直接エタノール燃料電池、または直接ジメチルエーテル燃料電池などが可能である。
【０１５０】
本明細書の一実施態様に係る電解質膜を燃料電池のイオン交換膜として用いた時、上述の効果を奏することができる。
【０１５１】
また、本明細書の一実施態様は、正極および正極電解液を含む正極セルと、負極および負極電解液を含む負極セルと、前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、本明細書の一実施態様に係る高分子電解質膜とを含むレドックスフロー電池を提供する。
【０１５２】
他の実施態様において、正極および正極電解液を含む正極セルと、負極および負極電解液を含む負極セルと、前記正極セルと前記負極セルとの間に備えられる、本明細書の一実施態様に係る強化膜とを含むレドックスフロー電池を提供する。
【０１５３】
レドックスフロー電池（酸化−還元フロー電池、Ｒｅｄｏｘ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ）は、電解液に含まれている活性物質が酸化・還元されて充電・放電されるシステムで、活性物質の化学的エネルギーを直接電気エネルギーとして貯蔵させる電気化学的蓄電装置である。レドックスフロー電池は、酸化状態の異なる活性物質を含む電解液がイオン交換膜を挟んで接する時、電子のやり取りをして充電および放電される原理を利用する。一般的に、レドックスフロー電池は、電解液が入っているタンクと、充電および放電が起こる電池セルと、電解液をタンクと電池セルとの間に循環させるための循環ポンプとから構成され、電池セルの単位セルは、電極と、電解質と、イオン交換膜とを含む。
【０１５４】
本明細書の一実施態様に係る電解質膜をレドックスフロー電池のイオン交換膜として用いた時、上述の効果を奏することができる。
【０１５５】
本明細書のレドックスフロー電池は、本明細書の一実施態様に係る高分子電解質膜を含むことを除けば、当分野で知られた通常の方法により製造できる。
【０１５６】
図２に示しているように、レドックスフロー電池は、電解質膜３１によって正極セル３２と負極セル３３とに分けられる。正極セル３２と負極セル３３は、それぞれ正極と負極を含む。正極セル３２は、パイプを介して正極電解液４１を供給および放出するための正極タンク１０に連結されている。負極セル３３も、パイプを介して負極電解液４２を供給および放出するための負極タンク２０に連結されている。電解液はポンプ１１、２１を介して循環し、イオンの酸化数が変化する酸化／還元反応（すなわち、レドックス反応）が起こることにより、正極と負極で充電および放電が起こる。
【実施例】
【０１５７】
以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本明細書に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本明細書の範囲が以下に述べる実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。
【０１５８】
実施例１．
【化２０】
0006447942.tif 000021
４，４'−ジフルオロベンゾフェノン（４，４'−Ｄｉｆｌｕｏｒｏｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ（０．４５ｇ、０．００２０６７ｍｏｌ）と２−（（２，４−ジフルオロフェニル）チオ）−１，１，２，２−テトラフルオロエタン−１−スルホン酸（２−（（２，４−ｄｉｆｌｕｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｔｈｉｏ）−１，１，２，２−ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈａｎｅ−１−ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）（３ｇ、０．００９１９６ｍｏｌ）、ベンゼン−１，３，５−トリイルトリス（（４−フルオロフェニル）メタノン）（ｂｅｎｚｅｎｅ−１，３，５−ｔｒｉｙｌ  ｔｒｉｓ（（４−ｆｌｕｏｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈａｎｏｎｅ））（０．０４６ｇ、０．０００１０３ｍｏｌ）、炭酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）（５．７ｇ、０．０４１３３ｍｏｌ）、４，４'−ビフェノール（４，４'−Ｂｉｐｈｅｎｏｌ）（１．９２ｇ、０．０１０３３３ｍｏｌ）をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）（２０ｍｌ）に溶かした後、ディーンスタークトラップ（ｄｅａｎ  ｓｔａｒｋ  ｔｒａｐ）を用いて１４０℃で４時間撹拌して水を除去した。この時、アゼオトロピック剤（ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ  ｒｅａｇｅｎｔ）としてベンゼン（ｂｅｎｚｅｎｅ）を使用した。以後、１８０℃で１９時間反応させてから反応を終結し、樹脂を得た。
【０１５９】
比較例１．
前記実施例１において、本願明細書の化学式１で表される単位の代わりに２，５−ジヒドロキシベンゼンスルホン酸（２，５−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）を使用し、［１，１'−ビフェニル］−４，４'−ジオール（［１，１'−ｂｉｐｈｅｎｙｌ］−４，４'−ｄｉｏｌ）の代わりに４，４'−（９Ｈ−フルオレン−９，９−ジイルｌ）ジフェノール（４，４'−（９Ｈ−ｆｌｕｏｒｅｎｅ−９，９−ｄｉｙｌ）ｄｉｐｈｅｎｏｌ）を使用したことを除き、炭化水素系高分子を重合した。
【０１６０】
図４は、実施例および比較例の加湿条件時のイオン伝導度を示す図である。
【０１６１】
前記図４の結果からみて、相対湿度が３０％の時、比較例のイオン伝導度は０．５６ｍＳ／ｃｍであるのに対し、実施例の重合体のイオン伝導度は４．４ｍＳ／ｃｍで、比較例に比べて性能が約８倍向上することを確認することができる。したがって、本明細書の一実施態様に係る重合体を含む高分子電解質膜は高いイオン伝導度を有することを確認することができる。
【０１６２】
比較例２．
実施例１と同様の方法により、ベンゼン環とフッ素系スルホン酸のリンカー（ｌｉｎｋｅｒ）がＳＯ２のモノマーを用いて重合体を製造しようと試みたが、同じ条件で高分子量の重合体を得るのに失敗した。重合体の分子量をＧＰＣにより分子量測定して、下記表１に示した。
【０１６３】
比較例３．
実施例１と同様の方法により、本願明細書の化学式１の単位である２，４−ジフルオロ（２，４−ｄｉｆｌｕｏｒｏ）部分フッ素系モノマーの代わりに２，５−ジフルオロ（２，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ）部分フッ素系モノマーを用いて重合体を製造しようと試みたが、同じ条件で高分子量の重合体を得るのに失敗した。重合体の分子量をゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ：Ｇｅｌ  Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）により分子量測定して、下記表１に示した。
【０１６４】
【表１】
0006447942.tif 000022
【０１６５】
前記表１中、Ｎ／Ａは、測定不可能（ｎｏｔ  ａｖａｉｌａｂｌｅ）を意味し、重合体が形成されていないことを確認することができる。
【０１６６】
実施例１と比較例２の結果からみて、前記化学式１中の−［ＣＲ１Ｒ２］ｎ−Ａとベンゼン環のリンカーとして、Ｓ原子の場合の方が重合体の形成に容易であり、安定した重合体を提供できることを確認することができる。
【０１６７】
また、実施例１と比較例３の結果からみて、従来一般的に使用される２，５の位置に官能基が置換された単量体は、他の位置に置換された官能基の性質によって、重合反応時の反応性に大きな差があるにもかかわらず、反応性を考慮せずに商用的に使用されてきた。
【０１６８】
本明細書の一実施態様に係る２，４−ジフルオロ（２，４−ｄｉｆｌｕｏｒｏ）ハロゲン化化合物は、ペンダント（ｐｅｎｄｅｎｔ）に付いている化学式１の官能基が全体的に電子求引性質を示すことによって、重合反応時の反応性が大きく向上して高分子量の重合体を得るのに利点があることを確認することができる。
【０１６９】
図５は、本願発明の重合体の結合位置による反応性を示す図である。
【０１７０】
図５の結果をみると、ベンゼン環の２，５の位置にフッ素が備えられる場合に、ベンゼン環の２，４の位置にフッ素が備えられる場合に比べて反応性が低いことを確認することができ、２，４の位置の場合、置換反応後におけるエネルギーの差が少なくて反応に有利であることを確認することができる。
【０１７１】
したがって、本願発明の一実施態様に係る化学式１で表される単量体の場合には、反応性が良いことを確認することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１００：電解質膜
２００ａ：アノード
２００ｂ：カソード
１０、２０：タンク
１１、２１：ポンプ
３１：電解質膜
３２：正極セル
３３：負極セル
４１：正極電解液
４２：負極電解液
６０：スタック
７０：酸化剤供給部
８０：燃料供給部
８１：燃料タンク
８２：ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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