이미다졸 함유 AEM의 알칼리 안정성 및 이온 전도도 향상

음이온 교환막 수전해기(AEMWE)의 핵심 부품인 음이온 교환막(AEM)은 알칼리 안정성과 이온 전도도 부족으로 인해 운영 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 효율적인 이온 수송과 높은 알칼리 안정성을 동시에 촉진하는 자가 응집성 양이온성 측쇄를 고분자 골격에 통합하는 전략을 채택했습니다. 연구팀은 이사틴 및 이미다졸 부분을 포함하는 고알칼리 안정성 폴리아로마틱 전구체를 산성 폴리하이드록시알킬화를 통해 합성했습니다. 이후 소수성 지방족 사슬 또는 유연한 친수성 에틸렌 옥사이드(EO) 함유 피페리디늄 펜던트로 후기능화하여 AEM을 제조했습니다. 합성된 전구체는 높은 분자량과 뛰어난 알칼리 안정성(80°C, 20wt% KOH 용액에서 4320시간 유지)으로 우수한 필름 형성 특성을 보였습니다. 양이온 기능화 후, 쌍극성 EO 스페이서를 포함하는 AEM(P(OB85–4Im)-OPip)은 낮은 이온 교환 용량(IEC)에도 불구하고 전해질 흡수율이 향상되었고, 80°C에서 84.7 mS cm–1의 이온 전도도를 나타내어 알킬 스페이서 아날로그(P(OB85–4Im)-Pip) 대비 67% 증가했습니다. 이러한 향상된 특성은 수소 결합 네트워크 형성 및 쌍극성-양이온 자가 조립에 기인하며, 이는 OH- 수송을 촉진하는 더욱 뚜렷한 미세상 분리 형태를 유도했습니다. 두 AEM 모두 20 × 20 cm2 크기로 확장 가능하며, 우수한 기계적 안정성(인장 강도: 73–74 MPa)과 충분한 알칼리 저항성을 보였습니다. 1M KOH에서 1440시간 숙성 후에도 기계적 무결성을 유지하고 초기 전도도의 65% 이상을 보존했습니다. P(OB85–4Im)-OPip의 향상된 이온 전도도는 알칼리 수전해 조건에서 개선된 성능으로 확인되었습니다.