인천대학교 인디고클랫폼 인천대학교 기술지원허브

본 발명은 양성자교환막 수전해용 고성능 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 친수성 작용기가 도입된 탄소 양자점(carbon quantum dots, CQDs)을 양성자교환막 표면에 코팅하여 막의 양성자 전도성, 화학적 안정성 및 막-전극 접합체(membrane–electrode assembly, MEA)의 계면 특성을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 본 발명에서는 수열합성 온도를 조절하여 입자 크기 및 표면 기능기가 제어된 CQDs를 제조한 후, 이를 Nafion-212 막 표면에 간단한 코팅 공정을 통해 도입하였다. 또한, CQDs의 나노구조가 막의 미세구조, 양성자 전달 특성, 화학적 안정성 및 MEA 계면 접착 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. 그 결과, 최적화된 CQD 코팅 분리막은 발달된 이온 채널을 갖는 미세상 분리 구조를 형성하였으며, CQDs의 입자 크기와 Nafion 이온 클러스터 간의 크기 적합성이 효율적인 양성자 전달 경로 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다. 이에 따라 양성자 전도도, 산화 안정성, 막과 촉매층 간의 계면 접착력 및 수소 크로스오버 저항성이 모두 향상되었으며, 이를 적용한 막-전극 접합체는 기존 Nafion-212 막에 비해 높은 전류밀도와 우수한 내구성을 나타내었다. 따라서 본 발명은 탄소 양자점 표면 코팅을 통해 양성자 전달 특성과 막-촉매층 계면 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 양성자교환막 수전해용 분리막 및 제조기술을 제공한다.