가교된 sulfonated poly (ether ether ketone)의 제조와 이를 이용한 전기활성고분자 구동체의 제작

Abstract

이온성 고분자-금속 복합체 (IPMC, ionic polymer-metal composites)는 작고 가벼우며, 낮은 전압에서 큰 변위를 갖는 등의 많은 장점들로 다양한 분야에서 구동체 및 센서로서 이용되고 있다. IPMC는 전극과 이온교환막으로 이루어져있는 구조로 이온교환막은 일부 상용화된 막으로 한정되어 있기 때문에 개질하는데 한계가 있어 구동성능을 개선하는데 어려움이 있다. 따라서 구동성능을 향상시키기 위해 새로운 이온교환막의 개발이 필요하였다. 본 연구에서는 PEEK를 술폰화과정을 거쳐 SPEEK를 합성한 후, 다이아민계의 가교제인 4,4`-diaminodiphenyl ether, 4,4`-diaminodiphenyl methane을 이용하여 SPEEK와 물리적으로 가교된 새로운 이온교환막을 제작하였다. 술폰화과정의 시간을 조절하여 DS를 조절할 수 있으며, 가교제의 농도를 달리하여 가교정도를 조절하여 원하는 성질의 이온교환막을 얻을 수 있었다. 제작한 이온교환막의 함수율, 이온교환능력 (IEC), 이온전도도, 열적 특성, 구조적 특성 등을 파악하였으며, 무전해도금법을 통해 IPMC로 제작하여 전극특성, 구동성능 역시 확인하였다. 그러나 SPEEK를 기본으로 한 IPMC의 경우 반복 구동 시 전극이 손상되어 구동성능이 급격히 떨어지는 문제가 있었다. 이를 보완하기 위해 제작한 Pt 입자를 캐스팅과정에 넣어 Pt-cSPEEK IPMC를 제작하였다. 개질된 Pt-cSPEEK IPMC는 안정성이 향상되었을 뿐 아니라 구동력 역시 상승하는 결과를 나타내어 기존의 상용화된 막을 대체할 수 있는 새로운 이온 교환막으로서의 가능성을 확인하였다.