음이온 교환막은 수전해 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며, 생성된 수소와 산소 기체를 물리적으로 분리할 뿐 만 아니라 전극 사이에서 수산화 이온의 선택적인 전달을 용이하게 한다. 음이온 교환막에 요구되는 특성은 수산화 이온에 대한 높은 전도도와 알칼리 환경에서의 화학적/기계적 안정성 등이 있다. 본 연구에서는 셀룰로오스 나노 크리스탈이 포함된 poly(terphenyl piperidinium) (qPTP/CNC) 복합매질분리막을 제조하였다. 고분자 매질로 사용된 poly(terphenyl piperidinium) 은 super-acid 중합법을 통해 제조되었으며 이온전도성과 알칼라인 내구성이 뛰어난 소재로 알려져 있다. qPTP/CNC 분리막 의 구조는 고분자와 나노 입자 계면의 공극이나 큰 응집체가 없는 조밀하고 균일한 형태를 나타냈다. CNC 나노 입자가 2 wt% 첨가된 qPTP/CNC 분리막은 높은 이온교환용량(1.90 mmol/g)과 낮은 함수율(9.09%) 및 팽윤도(5.56%)를 보였다. 또한, 복합막은 수전해 작동 환경인 50°C 1 M KOH에서 상용 FAA-3-50 분리막에 비해 월등히 낮은 저항과 우수한 알칼라인 내구 성(384시간)을 달성했다. 이러한 결과는 친수성 첨가제인 CNC가 음이온 교환막의 이온 전도 특성과 알칼라인 내구성 향상에 기여할 수 있음을 보고하였다.

Anion exchange membranes (AEMs) are essential components in water electrolysis systems, serving to physically separate the generated hydrogen and oxygen gases while enabling the selective transport of hydroxide ions between electrodes. Key characteristics sought in AEMs include high ion conductivity and robust chemical and mechanical stability in alkaline. In this study, quaternized Poly(terphenyl piperidinium)/cellulose nanocrystals (qPTP/CNC) mixed matrix membrane was fabricated. The polymer matrix, PTP, was synthesized via super-acid polymerization, known for its excellent ion conductivity and alkaline durability. The qPTP/CNC membrane showed a dense and uniform morphology without significant voids or large aggregates at the polymer-nanoparticle interface. The qPTP/CNC membrane containing 2 wt% CNC demonstrated a high ion exchange capacity of 1.90 mmol/g, coupled with low water uptake (9.09%) and swelling ratio (5.56%). Additionally, the qPTP/CNC membrane showed significantly lower resistance and superior alkaline stability (384 hours at 50°C in 1 M KOH) compared to the commercial FAA-3-50 membrane. These results highlight the potential of hydrophilic additive CNC in enhancing ion conductivity and alkaline durability of ion exchange membranes.

1. Introduction
2. Materials and Methods
    2.1. Materials
    2.2. Synthesis of quaternized Poly(terphenylpiperidinium)
    2.3. Membrane preparation
    2.4. Characterization
3. Results and Discussion
4. Conclusions
Reference

• 심다혜(한국에너지기술연구원 수소연구단)
• 박현정(한국에너지기술연구원 수소연구단) | Young Park (Hydrogen Research Department, Korea Institute of Energy Research, Daejeon 34129, Republic of Korea)
• 최영우(한국에너지기술연구원 수소연구단) | Young-Woo Choi (Hydrogen Research Department, Korea Institute of Energy Research, Daejeon 34129, Republic of Korea)
• 박정태(연세대학교 디스플레이융합공학과) | Jung Tae Park (Department of Integrated Display Engineering, Yonsei University, Seoul 03722, Republic of Korea)
• 이재훈(한국에너지기술연구원 수소연구단) | Jae Hun Lee (Hydrogen Research Department, Korea Institute of Energy Research, Daejeon 34129, Republic of Korea) Corresponding author