폴리벤즈이미다졸(PBI)는 현재 상용 고분자들 중에서 가장 내열성이 좋은 이종고리화합물이다. 우수한 기계적, 화학적 물성 때문에 해당 고분자는 나노공학, 전기공학, 광학, 재료공학과 같은 분야 외에도 쓰임새가 다양하다. 본 연구는 폴리벤즈이미다졸 지지체를 제조하기 위하여 전기방사를 이용하였다. PBI 방사 용액의 용매로서 DMAc를 사용하였고, LiCl은 안정제로써 사용하였다. 또한 다양한 전기방사의 조건을 변화시킴에 따라 나타나는 모폴로지를 관찰하고자 하였다. 또한, DBX를 이용한 가교반응을 통하여 보다 화학적으로 강화된 필름을 제조하였다. 나노 섬유의 화학 구조와 성분은 FT-IR와 DSC를 통해 확인하였다. 전기방사 섬유의 모폴로지는 SEM을 통해 확인하였다.

전기방사를 사용하여 제조된 나노섬유의 활용은 필터분야, 보호 의류 분야, 에너지 저장기능분야 등 다양한 분야가 있다. 이에 본 연구에서는 우수한 물성을 가지는 polybenzimidazole을 이용하여 방사 용액의 농도, 인가 전압, 방사 거리, collector speed에 따라 방사를 진행하였고, 후처리 과정까지 연구해보았다. 각각의 변수에 따라 nanofiber의 형태, sheet의 기계적 물성 등의 특성을 평가하였으며, 분리막 분야에 적용 가능한 적합한 방사조건에 대하여 연구하였다.

다이아미노벤지딘(diaminobenzidine, DAB)과 이소프탈산(isophtalic acid, IPAc)으로부터 폴리벤지미다졸(PBI)을 합성한 후 이온교환기의 도입에 의해 양이온교환막을 제작하였다. 제조한 폴리벤지미다졸(PBI)의 FT-IR분석으로부터 시판의 PBI와 같은 피크를 보임을 확인하였다. 양이온교환기를 도입하지 않은 PBI 필름의 이온 전도도는 0.1~0.9×102 S/cm를 나타냈다. 이온교환기를 도입하여 제작한 SPBI 양이온교환막의 이온전도도는 3.7~4.7×102 S/cm을 보였고, Nafion117의 2.0×102 S/cm보다 높은 값을 보였다.

기존 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 단점을 극복하기 위해 고체전해질 알카라인연료전지(SAMFC)가 근래에 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 술폰화 폴리벤지이미다졸(PBI) 유도체를 이용하여 SAMFC용 막을 제조하였다. 술폰화 폴리벤지이미다졸 유도체는 KOH에 의해 쉽게 도핑되고 도핑된 막은 높은 OH-의 전도도와 기계적 강도를 보였다. 특히 sPBI-co-PBI (술폰화 PBI : 비술폰화 PBI = 75 : 25)의 경우, 90℃ 100% 상대습도 하에서 2.98 × 10 -2 S/cm의 높은 OH-의 전도도를 보였다.