본 연구에서는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 바이페닐(biphenyl), 7-브로모-1,1,1-트라이플루오로헵탄-2-온(7-Bromo- 1,1,1-trifluoroheptan-2-one)을 단량체로 사용하여 강산 촉매하에서 축합중합을 수행함으로써 가지형 구조의 이오노머 전구체 (BFBC7Br)를 합성하였다. 이후 4차 암모늄기로의 개질 반응을 통해 OH⁻ 이온 전달이 가능한 디벤조퓨란–바이페닐 기반 이 오노머(BFBN)를 제조하였다. 합성된 BFBN의 화학 구조, 분자량 및 열적 특성을 분석하였으며, 용액 캐스팅(solution casting) 공법을 이용하여 BFBN 막을 제조하고 그 수화 거동 특성을 평가하였다. 또한 기계적 물성과 이온전도도를 PiperION 막과 비교함으로써 구조적 차이에 따른 성능 특성을 분석하였다. 그 결과, BFBN 막은 PiperION 대비 유연한 알킬 측쇄의 도입으 로 인해 변형 수용성(연신율)이 향상되었으며, 가지형 구조가 형성하는 친수/소수 영역의 미세상 분리 효과로 인해 우수한 OH⁻ 이온 전도도를 나타내었다.

재생에너지의 빠른 확산과 함께 수소에너지는 지속 가능한 산업을 위한 대안으로 점차 주목받고 있으며, 특히 넷 제로(Net-Zero) 탄소 배출 달성에 핵심적인 에너지원으로 인식되고 있다. 수소 생산 기술 중 수전해는 고순도의 그린 수소를 생성할 수 있는 방법으로, 이 중 알칼라인 수전해는 저비용 소재 활용과 대규모 상용화 가능성 측면에서 유망한 기술로 주목 받고 있다. 전형적인 알칼라인 수전해 시스템은 전극, 액상 KOH 전해질, 그리고 다공성 분리막으로 구성되며, 분리막은 이온 전달뿐만 아니라 전극 간 물리적 분리와 수소/산소 크로스오버 억제 기능을 동시에 수행하는 핵심 요소이다. 최근에는 고분 자/KOH/H2O로 이루어진 3상 구조를 활용하는 이온 솔베이팅 분리막이 기존 다공성 격막의 가압/차압 운전의 어려움과 수소 차단성 한계를 극복할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 본 리뷰에서는 다양한 이온 솔베이팅 분리막 고분자 시스템의 연구 진전을 정리하고, 이들의 분자 설계 전략, 성능 특성 및 평가 방법을 소개한다. 마지막으로 차세대 알칼라인 수전해 전해질막 개발을 위한 남은 과제와 향후 연구 방향을 논의한다.

본 연구에서는 상용 폴리염화비닐을 개질하여 두 종류의 PVC 기반 이온교환용 고분자를 성공적으로 제조하였다. 이후 개질된 두 이온교환 고분자를 활용한 전기방사 공정과 열 압착 공정을 거쳐 2차원 계면(2D-PVC-BPM)과 3차원 접합부 (3D-PVC-BPM)를 갖는 바이폴라막(BPM)을 제조하였다. 제조된 3D-PVC-BPM은 2D-PVC-BPM에 비해 우수한 물 분해 효율 및 안정성을 보였다. 구체적으로, 300 mA cm-2의 고전류 밀도에서 3D-PVC-BPM은 2D-PVC-BPM가 나타낸 전위보다 4.4 V 낮은 8.05 V의 막 전위를 나타냈다. 더욱이, PVC 주쇄가 가진 내화학성 덕분에 3D-PVC-BPM은 가혹한 조건에서도 높은 화 학적 안정성을 보였고, 이는 4 M H2SO4 및 4 M NaOH 용액에 28일간 침지한 후 관측된 질량 손실이 각각 2.8%와 2.1%에 그친 것을 통해 입증되었다. 끝으로, 3차원 접합부가 3D-PVC-BPM에 맞물림(interlocking) 효과와 넓은 계면면적을 제공해준 덕분에 3D-PVC-BPM의 인장 강도는 36 MPa를 초과했고 신장률 또한 약 50%에 이르는 등 우수한 기계적 물성을 나타냈다.