선택적 산소 투과 가능 다공성 고분자가 기능화된 그리드 형태로 정렬된 단분자 혼합방사형 나노섬유 멤브레인 및 그 제조방법

Abstract

본 발명은 산소를 선택적으로 투과시키며 산소 이외의 불순물 (이산화탄소, 수분 등)은 배제하여 투과시키는 선택적 산소 투과 멤브레인의 개발과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 고분자를 멤브레인과 강하게 결착시키기 위해 고분자의 시작 물질이 되는 단분자와 멤브레인의 고분자를 혼합한 복합 방사용액을 제조하였다. 또한 절연 블록 전기방사 장비를 이용하여 전기장을 변형시킴으로써 전기방사 제트의 움직임을 한 방향으로 제한하는 방법을 적용하였으며 기판을 90도로 회전시키며 그리드형 나노섬유를 제작하였다. 이후 제작된 나노섬유에 Solvothermal 방법을 활용하여 온도와 압력을 가하면서 닫힌 시스템 안에서 다공성의 고분자가 인시투 성장이 이루어지도록 하여 산소 이외의 불순물의 투과는 억제하면서 선택적인 산소의 투과가 가능한 나노섬유 멤브레인을 제공한다. 특히, 종래의 기공도가 발달하지 않은 선형 고분자 막 기반의 산소투과막과 매우 차별되며, 단일축 형태 또는 그리드 형태로 정렬된 멤브레인과 이 위에 성장한 넓은 비표면적과 무수히 많은 초미세 기공을 가지는 무극성의 다공성 고분자는 산소와의 친화도가 높아 산소의 투과도를 극대화 시킬 뿐만 아니라 극성을 띄는 수분의 침투를 억제할 수 있다. 본 발명을 통해 불순물의 유입이 억제되고 선택적인 산소의 유입이 가능하게 됨으로써 이전에는 불가능했던 실제 공기에서의 리튬-공지 이차전지의 구동이 가능할 것으로 기대되며, 더 나아가 전기자동차에 적용될 경우 전기 자동차가 가솔린 자동차를 뛰어넘는 시스템으로 활용 가능하게 하는 중요한 기술이 될 것이라고 기대된다.