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KR20170112542A - 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20170112542A
KR20170112542A KR1020160039695A KR20160039695A KR20170112542A KR 20170112542 A KR20170112542 A KR 20170112542A KR 1020160039695 A KR1020160039695 A KR 1020160039695A KR 20160039695 A KR20160039695 A KR 20160039695A KR 20170112542 A KR20170112542 A KR 20170112542A
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catalyst layer
electrode
electrode catalyst
fuel cell
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KR1020160039695A
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김도영
김혁
최성호
이상우
민민규
김운조
박규리
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법{MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR POLYMER ELECTOLYTE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 막-전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 촉매층과 전해질막의 계면 접착이 우수하고, 성능이 우수한 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)란 전기화학반응에 의해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학 장치를 말한다. 현재까지 개발된 연료전지는 사용하는 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융 탄산염형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물형(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질형(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 메탄올형(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 등이 있다. 특히 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고 작동온도가 낮으며 빠르게 초기성능을 얻을 수 있는 장점이 있다. 초기에는 주로 우주용, 해저개발용으로 고분자 전해질 연료전지의 연구가 진행되었으나, 환경문제와 유가상승으로 인해 최근에는 가정용과 자동차의 전력 공급용으로 초점이 맞추어졌다.
연료전지의 성능을 높이기 위해서는 전극의 조성과 구조의 최적화가 이루어져야 한다. 특히 고분자 전해질 연료전지에서 성능을 좌우하는 중요 요소 중 하나는 막-전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)이다. 막-전극 접합체는 고체 고분자 전해질을 바탕으로 제조된 이온 전도성막(ion conducting membrane)과 이에 의하여 분리된 두 개의 전극들로 구성되며, 지지층 위에 기체 확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 형성되고 확산층 위에는 촉매층이 형성된다.
통상적으로 연료전지용 막-전극 접합체를 제작하는데 있어서, 막에 촉매층을 형성할 때에 막 표면에 촉매를 직접 도포하는 공정시, 막이 길이 및 두께 방향으로 늘어나는 등의 변형 문제가 있다. 또한, 이로 인하여, 막 표면에 균일한 두께와 우수한 품질의 촉매층을 제작하는 것이 어려운 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0037839호
본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체를 제작하는데 있어서 막에 촉매층을 형성할 때에 막의 변형 문제를 방지하여 균일한 두께의 촉매층을 제작하고, 촉매층과 막의 계면 접착이 우수하며 성능이 우수한 연료 전지용 막-전극 접합체 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은
기재 상에 코팅된 제1 전극 촉매층과 전해질막이 접하도록 한 후, 열과 압력을 가하여 상기 기재와 제1 전극 촉매층을 상기 전해질막의 일면에 부착하는 단계;
상기 전해질막의 다른 면에 제2 전극 촉매층 형성용 슬러리를 직접 코팅하여 제2 전극 촉매층을 형성하는 단계; 및
건조 후 기재를 제거하는 단계를 포함하는 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고분자 전해질막; 고분자 전해질막의 일 측에 구비되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 애노드 전극; 및 고분자 전해질막의 다른 측에 형성되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 캐소드 전극을 구비하고, 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법에 의해 형성되는 것인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체를 제공한다.
본 발명에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은 막 상에 직접 촉매층을 형성할 때에 막 표면이 팽창(swelling)하는 등의 막의 변형을 방지하여, 막 표면에 균일한 두께와 우수한 품질의 촉매층을 포함하는 막-전극 접합체를 제조할 수 있고, 촉매층과 막의 계면 접착이 우수하고 성능이 우수한 연료 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 탄화수소계 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 막 표면의 팽창(swelling) 현상 없이 균일한 두께로 전극 촉매층이 형성된 것을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에 건조 및 기재를 제거한 이후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1의 탄화수소계 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 발생하는 막 표면의 팽창(swelling) 현상을 촬영한 사진이다.
도4는 본 발명의 비교예 1에서 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에 건조 및 기재를 제거한 이후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 2의 Nafion211 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 발생하는 막 표면의 팽창(swelling) 현상을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조 공정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지의 한 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법은 기재 상에 코팅된 제1 전극 촉매층과 전해질막이 접하도록 한 후, 열과 압력을 가하여 상기 기재와 제1 전극 촉매층을 상기 전해질막의 일면에 부착하는 단계;
상기 전해질막의 다른 면에 제2 전극 촉매층 형성용 슬러리를 직접 코팅하여 제2 전극 촉매층을 형성하는 단계; 및
건조 후 상기 기재를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질막의 다른 면은 제1 전극 촉매층이 상기 전해질막의 일면에 부착된 면의 반대면을 의미한다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법은 상기 부착하는 단계 이후에, 기재를 제거하지 않는 것을 특징으로 한다. 이는 상기 부착하는 단계 이후에 수행되는 직접 코팅하는 단계에서, 막 상에 직접 전극 촉매층을 형성할 때에 막 표면이 팽창(swelling)하는 등의 막의 변형을 방지하기 위함이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 막-전극 접합체의 제조 방법은 기재(20) 상에 코팅된 제1 전극 촉매층(10)과 전해질막(30)이 접하도록 한 후, 열과 압력을 가하여 상기 기재와 제1 전극 촉매층을 상기 전해질막의 일면에 부착하는 단계; 상기 전해질막의 다른 면에 제2 전극 촉매층 형성용 슬러리를 직접 코팅하여 제2 전극 촉매층(10')을 형성하는 단계; 및 건조 후 제1 전극 촉매층이 코팅되어 있는 기재(20)를 상기 제1 전극 촉매층으로부터 제거하는 단계를 포함한다.
막에 촉매층을 형성하기 위하여 막 표면에 촉매를 직접 도포하는 공정시, 막이 길이 및 두께 방향으로 늘어나는 등의 변형 문제가 있다. 도 3 및 도 5에서는 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 발생하는 막 표면의 팽창(swelling)현상을 확인할 수 있다.
그러나, 상기 부착하는 단계 이후에 기재가 제거되지 않은 상태에서 직접 코팅단계를 수행하는 경우 상기 기재가 제거된 상태에서 직접 코팅단계를 수행하는 경우와 비교하여 현저히 막 표면의 변형현상을 방지할 수 있고, 균일한 두께의 전극 촉매층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 막 표면의 팽창(swelling)현상 없이 균일한 두께로 전극 촉매층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
상기 기재는 전극 촉매층을 물리적으로 지지하는 역할을 하고, 이러한 전극 기재로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)을 예로 들을 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서는, 기재로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 시트가 사용되었다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 플루오린 원자와 탄소 원자로 형성되는 플루오린화 탄소수지이다.
상기 전극 촉매층을 형성하는 조성물은 용매 및 촉매를 포함하며, 상기 용매는 증류수 및 알코올을 예로 들을 수 있고 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극 촉매층 조성물에서 촉매는 대표적인 예로 백금계 촉매를 사용할 수 있다. 상기 백금계 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 또는 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh 및 Ru로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속) 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 Pt, Pt/Ru, Pt/W, Pt/Ni, Pt/Sn, Pt/Mo, Pt/Pd, Pt/Fe, Pt/Cr, Pt/Co, Pt/Ru/W, Pt/Ru/Mo, Pt/Ru/V, Pt/Fe/Co, Pt/Ru/Rh/Ni 및 Pt/Ru/Sn/W으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
또한 이러한 금속 촉매는 금속 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 흑연, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 볼 또는 활성 탄소 등의 탄소계 물질을 사용할 수도 있고, 또는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소계 물질이 사용되고 있다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법에 있어서, 기재와 전극 촉매층을 전해질막의 일면에 부착하는 단계는, 온도 100℃ 내지 150℃, 압력 100 kgf/cm2 내지 160 kgf/cm2의 조건에서 수행될 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 완전한 부착이 이루어지지 않거나 지나친 압착으로 인해 연료의 확산이 어려운 문제점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법에 있어서, 전극 촉매층 형성용 슬러리를 상기 전해질막의 다른 면에 직접 코팅하는 단계에서 상기 코팅 공정은, 스프레이 코팅법, 바-코팅법, 잉크젯 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 수행 가능하다.
상기 직접 코팅하는 단계에 의하여 형성되는 제2 전극 촉매층은 두께가 5μm 내지 20μm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은 막 상에 상기 제2 촉매층을 형성할 때에 막 표면이 팽창(swelling)하는 등의 막의 변형을 방지하여, 상기 범위의 균일한 두께의 값을 만족하는 촉매층을 제작할 수 있다. 또한, 상기 촉매층은 막과의 계면 접착이 우수한 효과가 있다.
상기 직접 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에는 건조공정을 수행할 수 있으며, 건조는 30℃ 내지 150℃의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 다만, 건조조건은 제조환경이나 생산성 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있으며, 상기의 온도 범위 및 건조 시간에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에 건조 및 기재를 제거한 이후의 모습을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체는 고분자 전해질막; 고분자 전해질막의 일 측에 구비되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 애노드 전극; 및 고분자 전해질막의 다른 측에 형성되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 캐소드 전극을 구비하고, 본 발명에 따른 막-전극 접합체의 제조방법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 고분자 전해질막은 당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 탄화수소계 고분자를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 탄화수소계 고분자는 폴리설폰, 폴리폴리에테르설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리설포네이티드에테르케톤, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리포스파젠, 폴리비닐알콜, 폴리(페닐렌옥사이드), 및 폴리(페닐렌설파이드)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소계 고분자는 수소이온 교환기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄화수소계 고분자는 설폰산기, 인산기, 히드록시기 및 카르복실산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수소이온 교환기를 포함하는 고분자일 수 있다.
상기 수소이온 교환기는 상기 탄화수소계 고분자에 수소이온 전도성을 갖게 하는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소계 고분자는 브랜치된 술폰화 공중합체일 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소계 고분자는 친수성 블록과 소수성 블록을 포함하는 블록형 공중합체일 수 있다. 상기 블록형 공중합체란, 친수성 블록과 소수성 블록이 주쇄 구조를 형성하고 있는 공중합 양식의 것에 더하여, 한쪽의 블록이 주쇄 구조를 형성하고 다른 쪽의 블록이 측쇄 구조를 형성하고 있는 그래프트 중합의 공중합 양식의 공중합체를 포함하는 개념이다. 한편, 본 발명에서 사용되는 고분자는 상술한 블록형 공중합체에 한정되는 것은 아니고, 불소계 원소를 포함하는 고분자도 사용될 수 있다.
본 발명의 기체확산층은 분리막과 촉매층 사이에서 전류 전도체 역할을 하며 반응물인 가스와 생성물인 물의 통로가 된다. 따라서 가스확산층은 가스가 잘 통할 수 있도록 다공성 구조로 되어 있다.
기체확산층으로는 당 기술분야에서 사용되는 기체확산층이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 상기 기체확산층은 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기체확산층은 상기 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 포함하여 형성될 수 있다. 미세기공층은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 및 플러렌(C60)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP) 또는 스티렌-부타디엔고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 고분자 전해질 연료 전지는 도 7을 참조하면, 둘 이상의 막-전극 접합체, 및 상기 막-전극 접합체들 사이에 구비되는 분리막을 포함하는 스택(60); 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부(80); 및 산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제 공급부(70)를 포함한다.
연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 접합체와 분리막(Separator)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십개로 적층된 구조를 가진다. 구체적으로, 상기 스택은 본 발명의 막-전극 접합체를 둘 이상 포함하며, 막-전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에 이들 사이에는 분리막이 개재된다. 상기 분리막은 막-전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막-전극 접합체로 전달하는 역할을 한다.
상기 연료 공급부는 연료를 상기 스택으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료 탱크에 저장된 연료를 스택으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 상기 연료는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있고, 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올을 들 수 있다.
상기 산화제 공급부는 산소 또는 공기와 같은 산화제를 상기 스택으로 공급하는 역할을 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예는 당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
Tanaka사의 Pt/C 촉매 1g, Dupont사의 Nafion Dispersion 2g, 1-프로필알코올 7g, 소량의 물 및 글리세롤을 혼합하여 전극층 형성용 촉매잉크를 제조하였다.
상기 촉매잉크를 잉크젯 코팅 방식으로 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 시트에 도포 후 건조하여 촉매층을 PTFE시트에 코팅하였다. 이 때 도포량은 0.4㎎/cm2Pt 만큼 도포하였다.
탄화수소계 전해질막의 한 쪽 면에 상기 촉매층을 140℃에서 5분간 120kgf/cm2 압력을 가하여 부착하였다.
이 후 PTFE 시트를 제거하지 않고 전극층이 없는 다른 면의 상기 전해질막에 상기 촉매잉크를 잉크젯 코팅 방식으로 도포 후 건조하였다. 이 후 열과 압력을 가하여 붙인 전극층의 PTFE 시트를 제거하였다.
실시예 2
Nafion211 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
비교예 1
실시예 1과 같은 촉매잉크를 제조하여, PTFE시트에 코팅 후 탄화수소계 전해질막의 한 쪽 면에 전극층을 140℃에서 5분간 120kgf/cm2 압력을 가하여 부착하였다. 이 후 PTFE 시트를 제거하고 전극층이 없는 다른 면의 상기 전해질막에 상기 촉매잉크를 잉크젯 코팅방식으로 도포 후 건조하였다.
비교예 2
Nafion211 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 1에 따라 제조된 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 경우, 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 탄화수소계 전해질막에 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 막 표면의 팽창(swelling)현상 없이 균일한 두께의 전극 촉매층이 형성되었다.
상기 실시예 1에서 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에 건조를 한 후, 기재를 제거한 이후의 모습을 도 2에 나타내었다.
본 발명자는 Nafion211 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행한 실시예 2의 경우에도, 전극 촉매층을 직접 코팅하는 단계에서 막 표면의 팽창(swelling)현상 없이 균일한 두께의 전극 촉매층이 형성될 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따라 막-전극 접합체 제조시, 열과 압력을 가하여 전해질막의 일면에 제1 전극 촉매층을 부착 및 형성하는 단계 이후에 기재를 제거하지 않은 상태에서 코팅단계를 수행하는 경우, 막 표면이 균일하고 우수한 품질의 촉매층을 제작함이 가능하다.
상기 실시예 1 및 실시예 2와 달리, 전해질막에 제1 전극 촉매층을 형성한 후에 기재를 제거한 비교예 1 및 비교예 2의 경우에는, 도 3 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 막 표면의 팽창(swelling)현상이 관찰되었다.
상기 비교예 1에서 코팅하는 단계에 의하여 제2 전극 촉매층을 형성한 후에 건조를 수행하고, 기재를 제거한 이후의 모습을 도 4에 나타내었다.
10: 제1 전극 촉매층
10': 제2 전극 촉매층
20: 기재
30: 전해질막
60: 스택
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료 탱크
82: 펌프

Claims (7)

  1. 기재 상에 코팅된 제1 전극 촉매층과 전해질막이 접하도록 한 후, 열과 압력을 가하여 상기 기재와 제1 전극 촉매층을 상기 전해질막의 일면에 부착하는 단계;
    상기 전해질막의 다른 면에 제2 전극 촉매층 형성용 슬러리를 직접 코팅하여 제2 전극 촉매층을 형성하는 단계; 및
    건조 후 상기 기재를 제거하는 단계를 포함하는 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재와 제1 전극 촉매층을 상기 전해질막의 일면에 부착하는 단계는, 온도 100℃ 내지 150℃, 압력 100 kgf/cm2 내지 160 kgf/cm2의 조건에서 수행되는 것인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극 촉매층은 두께가 5μm 내지 20μm인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조는 30℃ 내지 150℃의 온도에서 수행되는 것인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조는 30분 내지 3시간 동안 수행되는 것인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 제조 방법.
  6. 고분자 전해질막;
    고분자 전해질막의 일 측에 구비되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 애노드 전극; 및
    고분자 전해질막의 다른 측에 형성되고, 전극 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 캐소드 전극을 구비하고,
    청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 형성되는 것인 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체.
  7. 둘 이상의 청구항 6의 막-전극 접합체 및 상기 막-전극 접합체들 사이에 구비되는 분리막을 포함하는 스택;
    연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및
    산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 고분자 전해질 연료 전지.
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WO2022065591A1 (ko) * 2020-09-23 2022-03-31 비나텍주식회사 전극 코팅층 형성을 위한 전극 슬러리 및 이를 이용한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법

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