KR101072828B1 - Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell - Google Patents

Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR101072828B1
KR101072828B1 KR1020070001566A KR20070001566A KR101072828B1 KR 101072828 B1 KR101072828 B1 KR 101072828B1 KR 1020070001566 A KR1020070001566 A KR 1020070001566A KR 20070001566 A KR20070001566 A KR 20070001566A KR 101072828 B1 KR101072828 B1 KR 101072828B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
membrane
protective film
electrolyte membrane
electrode assembly
Prior art date
Application number
KR1020070001566A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080064543A (en
Inventor
최영일
이원호
정하철
노태근
이상우
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020070001566A priority Critical patent/KR101072828B1/en
Publication of KR20080064543A publication Critical patent/KR20080064543A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101072828B1 publication Critical patent/KR101072828B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치는, 전해질막 공급장치; 제1 및 제2 보호필름 공급장치; 제 1 및 제 2 전극 공급장치; 제1 및 제2 제단장치; 보호필름 접합장치; 항온항습 조절장치; 전극 접합장치; 절단장치;를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치에 따르면, 막-전극 접합체의 제조 공정을 자동화하여 막-전극 접합체를 연속으로 제조함으로써 생산성을 향상시키고, 제조되는 막-전극 접합체의 성능을 획일화하여 성능 편차를 최소화할 수 있으며, 제조 공정 중 발생할 수 있는 결함 등의 성능 저하 요인을 제거함으로써 막-전극 접합체의 성능을 향상시킬 수 있다.

Figure R1020070001566

연료전지, 막-전극 접합체, 전해질막, 보호필름, 전극, 항온항습장치

The present invention relates to a continuous production apparatus for a fuel cell membrane-electrode assembly. The continuous production apparatus of the membrane-electrode assembly for fuel cells of the present invention includes an electrolyte membrane supply apparatus; First and second protective film supply apparatus; First and second electrode supplies; First and second altars; Protective film bonding apparatus; Constant temperature and humidity control device; Electrode bonding apparatus; It comprises a cutting device. According to the continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly for fuel cell of the present invention, the production process of the membrane-electrode assembly is automated to continuously manufacture the membrane-electrode assembly, thereby improving productivity and improving the performance of the membrane-electrode assembly manufactured. Performance variation can be minimized, and the performance of the membrane-electrode assembly can be improved by eliminating performance degradation factors such as defects that may occur during the manufacturing process.

Figure R1020070001566

Fuel cell, membrane-electrode assembly, electrolyte membrane, protective film, electrode, thermo-hygrostat

Description

연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치{Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell}Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of electricity generation of the fuel cell.

도 2는 일반적인 연료전지용 막-전극 접합체의 분해도이다.2 is an exploded view of a membrane-electrode assembly for a typical fuel cell.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing a continuous manufacturing apparatus of a fuel cell membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치에 관한 것으로, 연료전지의 막-전극 접합체의 제조 공정을 자동화하여 막-전극 접합체를 연속으로 제조함으로써 생산성을 향상시키고, 제조되는 막-전극 접합체의 성능을 획일화하여 성능 편차를 최소화할 수 있는 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치에 관한 것 이다. The present invention relates to a continuous manufacturing apparatus of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, and to improve the productivity by continuously manufacturing the membrane-electrode assembly by automating the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of a fuel cell, the membrane-electrode assembly manufactured The present invention relates to a continuous manufacturing apparatus of a membrane-electrode assembly for fuel cells, which can minimize the performance deviation by uniformizing the performance of the same.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다. Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of the alternative energy sources, the fuel cell is particularly attracting attention due to its advantages such as high efficiency, no pollutants such as NO x and SO x , and abundant fuel used.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts chemical reaction energy of a fuel and an oxidant into electrical energy. Hydrogen, a hydrocarbon such as methanol, butane, and the like are typically used as an oxidant.

연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막-전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막과 전해질막 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1 및 반응식 1(수소를 연료로 사용한 경우의 연료전지의 반응식)을 참조하면, 애노드전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드전극으로 이동하며, 캐소드전극에서는 산소(산화제)와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다. In a fuel cell, the most basic unit for generating electricity is a membrane-electrode assembly (MEA), which consists of an electrolyte membrane and an anode and a cathode electrode formed on both sides of the electrolyte membrane. Referring to FIG. 1 and Reaction Formula 1 (Reaction formula of a fuel cell when hydrogen is used as a fuel) showing the electricity generation principle of a fuel cell, an oxidation reaction of a fuel occurs at an anode electrode, and hydrogen ions and electrons are generated. The electrolyte moves through the electrolyte membrane to the cathode electrode, where water is generated by the reaction of oxygen (oxidant) and hydrogen ions and electrons transferred through the electrolyte membrane. This reaction causes the movement of electrons in the external circuit.

애노드전극: H2 → 2H++2e- The anode: H 2 → 2H + + 2e -

캐소드전극: 1/2O2+2H++2e- → H2O Cathode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O

전체 반응식: H2+1/2O2 → H2OTotal Reaction Formula: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O

현재, 막-전극 접합체의 제조 공정은 전해질 막 양면으로 막을 보호하는 보호필름을 접착한 후 촉매층이 도포된 애노드전극(연료극)과 캐소드전극(공기극)을 열간 압착함으로써 생산하고 있다. 이와 같은 공정은 각 부품을 단계별로 나누어 제조하고, 수작업으로 진행하기 때문에 비연속성을 갖게 된다. 또한 수작업시에 발생하는 작업 오차로 인하여 성능을 획일화하기가 어렵다. 이와 같이 비연속적인 제조 공정은 낮은 생산 속도를 가질 뿐만 아니라, 성능을 좌우하는 인자들을 제어하는데 큰 어려움이 수반된다.At present, the manufacturing process of the membrane-electrode assembly is produced by hot pressing the anode electrode (fuel electrode) and the cathode electrode (air electrode) to which the catalyst layer is applied after adhering a protective film protecting the membrane on both sides of the electrolyte membrane. Such a process has a discontinuity because each part is manufactured in stages and manufactured by hand. In addition, it is difficult to uniformize performance due to work errors occurring during manual operation. This discontinuous manufacturing process not only has a low production rate, but also entails great difficulty in controlling the factors that influence performance.

기존 보호필름의 접합 방식은 전해질 막을 사이에 두고 양단에 보호필름을 수작업으로 절단 및 접착하게 되는데 이때 보호필름과 전해질 막 사이에 기포가 자리한 상태로 접합하게 된다. 그리고, 보호필름을 다루는 동안 전해질 막은 다량의 수분을 흡습하게 되어 주름이 발생하게 된다. 이 같은 현상은 전극층인 애노드전극 및 캐소드전극의 접합시 결함으로 작용하고 있으며, 작업 중 사용자에 의한 전해질 막의 오염을 유발시키기도 한다.In the conventional method of bonding the protective film, the protective film is manually cut and adhered to both ends with the electrolyte membrane interposed therebetween, in which the bubble is placed between the protective film and the electrolyte membrane. In addition, the electrolyte membrane absorbs a large amount of moisture while handling the protective film, thereby causing wrinkles. This phenomenon acts as a defect in joining the anode electrode and the cathode electrode as the electrode layer, and may cause contamination of the electrolyte membrane by the user during the operation.

전극층인 애노드 및 캐소드전극의 접합에는 평판형 열간 압착기가 사용되고 있다. 보통 평판은 열에 의한 변형이 발생하여 평편도가 낮아지며 결과적으로 전극층이 받게 되는 압력의 분포가 고르지 못하게 된다. 일반적으로 평판형 열간 압착기의 사용에서는 압력을 받는 면적이 커지게 될수록 압력의 분포는 불량해 진다.　 압력의 편중은 일부 구간에 과도한 압력을 발생시키고, 이에 따라서 전해질 막과 전극층 간의 접촉 정도가 불량한 상태로 이어짐으로써 막-전극 접합체의 성능에 큰 영향을 미친다. A flat plate type hot press is used to join the anode and the cathode as the electrode layers. Usually, the flat plate is deformed by heat, resulting in low flatness, resulting in an uneven distribution of pressure on the electrode layer. In general, in the use of a flat plate hot press, the larger the area under pressure, the poorer the pressure distribution becomes. The pressure bias generates excessive pressure in some sections, and thus, the contact degree between the electrolyte membrane and the electrode layer is in a bad state, which greatly affects the performance of the membrane-electrode assembly.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하려는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.Therefore, efforts to solve such problems have been made steadily in the related field, and the present invention has been devised under such technical background.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연료전지의 막-전극 접합체의 제조 공정을 자동화하여 막-전극 접합체를 연속으로 제조함으로써 생산성을 향상시키고, 제조되는 막-전극 접합체의 성능을 획일화하여 성능 편차를 최소화함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the productivity by continuously manufacturing the membrane-electrode assembly by automating the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of the fuel cell. In order to minimize the performance variation by uniformizing the performance of the membrane-electrode assembly to be manufactured, and an object of the present invention is to provide a continuous manufacturing apparatus of a membrane-electrode assembly for a fuel cell that can achieve such a technical problem.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 전해질막, 상기 전해질막 양면에 접착된 애노드전극 및 캐소드전극, 그리고 전해질막의 양면을 보호하기 위해 그에 접착된 보호필름을 포함하는 막-전극 접합체를 연속적으로 제조하기 위한 막-전극 접합체의 연속제조장치에 있어서, 상기 전해질막을 연속 공급하는 전해질막 공급장치; 상기 보호필름을 연속 공급하는 제1 및 제2 보호필름 공급장치; 각각 상기 애노드전극 및 캐소드전극을 연속 공급하는 제 1 및 제 2 전극 공급장치; 상기 제1 및 제 2 보호필름 공급장치로부터 각각 보호필름을 공급 받 아 상기 보호필름 중 상기 전해질막에서 전극이 접착되는 부분에 대응하는 영역을 오려내는 제 1 및 제2 제단장치; 상기 전해질막 공급장치로부터 전해질막을 공급 받고, 상기 전해질막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 보호필름 제단장치로부터 제단된 보호필름들을 공급 받아, 상기 보호필름들을 상기 전해질막 양면에 접합시키는 보호필름 접합장치; 상기 보호필름 접합장치로부터 보호필름이 접합된 전해질막을 공급 받아, 상기 전해질막의 흡습 상태를 조절하는 항온항습 조절장치; 상기 항온항습 조절장치로부터 보호필름이 접합된 전해질막을 공급 받고, 상기 보호필름이 접합된 전해질막을 사이에 두고 상기 제1 및 제 2 전극 공급장치로부터 각각 애노드전극 및 캐소드전극을 공급 받아, 상기 보호필름이 접합된 전해질막 양면에 각각 상기 전극들이 마주하도록 접합시키는 전극 접합장치; 및 상기 전극 접합장치로부터 상기 전해질막에 전극 및 보호필름이 접합된 접합체를 공급 받아, 상기 접합체를 소정 크기로 절단하는 절단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치를 제공한다. In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, the present invention, a membrane electrode including an electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode bonded to both sides of the electrolyte membrane, and a protective film adhered thereto to protect both sides of the electrolyte membrane A continuous manufacturing apparatus of a membrane-electrode assembly for continuously manufacturing a conjugate, comprising: an electrolyte membrane supply apparatus for continuously supplying the electrolyte membrane; First and second protective film supply devices for continuously supplying the protective film; First and second electrode supply devices for continuously supplying the anode electrode and the cathode electrode, respectively; First and second cutting devices for receiving a protective film from the first and second protective film supply devices, respectively, to cut out a region corresponding to a portion of the protective film to which an electrode is bonded; Protective film bonding for receiving an electrolyte membrane from the electrolyte membrane supply device, receiving protective films cut from the first and second protective film cutting devices with the electrolyte membrane interposed therebetween, and bonding the protective films to both sides of the electrolyte membrane. Device; A constant temperature / humidity regulating device configured to receive an electrolyte membrane bonded with a protective film from the protective film bonding apparatus and to adjust a hygroscopic state of the electrolyte membrane; The electrolyte membrane bonded with the protective film is supplied from the constant temperature and humidity control device, and the anode and cathode electrodes are supplied from the first and second electrode supply devices, respectively, with the electrolyte membrane bonded with the protective film interposed therebetween. An electrode bonding apparatus for bonding the electrodes to both surfaces of the bonded electrolyte membrane so that the electrodes face each other; And a cutting device for receiving the bonded body in which the electrode and the protective film are bonded to the electrolyte membrane from the electrode bonding device, and cutting the bonded body into a predetermined size. do.

상기 막-전극 접합체의 연속 제조장치는 상기 접합체에 스텍 체결을 위한 구멍을 뚫는 천공 형성장치를 더 포함하여 이루어질 수 있다. The continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly may further include a perforation forming apparatus for drilling holes for fastening the stack in the assembly.

상기 막-전극 접합체의 연속제조장치는 천공 형성장치를 별도로 구비하지 않고, 상기 절단장치가 상기 접합체를 절단함과 동시에 상기 접합체에 스텍 체결을 위한 구멍을 뚫을 수 있도록 구성될 수 있다. The continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly may not be provided with a perforation forming apparatus separately, and may be configured such that the cutting device cuts the assembly and simultaneously drills a hole for stack fastening in the assembly.

상기 보호필름 접합장치는 압력을 가하여 보호필름을 전해질막에 접합시킬 수 있는 압착기를 포함하여 이루어질 수 있다. The protective film bonding apparatus may be made of a pressing machine capable of bonding the protective film to the electrolyte membrane by applying pressure.

상기 전극 접합장치는 열 및 압력을 가하여 전극을 전해질막에 접합시키는 열간 압착기를 포함하여 이루어질 수 있다. The electrode bonding apparatus may include a hot presser for bonding the electrode to the electrolyte membrane by applying heat and pressure.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings to assist in understanding the present invention.

도 2는 일반적인 연료전지용 막-전극 접합체의 분해도이다. 2 is an exploded view of a membrane-electrode assembly for a typical fuel cell.

도 2에 도시된 바와 같이 연료전지용 막-전극 접합체는 전해질막(201)의 양면에 전극(애노드전극 및 캐소드전극)(205)이 형성되며, 전해질막(201) 중 전극(205)으로 덮이지 않는 부분에 보호필름(203)이 접착되어 이를 보호하게 된다. As shown in FIG. 2, in the fuel cell membrane-electrode assembly, electrodes (anode electrodes and cathode electrodes) 205 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 201 and are not covered by the electrodes 205 of the electrolyte membrane 201. The protective film 203 is attached to the portion that does not protect it.

본 발명은 이와 같은 연료전지용 막-전극 접합체를 연속으로 제조할 수 있는 연속제조장치에 관한 것으로, 본 발명의 막-전극 접합체의 연속제조장치는 전해질막 공급장치; 제1 및 제2 보호필름 공급장치; 제 1 및 제 2 전극 공급장치; 제 1 및 제2 제단장치); 보호필름 접합장치; 항온항습 조절장치; 전극 접합장치; 절단장치;를 포함하여 이루어진다. The present invention relates to a continuous production apparatus capable of continuously manufacturing such a fuel cell membrane-electrode assembly, the continuous production apparatus of the membrane-electrode assembly of the present invention includes an electrolyte membrane supply device; First and second protective film supply apparatus; First and second electrode supplies; First and second altars); Protective film bonding apparatus; Constant temperature and humidity control device; Electrode bonding apparatus; It comprises a cutting device.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 본 발명의 막-전극 접합체의 연속제조장치를 통해 막-전극 접합체가 제조되는 과정을 설명한다. 3 is a view schematically showing a continuous manufacturing apparatus of a fuel cell membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 3 will be described a process of manufacturing the membrane-electrode assembly through the continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly of the present invention.

먼저, 제1 및 제2 보호필름 공급장치(301, 302)로부터 보호필름(203)이 각각 제1 및 제2 제단장치(303, 304)로 공급되면, 제단장치(303, 304)는 보호필름(203)을 제단하여 전해질막(201) 중 전극이 형성되는 영역이 천공되도록 한다. 제1 및 제2 제단장치(303, 304)를 통해 제단된 보호필름(203)은 각각 전해질막 공급장 치(305)로부터 공급되는 전해질막(201)을 사이에 두고 양쪽으로 공급되며, 보호필름 접합장치(307)를 거치면서 보호필름(203)은 전해질막(201) 양면에 접합되게 된다. 보호필름(203)은 습도 및 고온에 취약한 전해질막(201)을 보호하기 위한 것이다.First, when the protective film 203 is supplied from the first and second protective film supply devices 301 and 302 to the first and second cutting device 303 and 304, respectively, the cutting device 303 and 304 is a protective film. The step 203 is cut to puncture a region in which the electrode is formed in the electrolyte membrane 201. The protective film 203 cut through the first and second cutting devices 303 and 304 is supplied to both sides with the electrolyte membrane 201 supplied from the electrolyte membrane supply device 305 therebetween, respectively. While passing through the bonding device 307, the protective film 203 is bonded to both sides of the electrolyte membrane 201. The protective film 203 is for protecting the electrolyte membrane 201 vulnerable to humidity and high temperature.

상기 공정에서, 전해질막(201)으로는 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 또는 염기가 바람직하게 사용될 수 있으며, 보호필름(203)으로는 폴리이미드, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌, 폴리페닐렌서파이드가 바람직하게 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 보호필름 접합장치(307)는 대표적으로 압력을 가하여 보호필름(203)을 전해질막(201)에 접합시킬 수 있는 압착기를 포함하여 이루어질 수 있다.In the above process, the electrolyte membrane 201 is a perfluorosulfonic acid polymer, a hydrocarbon polymer, a polyimide, a polyvinylidene fluoride, a polyether sulfone, a polyphenylene sulfide, a polyphenylene oxide, polyphosphazine, polyethylene naphthalate , Polyesters, doped polybenzimidazoles, polyetherketones, polysulfones, acids or bases thereof may be preferably used, and as the protective film 203, polyimide, polypropylene, or polyethylene, polyphenylene sulfide Can be preferably used. However, the present invention is not limited thereto. The protective film bonding apparatus 307 may typically be configured to include a compactor capable of bonding the protective film 203 to the electrolyte membrane 201 by applying pressure.

다음으로, 전해질막(201) 중 보호필름(203)을 덮지 않은 부분(즉 전극이 형성될 부분)은 외부 노출에 따라 흡습 현상이 일어나게 되어 주름이 발생할 수 있으므로, 항온항습 조건을 유지시켜 이를 방지하기 위하여 항온항습 조절장치(308)를 거치게 된다. 항온항습 장치의 구성은 대표적으로 챔버 형태의 공간 제약을 받는 구조 또는 별도의 구조물 없이 요구 습도를 조절할 수 있는 드라이 에어를 공급하는 구조일 수 있다. 본 장치에서는 공정의 자유도를 높이기 위해서 후자의 경우가 적합하다. Next, the portion of the electrolyte membrane 201 that does not cover the protective film 203 (that is, the portion where the electrode is to be formed) may occur due to the hygroscopic phenomenon due to external exposure, and wrinkles may occur, thereby maintaining a constant temperature and humidity condition to prevent this. In order to pass through the constant temperature and humidity control device (308). The configuration of the thermo-hygrostat device may be a structure that is typically space-constrained in the form of a chamber or a structure for supplying dry air capable of controlling the required humidity without a separate structure. In the present apparatus, the latter case is suitable for increasing the degree of freedom of the process.

다음으로, 항온항습 장치(308)를 거치게 되면, 제1 및 제2 전극 공급장치(309, 310)로부터 전해질막(201)을 사이에 두고 양면으로 전극(애노드전극 및 캐소드전극)(205)이 공급되고, 전극 접합장치(311)에 의해 전극(205)은 전해질막(201)의 양면에 접합된다. 상기 전극 접합장치(311)는 열 및 압력을 가하여 전극(205)을 전해질막(201)에 접합시키는 열간 압착기를 포함하여 이루어질 수 있다. 열간 압착기는 열원을 공급받는 평판 혹은 원통형 등의 장치의 조합으로 구성되며, 두 평판 혹은 원통형 장치의 사이로 압착 대상을 삽입하여 압력을 가하는 장치이다. 온도 및 압력은 장치의 간격 및 압력 센서, 온도 센서 등으로부터 수집된 정보에 따라 조절될 수 있다.Next, when passing through the constant temperature and humidity device 308, the electrode (anode electrode and cathode electrode) 205 from both the first and second electrode supply device (309, 310) with the electrolyte membrane 201 between the two sides. The electrode 205 is bonded to both surfaces of the electrolyte membrane 201 by the electrode bonding apparatus 311. The electrode bonding apparatus 311 may be configured to include a hot press for bonding the electrode 205 to the electrolyte membrane 201 by applying heat and pressure. The hot press is composed of a combination of a device such as a flat plate or a cylindrical receiving a heat source, and is a device for applying pressure by inserting a pressing object between the two flat or cylindrical device. The temperature and pressure can be adjusted according to the device's spacing and information collected from pressure sensors, temperature sensors and the like.

상기 전극(205)은 기체확산층 및 촉매층으로 이루어지며, 기체확산층은 대표적으로 탄소펠트, 탄소천 또는 탄소페이퍼와 같은 도전성 기재에 도전성 분말 및 불소계 수지를 포함하여 이루어지는 미세기공층을 형성하여 제조될 수 있으며, 전극은 미세기공층 위에 촉매층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 미세기공층에 사용되는 도전성 분말로는 흑연, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어 및 플러렌(C60) 등이, 불소계 수지로는 PTFE가 대표적이다. 촉매층에 사용되는 촉매로는 애노드전극에는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금이, 캐소드전극에는 백금 및 백금-전이금속 합금이 대표적이다. The electrode 205 is composed of a gas diffusion layer and a catalyst layer, the gas diffusion layer may be manufactured by forming a microporous layer comprising a conductive powder and a fluorine resin on a conductive substrate such as carbon felt, carbon cloth or carbon paper. The electrode may be manufactured by forming a catalyst layer on the microporous layer. Examples of the conductive powder used in the microporous layer include graphite, acetylene black, carbon black, cathodic black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanorings, carbon nanowires, and fullerenes. PTFE is typical as the fluorine resin (C60). Catalysts used in the catalyst layer include platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloys, platinum-osmium alloys, platinum-palladium alloys, and platinum-transition metal alloys for the anode, and platinum and platinum-transition metal alloys for the cathode. to be.

전극 접합장치(311)를 거쳐 전해질막(201) 양면에 전극(205) 및 보호필 름(203)이 접합된 접합체가 형성되면, 이를 각 단위별로 잘라 단위 막-전극 접합체로 제조한다. 단위 막-전극 접합체로 절단하기 전 또는 후에 막-전극 접합체를 스택 체결에 필요한 형상 및 크기를 갖도록 천공할 수 있으며, 이를 위하여 본 발명의 연속제조장치는 천공장치를 더 포함할 수 있다. 천공장치는 절단장치(313)와 별도로 구비될 수도 있으나, 상기 절단장치가 상기 접합체를 천공할 수 있도록 하여 절단 및 천공이 동시에 일어날 수 있도록 할 수도 있다. When the electrode 205 and the protective film 203 are bonded to both sides of the electrolyte membrane 201 through the electrode bonding apparatus 311 is formed, the cut to each unit to form a unit membrane-electrode assembly. The membrane-electrode assembly may be perforated to have a shape and size necessary for stack fastening before or after cutting into the unit membrane-electrode assembly. For this purpose, the continuous manufacturing apparatus of the present invention may further include a fabric mill. Although the punch mill may be provided separately from the cutting device 313, the cutting device may be able to puncture the bonded body so that cutting and punching may occur at the same time.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the exemplary embodiments described herein are only exemplary embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents and modifications that may substitute them at the time of the present application may be used. It should be understood that there may be.

본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체의 연속제조장치에 따르면, 막-전극 접합체의 제조 공정을 자동화하여 막-전극 접합체를 연속으로 제조함으로써 생산성을 향상시키고, 제조되는 막-전극 접합체의 성능을 획일화하여 성능 편차를 최소화할 수 있으며, 제조 공정 중 발생할 수 있는 결함 등의 성능 저하 요인을 제거함으로써 막-전극 접합체의 성능을 향상시킬 수 있다. According to the continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly for fuel cell of the present invention, the production process of the membrane-electrode assembly is automated to continuously manufacture the membrane-electrode assembly, thereby improving productivity and improving the performance of the membrane-electrode assembly manufactured. Performance variation can be minimized, and the performance of the membrane-electrode assembly can be improved by eliminating performance degradation factors such as defects that may occur during the manufacturing process.

Claims (5)

전해질막, 상기 전해질막 양면에 접착된 애노드전극 및 캐소드전극, 그리고 전해질막의 양면을 보호하기 위해 그에 접착된 보호필름을 포함하는 막-전극 접합체를 연속적으로 제조하기 위한 막-전극 접합체의 연속제조장치에 있어서, Continuous production apparatus of a membrane-electrode assembly for continuously manufacturing a membrane-electrode assembly comprising an electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode bonded to both sides of the electrolyte membrane, and a protective film adhered thereto to protect both sides of the electrolyte membrane To 상기 전해질막을 연속 공급하는 전해질막 공급장치;An electrolyte membrane supply device for continuously supplying the electrolyte membrane; 상기 보호필름을 연속 공급하는 제1 및 제2 보호필름 공급장치;First and second protective film supply devices for continuously supplying the protective film; 각각 상기 애노드전극 및 캐소드전극을 연속 공급하는 제1 및 제 2 전극 공급장치;First and second electrode supply devices for continuously supplying the anode electrode and the cathode electrode, respectively; 상기 제1 및 제 2 보호필름 공급장치로부터 각각 보호필름을 공급 받아 상기 보호필름 중 상기 전해질막에서 전극이 접착되는 부분에 대응하는 영역을 오려내는 제1 및 제2 제단장치;First and second cutting devices for receiving a protective film from the first and second protective film supply devices, respectively, to cut out a region corresponding to a portion of the protective film to which an electrode is bonded; 상기 전해질막 공급장치로부터 전해질막을 공급 받고, 상기 전해질막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 보호필름 제단장치로부터 제단된 보호필름들을 공급 받아, 상기 보호필름들을 상기 전해질막 양면에 접합시키는 보호필름 접합장치;Protective film bonding for receiving an electrolyte membrane from the electrolyte membrane supply device, receiving protective films cut from the first and second protective film cutting devices with the electrolyte membrane interposed therebetween, and bonding the protective films to both sides of the electrolyte membrane. Device; 상기 보호필름 접합장치로부터 보호필름이 접합된 전해질막을 공급 받아, 상기 전해질막의 흡습 상태를 조절하는 항온항습 조절장치; A constant temperature / humidity regulating device configured to receive an electrolyte membrane bonded with a protective film from the protective film bonding apparatus and to adjust a hygroscopic state of the electrolyte membrane; 상기 항온항습 조절장치로부터 보호필름이 접합된 전해질막을 공급 받고, 상기 보호필름이 접합된 전해질막을 사이에 두고 상기 제1 및 제 2 전극 공급장치로부터 각각 애노드전극 및 캐소드전극을 공급 받아, 상기 보호필름이 접합된 전해질막 양면에 각각 상기 전극들이 마주하도록 접합시키는 전극 접합장치; 및The electrolyte membrane bonded with the protective film is supplied from the constant temperature and humidity control device, and the anode and cathode electrodes are supplied from the first and second electrode supply devices, respectively, with the electrolyte membrane bonded with the protective film interposed therebetween. An electrode bonding apparatus for bonding the electrodes to both surfaces of the bonded electrolyte membrane to face each other; And 상기 전극 접합장치로부터 상기 전해질막에 전극 및 보호필름이 접합된 접합체를 공급 받아, 상기 접합체를 미리 정해진 크기로 절단하는 절단장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치.And a cutting device for receiving the bonded body in which the electrode and the protective film are bonded to the electrolyte membrane from the electrode bonding apparatus, and cutting the bonded body into a predetermined size. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 막-전극 접합체의 연속 제조장치는 상기 접합체에 스텍 체결을 위한 구멍을 뚫는 천공 형성장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치.The apparatus for continuously manufacturing the membrane-electrode assembly may further include a perforation forming apparatus for drilling a hole for stack coupling in the assembly. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절단장치는 상기 접합체를 절단함과 동시에 상기 접합체에 스텍 체결을 위한 구멍을 뚫도록 구성된 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치.The cutting device is a continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly, characterized in that the cutting at the same time and to puncture a hole for stack fastening in the junction. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 보호필름 접합장치는 압력을 가하여 보호필름을 전해질막에 접합시킬 수 있는 압착기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치.The protective film bonding apparatus is a continuous manufacturing apparatus of the membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises a pressing machine for bonding the protective film to the electrolyte membrane by applying pressure. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전극 접합장치는 열 및 압력을 가하여 전극을 전해질막에 접합시키는 열간 압착기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체의 연속 제조장치.The electrode bonding apparatus comprises a hot pressing device for bonding the electrode to the electrolyte membrane by applying heat and pressure.
KR1020070001566A 2007-01-05 2007-01-05 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell KR101072828B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070001566A KR101072828B1 (en) 2007-01-05 2007-01-05 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070001566A KR101072828B1 (en) 2007-01-05 2007-01-05 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080064543A KR20080064543A (en) 2008-07-09
KR101072828B1 true KR101072828B1 (en) 2011-10-14

Family

ID=39815823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070001566A KR101072828B1 (en) 2007-01-05 2007-01-05 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101072828B1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100957368B1 (en) * 2008-04-11 2010-05-12 현대자동차주식회사 Apparatus for punching and joining MEA sheet for fuel cell
WO2010126506A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Fdi Energy, Inc. High-volume-manufacture fuel cell arrangement and method for production thereof
US20110135810A1 (en) * 2009-12-03 2011-06-09 Marina Yakovleva Finely deposited lithium metal powder
KR101371496B1 (en) * 2013-03-11 2014-03-10 기아자동차주식회사 Device for manufacturing fuel cell stack parts
CN108054414B (en) * 2018-01-24 2024-01-02 南通百应能源有限公司 Membrane electrode assembly hot rolling bonding cutting equipment
KR20230139078A (en) * 2022-03-25 2023-10-05 주식회사 동평기술 Apparatus for constant humidity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048386A (en) 1975-08-14 1977-09-13 Stamicarbon B.V. Process for making an electrochemical cell or battery, e.g. a fuel cell or fuel cell battery, and a cell or battery made by the process
US5290642A (en) 1990-09-11 1994-03-01 Alliedsignal Aerospace Method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell
KR100409042B1 (en) * 2001-02-24 2003-12-11 (주)퓨얼셀 파워 Membrane Electrode Assembly and method for producing the same
WO2004107483A2 (en) * 2003-05-28 2004-12-09 3M Innovative Properties Company Roll-good fuel cell fabrication processes, equipment, and articles produced from same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048386A (en) 1975-08-14 1977-09-13 Stamicarbon B.V. Process for making an electrochemical cell or battery, e.g. a fuel cell or fuel cell battery, and a cell or battery made by the process
US5290642A (en) 1990-09-11 1994-03-01 Alliedsignal Aerospace Method of fabricating a monolithic solid oxide fuel cell
KR100409042B1 (en) * 2001-02-24 2003-12-11 (주)퓨얼셀 파워 Membrane Electrode Assembly and method for producing the same
WO2004107483A2 (en) * 2003-05-28 2004-12-09 3M Innovative Properties Company Roll-good fuel cell fabrication processes, equipment, and articles produced from same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080064543A (en) 2008-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5326189B2 (en) Electrolyte membrane-electrode assembly and method for producing the same
KR101072828B1 (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
JP5695398B2 (en) Fuel cell stack fastening method
US8192895B2 (en) Membrane-membrane reinforcing member assembly, membrane-catalyst layer assembly, membrane-electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
US20100190084A1 (en) Single fuel cell
KR20110122915A (en) Membrane electrode assembly using catalyst layer forming powder, process for preparing the same, and fuel cell comprising the same
JP2006338943A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly
JP2005521564A (en) Adaptive cutting die apparatus for cutting fuel cell material layers
JP2006134611A (en) Manufacturing device and manufacturing method of junction
JP2008135295A (en) Gas diffusion layer element for solid polymer fuel cell, solid polymer fuel cell, and its manufacturing method
JP2008159320A (en) Membrane electrode assembly
EP2287955A2 (en) Method for manufacturing a polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte membrane type fuel cell
JP2009105009A (en) Fuel cell and manufacturing method for fuel cell
JP2004119065A (en) Manufacturing method of membrane electrode jointed assembly of solid polymer fuel cell
JP2008041348A (en) Polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2005222720A (en) Fuel cell
US7816049B2 (en) Direct liquid feed fuel cell
JP2015079639A (en) Electrolyte membrane/electrode structure
JP5619841B2 (en) Method for producing polymer electrolyte fuel cell
JP2013109950A (en) Manufacturing method for membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
JP2009004384A (en) Manufacturing method of membrane electrode assembly of polymer electrolyte fuel cell
JP2004296216A (en) Manufacturing method of membrane electrode jointed body of solid polymer fuel cell
JP2006338941A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly
JP2009043688A (en) Fuel cell
JP2006338942A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly, and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140924

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150923

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 9