KR20080035293A - Electrode, membrane-electrode assembly for fuel cell, fuel cell, and method for preparing the same - Google Patents

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조규호
권준희
서애리
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Abstract

An electrode for a fuel cell, a method for preparing the electrode, a method for preparing a membrane electrode assembly by using the electrode, and a fuel cell containing the membrane electrode assembly are provided to promote the movement of the electricity generated at an electrode layer to the outside and to minimize the loss of a catalyst material. An electrode for a fuel cell comprises an active layer which comprises a catalyst material infiltrated in an electrically conductive porous polymer structure. Preferably the electrically conductive porous polymer structure has a membrane form having a thickness of 5-50 micrometers and comprises at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyacene and a composite polymer comprising the materials.

Description

연료전지용 전극, 막-전극 접합체, 연료전지 및 그 제조방법 {ELECTRODE, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL, FUEL CELL, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Electrode for fuel cell, membrane-electrode assembly, fuel cell and manufacturing method thereof {ELECTRODE, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL, FUEL CELL, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

도 1은 본 발명에 의해 제조된 고분자 전해질 연료전지의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a polymer electrolyte fuel cell manufactured according to the present invention.

도 2는 실시예1과 비교예 1에 의해 제조된 막 전극 접합체의 성능 그래프이다. 2 is a performance graph of the membrane electrode assembly prepared by Example 1 and Comparative Example 1.

본 발명은 연료전지에 사용되는 전극, 막 전극 접합체(Membrane-Electrode Assembly, MEA), 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코팅공정을 단순화하고, 촉매잉크의 손실을 최소화할 수 있는 전극, 막 전극 접합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode used in a fuel cell, a membrane-electrode assembly (MEA), a fuel cell, and a method of manufacturing the same. More specifically, the coating process can be simplified and the loss of catalyst ink can be minimized. An electrode, a membrane electrode assembly, and its manufacturing method are related.

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료 전지, 용융탄산염형 연료 전지, 고체 산화물형 연료 전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol and natural gas into electrical energy. Fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, polymer electrolyte or alkaline fuel cells, etc., depending on the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but differs in the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, and the like.

이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), which is being developed recently, has superior output characteristics compared to other fuel cells, has a low operating temperature, fast start-up and response characteristics, and is a mobile power source such as an automobile. Of course, it has a wide range of applications, such as distributed power supply for homes, public buildings and small power supply for electronic devices.

고분자 전해질 연료전지는 연료전지의 심장과 같은 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)와 발생된 전기를 집전하고 연료를 공급하는 bipolar plate의 연속적인 복합체로 구성된다. 여기서, 막 전극 접합체는 연료(메탄올 수용액 또는 수소)와 공기의 전기화학 촉매반응이 일어나는 전극과 수소이온의 전달이 일어나는 고분자막의 접합체를 의미한다. Polymer electrolyte fuel cells consist of a continuous composite of membrane electrode assemblies (MEAs), such as the heart of a fuel cell, and bipolar plates that collect and supply the generated electricity. Here, the membrane electrode assembly means a conjugate of an electrode in which an electrochemical catalytic reaction of fuel (aqueous methanol solution or hydrogen) and air occurs and a polymer membrane in which hydrogen ions are transferred.

연료전지에서의 전기화학 반응은 두 개의 개별적인 반응으로 이루어지는데, 연료극에서 일어나는 산화반응과 공기극에서 일어나는 환원반응이 그것이며, 연료극과 공기극은 전해질을 통해 분리되어 있다. 이 중에서 직접 메탄올 연료전지는 연료극으로 수소 대신에 메탄올과 물이 공급되며, 메탄올의 산화과정에서 생긴 수소이온이 고분자전해질을 따라 공기극으로 이동하며, 공기극으로 공급된 산소와 환원 반응을 하여 전기를 일으키게 된다. 이 때 일어나는 반응은 아래와 같다.The electrochemical reaction in a fuel cell consists of two separate reactions: the oxidation reaction at the anode and the reduction at the cathode. The anode and cathode are separated through the electrolyte. Methanol and water are supplied directly to the anode instead of hydrogen, and hydrogen ions generated during the oxidation of methanol move to the cathode along the polyelectrolyte and react with oxygen supplied to the cathode to generate electricity. do. The reaction that takes place is as follows.

연료극 : CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- Anode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e -

공기극 : 3/2O2 + 5H+ + 6e- → 3H2O Cathode: 3 / 2O 2 + 5H + + 6e - → 3H 2 O

전체반응 : CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 3H2OTotal reaction: CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 3H 2 O

직접메탄올 연료전지의 전극은 전형적인 확산전극(diffusion electrode)이다. 전극은 크게 두개의 층, 전극 확산층(전극 지지층)과 활성층(active layer)으로 이루어져 있다. 전극 확산층은 지지 및 연료확산의 역할을 담당하는 층으로, 탄소지(carbon paper)나 탄소천(carbon cloth)으로 이루어졌다. 활성층은 고분자전해질 막과 접하여 실질적인 전기 화학반응이 일어나는 층으로, 촉매인 백금입자가 탄소입자에 분산되어 있거나 백금 또는 합금 블랙(black)으로 구성된다. The electrodes of a direct methanol fuel cell are typical diffusion electrodes. The electrode consists of two layers, an electrode diffusion layer (electrode support layer) and an active layer. The electrode diffusion layer is a layer that plays a role of support and fuel diffusion, and is made of carbon paper or carbon cloth. The active layer is a layer in which substantial electrochemical reaction occurs in contact with the polymer electrolyte membrane, and platinum particles as catalysts are dispersed in carbon particles or are composed of platinum or alloy black.

직접 메탄올 연료전지 초기 개발단계의 전극은 확산층으로 사용되는 탄소지나 탄소천 위에 스프레이 등으로 Pt-black을 첨가하여 활성층을 형성하고 가온 압착방식을 이용하여 전해질막과 접착시켜 사용하였다. 그러나, 상기 방법으로는 활성층과 전해질막 간의 계면 저항이 커 구조가 효율적이지 못하고, 촉매 입자들이 확산층 사이로 파고들어가 반응에 참여하지 못하는 촉매가 상당히 많아 고가인 귀금속 촉매를 낭비하는 단점을 가지고 있었다. Electrode in the early stage of direct methanol fuel cell development was used by adding Pt-black to spray on carbon paper or carbon cloth used as diffusion layer to form an active layer and bonding it with electrolyte membrane by using heating compression method. However, the above method has a disadvantage in that the structure is not efficient because the interface resistance between the active layer and the electrolyte membrane is large, and catalyst catalysts penetrate into the diffusion layer and do not participate in the reaction.

상술한 문제점을 해결하기 위해 데칼공정(US 6,391,486)과 스퍼터증착(US 6,171,721)과 같이 전해질막에 촉매층을 직접 형성하는 방법들이 제안되었다.In order to solve the above problems, methods for directly forming a catalyst layer on an electrolyte membrane, such as a decal process (US 6,391,486) and sputter deposition (US 6,171,721), have been proposed.

그러나, 데칼공정은 활성층을 별도로 형성시킨 후 활성층을 전해질막과 접합 하여 사용하는 것이나, 접합시 전해질막의 유리전이온도 이상의 고온이 필요하여 별도의 전처리가 필요하게 되어 공정이 복잡해진다. 또, 별도로 형성시킨 활성층의 전사가 제대로 이루어지지 않는 단점을 가지고 있다.However, in the decal process, the active layer is formed separately, and then the active layer is bonded to the electrolyte membrane. However, the decal process requires a high temperature above the glass transition temperature of the electrolyte membrane and requires a separate pretreatment, which complicates the process. In addition, there is a disadvantage that the transfer of the active layer formed separately is not made properly.

스퍼터 증착은 촉매의 효율을 향상시킬 수는 있지만 Pt촉매의 결정(crystalline) 특성 때문에 1㎛ 이상의 두께에서는 박막(thin film)을 형성하여 양이온의 투과를 방해하게 된다. 따라서, 극소량의 촉매를 사용할 수 밖에 없고 결과적으로 낮은 출력밀도를 가진다. 또한 스퍼터증착은 일정수준 이상의 출력밀도를 얻을 수 없다는 단점이 있고, 반도체공정의 특성상 고 진공 영역에서 제조되어 생산단가가 높고 생산시간이 길어 대량생산에 적합하지 않다. Sputter deposition can improve the efficiency of the catalyst, but due to the crystalline characteristics of the Pt catalyst, a thin film is formed at a thickness of 1 μm or more, thereby preventing cation permeation. Therefore, only a very small amount of catalyst can be used, resulting in low power density. In addition, sputter deposition has a disadvantage in that it is impossible to obtain more than a certain level of output density. Due to the characteristics of the semiconductor process, it is manufactured in a high vacuum region, and thus is not suitable for mass production due to high production cost and long production time.

상기와 같이, 기존의 연료전지용 촉매는 촉매성분을 포함하는 촉매잉크를 프로톤 전도성 고분자막의 양면에 코팅하는 방법으로 막 전극 접합체를 제조하며, 대표적으로 스프레이 코팅 (Spray coating) 및 다이 코팅 (Die coating)이 주로 고려되고 있다. 스프레이 코팅은 막전극 접합체 제조시 촉매잉크의 손실문제 및 낮은 생산성의 문제를 가지고 있고, 다이 코팅은 촉매잉크의 손실은 상대적으로 양호하나, 코팅층의 불균일성이 문제로 대두되고 있다.As described above, the conventional fuel cell catalyst manufactures a membrane electrode assembly by coating a catalyst ink including a catalyst component on both sides of a proton conductive polymer membrane, and is typically spray coating and die coating. This is mainly considered. Spray coating has a problem of loss of catalyst ink and low productivity when manufacturing a membrane electrode assembly, and die coating has a relatively good loss of catalyst ink, but has a problem of non-uniformity of coating layer.

따라서, 현재의 막 전극 접합체 제조 기술은 코팅공정의 복잡성과 촉매잉크의 손실로 많은 문제점이 있어 이를 해결하는 방안이 필요하다. Therefore, current membrane electrode assembly manufacturing technology has a lot of problems due to the complexity of the coating process and the loss of the catalyst ink is required to solve the problem.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 촉매잉크를 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침한 후, 이를 확산층 또는 전해질 막에 접착하여 막 전 극 접합체를 제조함으로써, 복잡한 코팅 공정을 생략할 수 있으며, 또한 촉매잉크의 손실을 최소화할 수 있다는 것을 밝혀 내었다. 또한, 전기전도성 다공성 고분자 구조체의 사용에 의해 활성층에서의 전자이동을 촉진할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention is to impregnate the catalyst ink in the electroconductive porous polymer structure, and then adhered to the diffusion layer or the electrolyte membrane to prepare a membrane electrode assembly, a complex coating process can be omitted, It has also been found that the loss of catalyst ink can be minimized. In addition, it is possible to promote electron transfer in the active layer by using an electrically conductive porous polymer structure.

이에 본 발명은 촉매물질이 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 활성층을 포함하는 것이 특징인 연료전지용 전극, 상기 전극의 제조방법, 상기 전극을 구비한 막 전극 접합체, 상기 막 전극 접합체의 제조방법, 및 상기 막 전극 접합체를 구비한 연료전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention provides a fuel cell electrode, a method of manufacturing the electrode, a membrane electrode assembly having the electrode, a method of manufacturing the membrane electrode assembly, the catalyst material comprising an active layer impregnated in an electrically conductive porous polymer structure, And a fuel cell provided with the membrane electrode assembly.

본 발명은 촉매물질이 전기전도성을 갖는 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 활성층을 포함하는 것이 특징인 연료전지용 전극을 제공한다. The present invention provides an electrode for a fuel cell, characterized in that the catalytic material comprises an active layer impregnated in a porous polymer structure having electrical conductivity.

또한, 본 발명은 a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; 를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises a) preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; It provides a method for manufacturing an electrode for a fuel cell comprising a.

그리고, 본 발명은 상기의 전극이 전해질 막의 양면에 부착되어 있는 연료전지용 막 전극 접합체를 제공한다. The present invention also provides a fuel cell membrane electrode assembly in which the electrode is attached to both surfaces of the electrolyte membrane.

또한, 본 발명은 a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; c)촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 3단계; 를 포함하는 연료전지용 막 전극 접합체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises a) preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; c) a third step of adhering the catalyst-impregnated electrically conductive porous polymer structure to both sides of the hydrogen ion conductive polymer membrane; It provides a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a.

그리고, 본 발명은 a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; c)촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 확산층에 접착시키는 제 3단계; 및 d)상기 제 3단계에서 제조된 전극을 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 4단계; 를 포함하는 연료전지용 막 전극 접합체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; c) a third step of adhering the catalyst impregnated electroconductive porous polymer structure to the diffusion layer; And d) a fourth step of adhering the electrode prepared in the third step to both sides of the hydrogen ion conductive polymer film. It provides a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a.

또한, 본 발명은 상기의 막 전극 접합체를 구비한 연료전지를 제공한다. Moreover, this invention provides the fuel cell provided with said membrane electrode assembly.

이하 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 종래의 연료전지용 전극 및 막-전극 접합체의 제조공정에서 탄소지나 탄소천 등의 확산층, 또는 전해질 막 위에 촉매잉크를 스프레이 코팅 또는 다이코팅 등으로 코팅하여 활성층을 형성하는 대신에, 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침한 활성층을 제작하여 확산층 또는 전해질 막에 접착하는 방식으로 연료전지용 전극 및/또는 막-전극 접합체를 제조함으로써, 복잡한 코팅 공정을 생략하여 공정을 단순화함은 물론, 코팅공정에서 발생하는 촉매잉크의 손실을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다. 나아가 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 의한 전기 전도를 통해 활성층 내에서의 전기 전도성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, instead of forming an active layer by coating a catalyst ink on a diffusion layer such as carbon paper or carbon cloth, or an electrolyte membrane by spray coating or die coating, in the manufacturing process of a fuel cell electrode and a membrane-electrode assembly in the related art, By manufacturing an active layer impregnated with a catalyst ink in a porous polymer structure and adhering to a diffusion layer or an electrolyte membrane, a fuel cell electrode and / or a membrane-electrode assembly are manufactured, thereby simplifying the process by eliminating a complicated coating process and coating. Characterized in that the loss of the catalyst ink generated in the process can be minimized. Furthermore, it is characterized by improving the electrical conductivity in the active layer through electrical conduction by the electrically conductive porous polymer structure.

<연료전지용 전극><Fuel cell electrode>

본 발명의 연료전지용 전극은 촉매물질이 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 활성층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 활성층은 확산층과 접합되어 전극을 형성하며, 상기 전극과 전해질 막을 합착하여 막 전극 접합체(MEA)를 구성할 수 있다. The electrode for a fuel cell of the present invention is characterized in that it comprises an active layer in which a catalytic material is impregnated in an electrically conductive porous polymer structure, wherein the active layer is bonded to the diffusion layer to form an electrode, and the electrode and the electrolyte membrane are bonded to each other to form a membrane electrode assembly. (MEA) can be configured.

상기의 활성층에 사용되는 전기전도성 다공성 고분자 구조체는 전극 촉매와 이오노머를 지지하는 지지체의 역할을 하며, 따라서 종래의 전극에서 확산층이 촉매층의 지지체 역할을 하던 것을 대신할 수 있으므로, 확산층이 없이 전기전도성 다공성 고분자 구조체와 촉매만으로 구성된 전극의 구성도 가능하다. The electroconductive porous polymer structure used in the active layer serves as a support for supporting the electrode catalyst and ionomer, and thus can be used as a support for the catalyst layer in the conventional electrode, so that the electroconductive porous without the diffusion layer It is also possible to configure an electrode composed of only a polymer structure and a catalyst.

본 발명에서 상기의 다공성 고분자 구조체는 전기 전도성을 갖는 것일 수 있는데, 다공성 고분자 구조체가 전기 전도성을 가지는 경우, 전극층으로부터 외부로 전기가 원활하게 흐르는 것을 도울 수 있는 장점이 있다. 전기 전도성을 갖는 다공성 고분자 구조체의 비제한적인 예는 다공성 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리아세틸렌계, 폴리아센계 등이 있으며, 전기전도성을 유지하는 한 기타 유기 또는 무기 물질과 상기 물질의 복합고분자도 가능하다.In the present invention, the porous polymer structure may have electrical conductivity. When the porous polymer structure has electrical conductivity, there is an advantage that may help smoothly flow electricity from the electrode layer to the outside. Non-limiting examples of the porous polymer structure having electrical conductivity include porous polyaniline-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, polyacetylene-based, polyacene-based, and the like, and other organic or inorganic materials as long as they maintain electrical conductivity. Compound polymers are also possible.

상기의 전기전도성 다공성 고분자 구조체의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 유연성을 가지는 것이 바람직하며, 전기전도성 다공성 고분자 구조체가 유연성을 가지는 경우에는 촉매잉크의 함침 과정에서의 취급이 용이하며, 전해질막이나 확산층에 접합시에 접합이 보다 용이한 장점이 있고, 본 발명에서는 두께 5㎛ ~ 50㎛ 범위의 막 형태인 것이 바람직하며, 상기 두께 범위보다 얇은 경우 구조체의 강도가 너무 약하고, 두꺼운 경우 촉매잉크의 균일한 함침이 어려워지는 문제점이 있다. Although the form of the electrically conductive porous polymer structure is not particularly limited, it is preferable to have flexibility. When the electrically conductive porous polymer structure has flexibility, it is easy to handle the impregnation process of the catalyst ink, and it may be applied to the electrolyte membrane or the diffusion layer. In the case of joining, there is an advantage in that bonding is easier, and in the present invention, it is preferable to have a film form in the range of 5 μm to 50 μm in thickness. There is a problem that impregnation becomes difficult.

본 발명에서 전극에 포함되는 활성층은 전기전도성 다공성 고분자 구조체 내 에 촉매가 함침되어 있는 형태이며, 상기 전기전도성 다공성 고분자 구조체는 기공율 60 ~ 90 vol% 범위의 기공들을 가지고 있어, 촉매가 상기 기공 내부에 존재할 수 있으며, 전기전도성 다공성 고분자 구조체 전부의 기공을 채우거나, 또는 전기전도성 다공성 고분자 구조체 중 일부의 기공 내에만 존재하는 것일 수 있다. In the present invention, the active layer included in the electrode is a form in which the catalyst is impregnated in the electrically conductive porous polymer structure, the electrically conductive porous polymer structure has pores in the porosity range of 60 ~ 90 vol%, the catalyst inside the pores It may be present, or may be present in the pores of all of the electrically conductive porous polymer structure, or only present in the pores of some of the electrically conductive porous polymer structure.

또한, 상기의 촉매는 전기전도성 다공성 고분자 구조체의 기공 내부에 존재함은 물론, 전기전도성 다공성 고분자 구조체의 외부 표면에 층을 형성하여 존재할 수도 있으며, 이러한 촉매의 존재 위치 및 촉매의 함침량 등은 함침 방법 및 함침 조건(예를 들면, 함침 시간, 용매의 종류, 함침 온도, 촉매잉크의 고형분 농도 등)에 따라 조절될 수 있다. In addition, the catalyst may be present in the pores of the electrically conductive porous polymer structure, and may also exist by forming a layer on the outer surface of the electrically conductive porous polymer structure, and the presence of such a catalyst and the impregnation amount of the catalyst may be impregnated. It can be adjusted according to the method and impregnation conditions (eg, impregnation time, type of solvent, impregnation temperature, solid concentration of the catalyst ink, etc.).

본 발명에서 상기의 촉매물질은 연료전지의 산화/환원 전극에 사용될 수 있는 촉매물질로서 당업자에게 알려진 것이면 특별히 제한되지는 않으며, 백금 또는 백금 함유 합금이 될 수 있고, 그 비제한적인 예로는 Pt, Pt/Ru, Pt/Pd, Pt/Au, Pt/Ag, Pt/Ir, Pt/Rh, Pt/Os 등이 있다. In the present invention, the catalyst material is not particularly limited as long as it is known to those skilled in the art as a catalyst material that can be used for the oxidation / reduction electrode of the fuel cell, and may be platinum or a platinum-containing alloy, and non-limiting examples thereof include Pt, Pt / Ru, Pt / Pd, Pt / Au, Pt / Ag, Pt / Ir, Pt / Rh, Pt / Os and the like.

또한, 상기 촉매 물질은 촉매 물질의 입자만으로 되어 있는 형태, 또는 촉매 물질의 입자가 다른 담지체에 부착되어 있는 형태를 포함한다. In addition, the catalyst material includes a form in which only particles of the catalyst material are attached, or a form in which particles of the catalyst material are attached to other carriers.

본 발명에 의한 연료전지용 전극에는 확산층이 더 포함될 수 있으며, 이러한 확산층에는 탄소지, 탄소천 등이 사용될 수 있고, 반응물과 생성물이 충분히 확산되어 반응이 원활히 일어날 수 있도록 하는 역할을 한다.The electrode for a fuel cell according to the present invention may further include a diffusion layer, and carbon dioxide, carbon cloth, or the like may be used in the diffusion layer, and the reactants and the product may be sufficiently diffused to serve to smoothly react.

<연료전지용 전극의 제조방법><Method of manufacturing electrode for fuel cell>

본 발명의 연료전지용 전극의 제조방법은 종래의 연료전지용 전극의 제조방 법과 달리 코팅공정을 필요로 하지 않으므로, 종래의 제조 방법과는 달리 공정을 단순화할 수 있으며, 코팅공정에서 발생하는 촉매잉크의 손실을 최소화할 수 있는 것이 특징이다. 또한 전기전도성 다공성 구조체의 사용에 의해 활성층에서의 전기전도성 증대효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 방법은 촉매가 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 탄소지 등의 확산층에 접착하는 방법에 의할 수 있으며, 이 때, 접착의 방법은 당업자에게 알려진 방법, 예를 들면 가온압착 등의 방법에 의할 수 있다. 또한, 촉매가 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 확산층 등의 지지체에 접착하지 않고, 단독으로 전극으로 사용할 수도 있다. Since the manufacturing method of the electrode for a fuel cell of the present invention does not require a coating process unlike the manufacturing method of the electrode for a conventional fuel cell, unlike the conventional manufacturing method, the process can be simplified, and the catalyst ink generated in the coating process It is characterized by minimizing losses. In addition, it is possible to obtain an effect of increasing the conductivity in the active layer by using an electrically conductive porous structure. The method of the present invention may be based on a method of adhering an electroconductive porous polymer structure impregnated with a catalyst to a diffusion layer such as carbon paper. In this case, the method of adhesion may be performed by a method known to those skilled in the art, for example, a method of heating compression. You can. In addition, the electroconductive porous polymer structure impregnated with the catalyst may be used alone as an electrode without adhering to a support such as a diffusion layer.

본 발명에 의한 전극의 제조방법은 다음과 같이, Method for producing an electrode according to the present invention is as follows,

a) 촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; 및a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; And

b) 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure;

를 포함하는 것 일 수 있다. It may be to include.

상기의 분산용매는 촉매 잉크에 통상 사용되는 것으로서 당업자에게 알려진 것을 사용할 수 있으며, 그 비제한적인 예는 증류수, 에탄올, 이소프로필 알코올 등의 알코올 류 및 증류수와 알코올의 혼합물 등이 있다. As the dispersion solvent, those known to those skilled in the art can be used, which are commonly used in catalyst inks, and non-limiting examples thereof include alcohols such as distilled water, ethanol and isopropyl alcohol, and mixtures of distilled water and alcohol.

a)의 제 1단계에서는 상기 촉매, 이오노머, 및 분산용매를 균일하게 혼합하여 촉매잉크를 제조하며, 균일한 분산을 위하여 첨가제가 포함될 수도 있다. In the first step of a), the catalyst, ionomer, and dispersion solvent are uniformly mixed to prepare a catalyst ink, and additives may be included for uniform dispersion.

b)의 제 2단계에서는 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 상기 제 1단계에서 준비된 촉매잉크를 함침시키며, 함침의 방법은 촉매잉크가 담겨진 배스(bath)내로 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 담궈(dipping) 모세관력에 의해 기공 내로 촉매잉크가 침투해 들어가는 딥핑 방법을 사용하거나, 상기의 딥핑 방법을 사용하면서 촉매잉크의 침투를 촉진하기 위해 초음파를 가해주는 방법(sonification) 등이 사용될 수 있으며, 그 이외에도 당업자에게 알려진 방법들을 사용할 수 있다. In the second step of b), the electroconductive porous polymer structure is impregnated with the catalyst ink prepared in the first step, and the method of impregnation dipping the electroconductive porous polymer structure into a bath in which the catalyst ink is contained, capillary force By using a dipping method in which the catalyst ink penetrates into the pores, or by using an ultrasonic wave to accelerate the penetration of the catalyst ink while using the above dipping method (sonification), etc. may be used. Methods can be used.

한편, 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시킨 후에 이를 건조시켜 용매를 제거할 수도 있고, 전해질 막 또는 확산층과 접착한 후에 건조시켜 용매를 제거할 수도 있다. Meanwhile, after impregnating the catalyst ink in the porous polymer structure, it may be dried to remove the solvent, or may be dried after being adhered to the electrolyte membrane or the diffusion layer to remove the solvent.

<연료전지용 막 전극 접합체><Membrane Electrode Assembly for Fuel Cell>

본 발명에 의한 연료전지용 막 전극 접합체는 전술한 바와 같이 촉매물질이 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 활성층을 포함하는 전극이 전해질 막의 양면에 부착되어 연료극 및 공기극으로 작용하는 것이 특징이며, 이 때, 전해질 막과 상기 전극이 부착되어 있는 외면에 확산층이 추가로 부착되어 있는 형태일 수도 있으며, 확산층 없이 활성층만으로 전극이 구성되어 있는 것일 수도 있다. As described above, the membrane electrode assembly for a fuel cell according to the present invention is characterized in that an electrode including an active layer in which a catalytic material is impregnated in an electrically conductive porous polymer structure is attached to both surfaces of an electrolyte membrane and functions as a fuel electrode and an air electrode. In addition, the diffusion layer may be further attached to the outer surface to which the electrolyte membrane and the electrode are attached, or the electrode may be formed of only the active layer without the diffusion layer.

본 발명에 의한 연료전지용 막 전극 접합체에 사용될 수 있는 확산층에는 탄소지, 탄소천 등이 사용될 수 있고, 반응물과 생성물이 충분히 확산되어 반응이 원활히 일어날 수 있도록 하는 역할을 한다.Carbon paper, carbon cloth, and the like may be used for the diffusion layer that may be used in the membrane electrode assembly for fuel cell according to the present invention, and the reactants and the product may be sufficiently diffused to serve to smoothly react.

<막 전극 접합체의 제조방법><Method for Manufacturing Membrane Electrode Assembly>

본 발명에 의한 막 전극 접합체의 제조방법은 다음과 같이, Method for producing a membrane electrode assembly according to the present invention is as follows,

a) 촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent;

b) 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure;

c) 촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 3단계; 및 c) a third step of adhering the catalyst impregnated electrically conductive porous polymer structure to both sides of the hydrogen ion conductive polymer membrane; And

선택적으로, d)상기 제 3단계에서 제조된 막 접합체 외면에 확산층을 접착시키는 제 4단계; Optionally, d) a fourth step of adhering the diffusion layer to the outer surface of the membrane assembly prepared in the third step;

를 포함하는 것 일 수 있다. It may be to include.

본 발명에서는 상기의 촉매가 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 전해질 막의 양면에 접착하고, 이후 확산층을 그 외면에 접착시키는 방법을 사용할 수도 있으며, 반대로 촉매가 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 확산층에 접착시켜 전극층을 먼저 제조한 후, 상기 전극층에서 활성층이 전해질 막과 대면하도록 전해질 막의 양면에 접착하는 방법을 사용할 수도 있다. 물론, 확산층을 외면에 부착하지 않는 방법도 가능하다. In the present invention, a method of adhering the electroconductive porous polymer structure impregnated with the catalyst to both surfaces of the electrolyte membrane and then adhering the diffusion layer to the outer surface thereof may be used, and conversely, adhering the electroconductive porous polymer structure impregnated with the catalyst to the diffusion layer. The electrode layer may be prepared first, and then a method of adhering to both surfaces of the electrolyte membrane may be used such that the active layer faces the electrolyte membrane in the electrode layer. Of course, a method of not attaching the diffusion layer to the outer surface is also possible.

즉, 본 발명의 막 전극 접합체의 제조방법의 또 다른 일태양에 의하면, That is, according to another aspect of the manufacturing method of the membrane electrode assembly of the present invention,

a) 촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent;

b) 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure;

c) 촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 확산층에 접착시키는 단계; 및 c) adhering the catalyst impregnated electrically conductive porous polymer structure to the diffusion layer; And

d) 상기 제 3단계에서 제조된 전극을 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 4단계; d) a fourth step of adhering the electrode prepared in the third step to both sides of the hydrogen ion conductive polymer film;

를 포함하는 것 일 수 있다. It may be to include.

이 때, 접착의 방법은 당업자에게 알려진 방법을 사용할 수 있으며, 가온압착 등의 방법에 의할 수 있다. At this time, the method of adhesion can use the method known to a person skilled in the art, and can be based on methods, such as a heating compression bonding.

<연료전지><Fuel cell>

상기의 막 전극 접합체를 구비한 연료전지는 본 발명에서 제조한 전극 및 막-전극 접합체를 사용한 것을 제외하고는 당업자에게 알려진 방법에 의하여 제조될 수 있다. The fuel cell including the membrane electrode assembly may be manufactured by a method known to those skilled in the art except for using the electrode and the membrane-electrode assembly manufactured in the present invention.

이때, 본 발명의 전극 촉매를 사용할 수 있는 연료전지는 산소환원 반응을 환원극 반응으로 채택하고 있는 고분자 전해질 연료전지와 직접 액체 연료전지가 가능하나, 이를 제한하는 것은 아니다. 특히 직접 메탄올 연료전지, 직접 개미산 연료전지, 직접 에탄올 연료전지 또는 직접 디메틸에테르 연료전지가 바람직하다. In this case, the fuel cell using the electrode catalyst of the present invention may be a polymer electrolyte fuel cell and a direct liquid fuel cell employing an oxygen reduction reaction as a cathode reaction, but are not limited thereto. In particular, a direct methanol fuel cell, a direct formic acid fuel cell, a direct ethanol fuel cell or a direct dimethyl ether fuel cell is preferable.

상기 연료전지를 구성하는 모든 재료는 본 발명에서 제조한 전극 및 막 전극 접합체를 제외하고는, 당 업계에서 알려진 통상적인 연료전지에서 사용되고 있는 모든 재료가 사용 가능하다. Except for the electrode and membrane electrode assembly produced in the present invention, all the materials constituting the fuel cell may be any material used in conventional fuel cells known in the art.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

1-1. 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 이용한 전극 제조1-1. Electrode Fabrication Using Electroconductive Porous Polymer Structure

다공성의 폴리에틸렌 막상에 폴리아닐린을 중합시켜 폴리아닐린으로 코팅된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 제조하였다. Polyaniline was polymerized on the porous polyethylene membrane to prepare an electrically conductive porous polymer structure coated with polyaniline.

전극촉매 (Tanaka사, 60 wt% Pt/carbon), 나피온 이오노머, 이소프로필 알코 올과 물의 혼합용매를 교반하여, 촉매잉크를 제조하였으며, 상온에서 제조한 촉매잉크 용액에 5 cm × 5 cm 크기의 상기 고분자 구조체를 담근 후, 초음파를 가하여, 기공 내에 촉매잉크를 함침시킨 후 건조시켰다. Catalytic ink was prepared by stirring a mixed solvent of an electrode catalyst (Tanaka, 60 wt% Pt / carbon), Nafion ionomer, isopropyl alcohol, and water, and the size of 5 cm × 5 cm in a catalyst ink solution prepared at room temperature. After immersing the polymer structure, the ultrasonic wave was added to impregnate the catalyst ink in the pores and then dried.

상기 함침과정은 원하는 백금의 코팅량 (0.4 mg-Pt/cm2)이 얻어질 때까지 반복하였다. The impregnation process was repeated until the desired amount of platinum coating (0.4 mg-Pt / cm 2 ) was obtained.

1-2. 1-2. 막전극Membrane electrode 접합체( Junction ( MEAMEA ) 제조) Produce

실시예 1-1에서 제조된 촉매 함침된 고분자 구조체를 확산층에 가열압착하여 접착한 후, 제조된 양 전극 사이에 나피온 전해질 막을 열적, 기계적으로 접합하여 막전극 접합체를 제조하였으며, 이를 이용하여 수소 이온 교환막 연료전지를 제조하였다.After bonding the catalyst-impregnated polymer structure prepared in Example 1-1 to the diffusion layer by hot pressing, the Nafion electrolyte membrane was thermally and mechanically bonded between the prepared electrodes to prepare a membrane electrode assembly. An ion exchange membrane fuel cell was prepared.

[비교예 1]Comparative Example 1

전극의 제조는 전극촉매 (Tanaka 귀금속, 60 wt% Pt/carbon)를 높은 수소이온 전도성을 가지는 나피온 잉크와 혼합하여 카본 전극에 발라 연료극 및 산소극 전극을 준비하였다. 이 때 산소극 전극쪽의 백금 담지량은 0.4 mg-Pt/cm2 그리고 연료극 전극쪽의 백금담지량은 0.4 mg-Pt/cm2 를 사용하였다. The electrode was prepared by mixing an electrode catalyst (Tanaka noble metal, 60 wt% Pt / carbon) with a Nafion ink having high hydrogen ion conductivity and applying a carbon electrode to a fuel electrode and an oxygen electrode. At this time, platinum loading on the side of the oxygen electrode was 0.4 mg-Pt / cm 2 and platinum loading on the anode electrode was 0.4 mg-Pt / cm 2 .

전극제조 과정을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지를 제조하였다.Except for the electrode manufacturing process was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a membrane electrode assembly and a fuel cell comprising the same.

[실험예 1] Experimental Example 1

연료전지의 성능 평가Performance Evaluation of Fuel Cells

본 발명에 따라 제조된 전극 촉매를 이용한 단위 전지의 성능 테스트를 하기와 같이 실시하였다.The performance test of the unit cell using the electrode catalyst prepared according to the present invention was carried out as follows.

제조된 단위 전지의 양(兩) 전극으로 상압의 공기와 수소를 공급하였으며, 공급되는 공기와 수소는 모두 100 % 가습조건을 사용하였다. 이후 단위전지의 양단에 걸린 전압을 변화시키면서 전류 밀도를 측정하여 도 2에 도시하였다.Air and hydrogen at normal pressure were supplied to the positive electrode of the manufactured unit cell, and both air and hydrogen were used at 100% humidification condition. Thereafter, the current density was measured while varying the voltage across the unit cell, and is shown in FIG. 2.

실험 결과, 실시예 1의 MEA는 0.65V에서 0.72 A/㎠의 전류 밀도를 보였으며, 이로부터 비교예의 0.62 A/㎠보다 우수한 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다 (도 2 참조).As a result, the MEA of Example 1 showed a current density of 0.72 A / cm 2 at 0.65V, and from this, it was confirmed that the performance was superior to 0.62 A / cm 2 of the comparative example (see FIG. 2).

본 발명은 촉매잉크를 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침한 후 이를 확산층 또는 전해질 막에 접착함으로써, 복잡한 코팅 공정을 생략할 수 있으며, 또한 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 촉매잉크에 함침시키는 과정을 조절하여 촉매의 사용량을 변화시킬 수 있으므로 촉매잉크의 손실을 최소화할 수 있다. 그리고, 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 사용함으로써, 전극층에서 발생한 전기가 외부로 원활하게 이동하는 것을 촉진할 수 있다. The present invention can omit the complicated coating process by impregnating the catalyst ink in the electroconductive porous polymer structure and then adhering it to the diffusion layer or the electrolyte membrane, and also controlling the process of impregnating the electroconductive porous polymer structure in the catalyst ink to control the catalyst. The amount of catalyst can be varied, so that the loss of catalyst ink can be minimized. And, by using the electrically conductive porous polymer structure, it is possible to facilitate the smooth movement of electricity generated in the electrode layer to the outside.

Claims (16)

촉매물질이 전기전도성을 갖는 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 활성층을 포함하는 것이 특징인 연료전지용 전극.A fuel cell electrode, characterized in that the catalyst material comprises an active layer impregnated in a porous polymer structure having electrical conductivity. 제 1항에 있어서, 상기의 전기전도성 다공성 고분자 구조체는 두께 5 ~ 50 ㎛ 범위의 막 형태인 것이 특징인 연료전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the electrically conductive porous polymer structure is in the form of a membrane having a thickness in the range of 5 to 50 µm. 제 1항에 있어서, 상기의 전기전도성 다공성 고분자 구조체는 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리아세틸렌계, 폴리아센계 및 상기 물질을 포함하는 복합고분자로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 특징인 연료전지용 전극.The method of claim 1, wherein the electrically conductive porous polymer structure comprises at least one selected from the group consisting of polyaniline-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, polyacetylene-based, polyacene-based, and composite polymers containing the above materials. A fuel cell electrode, characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기의 전기전도성 다공성 고분자 구조체는 60 vol% ~ 90 vol % 범위의 기공율을 갖는 것이 특징인 연료전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the electrically conductive porous polymer structure has a porosity in the range of 60 vol% to 90 vol%. 제 1항에 있어서, 상기의 촉매물질이 다공성 고분자 구조체의 전부 또는 일부의 기공 내부에 존재하는 것이 특징인 연료전지용 전극.The fuel cell electrode as claimed in claim 1, wherein the catalyst material is present in the pores of all or part of the porous polymer structure. 제 5항에 있어서, 상기의 촉매물질이 다공성 고분자 구조체의 기공 내부 뿐 만 아니라, 다공성 고분자 구조체의 표면에 층을 형성하며 존재하는 것이 특징인 연료전지용 전극. The electrode as claimed in claim 5, wherein the catalyst material is present not only inside the pores of the porous polymer structure but also forming a layer on the surface of the porous polymer structure. 제 1항에 있어서, 상기의 촉매물질은 Pt, Pt/Ru, Pt/Pd, Pt/Au, Pt/Ag, Pt/Ir, Pt/Rh, 및 Pt/Os 로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 연료전지용 전극.The method of claim 1, wherein the catalyst material is at least one selected from the group consisting of Pt, Pt / Ru, Pt / Pd, Pt / Au, Pt / Ag, Pt / Ir, Pt / Rh, and Pt / Os. A fuel cell electrode. 제 1항에 있어서, 상기의 촉매물질은 다른 담체 입자 표면에 담지되어 있으며, 촉매가 담지된 담체 입자가 상기 전기전도성 다공성 고분자 구조체에 함침되어 있는 것이 특징인 연료전지용 전극.The fuel cell electrode as claimed in claim 1, wherein the catalyst material is supported on the surface of another carrier particle, and the carrier particle on which the catalyst is supported is impregnated in the electrically conductive porous polymer structure. a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; 를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법.a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; Method for producing an electrode for a fuel cell comprising a. 제 9항에 있어서, 상기 제 2단계는 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 촉매잉크에 딥핑(dipping)하여 함침시키는 것이 특징인 제조방법.10. The method according to claim 9, wherein the second step comprises dipping the electroconductive porous polymer structure into the catalyst ink. 제 9항에 있어서, 상기 제 2단계는 전기전도성 다공성 고분자 막을 촉매잉크에 딥핑(dipping)한 후, 초음파 처리(sonification)하는 것이 특징인 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the second step comprises ultrasonically dipping the electroconductive porous polymer membrane into the catalyst ink. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 전극이 전해질 막의 양면에 부착되어 있는 연료전지용 막 전극 접합체.The membrane electrode assembly for fuel cells, wherein the electrode according to any one of claims 1 to 8 is attached to both surfaces of the electrolyte membrane. a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; c)촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 3단계; 를 포함하는 연료전지용 막 전극 접합체의 제조방법. a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; c) a third step of adhering the catalyst-impregnated electrically conductive porous polymer structure to both sides of the hydrogen ion conductive polymer membrane; Method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a. 제 13항에 있어서, d)상기 제 3단계에서 제조된 막 접합체 외면에 확산층을 접착시키는 제 4단계; 를 더 포함하는 것이 특징인 연료전지용 막 전극 접합체의 제조방법.The method of claim 13, further comprising: d) a fourth step of adhering the diffusion layer to the outer surface of the membrane assembly prepared in the third step; Method of producing a membrane electrode assembly for a fuel cell further comprises. a)촉매, 이오노머, 및 분산용매를 혼합하여 촉매잉크를 준비하는 제 1단계; b)전기전도성 다공성 고분자 구조체에 촉매잉크를 함침시키는 제 2단계; c)촉매 함침된 전기전도성 다공성 고분자 구조체를 확산층에 접착시키는 제 3단계; 및 d)상기 제 3단계에서 제조된 전극을 수소이온 전도성 고분자 막의 양면에 접착시키는 제 4단계; 를 포함하는 연료전지용 막 전극 접합체의 제조방법.a) a first step of preparing a catalyst ink by mixing a catalyst, an ionomer, and a dispersion solvent; b) a second step of impregnating the catalyst ink in the electrically conductive porous polymer structure; c) a third step of adhering the catalyst impregnated electroconductive porous polymer structure to the diffusion layer; And d) a fourth step of adhering the electrode prepared in the third step to both sides of the hydrogen ion conductive polymer film. Method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a. 제 12항에 기재된 막 전극 접합체를 구비한 연료전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 12.
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