JP4410156B2 - 燃料電池用電解質膜及びこれを含む燃料電池 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用電解質膜及びこれを含む燃料電池に関し、より詳しくは自己加湿可能な燃料電池用電解質膜及びこれを含む燃料電池に関する。

燃料電池は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系列の物質内に含まれている水素と、酸化剤の化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。

燃料電池は、用いられる電解質の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型またはアルカリ型燃料電池などに分類される。これらそれぞれの燃料電池は、根本的に同じ原理によって作動するが、用いられる燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。

これらの中で、最近開発されている高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell:PEMFC)は、他の燃料電池と比べて出力特性が卓越しており、低い温度で作動すると同時に速い始動及び応答特性を有し、自動車のような移動体に用いる電源として、住宅、公共建物用の分散配置電源及び電子機器用小型電源としても使用できることから、その応用範囲が広いという長所を有する。

このようなPEMFCは、基本的なシステムを構成するため、スタック、改質器、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを備える。スタックは、燃料電池の本体を形成し、燃料ポンプは、燃料タンク内の燃料を改質器に供給する。改質器は、燃料を改質して水素ガスを発生させ、その水素ガスをスタックに供給する。従って、PEMFCは、燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料を改質器に供給して、この改質器で燃料を改質して水素ガスを発生させ、スタックでこの水素ガスと酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる。

一方、燃料電池は液状のメタノール燃料を直接スタックに供給することができる直接酸化燃料電池(Direct Oxidation Methanol Fuel Cell:DOFC)方式を採用する事も出来る。このような直接酸化燃料方式の燃料電池は高分子電解質型燃料電池とは違い、改質器を要しない。

このような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生させるスタックは、膜−電極アセンブリー(Membrane Electrode Assembly:MEA)とセパレータ(またはバイポ−ラプレート)からなる単位セルが数個乃至数十個積層された構造を持つ。前記膜−電極アセンブリーは、高分子電解質膜を間にしてアノード電極(別名、“燃料極”または“酸化電極”)とカソード電極(別名、"空気極"または"還元電極")が付着された構造を有する。

前記セパレータは燃料電池の反応に必要な燃料をアノード電極に供給して、酸化剤をカソード電極に供給する通路の役割と各膜−電極アセンブリーのアノード電極とカソード電極とを直列に接続させる導電体の役割を同時に遂行する。この過程で、アノード電極では燃料の電気化学的な酸化反応が起こって、カソード電極では酸化剤の電気化学的な還元反応が起こって、この時生成された電子が移動して、電力と熱そして水を得ることができる。

前記膜−電極アセンブリーにおいて、電解質の役割を果たす高分子電解質膜としては、ペルフルオロスルホン酸イオノマー膜などのフッ素系電解質膜が多く用いられている。

しかし、前記フッ素系高分子電解質膜は、スルホン酸基(-SOH)が水化(hydration)されてこそ水素イオンの導電性が現れるので、燃料電池に別途の加湿装置を必要とするという問題がある。

本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、本発明の目的は、吸湿性に優れた燃料電池用電解質膜を提供することである。

本発明の他の目的は、燃料電池用電解質膜を含む燃料電池を提供することである。

本発明は、これらの目的を達成するため、水素イオン導電性高分子膜、及び前記水素イオン導電性高分子膜の一面または両面に位置する吸湿性高分子膜を含む燃料電池用電解質膜を提供する。

本発明はまた、a)前記燃料電池用電解質膜を含む膜−電極アセンブリーと、b)前記膜−電極アセンブリーの両面に接するように位置するセパレータを備えた燃料電池を提供する。

本発明の燃料電池用電解質膜は、吸湿性が優れており、自己加湿型燃料電池に用いることができる長所があるため、別途の加湿装置を付着しなくても優れた電流密度特性を示す。

図1は、本発明の燃料電池用電解質膜の構造を模式的に示した断面図である。図1示すように、本発明の燃料電池用電解質膜10は、水素イオン導電性高分子膜11、及び水素イオン導電性高分子膜の一面または両面に位置する吸湿性高分子膜13、13'を含む。

前記水素イオン導電性高分子膜11は、通常燃料電池用電解質膜の材料として用いられる水素イオン導電性高分子を含み、好ましくはペルフルオロ系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル−エーテルケトン系高分子、またはポリフェニルキノキサリン系高分子の中から選択される1種以上の水素イオン導電性高分子を含むことができ、さらに好ましくはポリ(ペルフルオロスルホン酸)、ポリ(ペルフルオロカルボン酸)、スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルの共重合体、脱フッ素化された硫化ポリエーテルケトン、アリールケトン、ポリ(2,2´−(m−フェニレン)−5,5´−ビベンズイミダゾール)(英語名:poly(2,2´−(m−phenylene)−5,5´−bibenzimidazole))またはポリ(2,5−ベンズイミダゾール)などから選択される1種以上の水素イオン導電性高分子を含むことができる。但し、本発明の燃料電池用電解質膜に含まれる水素イオン導電性高分子はこれらに限られるものではない。

また、前記吸湿性高分子膜13、13´は、水分を吸収して水素イオン導電性高分子膜に水分を供給する役割を果たすもので、親水性作用基を有する高分子を含むことが好ましく、アクリル酸、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシル基、スルホン酸基及びリン酸基からなる群より選択される1種以上の親水性作用基を有する吸湿性高分子を含むことがさらに好ましく、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA)及び側鎖(side chain)にヒドロキシル基、スルホン酸基または、アクリル酸を有する高分子からなる群より選択される1種以上の高分子を含むことが最も好ましい。

前記吸湿性高分子膜は、多孔性の薄い膜で、2乃至10μmの平均厚さを有することが好ましくて、3乃至8μmの平均厚さを有することがさらに好ましい。吸湿性高分子膜の平均厚さが2μm未満である場合、十分な吸湿性を維持できないし、10μmを超える場合は、水素イオンの透過性能が落ちることがある。吸湿性高分子膜内の吸湿性高分子が水を吸着すると、この水を通して水素イオンが移動することによって優れた水素イオン導電性を維持することができる。

前記吸湿性高分子膜は、吸湿性高分子を含む組成物を被覆して形成したり、または多孔性フィルムを付着して形成したりすることができる。好ましくは、水素イオンの透過性能を高めるため、多孔性の織物または不織布の形態の場合も可能である。

前記吸湿性高分子を含む組成物の被覆は、通常の被覆方法を用いることができる。前記水素イオン導電性高分子膜と吸湿性高分子膜を含む本発明の燃料電池用電解質膜は、通常の燃料電池に用いることができるのみならず、吸湿性が優れていて別途の加湿装置がなくても駆動される自己加湿型燃料電池に用いるのに適している。

図2は、本発明の燃料電池の単位セルを模式的に示した断面図である。但し、本発明の燃料電池が図2の形態に限られることはない。

本発明の燃料電池は、a)前記燃料電池用電解質膜を含む膜−電極アセンブリー(MEA)20と、b)膜−電極アセンブリーの両面に接するように位置するセパレータ30を含む。

前記膜−電極アセンブリー20は、i)前記燃料電池用電解質膜10、ii)前記電解質膜の一面に形成されるカソード触媒層21a、iii)前記電解質膜の他の面に形成されるアノード触媒層21b、iv)前記カソード触媒層21aまたはアノード触媒層21bの各外側面に接して形成される気体拡散層(gas diffusion layer:GDL)25を含むことが好ましく、必要に応じて、カソード触媒層21aまたはアノード触媒層21bと気体拡散層25の間に微細気孔層(microporous layer:MPL)23をさらに含む事も出来る。

また、前記吸湿性高分子膜が水素イオン導電性高分子膜の一面にだけ位置する場合は、水素イオンと酸化剤が結合して水を生成するカソード触媒層に吸湿性高分子膜が接するようにすることが好ましい。前記酸化剤は空気または酸素であることが好ましい。

前記膜−電極アセンブリーのカソード触媒層21a及びアノード触媒層21bは、各々白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金または白金−M合金(Mは、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及びZnからなる群より選択される1種以上の遷移金属)の中から選択される1種以上の触媒を含むことが好ましく、白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金、白金−コバルト合金または白金−ニッケルの中から選択される1種以上の触媒を含むことがさらに好ましい。

前記膜−電極アセンブリーの気体拡散層25は、炭素紙(carbon paper)または炭素布(carbon cloth)であることが好ましい。

微細気孔層(MPL)23は、数μm以下の微細気孔が形成された炭素層であることが好ましく、黒鉛、炭素ナノチューブ(CNT)、フラーレン(C60)、活性炭素、炭素ナノホーンまたはカーボンブラックの中から選択される1種以上を含むことがさらに好ましい。

前記セパレータ30には、燃料及び酸化剤が通過できるよう、流路31が形成されている。

前記燃料電池用電解質膜を含む燃料電池は、加湿装置が付着された状態で作動できるし、電解質膜の吸湿性が優れていて、別途の加湿装置がなくても作動できる自己加湿型燃料電池でありうる。

以下、本発明の好ましい実施例を記載する。但し、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例にすぎず、本発明が下記の実施例によって限られることではない。

[実施例]
[実施例1](燃料電池用電解質膜の製造)
ポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(DuPont社のNafion(登録商標))の両面に平均厚さ10μmであるポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA)フィルムをドクターブレードで被覆・積層して燃料電池用電解質膜を製造した。

[実施例2](燃料電池用電解質膜の製造)
ポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(DuPont社のNafion(登録商標))の両面に平均厚さ5μmであるポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA)フィルムをドクターブレードで被覆・積層して燃料電池用電解質膜を製造した。

[実施例3](燃料電池用電解質膜の製造)
ポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(DuPont社のNafion(登録商標))の両面に平均厚さ10μmであるポリエチレンオキシド(PEO)フィルムをドクターブレードで被覆・積層して燃料電池用電解質膜を製造した。

[実施例4](燃料電池の製造)
2枚の炭素布上に、白金触媒を含むカソード触媒層とアノード触媒層を各々形成させた後、実施例1によって製造された電解質膜の両面にカソード触媒層とアノード触媒層が各々接するように積層して膜−電極アセンブリーを製造した。

製造された膜−電極アセンブリーの両面に、流路が形成されたセパレータを積層して単位セルを作って、前記単位セルを複数積層して燃料電池を製造した。

[実施例5](燃料電池の製造)
実施例2によって製造された電解質膜を使用することを除いて、前記実施例4と同様な方法で燃料電池を製造した。

[実施例6](燃料電池の製造)
実施例3によって製造された電解質膜を使用することを除いて、前記実施例4と同様な方法で燃料電池を製造した。

[比較例1](燃料電池の製造)
ポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜(DuPont社のNafion(登録商標))だけを燃料電池用電解質膜として使用したことを除いて、実施例4と同様な方法で燃料電池を製造した。

[比較例2](燃料電池の製造)
ペルフルオロスルホン酸樹脂のアルコール溶液をキャスティングして、5μmの厚さで成膜した。続けて、アクリル酸樹脂をペルフルオロスルホン酸樹脂のアルコール溶液と混合して、この溶液を90μmの厚さでキャスティングして中間層を成膜した。この中間層上に前記ペルフルオロスルホン酸樹脂のアルコール溶液をキャスティングして上層を5μm厚さで成膜して、燃料電池用電解質膜を製造した。

製造された電解質膜を使用することを除いて、前記実施例4と同様な方法で燃料電池を製造した。

実施例1によって製造された燃料電池用電解質膜と比較例1に用いられたポリ(ペルフルオロスルホン酸)膜において、それぞれの燃料電池用電解質膜に5時間水蒸気を流し込んだ時、吸収した水分の重量を測定して吸湿性を評価し、イオン導電度測定装置で水素イオン導電度を測定した。これらの測定結果を下記表1に示す。

表1のように、本発明の実施例1によって製造された高分子電解質膜は比較例1で用いられた電解質膜と比べて5倍程高い吸湿性を示しており、水素イオンの導電度も優れていることが分かる。

実施例2及び比較例1によって製造された燃料電池に加湿装置を付着しない状態で燃料電池を稼動して電流密度特性を測定した。これらの電流密度特性の測定結果を図3に整理した。

図3のように、実施例2によって製造された本発明の燃料電池は、別途の加湿装置を付着しなくても優れた電流密度特性を示すことが分かる。

本発明の燃料電池用電解質膜は、吸湿性が優れており、自己加湿型燃料電池に用いることができる長所がある。

本発明の燃料電池用電解質膜の構造を模式的に示した断面図である。 本発明の燃料電池の単位セルの構造を模式的に示した断面図である。 実施例2及び比較例1によって製造された燃料電池の電流密度グラフである。

符号の説明

10 燃料電池用電解質膜
11 水素イオン導電性高分子膜
13 吸湿性高分子膜
13' 吸湿性高分子膜
20 膜−電極アセンブリー
21a カソード触媒層
21b アノード触媒層
23 微細気孔層
25 気体拡散層
30 セパレータ
31 流路

Claims (16)

  1. 水素イオン導電性高分子膜、及び
    前記水素イオン導電性高分子膜の一面または両面に位置する吸湿性高分子膜
    を含み、
    前記吸湿性高分子膜は、ポリビニルアルコール(PVA)及びポリエチレンオキサイド(PEO)からなる群より選択される1種以上の高分子を含むことを特徴とする燃料電池用電解質膜。
  2. 前記水素イオン導電性高分子膜は、ペルフルオロ系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル−エーテルケトン系高分子及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群より選択される1種以上の水素イオン導電性高分子を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  3. 前記水素イオン導電性高分子膜は、ポリ(ペルフルオロスルホン酸)、ポリ(ペルフルオロカルボン酸)、スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルの共重合体、脱フッ素化された硫化ポリエーテルケトン、アリールケトン、ポリ(2,2´−(m−フェニレン)−5,5´−ビベンズイミダゾール)及びポリ(2,5−ベンズイミダゾール)からなる群より選択される1種以上の水素イオン導電性高分子を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  4. 前記吸湿性高分子膜は、2乃至10μmの厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  5. 前記吸湿性高分子膜は、3乃至8μmの厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  6. 前記吸湿性高分子膜は、多孔性フィルム形態であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  7. 前記吸湿性高分子膜は、多孔性の織物または不織布の形態であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電解質膜。
  8. a)水素イオン導電性高分子膜と前記水素イオン導電性高分子膜の一面または両面に位置する吸湿性高分子膜を含む燃料電池用電解質膜を備える膜−電極アセンブリー、及び
    b)前記膜−電極アセンブリーの両面に接するように位置するセパレータ
    を含み、
    前記吸湿性高分子膜は、ポリビニルアルコール(PVA)及びポリエチレンオキサイド(PEO)からなる群より選択される1種以上の高分子を含むことを特徴とする燃料電池。
  9. 前記膜−電極アセンブリーは、
    i)水素イオン導電性高分子膜、及び前記水素イオン導電性高分子膜の一面または両面に位置する吸湿性高分子膜を含む燃料電池用電解質膜、
    ii)前記電解質膜の一面に形成されるカソード触媒層、
    iii)前記電解質膜の他の一面に形成されるアノード触媒層、
    iv)前記カソード触媒層及びアノード触媒層の外面に接して形成される気体拡散層
    を含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  10. 前記燃料電池用電解質膜は、カソード触媒層に接する一面にだけ吸湿性高分子膜が位置することを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  11. 前記膜−電極アセンブリーのカソード触媒層及びアノード触媒層は、各々白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金及び白金−M合金(Mは、Ga、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及びZnからなる群より選択される1種以上の遷移金属)からなる群より選択される1種以上の触媒を含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  12. 前記膜−電極アセンブリーのカソード触媒層及びアノード触媒層は、各々白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金、白金−コバルト合金及び白金−ニッケルの中から選択される1種以上の触媒を含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  13. 前記膜−電極アセンブリーの気体拡散層は、炭素紙または炭素布であることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  14. 前記膜−電極アセンブリーは、カソード触媒層またはアノードの触媒層と気体拡散層の間に微細気孔層をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
  15. 前記微細気孔層は、黒鉛、炭素ナノチューブ、フラーレン(C60)、活性炭素、炭素ナノホーン及びカーボンブラックからなる群より選択される1種以上の導電性炭素を含むことを特徴とする請求項14に記載の燃料電池。
  16. 前記燃料電池は、別途の加湿装置を必要としない自己加湿型であることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8455144B2 (en) * 2003-06-27 2013-06-04 The University Of Western Ontario Bio-fuel cell system
KR101135479B1 (ko) * 2005-01-26 2012-04-13 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막, 이의 제조방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR100833056B1 (ko) 2006-03-31 2008-05-27 주식회사 엘지화학 연료전지용 강화-복합 전해질막
CN101416342B (zh) * 2006-04-07 2011-10-19 Utc电力公司 用于燃料电池的复合水管理电解质膜
US7971671B2 (en) 2006-06-20 2011-07-05 Mitsuru Suematsu Drive unit, hydraulic working machine, and electric vehicle
KR100801657B1 (ko) * 2006-10-11 2008-02-05 한국에너지기술연구원 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 마이크로 층으로 코팅된기체확산층을 포함하는 연료전지 셀
KR100821789B1 (ko) * 2006-10-31 2008-04-14 현대자동차주식회사 고강도 복합막 및 이를 이용한 막-전극 접합체
KR100786841B1 (ko) 2007-01-11 2007-12-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 고분자 전해질 막 및 이를 포함하는 막-전극어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
JP5298436B2 (ja) 2007-02-06 2013-09-25 トヨタ自動車株式会社 膜−電極接合体およびそれを備えた燃料電池
JP2009070631A (ja) * 2007-09-11 2009-04-02 Fujifilm Corp 電解質膜、膜電極接合体および膜電極接合体を用いた燃料電池
JP2009187799A (ja) * 2008-02-06 2009-08-20 Sumitomo Chemical Co Ltd 膜電極複合体および燃料電池
EP2276095B1 (en) * 2008-05-08 2014-02-12 Nitto Denko Corporation Electrolyte film for a solid polymer type fuel cell and method for producing same
CN102738482B (zh) 2011-04-01 2015-05-20 香港科技大学 自增湿膜和自增湿燃料电池及其制备方法
US9048471B2 (en) 2011-04-01 2015-06-02 The Hong Kong University Of Science And Technology Graphene-based self-humidifying membrane and self-humidifying fuel cell

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5766787A (en) * 1993-06-18 1998-06-16 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Solid polymer electrolyte composition
US5795668A (en) * 1994-11-10 1998-08-18 E. I. Du Pont De Nemours And Company Fuel cell incorporating a reinforced membrane
JP3262708B2 (ja) * 1996-03-26 2002-03-04 ジャパンゴアテックス株式会社 複合高分子電解質膜
US5688614A (en) * 1996-05-02 1997-11-18 Motorola, Inc. Electrochemical cell having a polymer electrolyte
GB9708365D0 (en) * 1997-04-25 1997-06-18 Johnson Matthey Plc Proton conducting membranes
US6232008B1 (en) * 1997-07-16 2001-05-15 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
US6248469B1 (en) * 1997-08-29 2001-06-19 Foster-Miller, Inc. Composite solid polymer electrolyte membranes
US6635384B2 (en) * 1998-03-06 2003-10-21 Gore Enterprise Holdings, Inc. Solid electrolyte composite for electrochemical reaction apparatus
US6523699B1 (en) * 1999-09-20 2003-02-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Sulfonic acid group-containing polyvinyl alcohol, solid polymer electrolyte, composite polymer membrane, method for producing the same and electrode
JP4887558B2 (ja) * 2000-11-07 2012-02-29 ソニー株式会社 燃料電池の使用方法
KR100413801B1 (ko) * 2001-10-30 2004-01-03 삼성전자주식회사 전도성 무기 나노 입자 함유 고분자 전해질 및 이를채용한 연료전지
AT539105T (de) * 2002-06-14 2012-01-15 Toray Industries Poröse membran und verfahren zur herstellung der porösen membran
CA2494530A1 (en) * 2002-08-02 2004-02-19 Pemeas Gmbh Proton-conducting polymer membrane comprising a polymer with sulphonic acid groups and use thereof in fuel cells
US7423078B2 (en) * 2002-09-26 2008-09-09 Fujifilm Corporation Organic-inorganic hybrid material, organic-inorganic hybrid proton-conductive material and fuel cell
TWI251366B (en) * 2004-01-19 2006-03-11 High Tech Battery Inc Alkaline polyvinyl alcohol doped polyepichlorohydrin polymer electrolyte thin film and its application
US20050181275A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-18 Jang Bor Z. Open electrochemical cell, battery and functional device
KR100658739B1 (ko) * 2004-06-30 2006-12-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법
US20060029841A1 (en) * 2004-08-09 2006-02-09 Engelhard Corporation High surface area, electronically conductive supports for selective CO oxidation catalysts
KR101135479B1 (ko) * 2005-01-26 2012-04-13 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막, 이의 제조방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템

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