KR100435323B1

KR100435323B1 - 직접 도포식 자동 분사장치 및 이를 이용한 고효율막-전극 접합체의 제조방법

Info

Publication number: KR100435323B1
Application number: KR10-2001-0078248A
Authority: KR
Inventors: 임태원; 이기춘; 이종현; 김수환; 오인환; 조성아; 하흥용; 홍성안
Original assignee: 현대자동차주식회사; 한국과학기술연구원
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2004-06-10
Also published as: KR20030048490A

Abstract

본 발명은 직접 도포식 자동 분사장치 및 이를 이용한 고효율 막-전극 접합체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동 분사장치를 이용하여 빠른 시간내에 피도물인 연료전지용 전해질의 적정 조업 치수를 확보하고 도포된 층의 균열 방지와 점착성을 증진시키는 동시에 직접 분사방식에 적합한 분산액의 제조용 촉매와 고분자 이오노머 및 분산용매의 양에 대한 최적 비율을 제시하여 고효율을 나타내게 하는 직접 도포식 자동 분사장치 및 이를 이용하여 제조된 고효율 막-전극 접합체에 관한 것이다.

Description

직접 도포식 자동 분사장치 및 이를 이용한 고효율 막-전극 접합체의 제조방법{Direct coating type auto spraying system and fabrication of the high performance membrane-electrode assembly}

고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte fuel cell, PEFC)는 전류밀도가 높고 운전온도가 낮으며 부식 및 전해질 손실의 염려가 없는 장점을 가지고 있어 군사용이나 우주선의 동력원으로 개발되기 시작하였으나 현재는 출력밀도가 높고 장치가 간단하며 모듈화가 가능하다는 점을 이용하여 자동차의 동력원이나 이동용 전원으로 응용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고분자 전해질 연료전지의 기본 구조는 고분자 전해질 막을 중심으로 양단에 귀금속 촉매인 백금이 입혀진 다공질의 음극(공기극)과 양극(연료극)이 존재하며, 이들 전극을 지지하는 동시에 가스 통로를 형성하는 전지 프레임으로 구성되어 있다. 양극 쪽으로 연료인 수소가 들어가고 음극으로 산화제인 산소 또는 공기가 유입되어 연료가스의 전기화학적 산화와 산화제의 전기화학적 환원에 의하여 전기 에너지가 발행한다. 이때 전극에서 일어나는 음극, 양극, 전지의 전기화학 반응은 각각 다음 반응식 1 ∼ 3과 같다.

1/2 O₂+ 2H⁺+ 2e^-→ H₂O

H₂→ 2H⁺+ 2e^-

H₂+ 1/2 O₂→ H₂O

즉, 음극과 양극에서 산소의 환원 반응 및 수소의 산화 반응이 각각 일어나며, 그 결과 전기와 물이 생성된다. 전지 전체적으로는 수소와 산소가 전지에 도입되어 전기와 열 및 물을 배출하게 된다. 이때 전지에서 발생되는 전지의 전압은 개회로 상태 하에서 약 1.2 V 이며 외부에서 부하를 가하면 부하에 따라 전지의 전압이 강하한다. 현재 전지 전압이 0.7 - 0.6 V 일 때 전지 전류는 대략0.5 - 1.2 A/㎠ 정도를 나타낸다.

지금까지 고분자 전해질 연료전지용 전극의 제조 방법 중 가장 널리 알려져 있는 방법은 상용 전극 방법으로서 다음과 같다. 먼저 백금이 담지된 카본촉매를 이온 전도성 고분자와 일정 비율로 유기용매에 혼합하여 슬러리를 제조한 후 카본종이나 카본 천 위에 슬러리를 스크린 프린팅 하거나, 브러싱 또는 공기의 압을 이용한 분사방식을 이용하여 촉매 층을 제조한 후 전극의 이온전도성 고분자의 2차 첨가 방법에 의해 상용의 전극 성능을 얻을 수 있는 전극을 제조한다. 상기 이온 전도성 고분자의 2차 첨가는 이미 제작된 촉매 층에 이온 전도성 고분자를 촉매 층 표면 위에서 분사하거나, 이온 전도성 고분자를 촉매 층 내에 침적시키는 방법으로 고분자 전해질 연료전지의 주요한 전극 반응중의 하나인 촉매와 이오노머와의 이온전달 반응이 원활하게 일어나도록 돕는 역할을 한다. 그러나, 상기 방법은 이오노머의 2차 첨가 공정이 추가되며, 카본 종이나 천위에 촉매층을 도포함으로 인해 전체 도포된 촉매층 중 일부만 전극반응에 활용되어 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly, 이하, 'MEA'라 함)의 중량활성도가 낮아지는 단점이 있다. 또한, 이러한 전극의 최후 공정으로 전극과 전해질의 열압착 공정이 추가되어 공정의 복잡성을 유발하고 고분자 고유의 물성을 저하시키는 원인이 되며, 촉매충과 전해질의 계면저항이 상대적으로 커지는 문제점을 가지고 있다.

고효율 고분자 연료전지의 전극 제조를 위한 또 다른 방법으로, 촉매와 전해질, 전극간의 계면에 촉매의 편재화를 이루기 위하여 전극의 표면에 백금을 500 Å의 두께로 기체 확산층위에 스퍼터링(sputtering)하는 방법이 알려져있다[E.Ticianelli, et al.," Localization of platinum in low catalyst loading electrodes to attain high power densities in SPE fuel cells", J.Electroanalytical Chem Interfacial Electrochem,vol 251, No. 2, Sep.23,1988,pp.275-295; S.Hirano,et al, ;"High performance proton exchange membrane fuel cells with sputter-deposited Pt layer electrodes" Electrochimica Acta, vol.24,No.10,000, 1587-1593(1997)]. 그러나, 상기 방법으로 균일한 박막을 제조하는 것은 어려운 것으로 알려져 있다. 또한, Srinivasan 등에 의하면 스퍼터링 방법은 습식 화학 증착(wet chemical deposition) 보다 경제적 견지에서는 적합하지 않은 것으로 알려져 있다[S.Srinivasan, et al.; " Recent Advances in Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell Technology with Low Platinum Loading Electrodes",J.Power Sources;29(1990); pp.367-387]. 또한, Gore사의 경우 다공성의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)막에 나피온 이오노머를 함침시켜 약 20 ㎛의 두께의 복합막을 제조하여 전해질로 사용하고, 그 위에 백금을 0.05∼0.4 mg Pt/㎠의 양만큼 표면에 올려 제조하는 방법을 개시하였다[미국특허 제6,287,717호]. 상기에서 사용한 백금층의 제조 방법은 거친 표면의 PTFE 막위에 전자빔을 이용하여 물리적 증기 증착법(EB-PVD: electron beam physical vapor deposition)으로 백금 층을 50∼500 Å으로 증착하고 이것을 160 ℃에서 15 ton의 압력으로 3분간 가열 압착하여 위의 복합고분자 막 위에 전사하는 방법을 사용하였다. 또한, 진공을 사용하지 않는 연소화학 증기 증착법(CCVD:combustion chemical vapor deposition)이 사용가능한것으로 기재하고 있다. 또한 복합막 위에 두 개 이상의 두께 영역을 갖도록 EB-PVD의 방법으로 직접 증착하는 방법도 기술하고 있으며, 증착 방법으로 직류 자장을 이용한 스퍼터링 법을 이용한 기술에 관하여서도 기술하고 있다.

그러나, 이상의 종래 방법들은 진공 증착 이라는 고가의 공정을 이용하고 있을 뿐만 아니라 범용으로 사용되는 이온전도성 고분자 전해질을 사용하여 촉매층을 균일하게 올리기 위한 방법으로는 적합하지 않다. 또한 간접적 코팅방법으로서 전사방법을 사용하는 경우 전사된 촉매의 양이 가변적이기 때문에 일정한 공정상의 수율을 얻기 힘든 기술상의 한계가 있다. 더욱이, 종래의 분산액 코팅방법은 코팅공정 직후의 낮은 성형밀도나 불균일한 밀도 때문에 건조나 열처리 중에 발생하는 균열 혹은 박리 문제가 야기된다.

이에, 본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위하여, 피도물 위에 시료인 분산된 촉매액을 자동 분사장치를 이용하여 직접 도포함으로써, 낮은 촉매량의 MEA로도 종래 상용 MEA의 성능을 구현할 수 있으며, 균일한 촉매 분산액의 제조 및 기체확산을 용이하게 하는 다공성 촉매층의 제조를 위한 자동 분사장치 및 주변장치를 개발하고 이를 이용하여 막-전극 접합체(MEA)를 제조하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 고분자 전해질 연료전지 및 메탄올연료전지에 적용할 경우 균일한 촉매의 분포와 입자크기 및 기공도의 제어가 용이한 직접 도포식 자동 분사장치 및 이를 이용한 고효율 막-전극 접합체의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 자동건이 장착된 X-Y-Z 자동 분사 장치이다.

도 2는 본 발명의 자동 분사 장치를 이용하여 1회 도포한 도막 상태의 디지털 이미지이다.

도 3은 본 발명의 자동 분사장치를 이용하여 카본 종이 위에 도포된 도막 상태의 디지털 이미지이다.

도 4는 본 발명의 자동 분사장치를 이용하여 투명 필름위에 도포된 도막상태의 디지털 이미지이다.

도 5는 본 발명의 자동도포장치의 피도물과 자동건 사이의 운행 거리 및 도포반복 회수의 관계도이다.

도 6은 음극(cathode) 촉매량 변화에 따른 0.6V 에서의 성능비교 그래프이다.

도 7은 상용전극과 본 발명의 전극의 중량 활성도 비교 그래프이다.

도 8은 이온전도성 고분자 단량체 함량변화에 따른 성능비교 그래프이다.

[도면 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 자동건 분무부 2: 분산액 저장용기

3: 순환식 펌프 4: 도막과 고정장치

5: X-Y-Z 자동선반

본 발명은 입자의 크기와 분사량을 자동제어 가능한 분산액을 도포하기 위한 자동건 분사장치와, 상기 분산액의 저장용기와, 순환식 펌프와, 촉매층을 도포하는 피도물의 고정장치와, X-Y-Z 축의 이동위치 및 도포 반복 회수를 자동으로 제어하기 위한 X-Y-Z 축의 자동선반이 연결 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 직접 도포식 자동 분사장치를 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 막-전극 접합체의 제조방법에 있어서,

상기의 자동 분사장치로 촉매가 함유된 분산액을 고분자 전해질, 복합고분자 전해질, 또는 고체형 연료전지용 전해질의 표면에 직접 분사하여 도포하는 것을 특징으로 하는 고효율 막-전극 접합체의 제조방법을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 자동분사장치로 촉매층을 분사하여 제조되는 연료전지용 막-전극 접합체를 포함한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고분자 전해질이나 카본종이와 같은 피도물 위에 촉매층을 직접 분사하여 촉매층을 제조하기 용이한 자동분사장치, 및 다공성 불소계막 위에 고분자 단량체 용액을 분사하여 복합고분자 전해질을 제조하는 연료전지용 직접 도포식 막-전극 접합체의 제조방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 고분자 전해질이나복합고분자 전해질의 표면에 촉매층을 직접 도포하거나 고체형 연료전지용 전해질 위에 촉매층을 분사하여 전극-막 접합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이로써, 본 발명은 고효율의 연료전지를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에서 막-전극 접합체를 제조하기 위하여 사용되는 직접 도포식 자동 분사장치에 대하여 첨부 도면 도 1에 의거하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 직접 도포식 자동 분사장치는 분산액을 도포하기 위한 자동건 분사장치와(1), 상기 분산액 저장용기와(2), 순환식 펌프와(3), 촉매층을 도포하는 피도물의 고정장치와(4), X-Y-Z 축의 자동선반(5)이 연결 장착되어 이루어진다.

상기 자동건 분사장치는 입자의 크기와 분사량의 자동제어가 가능한 것이다. 본 발명은 상기 자동건 분사장치에 의해 피도물 위에 분산액을 도포한다.

상기 자동건을 이용하기 위해서는 분사된 슬러리의 침강속도를 반영하여 일정한 속도로 분산액을 교반하거나 순환시켜 주는 단위 공정이 필요하다. 본 발명에서 분산액의 침강을 막기 위한 방법으로는 기계적 교반방법과 초음파 교반방법, 회전 드럼식 교반방법, 기체 공급식 교반방법 등이 단일 또는 복합적으로 사용될 수 있다.

또한 생물학적 순환펌프를 이용하여 분산된 시료를 위의 교반 탱크로부터 분사장치의 보관용기로 균일한 속도로 공급한다.

본 발명에서 사용하는 보관용기의 종류는 두 가지로, 위에서 설명한 순환공정의 한 단계로서 순환식 보관용기를 사용하고, 또 다른 방식은 회분식 보관용기로서 분사장치의 시료도입부의 외벽에 장착하여 촉매 분산액의 손실을 최소화하면서 소량의 시료를 이용한 제조방법으로 병행하여 쓸 수 있다. 이것은 대부분의 롤 코팅장치나 분사방식의 코팅 장치에서 대량생산 방식의 공정에 의한 시료의 낭비가 많은 단점을 보안하여 작업량 및 시료량의 변화에 따른 손실량을 최소화하기 위함이다.

본 발명에서 사용하는 촉매 분산액의 경우 분산된 상태의 입자의 크기는 제타 마스터(zeta master)로 그 입자의 크기를 측정한다. 입자의 크기조절은 분산하는 용액의 유전상수 및 분산 방법 및 분산시간에 의해 결정된다. 분산액에서의 균일하고 미립화된 시료의 분산은 피도물에 코팅된 상태에서의 촉매층의 점착특성을 좌우하는 중요 조업변수 이다. 본 발명에서는 균일한 시료의 분산방법으로서 초음파 처리 장치, 좀더 자세히는 초음파 처리봉(sonic processor rod)과 초음파조(sonic bath)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분사장치의 노즐 크기는 솔레노이드 밸브로서 자동조절되며, 유체의 토출량은 분사장치를 통과하여 흐르는 불활성 기체의 유량에 의해 결정된다. 상기 불활성 기체로는 질소, 아르곤 등을 이용한다.

또한, 본 발명의 자동분사장치는 X-Y-Z 축의 이동위치 및 도포 반복 회수를 자동으로 제어할 수 있으며, 그 운전예를 도 6에 나타내었다. 도 6에서의 X-Y 분사 거리는 시료를 장착한 고정장치의 외벽을 기준으로 하며 분사폭은 자동건의 노즐 조절크기에 따라 조절된다. 또한 도포간격을 제어하여 원하는 상태의 촉매층의 밀도를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 자동 분사장치를 이용하여 촉매가 함유된 분산액을 고분자 전해질, 복합고분자 전해질, 또는 고체형 연료전지용 전해질의 표면에 직접 분사하여 도포함으로써, 고효율을 갖는 막-전극 접합체를 제조할 수 있으며, 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 표면의 금속이온의 제거를 위해 5 중량%의 과산화 수소수 용액에 고분자 전해질을 끓인후 초순수로 2회 이상 세척한다. 다음으로 전해질을 수소 이온전도성으로 치환하기 위하여 1M의 황산용액에 끓인후 초순수에 3회 세척하여 과잉의 황산을 제거한 후 초순수에 보관하여 사용한다. 이상의 방법으로 처리된 전해질을 거름종이로 표면의 물기를 제거한 후 전해질의 형태를 유지할 수 있는 틀에 장착하여 대기중에서 건조한다.

본 발명에서는 건조시 일정한 인장압력이 전해질의 XY방향으로 작용하여 전해질의 표면을 반듯하게 유지하도록 한다. 또한, 30∼80 ℃의 건조온도로 상기 고정장치 밑면에서 공기가 대류 되도록 하여 피도물 위에 뿌려진 용매의 증발속도를 조절할 수 있다. 또한, 용매의 대류에 의한 간접적 증발속도 조절은 피도체인 고분자 전해질의 순간적인 치수안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 촉매층의 기공도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한 미세한 진공을 이 고정장치 밑면에 걸리도록 하여 시료의 휘발 성분이 분사장치의 중요부분으로 휘발하여 장치를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 이상의 방법으로 전해질은 고른 표면을 유지하게 되며, 상기 전해질은 나피온 이오노머와 카본담지 백금 촉매가 유기용매에 일정 혼합비로 균일하게 분산된 슬러리를 이용하여 촉매층을 제조하는데 피도물로서사용된다. 상기 유기용매는 극성 및 비극성의 알콜류 및 아세테이트류 중에서 선택된 1 종 이상으로, 예를 들면 이소프로필 알콜이나 노르말 부틸 알콜 또는 이들을 혼합 사용할 수 있다.

상기 이온전도성 고분자의 함량은 촉매량의 1/2 내지 1/3의 중량비로 칭량하여 사용하는 것이 바람직하다.

이렇게 도포된 촉매층의 두께는 0.001 ∼ 0.4 Pt mg/㎠의 촉매량을 갖도록 자동건의 조업조건을 조절하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저 과산화 수소수와 황산으로 퍼플루오로 에틸렌 설폰산(perfluoro ethylene sulfonic acid)계 고분자 전해질을 처리하여 안정된 치수를 유지하도록 고안된 틀에 표면의 물기만을 거름종이로 제거한 상태에서 장착하였다. 이때의 고분자의 선형치수는 장착 완료조건(이하 SRB : setting ready base)에서의 값으로서 대기 중 건조된 조건(이하 ADB: air dried base)에서의 값에 약 125±5% 이었다. 상온의 초 순수에 보관된 완전 젖음 조건(이하 FWB: fully wetted base)에서는 ADB 선형치수 값의 155±5%이며, 이 값은 SRB 조건에서의 값에 130±5%이었다. 대기 중에서 건조된 조건에서 막 위에 Vulcan XC 72R나 Black pearl 2000과 같은 카본(carbon)에 20 Å 크기로 담지된 백금촉매를 이온전도성 단량체 용액과 함께 유기용매에 분산하여 분사장치의 시료저장용기에 공급하였다. 분산용액의 처리과정은 Pt/C의 1/3양(건조중량 기준)에 해당하는 이온전도성 단량체 분산용액을 칭량하여 촉매와 용매의 혼합액에 넣은 후 초음파 처리기 또는 초음파 처리 조에서 10분, 30분, 1시간 단위로 분산시킴으로서 균일한 분산상태를 얻었다. 이 분산용액을 도 1과 같은 자동 분사장치에 순환식 또는 회분식으로 공급하여 촉매층을 도포하였다. 도포된 두께는 0.001 ∼ 0.4 Pt mg/㎠의 촉매량을 갖도록 자동건의 조업조건을 조절하여 얻었으며, 이 두께는 두께 측정기를 이용하여 측정하였다. 전자현미경을 이용하여 위에서 제조된 촉매층 단면의 두께를 측정함으로써 보다 정확한 측정을 하였다. 이상의 자동분사 장치를 이용하여 도포된 상태를 도 2 ∼ 4에 실사 디지털 이미지로 나타내었다. 도 2는 분사장치를 이용하여 1회 진행된 도포 상태를 나타낸 것이며, 도 3과 4에서는 피도막을 카본 종이와 투명 필름을 각각 사용하여 도포한 것이다. 도 5에는 이상의 도포 회수와 z축의 운행높이 도포 간격 등의 관계를 나타내었으며, 이는 최적의 도포막 상태를 얻을 수 있도록 운전된 것이다. 이러한 방법으로 전해질 양 표면에 코팅한 후 20 중량% PTFE로 처리된 탄소종이(TGPH 060 , TORAY사)나 탄소 천을 양면에 얹은 형태로 막-전극 접합체(이하 MEA : membrane electrode assembly)를 구성하였다. MEA를 단위 전지 틀(5cm×5cm에 기체 유로를 가공한 그라파이트 블록과 가열 판으로 구성된 틀)에 장착한 후 전지 온도를 80 ℃로 하고 양극과 음극을 각각 일정한 가습 조건으로 하여 운전하였다. 이때의 단위전지의 성능평가는 정전류 모드에서 일정 전압을 유지하도록 조절하여 성능을 평가하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하되, 촉매층을 구성하는 백금 촉매의 도포량을 양극(anode)의 도포량을 0.03 mg Pt/㎠로 고정하고 캐소드의 도포량 만을 변화시키면서 촉매층을 제조한 후 MEA를 구성하였다. 이 MEA를 이용하여 단위전지를 실시예1)의 운전방법으로 운전한 결과 각각의 MEA의 성능을 0.6 V에서 전류밀도의 값으로 비교한 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6의 결과에서 촉매층의 도포량의 증가는 0.18 mg Pt/㎠ 부근에서 그 전류밀도가 상용전극의 성능 수준에 다다르며 그 증가율이 완화되고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 직접 도포방법에 의한 촉매층의 도포량은 애노드에서 0.03 mg Pt/㎠로 낮은 량으로 하고 캐소드에서는 0.18∼0.24 mg Pt/㎠로 제조할 경우가 상용전극의 성능을 얻을 수 있는 최적의 도포량이라 할 수 있다. 또한 도 7에 애노드의 도포량이 0.03 mg Pt/㎠ 일 때 캐소드 도포량을 0.03 내지 0.18 mg Pt/㎠ 까지 변화시켜 단위전지를 운전한 결과와 상용전극의 운전한 결과를 캐소드의 중량활성도에 대하여 비교하여 나타내었다. 이 결과에서 촉매 도포량이 늘어날수록 중량활성도는 떨어짐을 알 수 있다. 따라서 촉매 도포량의 최소화를 이룰 수 있는 직접 도포방법에 전극-막 접합체의 제조 방법의 상용전극-막 접합체의 제조방법에 대한 우위성을 확인할 수 있다.

실시예 3

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 촉매층을 구성하는 백금 촉매와 이온전도성 고분자 단량체와의 비율을 1/2 내지 1/3로 조절하여 MEA를 제조하였고, 그 단위전지의 성능을 도 8에 비교하였다. 이의 결과로부터 직접 분사장치를 이용하여 촉매층을 도포한 고분자 전해질 연료전지의 경우 백금 촉매와 이온전도성 고분자 단량체와의 비율을 1/3로 하는 것이 1/2로 하는 것보다 좋은 셀 성능을 얻는 성분비로 나타났다. 상용 MEA의 경우 촉매층과 촉매층 표면에 각각 이온전도성 고분자 단량체를 분사하는 이중 공정을 사용하는 것에 비교하면 직접 분사방식에서 사용하는 최초의 분산액의 제조 과정에서 포함시키는 공정이 단일공정으로서 공정수를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이상의 실험결과를 다음 표 1에 나타내었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 자동 분사장치 및 피도물 고정장치를 이용하여 촉매층을 도포하고, 이 전극을 이용하여 고분자 전해질 연료전지 및 메탄올연료전지에 적용할 경우 균일한 촉매의 분포와 입자크기 및 기공도의 제어가 용이하다. 특히 전해질 표면에 직접 분사하여 촉매층을 도포하는 방법은 피도물의 치수의 안정성을 확보함으로써 촉매층의 구조적 결함을 최소화할 수 있다. 또한 본 발명은 촉매층과 전해질의 계면저항을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매의 이용률을 높임으로써 상용적극 제조법에서 제기되는 촉매 이용률을 높일 수 있다. 또한 부수적으로 전해질 막에 직접 분사함으로써 전해질과 촉매층간의 접촉저항을 줄이기 위한 열압착 공정을 줄이는 제조원가의 절감 효과를 기대할 수 있다.

Claims

삭제
입자의 크기와 분사량을 자동 제어가능한 분산액을 도포하기 위한 자동건 분사장치와, 상기 분산액의 저장용기와, 순환식 펌프와, 촉매층을 도포하는 피도물의 고정장치와, X-Y-Z 축의 이동위치 및 도포 반복 회수를 자동으로 제어하기 위한 X-Y-Z 축의 자동선반이 연결 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 직접 도포식 자동 분사장치에 있어서,

상기 자동 분사장치에는 간접 가열 방식의 피도물 열처리 장치가 추가로 부착된 것을 특징으로 하는 직접 도포식 자동 분사장치.
삭제
삭제
제 1 항 기재의 자동 분사장치로 촉매가 함유된 분산액을 고분자 전해질, 복합고분자 전해질, 또는 고체형 연료전지용 전해질의 표면에 직접 분사하여 도포하는 고효율 막-전극 접합체의 제조방법에 있어서,

상기 분산액은 이온전도성 단량체와 백금 담지 카본 촉매를 유기용매하에서 초음파 봉 및 초음파 조로 분산시켜 제조된 것을 특징으로 하는 고효율 막-전극 접합체의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 이온전도성 단량체의 함량이 촉매량의 1/3의 중량비로 칭량하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고효율 막-전극 접합체의 제조방법.
삭제