KR100508890B1 - 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용일체형 집전체-전극 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극은, 금속선 함유 탄소천 상부에, 탄소 분말 및 발수 물질을 포함하는 확산층과, 상기 확산층 상부에 촉매 및 고분자 전해질 이오노머를 포함하는 촉매층을 포함하며, 상기 금속선 함유 탄소천은 탄소사 사이에 두께 50㎛ 내지 200㎛의 금속선을 포함하며, 상기 금속선은 전자를 집전하는 집전체로 작용한다.

본 발명에서는 금속선 함유 탄소천을 이용함으로써 전극과 집전체가 일체로 제조되므로, 대량생산시 집전체를 설치하기 위한 별도의 공정이 필요 없어 제조 공정을 단순화될 수 있고, 전극과 집전체의 접촉저항이 최소화되고 반응물의 원활한 공급 및 생성물의 원활한 제거가 가능하게 되어 이를 이용한 직접 메탄올 연료전지의 성능이 크게 개선될 수 있다.

Description

금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극 및 그 제조 방법{Monolithic collector-electrode for direct methanol fuel cell using carbon cloth with built-in metal lines and method for manufacturing the same}

본 발명은 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC 이하 DMFC로 표기)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응물의 원활한 공급 및 생성물의 원활한 제거가 가능하고, 간단한 공정에 의해 제조될 수 있는 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조 방법에 관한 것이다.

DMFC는 연료인 메탄올과 물의 혼합용액과 산화제인 순수 산소 또는 공기의 전기화학적 반응에 의해 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환장치이다. 전해질로 수소이온교환막을 사용하고 있는 DMFC는 고온용 DMFC와 상온용 DMFC로 구분된다.

일반적으로 고온용 DMFC의 경우, 탄소 담체에 담지된 백금-루테늄 촉매를 양극(anode)에 사용하고, 백금 촉매를 음극(cathode)에 사용하며, 상온용 DMCF의 경우, 탄소 담체가 없는 순수 백금-루테늄 블랙 촉매를 양극에 사용하고, 순수 백금 블랙 촉매를 음극에 사용한다.

DMFC용 전극은 발수 처리된 다공성의 탄소천 상부에, 기체 및 액체 반응물의 확산을 위한 탄소와 발수 물질의 혼합물을 도포하여 확산층을 형성하고, 그 위에 촉매와 고분자 전해질 즉, 이오노머의 혼합물을 얇게 도포하여 제조한다. 촉매를 도포하는 방법으로는 스프레이 코팅법, 여과방법, 스크린 프린팅법 등이 사용된다. 이렇게 제조된 양극과 음극 사이에 전해질막을 배치한 후, 전해질의 유리전이온도 이상, 일정 압력하에서 핫 프레싱하여 막-전해질 접합체(Membrane Electrode of Assembly; MEA)를 제조한다. 단위 전지를 구성하기 위해서는, MEA와 전기화학적 반응을 통해 형성된 전자를 집전시키기 위한 집전체와 가스의 기밀성을 유지하기 위한 가스켓을 함께 장착하고, 메탄올 용액의 저장조 역할을 하며 집전체와 음극의 전극을 밀착시켜주는 유로를 가진 음극용 판과, 공기의 투입 및 집전체와 양극의 전극을 밀착시켜주는 양극용 판을 통해 MEA를 밀착시키면 상온용 DMFC의 단위전지가 완성된다.

그러나, 상기 방법은 대량생산시 MEA에 집전체 및 가스켓을 설치하기 위한 공정이 추가되는 단점이 있고, MEA의 양극과 음극에 집전체가 완전히 밀착되지 못할 경우 접촉저항이 증가하고, 음극의 산화반응에 의해 생성되는 이산화탄소와 양극의 환원반응에 의해 생성되는 물의 원활한 제거가 어려워 단위전지의 성능이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 제조 공정이 단순하고, 전극과 집전체의 접촉저항이 최소화되고, 반응물의 원활한 공급 및 생성물의 원활한 제거가 가능한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기의 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극은, 금속선 함유 탄소천 상부에, 탄소 분말 및 발수 물질을 포함하는 확산층과, 상기 확산층 상부에 촉매 및 고분자 전해질 이오노머를 포함하는 촉매층을 포함하며, 상기 금속선 함유 탄소천은 탄소사 사이에 두께 50㎛ 내지 200㎛의 금속선을 포함하며, 상기 금속선은 전자를 집전하는 집전체로 작용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법은, (a) 시트상의 직물형태로 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계; (b) 상기 금속선 함유 탄소천에 탄소 분말, 발수 물질 및 유기 용매를 포함하는 확산층을 도포하는 단계; (c) 상기 확산층 상부에 고분자 전해질 이오노머, 촉매 및 유기 용매를 포함하는 촉매 잉크를 도포하여 촉매층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 촉매층에 친수성 용매에 분산시킨 고분자 전해질 이오노머 용액을 도포하는 단계를 포함한다.

상기 단계(a)의 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 삽입하는 단계 또는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 위치시켜 탄소사와 함께 직조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법에 있어서, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소 분말은 20wt% 내지 40wt%의 폴리테트라플루오로에틸렌을 함유할 수 있다.

직접 메탄올 연료전지에서 요구되는 특성을 고려할 때, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소 분말은 입자 크기가 20㎛ 내지 100㎛이고, 표면적이 20㎡/g 내지 300㎡/g인 것이 바람직하다.

또한, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소분말의 도포량은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠ 내지 4.0mg/㎠인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조 방법은, (a) 시트상의 직물형태로 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계; (b) 상기 금속선 함유 탄소천에 탄소 분말, 발수 물질 및 유기 용매를 포함하는 확산층을 도포하는 단계; (c) 상기 확산층 상부에 고분자 전해질 이오노머, 촉매 및 유기 용매를 포함하는 촉매 잉크를 도포하여 촉매층을 형성하는 단계; (d) 상기 촉매층에 친수성 용매에 분산시킨 고분자 전해질 이오노머 용액을 도포하는 단계; 및 (f) 상기 단계(d)에서 제조된 일체형 집전체-전극을 고분자 전해질막의 양면에 배치하여 열 압착시키는 단계를 포함한다.

상기 단계(a)의 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 삽입하는 단계 또는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 위치시켜 탄소사와 함께 직조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법에 있어서, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소 분말은 20wt% 내지 40wt%의 폴리테트라플루오로에틸렌을 함유할 수 있다.

직접 메탄올 연료전지에서 요구되는 특성을 고려할 때, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소 분말은 입자 크기가 20㎛ 내지 100㎛이고, 표면적이 20㎡/g 내지 300㎡/g인 것이 바람직하다.

또한, 상기 확산층 제조시 사용되는 탄소분말의 도포량은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠ 내지 4.0mg/㎠인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 직접메탄올 연료전지의 전극 제조시 집전체를 일체로 형성한다. 이를 위해, 전극의 기재층으로서 금속선을 함유시킨 탄소천을 이용한다. 금속선 함유 탄소천은 탄소사 사이에 예를 들어 50㎛ 내지 100㎛ 두께의 금속선을 일정 간격 또는 일정 비율로 포함한다. 예를 들어, 금속선은 발수 처리된 탄소사 사이에 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 위치할 수 있다. 이를 위해, 탄소사 사이에 상기 두께를 가진 금속선을 일정 간격 내지는 일정 비율이 되도록 삽입하거나, 함께 직조한다. 이와 같은 방법에 의해, 시트상의 직물형태로 금속선 함유 탄소천이 제조된다. 이렇게 제조된 금속선 함유 탄소천 위에 확산층 역할을 하는 탄소 분말과 발수 물질의 혼합물을 도포한 후, 백금 촉매 또는 백금-루테늄 블랙 촉매와 고분자 전해질 이오노머 혼합물을 얇게 도포함으로써, 집전체가 일체화된 전극이 제조된다. 상기 고분자 전해질 이오노머 용액으로는 나피온 용액(Nafion™, 듀퐁사) 등이 사용된다.

MEA는 상기에서 제조된 촉매와 확산층이 도포된 애노드 및 캐소드 전극사이에 수소이온전도성 고분자막을 위치시킨 후, 열 압착함으로써 제조된다.

탄소천 상부에 도포할 탄소분말로는 발수처리된 탄소분말을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 기체 확산층인 금속선 함유 탄소천을 그대로 사용하는 경우에는 촉매층 도포시 촉매 입자들이 금속선 함유 탄소천 안으로 침투하여 들어갈 수 있는데, 이를 방지하기 위함이다.

탄소천 상부에 탄소 분말층을 제조하기 위해서는 먼저 탄소 슬러리를 제조한다. 탄소 슬러리는 예를 들어 약 30㎛ 크기의 입자를 갖는 카본블랙의 미세분말(캐봇사의 불칸 XC-72R)과 발수 작용을 하는 테프론 용액(E-텍크)과 이소프로판올 용매를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 탄소 슬러리 제조시 테프론 함량은 탄소분말에 대해 약 20 내지 40wt%로 하는 것이 기체확산층으로서 요구되는 물성을 얻는데 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 탄소 분말은, 전극에서 수행되는 화학반응을 용이하게 진행시키기 위하여, 20㎛ 내지 100㎛의 입자 크기, 20㎡/g 내지 300㎡/g의 표면적범위를 유지하는 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 탄소슬러리를 예를 들어 스프레이 코팅법을 사용하여 금속선 함유 탄소천 상부에 도포한다. 금속선 함유 탄소천 상부에 도포된 탄소 분말의 양은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠ 내지 4.0mg/㎠인 것이 바람직하다. 이러한 방법으로 형성된 탄소 분말층은 모세관력 및 테프론의 소수성에 의하여 연료전지 반응 중에 생성되는 반응 생성수를 신속히 제거함으로써, 전극 반응을 방해하는 홍수현상(flooding)을 방지하여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

금속선 함유 탄소천 상부에 탄소 분말층을 도포하고, 압착처리가 완료되면, 촉매 잉크를 제조하고, 상기 탄소 분말층 위에 도포하여 촉매층을 형성한다. 상기 촉매 잉크는 예를 들어 촉매를 물에 분산시킨 분산액에 고분자 전해질 이오노머 용액과 이소프로판올을 첨가하고, 교반함으로써 얻어진다. 상기 고분자 전해질 이오노머 용액으로는 예를 들어 나피온 용액을 사용하고, 상기 촉매로는 예를 들어 백금 또는 백금-루테늄 합금의 블랙 촉매를 사용한다.

상기 제조된 촉매 잉크를 탄소 분말층에 도포하여 촉매층을 형성하는 방법으로는 여러 가지가 있을 수 있는데, 스프레이 코팅법 또는 50 내지 200메쉬(mesh)의 스크린을 이용한 스크린 프린팅법을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 촉매층 중의 이오노머의 함량은 촉매 총량을 기준으로 5wt% 내지 10wt%인 것이 바람직하다. 이때 전극에서 형성된 수소 이온이 전해질 막으로 잘 이동되도록 하기 위해서는 전극과 전해질 막의 접촉을 양호하게 해야 하는데, 이를 위해서는 전극 표면에 이오노머가 충분히 존재(촉매 총량을 기준으로 5wt% 내지 10wt% 이상)하도록 하여 촉매층과 전해질막의 접촉 면적을 최대화하는 것이 바람직하다. 그러나, 전극의 촉매층 내에 이오노머의 양이 너무 많으면 촉매의 활성 면적이 줄어들게 됨에 따라 전극의 성능이 감소할 수 있다.

전극의 촉매층 상부와 전해질막과의 접촉을 양호하게 하기 위해 나피온 용액의 도포가 완료되면, 준비된 수소이온 전도성 고분자막과 애노드 전극 및 캐소드 전극을 결합시켜 MEA를 제작한다.

상기 MEA를 제작하는 방법으로는 예를 들어 열 압착기를 이용한 핫 프레싱 방법이 이용된다. 일체형 집전체-전극 모양으로 오려낸 테이프 형태의 100㎛ 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌 테이프 사이에 애노드 전극, 고분자막, 캐소드 전극을 배치하고, 핫 프레싱을 수행한다. 이러한 핫 프레싱방법으로는, 예를 들어 열 압착기를 이용하여 140℃에서 약 2분 30초 동안 단위 면적당 50kg에서 70kg으로 열 압착을 하는 방법을 이용할 수 있다.

MEA를 중심으로 가스의 기밀성을 유지하기 위한 가스켓을 장착하고, 메탄올 용액의 저장조 역할을 하며 MEA에 균일한 압력을 주기 위한 유로를 가진 음극용 판과, 공기의 투입 및 MEA에 균일한 압력을 주기 위한 양극용 판을 밀착시켜 단위 전지를 제조한다. 이 때 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 탄소천과 함께 결합된 집전체 역할을 하는 금속선을 단위전지 외부로 빼내면 상온용 DMFC의 단위전지가 완성된다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1: 금속선 함유 탄소천을 이용한 일체형 집전체-전극>

탄소천 제조시 발수 처리가 된 탄소사 사이에 100㎛의 금속선을 1㎜ 간격으로 삽입하였다. 제조된 금속선 함유 탄소천 위에 확산층을 형성하기 위하여, 탄소 분말, 20wt%의 테프론 용액(E-텍크), 및 이소프로판올 용매를 혼합한 슬러리를 에어 브러쉬건을 이용하여 금속선 함유 탄소천의 한쪽면에 도포하였다. 이 때 탄소분말의 함량은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠였다. 탄소층이 도포된 금속선 함유 탄소천을 온도 70℃의 건조로에서 약 1시간 동안 건조하였다.

백금-루테늄 블랙 촉매 0.09g을 물 0.3g에 분산시킨 후, 여기에 5wt% 나피온 용액 0.27g과 이소프로판올 0.3g을 첨가하면서 교반하여 촉매 잉크를 제조하였다. 에어 브러쉬건을 이용하여 스프레이 코팅법으로 상기 촉매 잉크를 탄소층 상부에 도포하여 촉매층을 형성하고, 촉매층이 형성된 전극을 온도 70℃의 건조로에서 약 1시간 동안 건조한 후, 다시 촉매층 표면 상부에 나피온 용액 0.27g과 이소프로판올 0.27g, 물 0.27g을 혼합하여 제조한 용액을 도포하여 애노드 전극을 만들었다.

백금 블랙 촉매 0.09g을 물 0.4g에 분산시킨 후, 여기에 5wt% 나피온 용액 0.18g과 이소프로판올 0.2g을 첨가하면서 교반하여 촉매 잉크를 제조하였다. 에어 브러쉬건을 이용하여 스프레이 코팅법으로 상기 촉매 잉크를 탄소층 상부에 도포하여 촉매층을 형성하고, 촉매층이 형성된 전극을 온도 70℃의 건조로에서 약 1시간 동안 건조한 후, 다시 촉매층 표면 상부에 나피온 용액 0.18g과 이소프로판올 0.18g, 물 0.18g을 혼합하여 제조한 용액을 도포하여 캐소드 전극을 만들었다.

<실시예 2: 일체형 집전체-전극을 이용한 전해질-전극접합체의 제조 방법>

상기 실시예 1에서 제조된 애노드 및 캐소드 전극을 수소이온 전도성 고분자 전해질막(Nafion™ 117, 듀퐁사)을 사이에 두고 밀착시켜 MEA를 제작하였다.

MEA는 상기 애노드 및 캐소드 전극 모양으로 오려낸 테이프 형태의 100㎛ 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌 테이프 사이에 애노드 전극, 고분자 막, 및 캐소드 전극을 놓고 핫 프레싱을 실시함으로써 제조하였다. 핫 프레싱 방법으로는 열 압착기를 이용해 140℃에서 약 2분 30초 동안 단위 면적당 50kg에서 70kg으로 압착하는 방법을 이용하였다.

MEA를 중심으로 가스의 기밀성을 유지하기 위한 300㎛의 실리콘 가스켓을 전극 부분을 제외한 고분자 전해질 부분에 밀착시키고, 메탄올 용액의 저장조로서 작용하며 MEA에 균일한 압력을 주기 위한 유로를 가진 음극용 판과, 공기의 투입 및 MEA에 균일한 압력을 주기 위한 양극용 판을 밀착시켜 단위전지를 제조하였다.

상기 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 탄소천과 함께 결합된 집전체 역할을 하는 금속선을 단위전지 외부로 빼낸 후, 상온용 DMFC의 단위전지 성능을 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 도시하였다.(운전조건: 25'C, 상압, 메탄올농도 = 4몰, 공기 호흡형) 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 상기 실시예에 따라 제조된 일체형 집전체-전극을 채용한 직접 메탄올 연료전지는 집전체와 전극의 접촉저항이 최소화되어 반응물의 원활한 공급 및 생성물의 원활한 제거가 가능함에 따라 연료전지의 성능이 크게 개선되는 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극은, 탄소천 제조시 집전체 역할을 하는 금속선을 일정비율로 삽입 또는 직조함으로써, 전극과 집전체가 일체화되어 대량생산시 집전체를 설치하기 위한 별도의 공정이 필요 없어 제조 공정을 단순화시키고, 전극과 집전체의 접촉저항을 최소화시키며, 반응물의 원활한 공급 및 생성물의 원활한 제거를 가능하게 한다.

따라서, 본 발명에 의한 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극을 상온용 DMFC 시스템에 적용할 경우, 전지 성능이 크게 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극을 채용한 단위 전지의 성능을 측정한 결과를 도시한 것이다.

Claims (11)

1. 금속선 함유 탄소천 상부에,

   탄소 분말 및 발수 물질을 포함하는 확산층과,

   상기 확산층 상부에 촉매 및 고분자 전해질 이오노머를 포함하는 촉매층을 포함하며,

   상기 금속선 함유 탄소천은 탄소사 사이에 두께 50㎛ 내지 200㎛의 금속선을 포함하며, 상기 금속선은 전자를 집전하는 집전체로 작용하는 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극.
2. (a) 시트상의 직물형태로 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계;

   (b) 상기 금속선 함유 탄소천에 탄소 분말, 발수 물질 및 유기 용매를 포함하는 확산층을 도포하는 단계;

   (c) 상기 확산층 상부에 고분자 전해질 이오노머, 촉매 및 유기 용매를 포함하는 촉매 잉크를 도포하여 촉매층을 형성하는 단계; 및

   (d) 상기 촉매층에 친수성 용매에 분산시킨 고분자 전해질 이오노머 용액을 도포하는 단계를 포함하는, 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 단계(a)의 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 삽입하는 단계 또는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 위치시켜 탄소사와 함께 직조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 단계(b)의 탄소 분말은 20wt% 내지 40wt%의 폴리테트라플루오로에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 단계(b)의 탄소 분말은 입자 크기가 20㎛ 내지 100㎛이고, 표면적이 20㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
6. 제2항에 있어서,

   상기 단계(b)의 탄소 분말 도포량은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠ 내지 4.0mg/㎠인 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
7. (a) 시트상의 직물형태로 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계;

   (b) 상기 금속선 함유 탄소천에 탄소 분말, 발수 물질 및 유기 용매를 포함하는 확산층을 도포하는 단계;

   (c) 상기 확산층 상부에 고분자 전해질 이오노머, 촉매 및 유기 용매를 포함하는 촉매 잉크를 도포하여 촉매층을 형성하는 단계;

   (d) 상기 촉매층에 친수성 용매에 분산시킨 고분자 전해질 이오노머 용액을 도포하는 단계; 및

   (f) 상기 단계(d)에서 제조된 일체형 집전체-전극을 고분자 전해질막의 양면에 배치하여 열 압착시키는 단계를 포함하는, 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 단계(a)의 금속선 함유 탄소천을 제조하는 단계는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 삽입하는 단계 또는 탄소사 사이에 상기 금속선을 0.5㎜ 내지 1㎜ 간격으로 위치시켜 탄소사와 함께 직조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속선 함유 탄소천을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 일체형 집전체-전극의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 단계(b)의 탄소 분말은 20wt% 내지 40wt%의 폴리테트라플루오로에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 단계(b)의 탄소 분말은 입자 크기가 20㎛ 내지 100㎛이고, 표면적이 20㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조방법.
11. 제7항에 있어서,

    상기 단계(b)의 탄소 분말 도포량은 전극 면적을 기준으로 2.0mg/㎠ 내지 4.0mg/㎠인 것을 특징으로 하는 일체형 집전체-전극을 이용한 직접 메탄올 연료전지용 전해질-전극접합체의 제조방법.