KR100551019B1 - 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 상기 막/전극 어셈블리는 서로 대향하여 위치한 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성 고분자 및 음이온 수용체를 포함한다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 연료 전지용 막/전극 어셈블리는 음이온 수용체를 포함하므로 수소 이온을 보다 원활하게 일어나게 할 수 있으므로 전지 효율이 우수한 연료 전지를 제공할 수 있다.
연료전지,음이온수용체,고분자전해질,수소이온,MEA

Description

연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템{MEMBRANE/ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING SAME}
도 1은 본 발명의 음이온 수용체가 전해질 막을 구성하는 고분자에 결합되어 있는 모습을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 구성을 나타낸 개략도.
[산업상 이용 분야]
본 발명은 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지 효율이 우수한 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
[종래 기술]
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 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, 용융탄산염 형 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.
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.
상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(reformer), 연료 탱크 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 기체를 발생시키고 그 수소 기체를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 기체를 발생시키며, 스택에서 수소 기체와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
한편, 연료 전지는 액상의 메탄올 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질기가 배제된다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막/전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate))로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십 개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막/전극 어셈블리는 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라고 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원전극"이라고 한다)이 접착된 구조를 가진다.
상기 고분자 전해질 막은 나피온(Nafion, DuPont사 제조의 상품명), 프레미온(Flemion, Asahi Glass사 제조의 상품명), 아시프렉스(Asiplex, Asahi Chemical사 제조의 상품명) 및 다우 XUS(Dow XUS, Dow Chemical사 제조의 상품명) 전해질막과 같은 퍼플루오로설포네이트 아이오노머막(perfluorosulfonate ionomer membrane)이 주로 사용되고 있다.
본 발명의 목적은 수소 이온 이동성을 증가시켜 효율이 우수한 전지를 제공할 수 있는 연료 전지용 막/전극 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 막/전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향하여 위치한 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성 고분자 및 음이온 수용체를 포함하는 것인 연료 전지용 막/전극 어셈블리를 제공한다.
본 발명은 또한 서로 대향하여 위치한 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성 고분자 및 음이온 수용체를 포함하는 것인 적어도 하나의 막/전극 어셈블리; 및 세퍼레이터를 포함하며, 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
연료 전지용 막/전극 어셈블리는 캐소드 전극, 애노드 전극 및 이 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막으로 구성되며, 연료(수소)를 애노드 전극에 공급하고, 산화제(산소)를 상기 캐소드 전극에 공급하여, 상기 연료가 애노드 전극에서 산화하여 수소 이온이 발생되고, 이 수소 이온이 상기 고분자 전해질 막을 통하여 상기 캐소드 전극으로 이동되어, 물을 생성하면서 에너지를 발생시킨다. 따라서 수소 이온 이동 속도도 연료 전지의 특성을 좌우하는 하나의 펙터이나, 수소 이온이 일반적으로 주변에 다른 분자들에 의해 둘러쌓여있음에 따라 사이즈가 큰(bulky) 상태를 유지하여, 이동 속도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고분자 전해질 막에 음이 온 수용체(anion receptor)를 첨가하였다. 상기 음이온 수용체는 도 1에 나타낸 것과 같이, 고분자 전해질 막을 구성하는 고분자의 음이온에 결합되어, 수소이온을 해리시킨다. 또한 해리된 수소이온은 다른 분자에 의해 에워싸지지 않으므로 보다 자유로운 상태로 빠른 속도로 막 내부를 용이하게 이동할 수 있게 된다. 또한 상기 음이온 수용체는 고온에서도, 즉 물이 없는 상태에서도 수소 이온을 해리시킬 수 있어, 기존에 수소 이온을 해리시키기 위하여 사용되었던 물이 고온에서 휘발됨에 따라 연료 전지를 고온에서 사용할 수 없었던 문제점을 해결할 수 있다. 아울러, 상기 음이온 수용체는 고분자 전해질 막의 가소제로 작용하여 수소 이온이 이동하는데 필요한 자유 부피(free volume)를 향상시켜 줄 수 있다.
이러한 음이온 수용체로는 물에 불용성이고, 수소 이온 이동성 및 수소 이온 해리 가능성이 있는 물질이 바람직하며, 그 대표적인 예로 하기 화학식 1 내지 11의 화합물이 바람직하다. 또한, 하기 화학식 1, 하기 화학식 3, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6 또는 하기 화학식 11이 더욱 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112004051274737-pat00001
[화학식 2]
Figure 112004051274737-pat00002
[화학식 3]
Figure 112004051274737-pat00003
[화학식 4]
Figure 112004051274737-pat00004
[화학식 5]
Figure 112004051274737-pat00005
[화학식 6]
Figure 112004051274737-pat00006
[화학식 7]
Figure 112004051274737-pat00007
[화학식 8]
Figure 112004051274737-pat00008
[화학식 9]
Figure 112004051274737-pat00009
[화학식 10]
Figure 112004051274737-pat00010
[화학식 11]
Figure 112004051274737-pat00011
(상기 화학식 1 내지 11에서, R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 페닐, CH3 또는 CF3이고,
R4, R5, R6, R7 및 R8는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 할로겐 또는 CF3이고,
R9, R10, R11, R12 및 R13은 동일하거나 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이고,
R은 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이다)
상기 화학식 1의 화합물의 대표적인 예는 하기 화학식 12 내지 14를 들 수 있고, 하기 화학식 1의 대표적인 예로는 하기 화학식 15 내지 22를 들 수 있다.
[화학식 12]
Figure 112004051274737-pat00012
[화학식 13]
Figure 112004051274737-pat00013
[화학식 14]
Figure 112004051274737-pat00014
[화학식 15]
Figure 112004051274737-pat00015
[화학식 16]
Figure 112004051274737-pat00016
[화학식 17]
Figure 112004051274737-pat00017
[화학식 18]
Figure 112004051274737-pat00018
[화학식 19]
Figure 112004051274737-pat00019
[화학식 20]
Figure 112004051274737-pat00020
[화학식 21]
Figure 112004051274737-pat00021
[화학식 22]
Figure 112004051274737-pat00022
상기 음이온 수용체는 상기 고분자 전해질 막 전체 중량에 대하여 10 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 20 내지 50 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 음이온 수용체의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 수소 이온을 해리시키는 양이 적어 이온전도도가 낮으며, 음이온 수용체의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우에는 전해질 막의 기계적 강도가 취약한 문제점이 발생한다.
상기 고분자 전해질 막에서 고분자는 수소 이온 전도성 고분자이면 어떠한 것도 사용가능하나, 그 대표적인 예로 퍼플루오로계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리 에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸)(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)) 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 더 바람직하다. 다만, 본 발명의 연료전지용 고분자 전해질막에 포함되는 수소이온 전도성 고분자의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 고분자 전해질 막은 상기 수소 이온 전도성 고분자로 이루어진 필름 형태의 고분자 막을 음이온 수용체 조성물에 함침시켜 제조하거나, 상기 수소 이온 전도성 고분자와 음이온 수용체를 직접 혼합하여, 필름 형성용 조성물을 제조하고, 이 조성물로 필름 형태의 고분자 전해질 막을 제조할 수도 있다.
이때, 상기 음이온 수용체 조성물에서 용매로는 물, 알코올 (에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올 등), 아민 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 필름 형성용 조성물에서 용매로는 디메틸에테르, 디에틸에테르 테트라하이드로퓨란 등의 에테르계 용매, 디메틸아세트아미드 등의 아미드계 용매, 디메틸설폭사이드 등의 설폭사이드계 용매, N-메틸 피롤리돈 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 고분자 전해질 막은 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 위치하여 막/전극 어셈블리를 이룬다.
상기 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극은 기체 확산층(gas diffusion layer) 과 촉매층으로 구성된다. 상기 촉매층은 관련 반응(수소의 산화 및 산소의 환원)을 촉매적으로 도와주는 이른바 금속 촉매를 포함하는 것으로서, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 또는 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속) 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하며, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-코발트 합금 또는 백금-니켈 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한 일반적으로 상기 금속 촉매로는 담체에 지지된 것이 사용된다. 상기 담체로는 아세틸렌 블랙, 흑연과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 알루미나, 실리카 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도, 당해 분야에 종사하는 사람들에게 쉽게 이해될 수 있는 내용이다.
연료 전지에서 수소 또는 연료를 상기 애노드 전극에 공급하고, 산소를 상기 캐소드 전극에 공급하여, 애노드 전극과 캐소드 전극의 전기 화학 반응에 의하여 전기를 생성한다. 애노드에서 수소 또는 유기 원료의 산화 반응이 일어나고, 캐소드에서 산소의 환원 반응이 일어나 두 전극 간의 전압차를 발생시키게 된다.
상기 기체 확산층으로는 탄소 페이퍼나 탄소 천이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 기체 확산층은 연료 전지용 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 반응 가스를 확산시켜 촉매층으로 반응 기체가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 또한 이 기체 확산층은 탄소 페이퍼나 탄소 천을 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소 계열 수지로 발수 처리한 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 발생되는 물에 의하여 기체 확산 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 전극은 상기 기체 확산층과 상기 촉매층 사이에 기체 확산층의 기체 확산 효과를 더욱 증진시키기 위하여, 미세 다공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 상기 미세 다공층은 탄소 분말, 카본 블랙, 활성 탄소, 아세틸렌 블랙 등의 도전성 물질, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 바인더 및 필요에 따라 아이오노머를 포함하는 조성물을 도포하여 형성된다.
본 발명의 막/전극 어셈블리를 포함하는 본 발명의 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산소 공급부를 포함한다.
상기 전기 발생부는 고분자 전해질 막, 이 고분자 전해질 막 양면에 존재하는 캐소드 및 애노드 전극 및 바이폴라 플레이트를 포함하며, 수소와 산소의 전기화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.
상기 연료 공급부는 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산소 공급부는 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.
본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 2에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 연료 전지 시스템(100)은 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(19)를 갖는 스택(7)과, 상기한 연료를 공급하는 연료 공급원(1)과, 공기를 전기 발생부(19)로 공급하는 산소 공급원(5)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급원(1)은 연료를 저장하는 연료 탱크(9)와, 연료 탱크(9)에 연결 설치되는 연료 펌프(11)를 구비한다. 상기한 연료 펌프(11)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(9)에 저장된 연료를 배출시키는 기능을 하게 된다.
상기 스택(7)의 전기 발생부(19)로 산소를 공급하는 산소 공급원(5)은 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하는 적어도 하나의 공기 펌프(13)를 구비한다.
상기 전기 발생부(19)는 수소 가스와 공기 중의 산소를 산화/환원 반응시키는 막/전극 어셈블리(21)와 이 막/전극 어셈블리의 양측에 수소 가스와 산소를 함유한 공기를 공급하기 위한 바이폴라 플레이트(23,25)로 구성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
나피온(듀퐁 화학) 112 고분자 70 중량%와 화학식 3의 음이온 수용체 화합물을 30중량%를 디메틸아세트아미드 용매 중에서 혼합하여 고분자 전해질 막 형성용 조성물을 제조하고, 이를 필름 형태로 성형하여 고분자 전해질 막을 제조하였다. 이 고분자 전해질 막을 캐소드 및 애노드 전극 사이에 넣고 100℃에서 1분간 소성 한 후, 열간압연하여 막/전극 어셈블리를 제조하였다. 상기 캐소드와 애노드는 탄소 분말에 담지된 백금 촉매(Pt/C), 퍼플루오로설포네이트(Nafion) 바인더 및 이소프로필알콜 용매를 혼합하여 제조한 촉매 슬러리를 탄소 페이퍼에 코팅하여 제조하였다. 이 경우 촉매층의 촉매량은 0.4mg/cm2로 고정하였다.
상기 제조된 막/전극 어셈블리를 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후, 일정 형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 바이폴라 플레이트에 삽입한 후, 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다.
(실시예 2)
나피온(듀퐁 화학) 112 고분자 70 중량%와 화학식 9의 음이온 수용체 화합물을 30중량%를 디메틸아세트아미드 용매 중에서 혼합하여 고분자 전해질 막 형성용 조성물을 제조하고, 이를 필름 형태로 성형하여 고분자 전해질 막을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 막/전극 어셈블리 및 단위 전지를 제조하였다.
(비교예 1)
음이온 수용체 화합물을 사용하지 않고 퍼플루오로설포네이드(Nafion 112)를 고분자 전해질 막으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 막/전극 어셈블리 및 단위 전지를 제조하였다.
상기된 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에 의해 제조된 단위 전지를 양극에 가습되지 않은 공기를 상압으로 주입하고 음극에 가습되지 않은 수소를 상압으로 주 입한 경우에 대한 상온 및 60℃에서의 0.6V에서의 출력밀도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상온 60℃
실시예 1 0.83A/cm2 0.80A/cm2
실시예 2 0.72A/cm2 0.87A/cm2
비교예 1 0.32A/cm2 0.19A/cm2
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 음이온 수용체를 사용한 실시예 1 및 2의 연료 전지가 무가습 조건에서 상온에서의 출력 밀도가 음이온 수용체를 사용하지 않은 비교예 1에 비하여 높게 나타났으며, 또한 고온 조건 하에서는 비교예 1에 비하여 매우 높은 출력 밀도를 나타내므로, 실시예 1 및 2의 전지는 고온에서도 적용 가능함을 알 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 연료 전지용 막/전극 어셈블리는 음이온 수용체를 포함하므로 수소 이온을 보다 원활하게 일어나게 할 수 있으므로 무가습 운전조건에서도 출력밀도가 우수한 연료 전지를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 서로 대향하여 위치한 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및
    상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고,
    상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성 고분자 및 음이온 수용체를 포함하는 것인
    연료 전지용 막/전극 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음이온 수용체는 하기 화학식 1 내지 11로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 막/전극 어셈블리.
    [화학식 1]
    Figure 112004051274737-pat00023
    [화학식 2]
    Figure 112004051274737-pat00024
    [화학식 3]
    Figure 112004051274737-pat00025
    [화학식 4]
    Figure 112004051274737-pat00026
    [화학식 5]
    Figure 112004051274737-pat00027
    [화학식 6]
    Figure 112004051274737-pat00028
    [화학식 7]
    Figure 112004051274737-pat00029
    [화학식 8]
    Figure 112004051274737-pat00030
    [화학식 9]
    Figure 112004051274737-pat00031
    [화학식 10]
    Figure 112004051274737-pat00032
    [화학식 11]
    Figure 112004051274737-pat00033
    (상기 화학식 1 내지 11에서, R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 페닐, CH3 또는 CF3이고,
    R4, R5, R6, R7 및 R8는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 할로겐 또는 CF3이고,
    R9, R10, R11, R12 및 R13은 동일하거나 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이고,
    R은 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이다)
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 음이온 수용체는 하기 화학식 1, 하기 화학식 3, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6 및 하기 화학식 11로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 막/전극 어셈블리.
    [화학식 1]
    Figure 112004051274737-pat00034
    [화학식 3]
    Figure 112004051274737-pat00035
    [화학식 5]
    Figure 112004051274737-pat00036
    [화학식 6]
    Figure 112004051274737-pat00037
    [화학식 11]
    Figure 112004051274737-pat00038
    (상기 화학식에서, R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 페닐, CH3 또는 CF3이고,
    R9, R10, R11, R12 및 R13은 동일하거나 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이고,
    R은 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이다)
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 이온 전도성 고분자는 퍼플루오로계 고분자, 벤즈이미다졸 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 및 이들의 술폰산기 치환체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 막/전극 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 상기 음이온 수용체를 10 내지 70 중량% 포함하는 것인 연료 전지용 막/전극 어셈블리.
  6. 서로 대향하여 위치한 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성 고분자 및 음이온 수용체를 포함하는 것인 적어도 하나의 막/전극 어셈블리; 및 세퍼레이터를 포함하며, 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    수소를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및
    산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 음이온 수용체는 하기 화학식 1 내지 11로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지 시스템.
    [화학식 1]
    Figure 112004051274737-pat00039
    [화학식 2]
    Figure 112004051274737-pat00040
    [화학식 3]
    Figure 112004051274737-pat00041
    [화학식 4]
    Figure 112004051274737-pat00042
    [화학식 5]
    Figure 112004051274737-pat00043
    [화학식 6]
    Figure 112004051274737-pat00044
    [화학식 7]
    Figure 112004051274737-pat00045
    [화학식 8]
    Figure 112004051274737-pat00046
    [화학식 9]
    Figure 112004051274737-pat00047
    [화학식 10]
    Figure 112004051274737-pat00048
    [화학식 11]
    Figure 112004051274737-pat00049
    (상기 화학식 1 내지 11에서, R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 페닐, CH3 또는 CF3이고,
    R4, R5, R6, R7 및 R8는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 할로겐 또는 CF3이고,
    R9, R10, R11, R12 및 R13은 동일하거나 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이고,
    R은 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이다)
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 음이온 수용체는 하기 화학식 1, 하기 화학식 3, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6 및 하기 화학식 11로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지 시스템.
    [화학식 1]
    Figure 112004051274737-pat00050
    [화학식 3]
    Figure 112004051274737-pat00051
    [화학식 5]
    Figure 112004051274737-pat00052
    [화학식 6]
    Figure 112004051274737-pat00053
    [화학식 11]
    Figure 112004051274737-pat00054
    (상기 화학식에서, R1, R2 및 R3는 동일하거나 서로 독립적으로 H, 페닐 또는 CF3이고,
    R9, R10, R11, R12 및 R13은 동일하거나 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이고,
    R은 H, F, Cl, CF3 또는 CH3이다)
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 수소 이온 전도성 고분자는 퍼플루오로계 고분자, 벤즈이미다졸 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 및 이들 의 술폰산기 치환체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 상기 음이온 수용체를 10 내지 70 중량% 포함하는 것인 연료 전지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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