KR100618233B1 - 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성평가 시스템 - Google Patents

고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성평가 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리(MEA, membrane electrode assembly)의 분극 특성 평가 시스템에 관한 것으로서, 막 전극 어셈블리가 장착되는 막 전극 어셈블리 수용부; 막 전극 어셈블리 장착시 연료극 및 공기극과 각각 접하도록 위치하며 유로가 형성된, 연료극 바이폴라판 및 공기극 바이폴라판; 고분자전해질막의 노출면과 접하면서 바이폴라판을 가로질러 외부로 돌출된 기준전극; 전자부하기; 및 전압계를 포함하며, 이러한 본 발명의 시스템을 사용하면, 막 전극 어셈블리의 연료극과 공기극 각각의 분극 특성을 정확히 평가할 수 있어 연료전지의 출력 성능을 정확히 분석하고 예측할 수 있다.

Description

고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템{SYSTEM FOR DETERMINING POLARIZATION PROPERTY OF A MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR A POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FUEL CELL}
도 1은 기존의 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템의 개략도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 실시예 1에서 사용된, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템의 개략도이며, 도 2b 및 2c는 각각 이 시스템을 구성하는 연료극 바이폴라판 및 공기극 바이폴라판의 정면도이고,
도 3a는 본 발명에 따른 실시예 2에서 사용된, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템의 개략도이며, 도 3b 및 3c는 각각 이 시스템을 구성하는 연료극 바이폴라판 및 공기극 바이폴라판의 정면도이고,
도 4 및 5는 각각 실시예 1 및 2에서 측정된, 전류밀도에 따른, 전지전압, 및 기준전극 대비 연료극과 공기극 각각의 전압 및 이들 전압의 차를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기준전극 2 : 수분 공급 장치
3 : 고분자전해질막 4 : 연료극
5 : 공기극 6 : 연료극의 바이폴라판
7 : 공기극의 바이폴라판 8 : 연료극의 말단판
9 : 공기극의 말단판 10 : 가스켓
11, 12, 13 : 전압계
14 : 기준전극 삽입부 15 : 수분 공급 장치 삽입부
16 : 연료 유입부 17 : 연료 유출부
18 : 공기 유출부 19 : 공기 유입부
본 발명은 기준전극을 이용하여 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성, 즉 막 전극 어셈블리를 구성하는 연료극 및 공기극 각각의 개별적인 분극 특성을 간편하고 정확하게 측정할 수 있는 평가 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화력발전과는 달리 카르노 사이클을 거치지 아니하므로 그 이론적인 발전 효율이 매우 높다. 또한, 연료전지는 화력발전에 비하여 NOx와 CO2의 배출량 및 소음이 적어서, 환경친화적인 발전장치라 할 수 있다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 고분자전해질막 연료전지( PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell), 인산 연료전지(PAFC: phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC: molten carbonate fuel cell), 고체산화물 연료전지(SOFC: solid oxide fuel cell) 등으로 구분된다. 사용되는 전해질에 따라 연료전지의 작동온도 및 구성 부품의 재질 등이 달라진다.
이들 중 고분자전해질막 연료전지는 작동온도가 낮고 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크고, 시동시간 및 연료주입시간이 짧으며, 부하변화에 대한 응답이 빠르다는 특징을 갖는다. 또한, 고분자전해질막 연료전지는 전해질로서 고분자막을 사용하기 때문에 부식이 적고, 디자인이 간단하며, 제작이 쉽고, 작동원리가 같은 인산형 연료전지에 비해 부피와 무게가 작다는 장점을 갖는다. 따라서, 고분자전해질막 연료전지는 전기자동차의 축전지를 대체하는 수송용 동력원, 이동 및 비상용 전원, 군사용 전원 등으로 유용하게 사용된다.
고분자전해질막 연료전지는 연료극, 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 위치하는 고분자전해질막으로 이루어진 막 전극 어셈블리(MEA, membrane electrode assembly)와, 전기전도체의 역할을 하며 연료 또는 산화제 가스가 전극과 접하면서 흐르도록 하는 채널(유로)을 구비하고 있는 바이폴라판(bypolar plate) 또는 모노폴라판(monopolar plate)을 포함한다. 일반적으로, 연료극에는 연료로서 수소 가스 또는 메탄올 수용액 등이 공급되고, 공기극에는 산화제로서 공기가 공급된다. 연료극에서는 연료가 반응하여 수소이온 및 전자(electron)가 생성된다. 생성된 수소이온은 전해질막을 통해 공기극 쪽으로 이동하며, 전자는 외부회로를 구성하는 도선 및 부하를 통하여 공기극으로 이동한다. 공기극에서는 수소이온과 전자가 공기 중의 산소와 결합되어 물이 생성되고 물은 전지 외부로 배출된다.
상기 MEA는 고분자전해질막 연료전지의 심장으로서 실질적으로 전지의 출력 성능을 좌우하므로, MEA의 출력 성능을 평가하고 분석함으로써 촉매, 고분자막 등 연료전지에 사용되는 재료, 제조공정 및 연료전지 전체 시스템에 대한 평가 및 시스템 제어를 수행할 수 있다. 일반적으로, MEA의 출력 특성 및 장기 수명 등을 평가하기 위해, 연료극과 공기극에 일정한 흐름 속도로 연료와 공기를 각각 공급하면서 전자부하기(electric loader)를 이용하여 일정전류에서의 연료극과 공기극 사이의 전압을 측정하는 방법이 사용된다. 이 방법은 MEA 출력 성능을 평가하는 가장 단순하고 쉬운 방법이나, 연료극, 공기극, 공정조건 및 평가조건 등에 의해서 MEA 출력 성능이 크게 달라질 뿐만 아니라 어떤 인자에 의해서 성능이 변화되는지를 파악하기 어려운 단점이 있다.
따라서, MEA를 구성하는 연료극과 공기극의 특성을 독립적으로 분석하고자 하는 여러 가지 연구가 시도되었다. 먼저, 연료극 및 공기극 각각의 반전지(half-cell)를 만들어 각각을 연료용액과 공기 중에서 전기화학적 산화/환원반응시킴으로써 재료의 특성을 분석하는 방법이 있다. 이 방법은 재료에 대한 분석으로는 정확하나, 측정 환경이 실제 연료전지의 작동환경과 많이 다르기 때문에 반전지 평가 결과를 연료전지의 특성, 특히 MEA의 특성이라고 보기 어렵다는 단점이 있다.
이에, 기준전극을 MEA 측정에 이용하여 연료극과 공기극에서 일어나는 분극을 독립적으로 측정하여 연료전지 출력 성능에 영향을 미치는 인자가 연료극인지 공기극인지를 분석할 수 있는 방법이 제시되었다.
예를 들어, 일본 특개평10-116622호에서는, 연료극과 연료극 바이폴라판 사이의 수소 가스가 확산해오는 위치에 백금(Pt)을 배치시키고 이를 기준전극으로 기능시킴으로써 수소이온 전도성 PEMFC의 분극 특성을 측정한다. 이 방법에 따르면, 기준전극이 연료극과 접하여 연료극 전기장의 영향을 받으므로 연료극과 공기극의 분극 특성을 독립적으로 측정하기 어렵고, 연료극과 바이폴라판의 유로 사이에 Pt 기준전극이 위치하기 때문에 전극 반응에 있어서 저항이 증가하며, 수소이온 전도성 연료전지 이외의 PEMFC에는 적용할 수 없다는 단점을 갖는다.
또한, MEA의 고분자전해질막을 단위전지보다 길게 만들어서 황산 수용액에 접촉시키고 황산 수용액에 기준전극을 침지시켜, 기준전극을 통해 각 전극의 전압을 측정하는 시스템이 제시된 바 있으며(문헌[S. Sarangapani, 29(1990), 355∼364, Journal of Power Sources] 참조), 이 시스템을 도 1에 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 MEA 분극 특성 평가 시스템은 중앙에 MEA(연료극(4), 고분자전해질막(3) 및 공기극(5)의 적층체)가 장착되는 MEA 수용부, 그 양쪽에 연료극 바이폴라판(6) 및 공기극 바이폴라판(7), 각 바이폴라판의 외면에 말단판(8 및 9)을 가지며, 이와는 별도로 분리된 황산 수용액 용기 및 황산 수용액에 침지된 기준전극(1)을 갖는다. 그러나, 이 시스템은 넓은 면적의 고분자전해질막 및 넓은 측정 공간을 필요로 할 뿐만 아니라, 기준전극의 위치에 따라 기준전극에 대한 각 전극의 전압이 크게 달라지기 때문에 재현성을 확보하기 어렵고, 고온 및 고전류에서 측정시 각 전극에서의 전압이 불안정하다는 단점을 갖는다.
이처럼, MEA는 그 영역에 따라 다른 전위가 흘러, 기준전극의 위치에 따라 기준전극에 대한 각 전극의 전위가 달라질 수 밖에 없기 때문에, 이제까지는, 기준전극을 이용하여 연료극과 공기극 각각의 분극 특성을 정확하게 측정하기가 어려웠다.
본 발명의 목적은 기준전극을 활용하여 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 연료극과 공기극 각각의 개별적인 분극 특성을 간편하고 정확하게 측정할 수 있는, 분극 특성 평가 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 분극 특성을 측정하고자 하는 연료극 및 공기극이 고분자전해질막의 양면에 각각 적층되어 있고, 고분자전해질막이 연료극 및 공기극 보다 길게 연장된 노출면을 구비하는 막 전극 어셈블리가 장착되는, 막 전극 어셈블리 수용부;
막 전극 어셈블리 장착시 연료극 및 공기극과 각각 접하도록 위치하며 유로가 형성된, 연료극 바이폴라판 및 공기극 바이폴라판;
고분자전해질막의 노출면과 접하면서 바이폴라판을 가로질러 외부로 돌출된 기준전극;
연료극 바이폴라판과 공기극 바이폴라판을 단자로 하여 일정전류밀도 또는 일정전압에서 연료전지 반응을 일으키는, 전자부하기; 및
연료극 바이폴라판, 공기극 바이폴라판 및 기준전극을 단자로 하여 전지전압 및 기준전극 대비 연료극과 공기극의 전압을 측정하는, 전압계
를 포함하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 하나의 실시양태에 따라, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리(MEA)의 연료극 및 공기극 각각의 분극 특성을 평가하기 위한 시스템을 개략적으로 도 2에 나타내었으며, 본 발명의 다른 하나의 실시양태에 따른 시스템을 도 3에 나타내었다.
먼저, 분극 특성을 측정하고자 하는 연료극(4) 및 공기극(5)을 제조한 다음 이 양 전극 사이에 고분자전해질막(3)을 위치시키고 가열 압착하여, 연료극(4), 고분자전해질막(3) 및 공기극(5)이 차례로 적층된, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리(MEA)를 제조한다. 이때, 고분자전해질막(3)은 연료극(4) 및 공기극(5)과 접촉하지 않는 면이 존재하도록 길게 연장시킨다. 제조된 MEA를 도 2a 및 3a에 도시된 바와 같은, 기준전극(1)을 이용한 단위전지 평가 시스템에 장착한다.
단위전지 평가 시스템은 중앙에 측정하고자 하는 MEA를 장착하기 위한 MEA 수용부, 그 양쪽에 연료극 바이폴라판(6) 및 공기극 바이폴라판(7)이 각각 위치하고, 각 바이폴라판의 외면에는 말단판(8 및 9)이 위치한다. MEA는 연료극(4) 및 공기극(5)이 각각 평가 시스템의 연료극 바이폴라판(6) 및 공기극 바이폴라판(7)과 접하도록 장착된다.
기준전극(1)은 연료극 및 공기극 보다 길게 연장된 고분자전해질막(3)의 노출면과 접하면서 말단판 및 바이폴라판, 정확히는 바이폴라판의 유로가 형성되지 않은 영역을 가로질러 외부로 돌출되도록 위치한다. 기준전극(1)은 연료극 쪽 또는 공기극 쪽과 같이 어느 한쪽에 위치하거나 양쪽에 위치할 수 있다.
기준전극(1)은 연료극 및 공기극 보다 길게 연장된 고분자전해질막(3)의 노출면 어느 위치에도 접할 수 있으며, 바람직하게는 연료극 또는 공기극의 가장자리로부터 연료극 또는 공기극 대각선 길이의 1 내지 500％, 더욱 바람직하게는 10 내지 100％ 만큼 이격되어 위치한다.
도 2a에서, 기준전극(1)은 연료극(4) 쪽에 위치하며, 필요에 따라, 기준전극(1)이 위치하는 부위의 반대쪽(이 경우, 공기극 쪽) 대응위치에 고분자전해질막(3)과 접하도록 수분 공급 장치(2)를 장착하여 전해질막에 수분을 공급할 수 있다. 이 수분 공급 장치(2)는 단위전지 온도가 50℃ 이상이 되더라도 전해질막의 건조로 인해 기준전극의 활용이 방해되는 것을 막기 위함이다. 유로가 형성된 연료극의 바이폴라판(6)과 공기극의 바이폴라판(7)은 각각 연료와 공기의 공급 역할과 MEA의 출력시 발생하는 전류와 전압을 측정하는 단자로 사용되는데, 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 연료극 바이폴라판(6)은 기준전극 삽입부(14), 연료 유입부(16) 및 연료 유출부(17)를, 공기극 바이폴라판(7)은 수분 공급 장치 삽입부(15), 공기 유출부(18) 및 공기 유입부(19)를 갖는다. 상기 연료 또는 공기의 유입부와 유출부는 필요에 따라 상호전환가능하고, 유로의 모양은 원하는 형태 로 변경가능하다.
MEA 장착 후 연료극(4) 및 공기극(5)에 각각 연료 및 공기를 공급하면서 전자부하기를 이용하여 전지전압(MEA 전압), 기준전극 대비 연료극의 전압 및 기준전극 대비 공기극의 전압을 동시에 독립적으로 측정할 수 있다. 상기 전지전압은 평가 시스템에 장착된 연료극과 공기극 사이의 전압계(11), 기준전극 대비 연료극의 전압은 기준전극과 연료극 바이폴라판 사이의 전압계(12), 기준전극 대비 공기극의 전압은 기준전극과 공기극 바이폴라판 사이의 전압계(13)를 이용하여 측정된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시양태이며, 기준전극(1)은 공기극(5) 쪽에만 위치하고, 이 시스템은 전해질막에 수분을 공급하는 별도의 수단을 갖지 않는 대신, 기준전극(1)이 위치하는 부위의 반대쪽인 연료극 쪽 대응위치에서 연료가 유입 또는 유출되게 할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 연료극 바이폴라판(6)은 연료극과 떨어진, 기준전극 반대쪽 대응위치에 연료 유입부(16) 또는 유출부(17)를 가지며, 이 연료 유입부(16) 또는 유출부(17)로부터 연료극이 위치하는 부위에 형성된 유로까지를 연결하는 유로를 갖는다. 이때, 공기극 바이폴라판(7)의 공기 유입부(19), 유로 및 공기 유출부(18)는 공기극이 위치하는 부위에만 존재하도록 한다(도 3c 참조). 상기 연료 또는 공기의 유입부와 유출부는 필요에 따라 상호전환가능하고, 유로의 모양은 원하는 형태로 변경가능하다.
본 발명에 사용되는 기준전극은 수소, 칼로멜, 은-염화은, 수은-산화수은, 수은-황산수은 및 백금(Pt)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 본 발명에서, 연료극, 공기극, 고분자전해질막, 말단판 및 바이 폴라판은 고분자전해질막 연료전지에 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 시스템은 직접메탄올 연료전지, 개미산 연료전지 및 수소이온 전도성 연료전지용 MEA의 분극 특성 평가에 이용될 수 있으며, 전해질막에 접하여 별도의 수분 공급 장치를 구비하지 않는 경우는 특히 가습이 필요 없는 연료전지용, 즉 직접메탄올 연료전지, 개미산 연료전지, 및 가습 조건의 수소이온 전도성 연료전지용 MEA의 분극 특성 평가에 유용하다.
이와 같이, 본 발명의 시스템에 의하면, 기준전극 대비 공기극의 전압으로부터 기준전극 대비 연료극의 전압을 뺀 값이 전지전압과 동일하거나 10mV 이하의 차이를 가짐으로써 고온 및 고전류에서도 연료극과 공기극 각각의 분극 특성을 실시간으로 정확히 평가할 수 있다. 나아가, 이러한 분극 특성 평가 시스템에 의해, 연료전지의 출력 성능을 정확히 분석하고 예측할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
Pt-Ru 블랙(black) (존슨메티사제) 5mg/cm2 및 나피온 아이오노머(듀폰(Dupont)사제) 15 중량％를 함유한 촉매층을 탄소종이(토레이(Toray)사제) 위에 도포하여 연료극을 제조하고, Pt 블랙(black)( 존슨메티사제) 5mg/cm2 및 나피온 아이오노머(듀폰사제) 10 중량％를 함유한 촉매층을 탄소종이(토레이사제) 위에 도포하여 공기극을 제조하였다. 제조된 연료극과 공기극 사이에 나피온 117(듀폰사제) 수소이온 전해질막을 위치시킨 후 130℃의 온도에서 100 kg/cm2의 압력을 가하여 약 3분 동안 가열 압착하여 막 전극 어셈블리(MEA)를 제조하였다.
제조된 MEA를 도 2a의 기준전극 활용 단위전지 평가 시스템에 장착한 후 2M의 메탄올 용액을 연료극(4)에, 공기를 공기극(5)에 공급하였다. 이때, 기준전극(1)으로는 칼로멜 전극을 사용하였으며, 기준전극(1)과 접촉하고 있는 전해질막(3)의 건조를 막기 위하여 기준전극 위치의 반대편에 수분 공급 장치(2)를 장착하고 이를 전해질막(3)과 접촉시켜서 수분을 공급하였다. 도 2b의 연료극 바이폴라판(6) 및 도 2c의 공기극 바이폴라판(7)을 사용하였는데, 이때 기준전극 삽입부(14)는 연료극의 가장자리, 즉 연료 유입부(16)로부터 연료극 대각선 길이의 50％ 만큼 이격되어 위치하였으며, 수분 공급 장치 삽입부(15)는 기준전극 삽입부(14)에 대응하여 반대쪽에 위치하였다. 이와 같은 조건하에서, 상기 단위전지에 전자부하기(electric loader)를 연결하고 전류밀도에 따른, 전지 전압, 및 기준전극 대비 연료극과 공기극 각각의 전압을 측정하여, 기준전극 대비 공기극과 연료극의 전위차와 함께 도 4에 나타내었다.
도 4의 그래프로부터, 기준전극 대비 공기극과 연료극의 전위차가 전지 전압(연료극과 공기극 사이에서 측정한 전위)과 동일한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 MEA를 제조하였다. 제조된 MEA를 도 3a의 기준전극 활용 단위전지 평가 시스템에 장착하였다. 도 3b의 연료극 바이폴라판(6) 및 도 3c의 공기극 바이폴라판(7)을 사용하였는데, 이때 기준전극 삽입부(14)는 공기극의 가장자리, 즉 공기 유출부(18)로부터 공기극 대각선 길이의 50％ 만큼 이격되어 위치하였으며, 연료극 바이폴라판(6)은 기준전극 삽입부(14) 대응위치에 연료 유입부(16) 및 이로부터 연료극이 위치하는 부위에 형성된 유로까지를 연결하는 유로를 가졌다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전류밀도에 따른, 전지 전압, 및 기준전극 대비 연료극과 공기극 각각의 전압을 측정하여, 기준전극 대비 공기극과 연료극의 전위차와 함께 도 5에 나타내었다.
도 5의 그래프로부터, 기준전극 대비 공기극과 연료극의 전위차가 전지 전압(연료극과 공기극 사이에서 측정한 전위)과 동일한 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
<비교예>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 MEA를 제조하되, 고분자전해질막(3)을 단위 전지보다 길게 만들었다. 제조된 MEA를 도 1의 종래의 기준전극 활용 단위전지 평가 시스템에 장착한 후 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전류밀도에 따른 기준 전극 대비 연료극과 공기극 각각의 전압을 측정하였다. 즉, 길게 만든 MEA의 고분자전해질막(3)을 0.5M 황산 수용액에 접촉시키고, 황산 수용액에 기준전극(1)으로서 칼로멜 전극을 침지시켜 기준전극 대비 각 전극의 전압을 측정하였다.
이 방법에서는, 기준전극의 위치 및 측정 온도(특히 50℃ 이상)에 따라 각 전극에서의 전압이 매우 불안정하게 나타났다. 즉, 기준전극의 위치 및 측정 온도별로 오차가 매우 커서 이 방법을 이용한 연료전지 출력 성능 평가는 매우 부정확한 것으로 판단되었다.
이와는 달리, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2에 의하면, 도 4 및 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전류밀도 증가에 따른 전지 전압과 기준전극을 통한 연료극과 공기극의 전압이 분리되어 있고, 전지 전압과 기준전극을 통한 연료극과 공기극의 보정 전압에 차이가 없다. 이러한 결과는 본 발명에서 설계한 단위전지 평가 시스템 내의 공간에 놓인 기준전극의 위치가 전류의 영향으로 인해 나타나는 전기장의 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 시스템에 의하면, 기준전극 대비 공기극의 전압으로부터 기준전극 대비 연료극의 전압을 뺀 값이 전지 전압과 거의 동일하여 고온 및 고전류에서도 연료극과 공기극 각각의 분극 특성을 실시간으로 정확히 평가할 수 있다. 나아가, 이러한 분극 특성 평가 시스템에 의해, 연료전지의 출력 성능을 정확히 분석하고 예측하여, 연료전지 시스템의 전극성능 제어에 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 분극 특성을 측정하고자 하는 연료극 및 공기극이 고분자전해질막의 양면에 각각 적층되어 있고, 고분자전해질막이 연료극 및 공기극 보다 길게 연장된 노출면을 구비하는 막 전극 어셈블리가 장착되는, 막 전극 어셈블리 수용부;
    막 전극 어셈블리 장착시 연료극 및 공기극과 각각 접하도록 위치하며 유로가 형성된, 연료극 바이폴라판 및 공기극 바이폴라판;
    고분자전해질막의 노출면과 접하면서 바이폴라판을 가로질러 외부로 돌출된 기준전극;
    연료극 바이폴라판과 공기극 바이폴라판을 단자로 하여 일정전류밀도 또는 일정전압에서 연료전지 반응을 일으키는, 전자부하기; 및
    연료극 바이폴라판, 공기극 바이폴라판 및 기준전극을 단자로 하여 전지전압 및 기준전극 대비 연료극과 공기극의 전압을 측정하는, 전압계를 포함하며,
    이때 상기 기준전극이 연료극 쪽과 공기극 쪽 중 어느 한쪽에 위치하고 반대쪽 대응위치에 고분자전해질막과 접하는 수분 공급 장치를 구비하거나, 또는 상기 기준 전극이 공기극 쪽에 위치하고 연료극 쪽 대응위치에서 연료가 유입되거나 유출되는 것을 특징으로 하는,
    고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기준전극이 수소, 칼로멜, 은-염화은, 수은-산화수은, 수은-황산수은 및 백금(Pt)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것임을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    연료극 바이폴라판이, 연료가 유입되거나 유출되는 부분으로부터 연료극이 위치하는 부위에 형성된 유로까지를 연결하는 유로를 갖는 것을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    기준전극이 연료극 또는 공기극의 가장자리로부터 연료극 또는 공기극 대각선 길이의 1 내지 500％ 만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    기준전극이 연료극 또는 공기극의 가장자리로부터 연료극 또는 공기극 대각선 길이의 10 내지 100％ 만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    직접메탄올 연료전지, 개미산 연료전지 또는 수소이온 전도성 연료전지용 막 전극 어셈블리에 적용되는 것을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    막 전극 어셈블리의 전압이 기준전극 대비 연료극과 공기극의 전압의 차와 동일하거나 10mV 이하의 차이를 가짐을 특징으로 하는, 고분자전해질막 연료전지용 막 전극 어셈블리의 분극 특성 평가 시스템.
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