KR100671494B1 - 연료전지용 다층 전극 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Description
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- 기체확산층(1);상기 기체확산층(1) 상에 형성되는, 촉매(2) 및 나피온 이오노머(3)의 용액을 포함하는 촉매 슬러리가 도포된 촉매층; 및상기 촉매층상에 형성되는, 나피온 이오노머(4)의 용액의 코팅층;으로 구성되고,상기 코팅층의 나피온 이오노머(4)의 EW 값이 상기 촉매층의 나피온 이오노머(3)의 EW 값보다 작도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극은,120~170℃ 에서 열처리된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기체확산층(1)은,20~60wt% PTFE 탄소종이 또는 탄소천인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 촉매슬러리는,상기 촉매(2)가 20~60wt%의 Pt/C이고, 상기 나피온 이오노머(3) 용액은, 상기 촉매층의 나피온 이오노머(3) 및 상기 코팅층의 나피온 이오노머(4)의 양을 합한 나피온 이오노머 총량이 상기 Pt/C 촉매 무게의 20~50%일 때 상기 나피온 이오 노머 총량의 1/12~4/12 량의, 5wt% 이하, EW가 1,000~1,300인 나피온 이오노머(3) 용액인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극.
- 제 4 항에 있어서, 상기 나피온 이오노머(4) 용액은,상기 나피온 이오노머 총량중 상기 촉매층의 나피온 이오노머(3) 양을 제외한 나머지 양의, 5wt% 이하, EW가 400~1,000인 나피온 이오노머(4) 용액인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극.
- 나피온 이오노머 용액 및 촉매를 포함하는 촉매슬러리를 제조하는 단계(S1);상기 촉매슬러리를 기체확산층에 도포하는 단계(S2);상기 기체확산층에 도포된 촉매슬러리를 1차로 건조하여 촉매층을 형성하는 단계(S3);상기 건조된 촉매층 표면에 나피온 이오노머 용액을 도포하는 단계(S4);상기 도포된 나피온 이오노머 용액을 2차로 건조하여 전극을 제조하는 단계(S5); 및상기 건조된 전극을 열처리하는 단계(S6);를 포함하고,상기 S4 단계에서의 나피온 이오노머의 EW 값이 상기 S1 단계에서의 나피온 이오노머의 EW 값보다 작도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 S1 단계는,20~60wt% Pt/C 촉매; 상기 S1 단계의 나피온 이오노머 및 상기 S4 단계의 나피온 이오노머의 양을 합한 나피온 이오노머 총량이 상기 Pt/C 촉매 무게의 20~50%일 때 상기 나피온 이오노머 총량의 1/12~4/12 량의, 5wt% 이하, EW가 1,000~1,300인 나피온 이오노머; 및 IPA 또는 EtOH 용매;를 함께 교반하여 촉매슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 S1 단계는,20~40wt% Pt/C 촉매; 상기 나피온 이오노머 총량의 1/12~2/12 량의, 5wt% 이하, EW가 1,100~1,200인 나피온 이오노머; 및 IPA 또는 EtOH 용매;를 함께 교반하여 촉매슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 S2 단계는,상기 촉매슬러리를, 20~60wt% PTFE 탄소종이 또는 탄소천으로 이루어지는 기체확산층에, 0.04~1.2mg-Pt/C/cm2의 로딩(loading)양으로 도포하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 S2 단계는,상기 촉매슬러리를, 20~40wt% PTFE 탄소종이 또는 탄소천으로 이루어지는 기 체확산층에, 0.4~0.7mg-Pt/C/cm2의 로딩(loading)량으로 도포하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 S3 단계는,60~80℃의 온도에서, 30분~24시간 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 S3 단계는,60~80℃의 온도에서, 1~2시간 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 S4 단계는,상기 나피온 이오노머 총량중 상기 S1 단계의 나피온 이오노머 양을 제외한 나머지 양의, 5wt% 이하, EW가 400~1,000인 나피온 이오노머; IPA 또는 EtOH 용매;를 함께 교반하여 나피온 이오노머 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 S4 단계는,상기 S1 단계에서, 20~40wt% Pt/C 촉매; 상기 나피온 이오노머 총량의 1/12~2/12 량의, 5wt% 이하, EW가 1,100~1,200인 나피온 이오노머; 및 IPA 또는 EtOH 용매;를 함께 교반하여 촉매슬러리를 제조하는 경우,상기 나피온 이오노머 총량중 상기 S1 단계의 나피온 이오노머 양을 제외한 나머지 양의, 5wt% 이하, EW가 1,100~1,200인 나피온 이오노머; IPA 또는 EtOH 용매;를 함께 교반하여 나피온 이오노머 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 S5 단계는,상기 나피온 이오노모 용액을 도포한 후, 60~80℃의 온도에서 30분~24시간 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 S5 단계는,상기 나피온 이오노모 용액을 도포한 후, 60~80℃의 온도에서 1~2시간 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 S6 단계는,진공오븐에서 120~170℃ 범위로 0.5~24시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 S6 단계는,150~170℃의 범위로 6~18시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다층 전극의 제조 방법.
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