KR100683940B1 - 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물, 이를 포함하는막/전극 접합체 및 그 제조방법 - Google Patents

직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물, 이를 포함하는막/전극 접합체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새로운 고분자 바인더로 전극 활성 촉매를 지지한 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물 및 막/전극 접합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 메탄올 연료전지의 고분자 전해질 막과 양극바인더를 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 사용하여 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물, 이를 포함하는 막/전극 접합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 막과 전극간의 상용성을 향상시켜 단위셀 계면의 전기 화학적 안정성을 유지함으로서 연료전지의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물, 이를 포함하는 막/전극 접합체 및 그 제조방법{Electrode Composition for Direct Methanol Fuel Cell, Membrane/Electrode Assembly Comprising Said Composition and Preparation Method thereof}
도 1은 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 5일 경과 후 30℃에서의 셀 저항을 비교한 것이다.
도 2는 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 15일 경과 후 30℃에서의 셀 저항을 비교한 것이다.
도 3은 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 15일 경과 후 70℃에서의 셀 저항을 비교한 것이다.
도 4는 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 5일 경과 후 30℃에서의 셀 성능을 비교한 것이다.
도 5는 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 15일 경과 후 30℃에서의 셀 성능을 비교한 것이다.
도 6은 실시예와 비교예에 의해 제조된 셀의 연료 공급 15일 경과 후 70℃에서의 셀 성능을 비교한 것이다.
본 발명은 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물 및 이를 포함하는 막/전극 접합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 메탄올 연료전지의 고분자 전해질 막으로 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 사용하고, 양극 바인더도 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 사용함으로써, 막과 전극간의 상용성을 향상시켜 단위셀 계면의 전기 화학적 안정성을 유지함으로서 연료전지의 장기 안정성을 향상시킬 수 있는 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물 및 이를 포함하는 막/전극 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 급속한 발달로 다양한 제품들이 개발되면서 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 개인휴대단말기(PDA), 디지털 카메라, 캠코더 등 휴대용 전자 기기 관련 기술의 급격한 성장이 이루어지고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기 관련 기술의 발전은 보다 더 많은 정보를 요구하는 소비자의 기호를 충족시켜 주고자 휴대용 전자 기기의 고기능화로 나타나고 있다. 그러나 이들의 고기능화는 많은 에너지 소모로 장시간 연속 사용이 제약을 받게 되어 결과적으로 이들에게 에너지를 공급해주는 장치가 전자기기 제품의 성능을 좌우하는 핵심 기술 요소가 되고 있다. 이러한 기술적 요구는 미국, 일본 등 많은 선진국들에서 연료전지 관련 기술에 대하여 더욱 활발히 연구, 개발하게 하는 원동력이 되고 있다.
연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환해주는 장치로 연료극에서는 연료의 산화 반응이, 산소극에서는 산소의 환원 반응이 일어난다. 연료 전지의 기본 구조는 촉매를 담지한 연료극, 산소극 그리고 두 전극 사이에 전해질 막을 넣고 제조된 막/전극 접합체로 구성되어 있다.
막/전극 접합체에서 전해질 막은 촉매 작용에 따라 연료극에서 산소극까지 수소이온을 전달해주는 역할과 연료가 산소와 직접 섞이지 않도록 하는 격막 역할을 담당한다. 또한 전극은 탄소 종이나 탄소 천 위에 백금 촉매를 도포하게 되는데, 이때 전극 활성 촉매 지지와 전극의 전기화학적 활성 표면적 증가 및 막과 전극의 계면 안정성을 확보하고자 전극 바인더를 사용하게 된다.
현재 직접 메탄올 연료전지의 전해질 막으로 주로 사용되는 물질은 수화 안정성이 뛰어나며, 수소 이온 전도도가 우수한 과불화 고분자 계열의 나피온이라고 말할 수 있다. 그러나 나피온은 단가가 높고, 고온(80℃)에서 수소 이온 전도도의 감소가 나타나며 또한 메탄올 투과도가 높다는 단점 때문에 실용화의 장벽이 되고 있다. 그로 인해, 과불과 계열의 고분자인 나피온을 대체하고자 고온에서 사용이 가능하면서 상대적으로 메탄올 투과도가 낮은 새로운 탄화수소계 수소 이온 전도성 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그 대표적인 예로 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리벤지이미다졸(polybenzimidazole) 등이 있다. 그러나 우수한 수소 이온 전도도와 낮은 메탄올 투과도를 갖는 상기의 대체 고분자 전해질 막도 기존의 전극 바인더인 나피온과는 계면의 안정성이 불리하여 막/전극 접합체 의 성능을 구현하기 어려웠다. 따라서 이들 대체 전해질 막과 계면 안정성이 뛰어나고, 향상된 셀 성능을 얻기 위해서는 전극 바인더로 적용하는 나피온을 대체할 수 있는 새로운 물질의 개발이 요구되고 있다.
한편, 본 발명과 관련된 종래의 기술로써 나피온 바인더를 전극에 도입한 연구 (미국 특허 제 6,277,513호 및 제 6,838,205호)가 일부 이루어졌다. 그러나, 이들은 모두 전해질 막이 나피온인 경우에 대하여 나피온 바인더를 적용한 연구였으며, 따라서 고분자 전해질 막과 전극간의 계면 특성이 셀 성능에 미치는 영향보다 셀을 고온(>80℃) 구동시 나피온의 수소 이온 전도도 감소 및 메탄올 크로스오버가 증가함으로 인해 셀 성능이 크게 감소하는 현상이 나타났다. 결국, 고온에서의 성능을 확보하고자 고온 구동을 위한 고분자 전해질인 탄화수소 계열의 물질에 대한 연구(USP 제 6,914,084호 및 제 6,933,068호)가 최근에 많이 이루어졌다. 그러나 전술한 바와 같이 이들 탄화수소 계열의 고분자 전해질은 기존 나피온 바인더와 계면의 안정성이 떨어져 현재까지 우수한 셀 성능을 보여주지 못하였다.
따라서 이들 대체 고분자 전해질인 탄화 수소 계열의 고분자 전해질 막과 상용성이 있는 새로운 바인더에 대한 연구가 절실히 요구되는 시점이다. 특히 고분자 전해질 연료전지에서 전극의 특성을 결정하는 중요한 인자 중의 하나인 고분자 바인더의 선택과 제조 방법 및 그 적용에 관한 연구는 매우 미흡한 실정으로 이에 대한 적극적인 연구가 필요하다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물 및 이를 포함하는 막/전극 접합체에 관한 것으로, 직접 메탄올 연료전지의 고분자 전해질 막과 양극바인더를 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 사용하여 막과 전극간의 상용성을 향상시켜 단위셀 계면의 전기 화학적 안정성을 유지함으로서 연료전지의 장기 안정성을 향상시키는 데 있다.
본 발명은 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물에 있어서, 양극 바인더의 성분으로 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 포함하는 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물을 포함한다.
상기 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 사용가능한 구체적인 예로는 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 등의 군으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 술폰화시켜 사용하며 상기 예에 한정되는 것은 아니다. 여기서 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 술폰화 정도로 바람직하게는 20∼100％, 더욱 바람직하기로는 45∼70％를 사용할 수 있다. 상기 폴리에테르에테르케톤계 고분자는 바람직하기로는 수평균 분자량이 1,000∼1,000,000이며, 질량 평균 분자량이 10,000∼1,000,000인 것으로부터 선택된다.
본 발명의 양극 바인더는 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 전체 양극 조성물 대비 1∼50중량％ 첨가함이 바람직하다. 만일 1중량％ 미만으로 첨가 하는 경우 양극 활성 촉매의 지지 및 분산 역할과 수소 이온 전도 역할을 하지 못해 전극 바인더로서 역할을 할 수 없게 되고, 50중량％를 초과할 경우 양극 활성 촉매가 이루는 미세 기공이 모두 막혀 촉매의 반응 활성 표면적이 감소하여 전체 셀 성능이 감소할 우려가 있다. 하지만 이는 본 발명의 바람직한 실시를 위해 가능한 범위를 예시한 것일 뿐 반드시 상기 범위로 한정을 요하는 것은 아니다.
본 발명에 사용한 백금 촉매는 백금 블랙 촉매, 바람직하기로는 탄소에 60％ 미만 담지된 백금 촉매, 더 바람직하기로는 탄소에 40％ 미만 담지된 백금 촉매, 보다 바람직하기로는 탄소에 20％ 미만 담지된 백금 촉매를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용한 백금 촉매의 촉매독 방지를 위한 촉매는 루테늄(Ru)을 포함하는 1/1 백금/루테늄(Ru) 촉매를 사용할 수 있다. 대표적인 상품명으로는 E-TEK, VULCAN, KETJEN 등이 있다.
상기 양극 바인더의 함량을 포함한 양극 조성물의 구체적인 조성예는 백금 촉매를 50∼99중량％, 바람직하게는 70∼99중량％, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 전체 양극 조성물 대비 1∼50중량％, 바람직하게는 1∼30중량％로 구성된 양극 조성물이다. 하지만 이러한 조성은 어디까지나 본 발명의 바람직한 실시를 확보하기 위한 예시에 불과한 것으로 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
또한 본 발명의 양극 조성물은 전극에 도입하기 전공정에서 슬러리 제조시 백금 촉매 분산을 위한 유기 용매를 추가로 더 포함할 수 있다. 분산 용매로 사용 가능한 구체적인 예로는 증류수, 이소프로필 알코올, 메탄올, 에탄올, 디메틸아세 트아마이드(DMAc), 디메틸포름아마이드(DMF), 1-메틸-2-피롤리디논(NMP), 테트라하이드라퓨란(THF) 등의 군으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하며 상기 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 분산 용매는 특별한 한정을 요하는 것은 아니지만 바람직하기로는 백금 촉매와 양극 바인더 혼합물에 대하여 1∼80중량％, 더욱 바람직하기로는 10∼70중량％, 가장 바람직하기로는 30∼60중량％를 첨가할 수 있다.
본 발명에 사용한 기체 확산층(Gas Diffusion Layer)은 전기 전도성이며 유체 흐름이 원활한 탄소 화이바(Carbon fiber)을 사용할 수 있고, 바람직하기로는 탄소 천(Carbon cloth)이나 탄소 종이(Carbon paper)를 사용할 수 있으며 대표적인 상품으로는 Toray Carbon Paper(Toray사)가 있다. 본 발명에 사용한 기체 확산층은 사용에 앞서 유체 흐름을 원활하게 해주기 위해 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)과 같은 소수성 층(hydrophobic layer)을 코팅하여 사용할 수 있다.
상기에의 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물은 양극 활성 물질인 백금 촉매와 양극 바인더를 포함하며, 이들의 혼합 슬러리를 탄소화이바 위에 0.1∼5mg/cm2의 양으로 도포한 후, 슬러리가 도포된 탄소 종이를 50∼80℃에서 1∼10분 동안 건조하여 직접 메탄올 연료전지용 양극을 제조할 수 있다.
본 발명에서 양극은 상기 백금 촉매(70∼99중량％)를 전극 바인더(1∼30중량％)와 혼합하여 상기의 분산 용매에 분산시킨 후 탄소 화이바에 도포하여 제조하였다.
본 발명은 상기 양극 조성물이 탄소 화이바에 도포된 양극을 포함하는 직접 메탄올 연료전지를 포함한다. 본 발명에서 직접 메탄올 연료전지를 위한 고분자 전해질 막은 전극에 도입한 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자로 구성된 양극 바인더와 상용성을 갖도록 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 또는 그 염을 사용할 수 있다.
상기 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 사용가능한 구체적인 예로는 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 등의 군으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 술폰화시켜 사용하며 상기 예에 한정되는 것은 아니다. 여기서 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 술폰화 정도로 바람직하게는 40∼100％, 더욱 바람직하기로는 45∼70％를 사용할 수 있다. 상기 폴리에테르에테르케톤계 고분자는 바람직하기로는 수평균 분자량이 10,000∼1,000,000이며, 질량 평균 분자량이 20,000∼1,000,000인 것으로부터 선택된다. 본 발명에 사용한 고분자 전해질 막의 두께는 무가습 상태에서 200㎛ 또는 그 미만이며 바람직하기로는 100㎛ 또는 그 미만이며 가장 바람직하기로는 50㎛ 또는 그 미만이다.
본 발명에서 직접 메탄올 연료전지를 위한 막/전극 접합체는 상기 고분자 전해질 막을 사이에 두고 상기 전극을 양쪽에 마주보게 하여 고정한 후 프레스로 일정온도와 압력 및 일정시간으로 열 가압하여 제조할 수 있다. 본 발명에서 열 가압 프레스의 온도는 150℃ 또는 그 미만이며, 바람직하기로는 130℃ 또는 그 미만이며, 가장 바람직하기로는 110℃ 또는 그 미만으로 적용할 수 있다. 본 발명에서 열 가압 프레스의 압력은 2000psi 또는 그 미만이며, 바람직하기로는 1000psi 또는 그 미만이며, 가장 바람직하기로는 800psi 또는 그 미만으로 적용할 수 있다. 본 발명에서 열 가압 프레스의 가압 시간은 10분 또는 그 미만이며, 바람직하기로는 5분 또는 그 미만이며, 가장 바람직하기로는 3분 또는 그 미만이다.
본 발명의 보다 확실한 이해를 돕기 위해 상기 제조 단계가 보다 구체화된 바람직한 실시예를 통해, 본 발명의 내용을 상세히 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어서는 아니된다.
<실시예 1> 폴리에테르에테르케톤을 양극 바인더로 적용한 전극 촉매 잉크 제조
백금 촉매(E-TEK)는 양극의 일례로 백금 블랙 촉매를 사용하였으며, 이들을 전극 바인더인 폴리에테르에테르케톤 용액 5중량％와 혼합하여 전극 바인더의 함량이 5중량％가 되도록 하였다. 이들을 분산 용매인 디메틸아세트아마이드에 넣고 교반하여 분산시킨 후 촉매 잉크를 제조하였다. 이 때 디메틸아세트아마이드의 양은 백금 촉매와 전극 바인더의 혼합 중량과 동일하게 조절하였다.
<비교예 1> 기존의 나피온을 양극 바인더로 적용한 전극 촉매 잉크 제조
백금 촉매(E-TEK)는 양극의 일례로 백금 블랙 촉매를 사용하였으며, 이들을 전극 바인더인 나피온 용액 5중량％와 혼합하여 전극 바인더의 함량이 5중량％가 되도록 하였다. 이들을 물과 알코올의 혼합 용액에 넣고 교반하여 분산시킨 후 촉매 잉크를 제조하였다.
<실시예 2> 음극 촉매 잉크 제조
백금 촉매(E-TEK)는 음극의 일례로서 백금/루테늄(1/1) 혼합 촉매를 사용하였으며, 이들을 전극 바인더인 나피온 용액 5중량％에 혼합하여 전극 바인더의 함량이 15wt％가 되도록 하였다. 이들을 물과 알코올의 혼합 용액에 넣고 교반하여 분산시킨 후 촉매 잉크를 제조하였다.
<실시예 3> 폴리에테르에테르케톤을 바인더로 적용한 양극 제조
상기 실시예1로 제조된 촉매 잉크를 PTFE가 처리된 탄소 종이(Carbon paper) 위에 0.1∼5mg/cm2의 양으로 도포하였다. 촉매가 도포된 탄소 종이를 오븐에 넣고 50∼80℃에서 1∼10분 동안 건조하여 실시용 양극을 제조하였다.
<비교예 2> 기존의 나피온을 바인더로 적용한 양극 제조
상기 비교예1로 제조된 촉매 잉크를 PTFE가 처리된 탄소 종이 위에 0.1∼5 mg/cm2의 양으로 도포하였다. 촉매가 도포된 탄소 종이(Carbon paper)를 오븐에 넣고 50∼80℃에서 1∼10분 동안 건조하여 비교용 양극을 제조하였다.
<실시예 4> 음극 제조
상기 실시예2로 제조된 촉매 잉크를 PTFE가 처리된 탄소 종이 위에 0.1∼5 mg/cm2의 양으로 도포하였다. 촉매가 도포된 탄소 종이를 오븐에 넣고 50∼80℃에서 1∼10분 동안 건조하여 실시용 양극을 제조하였다.
<실시예 5> 실시용 막/전극 접합체 제조
상기 실시예3과 실시예4로 준비한 양극과 음극 전극 사이에 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막을 놓고 열가압 프레스를 통하여 막/전극 접합체를 제조하였다. 이 때 열가압 프레스의 온도는 100∼150℃에서 800∼2,000psi로 가압한 상태로 1∼10분간 유지하였다.
<비교예 3> 비교용 막/전극 접합체 제조
상기 비교예2와 실시예4로 준비한 양극과 음극 전극 사이에 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막을 놓고 열가압 프레스를 통하여 막/전극 접합체를 제조하였다. 이 때 열가압 프레스의 온도는 100∼150℃에서 800∼2,000psi로 가압한 상태로 1∼10분간 유지하였다.
<시험예 1> 막/전극 접합체의 계면 저항
상기 실시예 5로 제조한 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 양극 바인더로 적용한 막/전극 접합체와 상기 비교예 3으로 제조한 기존의 나피온을 양극 바인더로 적용한 막/전극 접합체의 계면 저항을 측정하기 위하여 FRA(frequency Response Analyzer)로 허수 임피던스 0에서의 실수 임피던스를 읽어 저항을 측정하였다. 이 때 셀 운용 조건은 30 및 70℃였으며, 메탄올(0.1∼10M) 공급량은 0.3∼1.0cc/min, 산소 또는 공기 공급량은 100∼500cc/min으로 0.4V를 유지하도록 운전하였다. FRA 시험 조건은 AC amplitude 값을 10mV, 주파수는 0.05Hz∼5000Hz에서 시험하였고 연료 공급 5, 15일 경과 후의 결과를 도 1, 도 2, 도 3에 나타내었다.
<시험예 2> 막/전극 접합체의 성능 시험
상기 실시예 5로 제조한 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 양극 바인더로 적용한 막/전극 접합체와 상기 비교예 3으로 제조한 기존의 나피온을 양극 바인더로 적용한 막/전극 접합체의 셀 성능을 측정하기 위하여 연료 공급 5, 15일 경과 후에 방전기(Electric Load)로 방전하여 전류밀도에 따른 전압의 변화를 측정하였다. 이 때 셀 운용 조건은 30 및 70℃이었으며, 메탄올(0.1∼10M) 공급량은 0.3∼1.0cc/min, 산소 또는 공기 공급량은 100∼500cc/min으로 유지하도록 운전하였다. 그 결과를 도 3, 4, 5에 나타냈다.
본 발명에 의하면 도 1과 2의 결과로부터 알 수 있듯이 술폰화된 폴리에테르 에테르케톤계 고분자를 직접 메탄올 연료전지용 고분자 전해질 막으로 사용할 경우 종래 사용되는 나피온을 양극 바인더로 적용한 비교예보다 본 발명의 실시예에 의해 제조한 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 양극 바인더로 적용하였을 때 시간이 경과함에 따라 30℃에서의 셀 저항이 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. 즉, 초기의 연료 공급 5일 경과시점에서는 실시예와 비교예 모두 셀 저항이 비슷하지만 연료 공급 15일 경과시점에서는 실시예보다 비교예의 셀 저항이 급격히 증가하였음을 알 수 있다. 이처럼 연료 공급 15일 경과 시점에서 비교예의 셀저항이 급격히 증가하는 이유는 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막과 전극 바인더인 나피온이 상용성이 매우 낮기 때문이며, 반면에 실시예에서 처럼 초기 셀 저항이 시간이 경과한 후에도 계속 유지되는 이유는 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막과 양극 바인더로 적용한 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자가 상용성이 매우 높기 때문이다. 70℃에서도 동일한 결과를 확인할 수 있었으며 이를 도 3에 나타냈다.
상기 셀 저항의 변화는 셀 성능과 직접적인 관계를 가지고 있으며 도 3, 도 4, 도 5를 통해 이를 확인할 수 있다. 즉, 도3의 연료 공급 5일 경과시점에서는 실시예와 비교예 모두 50 mW/cm2 이상의 매우 만족스러운 셀 성능을 보여주었다. 그러나 도 4에서 알 수 있듯이 연료 공급 15일 경과시점에서 실시예의 성능은 계속 유지되는 반면, 비교예의 셀성능은 급격히 감소하여 약 50％ 이상의 성능 감소를 확인할 수 있었다. 70℃에서도 동일한 결과를 확인할 수 있었으며 이를 도 6에 나타 냈다.
상기 결과에서 알 수 있듯이 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막에 대한 양극 바인더로는 종래의 나피온보다 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 바인더가 성능 유지 특성이 우수함을 알 수 있었다. 이처럼 성능이 우수한 이유는 고분자 전해질 막과 전극 바인더로 적용한 물질의 상용성 때문이었고 시간 경과후 셀 저항을 측정함으로서 이를 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 양극 활성 물질인 백금 촉매와 양극 바인더를 포함하는 직접 메탄올 연료전지의 양극 조성물에 있어서, 고분자 전해질막과 양극 바인더는 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 포함함을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자는 수평균 분자량이 1,000∼1,000,000이며, 질량 평균 분자량이 10,000∼1,000,000임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자는 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 등의 군으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 술폰화시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자의 술폰화 정도는 40∼100％임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자를 전체 양극 조 성물 대비 1∼50 중량％임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물.
  6. 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물의 제조에 있어서,
    제 1항의 조성물은 백금 촉매와 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 바인더를 분산시키기 위한 유기 용매로 증류수, 이소프로필 알코올, 메탄올, 에탄올, 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸포름아마이드(DMF), 1-메틸-2-피롤리디논(NMP) 또는 테트라하이드라퓨란(THF) 등의 군으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 백금 촉매와 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 바인더를 분산시키기 위하여 유기 용매는 전체 슬러리 중량 대비 1∼80중량％ 임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물의 제조방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항의 방법으로 제조한 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물은 양극 활성 물질인 백금 촉매와 양극 바인더를 포함하며, 이들의 혼합 슬러리를 탄소화이바 위에 0.1∼5mg/cm2의 양으로 도포한 후, 슬러리가 도포된 탄소 종이를 50∼80℃에서 1∼10분 동안 건조하여 양극을 제조하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 양극 조성물의 제조방법.
  9. 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막을 사이에 두고 음극과 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 양극 바인더 및 백금 촉매를 포함하는 양극을 양쪽에 대면시켜 열 가압 프레스로 가압하여 막/전극 접합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막은 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤 또는 폴리에테르케톤케톤으로부터 선택되는 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 술폰화시켜 사용함을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막의 술폰화 정도는 20∼100％임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막은 수평균 분자량이 1,000∼1,000,000이며, 질량 평균 분자량이 10,000∼1,000,000임을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  13. 제 9항에 있어서, 술폰화된 폴리에테르에테르케톤계 고분자 전해질 막의 두 께는 10∼200㎛의 범위로 사용하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  14. 제 9항에 있어서, 열가압 프레스 압력은 500∼2,000psi로 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체용 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 막/전극 접합체 제조시 열가압 프레스 온도는 100∼150℃에서 1∼10분 동안 열가압하여 막/전극 접합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지용 막/전극 접합체의 제조 방법.
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