KR100739643B1 - Polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising same - Google Patents

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Abstract

Provided are a polymeric electrolyte membrane for a fuel cell, which has excellent proton conductivity and is effective in preventing fuel crossover, and a fuel cell system comprising the same, which exhibits excellent battery performances. The polymeric electrolyte membrane for a passive type direct oxidation fuel cell comprises a cation exchange resin, and a silicate having a proton-conducting group at the terminal. A mixing weight ratio of the cation exchange resin and the silicate is 98-90:2-10. The silicate has a major axis length of 0.05-0.5mum. The proton-conducting group is a sulfonic acid group. The silicate is selected from the group consisting of pyrophylite-talc, montmorillonite, fluorohectorite, kaolinite, vermiculite, illite, mica, and brittle mica.

Description

연료 전지용 고분자 전해질 막, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템{POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELL, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING SAME} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, a membrane-electrode assembly for a fuel cell including the membrane, and a fuel cell system including the membrane-

도 1은 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically shows the structure of a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention. FIG.

도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.2 is a schematic view showing the structure of a fuel cell system of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 3의 고분자 전해질 막의 X-선 회절 피크를 나타낸 그래프.3 is a graph showing X-ray diffraction peaks of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3 of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 3, 실시예 6 내지 10 및 비교예 1의 고분자 전해질 막의 메탄올 투과도를 측정하여 나타낸 그래프.4 is a graph showing the methanol permeability of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3, Examples 6 to 10, and Comparative Example 1 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 1, 2, 4 및 5, 참고예 1 내지 6 및 비교예 1의 고분자 전해질 막의 이온 전도도를 측정하여 나타낸 그래프.5 is a graph showing the ionic conductivity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1, 2, 4 and 5, Reference Examples 1 to 6, and Comparative Example 1 measured.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 연료 전지의 출력 밀도를 나타낸 그래프.6 is a graph showing output densities of fuel cells manufactured according to Example 2 of the present invention.

도 7은 비교예 1의 연료 전지의 출력 밀도를 나타낸 그래프.7 is a graph showing the output density of the fuel cell of Comparative Example 1. Fig.

[산업상 이용 분야][Industrial Applications]

본 발명은 연료 전지용 고분자 전해질 막, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소 이온 전도성이 우수하고, 연료의 크로스오버 방지 효과가 우수한 연료 전지용 고분자 전해질 막, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, a membrane-electrode assembly for a fuel cell including the same, and a fuel cell system including the same. More particularly, the present invention relates to a polymer electrolyte membrane for fuel cells, A polymer electrolyte membrane, a membrane-electrode assembly for a fuel cell including the same, and a fuel cell system including the membrane-electrode assembly.

[종래 기술]BACKGROUND ART [0002]

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. 이러한 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 단위 전지의 적층에 의한 스택 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4-10배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대전원으로 주목받고 있다. A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. This fuel cell is a clean energy source that can replace fossil energy. It has the advantage of being able to output a wide range of output by stacking the unit cells by stacking them. The fuel cell has a 4-10 times energy density So that it is attracting attention as a compact and portable portable power source.

연료 전지의 대표적인 예로는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Cell), 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)를 들 수 있다. 상기 직접 산화형 연료 전지에서 연료로 메탄올을 사용하는 경우는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)라 한다. Representative examples of the fuel cell include a polymer electrolyte membrane cell (PEMFC) and a direct oxidation fuel cell (Fuel Cell). When methanol is used as the fuel in the direct oxidation type fuel cell, it is referred to as a direct methanol fuel cell (DMFC).

상기 고분자 전해질형 연료 전지는 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.The polymer electrolyte fuel cell has advantages such as high energy density and high output. However, it is necessary to pay careful attention to the handling of hydrogen gas. In order to produce hydrogen as a fuel gas, fuel reforming for reforming methane, methanol, There is a problem that an additional equipment such as a device is required.

이에 반해 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지에 비해 에너지 밀도는 낮으나 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮아, 상온에서 운전이 가능하며, 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.On the other hand, direct oxidation fuel cells have lower energy density than polymer electrolyte fuel cells, but they are easy to handle and operate at a low temperature and can be operated at room temperature. In particular, there is an advantage that a fuel reforming device is not required.

이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고도 함)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화 전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일명 "공기극" 또는 "환원 전극"이라고 한다)이 위치하는 구조를 가진다.In such a fuel cell system, the stack for generating electricity may include a plurality of unit cells each consisting of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (also referred to as a bipolar plate) To several tens of layers. The membrane-electrode assembly is referred to as an anode (also referred to as a "fuel electrode" or an "oxidizing electrode") and a cathode electrode (also referred to as a "cathode" or a "reducing electrode") with a polymer electrolyte membrane containing a proton- ) Are located.

연료 전지에서 전기를 발생시키는 원리는 연료가 연료극인 애노드 전극으로 공급되어 애노드 전극의 촉매에 흡착되고, 산화 반응에 의하여 연료가 이온화되고또한 전자가 발생하며, 이때 발생된 전자는 외부 회로에 따라 산화극인 캐소드 전극에 도달하며, 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드 전극으로 전달된다. 캐소드 전극으로 산화제가 공급되고, 이 산화제, 수소 이온 및 전자가 캐소드 전극의 촉매 상에서 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키게 된다.The principle of generating electricity in the fuel cell is that the fuel is supplied to the anode electrode as the fuel electrode and adsorbed to the catalyst of the anode electrode, the fuel is ionized by the oxidation reaction and the electrons are generated, Reaches the cathode electrode, and the hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane and are transferred to the cathode electrode. An oxidant is supplied to the cathode electrode, and the oxidant, hydrogen ions, and electrons react with each other on the catalyst of the cathode electrode to generate electricity while generating water.

본 발명의 목적은 수소 이온 전도성이 우수하고, 연료의 크로스오버 방지 효 과가 우수한 연료 전지용 고분자 전해질 막을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte membrane for a fuel cell which is excellent in hydrogen ion conductivity and excellent in the effect of preventing crossover of fuel.

본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 전해질 막을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the polymer electrolyte membrane.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a fuel cell system including the membrane-electrode assembly.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양이온 교환 수지 및 말단에 수소 이온 전도성기를 갖는 실리케이트를 포함하는 연료 전지용 고분자 전해질 막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polymer electrolyte membrane for a fuel cell comprising a cation exchange resin and a silicate having a proton conductive group at a terminal.

본 발명은 또한 상기 고분자 전해질 막을 포함하고, 이 고분자 전해질 막의 양면에 각각 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.The present invention also provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the polymer electrolyte membrane and including an anode electrode and a cathode electrode respectively located on both sides of the polymer electrolyte membrane.

본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공한다. 상기 전기 발생부는 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고, 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하며, 본 발명의 고분자 전해질 막을 포함한다. 또한, 상기 전기 발생부는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통하여 전기를 생성시키는 역할을 한다. 상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The present invention also provides a fuel cell system including at least one electricity generating portion, a fuel supplying portion and an oxidizing agent supplying portion. The electricity generating portion includes an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite to each other, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode. In addition, the electricity generating unit generates electricity through the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of the oxidant. The fuel supply unit supplies fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit supplies the oxidant to the electricity generation unit.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 연료 전지용 고분자 전해질 막에 관한 것으로서, 본 발명의 고분자 전해질 막은 양이온 교환 수지 및 말단에 수소 이온 전도성기를 갖는 실리케이트을 포함한다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, wherein the polymer electrolyte membrane of the present invention comprises a cation exchange resin and a silicate having a proton conductive group at the terminal.

상기 실리케이트는 기계적 강도의 증가와 연료의 크로스오버를 감소시킬 수 있고, 또한 말단에 수소 이온 전도성기를 더욱 포함하므로, 우수한 수소 이온 전도성을 갖는다. 따라서, 최근 연료 전지용 고분자 전해질 막에 절실히 요구되고 있는 물성인 연료의 크로스오버, 특히 탄화수소 연료의 크로스오버를 방지하면서 수소 이온 전도성도 우수하므로, 성능이 우수한 연료 전지를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료 전지용 고분자 전해질 막은 탄화수소 연료를 사용하는 직접 산화형 연료 전지용으로 매우 바람직하다. 특히, 본 발명의 연료 전지용 고분자 전해질 막은 고농도의 연료를 사용하는 경우에도 크로스오버 방지 효과가 우수하여, 고농도의 연료를 확산 방식으로 주입하는 패시브 타입의 연료 전지 시스템에 가장 바람직하다. The silicate can reduce an increase in mechanical strength and crossover of the fuel, and further includes a hydrogen ion conductive group at the end, so that the silicate has excellent hydrogen ion conductivity. Therefore, it is possible to provide a fuel cell excellent in performance, since crossover of a fuel, which is a physical property which is required for a polymer electrolyte membrane for a fuel cell in recent years, in particular, crossover of a hydrocarbon fuel is prevented while hydrogen ion conductivity is also excellent. Therefore, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell of the present invention is highly preferable for a direct oxidation type fuel cell using a hydrocarbon fuel. Particularly, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell of the present invention is most preferable for a passive type fuel cell system that injects a high concentration of fuel in a diffusion method, even when a high concentration of fuel is used, and is excellent in a crossover prevention effect.

상기 수소 이온 전도성기로는 설폰산기가 가장 바람직하다. 이러한 수소 이온 전도성기가 실리케이트 말단에 결합되어 있으므로, 수소 이온 전도성 향상뿐만 아니라 실리케이트 층상 구조의 판상 간의 거리를 더욱 넓힐 수 있어서 바람직하다. The hydrogen ion conductive group is most preferably a sulfonic acid group. Since the hydrogen ion conductive group is bonded to the end of the silicate, it is preferable not only to improve the hydrogen ion conductivity but also to widen the distance between the plate surfaces of the silicate layered structure.

본 발명의 실리케이트는 클레이, 즉 일반적으로 대부분 층상 실리케이트(layered silicate)로서 기본 구조는 실리카 사면체(silica tetrahedral) 시트와 알루미나 팔면체(alumina octahedral) 시트의 조합으로 이루어져 있으며, 이들 두 시트가 수산화기 축합 반응을 거쳐 층상 구조를 이루게된다.The silicate of the present invention is a clay, that is, generally a layered silicate, and the basic structure is composed of a combination of a silica tetrahedral sheet and an alumina octahedral sheet, Thereby forming a layered structure.

상기 실리케이트는 내부의 음전하량의 정도에 따라 피로필라이트-탈크(pyrophylite-talc), 몬트모릴로나이트(montmorilonite:MMT), 플루오르헥토라이트(fluorohectorite), 카올리나이트(kaolinite, 카올린이라고도 함) 버미큘리트(vermiculite), 일라이트(illite), 마이카(mica), 또는 브리틀 마이카(brittle mica)로 분류될 수 있고, 이들은 본 발명에서 사용할 수 있다. 특히 본 발명에서는 몬트모릴로나이트를 사용하는 것이 바람직하다. The silicate can be selected from the group consisting of pyrophyllite-talc, montmorilonite (MMT), fluorohectorite, kaolinite (also known as kaolin) vermiculite, illite, mica, or brittle mica, which can be used in the present invention. In particular, it is preferable to use montmorillonite in the present invention.

상기 몬트모릴로나이트는 알루미나 팔면체 시트에서 Al3+ 이온 대신에 Mg2+, Fe2+, Fe3+ 이온이, 실리케이트 사면체 시트에 Si4+ 이온 대신에 Al3+ 이온이 치환된 구조로서, 전체적으로 음전하량을 띠게 된다. 또한 전체적으로 전하의 평형을 맞추기 위하여 실리케이트층 사이에 교환 가능한 양이온과 물분자를 함유하고 있다.The montmorillonite has a structure in which Mg 2+ , Fe 2+ , and Fe 3+ ions are substituted for Al 3+ ions in the alumina octahedral sheet, and Al 3+ ions are substituted for Si 4+ ions in the silicate tetrahedron sheet, Resulting in a negative charge as a whole. It also contains exchangeable cation and water molecules between the silicate layers to balance the charge as a whole.

또한, 상기 실리케이트는 단축과 장축의 비(종횡비, aspect ratio)가 1/30 내지 1/1000이 바람직하고, 1/100 내지 1/800이 더욱 바람직하고, 1/500 내지 1/800이 가장 바람직하다. 상기 실리케이트의 단축과 장축의 비가 1/30 보다 커지는 경우, 박리된 실리케이트가 기체 및 액체의 확산 베리어로 작용하지 못하여 분리능이 현저하게 저하되어 바람직하지 않다. 또한 상기 실리케이트의 단축과 장축의 비가 1/1000 보다 작으면, 양이온 교환수지 사슬의 침투에 의해 박리되기 어려워, 결과적으로 제조되는 고분자 전해질 막에서 양이온 교환수지 내에 분산되기가 어려워 바람직하지 않다.The aspect ratio of the short axis to the major axis of the silicate is preferably 1/30 to 1/1000, more preferably 1/100 to 1/800, most preferably 1/500 to 1/800 Do. When the ratio of the short axis to the long axis of the silicate is larger than 1/30, the peeled silicate does not act as the diffusion barrier of the gas and the liquid, and the resolution is remarkably lowered, which is not preferable. If the ratio of the short axis to the long axis of the silicate is less than 1/1000, it is difficult to peel off due to the penetration of the cation exchange resin chains, and as a result, it is difficult to disperse in the cation exchange resin in the resulting polymer electrolyte membrane.

또한 상기 실리케이트의 장축 길이는 0.05 내지 0.5㎛가 바람직하고, 0.05 내지 0.2㎛가 더욱 바람직하다. 상기 실리케이트의 장축 길이가 0.05㎛ 보다 작을 경우에는 판상 구조가 형성되지 않아 탄화수소 연료 차단효과가 감소하며, 0.5㎛ 보다 클 경우에는 지지체의 기공 내에 침투가 어렵게 되어 바람직하지 않다.The long axis length of the silicate is preferably 0.05 to 0.5 mu m, more preferably 0.05 to 0.2 mu m. When the major axis length of the silicate is less than 0.05 탆, the plate-like structure is not formed and the effect of blocking the hydrocarbon fuel is reduced. When the major axis length is larger than 0.5 탆, penetration into the pores of the support is difficult.

아울러, 상기 실리케이트의 층상 구조가 박리되어 있을 경우, 실리케이트 층간 거리는 최소 3nm가 바람직하다. 실리케이트 층간 거리는 고분자 사슬이 실리케이트 판상에 침투되어, 층과 층 사이가 박리될 때를 말하며, 최소 3nm이고, 고분자 사슬이 점차 침투하여 층과 층 사이가 점점 벌어지면서 실리케이트 층 등이 무정형(disordered)하게 분산되면, 층과 층 사이 거리라고 정의하기엔 적절하지 않으므로 그 사이 거리를 측정할 수 없다. 따라서, 층간 거리는 최소 3nm이면 되며, 최대값은 의미가 없다.In addition, when the layered structure of the silicate is peeled off, the distance between the silicate layers is preferably at least 3 nm. The silicate interlayer distance refers to the time when the polymer chain penetrates the silicate plate and peels off between the layer and the layer. At least 3 nm, the polymer chain gradually penetrates and the gap between the layer and the layer gradually widens and the silicate layer becomes disordered If it is dispersed, it is not appropriate to define the distance between the layers and the layer, so the distance between them can not be measured. Therefore, the interlayer distance should be at least 3 nm, and the maximum value is meaningless.

상기 실리케이트는 유기화제로 처리하여 사용하는 것이 바람직하며, 이와 같이 유기화제로 처리하는 경우, 강력한 반데르발스(Van der Waals) 인력으로 인하여 고분자 수지에 박리 및 분산되기 어려운 판상 실리케이트 층 구조 사이에 저분자량의 유기화제가 삽입되어, 고분자 수지 침투가 용이해져 박리, 분산이 용이해지므로 바람직하다. It is preferable that the silicate is treated with an organizing agent. When such an organizing agent is used, it is difficult to remove the silicate between the platy silicate layer structure, which is difficult to peel and disperse in the polymer resin due to strong van der Waals attractive force. An organic agent having a molecular weight is inserted to easily penetrate the polymer resin, which facilitates peeling and dispersion.

상기 유기화제로는 탄소수 1 내지 20의 알킬아민, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌 디아민, 탄소수 1 내지 20의 4차 암모늄염, 아미노헥산 또는 질소 함유 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다.As the organizing agent, an alkylamine having 1 to 20 carbon atoms, an alkylenediamine having 1 to 20 carbon atoms, a quaternary ammonium salt having 1 to 20 carbon atoms, an aminohexane or a nitrogen-containing heterocyclic compound can be used.

상기 알킬아민의 구체적인 예를 들면 염산 메틸아민(methylamine hydrochloride), 프로필 아민, 부틸 아민, 옥틸 아민, 데실 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, N-메틸 옥타데실 아민 등이 있다. Specific examples of the alkylamine include methylamine hydrochloride, propylamine, butylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, N-methyloctadecylamine, and the like.

상기 알킬렌 디아민의 예로써는 1,6-헥사메틸렌 디아민, 1,12-도데칸 디아민이 있다.Examples of the alkylenediamine include 1,6-hexamethylenediamine and 1,12-dodecanediamine.

상기 4차 암모늄염으로는 디메틸 4차 암모늄, 벤질 4차 암모늄, 2-에틸헥실 4차 암모늄, 비스-2-하이드록시에틸 4차 암모늄, 메틸 4차 암모늄, 염화 테트라메틸암모늄, 브롬화 옥타데실 트리메틸 암모늄, 브롬화 도데실트리메틸 암모늄, 브롬화 디옥타데실 디메틸 암모늄, 염화 비스(2-히드록시에틸) 메틸 옥타데실 암모늄 등 을 사용할 수 있다. Examples of the quaternary ammonium salt include dimethyl quaternary ammonium, benzyl quaternary ammonium, 2-ethylhexyl quaternary ammonium, bis-2-hydroxyethyl quaternary ammonium, methyl quaternary ammonium, tetramethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium bromide , Dodecyltrimethylammonium bromide, dioctadecyldimethylammonium bromide, bis (2-hydroxyethyl) methyloctadecylammonium chloride, and the like can be used.

상기 아미노헥산으로는 6-아미노헥산, 12-아미노헥산 등을 사용할 수 있고, 상기 질소 함유 헤테로 고리 화합물로는 염화 1-헥사데실피리듐 등을 사용할 수 있다. As the aminohexane, 6-aminohexane, 12-aminohexane and the like can be used, and as the nitrogen-containing heterocyclic compound, 1-hexadecylpyridinium chloride and the like can be used.

또한, 실리케이트를 상기 유기화제로 처리하여 사용할 수도 있지만, 이미 유기화 처리된 실리케이트를 직접 사용할 수도 있다. 이처럼 유기화 처리된 실리케이트의 예로써는 Southern사의 상품명으로서 Cloisite6A, Cloisite10A, Cloisite15A, Cloisite20A, Cloisite25A, Cloisite30B 등이 있다.The silicate may be used by treating with the above-mentioned organizing agent, but it is also possible to directly use the organically treated silicate. Examples of organically treated silicates include Cloisite 6A, Cloisite 10A, Cloisite 15A, Cloisite 20A, Cloisite 25A, Cloisite 30B and the like as trade names of Southern Corporation.

본 발명에서 바람직한 양이온 교환 수지로는 수소 이온 전도성을 갖는 양이온 고분자 수지는 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 측쇄에 설폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지를 들 수 있다. 또한, 이러한 측 쇄의 말단의 이온 교환기에서 -SO3H, -COOH, -HPO3H, -POOH에서 -H를 나트륨, 칼륨, 세슘 등 일가 이온 및 테트라부틸암모니움(TBA)으로 치환할 수도 있다.As the cation exchange resin preferred in the present invention, any cationic polymer resin having hydrogen ion conductivity can be used. Representative examples thereof include a polymer resin having a cation-exchange group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group and derivatives thereof in the side chain. It is also possible to substitute -SO 3 H, -COOH, -HPO 3 H, and -H in -POOH with monovalent ions such as sodium, potassium, cesium and tetrabutylammonium (TBA) in the ion exchanger at the end of the side chain have.

상기 고분자 수지의 대표적인 예로는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 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) 또는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. Representative examples of the polymer resin include fluorine-based polymers, benzimidazole-based polymers, polyimide-based polymers, polyetherimide-based polymers, polyphenylene sulfide-based polymers, polysulfone-based polymers, polyether sulfone-based polymers, (Perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), and poly Copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ethers containing sulfonic acid groups, dehydrofluorinated sulfated polyether ketones, aryl ketones, poly (2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole (poly (2,2 '- (m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) or poly (2,5-benzimidazole).

본 발명에서 상기 양이온 교환 수지와 상기 실리케이트의 혼합 비율은 98 내지 90 : 2 내지 10 중량비가 바람직하다. 실리케이트의 사용량이 상기 범위 미만인 경우 실리케이트을 사용함에 따른 효과가 미미하고, 또한상기 범위를 초과하는 경우에는 양이온 교환 수지와의 혼합시 실리케이트 끼리의 뭉침 현상으로 인해 혼합이 어려운 문제가 있다.In the present invention, the mixing ratio of the cation exchange resin and the silicate is preferably 98 to 90: 2 to 10 weight ratio. When the amount of the silicate used is less than the above range, the effect of using the silicate is insufficient. When the amount of the silicate is more than the above range, there is a problem that the mixing is difficult due to the aggregation of the silicates when mixed with the cation exchange resin.

본 발명의 고분자 전해질 막을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 이 고분자 전해질 막 양면에 각각 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극을 포함한다.The membrane-electrode assembly for a fuel cell including the polymer electrolyte membrane of the present invention includes an anode electrode and a cathode electrode respectively disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane.

상기 캐소드 전극 및 애노드 전극은 전극 기재와 촉매층을 포함한다.The cathode electrode and the anode electrode include an electrode substrate and a catalyst layer.

상기 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하다. The catalyst layer may be formed of one selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, And at least one transition metal selected from the group consisting of a transition metal oxide and a transition metal oxide.

또한 이러한 금속 촉매는 금속 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 탄소, 케첸 블랙, 흑연과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 또는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소가 널리 사용되고 있다. Such a metal catalyst may be used as a metal catalyst itself (black) or may be supported on a carrier. Carbon such as acetylene black, denka black, activated carbon, ketjen black and graphite may be used as the carrier, or inorganic fine particles such as alumina, silica, titania and zirconia may be used, but carbon is generally widely used.

상기 전극 기재는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 연료 및 산화제를 확산시켜 촉매층으로 연료 및 산화제가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 상기 전극 기재로는 도전성 기재를 사용하며 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 또는 금속천((섬유 상태의 금속천으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것(metalized polymer fiber)을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode substrate plays a role of supporting the electrode and diffusing the fuel and the oxidant into the catalyst layer so that the fuel and the oxidant can easily access the catalyst layer. As the electrode substrate, a conductive substrate is used. Typical examples of the electrode substrate include a porous film or polymer composed of a carbon paper, a carbon cloth, a carbon felt, or a metal cloth But is not limited to, a metalized polymer fiber formed on the surface of a fabric formed of fibers).

또한 상기 전극 기재는 불소 계열 수지로 발수 처리한 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 발생되는 물에 의하여 기체 확산 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 상기 불소 계열 수지로는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리플루오로에틸렌프로필렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프 로필렌(Fluorinated ethylene propylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene), 플루오로에틸렌 폴리머 등이 사용될 수 있다. Also, it is preferable that the electrode substrate is subjected to a water repellent treatment with a fluorine-based resin, because it is possible to prevent the gas diffusion efficiency from being lowered by water generated when the fuel cell is driven. Examples of the fluorine-based resin include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyfluoroethylene propylene, fluorinated ethylene propylene, polychlorotrifluoroethylene, fluoroethylene Polymers and the like can be used.

또한, 상기 전극 기재에서의 기체 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 이 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본 파이버, 플러렌(fullerene), 카본 나노 튜브, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼(carbon nano-horn) 또는 카본 나노 링(carbon nano ring)을 포함할 수 있다. 상기 미세 기공층은 도전성 분말, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 기체 확산층에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅 공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The microporous layer may further include a microporous layer for enhancing the gas diffusion effect in the electrode substrate. The microporous layer is generally composed of a conductive powder having a small particle diameter such as carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, fullerene, carbon nanotube, carbon nanowire, carbon nano -horn) or a carbon nano ring. The microporous layer is prepared by coating a composition comprising conductive powder, a binder resin and a solvent on the gas diffusion layer. As the binder resin, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate and the like can be preferably used. As the solvent, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol and the like Alcohols, water, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like can be preferably used. The coating process may be performed by a screen printing method, a spray coating method or a coating method using a doctor blade, depending on the viscosity of the composition, but is not limited thereto.

본 발명의 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다.The fuel cell system of the present invention includes at least one electricity generating portion, a fuel supplying portion and an oxidizing agent supplying portion.

상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터(바이폴라 플레이트라고도 함)을 포함한다. 상기 막-전극 어셈블리는 고분자 전해질 막과 이 고분자 전해질 막 양면에 존재하는 캐소드 및 애노드 전극을 포함한다. 상기 전기 발생부는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The electricity generating portion includes a membrane-electrode assembly and a separator (also referred to as a bipolar plate). The membrane-electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane and cathode and anode electrodes present on both sides of the polymer electrolyte membrane. The electricity generating unit generates electricity through the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of the oxidant.

상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산소 또는 공기와 같은 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The fuel supply unit supplies fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit supplies an oxidant such as oxygen or air to the electricity generation unit.

본 발명에서 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 연료의 대표적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연 가스를 들 수 있다. 본 발명은 탄화수소 연료를 사용하는 직접 산화형 연료 전지 시스템에 더욱 적합하며, 특히 고농도의 연료를 확산 방식으로 공급하는 패시브 타입의 연료 전지 시스템에 가장 적합하다. 본 발명에서 탄화수소 연료는 1 내지 10M의 농도를 갖는 것을 사용할 수 있다.In the present invention, the fuel may include hydrogen or a hydrocarbon fuel in a gaseous or liquid state. Representative examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas. The present invention is more suitable for a direct oxidation fuel cell system using a hydrocarbon fuel, and is most suitable for a passive type fuel cell system that supplies a fuel of a high concentration in a diffusion manner. In the present invention, a hydrocarbon fuel having a concentration of 1 to 10 M can be used.

본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 2에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2에 나타낸 구조는 연료 및 산화제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않는 확산 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.A schematic structure of the fuel cell system of the present invention is shown in FIG. 2 and will be described in detail with reference to the following. The structure shown in FIG. 2 shows a system for supplying the fuel and the oxidant to the electricity generating unit using a pump. However, the fuel cell system of the present invention is not limited to such a structure, and may be a fuel cell using a diffusion- It is natural that it can be used in a system structure.

본 발명의 연료 전지 시스템(100)은 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(19)와, 상기한 연료를 공급하는 연료 공급부(1)와, 산화제를 상기 전기 발생부(19)로 공급하는 산화 제 공급부(5)를 포함하여 구성된다.  The fuel cell system 100 of the present invention includes at least one electricity generating unit 19 for generating electric energy through oxidation reaction of a fuel and oxidizing agent, a fuel supply unit 1 for supplying the fuel, And an oxidant supplier (5) for supplying an oxidant to the electricity generator (19).

또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급부(1)는 연료를 저장하는 연료 탱크(9)를 구비한다. 또한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 펌프(15)를 더욱 포함할 수도 있다. Further, the fuel supply unit 1 for supplying the fuel has a fuel tank 9 for storing the fuel. And may further include a fuel pump 15 for supplying fuel to the electricity generating portion.

상기 전기 발생부(19)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(5)는 소정의 펌핑력으로 산화제를 흡입하는 적어도 하나의 산화제 펌프(13)를 구비한다.The oxidant supply part 5 for supplying the oxidant to the electricity generating part 19 includes at least one oxidant pump 13 for sucking the oxidant with a predetermined pumping power.

상기 전기 발생부(19)는 연료와 산화제를 산화 및 환원 반응시키는 막-전극 어셈블리(21)와 이 막-전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 바이폴라 플레이트(23,25)로 구성되며, 이러한 전기 발생부(19)가 적어도 하나 모여 스택(7)을 구성한다. The electricity generating unit 19 is composed of a membrane-electrode assembly 21 for oxidizing and reducing the fuel and an oxidizing agent, and bipolar plates 23 and 25 for supplying fuel and oxidant to both sides of the membrane- , And at least one such electricity generating portion 19 is gathered to constitute the stack 7.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

(실시예 1)(Example 1)

몬모릴로나이트(Southern Clay Products, CLoisite 10A)와 1,3-프로판설톤을 건조 톨루엔(dry toluene) 중에서 혼합하고, 이 혼합물을 100℃에서 24시간 동안 교반하였다. 이어서, 얻어진 생성물을 여과하고, 여과물을 톨루엔으로 세척하고, 24시간 동안 건조하여, 말단에 설폰산기가 결합된 몬모릴로나이트를 제조하였다.Montmorillonite (Southern Clay Products, CLoisite 10A) and 1,3-propane sultone were mixed in dry toluene, and the mixture was stirred at 100 ° C for 24 hours. Then, the obtained product was filtered, the filtrate was washed with toluene and dried for 24 hours to prepare montmorillonite having a sulfonic acid group bonded at its end.

상업적으로 시판되는 물과 2-프로판올에 용해되어 있는 퍼플루오로설포네이 트 수지 용액(5 중량% Nafion/H2O/2-프로판올, Solution TechnologyInc., EW=1,100)을 상온에서 강제로 증발시킨 후, 디메틸 아세트아마이드에 5 중량%의 농도로 첨가하고 100℃에서 24시간 교반하며, 양이온 교환 수지를 용해시켜, 양이온 교환 수지 용액을 제조하였다.A solution of perfluorosulfonate resin (5 wt% Nafion / H 2 O / 2-propanol, Solution Technology Inc., EW = 1,100) dissolved in commercially available water and 2-propanol was forcedly evaporated at room temperature Then, the solution was added to dimethylacetamide in a concentration of 5% by weight and stirred at 100 ° C for 24 hours to dissolve the cation exchange resin to prepare a cation exchange resin solution.

상기 양이온 교환 수지 액에 설폰산기가 결합된 몬트모릴로나이트(Southern Clay Product, Cloisite10A), 종횡비: 1/500(유기화제가 모두 침투된 상태에서(at fully intercalated state), 장축 길이: 약 0.3㎛)를 첨가하고, 100℃에서 24시간 동안 자석 교반기로 혼합하며 초음파를 인가하여 상기 몬트모릴로나이트의 층간에 양이온 교환 수지 사슬이 침투되어 실리케이트가 박리된 수지 조성물을 제조하였다. 이때 몬트모릴로나이트 층간 박리 거리는 3nm 이상이였다. 상기 양이온 교환 수지와 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트의 혼합 비율은 98 중량%와 2 중량%였다.(Southern Clay Product, Cloisite 10A) having a sulfonic acid group bonded thereto, an aspect ratio of 1/500 (at fully intercalated state, a long axis length of about 0.3 탆 ) Was added, and the mixture was mixed with a magnetic stirrer at 100 ° C for 24 hours. Ultrasonic waves were applied to the mixture to form a cation exchange resin chain between the montmorillonite layers to prepare a silicate-peeled resin composition. At this time, the separation distance between the montmorillonite layers was 3 nm or more. The mixing ratio of the cation exchange resin to the montmorillonite having a sulfonic acid group was 98% by weight and 2% by weight.

상기 수지 조성물을 약 100℃ 온도의 오븐 내에서 유리 플레이트에 도포하여 고분자 전해질 막을 제조하였다.The resin composition was applied to a glass plate in an oven at about 100 캜 to prepare a polymer electrolyte membrane.

Pt-Ru 블랙(Johnson Matthey HiSpecTM 6000, 4.0mg/cm2) 애노드 촉매 및 Pt 블랙(Tanaka Kikinzoku Kogyo, 4.0mg/cm2) 캐소드 촉매를 테트라부틸 암모늄(TBA+)-형태 나피온과 각각 혼합하여 애노드 및 캐소드 촉매 슬러리를 각각 제조하고, 이 촉매 슬러리를 50㎛ 두께의 테플론-플루오로에틸렌 프로필렌 탄소 페이퍼 쉬트에 도포하여 애노드 전극 및 캐소드 전극을 각각 제조하였다. (TBA + ) -formed Nafion was prepared by mixing Pt-Ru black (Johnson Matthey HiSpec 6000, 4.0 mg / cm 2 ) anode catalyst and Pt black (Tanaka Kikinzoku Kogyo, 4.0 mg / cm 2 ) An anode and a cathode catalyst slurry were respectively prepared, and this catalyst slurry was applied to a 50 mu m-thick Teflon-fluoroethylene propylene carbon paper sheet to prepare an anode electrode and a cathode electrode, respectively.

상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 상기 고분자 전해질 막을 위치시킨 후, 195℃ 및 500psig 압력 하에서 1분 동안 핫-프레싱하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다.The polymer electrolyte membrane was placed between the anode and the cathode, and then hot-pressed at 195 DEG C and 500 psig for 1 minute to prepare a membrane-electrode assembly.

(실시예 2)(Example 2)

양이온 교환 수지와 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트 사용량을 95 중량%와 5 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated, except that the amount of montmorillonite having a cation exchange resin and a sulfonic acid group was changed to 95% by weight and 5% by weight.

(실시예 3)(Example 3)

양이온 교환 수지와 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트 사용량을 90 중량%와 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that the amount of montmorillonite having a cation exchange resin and a sulfonic acid group was changed to 90% by weight and 10% by weight.

(실시예 4)(Example 4)

양이온 교환 수지와 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트 사용량을 99 중량%와 1 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated, except that the amount of montmorillonite having a cation exchange resin and a sulfonic acid group was changed to 99 wt% and 1 wt%.

(실시예 5)(Example 5)

양이온 교환 수지와 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트 사용량을 97 중량%와 3 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that the amount of montmorillonite having a cation exchange resin and a sulfonic acid group was changed to 97 wt% and 3 wt%.

(실시예 6)(Example 6)

몬트모릴로나이트 대신 플루오로헥토라이트(CO OP CHEMICAL CP., LTD.)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated, except that fluorohectolite (CO OP CHEMICAL CP., LTD.) Was used instead of montmorillonite.

(실시예 7)(Example 7)

몬트모릴로나이트 대신 플루오로헥토라이트(CO OP CHEMICAL CP., LTD.)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 2 was repeated except that fluorohectolite (CO OP CHEMICAL CP., LTD.) Was used instead of montmorillonite.

(실시예 8)(Example 8)

몬트모릴로나이트 대신 플루오로헥토라이트(CO OP CHEMICAL CP., LTD.)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 3 was repeated, except that fluorohectolite (CO OP CHEMICAL CP., LTD.) Was used in place of montmorillonite.

(실시예 9)(Example 9)

몬트모릴로나이트 대신 카올린(Aldrich)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that kaolin (Aldrich) was used instead of montmorillonite.

(실시예 10)(Example 10)

몬트모릴로나이트 대신 카올린(Aldrich)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 2 was repeated except that kaolin (Aldrich) was used instead of montmorillonite.

(실시예 11)(Example 11)

몬트모릴로나이트 대신 카올린(Aldrich)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 3 was repeated except that kaolin (Aldrich) was used instead of montmorillonite.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

상업적으로 시판되는 물과 2-프로판올에 용해되어 있는 퍼플루오로설포네이트 수지 용액(5 중량% Nafion/H2O/2-프로판올, Solution TechnologyInc., EW=1,100)을 약 100℃ 온도의 오븐 내에서 유리 플레이트에 도포하여 고분자 전해질 막을 제조하였다.A solution of perfluorosulfonate resin (5 wt% Nafion / H 2 O / 2-propanol, Solution Technology Inc., EW = 1,100) dissolved in commercially available water and 2-propanol was placed in an oven To a glass plate to prepare a polymer electrolyte membrane.

(참고예 1)(Reference Example 1)

상업적으로 시판되는 물과 2-프로판올에 용해되어 있는 퍼플루오로설포네이 트 수지 용액(5 중량% Nafion/H2O/2-프로판올, Solution TechnologyInc., EW=1,100)을 상온에서 강제로 증발시킨 후, 디메틸 아세트아마이드에 5 중량%의 농도로 첨가하고 100℃에서 24시간 교반하며, 양이온 교환 수지를 용해시켜, 양이온 교환 수지 용액을 제조하였다.A solution of perfluorosulfonate resin (5 wt% Nafion / H 2 O / 2-propanol, Solution Technology Inc., EW = 1,100) dissolved in commercially available water and 2-propanol was forcedly evaporated at room temperature Then, the solution was added to dimethylacetamide in a concentration of 5% by weight and stirred at 100 ° C for 24 hours to dissolve the cation exchange resin to prepare a cation exchange resin solution.

상기 양이온 교환 수지 액에 유기화제로 처리된 몬트모릴로나이트(Southern Clay Product, Cloisite10A), 종횡비: 1/500(유기화제가 모두 침투된 상태에서(at fully intercalated state), 장축 길이: 약 0.3㎛)를 상기 양이온 교환 수지 99 중량% 및 무기 첨가물 1 중량%의 비율로 첨가한 후, 100℃에서 24시간 동안 자석 교반기로 혼합하며 초음파를 인가하여 상기 몬트모릴로나이트의 층간에 양이온 교환 수지 사슬이 침투되어 실리케이트가 박리된 수지 조성물을 제조하였다. 이때 몬트모릴로나이트 층간 박리 거리는 3nm 이상이였다.(Southern Clay Product, Cloisite 10A) treated with an organizing agent, an aspect ratio of 1/500 (at fully intercalated state, long axis length: about 0.3 탆 ) Was added at a ratio of 99% by weight of the cation-exchange resin and 1% by weight of the inorganic additive, and the resultant mixture was mixed with a magnetic stirrer at 100 ° C for 24 hours. Ultrasonic waves were applied to the montmorillonite layer, To thereby prepare a resin composition in which the silicate has been peeled off. At this time, the separation distance between the montmorillonite layers was 3 nm or more.

상기 수지 조성물을 이용하여 통상의 방법으로 고분자 전해질 막을 제조하고, 이 고분자 전해질 막을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 막-전극 어셈블리를 제조하였다.A polymer electrolyte membrane was prepared using the above resin composition by a conventional method, and a membrane-electrode assembly was produced in the same manner as in Example 1 using this polymer electrolyte membrane.

(참고예 2)(Reference Example 2)

양이온 교환 수지의 사용량을 98 중량%로, 몬트모릴로나이트의 사용량을 2 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Reference Example 1 was repeated except that the amount of the cation exchange resin used was changed to 98 wt% and the amount of montmorillonite was changed to 2 wt%.

(참고예 3)(Reference Example 3)

양이온 교환 수지의 사용량을 97 중량%로, 몬트모릴로나이트의 사용량을 3 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Reference Example 1 was repeated except that the amount of the cation exchange resin used was changed to 97 wt% and the amount of the montmorillonite was changed to 3 wt%.

(참고예 4)(Reference Example 4)

양이온 교환 수지의 사용량을 95 중량%로, 몬트모릴로나이트의 사용량을 5 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Reference Example 1 was repeated except that the amount of the cation exchange resin used was changed to 95 wt% and the amount of the montmorillonite was changed to 5 wt%.

(참고예 5)(Reference Example 5)

양이온 교환 수지의 사용량을 93 중량%로, 몬트모릴로나이트의 사용량을 7 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Reference Example 1 was repeated except that the amount of the cation exchange resin used was changed to 93 wt% and the amount of the montmorillonite was changed to 7 wt%.

(참고예 6)(Reference Example 6)

양이온 교환 수지의 사용량을 90 중량%로, 몬트모릴로나이트의 사용량을 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Reference Example 1 was repeated except that the amount of the cation exchange resin used was changed to 90% by weight and the amount of montmorillonite was changed to 10% by weight.

* 고분자 전해질 막의 물성 평가* Evaluation of Physical Properties of Polymer Electrolyte Membrane

상기 실시예 1 내지 3, 실시예 6 내지 11 및 비교예 1에 따라 제조된 고분자 전해질 막의 인장 강도, 물 흡수율(water uptake), 두께 변화 및 치수 변화(dimension change(area change: 면적 변화율)을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 물 흡수율, 두께 변화 및 치수 변화는 건조 상태(고분자 전해질 막을 120℃에서 24시간 건조한 후)와 탈이온수(deionized water)에서 24시간 동안 위치시킨 가습 상태에서의 변화를 의미한다.The tensile strength, water uptake, thickness variation and dimensional change (area change) of the polymer electrolyte membrane prepared according to Examples 1 to 3, Examples 6 to 11 and Comparative Example 1 were measured The results are shown in Table 1. The water absorption rate, thickness variation and dimensional change were measured in a dry state (after the polyelectrolyte membrane was dried at 120 ° C for 24 hours) and in dehumidified water (deionized water) for 24 hours .

상기 인장 강도는 인스트론 기계 테스트 장치(instron mechanical test machine)를 사용한 ASTM에 따라 측정하였다. The tensile strength was measured according to ASTM using an instron mechanical test machine.

인장 강도(MPa)Tensile Strength (MPa) 물 흡수율(%)Water Absorption Rate (%) 두께 변화(%)Thickness change (%) 치수 변화(%)Dimensional change (%) 비교예 1Comparative Example 1 40.040.0 21.821.8 18.418.4 16.616.6 실시예 1Example 1 30.630.6 21.521.5 9.19.1 11.411.4 실시예 2Example 2 23.423.4 58.458.4 7.07.0 17.417.4 실시예 3Example 3 측정안함Do not measure 79.479.4 13.913.9 14.514.5 실시예 6Example 6 44.844.8 36.136.1 6.36.3 11.811.8 실시예 7Example 7 43.643.6 50.350.3 7.97.9 4.34.3 실시예 8Example 8 42.042.0 56.656.6 1010 5.35.3 실시예 9Example 9 43.143.1 10.410.4 2.52.5 7.67.6 실시예 10Example 10 42.542.5 39.739.7 9.89.8 13.813.8 실시예 11Example 11 38.238.2 58.658.6 15.215.2 11.911.9

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 8 및 실시예 10 내지 11의 고분자 전해질 막의 물 흡수율이 비교예 1에 비하여 매우 우수함을 알 수 있다. 고분자 전해질 막의 물 흡수율은 전지 물성에 영향을 미치는 수소 이온 전도성과 매우 밀접한 관계가 있으므로, 상기 표 1의 결과로부터 실시예 1 내지 8 및 실시예 10 내지 11의 고분자 전해질 막의 수소 이온 전도성이 비교예 1에 비하여 우수할 것을 예측할 수 있다. 실시예 9의 고분자 전해질 막의 경우 카올린 자체의 물 흡수율이 다소 낮고, 사용량도 적어서 비교예 1에 비하여 다소 적게 나타난 것으로 생각된다.As shown in Table 1, the water absorption rates of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 8 and Examples 10 to 11 are superior to those of Comparative Example 1. The water absorption rate of the polymer electrolyte membrane is closely related to the hydrogen ion conductivity which affects the physical properties of the battery. From the results of the above Table 1, the hydrogen ion conductivity of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 8 and Examples 10 to 11 is shown in Comparative Example 1 It can be predicted that it will be excellent. It is considered that the polymer electrolyte membrane of Example 9 has a somewhat lower water absorption rate of kaolin itself and a smaller amount of water to be used than Comparative Example 1.

또한 두께 변화 및 치수 변화는 실시예 1 내지 11의 모든 고분자 전해질 막이 비교예 1에 비하여 작거나 거의 동등한 수준임을 알 수 있다.It can also be seen that the thickness variation and the dimensional change of all the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 11 are smaller or almost equal to those of Comparative Example 1. [

* 고분자 전해질 막의 X-선 회절 피크 측정* X-ray diffraction peak measurement of polymer electrolyte membrane

실시예 1 내지 3의 고분자 전해질 막에서 양이온 교환 수지와 실리케이트이 균일하게 분산되어있는지 알아보기 위하여 상기 실시예 1 내지 3의 고분자 전해질 막의 X-선 회절 피크를 측정하여, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 또한, 참고로 몬트모릴로나이트(도 3에서 MMT)와 실시예 1에서 제조된 말단에 설폰산기를 갖는 몬트모릴로나이트(도 3에서 S-MMT)의 X-선 회절 피크를 측정하여 그 결과를 도 3에 함께 나타내었다.X-ray diffraction peaks of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3 were measured to see whether the cation exchange resin and the silicate were uniformly dispersed in the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3, and the results are shown in Fig. 3 . For reference, the X-ray diffraction peaks of montmorillonite (MMT in FIG. 3) and montmorillonite having a sulfonic acid group at the end prepared in Example 1 (S-MMT in FIG. 3) Are shown together in Fig.

X-선 회절 피크는 X-선 회절측정장치(X-ray diffractometer, Phillips, X'pert Pro X-ray)를 사용하여 CuKα선(λ=1.5406Å)을 이용하여 측정하였다. 도 3의 결과에서, MMT와 S-MMT의 경우 결정성이므로 피크가 나타나나, 실시예 1 내지 3에서는 양이온 교환 수지가 설폰산기를 갖는 실리케이트 판상으로 삽입되어 있음을 예측할 수 있다. 그 결과 실리케이트만 사용한 비교예 2에 비하여 실리케이트 판상 간의 거리가 증가되고, 또한 양이온 교환 수지 내에서 실리케이트가 박리되어 양이온 교환 수지와 실리케이트 사이의 강한 상호 작용(interaction)을 유도하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.The X-ray diffraction peak was measured using a CuK? Ray (? = 1.5406?) Using an X-ray diffractometer (Phillips, X'pert Pro X-ray). In the results of FIG. 3, MMT and S-MMT are crystalline and thus show peaks. In Examples 1 to 3, it can be predicted that the cation exchange resin is inserted into a silicate plate having sulfonic acid groups. As a result, the distance between the silicate plate phases is increased as compared with Comparative Example 2 using only silicate, and the silicate is peeled in the cation exchange resin to induce a strong interaction between the cation exchange resin and the silicate to improve the mechanical strength have.

* 메탄올 투과도 측정* Measurement of methanol permeability

또한 상기 실시예 1 내지 3, 실시예 6 내지 10 및 비교예 1의 고분자 전해질 막의 메탄올 투과도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. The methanol permeability of the polymer electrolyte membranes of Examples 1 to 3, Examples 6 to 10, and Comparative Example 1 was measured, and the results are shown in FIG.

도 4에서, "▲"은 실시예 1 내지 3의 나피온과 설폰산기가 결합된 몬트모릴로나이트(S-MMT)를 사용하여 제조된 고분자 전해질 막의 결과이고, "■"은 실시예 6 내지 8의 나피온과 설폰산기가 결합된 플루오로헥토라이트(S-FHT)를 사용하여 제조된 고분자 전해질 막의 결과이고, "●"은 실시예 9 내지 10의 나피온과 설폰산기가 결합된 카올린(S-카올린)을 사용하여 제조된 고분자 전해질 막의 결과이다. 또한, X축은 S-MMT, S-FHT 및 S-카올린과 같은 실리케이트 첨가량을 나타낸다.4, "" indicates a result of a polymer electrolyte membrane prepared using montmorillonite (S-MMT) in which Nafion and sulfonic acid groups are bonded in Examples 1 to 3, " (S-FHT) in which Nafion and sulfonic acid groups are bonded to each other, and "" represents the results of kaolin bonded with Nafion and sulfonic acid groups in Examples 9 to 10 S-kaolin). ≪ / RTI > In addition, the X-axis represents amounts of silicate addition such as S-MMT, S-FHT and S-kaolin.

도 4에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3 및 6 내지 10의 메탄올 투과도가 비교예 1에 비하여 현저하게 낮음을 알 수 있다. 이는 실리케이트 쉬트가 고분자 전해질 막 내에서 메탄올의 경로를 효과적으로 방지하기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 몬트모릴로나이트의 첨가량을 변화시키면서 수소 이온 전도도를 측정하여 나타낸 도 5에서 알 수 있듯이, 순수 실리케이트를 사용한 참고예 1 내지 6에 비하여 말단에 설폰산기가 결합된 실시예 1, 2, 4 및 5의 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성도 우수하게 나타났다. 도 5에서, ■는 비교예 1의 나피온만으로 제조된 고분자 전해질 막의 수소 이온 전도도를 나타낸 것이고, ○는 실시예 1, 2, 4 및 5의 나피온과 S-MMT를 사용하여 제조된 고분자 전해질 막의 수소 이온 전도도를 나타낸 것이고, ●는 참고예 1 내지 6의 나피온과 MMT를 사용하여 제조된 고분자 전해질 막의 수소 이온 전도도를 나타낸 것이다. 또한 X축은 MMT 첨가량을 나타낸다.As shown in FIG. 4, the methanol permeability of Examples 1 to 3 and 6 to 10 is remarkably lower than that of Comparative Example 1. It is believed that this is because the silicate sheet effectively prevents the pathway of methanol in the polymer electrolyte membrane. As shown in FIG. 5, in which hydrogen ion conductivity was measured while varying the amount of montmorillonite added, Examples 1, 2, and 4, in which sulfonic acid groups were bonded at the terminals, compared to Reference Examples 1 to 6 using pure silicate And 5 of the polymer electrolyte membrane showed excellent hydrogen ion conductivity. 5 shows the hydrogen ion conductivity of the polyelectrolyte membrane prepared only with Nafion in Comparative Example 1, and the symbol ◯ indicates the polymer electrolyte prepared using Nafion and S-MMT of Examples 1, 2, 4, and 5 Shows the hydrogen ion conductivity of the membrane, and the symbol &thetas; shows the hydrogen ion conductivity of the polymer electrolyte membrane prepared using the Nafion and MMT of Reference Examples 1 to 6. [ The X-axis represents the amount of MMT added.

* 전지 특성* Battery characteristics

실시예 2의 고분자 전해질 막을 이용한 연료 전지 시스템에 건조 공기를 산화제로, 3M, 4M, 5M 및 7M의 메탄올을 연료로 공급하여 70℃에서의 출력 밀도를 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. 또한 비교예 1의 고분자 전해질 막을 이용한 연료 전지 시스템에 건조 공기를 산화제로, 3M 및 7M의 메탄올을 연료로 공급하여, 70℃에서의 출력 밀도를 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 6 및 도 7에 나타낸 것과 같이, 실시예 2의 고분자 전해질 막을 이용한 연료 전지 시스템이 비교예 1에 비하여 고농도의 메탄올을 주입하여도 전지 성능이 월등하게 우수함을 알 수 있다. The fuel cell system using the polymer electrolyte membrane of Example 2 was supplied with dry air as an oxidizer and methanol as a fuel at 3M, 4M, 5M and 7M, and the output density at 70 ° C was measured. The results are shown in FIG. The fuel cell system using the polymer electrolyte membrane of Comparative Example 1 was also supplied with dry air as an oxidant and methanol as a fuel at 3M and 7M, and the output density at 70 ° C was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the fuel cell system using the polymer electrolyte membrane of Example 2 is superior to that of Comparative Example 1, even when methanol at a high concentration is injected.

따라서, 본 발명의 고분자 전해질 막은 고농도의 메탄올을 사용하여, 연료를 확산 방식으로 주입하는 패시브 타입의 연료 전지 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the polymer electrolyte membrane of the present invention can be effectively used in a passive type fuel cell system in which fuel is injected in a diffusion manner by using methanol at a high concentration.

본 발명의 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성이 우수하고, 연료의 크로스오버 방지 효과가 우수하므로, 우수한 전지 성능을 나타내는 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The polymer electrolyte membrane of the present invention is excellent in hydrogen ion conductivity and excellent in the effect of preventing crossover of fuel, so that a fuel cell system exhibiting excellent cell performance can be provided.

Claims (20)

양이온 교환 수지; 및Cation exchange resins; And 말단에 수소 이온 전도성기를 갖는 실리케이트A silicate having a proton conductive group at the terminal 를 포함하고,Lt; / RTI > 상기 양이온 교환 수지와 상기 실리케이트의 혼합 비율은 98 내지 90:2 내지 10 중량비이고,The mixing ratio of the cation exchange resin to the silicate is 98 to 90: 2 to 10, 상기 실리케이트는 0.05 내지 0.5㎛의 장축 길이를 갖고,The silicate has a major axis length of 0.05 to 0.5 mu m, 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질막.Passive type polymer electrolyte membrane for direct oxidation type fuel cells. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 수소 이온 전도성기는 설폰산기인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the hydrogen ion conductive group is a sulfonic acid group. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 실리케이트는 피로필라이트-탈크(pyrophylite-talc), 몬트모릴로나이트(montmorilonite:MMT), 플루오르헥토라이트(fluorohectorite), 카올리나이트 (kaolinite), 버미큘리트(vermiculite), 일라이트(illite), 마이카(mica) 및 브리틀 마이카(brittle mica)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.The silicate may be selected from the group consisting of pyrophyllite-talc, montmorilonite (MMT), fluorohectorite, kaolinite, vermiculite, illite, mica, and brittle mica. The polymer electrolyte membrane for passive type direct oxidation fuel cells according to claim 1, wherein the polymer electrolyte membrane is selected from the group consisting of mica and brittle mica. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 양이온 교환 수지는 측쇄에 설폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the cation exchange resin is a polymer resin having a cation exchanger selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in a side chain. 제 4 항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 양이온 교환 수지는 플루오로계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.The cation exchange resin may be at least one selected from the group consisting of a fluoro polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer, , A polyether-ether ketone-based polymer, and a polyphenylquinoxaline-based polymer. The polymer electrolyte membrane for passive type direct oxidation type fuel cells, 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 실리케이트는 1/30 내지 1/1000의 종횡비를 갖는 것인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the silicate has an aspect ratio of 1/30 to 1/1000. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 실리케이트는 박리된 층상 구조를 갖으며, 각 층간의 거리가 3nm 이상인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the silicate has a delaminated layered structure and the distance between each layer is 3 nm or more. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 실리케이트는 유기화제 처리된 실리케이트인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the silicate is a silicate treated with an organizing agent, the polymer electrolyte membrane for a direct oxidation type fuel cell. 제 9 항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 유기화제는 탄소수 1 내지 20의 알킬아민, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌 디아민, 탄소수 1 내지 20의 4차 암모늄, 탄소수 1 내지 20의 알킬 암모늄염, 아미노헥산 및 질소 함유 헤테로 고리 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 고분자 전해질 막.Wherein the organic agent is selected from the group consisting of alkyl amines having 1 to 20 carbon atoms, alkylenediamines having 1 to 20 carbon atoms, quaternary ammonium having 1 to 20 carbon atoms, alkylammonium salts having 1 to 20 carbon atoms, aminohexane and nitrogen-containing heterocyclic compounds Wherein the polymer electrolyte membrane is a polymer electrolyte membrane. 삭제delete 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극 및An anode electrode, a cathode electrode, 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 고분자 전해질 막The polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 6 and 8 to 10, 을 포함하는 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Electrode assembly for a direct oxidation type fuel cell. 삭제delete 삭제delete 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극 및 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 고분자 전해질 막을 포함하는 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터를 포함하며, 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부;Electrode assembly and a separator comprising an anode electrode and a cathode electrode facing each other and a polymer electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 6 and 8 to 10, At least one electricity generating unit for generating electricity through a reduction reaction of the oxidant; 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및A fuel supply unit for supplying fuel to the electricity generation unit; And 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하고,And an oxidant supplier for supplying an oxidant to the electricity generator, 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지 시스템.Passive type direct oxidation fuel cell system. 삭제delete 삭제delete 제 15 항에 있어서,16. The method of claim 15, 상기 연료는 액체 또는 기체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지 시스템.Wherein the fuel is hydrogen or hydrocarbon fuel in liquid or gaseous state. 제 18 항에 있어서,19. The method of claim 18, 상기 탄화수소 연료는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 이소프로판올로 이루어진 군에서 선택된 것인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지 시스템.Wherein the hydrocarbon fuel is selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, and isopropanol. 제 19 항에 있어서,20. The method of claim 19, 상기 탄화수소 연료는 3 내지 10M의 농도를 갖는 것인 패시브 타입의 직접 산화형 연료 전지 시스템.Wherein the hydrocarbon fuel has a concentration of 3 to 10 M. 5. A direct oxidation fuel cell system according to claim 1,
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