KR100810683B1 - High molocular electrolyte membrane for fuel cell, and membrane-electrode assembly thereby, fuel cell - Google Patents

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KR100810683B1 KR1020060131390A KR20060131390A KR100810683B1 KR 100810683 B1 KR100810683 B1 KR 100810683B1 KR 1020060131390 A KR1020060131390 A KR 1020060131390A KR 20060131390 A KR20060131390 A KR 20060131390A KR 100810683 B1 KR100810683 B1 KR 100810683B1
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Abstract

A polymer electrolyte membrane for a fuel cell, a membrane electrode assembly containing the polymer electrolyte membrane, and a fuel cell containing the membrane electrode assembly are provided to improve phosphoric acid infiltration and to increase ion conductivity even under the condition of high temperature and no humidification. A polymer electrolyte membrane comprises a polymer film which comprises a polyimide copolymer represented by the formula 1 and a compound represented by the formula 2; and an acid which is infiltrated in the polymer film, wherein A and P are a specific acid dianhydride; B is a group represented by the formula 3; and D is a divalent organic group derived from an aromatic diamine. A membrane electrode assembly comprises the polymer electrolyte membrane; a catalyst layer coated to the both surfaces of the polymer electrolyte membrane by vapor deposition; and a gas diffusion layer arranged at the both sides of the catalyst layer.

Description

연료전지용 고분자 전해질막, 및 이를 이용한 막-전극 접합체, 연료전지{High molocular electrolyte membrane for fuel cell, and membrane-electrode assembly thereby, fuel cell}Polymer electrolyte membrane for fuel cell, and membrane-electrode assembly using the same, fuel cell {High molocular electrolyte membrane for fuel cell, and membrane-electrode assembly thereby, fuel cell}

도 1은 상기의 방법에 의해 제조된 고분자 전해질막을 이용하여 제조된 막-전극 접합체(Membrane-Electrode assembly; MEA)를 모식적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a membrane-electrode assembly (MEA) manufactured using a polymer electrolyte membrane prepared by the above method.

도 2는 상기의 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell including the membrane-electrode assembly described above.

도 3는 본 발명의 실시예 2의 을 이용하여 제작된 연료전지를 150℃의 무가습 조건에서 실험한 I-V특성 데이터이다.FIG. 3 is I-V characteristic data of a fuel cell fabricated using Example 2 of the present invention at 150 ° C. without humidification.

도 4는 본 발명의 실시예 2의 고분자 전해질막을 이용한 연료전지 테스트 셀의 장기 구동 안정성을 평가한 결과이다.4 is a result of evaluating long-term driving stability of the fuel cell test cell using the polymer electrolyte membrane of Example 2 of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 막-전극 접합체 20: 바이폴라 플레이트10 membrane-electrode assembly 20 bipolar plate

100: 고분자 전해질막 110, 110': 촉매100: polymer electrolyte membrane 110, 110 ': catalyst

120,120': 기체확산막120,120 ': gas diffusion membrane

본 발명은 연료전지용 고분자 전해질막, 및 이를 이용한 막-전극 접합체, 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온에서 안정적으로 수소이온의 전도성을 발현하여 고온 무가습 연료전지 시스템에 적합하게 사용될 수 있으며, 내화학성 및 물리적 특성이 향상된 연료전지용 고분자 전해질막, 및 이를 이용한 막-전극 접합체, 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte membrane for a fuel cell, a membrane-electrode assembly, and a fuel cell using the same. More specifically, the present invention can be suitably used in a high temperature non-humidified fuel cell system by expressing the conductivity of hydrogen ions stably at a high temperature. The present invention relates to a polymer electrolyte membrane for fuel cells having improved chemical resistance and physical properties, and a membrane-electrode assembly and a fuel cell using the same.

고분자 이온 교환막은 확산투석(diffusion dialysis), 전기투석(eloctrodialysis) 및 증기투과성 분리(vapor permeation separation) 등에 주로 응용되어 왔으나 최근에는 양이온 교환 고분자를 이용한 고분자 전해질 연료전지의 개발에 관심이 집중되고 있다.Polymeric ion exchange membranes have been mainly applied to diffusion dialysis, electrodialysis, and vapor permeation separation, but recently, attention has been focused on the development of polymer electrolyte fuel cells using cation exchange polymers.

연료전지는 연료 내에 저장된 화학에너지를 전기에너지로 효과적으로 전환시키는 에너지 전환장치의 일종으로 가스로서 저장되는 수소 또는 액체나 가스로 저장되는 메탄올 등을 산소와 결합하여 전력을 발생시킨다. 특히, 수소이온 교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell; PEMFC)는 화석연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서 출력밀도 및 에너지 전환 효율이 우수하다.A fuel cell is a type of energy conversion device that effectively converts chemical energy stored in fuel into electrical energy and generates electric power by combining hydrogen stored as a gas or methanol stored as a liquid or gas with oxygen. In particular, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is a clean energy source that can replace fossil fuels and has excellent power density and energy conversion efficiency.

이러한 연료전지의 전해질로서 통상적으로 퍼플루오로설포닉산 및 테트라플루오로에틸렌의 공중합체에 근거한 수소 이온 전도성 고분자막이 알려져 있다. 상 기 연료전지의 구성요소로는 고분자 전해질막, 전극, 스택을 구성하기 위한 분리판(separator) 등이 있다.As electrolytes for such fuel cells, hydrogen ion conductive polymer membranes based on copolymers of perfluorosulphonic acid and tetrafluoroethylene are known. Components of the fuel cell include a polymer electrolyte membrane, an electrode, and a separator for forming a stack.

일반적으로, 백금 촉매의 표면적을 극대화하기 위하여 나노크기의 백금 입자가 카본 블랙과 같은 탄소 재료 표면에 흡착되어 있는 양극과 음극의 두 전극을 고분자 전해질 막에 다양한 방법으로 부착시킨 것을 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly)라 하는데, 상기 탄소 재료는 통상적으로 수백 m2/g의 유효 표면적을 갖는 분말 형태이고, 백금 입자는 산화/환원반응의 촉매로 작용한다.In general, in order to maximize the surface area of the platinum catalyst, two electrodes, the anode and the cathode, in which nano-sized platinum particles are adsorbed on the surface of a carbon material such as carbon black, are attached to the polymer electrolyte membrane in various ways. membrane-electrode assembly, which is typically in powder form with an effective surface area of several hundred m2 / g, and the platinum particles act as a catalyst for oxidation / reduction reactions.

이러한 막-전극 접합체의 구성 및 성능이 고분자 전해질 연료전지 기술의 핵심이라 할 수 있다. 상기 연료전지에서 전기를 발생시키는 원리는 하기 반응식 1과 같이 연료 기체인 수소가 음극(cathode)으로 공급되어 음극의 백금 촉매에 흡착되고 산화 반응에 의하여 수소 이온 및 전자가 발생한다.The construction and performance of such a membrane-electrode assembly are the core of the polymer electrolyte fuel cell technology. The principle of generating electricity in the fuel cell is hydrogen as fuel gas is supplied to the cathode (cathode) as adsorbed on the cathode (cathode) as shown in Scheme 1 and the hydrogen ions and electrons are generated by the oxidation reaction.

<반응식 1><Scheme 1>

2H2 → 4H+ + 4e- 2H 2 → 4H + + 4e -

이때, 발생된 전자는 외부회로를 따라 양극(anode)에 도달하고, 수소이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 양극으로 전달된다. 양극에서는 하기 반응식 2와 같이 산소분자가 양극으로 전달된 전자를 받아 산소이온으로 환원되고, 상기 환원된 산소와 수소이온이 반응하여 물을 생산하면서 전기를 발생시키게 된다.At this time, the generated electrons reach the anode along the external circuit, and hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane and are transferred to the anode. At the anode, as shown in Reaction Formula 2, the oxygen molecules receive electrons transferred to the anode and are reduced to oxygen ions, and the reduced oxygen reacts with hydrogen ions to generate electricity while producing water.

<반응식 2><Scheme 2>

O2 + 4e- → 2O2 - O 2 + 4e - → 2O 2 -

2O2 - + 4H+ → 2H2O 2O 2 - + 4H + → 2H 2 O

이러한 연료전지용 고분자 전해질막은 전기적으로는 절연체이나, 전지 작동중에 음극으로부터 양극으로 수소이온(H+)을 전달하는 매개체로 작용하며, 연료 기체 또는 액체와 산화제 기체를 분리하는 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 연료전지용 이온교환막은 기계적 성질 및 전기화학적 안정성이 우수해야 하고 고전류 밀도에서 저항 손실(ohmic loss)이 적어야 한다.The fuel cell polymer electrolyte membrane is electrically insulated, but acts as a medium for transferring hydrogen ions (H + ) from the negative electrode to the positive electrode during battery operation, and simultaneously serves to separate the fuel gas or the liquid from the oxidant gas. Therefore, the fuel cell ion exchange membrane should have excellent mechanical properties and electrochemical stability and low ohmic loss at high current density.

연료전지용 고분자 전해질막에 대하여 1960년대 개발초기에는 탄화수소 계통의 고분자 막에 대한 많은 연구가 진행되었으나, 1968년 듀퐁(E.I.Du Pont de Nemours, Inc.) 사에서 퍼플루오리네이티드 설폰산(perfluorinated sulfonic acid; Nafion)을 개발함으로써 본격화 되었고, 현재까지 설치용 연료전지 및 휴대용 연료전지에 있어서 주로 적용되어 개발이 진행되고 있다.In the early 1960s, many studies on the polymer electrolyte membrane for fuel cells were carried out. However, perfluorinated sulfonic acid was produced by EIDu Pont de Nemours, Inc. in 1968. Nafion has been developed in earnest, and it is mainly applied in fuel cells for installation and portable fuel cells.

그러나, 나피온계를 사용한 연료전지는 80℃ 이하의 저온 구동에 따른 전극촉매의 CO 피독(poisoning) 문제와 직접메탄올 연료전지(Direct methanol fuel cell; DMFC)에 있어서의 메탄올 크로스오버(cross over)로 인해 연료전지의 특성을 저하시키고 수명을 단축시키는 주요 요인이 되므로 이 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.However, the fuel cell using Nafion system has a problem of CO poisoning of the electrode catalyst due to the low temperature operation below 80 ° C and the methanol crossover in the direct methanol fuel cell (DMFC). Due to this is a major factor to deteriorate the characteristics of fuel cells and shorten the life cycle, many studies have been conducted to solve this problem.

또한, 최근에는 나피온 등의 불소계 고분자 전해질막의 경우 90℃이상의 온 도에서 열안정성이 없는 문제와, 합성이 어렵고 재료의 가격이 비싸다는 문제점이 있어, 막의 열안정성 증가와 비용의 저하시키기 위해 술폰화된 탄화수소계 고분자 전해질이 개발되고 있다.In addition, in the case of fluorine-based polymer electrolyte membranes such as Nafion, there is a problem that there is no thermal stability at a temperature of 90 ° C or more, and that the synthesis is difficult and the material is expensive, so as to increase the thermal stability of the membrane and lower the cost. A phonated hydrocarbon polymer electrolyte is being developed.

그러나, 술폰화된 탄화수소계 전해질막 역시 수분 존재하에 프로톤 전도가 가능한 시스템이므로 100℃ 이상의 고온 구동에 있어서는 막 내부에서의 수분 탈수 현상이 발생하여 수소이온 전도도가 급격히 저하되는 문제를 안고 있다.However, since sulfonated hydrocarbon electrolyte membranes are also capable of proton conduction in the presence of water, water dehydration occurs in the membrane at high temperatures of 100 ° C. or higher, and hydrogen ion conductivity rapidly decreases.

뿐만 아니라, 최근의 연료전지 시스템은 발전효율과 가정용 연료전지에 있어서 배열 이용을 위해 고온 구동에 적합한 연료전지용 고분자 전해질막의 개발이 요구되고 있다.In addition, the recent fuel cell system is required to develop a polymer electrolyte membrane for fuel cells suitable for high temperature driving in order to use the power generation efficiency and the array in the domestic fuel cell.

연료전지가 상용화 되기 위해서는 장시간의 운전에도 전지의 특성이 저하되지 않는 내구성이 매우 중요한데, 이러한 내구성을 증가시키기 위한 연료전지용 고분자 전해질막의 개발 또한 요구되고 있다.In order to commercialize a fuel cell, durability that does not degrade battery characteristics is very important even for a long time operation, and development of a polymer electrolyte membrane for fuel cells is also required to increase such durability.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명은 150℃이상의 고온에서 안정적인 수소 이온 전도도를 가지고, 고온 무가습 조건에서 전지 특성이 발현가능할 뿐만 아니라, 내화학성과 물리적 특성이 강한 새로운 고분자 구조를 형성하여 막을 제조함으로써 연료전지 구동시 발생 가능한 라디칼에 대한 내성을 향상시켜 고온에서 안정적으로 수소이온의 전도성을 발현할 수 있는 연료전지용 고분자 전해질막을 제공하는데에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to have a stable hydrogen ion conductivity at a high temperature of more than 150 ℃, not only can express the battery characteristics under high temperature and no humidification conditions, but also to form a new polymer structure with strong chemical and physical properties to form a membrane The present invention provides a polymer electrolyte membrane for a fuel cell which can express the conductivity of hydrogen ions stably at high temperature by improving resistance to radicals that may occur when driving a fuel cell.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 고분자 전해질막은 고분자 전해질막의 내화학성 및 물리적 특성을 보다 개선하기 위한 것으로서 페닐 벤즈이미다졸(phenyl benzimidazole)을 포함하는 하기 화학식 1의 폴리이미드 공중합체에 하기 화학식 2로 표시되는 가교가 가능한 에폭시, 이중결합, 삼중결합, 트리아민 등의 반응기를 함유한 가교제가 첨가되어 있는 폴리이미드 공중합체 필름; 및 폴리이미드 공중합체 필름 내부에 함침되는 산을 포함한다.The polymer electrolyte membrane for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem is to improve the chemical resistance and physical properties of the polymer electrolyte membrane to further include a polyimide of the formula (1) containing phenyl benzimidazole (phenyl benzimidazole) A polyimide copolymer film to which a crosslinking agent containing a reactor, such as an epoxy, a double bond, a triple bond, or a triamine, capable of crosslinking represented by the following formula (2) is added to the copolymer; And an acid impregnated inside the polyimide copolymer film.

<화학식 1><Formula 1>

Figure 112006094724107-pat00002
Figure 112006094724107-pat00002

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112006094724107-pat00003
Figure 112006094724107-pat00003

다만, 상기 화학식 1에서 B는 디아미노 페닐벤즈이미다졸(diamino phenyl benzimidazole)로부터 유도된 2가의 유기기로서 하기 화학식 3으로 표시되는 그룹으로부터 선택 된 하나이다.
화학식 2에서 R은 지환족 및 방향족, 헤테로 방향족 등 어떤 구조도 가능하고, 반응기인 에폭시는 2관능기 이상이다. 또한 R1은 방향족 및 헤테로 방향족등 어떠한 구조도 가능하며 아민은 3관능기 이상이다.
However, in Formula 1, B is a divalent organic group derived from diamino phenyl benzimidazole and is selected from the group represented by the following Formula 3.
In formula (2), R may be any structure such as alicyclic, aromatic, heteroaromatic, and epoxy as a reactor is bifunctional or more than two groups. In addition, R1 can be any structure such as aromatic and heteroaromatic, and the amine is more than trifunctional.

<화학식 3><Formula 3>

Figure 112006094724107-pat00004
Figure 112006094724107-pat00004

또한, 상기 화학식 1에서 A와 P는 산이무수물(dianhydride)로부터 유도된 4가의 유기기로, 하기 화학식 4로 표시되는 그룹으로부터 선택된 하나이다In addition, in Formula 1, A and P are tetravalent organic groups derived from dianhydride, and are selected from the group represented by Formula 4 below.

<화학식 4><Formula 4>

Figure 112006094724107-pat00005
Figure 112006094724107-pat00005

상기 화학식 1에서 D는 방향족 디아민으로부터 유도된 2가의 유기기로서, 하기 화학식 5로 표시되는 그룹으로부터 선택된 하나이다.In Formula 1, D is a divalent organic group derived from an aromatic diamine, and is one selected from the group represented by Formula 5 below.

<화학식 5><Formula 5>

Figure 112006094724107-pat00006
Figure 112006094724107-pat00006

상기 화학식 2에 표시된 에폭시 반응기를 갖는 가교제의 관능기는 2~4개 까지이고, 전체 폴리이미드 조성물 중의 함량은 고분자 고형분 대비 40wt%~1wt%까지 사용되는 것을 특징으로 한다.The functional group of the crosslinking agent having an epoxy reactor represented by the formula (2) is up to 2 to 4, the content of the total polyimide composition is characterized in that it is used up to 40wt% ~ 1wt% relative to the polymer solids.

상기 화학식 2에 표시된 아민 반응기를 갖는 가교제의 관능기는 3에서 4개 까지 이고, 전체 폴리이미드 조성물 중의 함량은 고분자 고형분 대비 40wt%에서 1wt%까지 사용되는 것을 특징으로 한다.The functional group of the crosslinking agent having the amine reactor represented by the formula (2) is from 3 to 4, the content of the total polyimide composition is characterized in that used from 40wt% to 1wt% relative to the polymer solids.

상기 화학식 2에 표시된 에티닐아닐린은 중합 시 말단 모노머로 도입되고, 몰%로 20에서 2몰%의 함량이 사용되는 것을 특징으로 한다.Ethinyl aniline represented by the formula (2) is introduced into the terminal monomer during the polymerization, it characterized in that the content of 20 to 2 mol% in mol%.

상기 화학식 2에 표시된 말레익안하이드라이드는 중합 시 말단 모노머로 도입되고, 몰%로 20에서 2몰%의 함량이 사용되는 것을 특징으로 한다.Maleic anhydride represented by the formula (2) is introduced into the terminal monomer during polymerization, characterized in that the content of 20 to 2 mol% in mol%.

이하에서는, 상기와 같은 폴리이미드 중합체를 이용하여 연료전지용 고분자 전해질막을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a polymer electrolyte membrane for a fuel cell using the polyimide polymer as described above will be described.

상기의 폴리이미드 중합체를 이용하여 연료전지용 고분자 전해질막을 제조하기 위해서는 먼저, 고분자 필름을 제조하여야 하는데, 이러한 고분자 필름을 제조하기 위한 방법으로는 중합공정 및 필름제조공정에 따라서 다음 2가지 방법이 사용될 수 있다.In order to manufacture a polymer electrolyte membrane for a fuel cell using the polyimide polymer, a polymer film must first be prepared. As a method for preparing the polymer film, the following two methods can be used according to a polymerization process and a film manufacturing process. have.

첫번째 방법은, 폴리이미드의 전구체(precursor)인 폴리아믹산(polyamic acid)을 제조한 후, 그 용액을 캐스팅(casting)하고, 젖은 필름 상태에서 200℃ 이상의 열을 가하여 탈수반응을 통해 이미드 고리를 형성, 건조 후 10 ~ 500㎛의 두께를 갖는 필름을 제조하는 방법이다.The first method is to prepare a polyamic acid, which is a precursor of polyimide, and then cast the solution, apply heat of 200 ° C. or more in a wet film state, and dehydrate the imide ring through dehydration. It is a method of manufacturing the film which has a thickness of 10-500 micrometers after formation and drying.

두번째 방법은, 용액상태에서 아세틱디안하이드라이드(acetic dianhydride) 와 피리딘(pyridine)을 이용하는 화학적 이미드화 반응(chemical imidization)이나 메타크레졸(m-cresol)과 같은 산성 용매에 아이소퀴놀린(isoquinoline) 등의 염기성 촉매를 이용하여 용액중합 하는 방법(반대로 염기성 용매에 산성 촉매를 이용하는 방법도 가능), 및 N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone)과 같은 염기성 용매에 톨루엔 등과 같은 용매를 사용하여 아지오트로프(azeotrope) 현상을 이용하여 이미드화 반응을 진행한 후, 이를 침전하여 고체 고분자를 얻고, 다시 이것을 유기용매에 용해하여 캐스팅한 후, 이미드화 반응 없이 단순 용매 휘발을 통하여 필름을 제조하는 방법이다.The second method involves chemical imidization using acetic dianhydride and pyridine in solution, or isoquinoline in acidic solvents such as m-cresol. Solution polymerization using a basic catalyst of (in contrast to the method of using an acidic catalyst in a basic solvent), and a solvent such as toluene in a basic solvent such as N-methylpyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone) After the imidation reaction was carried out by using the agiotrope phenomenon, the precipitate was obtained to obtain a solid polymer, which was then dissolved and cast in an organic solvent to prepare a film through simple solvent volatilization without imidization reaction. That's how.

다만, 상기의 두번째 방법은 최종 중합된 폴리이미드가 유기용매에 용해성이 있어야 하므로 지환족 산이무수물 등의 특정 단량체를 사용할 경우로 한정된다.However, the second method is limited to the case of using a specific monomer such as alicyclic acid dianhydride because the final polymerized polyimide should be soluble in the organic solvent.

상기와 같은 방법들에 의해 제조된 고분자 필름에 수소이온, 즉 프로톤(proton) 전도성을 부여하기 위해서는 인산(H3PO4; phosphor acid) 등과 같은 산의 함침(impregnation)을 필요로 한다.Impregnation of an acid such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ; phosphoric acid) is required in order to impart hydrogen ions, that is, proton conductivity, to the polymer film prepared by the above methods.

본 발명에서는 85%이 농도를 가진 인산을 사용하여 상기의 제조된 고분자 필름을 도핑하였으나, 더 나아가 인산 뿐만 아니라 황산(H2SO4)과 같은 강산 및 에틸포스포릭산(Ethylphosphoric acid)과 같이 변성산 등을 사용하여도 고분자 필름에 프로톤 전도성을 부여하는 것이 가능하다.In the present invention, the above prepared polymer film was doped with phosphoric acid having a concentration of 85%, but further modified with phosphoric acid as well as strong acids such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and ethylphosphoric acid. It is possible to impart proton conductivity to the polymer film even if an acid or the like is used.

상기와 같이 고분자 필름에 산을 함침시키게 되면 프로톤 전도성이 있는 연료전지용 고분자 전해질막의 제조가 완성된다.When the acid film is impregnated with the polymer film as described above, the production of the polymer electrolyte membrane for fuel cell having proton conductivity is completed.

하기 화학식 6에 나타낸 폴리이미드 구조와 가교제들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시하는 일례일 뿐 본 발명의 폴리이미드 중합체/가교제의 구조를 제한하는 것은 아니다.The polyimide structure and the crosslinking agent represented by the following formula (6) are only one example for the purpose of understanding the present invention and do not limit the structure of the polyimide polymer / crosslinker of the present invention.

<화학식 6><Formula 6>

Figure 112006094724107-pat00007
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가교제를 첨가하는 방법에 있어서는 상기의 4가지 종류를 크게 두가지로 분류하여 적용할 수가 있다.In the method of adding a crosslinking agent, the above four types can be classified into two types and applied.

첫번째는 에폭시첨가제 또는 트리아민 첨가제로써 이는 고분자의 중합에는 참여하지 않고 중합이 완결된 후 첨가제의 형태로서 반응 용액내에 일정양 정량적으로 첨가하였다. 에폭시와 트리아민계 가교제의 첨가량은 중합된 고분자의 질량대비 40%에서 1%이고, 바람직하게는 30%에서 3%이며, 더욱 바람직하게는 20%에서 5% 이다. The first is an epoxy additive or a triamine additive, which does not participate in the polymerization of the polymer and is quantitatively added to the reaction solution in the form of an additive after the polymerization is completed. The amount of the epoxy and triamine crosslinking agent added is 40% to 1%, preferably 30% to 3%, more preferably 20% to 5% by weight of the polymerized polymer.

두번째는 아민 말단가교 또는 안하이드라이드 말단 가교이다, 예에서 제시하고있는 에티닐아닐린과 같은 아민 말단 가교제의 경우에는 폴리이미드 중합 시, 디안하이드라이드는 100몰%를 투입하고 디아민의 합성 몰%를 90%에서 99%까지 도입한다. 이때 첨가되는 아민 말단 가교제는 20몰%에서 2몰%의 양으로 첨가된다. 말레익안하이드라이드와 같은 안하이드라이드 말단 가교제의 경우에는 아민말단과는 반대로 디아민을 100몰% 투입하고 디안하이드라이드의 몰%를 90%에서 99%까지 도입하고, 이때의 안하이드라이드 말단 가교제는 20몰%에서 2몰%의 양으로 첨가한다.The second is amine terminal crosslinking or anhydride terminal crosslinking. In the case of the amine terminal crosslinking agent such as ethynylaniline shown in the example, 100 mol% of dianhydride is added during polyimide polymerization, and the synthetic mol% of diamine is added. Introduce from 90% to 99%. The amine terminal crosslinking agent added at this time is added in the amount of 20 mol% to 2 mol%. In the case of an anhydride terminal crosslinking agent such as maleic anhydride, 100 mol% of diamine is introduced in contrast to the amine terminal, and a mole percent of dianhydride is introduced from 90% to 99%. It is added in an amount of 20 mol% to 2 mol%.

이렇게 제조된 가교제가 함유된 폴리이미드 용액은 캐스팅 방법을 이용하여 유리판에 코팅하고, 300℃ 이상의 온도를 단계적으로 가열하여 가교된 폴리이미드를 얻는다.The polyimide solution containing the crosslinking agent thus prepared is coated on a glass plate using a casting method, and is gradually heated to a temperature of 300 ° C. or higher to obtain a crosslinked polyimide.

상기와 같은 방법들에 의해 제조된 고분자 필름에 수소이온, 즉 프로톤(proton) 전도성을 부여하기 위해서는 인산(H3PO4; phosphor acid) 등과 같은 산의 함침(impregnation)을 필요로 한다.Impregnation of an acid such as phosphoric acid (H 3 PO 4 ; phosphoric acid) is required in order to impart hydrogen ions, that is, proton conductivity, to the polymer film prepared by the above methods.

본 발명에서는 85%이 농도를 가진 인산을 사용하여 상기의 제조된 고분자 필름(가교제가 첨가된 폴리이미드 필름)을 도핑하였으나, 더 나아가 인산 뿐만 아니라 황산(H2SO4)과 같은 강산 및 에틸포스포릭산(Ethylphosphoric acid)과 같이 변성산 등을 사용하여도 고분자 필름에 프로톤 전도성을 부여하는 것이 가능하다.In the present invention, 85% of the phosphoric acid was used to dope the prepared polymer film (crosslinking agent-added polyimide film), but not only phosphoric acid but also strong acids such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and ethyl phos. It is also possible to impart proton conductivity to the polymer film by using a modified acid such as formic acid (Ethylphosphoric acid).

상기와 같이 고분자 필름에 산을 함침시키게 되면 프로톤 전도성이 있는 연 료전지용 고분자 전해질막의 제조가 완성된다.When the polymer film is impregnated with acid as described above, the production of a polymer electrolyte membrane for fuel cell having proton conductivity is completed.

도 1은 상기의 방법에 의해 제조된 고분자 전해질막을 이용하여 제조된 막-전극 접합체(Membrane-Electrode assembly; MEA)를 모식적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a membrane-electrode assembly (MEA) manufactured using a polymer electrolyte membrane prepared by the above method.

도 1을 참고하면, 본 발명의 막-전극 접합체(10)는 연료전지용 고분자 전해질막(100), 고분자 전해질막(100)의 양면에 증착 코팅된 촉매층(110, 110'), 및 촉매층의 양면에 배치되는 기체확산층(120, 120')을 포함한다.Referring to FIG. 1, the membrane-electrode assembly 10 of the present invention is a polymer electrolyte membrane 100 for fuel cells, catalyst layers 110 and 110 ′ deposited on both sides of the polymer electrolyte membrane 100, and both sides of the catalyst layer. It includes a gas diffusion layer (120, 120 ') disposed in.

촉매층(110, 110')은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 또는 백금-M 합금(M=Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속) 중에서 선택되는 하나 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 촉매를 카본블랙(carbon black)과 혼합하여 제조된다.The catalyst layers 110, 110 'may comprise platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloys, platinum-osmium alloys, platinum-palladium alloys, or platinum-M alloys (M = Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co). , At least one catalyst selected from the group consisting of Ni, Cu, and Zn), and is prepared by mixing the catalyst with carbon black.

촉매층(110, 110')의 양면에는 기체확산층(gas diffusion layer; GDL)(120, 120')이 배치된다.Gas diffusion layers (GDLs) 120 and 120 'are disposed on both surfaces of the catalyst layers 110 and 110'.

기체확산층(120, 120')은 외부로부터 공급되는 수소기체 및 산소기체를 상기 촉매층에 원활히 공급하여 촉매-전해질막-기체의 삼상계면의 형성을 돕는 역할을 하는 것으로서, 탄소지(carbon pater) 또는 탄소천(carbon cloth)으로 제조하는 것이 바람직하다.The gas diffusion layers 120 and 120 'serve to smoothly supply the hydrogen gas and the oxygen gas supplied from the outside to the catalyst layer to assist in the formation of the three-phase interface of the catalyst-electrolyte membrane-gas, and the carbon paper or carbon It is preferable to make with a carbon cloth.

또한, 상기 촉매층(110, 110')과 기체확산층(120, 120') 사이에 수소기체 및 산소기체의 확산을 돕기 위해서, 미세기공층(micro porous layer; MPL)(121,121')을 더 포함할 수도 있다.Further, in order to assist diffusion of hydrogen gas and oxygen gas between the catalyst layers 110 and 110 ′ and the gas diffusion layers 120 and 120 ′, a micro porous layer (MPL) 121 and 121 ′ may further be included. It may be.

도 2는 상기의 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell including the membrane-electrode assembly described above.

도 2를 참고하면, 본 발명의 연료전지는(1)는 막-전극 접합체(10) 및 상기 막-전극 접합체의 양면에 배치되는 바이폴라 플레이트(bypolar plate; 20)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell 1 of the present invention includes a membrane-electrode assembly 10 and a bipolar plate 20 disposed on both sides of the membrane-electrode assembly.

이하 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in detail with specific examples and comparative examples. However, the following examples are merely provided to more clearly understand the present invention and do not limit the scope of the present invention.

1. One. 본발명에In the present invention 따른 고분자  According to the polymer 전해질막의Electrolyte membrane 효과를 설명하기 위한  To explain the effect 실시예들Examples  And 비교예Comparative example

<< 비교예Comparative example >>

교반기, 온도조절장치, 질소가스주입장치 및 냉각기가 장착된 4구 플라스크에 질소를 통과시키면서, 디아민 성분으로서, 하기 화학식 7으로 표시되는 6,4'-디아미노-2-페닐벤즈이미다졸 1mol을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP; Junsei chemical)을 넣어 용해 시켰다.1 mol of 6,4'-diamino-2-phenylbenzimidazole represented by the following formula (7) was passed through the four-necked flask equipped with the stirrer, the temperature controller, the nitrogen gas injection device, and the cooler as a diamine component. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP; Junsei chemical) was added and dissolved.

피로메리트산이무수물(PMDA; 東京化成, Cat. No. B0040) 1mol을 넣고 격렬하게 교반하였다. 이때의 고형분 함량은 질량비로 15 중량%이며, 온도는 25℃ 미만으로 유지하면서 24시간 동안 반응을 수행하여 폴리아믹산 용액(PAA-1)을 제조하였다. 1 mole of pyromellitic dianhydride (PMDA; Cat. No. B0040) was added thereto, followed by vigorous stirring. The solid content at this time is 15% by weight in mass ratio, the reaction was carried out for 24 hours while maintaining the temperature below 25 ℃ to prepare a polyamic acid solution (PAA-1).

<화학식 7><Formula 7>

Figure 112006094724107-pat00008
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<< 실시예Example 1> 1>

상기 비교예와 같은 방법으로 폴리이미드를 제조한 후, Isocyanuric Acid Triglycidyl Ester (東京化成, Cat. No. I0428) 을 고형분 대비 20%의 질량을 15wt%의 농도로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP; Junsei chemical))에 용해하여 투입한 후, 기계식 교반기로 격렬하게 6시간 교반하여 균일한 고분자 용액을 제조하였다.After preparing a polyimide in the same manner as in Comparative Example, N-methyl-2-pyrrolidone was 20% by mass of 15% by weight of Isocyanuric Acid Triglycidyl Ester (Tokyo Chemical, Cat.No. I0428) After dissolving in (NMP; Junsei chemical), the solution was stirred vigorously with a mechanical stirrer for 6 hours to prepare a uniform polymer solution.

<< 실시예Example 2> 2>

비교예와 같은 방법으로 폴리이미드를 제조한 후, Isocyanuric Acid Triglycidyl Ester (東京化成, Cat. No. I0428) 을 고형분 대비 5%의 질량을 15wt%의 농도로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP; Junsei chemical))에 용해하여 투입한 후, 기계식 교반기로 격렬하게 6시간 교반하여 균일한 고분자 용액을 제조하였다.After preparing a polyimide in the same manner as in Comparative Example, Isocyanuric Acid Triglycidyl Ester (Tokyo Chemical, Cat. No. I0428) was prepared with N-methyl-2-pyrrolidone (5 wt% to 15 wt%). NMP; Junsei chemical)) was added and then vigorously stirred for 6 hours with a mechanical stirrer to prepare a uniform polymer solution.

<< 실시예Example 3> 3>

비교예와 같은 방법으로 폴리이미드를 제조한 후, Melamine Monomer (東京化成, Cat. No. T0337) 을 고형분 대비 10%의 질량을 15wt%의 농도로 N-메틸-2-피 롤리돈(NMP; Junsei chemical))에 용해하여 투입한 후, 기계식 교반기로 격렬하게 6시간 교반하여 균일한 고분자 용액을 제조하였다.After preparing a polyimide in the same manner as in Comparative Example, Melamine Monomer (東京 化成, Cat. No. T0337) was prepared with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP; Junsei chemical) was dissolved and added, and then vigorously stirred for 6 hours with a mechanical stirrer to prepare a uniform polymer solution.

<< 실시예Example 4> 4>

비교예와 같은방법으로 폴리이미드를 중합하되, 6,4'-디아미노-2-페닐벤즈이미다졸 0.95mol을 사용하고, 4-Ethynylaniline (東京化成, Cat. No. E0505) 0.1mol을 사용하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다.Polymerizing polyimide in the same manner as in Comparative Example, using 0.95 mol of 6,4'-diamino-2-phenylbenzimidazole and 0.1 mol of 4-Ethynylaniline (東京 化成, Cat. No. E0505) Polyamic acid solution was prepared.

<< 실시예Example 5> 5>

비교예와 같은 방법으로 폴리이미드를 중합하되, 피로메리트산이무수물(PMDA; 東京化成, Cat. No. B0040) 0.95mol을 사용하고, Maleic anhydride (東京化成, Cat. No. M0005) 0.1mol을 사용하여 폴리아믹산 용액을 제조하였다.The polyimide was polymerized in the same manner as the comparative example, but 0.95 mol of pyromellitic dianhydride (PMDA; Tokyo, Cat. No. B0040) was used, and 0.1 mol of maleic anhydride (cat. No. M0005) was used. To prepare a polyamic acid solution.

표 1는 본 발명의 상기 비교예와 실시예 1 ~ 실시예 5의 가교화 폴리이미드의 내화학성을 테스트한 결과이다.Table 1 shows the results of testing the chemical resistance of the crosslinked polyimide of the Comparative Example and Examples 1 to 5 of the present invention.

Figure 112006094724107-pat00009
Figure 112006094724107-pat00009

내화학성 테스트는 Fenton 실험을 통하여 수행하였다. FeSO4를 20ppm의 농도로 과산화 수소에 용해하여 Fenton실험 용액을 제조하고, 준비된 각 폴리이미드 필름을 서로 다른 용기에 담겨있는 실험 용액에 투입하였다. 폴리이미드 필름이 담긴 Fenton실험 용액은 80℃의 물 중탕으로 온도를 가하며 셰이커(shaker)를 이용하여 6시간 동안 흔들어 주었다. 6시간 후, 용액 속의 필름을 꺼내어 물로 씻은 후, 60℃의 진공 오븐에서 3시간 동안 건조하고 최종 남아있는 필름의 무게를 측정하였다. Chemical resistance test was performed through the Fenton experiment. FeSO 4 was dissolved in hydrogen peroxide at a concentration of 20 ppm to prepare a Fenton test solution, and each prepared polyimide film was added to a test solution contained in different containers. Fenton test solution containing a polyimide film was shaken for 6 hours using a shaker (shaker) while applying a temperature in a water bath at 80 ℃. After 6 hours, the film in the solution was taken out, washed with water, dried in a vacuum oven at 60 ° C. for 3 hours, and the weight of the final remaining film was measured.

상기 표 1에서 보는 바와 같이 비교예과 같이 폴리이미드 공중합체에 가교제를 첨가하지 않은 경우는 Fenton 테스트 후 필름이 매우 brittle 하고, 질량보전율은 측정 불가능할 정도로 질량손실이 크다는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 1, when the crosslinking agent was not added to the polyimide copolymer as in the comparative example, it was found that the film was very brittle after the Fenton test, and the mass loss rate was so large that it was impossible to measure.

이에 비해 폴리이미드 공중합체에 가교제를 첨가한 실시예 1 ~ 실시예 5의 경우엔 Fenton 테스트 후에도 질량보전율이 비교적 높았으며, 특히 실시예 1의 경우엔 질량보전율이 94%에 이르고 있음을 알 수 있다.In contrast, in Examples 1 to 5 in which the crosslinking agent was added to the polyimide copolymer, the mass retention rate was relatively high even after the Fenton test, and in particular, in Example 1, the mass retention rate reached 94%. .

도 3는 본 발명의 실시예 2의 고분자 전해질막을 이용하여 제작된 연료전지를 150℃의 무가습 조건에서 실험한 I-V특성 데이터이다.FIG. 3 is I-V characteristic data of a fuel cell fabricated using the polymer electrolyte membrane of Example 2 of the present invention under a humidified condition of 150 ° C. FIG.

도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 2에 의해 제조된 고분자 전해질막을 이용하여 제작된 연료전지는 인가되는 전류밀도 0.3A/cm2에서 670mV 이상의 전압값을 보이는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the fuel cell fabricated using the polymer electrolyte membrane prepared according to Example 2 of the present invention exhibits a voltage value of 670 mV or more at a current density of 0.3 A / cm 2 .

또한, 도 4는 실시예 2의 고분자 전해질막을 이용한 연료전지 테스트 셀의 장기 구동 안정성을 평가한 결과이다.4 is a result of evaluating long-term driving stability of the fuel cell test cell using the polymer electrolyte membrane of Example 2.

다만, 도 4에는 표시하지 않았으나, 폴리이미드에 가교제를 도입하지 않은 비교예의 경우엔 300시간 미만의 내구성을 보이는 반면, 가교제를 첨가한 실시예 2의 막을 적용한 경우는 전류밀도 0.2A/cm2의 장기 운전 조건에서 내구성이 3,500시간 이상으로 크게 향상됨을 알 수 있다.However, although not shown in FIG. 4, the comparative example in which the crosslinking agent was not introduced into the polyimide showed a durability of less than 300 hours, whereas the film of Example 2 containing the crosslinking agent was applied to have a current density of 0.2 A / cm 2 . It can be seen that the durability is greatly improved to more than 3,500 hours under long term operating conditions.

이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings and tables, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various forms, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. Those skilled in the art can understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 고분자 전해질막에 의하면, 우수한 인산함침율을 나타내고 있으며, 또한, 150℃ 이상의 고온 무가습 조건에서도 높은 이온전도도를 나타냄으로써 고분자 전해질 막으로써 충분한 특성을 제공할 뿐 아니라, 내화학성 및 물리적 특성이 개선되어 연료전지에 응용하여 장기 운전시에도 안정적인 전지특성을 제공할 수 있는 등의 우수한 특성을 제공할 수 있다.According to the polymer electrolyte membrane for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, it shows an excellent phosphoric acid impregnation rate, and also exhibits high ionic conductivity even under high temperature and no humidification conditions of 150 ° C. or higher, thereby providing sufficient characteristics as a polymer electrolyte membrane. In addition, the chemical resistance and physical properties are improved, and thus, the fuel cell can be applied to a fuel cell, thereby providing excellent characteristics such as providing stable battery characteristics even during long-term operation.

Claims (7)

하기 화학식 1으로 표시되는 폴리이미드 공중합체에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이 첨가되어 있는 고분자 필름; 및 A polymer film to which a compound represented by the following formula (2) is added to a polyimide copolymer represented by the following formula (1); And 상기 고분자 필름 내부에 함침되는 산을 포함하는 연료전지용 고분자 전해질막.A polymer electrolyte membrane for a fuel cell comprising an acid impregnated in the polymer film. <화학식 1><Formula 1>
Figure 112006094724107-pat00010
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(단, 상기 화학식 1에서 A와 P는 하기 화학식 4로 표시되는 산이무수물(dianhydride) 중 선택되는 하나이고, 상기 화학식 1에서 B는 하기 화학식 3으로 표시되는 그룹으로부터 선택된 하나이며, 상기 화학식 1에서 D는 하기 화학식 5으로 표시되는 방향족 디아민으로부터 유도 된 2가의 유기기 중 선택되는 하나이다.)(However, in Formula 1, A and P are one selected from dianhydride represented by Formula 4 below, and in Formula 1, B is one selected from the group represented by Formula 3 below. D is one selected from divalent organic groups derived from aromatic diamine represented by the following formula (5).) <화학식 2><Formula 2>
Figure 112006094724107-pat00011
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상기 화학식 2에서 R은 지환족 및 방향족, 헤테로 방향족 등 어떤 구조도 가능하고, 반응기인 에폭시는 2관능기 이상이다. 또한 R1은 방향족 및 헤테로 방향족등 어떠한 구조도 가능하며 아민은 3관능기 이상이다.In Chemical Formula 2, R may have any structure such as alicyclic, aromatic, heteroaromatic, and epoxy as a reactor. In addition, R1 can be any structure such as aromatic and heteroaromatic, and the amine is more than trifunctional. <화학식 3><Formula 3>
Figure 112006094724107-pat00012
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<화학식 4><Formula 4>
Figure 112006094724107-pat00013
Figure 112006094724107-pat00013
<화학식 5><Formula 5>
Figure 112006094724107-pat00014
Figure 112006094724107-pat00014
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 화학식 2에 표시된 에폭시 반응기를 갖는 가교제의 관능기는 2~4개 까지이고, 전체 폴리이미드 조성물 중의 함량은 고분자 고형분 대비 40wt%~1wt%까지 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 고분자 전해질막.The functional group of the crosslinking agent having an epoxy reactor represented by the formula (2) is up to 2 to 4, the content of the total polyimide composition is 40wt% ~ 1wt% compared to the polymer solids, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell. 제 1 항에 있어서,       The method of claim 1, 화학식 2에 표시된 아민 반응기를 갖는 가교제의 관능기는 3에서 4개 까지 이고, 전체 폴리이미드 조성물 중의 함량은 고분자 고형분 대비 40wt%에서 1wt%까지 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 고분자 전해질 막.The functional group of the crosslinking agent having an amine reactor represented by the formula (2) is from 3 to 4, the content of the total polyimide composition is 40wt% to 1wt% of the polymer solids, characterized in that the polymer electrolyte membrane for fuel cells. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 화학식 2에 표시된 에티닐아닐린은 중합 시 말단 모노머로 도입되고, 몰%로 20에서 2몰%의 함량이 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 고분자 전해질 막. Ethyl aniline represented by the formula (2) is introduced as a terminal monomer during polymerization, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell, characterized in that the content of 20 to 2 mol% in mol%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 화학식 2에 표시된 말레익안하이드라이드는 중합 시 말단 모노머로 도입되고, 몰%로 20에서 2몰%의 함량이 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 고분자 전해질 막. Maleic anhydride represented by the formula (2) is introduced as a terminal monomer during polymerization, the polymer electrolyte membrane for a fuel cell, characterized in that the content of 20 to 2 mol% in mol%. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 연료전지용 고분자 전해질막;A polymer electrolyte membrane for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5; 상기 고분자 전해질막의 양면에 증착 코팅된 촉매층; 및A catalyst layer coated on both surfaces of the polymer electrolyte membrane; And 상기 촉매층의 양면에 배치되는 기체확산층을 포함하는 막-전극 접합체.Membrane-electrode assembly comprising a gas diffusion layer disposed on both sides of the catalyst layer. 제 6 항의 막-전극 접합체; 및The membrane-electrode assembly of claim 6; And 상기 막-전극 접합체의 양면에 배치되는 바이폴라 플레이트(bypolar plate)를 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising a bipolar plate disposed on both sides of the membrane-electrode assembly.
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