KR100811869B1 - 연료전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

연료전극과 산소전극을 갖추고 이들 연료전극과 산소전극이 전해질막을 통하여 서로 대향 배치되어 이루어지는 연료전지이다. 연료전극, 산소전극은 침(針)형의 탄소재료를 포함하고, 전해질막 상에 직접 형성되어 있다. 침형의 탄소질재료로서는 카본 나노튜브나 침형 흑연 등을 들 수 있다. 연료전극이나 산소전극을 전해질막 상에 직접 형성하는 방법으로서는 스프레이법이나 적하법(滴下法) 등을 들 수 있다. 카본 나노튜브와 같은 침형의 탄소질재료는 서로 결합해서 막구조를 형성하고, 전해질막 상에 직접 전극이 형성된다.

Description

연료전지 및 그 제조방법{Fuel cell and production method therefor}
본 발명은 연료, 예를 들면 수소(水素)와 산소(酸素)의 반응에 의해 기전력을 얻는 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 석유 등의 화석연료를 대신하여 얻을 수 있는 대체 청정 에너지원이 요망되고 있다. 이러한 종류의 에너지원으로서, 수소가스연료가 주목받고 있다.
수소는 단위질량당 포함되는 화학에너지량이 크고, 또 사용에 따라서 유해물질이나 지구온난화 가스등을 방출하지 않는 등의 이유 때문에, 깨끗하고 또한 무진장한 이상적인 에너지원이라 말한다.
최근 수소에너지에서 전기에너지를 취출할 수 있는 연료전지의 개발이 왕성하게 행해지고 있고, 대규모 발전에서 온사이트(on-site)한 자가발전, 또는, 전기자동차용의 전원 등으로서의 응용 등이 기대되고 있다.
연료전지는 전해질막을 사이에 두고 연료전극, 예를 들면, 수소전극과 산소전극을 배치하고 이들 전극에 연료로서의 수소나 산소를 공급하는 것으로, 전지반응을 일으키게 하여 기전력을 얻을 수 있는 것이고, 그 제조에 있어서는, 통상, 전해질막, 연료전극, 산소전극을 별도로 형성하고, 이들을 접합시키고 있다.
연료전극이나 산소전극을 별도로 형성하는 경우, 그 취급이 어렵고, 다양한 불편이 생기고 있다. 예를 들면, 연료전극이나 산소전극의 강도를 고려한 경우 어느 정도의 두께로서 100㎛ 이상이 필요하게 되지만, 전극의 두께를 두껍게 하면 반응의 효율이 저하하고 전지성능이 저하한다.
이것을 회피하기 위해 전극의 두께를 얇게 하면, 자립하여 취급할 수 없고, 제조 원료에 대한 제품의 비율이 대폭으로 저하한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 실정에 감안해서 제안된 것이고, 제조가 용이하고 전지성능이 우수한 연료전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은 상술의 목적을 달성시키기 위해, 여러 가지의 검토를 되풀이 한 결과, 카본 나노튜브와 같은 침(針)형의 탄소질 재료는 서로 결합하여 막구조를 형성하고, 이것을 이용하는 것으로, 전해질막 상에 직접 전극을 형성하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 이와 같은 실험결과에 의거해서 안출된 것이다. 즉, 본 발명의 연료전지는 연료전극과 산소전극을 갖추고, 이들 연료전극과 산소전극이 전해질막을 통하여 서로 대향 배치되어서 이루어지는 연료전지에 있어서, 연료전극 및/또는 산소전극은 침형의 탄소질 재료를 포함하고, 전해질막 상에 직접 형성되어 있다.
본 발명의 제조방법은 연료전극과 산소전극을 갖추고, 이들 연료전극과 산소전극이 전해질막을 통하여 서로 대향하여 배치되어 이루어지는 연료전지의 제조방법에 있어서, 침형의 탄소질 재료를 포함하는 연료전극 및/ 또는 산소전극을 스프레이법이나 적하법(滴下法) 등에 의해 상기 전해질막 상에 직접 형성한다.
본 발명에 있어서는 침형의 탄소질재료를 포함하는 전극을 지지체가 되는 전해질막 상에 직접 형성하고 있으므로, 연료전극이나 산소전극을 개별로 취급할 필요가 없고, 기계적 강도를 고려할 필요가 없다. 따라서 이들 전극의 두께를 막으로 할 수 있고, 그 결과 제작되는 연료전지에 있어서는 전지반응이 효율적으로 행해지고, 전지성능이 향상한다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은 이하에 설명되는 실시예의 설명에서 한층 명확해질 것이다.
도 1은 연료전지의 기본 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 탄소클러스터의 여러 가지 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 탄소클러스터의 다른 예인 부분 플러린(fullerene) 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 탄소클러스터의 또 다른 예인 다이아몬드 구조를 나타내는 모식도이다.
도 5는 탄소클러스터의 또 다른 예인 클러스터끼리 결합하고 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 6은 카본 나노튜브를 작성하기 위한 아크방전장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7a∼도 7c는 아크방전에 의해 제작되는 탄소가스에 포함되는 각종 탄소질 재료를 나타내는 모식도이다.
도 8은 연료전지의 구체적 구성예를 나타내는 모식도이다.
이하 본 발명을 적용한 연료전지 및 그 제조방법에 대해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명에 관계되는 연료전지는 도 1에 나타내는 바와 같은 구성을 갖추는 것이며, 기본적인 구성으로서 이온전도성을 가지는 전해질막(1)의 양면에 각각 연료전극(2), 산소전극(3)이 형성되어 있다. 이 연료전지는 연료전극(2)에, 예를 들면, 수소를 공급하고, 산소전극(3)에 산소를 공급하면, 전지반응이 일어나고, 기전력이 발생한다. 여기서 연료전극(2)에는 소위 다이렉트 메탄올방식(direct methanol system)의 경우, 수소원으로서 메탄올을 공급하는 것도 가능하다.
전해질막(1)은 이온 전도성을 가지는 것이라면 임의의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 세퍼레이터(separator)에 이온전도성을 가지는 재료를 도포한 것 등이 사용 가능하다.
구체적으로 이 전해질막(1)에 사용 가능한 재료로서는 먼저, 파플로로 술폰산 수지, 예를 들면 듀퐁사제, 상표명 Nafion(R)등과 같은 프로톤(수소이온) 전도성의 고분자재료를 들 수 있다.
또 다른 프로톤 전도체로서는 최근 제안되고 있는 H3Mo12P40·29H2 O나 Sb2O5·5.4H2O등 많은 수화수를 갖는 폴리몰리브덴산류나 산화물도 사용 가능하다.
이들의 고분자 재료나 수화화합물은, 습윤상태에 놓이면, 상온 부근에서 높은 프로톤 전도성을 나타낸다.
즉, 파플로로 술폰산 수지를 예로 들면, 그 술폰산기에서 전리한 프로톤은 고분자 매트릭스중에 대량으로 취입되고 있는 수분과 결합(수소결합)하여 프로톤화한 물, 즉, 옥소늄이온(H3O+)을 생성하고, 이 옥소늄이온의 형태를 취하고 프로톤이 고분자 매트릭스내를 스무스하게 이동할 수 있으므로, 이런 종류의 매트릭스재료는 상온하에서도 약간 높은 프로톤 전도효과를 발휘할 수 있다.
또는 이들의 재료와는 전도기구가 전혀 다른 프로톤 전도체도 사용가능하다.
즉, Yb를 도프한 SrCeO3 등의 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지는 복합금속산화물 등이다. 이런 종류의 페로브스카이트 구조를 가지는 복합금속산화물은 수분을 이동매체로 하지 않더라도 프로톤 전도성을 갖는 것이 발견되고 있다. 이 복합금속산화물에 있어서는 프로톤은 페로브스카이트 구조의 골격을 형성하고 있는 산소이온 사이를 간단하게 채널링 하여 전송된다고 생각되고 있다.
또한 전해질막(1)을 구성하는 프로톤 전도체로서 탄소를 주성분으로 하는 탄소질 재료를 모체로 하고, 이것에 프로톤 해리성의 기(基)가 도입되어서 이루어지는 프로톤전도체도 사용가능하다. 여기서 프로톤 해리성의 기로는 전리에 의해 프로톤(H+)이 분리 가능한 관능기(官能基)의 것을 의미한다.
구체적으로는 프로톤 해리성의 기로서, -OH, -OSO3H, -SO3H, -COOH, -OP(OH)2등을 들 수 있다.
이 프로톤 전도체에 있어서는 프로톤 해리성의 기를 거쳐서 프로톤이 이동하고, 이온 전도성이 발견된다.
모체가 되는 탄소질 재료에는 탄소를 주성분으로 하는 것이면, 임의의 재료를 사용할 수 있지만, 프로톤 해리성의 기를 도입한 후에 이온전도성이 비교적 크고, 전자 전도성이 낮은 것이 바람직하다.
구체적으로는 탄소원자의 결합체인 탄소클러스터나, 튜브형 탄소질인 소위 카본 나노튜브를 포함하는 탄소질 재료 등을 들 수 있다.
탄소클러스터에는 여러 가지의 것이 있고, 플러린이나 플러린 구조의 적어도 일부에 개방단을 가지는 것, 다이아몬드구조를 가지는 것 등이 바람직하다.
이하 이 탄소클러스터에 대해서 더욱 상세히 설명한다.
클러스터는 통상은 수개에서 수백 개의 원자가 결합 또는 응집하여 형성되어 있는 집합체이고, 이 원자가 탄소인 경우 이 응집(집합)체에 의해 프로톤 전도성이 향상하면, 동시에 화학적 성질을 유지하여 막 강도가 충분하게 되고, 층을 형성하기 쉽다. 또 탄소를 주성분으로 하는 클러스터와는 탄소원자가 탄소-탄소간 결합의 종류에 상관없이 수개에서 수백 개 결합하여 형성되는 집합체이다. 단, 반드시 100% 탄소만으로 구성되어 있는 것으로 한정되지 않고, 다른 원자의 혼재도 있을 수 있다. 이와 같은 경우도 포함해서, 탄소원자가 다수를 점하는 집합체를 탄소클러스터로 호칭하는 것으로 한다. 이 집합체를 도면에서 설명하면, 도 2∼도 5에 나타내는 것이고, 프로톤 전도체의 원료로서의 선택의 폭이 넓은 것이다. 도 2∼도 5에 있어서는 프로톤 해리성의 기는 도시를 생략하고 있다.
여기서, 도 2에 나타내는 것은 탄소 원자가 다수 개 집합하여 이루어지는 구체 또는 장구(長球), 또는 이들에 유사한 닫힌 면 구조를 가지는 여러 종류의 탄소클러스터이다. 단, 분자형의 플러린도 겸해서 나타낸다. 이것에 대해서 그들의 구(球)구조의 일부가 결손한 탄소클러스터를 도 3에 여러가지를 나타낸다. 이 경우는 구조중에 개방단을 갖는 점이 특징적이다. 이와 같은 구조체는 아크방전에 의한 플러린의 제조과정에서 부생성물로서 다수 보여지는 것이다. 탄소클러스터의 대부분의 탄소원자가 SP3결합하고 있으면, 도 4에 나타내는 바와 같은 다이아몬드의 구조를 가지는 여러 가지의 클러스터로 된다.
도 5는 클러스터끼리가 결합한 경우를 여러 가지 나타내는 것이고, 이와 같은 구조체라도 본 발명에 적용할 수 있다.
프로톤과 결합할 수 있는 기를 갖는 탄소질 재료를 주성분으로서 함유하는 프로톤 전도체는 건조상태라도 프로톤이 상기 기로부터 해리하기 쉽고, 더구나 이 프로톤은 상온을 포함하는 넓은 온도범위, 적어도 약 160℃∼-40℃의 범위에 걸쳐서 고전도성을 발휘하는 것이 가능하다. 또한 상술한 바와 같이 이 프로톤 전도체는 건조상태라도 충분한 프로톤 전도성을 나타내지만, 수분이 존재하고 있어도 지장 없다. 이 수분은 외부에서 침입한 것이라도 좋다.
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본 발명에 있어서는 상기와 같은 재료로 이루어지는 전해질막(1) 상에 연료전극(2) 및 산소전극(3)의 양자 혹은 어느 한쪽을 직접 형성한다.
이 때 직접 형성되는 전극은 카본 나노튜브나 침형 흑연(예를 들면 동방(東邦) 레이온사 제, 상품명 VGCF 등)과 같은 침형의 탄소질 재료를 포함하고 있는 것이 필요하다.
도 6은 카본 나노튜브를 포함하는 탄소질 재료를 제조하기 위한 아크방전장치의 일례를 나타내는 것이다. 이 장치에 있어서는 진공챔버라 칭하는 반응실(11) 내에 모두 흑연(graphite) 등의 탄소봉으로 이루어지는 음극(12)과 양극(13)이 간극(G)을 통하여 대향 배치되고, 양극(13)의 후단은 직선운동 도입기구(14)에 연결되고, 각 극은 각각 전류도입단자(15a, 15b)에 접속되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 반응실(11) 내를 탈기(脫氣) 한 후, 베리움 등의 희(希)가스로 충만시키고, 각 전극에 직류를 통전하면, 음극(12)과 양극(13)의 사이에 아크방전이 생기고, 반응실(11)의 내면, 즉 측벽면, 천정면, 저면 및 음극(12) 상에 그을음상태의 탄소질재료가 축적된다. 또한 측벽면 등에 미리 작은 용기를 부착해 두면, 그 안에도 탄소질 재료가 축적된다.
반응실(11)에서 회수된 그을음 상태의 탄소질 재료에는 도 7a에 나타내는 바와 같은 카본 나노튜브, 도 7b에 나타내는 C60 플러린 및 도시하지 않았으나, C70 플러린, 그것에 도 7c에 나타내는 탄소 그을음 등이 함유되어 있다. 이 탄소 그을음은 플러린 분자나 카본 나노튜브에 성장하여 끊어진 곡률을 가지는 그을음이다. 또한 이 그을음형의 탄소질 재료의 전형적인 조성을 들면, C60, C70 등 플러린이 10∼20%, 카본 나노튜브가 수%, 그 외에 다량의 탄소 그을음 등이 포함된다.
또한 탄소질 재료에 있어서는 그 적어도 표면에 대하여 수소분자를 수소원자로 또는 플러린과 전자와 분리할 수 있는 촉매기능을 가지는 금속을 공지의 방법에서 20중량% 이하 포함시키는 것이 바람직하다. 촉매기능을 가지는 금속으로서는 예를 들면, 백금 혹은 백금합금등을 들 수 있다. 이와 같은 촉매금속을 포함시키면, 그것을 포함시키지 않는 경우에 비해서 전지반응의 효율을 높일 수 있다.
상술의 침형의 탄소질재료를 이용해서 연료전극(2) 혹은 산소전극(3)을 전해질막(1)상에 직접 형성하지만, 여기서 형성방법으로서는 스프레이법이나 적하법을 들 수 있다.
스프레이법의 경우 상기 탄소질재료를 물 혹은 에탄올 등을 포함하는 용제로 분산하고, 이것을 전해질막(1)에 직접 내뿜는다. 적하법의 경우 역시 상기 탄소질재료를 물, 혹은 에탄올등을 포함하는 용제로 분산하고, 이것을 전해질막(1)에 직접 적하한다.
이것에 의해 전해질막(1)상에 상기 탄소질 재료가 내려 쌓인 상태로 된다. 이때 상기 카본 나노튜브는 직경 1∼3nm정도, 길이 1∼10㎛ 정도의 길고 가느다란 섬유형의 형상을 나타내고, 또 침형흑연도 직경 0.1∼0.5㎛ 정도, 길이 1∼50㎛ 정도의 침형의 형상을 나타내기 때문에, 서로 결합하여, 특별한 결합제가 없어도 양호한 층(層)형체를 구성한다. 물론 필요에 따라서 결합제(바인더)를 병용하는 것도 가능한 것은 말할 것도 없다.
상기에 의해 형성되는 연료전극(2)이나 산소전극(3)은 자립시킬 필요가 없기 때문에 기계적 강도가 요구되는 것이 아니며, 따라서 그 두께는 예를 들면 2∼4㎛ 정도로, 극히 얇게 설정할 수 있다.
실제로 상기 방법으로 연료전지를 제작하는 것으로, 0.6V, 100mW의 능력을 가지는 연료전지를 얻을 수 있었다.
또 카본 나노튜브나 침형 흑연을 스프레이법이나 적하법으로 전해질막(1) 상에 직접 형성한 전극은 전해질막(1)에 대한 밀착성도 좋고, 벗겨짐이 생기는 것도 없다.
표 1에 카본 나노튜브(CNT)와 침형흑연(VGCF)의 비율 R[=VGCF/(CNT+VGCF)]에 의한 벗겨짐 빈도의 측정결과를 나타낸다. 벗겨짐 빈도(S)는 면적 9㎠의 막에 점착테이프를 붙이고 벗기는 조작으로 벗겨지지 않고 남은 면적을 측정하였다. 또한 표 1에서는 비교를 위해 카본블랙이나 흑연을 이용한 경우의 벗겨짐 빈도(S)의 값도 나타낸다.
R S(㎠)
CNT + VGCF 0 0.1 0.2 0.3 0.5 1.0 9.0 9.0 8.3 8.0 6.1 4.0
카본블랙 - 1.0
흑연(3㎛) - 0.2
카본 나노튜브나 침형흑연을 사용한 경우 벗겨지지 않고 남는 면적이 크고, 양호한 밀착성을 가지는 것을 알 수 있다. 이것에 대하여 카본블랙이나 흑연을 사용한 경우에는 벗기는 조작 후에 거의 남지 않는다. 전극으로서 사용하는 데는 밀착성이 부족하다는 것이 명백하다.
또한 여기서 제작한 연료전지의 구성은 도 8에 나타내는 것이다.
이 연료전지는 촉매(27a 및 27b)를 각각 밀착 또는 분산시킨 서로 대향하는 부극(負極)(연료극 또는 수소극)(28) 및 정극(正極)(산소극)(29)을 가지고 이들의 극간 사이에 프로톤 전도체부(30)가 협지되어 있다. 이들 부극(28), 정극(29)에서는 각각 단자(28a, 29a)가 인출되고 있고, 외부회로와 접속하는 구조로 되어 있다.
이 연료전지에서는, 사용시에는 부극(28) 측에서는 도입구(31)에서 수소가 공급되고, 배출구(32)에서 배출된다. 또한 배출구(32)는 설치하지 않는 것도 있다. 연료(H2)(33)가 유로(流路)(34)를 통과하는 동안에 프로톤을 발생하고, 이 프로톤은 프로톤 전도체부(30)를 이동하여 정극(29)에 도달하고, 그곳에서 도입구(35)에서 유로(流路)(36)에 공급되어 배기구(37)로 향하는 산소(공기)(38)와 반응하고, 이것에 의해 소망의 기전력이 얻어진다.
이상의 구성에 있어서, 수소공급원(39)에는 수소 흡장용 탄소질 재료나 수소흡장 합금, 수소봄베(bombe) 등이 수납되어 있다. 또한 이 재료에 수소를 흡장시켜 놓고 수소공급원(89)에 수납하여도 좋다.
본 발명은 제조가 용이하고 제조 성능이 우수한 연료전지를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 제조방법은, 연료전극이나 산소전극을 개별적으로 취급할 필요가 없으므로 번잡한 작업이 불필요하고, 제조 원가에 대한 제품의 비율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 프로톤 전도체(proton conductor)를 가지는 연료전지(fuel cell) 내에서 동작가능한(operable) 가스확산전극(gas diffusion electrode)에 있어서,
    상기 가스확산전극은 상기 프로톤 전도체에 직접 부착되고 본질적으로(essentially) 섬유질의 탄소질 재료(fibrous carbonaceous material)로 구성되며,
    상기 가스확산전극은 약 2㎛에서 약 4㎛까지의 범위의 두께(thickness)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산전극.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유질의 탄소질 재료는 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산전극.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유질의 탄소질 재료는 증기-성장 탄소섬유(vapor-grown carbon fiber ; VGCF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산전극.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유질의 탄소질 재료는 카본 나노튜브와 증기-성장 탄소섬유의 혼합물(mixture)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산전극.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 혼합물은 약 0 : 1에서 약 9 : 1까지의 범위에서 카본 나노튜브와 증기-성장 탄소섬유의 비(ratio)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스확산전극.
  6. 연료전지(fuel cell)에 있어서,
    제 1 전극(first electrode) 및 상기 제 1 전극에 대향하는(facing) 제 2 전극(second electrode)과,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 프로톤 전도체를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나가 상기 프로톤 전도체에 직접 부착되며 상기 프로톤 전도체는 본질적으로 상기 프로톤 전도체 상에 형성된 섬유질의 탄소질 재료로 구성되고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 약 2㎛에서 약 4㎛까지의 범위의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 섬유질의 탄소질 재료는 카본 나노튜브, 증기-성장 탄소섬유 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 섬유질의 탄소질 재료는 무게의 약 20% 이하의 양으로 촉매물질(catalyst material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 촉매물질은 백금(platinum) 및 그 합금들(alloys)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 혼합물은 약 0 : 1에서 약 9 : 1까지의 범위에서 카본 나노튜브와 증기-성장 탄소섬유의 비(ratio)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 연료전극(fuel electrode)을 포함하고 상기 제 2 전극은 산소전극(oxygen electrode)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  12. 연료전지에 있어서,
    제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 프로톤 전도체를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 상기 프로톤 전도체에 직접 부착되며 상기 프로톤 전도체는 본질적으로 카본 나노튜브, 흑연 섬유질(graphite fiber material) 및 그들의 혼합물 중 적어도 한 가지(type)로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄소질 재료로 구성되고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 약 2㎛에서 약 4㎛까지의 범위의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 탄소질 재료는 본질적으로 카본 나노튜브와 흑연 섬유질 중 적어도 한가지의 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 흑연 섬유질은 증기-성장 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 혼합물은 약 0 : 1에서 약 9 : 1까지의 범위에서 적어도 한 가지의 카본 나노튜브와 증기-성장 탄소섬유의 비(ratio)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 혼합물은 약 1 : 1에서 약 4 : 1까지의 범위에서 적어도 한 가지의 카본 나노튜브와 증기-성장 탄소섬유의 비(ratio)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 탄소질 재료는 무게의 약 20% 이하의 양으로 촉매물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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