KR100961836B1 - 촉매라인과 이오노머라인을 포함하는 연료전지용 전극 및그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 - Google Patents

촉매라인과 이오노머라인을 포함하는 연료전지용 전극 및그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촉매라인과 이오노머라인을 포함하는 연료전지용 전극 및 그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지용 전극은 다수의 제 1 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하도록 형성된 촉매부; 및 다수의 제 2 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 이오노머부 형성용 잉크방울은 상기 촉매부 형성용 잉크방울보다 촉매 입자의 농도가 낮고, 상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되도록 구성된 복수의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인으로 형성된 이오노머부;를 구비하고, 상기 촉매부와 이오노머부가 교대로 적층되어 형성된 촉매층을 포함한다. 본 발명의 연료전지용 전극은 촉매라인 또는 촉매스팟라인과 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인으로 인해 삼상반응점이 획기적으로 증가되어 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
연료전지, 촉매층, 촉매라인, 이오노머라인

Description

촉매라인과 이오노머라인을 포함하는 연료전지용 전극 및 그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지{Electrode for fuel cell comprising catalyst line and ionomer line and Method of preparing the same and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the same}
본 발명은 촉매라인과 이오노머라인을 포함하는 연료전지용 전극 및 그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지에 관한 것으로, 삼상반응점이 증대된 연료전지용 전극 및 그 제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다.
연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제 로는 산소가 대표적으로 사용된다.
연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막과 전해질막 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드 전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1 및 반응식 1(수소를 연료로 사용한 경우의 연료전지의 반응식)을 참조하면, 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드 전극으로 이동하며, 캐소드 전극에서는 산소(산화제)와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.
애노드 전극: H2 → 2H++2e-
캐소드 전극: 1/2O2+2H++2e- → H2O
전체 반응식: H2+1/2O2 → H2O
연료전지용 막전극 접합체의 일반적인 구성을 나타낸 도 2를 참조하면, 연료전지의 막전극 접합체는 전해질막 및 전해질막을 사이에 두고 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 구성되며, 애노드 전극 및 캐소드 전극은 촉매층 및 기체확산층으로 구성된다. 기체확산층은 전극 기재 및 그 위에 형성된 미세기공층으로 구성된다.
기존의 막전극 접합체의 제조 방법은 촉매와 이오노머 및 용매를 적절한 배합으로 섞어 잉크를 제조한 후 스프레이, 스크린 프린팅과 같은 방법을 사용하여 잉크를 전해질막 또는 기체확산층에 도포하는 과정으로 이루어진다. 이와 같은 종래의 제조방법에서는 삼상반응점을 형성시키기 위해서는 잉크의 혼합이 중요하나, 이러한 경우에 실제 연료전지에서 반응이 일어나는 삼상 반응점이 충분히 형성되지 못하는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 삼상반응점이 증대되어 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지용 전극을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 연료전지용 전극은, 다수의 제 1 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하도록 형성된 촉매부; 및 다수의 제 2 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 이오노머부 형성용 잉크방울은 상기 촉매부 형성용 잉크방울보다 촉매 입자의 농도가 낮고, 상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되도록 구성된 복수의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인으로 형성된 이오노머부;를 구비하고, 상기 촉매부와 이오노머부가 교대로 적층되어 형성된 촉매층을 포함한다. 본 발명의 연료전지용 전극은 촉매층이 촉매라인과 별도의 이오노머라인이 촉매라인 사이에 존재함으로써 삼상반응점이 획기적으로 증가되므로 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 1 촉매 입자 및 제 2 촉매 입자는 각각 당분야에서 통상적으로 사용되는 금속 촉매 입자 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매 입자일 수 있으며, 이오노머부는 제 2 촉매입자의 농도가 제로일 수 있다.
전술한 본 발명의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 상기 촉매라인 폭의 0.1~2배인 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 본 발명은 (S1) 촉매부 형성용 잉크 및 상기 촉매부 형성용 잉크보다 촉매 입자의 농도가 낮은 이오노머부 형성용 잉크를 각각 제조하는 단계; (S2) 상기 제조된 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층의 미리 지정된 위치에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하게 되는 촉매부를 형성하는 단계; (S3) 상기 제조된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 각각의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되는 이오노머부를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 (S2) 단계와 (S3) 단계를 교대로 반복하여 미리 정해진 두께의 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법을 제공한다.
상기 촉매부 형성용 잉크 및 이오노머부 형성용 잉크는 각각 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함할 수 있으며, 이오노머부 형성용 잉크는 촉매부 형성용 잉크보다 촉매의 농도가 낮다. 필요한 경우에는 본 발명에 따른 이오노머부 형성용 잉크는 촉매의 농도가 제로일 수도 있다.
본 발명의 연료전지용 전극의 제조방법에 있어서, 잉크 방울의 분사는 필요에 따라 열처리 상태에서 수행될 수도 있다.
전술한 본 발명의 전극은 막전극 접합체 및 연료전지에 사용될 수 있다.
본 발명의 연료전지용 전극은 삼상반응점이 극대화되므로 전지의 성능이 향상된다. 또한 본 발명의 연료전지용 전극의 제조방법은 잉크젯 분사방식을 사용하므로 잉크의 미세한 제어가 가능하여 삼상반응점이 최대화되는 전극의 제조가 가능하다.
이하, 본 발명의 연료전지용 전극을 그 제조방법에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, 촉매부 형성용 잉크 및 상기 촉매부 형성용 잉크보다 촉매 입자의 농도가 낮은 이오노머부 형성용 잉크를 각각 제조한다(S1).
본 발명에 따른 촉매부 형성용 잉크는 당분야에서 사용되는 촉매부 형성용 잉크가 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 촉매부 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매인 제 1 촉매입자; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 제 1 촉매 입자의 제 1은 이오노머부에 포함되는 촉매 입자와 구별하기 위한 것으로서 이오노머부의 촉매 입자는 제 2로 지칭하기로 한다.
상기 금속 촉매로는 대표적으로 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 탄소계 지지체로는 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직한 예가 될 수 있다.
상기 폴리머 이오노머로는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 대표적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 연료전지용 전극에서는 별도의 이오노머부가 존재하므로, 필요에 따라 폴리머 이오노머의 농도를 적절하게 줄일 수도 있다.
상기 용매로는 물, 부탄올, 이소프로판올(iso propanol), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 이오노머부 형성용 잉크는 촉매 입자의 농도가 전술한 촉매부 형성용 잉크보다 낮은 것을 제외하고는 상기 촉매부 형성용 잉크와 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 이오노머부 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매인 제 2 촉매입자; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하며, 상기 촉매부 형성용 잉크보다 촉매 입자의 농도가 낮다. 또한, 필요에 따라 상기 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매가 첨가되지 않아 촉매 입자의 농도가 제로일 수 있다.
전술한 잉크를 제조한 후에는, 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층의 미리 지정된 위치에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하게 되는 촉매부를 형성한다(S2).
촉매부 형성용 잉크방울이 연속적으로 접하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하도록 잉크젯 방식으로 잉크방울을 분사하며, 각 라인의 장변이 서로 접하도록 전해질막 또는 기체확산층에 분사한다.
이때, 분사된 잉크방울들의 일부분이 서로 겹치게 되면 라인을 형성하게 되며, 일부분이 서로 겹치지 않게 되면 잉크방울로 형성된 스팟(spot)이 라인을 이루는 스팟라인을 형성하게 된다. 도 4에는 촉매스팟라인 및 이오노머스팟라인이 형성된 형태가 개략적으로 나타나 있다.
잉크젯 분사 방식은 잉크 방울의 분사 위치를 관련된 소프트웨어를 사용하여 매우 정밀하게 조정할 수 있으므로, 전해질막 또는 기체확산층 상의 미리 지정된 위치에 촉매부 형성용 잉크를 방울단위로 분사할 수 있다.
전해질막 또는 기체확산층의 지정된 위치에 전해질막 또는 기체확산층에 직 접 접촉하게 되는 잉크방울의 분사가 종료되면, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 전해질막(201) 또는 기체확산층(208) 상에는 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인(11)으로 이루어진 촉매부가 형성되게 된다.
이 후에는 상기 제조된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 각각의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되는 이오노머부를 형성한다(S3).
전술한 바와 같이, 잉크젯 방식은 잉크 방울이 분사되는 위치를 조정할 수 있으므로, 이전 단계에서 형성된 촉매라인 또는 촉매스팟라인 (11)과 촉매라인 또는 촉매스팟라인(11) 사이에 이오노머부 형성용 잉크방울이 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인(12)을 이루도록 분사될 수 있다. 이오노머부 형성용 잉크방울의 분사가 종료되면, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 촉매라인 또는 촉매스팟라인(11)과 촉매라인 또는 촉매스팟라인(11) 사이에 존재하는 각각의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인(12)으로 이루어진 이오노머부가 형성되게 된다.
미리 정해진 두께의 촉매층을 형성하기 위해서는 상기 (S2) 단계와 (S3) 단계를 교대로 반복할 수 있다(S4).
이와 같은 분사방식에 의하면, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 촉매라인 또는 촉매스팟라인(11) 사이에 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인(12)이 교대로 반복적으로 적층된 촉매층(13)을 형성할 수 있다. 촉매층의 두께는 필요에 따라 결정할 수 있으며, 예를 들면, 당분야에서 사용되는 촉매층의 두께를 채택할 수 있 다. 대표적으로, 5~20㎛일 수 있다.
본 발명의 연료전지용 전극의 제조방법에 따라 제조된 연료전지용 전극에 있어서, 이오노머부가 전극의 촉매층 내에 촉매부와 교대로 적층되어 존재함으로써 전극 내의 삼상반응점이 대폭적으로 증가되어 전지의 성능을 향상시킬 수 있다는 사실은 별도의 실험이 없이도 당업자라면 충분히 예측할 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 각각의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 필요에 따라 적절히 조정할 수 있으며, 예를 들면 상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 인접하는 촉매라인 또는 촉매스팟라인에 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인이 충분히 접촉할 수 있도록 상기 촉매라인 또는 촉매스팟라인 폭의 0.1~2배일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 분사되는 이오노머부 형성용 방울의 크기를 조절함으로써 결정될 수 있다. 이는 잉크젯 방식을 통해 방울의 분사위치 뿐만 아니라 방울의 크기도 조절할 수 있으므로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 잉크젯 방식으로 잉크방울을 분사하는 경우에, 분사된 잉크방울의 건조를 촉진하기 위해 열처리 상태에서 잉크를 분사할 수도 있다.
전술한 본 발명의 연료전지용 전극은 전해질막 또는 기체확산층 상에 형성되어 본 발명의 연료전지용 막전극 접합체의 제조에 사용될 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 막전극 접합체는 전해질막(201); 및 상기 전해질막(201)을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극(203) 및 캐소드 전극(205);을 포함한다. 상기 애노드 전극(203) 및 캐소드 전 극(205)은 기체확산층(208) 및 촉매층(203, 205)을 포함하며, 본 발명의 연료전지용 기체확산층(208)은 기재(209a, 209b)와 기재의 일면에 형성되는 미세기공층(207a, 207b)을 포함할 수 있다.
본 발명의 전해질막으로는 당분야에서 사용되는 전해질막이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 기체확산층은 당분야에서 사용되는 기체확산층이 제한없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기체확산층은 상기 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 미세기공층은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 상기 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 불소계수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이 드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP) 또는 스티렌-부타디엔고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이때 촉매층은 상기 기체확산층의 미세기공층 위에 형성된다.
본 발명은 또한 상기 본 발명의 막전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 연료전지는 스택(200), 연료공급부(400) 및 산화제공급부(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 스택(200)은 본 발명의 막전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막-전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다 상기 세퍼레이터는 막전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막전극 접합체로 전달하는 역할을 한다.
상기 연료 공급부(400)는 연료를 상기 스택으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(410) 및 연료탱크(410)에 저장된 연료를 스택(200)으로 공급하는 펌프(420)로 구성될 수 있다. 상기 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있으며, 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.
상기 산화제 공급부(300)는 산화제를 상기 스택으로 공급하는 역할을 한다. 상기 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 펌프(300)로 주입 하여 사용할 수 있다.
도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 일반적인 연료전지용 막전극 접합체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 촉매부 형성용 잉크와 이오노머부 형성용 잉크가 전해질막 또는 기체확산층에 분사되어 촉매부 및 이오노머부를 형성한 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 촉매부 형성용 잉크와 이오노머부 형성용 잉크가 전해질막 또는 기체확산층에 분사되어 촉매부 및 이오노머부를 형성한 것을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지의 한 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (14)

  1. 다수의 제 1 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하도록 형성된 촉매부; 및
    다수의 제 2 촉매 입자가 이오노머 바인더 수지 및 용매에 분산된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 이오노머부 형성용 잉크방울은 상기 촉매부 형성용 잉크방울보다 촉매 입자의 농도가 낮고, 상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되도록 구성된 복수의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인으로 형성된 이오노머부;를 구비하고,
    상기 촉매부와 이오노머부가 교대로 적층되어 형성된 촉매층을 포함하는 연료전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 촉매 입자 및 제 2 촉매 입자는 각각 금속 촉매 입자 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매 입자인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이오노머부는 제 2 촉매입자의 농도가 제로인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 상기 촉매라인 또는 촉매스팟라인의 폭의 0.1~2배인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
  5. (S1) 촉매부 형성용 잉크 및 상기 촉매부 형성용 잉크보다 촉매 입자의 농도가 낮은 이오노머부 형성용 잉크를 각각 제조하는 단계;
    (S2) 상기 제조된 촉매부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층의 미리 지정된 위치에 분사하여 촉매라인 또는 촉매스팟라인을 형성하며, 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하게 되는 촉매부를 형성하는 단계;
    (S3) 상기 제조된 이오노머부 형성용 잉크방울을 연속적으로 접하도록 잉크젯 방식으로 분사하여 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인을 형성하며, 상기 각각의 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인은 상기 복수의 촉매라인 또는 촉매스팟라인이 서로 접하는 부분에 적층되는 이오노머부를 형성하는 단계; 및
    (S4) 상기 (S2) 단계와 (S3) 단계를 교대로 반복하여 미리 정해진 두께의 촉매층을 형성하는 단계
    를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촉매부 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이오노머부 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하며, 상기 촉매부 형성용 잉크보다 촉매의 농도가 낮은 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이오노머부 형성용 잉크는 촉매의 농도가 제로인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 이오노머라인 또는 이오노머스팟라인의 폭은 상기 촉매라인 또는 촉매스팟라인의 폭의 0.1~2배인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 잉크 방울의 분사는 열처리 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 전해질막은 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 기체확산층은 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재, 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
  13. 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 형성되며, 각각 촉매층 및 기체확산층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하는 연료전지용 막전극 접합체에 있어서,
    상기 애노드 전극 또는 캐소드 전극은 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 에 따른 연료전지용 전극인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체.
  14. 하나 또는 둘 이상의 제13항에 따른 막전극 접합체와 상기 막전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택;
    연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및
    산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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