KR100969475B1 - 두 종류의 발수성을 갖는 연료전지용 캐소드 전극 및 그제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 - Google Patents
두 종류의 발수성을 갖는 연료전지용 캐소드 전극 및 그제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 Download PDFInfo
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Abstract
Description
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- 유로가 형성된 세퍼레이터에 접하는 기체확산층 및 상기 기체확산층과 전해질막 사이에 개재되는 촉매층을 포함하는 연료전지용 캐소드 전극에 있어서,상기 촉매층은 유로에 대향하지 않는 부분의 발수성이 유로에 대향하는 부분보다 높고,상기 촉매층에서 유로에 대향하는 부분은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매, 및 폴리머 이오노머를 포함하며,상기 촉매층에서 유로에 대향하지 않는 부분은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 및 플로리네이티드 에틸렌 프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 고분자계 발수성 향상제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극.
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- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 소수성 고분자계 발수성 향상제의 함량은 유로에 대향하지 않는 부분 내에서 금속촉매:소수성 고분자계 발수성 향상제 = 1:0.02~0.40의 질량비를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극.
- 제1항에 있어서,상기 금속촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극.
- 제1항에 있어서,상기 탄소계 지지체로는 흑연, 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 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극.
- 제1항에 있어서,상기 폴리머 이오노머는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극.
- (S1) 제 1 촉매층 형성용 잉크 및 소수성 고분자계 발수성 향상제를 포함하는 제 2 촉매층 형성용 잉크를 각각 제조하는 단계; 및(S2) 상기 제 1 촉매층 형성용 잉크 및 제 2 촉매층 형성용 잉크를 각각 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층에 분사하며, 상기 제 1 촉매층 형성용 잉크는 유로에 대향하는 부분에 분사하고 상기 제 2 촉매층 형성용 잉크를 유로에 대향하지 않는 부분에 분사하는 단계를 포함하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제 1 촉매층 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제 2 촉매층 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 및 플로리네이티드 에틸렌 프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 고분자계 발수성 향상제; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 소수성 고분자계 발수성 향상제의 함량은 금속촉매:소수성 고분자계 발수성 향상제 = 1:0.02~0.40의 질량비를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 금속촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 탄소계 지지체로는 흑연, 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 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 폴리머 이오노머는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오 로스티렌인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 용매는 물, 부탄올, 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 잉크의 분사는 열처리 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 제8항에 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 캐소드 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 기체확산층은 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택 되는 도전성 기재, 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 캐소드 전극의 제조방법.
- 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 형성되며, 각각 촉매층 및 기체확산층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하는 연료전지용 막전극 접합체에 있어서,상기 캐소드 전극은 상기 제1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 연료전지용 캐소드 전극인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체.
- 하나 또는 둘 이상의 제19항에 따른 막전극 접합체와 상기 막전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택;연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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