KR101047415B1 - 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물 - Google Patents

고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물에 관한 것으로서, 기존의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액과는 다르게 용매와 비용매로 이루어진 혼합용제를 도입한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물은 고분자 전해질 연료전지의 전극 촉매 층에서 촉매/바인더/연료가 이루는 삼상 계면 형성을 극대화하여 전극의 활성을 크게 개선시킬 수 있다.
고분자 전해질 연료전지, 전극 바인더, 비용매

Description

고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물{Electrode-binder solution compositions for proton exchange membrane fuel cell and Preparing method the same}
본 발명은 기존의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액과는 다르게 용매와 비용매로 이루어진 혼합용제를 도입한 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물에 관한 것으로서,
본 발명은 고분자 전해질 연료전지의 전극 촉매 층에서 촉매/바인더/연료가 이루는 삼상 계면 형성을 극대화하여 전극의 활성을 크게 개선시킬 수 있다.
세계는 지금 ‘에너지 전쟁’이라는 큰 물결을 타고 있으며, 선진 각국들은 자국 경제의 지속적인 발전과 국민들의 윤택한 생활을 위해 화석에너지 자원이 풍부한 국가와 다각적인 교류와 협력을 강화하고 있다. 그러나, 화석에너지는 수 년 이내에 고갈될 가능성이 있을 뿐만 아니라, 최근 유가의 지속적인 상승과 화석 에너지 사용에 따른 환경 오염 문제 등으로 대체 에너지원에 대한 각국의 관심 이 고조되고 있는 것이 현실이다. 대체 에너지원 중에서 지구상에서 풍부하고 무한 공급이 가능하면서 환경친화적인 수소 에너지에 대한 연구가 최근 급속히 진행되고 있는데, 그 중심은 바로 "연료전지"라고 할 수 있다.
연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환해주는 장치로서, 연료 전지의 기본 구조는 촉매를 담지한 연료극, 산소극 그리고 두 전극 사이에 전해질 막을 넣고 제조된 막/전극 접합체로 구성되어 있다.
연료전지에 있어서, 막/전극 접합체의 성능은 각각의 전극에 의해 크게 좌우되며 상기 전극의 성능은 촉매/바인더/연료가 형성하는 삼상계면에 따라서 전극 활성이 크게 차이가 나타난다. 따라서 전극 촉매 층에서 이들 삼상계면 제어기술은 셀의 성능에 직관되는 인자로 고려되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0815117호 등과 같이 탄화수소계 고분자를 전극 바인더로 도입하는 경우 극성용매에 용해된 상태로 전극에 도입됨에 따라 전극 촉매층의 응집 현상을 방지하기 쉽지 않을 뿐만 아니라 탄화수소계 고분자가 입자형태를 갖지 않는다. 이로 인해 삼상 계면 형성이 감소하여 전극의 활성 및 MEA(membrane electrolyte assembly) 성능이 크게 감소하는 현상을 나타냈다. 이와 같이 본 발명과 관련된 종래의 기술을 간략히 정리하면 술폰화시킨 폴리에테르에테르케톤(sulfated poly ether ether ketone, 이하 "S-PEEK"로 칭한다.)을 디메틸아세트아마이트(DMAc)에 5 중량% 농도로 녹여 전극 바인더로 도입한 연구(박정기 외 4인, JPS 163, 2006, 56) 및　술폰화된 폴리아릴렌에테르술폰(S-PAES)을 디메틸아세트아마이트 (DMAc)에 5 중량% 농도로 녹여 전극 바인더 용액으로 도입한 연 구(박정기 외 5인, Electrochimica Acta 52, 2007, 4916) 등이 있다. 그러나, 이들 연구의 경우, 수소이온 전도성 고분자 전해질 막과 동일한 소재로 전극 바인더 용액에 적용함으로써 막/전극 계면안정성을 크게 개선하였음에도 불구하고, 극성용매에 용해시킨 고분자와 촉매간의 응집 현상과 같은 문제는 성능 저하의 가장 큰 원인으로 나타났다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 촉매/바인더/연료가 이루는 삼상계면 형성을 극대화시켜 전극 활성을 향상시키는 기술 개발이 절실히 요구된다.
종래의 술폰화된 탄화수소계 고분자를 이용한 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액에 있어서, 전극 바인더인 술폰화된 탄화수소계 고분자와 촉매간의 응집현상으로 발생하는 전극 활성 감소 문제를 해결할 수 있도록 촉매/바인더/연료가 이루는 삼상계면 형성을 극대화시킨 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물은
술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자 5 ~ 40 중량%; 및
용매와 비용매의 혼합용제 60 ~ 95 중량%; 를 포함하고 있는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은 상기 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제해결수단을 갖는 본 발명은
비용매를 도입하여 상기 전극 바인더 조성물 내에서 전극의 바인더가 비용매 에 의하여 응집하여 나노미터 크기의 입자를 갖게 하여 전극의 활성 표면적을 증가시키는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 이를 통하여 촉매/바인더/연료가 이루는 삼상계면 형성을 극대화시킴으로써, 용매에 용해시킨 고분자와 촉매간의 응집 현상 방지 및 전극 활성의 효과를 얻을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존의 전극 바인더에 비용매를 도입함으로써, 응집 현상 방지 및 전극의 활성 효과를 얻기 위하여 하기와 같은 조성을 같는다.
이하에서 본 발명자들이 안출한 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물 및 그 제조방법에 대하여 자세하게 소개하겠다.
본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물은
술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자 5 ~ 40 중량%; 및
용매와 비용매의 혼합용제 60 ~ 95 중량%; 를 포함하고 있는 것을 그 특징으로 하는데,
여기서, 상기 탄화수소 계열의 고분자가 본 발명의 전극 바인더 용액 조성물 전체 중량에 대하여 5 중량% 미만이면 수소 이온 전도도가 감소하여 셀 성능이 감소하는 문제가 발생하고, 40 중량% 초과시 전극 바인더 때문에 연료의 공급이 원활하지가 않아 셀 성능이 감소하는 문제가 발생하기 때문이다. 또한, 상기 혼합용제가 본 발명의 전극 바인더 용액 조성물 전체 중량에 대하여 60 중량% 미만이 면 촉매의 분산이 낮아지는 문제가 발생하고, 95 중량% 초과시 점도가 낮아 전극을 제조하는데 문제가 발생하기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 용매는 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자에 대한 용해도가 높은 용매를 말하며, 상기 비용매는 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자를 용해시킬수 없거나 용해도가 매우 낮은 용매를 말한다.
본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물의 조성물질에 대해서 더욱 구체적으로 설명을 하면,
상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자는 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르술폰, 폴리이미드, 폴리이미다졸, 폴리벤지이미다졸, 폴리에테르벤지이미다졸, 폴리아릴렌에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 및 폴리스티렌 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있는데, 앞서 소개한 고분자 외에 수소이온 전도도가 우수한 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물질인 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자는 술폰화가 10 ~ 80 몰%, 바람직하게는 20 ~ 70 몰%, 더욱 바람직하게는 30 ~ 60 몰%인 것을 그 사용하는 것이 좋은데, 여기서, 상기 수소이온 전도성 탄화수소 계열 고분자의 술폰화가 10 몰% 미만이면 수소 이온 전도도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 80 몰% 초과시 물에 용해되어 장기 안정성이 감소하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소계열의 고분자는 수평균 분자 량이 1,000 ~ 1,000,000 더욱 바람직하게는 5,000 ~ 500,000 인 것을 사용하는 것이 좋은데, 여기서 상기 고분자의 수평균 분자량이 1,000 미만이면 고분자의 안정성이 저하하는 문제가 발생할 수 있고, 1,000,000 초과시 용해도 감소하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소계열의 고분자는 질량 평균 분자량이 10,000 ~ 1,000,000 더욱 바람직하게는 100,000 ~ 800,000 인 것을 사용할 수 있다. 이때 상기 고분자의 질량 평균 분자량이 10.000 미만이면 고분자의 안정성이 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 1,000,000 초과시 용해도가 감소하는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 상기 고분자의 수평균 분자량의 수치한정이유와 유사한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 조성물질인 상기 혼합용제에 대해서 설명을 하면, 상기 혼합용제는 용매와 비용매를 90 ~ 99.9 중량% : 0.1 ~ 10 중량%로 혼합하여 사용하는데, 이때, 비용매가 0.1 중량% 미만이면 분산상 입자가 잘 발생하지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 10 중량% 초과시 입자의 크기가 커져서 수소 이온 전달이 감소하는 문제가 발생할 수 있는 문제가 있는 바, 상기 범위 내의 것을 사용하는 것이 좋다.
용매와 비용매를 혼합첨가하는 하는 방법은 용매와 비용매와의 조합과, 고분자의 특성에 따라서 입자의 크기가 급격히 변화로 인하여 고려할 인자가 많은데, 비용매의 특성이 강하거나, 비용매의 양이 너무 많으면 입자의 크기가 과도하게 커지게 되고, 용매가 너무 많거나 용매의 특성이 강하면 입자가 발생하지 않게 되는 문제가 발생한다. 또한, 용매와 비용매의 혼합이 되지 않으면 입자의 크기를 조절하기가 힘들어지며, 비용매와 용매의 조합과 고분자의 극성에 따라서 입자의 크기가 급격히 변하게 되는 바, 용매와 비용매를 혼합하여 첨가하는 방법은 기술적으로 매우 어려운 점이 많으나, 본 발명은 상기와 같은 용매와 비용매와의 혼합비율을 조절하여 그리고 하기와 같이 용매 및 비용매의 선택을 통하여 상기 문제점을 해결하였다.
상기 혼합용매의 구성물질인 용매는 상기 술폰화된 탄화수소계 수소이온 전도성 고분자 물질을 용해시키는 역할을 하는데, 상기 용매는 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드 (dimethylacetamide, DMAc), 디메틸설폭사이드 (dimethylsulfoxide, DMSO) 및 에탄올 등 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수 있는데, 상기 술폰화된 탄화수소계 수소이온 전도성 고분자 물질에 대하여 용해도가 우수한 용매인 것을 사용할 수 있으며, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 혼합용매의 구성물질 중 하나인 비용매는 상기 술폰화된 탄화수소계 수소이온 전도성 고분자 물질이 입자를 형성시키기도록 하는 역할을 하는데, 본 발명에 있어서, 사용가능한 비용매로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 이소프로필알콜, 아세트산 및 메탄올 등 중에서 선택된 단독 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
위와 같은 조성물질 및 조성비를 갖는 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물은 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소계 고분자 물질의 평균입자크기가 1 ~ 400 nm, 바람직하기로는 50 ~ 380 nm, 더욱 바람직하게는 100 ~ 350 nm를 갖을 수 있게 되며, 상기 평균입자크기는 상기 혼합용제의 용매 및 비용매의 중량비에 변화를 주어서 조절할 수 있는데, 예를 들면 상기 혼합용제에 있어서, 비용매의 중량을 증가시키면, 상기 술폰화된 탄화수소계 수소이온 전도성 고분자 물질의 평균 입자 크기가 증가하는 경향을 보이게 되며, 이는 도 2를 통해서도 알 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 탄화수소계 고분자 물질과 용매를 포함하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인도 용액과는 달리 비용매를 도입함으로써, 탄화수소계 고분자 물질을 입자화시킴으로서, 도 1과 같이 삼상계면을 형성할 수 있게 되어, 촉매와의 결합이 용이하게 되어, 전극 활성을 증가시킬 수 있는 것이다.
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물에 대해서 설명을 하겠다.
본 발명의 또 다른 태양은 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액을 제조하는 방법에 관한 것으로서,
고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액에 있어서,
술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자; 및
용매와 비용매로 이루어진 혼합용제; 를 이용하는 것을 그 특징으로 한다.
또한 본 발명은
고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물과 백금촉매를 혼합한 후, 혼합물을 건조시키는 단계; 및
상기 건조된 혼합물을 열처리하여 상기 전극 바인더와 촉매의 계면을 극대화 시키는 단계;를 포함하는 전극 촉매 슬러리를 제조하는 방법에 그 특징이 있다.
바인더 입자와 입자와의 연결이 좋아야 수소이온 전도도가 좋아지는데, 본 발명에 있어서, 상기 고분자 전해질 연료전지용 바인더 용액 조성물은 도 1의 A와 같이 입자간의 연결이 불연속성을 갖을 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 바인더 조성물에 촉매를 첨가 및 건조시킨 후, 열처리 시, 바인더 입자 약간 용해되어서 도 1의 B와 같이 입자간의 연결고리가 생기게 한 것에 그 특징이 있다. 즉, 바인더 입자간의 연결고리가 증가함에 따라 수소 이온 전도도가 증가하게 되고, 연료전지 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 건조시키는 단계에 있어서, 건조는 75 ~ 85℃ 에서 건조시키는 것이 바람직하며, 상기 열처리는 130 ~ 200℃, 더욱 바람직하게는 140 ~ 160 ℃에서 30분 ~ 2시간 정도 열처리하는 것이 바람직하다.
상기 전극 바인더 용액의 제조시에 사용되는 조성물질들은 앞서 설명한 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물의 조성물질들이 갖는 특징과 동일하며, 또한, 그 조성물질들의 조성범위 및 그 범위의 기술적 특징이 동일하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명을 하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자의 제조
폴리에테르에테르케톤을 진한 황산 용액 중에서 술폰화시키기 위하여 먼저 100ml의 둥근 바닥 플라스크에 98% 진한 황산 50ml를 넣고, 질소를 퍼지한 후, 100℃에서 24시간 동안 진공 건조한 폴리에테르에테르케톤 고분자 2g을 첨가하여 반응기 온도 50℃에서 격렬하게 교반하였다. 그 다음 6 ~ 24시간 동안 술폰화한 반응물을 증류수에 침전시킨 후 여과하여 회수하였다. 반응물을 수차례 수세하여 산성도가 6 ~ 7로 중성이 되도록 하고 여과를 통하여 반응물을 재회수하였다. 이들 회수한 반응물을 50℃에서 24시간 동안 진공 건조하여 50 % 술폰화된 폴리에테르에테르케톤 고분자를 얻었으며, 상기 술폰화된 폴리에테르에테르 케톤 고분자의 수 평균분자량은 25,000이다.
고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물의 제조
실시예 1
디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 97 중량%와 비용매인 아세트산 3 중량%를 갖도록 혼합용매를 제조한 후,
제조한 술폰화된 폴리에테르에테르케톤 고분자 5 중량% 및 상기 혼합용매 95 중량%를 갖는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물을 제조하였다.
실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 혼합용매가 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 하여 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물을 제조하였다.
구 분
 혼합용매 굴절율
(Refractive index)
디메틸아세트
아마이드		 아세트산
실시예 1 97 3 1.438
실시예 2 95 5 1.435
실시예 3 90 10 1.432
비교예 1 87 13 1.431
비교예 2 100 - 1.439
상기 표 1에 있어서, 굴절율은 고분자의 용매와 고분자의 비용매를 혼합하였을 때, 두 용매의 용해성을 측정하는 것으로서 혼합비율에 따른 상기 굴절률이 비례해서 변했다는 말은 용매와 비용매가 서로 상용성이 있다는 것을 의미한다.
실험예 1
상기의 실시예 1 ~ 3및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물의 전극 바인더 입자 크기를 DLS(Dynamic Light Scattering)로 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2의 결과에서 알 수 있듯이 DMAc 97 중량% 및 아세트산 3 중량% 를 갖는 혼합용매로 제조한 실시예 1의 용액 내 탄화수소 전극 바인더의 입자 크기가 평균 140 ~ 145nm를 실시예 2는 210 ~ 220 nm, 실시예 3은 395 ~ 400 nm, 그리고 비교예 1은 460 ~ 470 nm 임을 알 수 있으며, 이를 통하여 혼합용매 중의 비용매의 중량비율이 증가할수록 바인더 용액 내의 입자크기가 증가함을 확인할 수 있다. 또한, 비용매가 첨가되지 않은 비교예 2의 경우 입자가 형성되지 않았다. 이를 통하여 전극 바인더가 전극 용액 내 입자를 형성하기 위해서는 비용액을 혼합시켜야 함을 알 수 있다. 또한, 용매와 비용매의 중량비율에 변화를 줌으로써, 입자크기의 조절이 가능함을 확인할 수 있다.
제조예 1
상기 실시예 1에서 제조한 고분자 전해질 연료전지용 바인더 용액 조성물 대하여, 백금촉매(20% Pt/C 촉매, 상품명:E-tek )를 첨가한 후, 80 ℃ 에서 건조시켰다. 그 다음 150 ℃ 에서 1 시간 열처리하여 전극 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 24 시간 동안 초음파와 교반을 반복 실시하여 균일한 분산 상태를 유지케 한 후, 탄소섬유 0.1 mg Pt/㎠ 의 담지량으로 캐스팅하였다.
제조예 2 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 2
상기 실시예 2 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2의 고분자 전해질 연료전지용 바인더 용액 조성물을 이용하여 제조예 1과 동일한 방법으로 전극 촉매 슬러리를 제조한 후, 탄소섬유 0.1 mg Pt/㎠ 의 담지량으로 캐스팅하였다.
실험예 2
연료전지 전극의 활성 표면적 측정실험
상기 제조예 1 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 2에서 제조한 각각의 고분자 전해질 연료전지용 CV(cyclovoltammetry)법을 이용하여 아래와 같은 방법으로 연료전지 전극의 활성 표면적 측정실험을 하였다.
연료전지 음극(reference electrode)에 백금 촉매를 도포한 전극과 나피온 막으로 MEA(membrane electrolyte assembly)를 구성한 후, 음극에 수소를, 양극(working electrode)에는 질소를 50 cc/분 으로 공급하면서 FRA(frequency response analyzer, 기기명:solatron)로 CV(cyclic voltammetry)를 측정하여 0.2V 근처의 수소 산화 피크의 적분값으로 계산하였고, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 그리고 CV 스캔(scan) 전압 영역은 0 ~ 1.2V 로 설정하였으며, 스캔율(scan rate) 10 mV/초 에서 측정하였다.
구 분 전기화학적 활성 표면적
(㎡/g Pt)
제조예 1 51.8
제조예 2 53.1
제조예 3 51.2
비교제조예 1 44.7
비교제조예 2 46.5
상기 연료전지 전극의 활성 표면적 측정실험의 결과인 표 2를 살펴보면, 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 바인더 조성물을 사용한 제조예 1 ~ 3의 경우, 기존의 고분자 전해질 연료전지용 바인더 조성물을 사용한 비교제조예 2의 경우보다 전기화학적 활성 표면적이 큰 것을 확인할 수 있다. 그리고, 분산상 입자의 크기가 400 nm를 초과하는 460 ~ 470nm의 분산상 입자를 갖는 비교제조예 1의 경우, 비교제조예 2 보다 오히려 전극활성 표면적이 작게 나오는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 분산상 입자가 400nm를 초과하게 되면, 오히려 전극 활성이 감소함을 알 수 있었고, 이는 전극 바인더의 크기가 증가함에 따라, 삼상 계면의 감소 때문이라고 추정된다. 즉, 본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 바인더 조성물은 전극 바인더인 분산상 입자의 크기가 1 ~ 400 nm인 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
실험예 3
연료전지 전극의 표면적 측정
본 발명의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 조성물을 사용한 제조예 2의 경우와, 기존의 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 조성물을 사용한 비교제조예 2의 표면을 측정하여 도 3에 명시하였다.
그림에서 보듯이, 본 발명의 고분자 전해질 바인더 조성물이 첨가되었을 경우 전극 표면에 다공성이어서, 연료의 물질 전달이 유리하다는 것을 알 수 있다. 그에 비하여 기존 탄화수소 고분자 전해질 바인더가 첨가된 비교제조예 2의 경우 전극 구조가 조밀하고, 연료의 전달이 불리하게 된다.
도 1은 본 발명이 제시하는 용매와 비용매의 혼합 용제로 제조한 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액이 이루는 전극의 삼상계면의 형성 개념도이다.
도 2는 실험예 1의 결과에 대한 전극 바인더 입자 크기 분포도이다.
도 3은 실험예 3에서 측정한 제조예 2의 전극 구조도이다.
도 4는 실험예 3에서 측정한 비교제조예 2의 전극 구조도이다.

Claims (8)

  1. 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자 5 ~ 40 중량%; 및
    디메틸아세트아마이드(DMAc)와 아세트산 (Acetic acid)의 혼합용제 60 ~ 95 중량%; 를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자는 술폰화가 10 ~ 80 몰%인 것을 특징으로 하는 전극 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고분자는 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르에테르술폰, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 폴리이미다졸, 폴리벤지이미다졸, 폴리에테르벤지이미다졸, 폴리아릴렌에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤 및 폴리스타이렌 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 고분자를 술폰화시킨 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자는 수 평균분자량이 1,000 ~ 1,000,000 이고, 질량 평균분자량이 10,000 ~ 1,000,000 인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합용제는 상기 디메틸아세트아마이드와 아세트산이 90 ~ 99.9 중량% : 0.1 ~ 10 중량%로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 및 7 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 용액 조성물은 술폰화된 수소이온 전도성 탄화수소 계열의 고분자의 입자크기가 1 ~ 400 nm인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더 용액 조성물.
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