KR101073014B1 - A membrane electrode assembly for fuel cell and a fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 상기 막/전극 접합체는 고분자 전해질 막; 상기 고분자 전해질 막을 중심으로 양면에 고분자 전해질 막에 접촉하여 배치되는 제1 촉매층; 상기 제1 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 이온전도성 다공층; 상기 이온전도성 다공층의 일면에 접촉하여 배치되는 제2 촉매층; 및 상기 제2 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 기체 확산층이 순차적으로 위치하고, 상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질; 및 이온전도성 고분자, 이온전도성 세라믹 물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이온전도성 물질을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 막/전극 접합체; 상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 구비한 연료전지를 제공한다. The present invention relates to a fuel cell membrane / electrode assembly and a fuel cell comprising the same, wherein the membrane / electrode assembly comprises a polymer electrolyte membrane; A first catalyst layer disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane in contact with the polymer electrolyte membrane; An ion conductive porous layer disposed in contact with one surface of the first catalyst layer; A second catalyst layer disposed in contact with one surface of the ion conductive porous layer; And a gas diffusion layer sequentially disposed in contact with one surface of the second catalyst layer, wherein the ion conductive porous layer comprises an electron conductive material; And an ion conductive material selected from the group consisting of ion conductive polymers, ion conductive ceramic materials, and mixtures thereof. The present invention also provides a membrane / electrode assembly; Provided is a fuel cell having a bipolar plate sandwiching the membrane / electrode assembly.

연료전지, 이온전도성 다공층, 막/전극 접합체, 촉매Fuel cell, ion conductive porous layer, membrane / electrode assembly, catalyst

Description

연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지{A MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND A FUEL CELL COMPRISING THE SAME}Membrane / electrode assembly for fuel cell and fuel cell comprising same {A MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND A FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

도 1은 고분자 전해질 막을 포함하는 연료전지의 작동상태를 개략적으로 보인 도면이다.1 is a view schematically showing an operating state of a fuel cell including a polymer electrolyte membrane.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 막/전극 접합체의 단면을 보인 도면이다.2 is a cross-sectional view of a membrane / electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1: 연료전지 10a: 애노드 전극1: fuel cell 10a: anode electrode

10b: 캐소드 전극 20: 막/전극 접합체10b: cathode electrode 20: membrane / electrode assembly

15: 고분자 전해질 막 30: 고분자막15: polymer electrolyte membrane 30: polymer membrane

32, 32': 제1 촉매층 34, 34': 이온전도성 다공층32, 32 ': first catalyst layer 34, 34': ion conductive porous layer

36, 36': 제2 촉매층 38, 38': 기체 확산층36, 36 ': second catalyst layer 38, 38': gas diffusion layer

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것 으로서, 보다 상세하게는 촉매층이 존재하는 유효면적을 증가시켜 높은 전기화학적 산화/환원 반응속도를 얻을 수 있는 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell membrane / electrode assembly and a fuel cell including the same, and more particularly to a fuel cell membrane / electrode capable of obtaining a high electrochemical oxidation / reduction reaction rate by increasing an effective area in which a catalyst layer exists. It relates to a conjugate and a fuel cell comprising the same.

[종래 기술]BACKGROUND ART [0002]

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol and natural gas into electrical energy.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료 전지, 용융탄산염 형 연료 전지, 고체 산화물형 연료 전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.Fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, polymer electrolyte or alkaline fuel cells, etc., depending on the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but differs in the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, and the like.

이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), which is being developed recently, has superior output characteristics compared to other fuel cells, has a low operating temperature, fast start-up and response characteristics, and a mobile power source such as an automobile. Of course, it has a wide range of applications, such as distributed power supply for homes, public buildings and small power supply for electronic devices.

상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 기체를 발생시키고 그 수소 기체를 스택으로 공급한다. 따 라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 기체를 발생시키며, 스택에서 이 수소 기체와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다. Such a PEMFC basically includes a stack, a reformer, a fuel tank, a fuel pump, and the like to constitute a system. The stack forms the body of the fuel cell, and the fuel pump supplies the fuel in the fuel tank to the reformer. The reformer reforms the fuel to generate hydrogen gas and supplies the hydrogen gas to the stack. Thus, the PEMFC feeds the fuel in the fuel tank to the reformer by operation of a fuel pump, which reforms the fuel to produce hydrogen gas, and electrochemically reacts the hydrogen gas with oxygen in the stack to produce electrical energy. Generate.

한편, 연료 전지는 액상의 메탄올 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질기가 배제된다.On the other hand, the fuel cell may employ a direct methanol fuel cell (DMFC) method that can supply a liquid methanol fuel directly to the stack. Such a direct methanol fuel cell fuel cell, unlike the polymer electrolyte fuel cell, the reformer is excluded.

상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십 개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막/전극 접합체는 고분자 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라고 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원전극"이라고 한다)이 접착된 구조를 가진다. In the fuel cell system as described above, the stack that substantially generates electricity has a structure in which several to tens of unit cells consisting of a membrane electrode assembly (MEA) and a bipolar plate are stacked. Have The membrane / electrode assembly has a structure in which an anode electrode (also called "fuel electrode" or "oxide electrode") and a cathode electrode (also called "air electrode" or "reduction electrode") are bonded to each other with a polymer electrolyte membrane interposed therebetween. Have

도 1은 연료전지(1)의 작동상태를 개략적으로 보인 도면이다. 연료전지에서막/전극 접합체(20)은 애노드 전극(10a), 캐소드 전극(10b), 및 고분자 전해질 막(15)을 포함한다. 도 1을 참조하여 설명하면, 수소 기체 또는 연료가 상기 애노드 전극(10a)에 공급되면 전기화학적 산화반응이 일어나면서 수소이온 H+와 전자 e-로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소이온은 고분자 전해질 막(15)을 통하여 캐소드 전극(10b)으로 이동하고 전자는 외부 회로를 통하여 캐소드 전극 (10a)으로 이동하게 된다. 캐소드 전극(10b)으로 이동한 수소이온은 캐소드 전극(10b)으로 공급되는 산소와 전기화학적 환원반응을 일으켜 반응열과 물을 생성시키고 전자의 이동으로 전기에너지가 발생된다. 이러한 전기화학적 반응은 하기 반응식으로 나타낼 수 있다.1 is a view schematically showing an operating state of the fuel cell 1. The membrane / electrode assembly 20 in the fuel cell includes an anode electrode 10a, a cathode electrode 10b, and a polymer electrolyte membrane 15. Referring to FIG. 1, when hydrogen gas or fuel is supplied to the anode electrode 10a, an electrochemical oxidation reaction occurs and ionizes to hydrogen ions H + and electrons e . The ionized hydrogen ions move to the cathode electrode 10b through the polymer electrolyte membrane 15 and electrons move to the cathode electrode 10a through an external circuit. The hydrogen ions transferred to the cathode electrode 10b generate an electrochemical reduction reaction with oxygen supplied to the cathode electrode 10b to generate heat of reaction and water, and electrical energy is generated by the movement of electrons. This electrochemical reaction can be represented by the following scheme.

[반응식 1]Scheme 1

애노드 전극: H2 → 2H+ + 2e- The anode: H 2 → 2H + + 2e -

캐소드 전극: 2H+ + 1/2 O2 + 2e- → H2O Cathode: 2H + + 1/2 O 2 + 2e - → H 2 O

상기 애노드 전극 또는 캐소드 전극은 통상적으로 백금(Pt) 촉매를 포함한다. 그러나, 상기 백금은 고가의 귀금속이므로 다량 사용할 수 없는 문제가 있으며, 종래에는 백금의 사용량을 줄이기 위해서 백금을 탄소에 담지시킨 것을 주로 사용하였다. The anode electrode or cathode electrode typically comprises a platinum (Pt) catalyst. However, since platinum is an expensive precious metal, there is a problem that it cannot be used in large quantities, and in the related art, in order to reduce the amount of platinum used, platinum is mainly supported on carbon.

그러나, 탄소에 담지된 백금 촉매를 사용하는 경우에는 촉매층의 두께가 두꺼워지고, 백금의 저장량에 한계가 있으며, 촉매층과 전해질막의 접촉상태가 좋지 못하여 연료전지의 성능을 떨어뜨리는 문제가 있다. However, when the platinum catalyst supported on carbon is used, the thickness of the catalyst layer becomes thick, there is a limit in the storage amount of platinum, and the contact state between the catalyst layer and the electrolyte membrane is not good, thereby degrading the performance of the fuel cell.

따라서, 막/전극 접합체의 촉매층 내에 포함되는 촉매의 함량을 줄이면서도 우수한 전지 성능을 나타낼 수 있는 막-전극 접합체의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a membrane-electrode assembly that can exhibit excellent battery performance while reducing the amount of catalyst contained in the catalyst layer of the membrane / electrode assembly.

본 발명의 목적은 촉매층의 유효면적을 증가시켜 높은 전기화학적 산화/환원 반응속도를 얻을 수 있는 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a fuel cell membrane / electrode assembly and a fuel cell including the same, which can increase the effective area of the catalyst layer to obtain a high electrochemical oxidation / reduction reaction rate.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 전해질 막; 상기 고분자 전해질 막을 중심으로 양면에 고분자 전해질 막에 접촉하여 배치되는 제1 촉매층; 상기 제1 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 이온전도성 다공층; 상기 이온전도성 다공층의 일면에 접촉하여 배치되는 제2 촉매층; 및 상기 제2 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 기체 확산층이 순차적으로 위치하고, 상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질; 및 이온전도성 고분자, 이온전도성 세라믹 물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이온전도성 물질을 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a polymer electrolyte membrane; A first catalyst layer disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane in contact with the polymer electrolyte membrane; An ion conductive porous layer disposed in contact with one surface of the first catalyst layer; A second catalyst layer disposed in contact with one surface of the ion conductive porous layer; And a gas diffusion layer sequentially disposed in contact with one surface of the second catalyst layer, wherein the ion conductive porous layer comprises an electron conductive material; And an ion conductive material selected from the group consisting of ion conductive polymers, ion conductive ceramic materials, and mixtures thereof.

본 발명은 또한 상기 막/전극 접합체; 상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 구비한 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a membrane / electrode assembly; Provided is a fuel cell having a bipolar plate sandwiching the membrane / electrode assembly.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

연료전지용 금속 촉매로는 대부분 고가의 귀금속이 사용되고 있으며, 그 중에서도 백금이 가장 널리 사용되고 있다. 따라서, 상기 촉매의 사용량을 줄이면서, 연료전지의 성능을 유지시키는 것이 가장 중요하다. Expensive precious metals are mostly used as metal catalysts for fuel cells, and platinum is the most widely used among them. Therefore, it is most important to maintain the performance of the fuel cell while reducing the amount of the catalyst used.

상기 촉매의 사용량을 줄일 수 있는 방법으로는 촉매를 기재에 증착시켜 촉매층을 형성시키는 증착법이 있다. 그러나, 촉매가 증착되는 기재의 표면적에 따라 촉매층의 표면적이 결정되며, 촉매층의 표면적이 낮은 경우에는 연료전지의 출 력 특성이 낮아지게 된다. 따라서, 촉매가 증착되는 기재의 표면적을 넓히는 것이 중요하다. As a method of reducing the amount of the catalyst used, there is a deposition method in which a catalyst layer is formed by depositing a catalyst on a substrate. However, the surface area of the catalyst layer is determined according to the surface area of the substrate on which the catalyst is deposited, and when the surface area of the catalyst layer is low, the output characteristics of the fuel cell are lowered. Therefore, it is important to widen the surface area of the substrate on which the catalyst is deposited.

본 발명에서는 촉매층이 존재하는 유효면적을 증가시켜 전기화학적 반응속도를 향상시키고자 기재에 촉매층을 형성하고 고분자 전해질 막에 촉매층을 형성한 후 이들 촉매층 사이에 이온전도성 다공층이 위치하게 한다.In the present invention, the catalyst layer is formed on the substrate and the catalyst layer is formed on the polymer electrolyte membrane to improve the electrochemical reaction rate by increasing the effective area in which the catalyst layer is present, and then the ion conductive porous layer is positioned between the catalyst layers.

도 2은 본 발명에 따른 막/전극 접합체의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 막/전극 접합체는 고분자 막(30); 상기 고분자 막(30)의 양면에 고분자막에 접촉하여 배치되는 제1 촉매층(32, 32'); 상기 제1 촉매층(32, 32')의 일면에 접촉하여 배치되는 이온전도성 다공층(34, 34'); 상기 이온전도성 다공층(34, 34')의 일면에 접촉하여 배치되는 제2 촉매층(36, 36'); 및 상기 제2 촉매층(36, 36')의 일면에 접촉하여 배치되는 기체 확산층(38, 38')을 포함하고, 상기 이온전도성 다공층(34, 34')은 전자전도성 물질과 이온전도성 고분자 또는 세라믹 물질을 포함한다.2 is a cross-sectional view of a membrane / electrode assembly according to the present invention. As shown in FIG. 2, the membrane / electrode assembly of the present invention includes a polymer membrane 30; First catalyst layers 32 and 32 'disposed on both surfaces of the polymer membrane 30 in contact with the polymer membrane; An ion conductive porous layer (34, 34 ') disposed in contact with one surface of the first catalyst layer (32, 32'); A second catalyst layer 36, 36 ′ disposed in contact with one surface of the ion conductive porous layer 34, 34 ′; And gas diffusion layers 38 and 38 'disposed in contact with one surface of the second catalyst layers 36 and 36', wherein the ion conductive porous layers 34 and 34 'are formed of an electron conductive material and an ion conductive polymer or Ceramic material.

상기 고분자 전해질막(30)은 수소이온전도성을 갖는 고분자라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 바람직하게는 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 등이 사용될 수 있으며, 이들의 구체적인 예로는 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황 화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸) (poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)), 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 등의 폴리벤즈이미다졸 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 상기 고분자 전해질막은 10 내지 200㎛의 두께를 갖는다.The polymer electrolyte membrane 30 may be any polymer as long as it has a hydrogen ion conductivity, and preferably a perfluoro polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, or a polyphenylene sulfide. Type polymer, polysulfone type polymer, polyether sulfone type polymer, polyether ketone type polymer, polyether ether ketone type polymer, polyphenylquinoxaline type polymer, etc. may be used, and specific examples thereof include poly (perfluorosulfone). Phosphonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), tetrafluoroethylene and fluorovinylether copolymers containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfonated polyetherketones, aryl ketones or poly (2,2 '-( m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole)), poly (2,5-benzimidazole), etc. Polybenzimidazole, etc. are available It may be, but is not limited thereto. In general, the polymer electrolyte membrane has a thickness of 10 to 200㎛.

상기 기체 확산층(38, 38')은 탄소 페이퍼 또는 탄소 천이 사용될 수 있으며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등으로 발수 처리하여 사용할 수 있다. 상기 기체 확산층은 고분자 막/전극 접합체를 지지하는 역할을 함과 아울러 고분자 막/전극 접합체에 반응기체를 확산시키는 역할을 한다.The gas diffusion layers 38 and 38 ′ may be carbon paper or carbon cloth, and may be used by water repellent treatment with polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like. The gas diffusion layer serves to support the polymer membrane / electrode assembly and to diffuse the reactant into the polymer membrane / electrode assembly.

상기 고분자 전해질 막(30)의 양면에 촉매 금속을 증착하여 제1 촉매층(32, 32')을 형성하고 기체 확산층(38, 38')의 일면에 촉매 금속을 증착하여 제2 촉매층(36, 36')을 형성한다. 상기 촉매층은 관련 반응(수소의 산화 및 산소의 환원)을 촉매적으로 도와주는 이른바 금속 촉매를 증착하여 형성하는 것으로, 상기 금속 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-전이금속 합금 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 전이금속의 예로는 크롬, 구리, 니켈, 루테늄, 오스뮴 등이 있다.The catalyst metals are deposited on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 30 to form the first catalyst layers 32 and 32 ', and the catalyst metals are deposited on one surface of the gas diffusion layers 38 and 38' to form the second catalyst layers 36 and 36. Form '). The catalyst layer is formed by depositing a so-called metal catalyst which catalyzes the related reaction (oxidation of hydrogen and reduction of oxygen), and the metal catalyst is preferably platinum, ruthenium, osmium, platinum-transition metal alloy, or the like. Can be used. Examples of the transition metal include chromium, copper, nickel, ruthenium, osmium, and the like.

상기 제1 촉매층과 제2 촉매층에 포함되는 단위면적당 촉매의 함량은 0.001 내지 0.5 mg/cm2인 것이 바람직하며, 0.01 내지 0.05 mg/cm2인 것이 더 바람직하다. 상기 제1 촉매층과 제2 촉매층에 포함되는 촉매의 함량이 0.001 mg/cm2 미만인 경우에는 연료전지의 효율이 충분하지 못하며, 0.5 mg/cm2를 초과하는 경우에는 촉매의 활용도가 떨어질 수 있다. The content of the catalyst per unit area included in the first catalyst layer and the second catalyst layer is preferably 0.001 to 0.5 mg / cm 2 , more preferably 0.01 to 0.05 mg / cm 2 . When the content of the catalyst contained in the first catalyst layer and the second catalyst layer is less than 0.001 mg / cm 2, the efficiency of the fuel cell is not sufficient, if the content of the catalyst exceeds 0.5 mg / cm 2 may be less effective in the use of the catalyst.

또한, 상기 제1 촉매층과 제2 촉매층에 포함되는 촉매의 비표면적은 10 내지 1000 m2/g인 것이 바람직하다. 연료전지의 산화/화원반응은 촉매의 표면에서 일어나는 것이므로, 비표면적이 클수록 연료전지의 효율이 우수하다. 따라서, 촉매의 비표면적이 10 m2/g미만인 경우에는 연료전지의 효율이 떨어지며, 1000 m2/g를 초과하는 경우에는 제조상의 어려움이 따른다.In addition, the specific surface area of the catalyst included in the first catalyst layer and the second catalyst layer is preferably 10 to 1000 m 2 / g. Oxidation / reaction of the fuel cell takes place on the surface of the catalyst, so the larger the specific surface area, the better the fuel cell efficiency. Therefore, when the specific surface area of the catalyst is less than 10 m 2 / g, the efficiency of the fuel cell is lowered, and when it exceeds 1000 m 2 / g there is a manufacturing difficulty.

상기 증착법으로는 플라즈마 화학 기상 증착, 레이저 화학 기상 증착과 같은 화학 기상 증착, 스퍼터링, 이온 빔 증착(electron beam evaporation), 진공 증착(vaccum thermal evaporation), 레이저 어블레이션(laser ablation), 열증착(thermal evaporation), 물리 기상 증착 등이 이용될 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다.Examples of the deposition method include chemical vapor deposition such as plasma chemical vapor deposition and laser chemical vapor deposition, sputtering, ion beam evaporation, vacuum thermal evaporation, laser ablation, and thermal deposition. evaporation, physical vapor deposition, etc. may be used, but is not limited thereto.

상기 제1 촉매층과 제2 촉매층 사이에 이온전도성 다공층(34, 34')을 배치한다. 상기 이온전도성 다공층은 제1 촉매층에 형성될 수도 있고 제2 촉매층에 형성될 수도 있다. 상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질과 이온전도성 고분자 또는 세라믹 물질을 포함하여 전자와 이온의 전달이 용이하게 이루어지며, 다공성 구조를 가지므로 연료기체나 산소기체의 전달을 용이하게 하며, 연료전지의 출력을 향상시킬 수 있다. Ion conductive porous layers 34 and 34 'are disposed between the first catalyst layer and the second catalyst layer. The ion conductive porous layer may be formed in the first catalyst layer or may be formed in the second catalyst layer. The ion conductive porous layer includes an electron conductive material and an ion conductive polymer or ceramic material to facilitate the transfer of electrons and ions, and has a porous structure to facilitate the transfer of fuel gas or oxygen gas, Can improve the output.

상기 전자전도성 물질로는 전자전도성 카본 또는 전자전도성 고분자를 사용할 수 있다. 상기 전자전도성 카본으로는 흑연, 카본블랙, 카본나노튜브, 활성탄소 등이 사용될 수 있다. 상기 전자전도성 고분자로는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴 리티오펜, 폴리아센(polyacene) 등이 사용될 수 있다. 또한 이온전도성 고분자로는 수소이온 전도성을 가지는 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있으며, 폴리퍼플루오로설폰산, 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸) (poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)), 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 등의 폴리벤즈이미다졸 등이 있다. 이온전도성 세라믹 물질로는 지르코늄포스페이트, 지르코늄옥사이드, 실리코팅스틱산, 포스포텅스틱산 및 포스포몰리브딕산 등이 있다.As the electron conductive material, an electron conductive carbon or an electron conductive polymer may be used. As the electron conductive carbon, graphite, carbon black, carbon nanotube, activated carbon, or the like may be used. As the electron conductive polymer, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene, or the like may be used. In addition, any ion-conductive polymer can be used as long as it has hydrogen ion conductivity, and tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether including polyperfluorosulfonic acid, poly (perfluorocarboxylic acid), and sulfonic acid groups. Copolymers, defluorinated sulfide polyetherketones, aryl ketones or poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) (poly (2,2'-(m-phenylene ), Polybenzimidazoles such as poly (2,5-benzimidazole), and the like. Ionic conductive ceramic materials include zirconium phosphate, zirconium oxide, silicating sticky acid, phosphotungstic acid and phosphomolybdic acid.

상기 전자전도성 물질과 이온전도성 고분자는 1:5 내지 50:1의 중량비, 바람직하게는 1:3 내지 2:1의 중량비로 존재한다. 전자전도성 물질의 함량이 1:5보다 낮게 첨가되면 전자전달의 네트워크가 형성되지 않으며 50:1 보다 큰 경우에는 이온전달의 네트워크가 형성되지 않는다. 이온전도성 세라믹 물질이 사용되는 경우에는 전자전도성 물질과 이온전도성 세라믹 물질은 1:2 내지 20:1의 중량비로 사용되는 것이 바람직하다. 전자전도성 물질이 1:2 보다 낮은 경우에는 전자전달의 네트워크가 형성되지 못하며, 전자전도성 물질이 20:1보다 큰 경우에는 이온전달의 네트워크가 형성되지 못하는 문제가 발생한다.The electron conductive material and the ion conductive polymer are present in a weight ratio of 1: 5 to 50: 1, preferably in a weight ratio of 1: 3 to 2: 1. If the content of the electron conductive material is added lower than 1: 5, the network of electron transport is not formed, and if the content of electron conductive material is greater than 50: 1, the network of ion transport is not formed. When an ion conductive ceramic material is used, the electron conductive material and the ion conductive ceramic material are preferably used in a weight ratio of 1: 2 to 20: 1. If the electron conductive material is lower than 1: 2, the electron transfer network cannot be formed. If the electron conductive material is larger than 20: 1, the ion transfer network cannot be formed.

상기 이온전도성 다공성층은 30 내지 70%의 기공도를 가진다. 상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질; 이온전도성 고분자 또는 세라믹 물질; 및 용매를 포함하는 조성물을 제2 촉매층이 형성된 기체 확산층이나 제1 촉매층이 형성된 고분자 막에 습식 코팅하여 형성될 수 있다. 상기 용매로는, 에탄올, 이소프로필알코 올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, DMAc(Dimethylacetamide), DMSO(Dimethylsulfoxide), NMP(N-methylpyrrolidone) 등이 바람직하게 사용될 수 있다. The ion conductive porous layer has a porosity of 30 to 70%. The ion conductive porous layer is an electron conductive material; Ionically conductive polymers or ceramic materials; And a composition including a solvent may be formed by wet coating a gas diffusion layer on which the second catalyst layer is formed or a polymer membrane on which the first catalyst layer is formed. As the solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, water, dimethylacetamide (DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP) and the like may be preferably used.

이온전도성 고분자의 경우에는 바인더의 역할을 수행할 수 있으므로 별도의 바인더를 첨가할 필요가 없으나 이온전도성 세라믹 물질의 경우에는 바인더를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 바인더로는 폴리테르라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화 프로필렌 코폴리머, 부타디엔-스티렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP) 등이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 전자전도성 물질과 이온전도성 세라믹 물질의 합계 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 사용되는 것이 바람직하다.In the case of the ion conductive polymer, since it may serve as a binder, it is not necessary to add a separate binder, but in the case of the ion conductive ceramic material, it is preferable to add the binder. The binder may be polyterafluoroethylene (PTFE), fluorinated propylene copolymer, butadiene-styrene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene Copolymers (PVdF-HFP) and the like can be used. The binder is preferably used in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the electron conductive material and the ion conductive ceramic material.

상기 코팅공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The coating process may be a screen printing method, a spray coating method or a coating method using a doctor blade, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, a painting method, etc., depending on the viscosity of the composition, but is not limited thereto.

코팅후 용매를 제거하기 위해 20 내지 180도 사이의 온도에서 가열하여 용매를 휘발시킬 수 있다. 또한 20 내지 180도의 온도에서 진공하에서 용매를 휘발시키는 공정이 또한 추가될 수 있다. The solvent may be volatilized by heating at a temperature between 20 and 180 degrees to remove the solvent after coating. In addition, a process of volatilizing the solvent under vacuum at a temperature of 20 to 180 degrees may also be added.

상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질, 이온전도성 고분자 또는 세라믹 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 이형필름에 코팅한 후 이를 기체 확산층에 형성된 제2 촉매층이나 고분자 막에 형성된 제1 촉매층에 전사하여 형성할 수도 있다. The ion conductive porous layer may be formed by coating a composition including an electron conductive material, an ion conductive polymer or a ceramic material, and a solvent on a release film and transferring the same to a second catalyst layer formed on a gas diffusion layer or a first catalyst layer formed on a polymer membrane. It may be.                     

상기 이온전도성 다공층은 가교된 폴리에틸렌 옥사이드, 가교된 폴리비닐알코올 등과 같은 함습성 하이드로겔 또는 실리카, 알루미나와 같은 함습성 무기물을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같이 함습성 하이드로겔 또는 무기물을 포함하는 경우 캐소드에서 발생한 물을 촉매층과 고분자막에 전달할 수 있어 별도의 가습이 필요하지 않은 무가습 운전이 가능할 수 있다. 상기 하이드로겔 또는 무기물은 1 내지 20 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. The ion conductive porous layer may further include a moisture-containing hydrogel such as crosslinked polyethylene oxide, crosslinked polyvinyl alcohol, or the like, or a moisture-containing inorganic material such as silica and alumina. As such, when the moisture-containing hydrogel or the inorganic material is included, water generated from the cathode may be delivered to the catalyst layer and the polymer membrane, thereby enabling a non-humidifying operation without requiring additional humidification. The hydrogel or inorganic material is preferably present in an amount of 1 to 20% by weight.

고분자 막(30)에 형성된 제1 촉매층(32, 32')에 이온전도성 다공층(34, 34')이 형성된 경우에는 제2 촉매층(36, 36')이 형성된 기체 확산층(38, 38')과 상기 고분자막(30)을 제1 촉매층(32, 32')과 제2 촉매층(36, 36') 사이에 이온전도성 다공층(34, 34')이 위치하도록 적층하고 열 또는 압력을 가하여 접착될 수 있다. 또한 기체 확산층(38, 38')에 형성된 제2 촉매층(36, 36')에 이온전도성 다공층(34, 34')이 형성된 경우에는 제1 촉매층(32, 32')이 형성된 고분자 막(30)과 상기 기체 확산층(38, 38')을 제1 촉매층과 제2 촉매층 사이에 이온전도성 다공층이 위치하도록 적층하고 열 또는 압력을 가하여 접착될 수 있다.When the ion conductive porous layers 34 and 34 'are formed in the first catalyst layers 32 and 32' formed on the polymer membrane 30, the gas diffusion layers 38 and 38 'on which the second catalyst layers 36 and 36' are formed. And the polymer membrane 30 are laminated so that the ion conductive porous layers 34 and 34 'are positioned between the first catalyst layers 32 and 32' and the second catalyst layers 36 and 36 'and are bonded by applying heat or pressure. Can be. In addition, when the ion conductive porous layers 34 and 34 'are formed in the second catalyst layers 36 and 36' formed in the gas diffusion layers 38 and 38 ', the polymer membrane 30 having the first catalyst layers 32 and 32' is formed. ) And the gas diffusion layers 38 and 38 ′ may be laminated such that an ion conductive porous layer is positioned between the first catalyst layer and the second catalyst layer and applied by heat or pressure.

기체 확산층(38, 38')에 제2 촉매층(36, 36')을 형성하기 전에 도전성 분말을 코팅하여 미세기공층(microporous layer)을 형성할 수 있다. 미세기공층은 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본파이버, 플러렌(fullerene) 또는 카본나노튜브 등을 포함할 수 있다. Before forming the second catalyst layers 36 and 36 ′ in the gas diffusion layers 38 and 38 ′, the conductive powder may be coated to form a microporous layer. The microporous layer may include a conductive powder having a small particle diameter, for example, carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, fullerene or carbon nanotubes.

상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있고 상기 용매로는, 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올등과 같은 알코올, 물, DMAc(Dimethylacetamide), DMSO(Dimethylsulfoxide), NMP(N-methylpyrrolidone) 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.As the binder resin, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and the like may be preferably used, and as the solvent, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl Alcohols such as alcohol, water, dimethylacetamide (DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), and the like may be preferably used. The coating process may be screen printing, spray coating, or a coating method using a doctor blade according to the viscosity of the composition, but is not limited thereto.

상기 제조된 막/전극 접합체는 가스 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 바이폴러 플레이트 사이에 삽입하여 단위 전지를 제조하고 이를 적층하여 스택을 제조한 후 이를 두개의 엔드 플레이트 사이에 삽입하여 연료전지를 제조할 수 있다. 연료전지는 이 분야의 통상의 기술에 의하여 모두 제조될 수 있다.
The prepared membrane / electrode assembly may be inserted between a gas flow channel and a bipolar plate on which a cooling channel is formed to manufacture a unit cell, and stacked to manufacture a stack, and then inserted between the two end plates to manufacture a fuel cell. Can be. Fuel cells can all be manufactured by conventional techniques in the art.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1: 막/전극 접합체 및 단위 전지의 제조) (Example 1: Preparation of membrane / electrode assembly and unit cell)

전자전도성 카본으로 Vulcan XC 6 중량부와 이온전도성 고분자로 폴리(퍼플루오로설폰산) 고분자(듀퐁사 Nafion 112) 14 중량부 및 용매로 물/이소프로필알코올=4/1(부피비) 80 중량부를 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다. 폴리(퍼플루오로설폰산) 고분자막(듀퐁사 Nafion 112)의 양면에 백금을 스퍼터링하여 제1 촉매층 형성하고, 제1 촉매층에 상기 조성물을 코팅한 후 건조하여 이온전도성 다공층을 형성하였다. 탄소페이퍼에 백금을 스퍼터링하여 제2 촉매층을 형성하여 애노드 전 극과 캐소드 전극을 제조하였다. 상기 제1촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.02mg/cm2이었고 제2 촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.05mg/cm2이었다. 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 상기 이온전도성 다공층과 제1 촉매층이 양면에 순차적으로 형성된 고분자막을 끼워넣고 가압하여 가압하여 막/전극 접합체를 제조하였다. Vulcan XC 6 parts by weight of electron conductive carbon, 14 parts by weight of poly (perfluorosulfonic acid) polymer (Nafion 112) by ion conductive polymer and 80 parts by weight of water / isopropyl alcohol = 4/1 (volume ratio) by solvent Mixing produced a coating composition. Platinum was sputtered on both sides of the poly (perfluorosulfonic acid) polymer membrane (Nafion 112, DuPont) to form a first catalyst layer, and the first catalyst layer was coated with the composition, followed by drying to form an ion conductive porous layer. Platinum was sputtered on carbon paper to form a second catalyst layer to prepare an anode electrode and a cathode electrode. The content of the catalyst in the first catalyst layer was 0.02 mg / cm 2 and the content of the catalyst in the second catalyst layer was 0.05 mg / cm 2 . A membrane / electrode assembly was prepared by inserting and pressing the polymer membrane having the ion conductive porous layer and the first catalyst layer sequentially formed on both surfaces between the anode electrode and the cathode electrode.

상기 제조된 막/전극 접합체를 두장의 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후 일정형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 바이폴러 플레이트에 삽입한 후 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다.The prepared membrane / electrode assembly is inserted between two gaskets, and then inserted into two bipolar plates in which a gas channel channel and a cooling channel of a predetermined shape are formed, and then compressed into a copper end plate. The battery was prepared.

(실시예 2)(Example 2)

전자전도성 카본으로 직경이 30마이크론이며 길이가 1000마이크론인 카본나노튜브 10 중량부, 이온전도성 세라믹 물질로 ZrP 10 중량부, 바인더로 폴리(퍼플루오로설폰산) 고분자(듀퐁사 Nafion 112) 5 중량부 및 용매로 물/이소프로필알코올=4/1(부피비) 75 중량부를 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 조성물을 폴리(퍼플루오로설폰산) 고분자막(듀퐁사 Nafion 112)의 양면에 백금이 증착되어 형성된 제1 촉매층에 코팅한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 단위 전지를 제조하였다. 상기 제1촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.02mg/cm2이었고 제2 촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.05mg/cm2이었다10 parts by weight of carbon nanotubes of 30 microns in diameter and 1000 microns in length of electron conductive carbon, 10 parts by weight of ZrP in ionic conductive ceramics, and 5 parts of poly (perfluorosulfonic acid) polymer as a binder (Dupont Nafion 112) A coating composition was prepared by mixing 75 parts by weight of water / isopropyl alcohol = 4/1 (volume ratio) with parts and a solvent. A unit cell was prepared in the same manner as in the above example except that the composition was coated on a first catalyst layer formed by depositing platinum on both surfaces of a poly (perfluorosulfonic acid) polymer membrane (Nafion 112, DuPont). The content of the catalyst in the first catalyst layer was 0.02 mg / cm 2 and the content of the catalyst in the second catalyst layer was 0.05 mg / cm 2 .

(실시예 3)(Example 3)

탄소 페이퍼에 도전성 분말로 카본 블랙을 코팅하여 미세기공층을 형성한 다 음 백금을 스퍼터링하여 제2 촉매층을 형성하여 제조된 전극을 캐소드 및 애노드 전극으로 사용하고 상기 캐소드와 애노드 전극 사이에 실시예 1에서 제조된 이온전도성 다공층과 제1 촉매층이 양면에 순차적으로 형성된 폴리(퍼플루오로설폰산) 고분자막을 끼워 넣고 가압하여 막/전극 접합체를 제조한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 단위 전지를 제조하였다. 상기 제1촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.02mg/cm2이었고 제2 촉매층에 함유된 촉매의 함량은 0.05mg/cm2이었다. Coating carbon black with carbon powder on carbon paper to form a microporous layer, and then sputtering platinum to form a second catalyst layer using an electrode prepared as a cathode and an anode electrode, and Example 1 between the cathode and the anode electrode. In the same manner as in Example 1, except that a membrane / electrode assembly was prepared by inserting and pressing a poly (perfluorosulfonic acid) polymer membrane sequentially formed on both surfaces of the ion conductive porous layer and the first catalyst layer prepared in The battery was prepared. The content of the catalyst in the first catalyst layer was 0.02 mg / cm 2 and the content of the catalyst in the second catalyst layer was 0.05 mg / cm 2 .

(전지성능 비교) (Compare battery performance)

상기 실시예에서 제조된 막-전극 접합체의 성능을 비교하기 위하여, 각 막-전극 접합체를 바이폴러 플레이트에 협지하여 단위전지 셀을 제조하였다. 60도의 온도, 상압에서 가습된 상태의 수소 공기를 단위전지 셀에 유입하여 전류 전압을 측정한 결과를 표 1에 기재하였다.  In order to compare the performance of the membrane-electrode assembly prepared in the above embodiment, each membrane-electrode assembly was sandwiched on a bipolar plate to prepare a unit battery cell. Table 1 shows the results of measuring the current voltage by introducing hydrogen air in a humidified state at a temperature of 60 ° C. and atmospheric pressure into a unit battery cell.

[표 1]TABLE 1

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 0.6V0.6 V 600mA/cm2 600 mA / cm 2 800mA/cm2 800 mA / cm 2 1.2A/cm2 1.2 A / cm 2 0.4V0.4 V 1.25A/cm2 1.25 A / cm 2 1.8A/cm2 1.8 A / cm 2 2.5A/cm2 2.5 A / cm 2

상기 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1 내지 3의 전류밀도가 우수함을 알 수 있다. 이는 촉매층의 유효면적이 증가되어 전기화학적 반응속도가 증가하였기 때문인 것으로 생각된다.As shown in Table 1, it can be seen that the current density of Examples 1 to 3 is excellent. This is thought to be because the effective area of the catalyst layer is increased and the electrochemical reaction rate is increased.

본 발명에서는 고분자 전해질막과 기체 확산층 사이에 제1 촉매층과 제2 촉 매층이 존재하고 이 제1 촉매층과 제2 촉매층 사이에 수소 이온전도성 다공층이 존재하여 촉매층의 유효면적을 증가시키고, 전지의 전기화학적 산화/환원 반응속도를 향상시킬 수 있다. In the present invention, the first catalyst layer and the second catalyst layer is present between the polymer electrolyte membrane and the gas diffusion layer and the hydrogen ion conductive porous layer is present between the first catalyst layer and the second catalyst layer to increase the effective area of the catalyst layer, Electrochemical oxidation / reduction reaction rate can be improved.

Claims (17)

고분자 전해질 막; Polymer electrolyte membranes; 상기 고분자 전해질 막을 중심으로 Mainly on the polymer electrolyte membrane 양면에 고분자 전해질 막에 접촉하여 배치되는 제1 촉매층; A first catalyst layer disposed on both sides in contact with the polymer electrolyte membrane; 상기 제1 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 이온전도성 다공층; An ion conductive porous layer disposed in contact with one surface of the first catalyst layer; 상기 이온전도성 다공층의 일면에 접촉하여 배치되는 제2 촉매층; 및 A second catalyst layer disposed in contact with one surface of the ion conductive porous layer; And 상기 제2 촉매층의 일면에 접촉하여 배치되는 기체 확산층이 순차적으로 위치하고, Gas diffusion layers disposed in contact with one surface of the second catalyst layer are sequentially located, 상기 이온전도성 다공층은 전자전도성 물질; 및 이온전도성 고분자, 이온전도성 세라믹 물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이온전도성 물질을 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체.The ion conductive porous layer is an electron conductive material; And an ion conductive material selected from the group consisting of ion conductive polymers, ion conductive ceramic materials, and mixtures thereof. 제1항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 수소이온전도성을 가지는 불소계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 케톤계 고분자, 에스테르계 고분자, 아미드계 고분자, 및 이미드계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 고분자로 이루어진 것인 연료전지용 막/전극 접합체.The polymer electrolyte membrane of claim 1, wherein the polymer electrolyte membrane is made of a polymer selected from the group consisting of a fluorine-based polymer having hydrogen ion conductivity, a benzimidazole-based polymer, a ketone-based polymer, an ester-based polymer, an amide-based polymer, and an imide-based polymer. Membrane / electrode assembly for phosphorus fuel cell. 제2항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐 에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸) (poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)), 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자로 이루어진 것인 연료전지용 막/전극 접합체.3. The polymer electrolyte membrane according to claim 2, wherein the polymer electrolyte membrane is tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether copolymer containing poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), sulfonic acid groups, defluorinated sulfide Polyetherketone, aryl ketone or poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) (poly (2,2'-(m-phenylene) -5,5'- bibenzimidazole)), poly (2,5-benzimidazole) is a fuel cell membrane electrode assembly comprising a polymer selected from the group consisting of. 제1항에 있어서, 상기 전자전도성 물질은 흑연, 카본블랙, 카본나노튜브, 활성탄소, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 및 폴리아센(polyacene)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 연료전지용 막/전극 접합체.The fuel cell membrane of claim 1, wherein the electron conductive material is at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon nanotubes, activated carbon, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacene. Electrode assembly. 제1항에 있어서, 상기 이온전도성 고분자는 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸) (poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)), 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 연료전지용 막/전극 접합체.The method of claim 1, wherein the ion conductive polymer is a poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), tetrafluoroethylene containing a sulfonic acid group, fluorovinyl ether copolymer, defluorinated Sulfided polyetherketones, aryl ketones or poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) (poly (2,2'-(m-phenylene) -5,5 ' -bibenzimidazole)), poly (2,5-benzimidazole) is at least one selected from the group consisting of fuel cell membrane electrode assembly. 제1항에 있어서, 상기 이온전도성 세라믹 물질은 지르코늄포스페이트, 지르코늄옥사이드, 실리코텅스틱산, 포스포텅스틱산, 및 포스포몰리브릭산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 연료전지용 막/전극 접합체. The fuel cell membrane / electrode assembly of claim 1, wherein the ion conductive ceramic material is at least one selected from the group consisting of zirconium phosphate, zirconium oxide, silico tungstic acid, phosphotungstic acid, and phosphomolybric acid. 제1항에 있어서, 상기 전자전도성 물질과 이온전도성 고분자는 1:5 내지 50:1의 중량비로 존재하는 연료전지용 막/전극 접합체. The membrane / electrode assembly of claim 1, wherein the electron conductive material and the ion conductive polymer are present in a weight ratio of 1: 5 to 50: 1. 제1항에 있어서, 상기 전자전도성 물질과 이온전도성 세라믹 물질은 1:2 내지 20:1의 중량비로 존재하는 연료전지용 막/전극 접합체. The membrane / electrode assembly of claim 1, wherein the electron conductive material and the ion conductive ceramic material are present in a weight ratio of 1: 2 to 20: 1. 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매층과 제2 촉매층은 금속 촉매를 증착하여 형성된 것인 연료전지용 막/전극 접합체. The fuel cell membrane electrode assembly of claim 1, wherein the first catalyst layer and the second catalyst layer are formed by depositing a metal catalyst. 제9항에 있어서, 상기 금속 촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 연료전지용 막/전극 접합체. 10. The membrane / electrode assembly of claim 9, wherein the metal catalyst is at least one selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, and a platinum-transition metal alloy. 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매층과 제2 촉매층에 포함되는 촉매의 함량은 단위면적당 0.001 내지 0.5 mg/cm2인 연료전지용 막/전극 접합체.The fuel cell membrane / electrode assembly according to claim 1, wherein the content of the catalyst contained in the first catalyst layer and the second catalyst layer is 0.001 to 0.5 mg / cm 2 per unit area. 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매층과 제2 촉매층에 포함되는 촉매의 촉매의 비표면적은 10 내지 1000 m2/g인 연료전지용 막/전극 접합체.The fuel cell membrane / electrode assembly according to claim 1, wherein the specific surface area of the catalyst of the catalyst contained in the first catalyst layer and the second catalyst layer is 10 to 1000 m 2 / g. 제1항에 있어서, 상기 이온전도성 다공층은 함습성 하이드로겔 또는 함습성 무기물을 추가로 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.The membrane / electrode assembly of claim 1, wherein the ion conductive porous layer further comprises a moisture-containing hydrogel or a moisture-insoluble inorganic material. 제13항에 있어서, 상기 하이드로겔은 가교된 폴리에틸렌 옥사이드, 가교된 폴리비닐알코올 또는 이들의 혼합물인 연료전지용 막/전극 접합체.The fuel cell membrane electrode assembly of claim 13, wherein the hydrogel is crosslinked polyethylene oxide, crosslinked polyvinyl alcohol, or a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 제2 촉매층과 기체 확산층 사이에 미세 기공층을 더 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체. The fuel cell membrane electrode assembly of claim 1, further comprising a fine pore layer between the second catalyst layer and the gas diffusion layer. 제1항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막, 제1 촉매층, 이온전도성 다공층, 제2 촉매층 및 기체 확산층의 접착은 열 또는 압력에 의해 이루어지는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.The fuel cell membrane / electrode assembly according to claim 1, wherein adhesion of the polymer electrolyte membrane, the first catalyst layer, the ion conductive porous layer, the second catalyst layer, and the gas diffusion layer is performed by heat or pressure. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 따른 막/전극 접합체; 및 상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 포함하는 연료전지.A membrane / electrode assembly according to any one of claims 1 to 16; And a bipolar plate sandwiching the membrane / electrode assembly.
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