KR101208159B1 - Fuel Cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 연료전지는 연료의 산화반응을 이용하는 애노드 전극과 산화제의 환원반응을 이용하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 전해질 또는 이온 교환막을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 캐소드 전극은 산화제로서 N, F, I, S, Cl 및 Br로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속 원소의 순물질, 화합물 또는 상기 순물질 또는 화합물의 이온에서 선택된 적어도 하나를 포함한다. The present invention relates to a fuel cell, wherein the fuel cell includes an anode electrode using an oxidation reaction of a fuel and a cathode electrode using a reduction reaction of an oxidant, and an electrolyte or an ion exchange membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. In a fuel cell comprising, the cathode comprises at least one selected from the group consisting of a pure substance, a compound of a nonmetallic element selected from the group consisting of N, F, I, S, Cl and Br or an ion of the pure substance or a compound as an oxidizing agent. .

상기와 같은 산화제를 이용할 경우 연료전지는 캐소드 전극에 사용되는 백금 촉매의 유무에 상관없이 높은 에너지 변환효율을 얻을 수 있다. 따라서 종래 캐소드 전극에 사용되는 귀금속 촉매인 백금 촉매를 사용하지 않거나, 백금 촉매를 저가의 다른 촉매로 대체할 수도 있다. When the oxidant is used as described above, the fuel cell can obtain high energy conversion efficiency regardless of the presence or absence of a platinum catalyst used for the cathode electrode. Therefore, the platinum catalyst, which is a noble metal catalyst used in the conventional cathode electrode, may not be used, or the platinum catalyst may be replaced with another low-cost catalyst.

비백금 촉매, 캐소드 전극, 연료전지 Non-platinum catalysts, cathode electrodes, fuel cells

Description

연료전지{Fuel cell}Fuel cell

본 발명은 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell.

일반적으로 연료전지는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 이러한 연료전지는 통상적으로 연료가 공급되는 애노드 전극과 산화제가 공급되는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 양이온 교환막을 포함하여 이루어진다. 상기 연료전지에서 산화제는 통상적으로 산소 또는 공기를 이용한다. In general, 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. Such a fuel cell typically includes an anode electrode supplied with fuel, a cathode electrode supplied with an oxidant, and a cation exchange membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. The oxidant in the fuel cell typically uses oxygen or air.

상기 연료전지는 높은 효율과 오염물질의 배출이 적어 청정에너지 전환 장치로서 주목받고 있다. 그러나 높은 비용과 기술적인 신뢰성의 한계로 인하여 상용화에 어려움을 주고 있다. 특히 캐소드 전극(일명, '공기극' 또는 '환원극'이라고도 한다)에서의 산소 환원반응은 애노드 전극(일명 '연료극' 또는 '산화극'이라고 도 한다)에서의 수소 산화 반응보다 106 배 정도 느리게 일어나게 되므로, 캐소드 전극의 산소 환원반응은 전체 반응 속도를 결정하는 주요 요소일 뿐만 아니라, 연료전지 성능을 결정하는 주요 원인이 된다.The fuel cell is attracting attention as a clean energy conversion device because of its high efficiency and low emission of pollutants. However, due to high cost and technical reliability limitations, it is difficult to commercialize. In particular, the oxygen reduction reaction at the cathode electrode (also known as 'air electrode' or 'reduction electrode') is 10 6 times slower than the hydrogen oxidation reaction at the anode electrode (also called 'fuel electrode' or 'anode'). As it occurs, the oxygen reduction reaction of the cathode is not only a major factor in determining the overall reaction rate, but also a major factor in determining fuel cell performance.

산소 환원반응의 속도를 높이기 위하여 현재 대부분의 연료전지의 캐소드 전극에는 백금 촉매를 사용하고 있다. 그러나 백금 촉매는 높은 전기전도도와 우수한 촉매특성을 지니고 있으나 가격이 고가이고, 촉매 작용이 일어나는 표면적을 높이는 데 한계가 있다. 이에 비용절감을 위해 백금 함량을 줄이거나 대체 촉매인 비귀금속 촉매의 개발이 요구되고 있다. In order to increase the rate of the oxygen reduction reaction, a platinum catalyst is used at the cathode of most fuel cells. Platinum catalysts, however, have high electrical conductivity and excellent catalytic properties, but are expensive and have limitations in increasing the surface area on which catalysis occurs. In order to reduce the cost, it is required to reduce the platinum content or to develop a non-noble metal catalyst as an alternative catalyst.

본 발명은 캐소드 전극의 백금촉매의 유무에 상관없이 높은 전력밀도를 나타내어 에너지 변환효율을 높일 수 있는 고효율의 연료전지를 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell of high efficiency capable of increasing energy conversion efficiency by exhibiting high power density regardless of the presence or absence of a platinum catalyst of a cathode electrode.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료의 산화반응을 이용하는 애노드 전극과 산화제의 환원반응을 이용하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 전해질 또는 이온 교환막을 포함하는 연료전지에 있 어서, 상기 캐소드 전극은 산화제로서 N, F, I, S, Cl 및 Br로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속 원소의 순물질, 화합물 또는 상기 순물질 또는 화합물의 이온에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell including an anode electrode using an oxidation reaction of a fuel and a cathode electrode using a reduction reaction of an oxidant, and an electrolyte or an ion exchange membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. For example, the cathode may include at least one selected from a pure material, a compound of a nonmetallic element selected from the group consisting of N, F, I, S, Cl, and Br or an ion of the pure material or a compound as an oxidizing agent. Provide a fuel cell.

상기 화합물은 수소화물, 산화물 또는 수산화물에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The compound may be at least one selected from hydrides, oxides or hydroxides.

상기 산화제는 질소의 수소화물, 질소의 산화물, 질소의 수산화물, 이온형태의 질소 수소화물, 이온형태의 질소 산화물 또는 이온형태의 질소 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a compound selected from hydride of nitrogen, oxide of nitrogen, hydroxide of nitrogen, nitrogen hydride in ionic form, nitrogen oxide in ionic form or nitrogen hydroxide in ionic form.

상기 산화제는 염소, 염소의 수소화물, 염소의 산화물, 염소의 수산화물, 이온형태의 염소 수소화물, 이온형태의 염소 산화물, 이온형태의 염소 수산화물에서 선택되는 순물질 또는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a pure substance or compound selected from chlorine, hydride of chlorine, oxide of chlorine, hydroxide of chlorine, chlorine hydride in ionic form, chlorine oxide in ionic form, and chlorine hydroxide in ionic form.

상기 산화제는 요오드, 요오드의 수소화물, 요오드의 산화물, 요오드의 수산화물, 이온형태의 요오드 수소화물, 이온형태의 요오드 산화물, 이온형태의 요오드 수산화물에서 선택되는 순물질 또는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a pure substance or a compound selected from iodine, hydride of iodine, oxide of iodine, hydroxide of iodine, iodine hydride in ionic form, iodine oxide in ionic form, and iodine hydroxide in ionic form.

상기 산화제는 황의 수소화물, 황의 산화물, 황의 수산화물, 이온형태의 황 수소화물, 이온형태의 황 산화물, 이온형태의 황 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a compound selected from sulfur hydride, oxide of sulfur, hydroxide of sulfur, sulfur hydride in ionic form, sulfur oxide in ionic form, and sulfur hydroxide in ionic form.

상기 산화제는 브롬의 수소화물, 브롬의 산화물, 브롬의 수산화물, 이온형태의 브롬 수소화물, 이온형태의 브롬 산화물, 이온형태의 브롬 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. The oxidizing agent may be a compound selected from hydride of bromine, oxide of bromine, hydroxide of bromine, bromine hydride in ionic form, bromine oxide in ionic form, and bromine hydroxide in ionic form.

상기 산화제는 불소의 수소화물, 불소의 산화물, 불소의 수산화물, 이온형태의 불소 수소화물, 이온형태의 불소 산화물, 이온형태의 불소 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a compound selected from hydride of fluorine, oxide of fluorine, hydroxide of fluorine, fluoride hydride in ionic form, fluorine oxide in ionic form, and fluorine hydroxide in ionic form.

상기 이온교환막은 양이온 교환막인 것이 바람직하다. It is preferable that the said ion exchange membrane is a cation exchange membrane.

상기 애노드 전극은 촉매를 포함하며, 상기 캐소드 전극은 촉매를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. The anode electrode includes a catalyst, and the cathode electrode may or may not include a catalyst.

상기 연료전지는 애노드 전극에 산화반응에 이용되는 연료를 공급하기 위한 연료공급구를 포함하고, 상기 연료전지는 캐소드 전극에 환원반응에 이용되는 산화제를 공급하기 위한 산화제공급구를 포함할 수 있다. 나아가 상기 연료전지는 상기 캐소드 전극에서의 반응물을 산소와 접촉시켜 산화시킨 후 상기 산화제공급구로 이송시키기 위한 이송라인이 구비될 수 있다. The fuel cell may include a fuel supply port for supplying a fuel used for an oxidation reaction to an anode electrode, and the fuel cell may include an oxidant supply port for supplying an oxidant used for a reduction reaction to a cathode electrode. Furthermore, the fuel cell may be provided with a transfer line for transferring the reactant at the cathode electrode with oxygen to oxidize the oxidant supply port.

본 발명에 따른 연료전지는 캐소드 전극에 산화제로서 기존 사용되는 산소 또는 공기 대신 산화제로서 N, F, I, S, Cl 및 Br로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속 원소의 순물질 또는 화합물을 이용함으로써, 통상의 연료전지의 캐소드 전극에 사용되는 백금 촉매의 유무에 상관없이 높은 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명에서 사용되는 산화제들은 반응속도가 매우 빠르고 활성손실이 적기 때문에 기존 연료전지의 제조비용을 줄일 수 있고, 에너지변환 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 연료전지를 구성할 때 캐소드 전극에 귀금속 촉매인 백 금촉매를 사용하지 않거나, 백금촉매를 저가의 다른 촉매로 대체할 수 있다. The fuel cell according to the present invention uses a pure material or a compound of a nonmetallic element selected from the group consisting of N, F, I, S, Cl and Br as an oxidant instead of oxygen or air conventionally used as an oxidant for a cathode. It is possible to obtain a high energy conversion efficiency regardless of the presence or absence of a platinum catalyst used in the cathode of the fuel cell. In particular, the oxidants used in the present invention can reduce the manufacturing cost of the existing fuel cell and improve the energy conversion efficiency because the reaction rate is very fast and the activity loss is low. Therefore, when constructing a fuel cell, a platinum catalyst, which is a noble metal catalyst, may not be used for the cathode, or the platinum catalyst may be replaced with another low-cost catalyst.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the accompanying drawings are provided only to assist in understanding the present invention, but the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지는 연료의 산화반응을 이용하는 애노드 전극(10)과 산화제의 환원반응을 이용하는 캐소드 전극(20) 및 상기 애노드 전극(10)과 상기 캐소드 전극(20) 사이에 위치하는 전해질 또는 이온 교환막(30)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 1, a fuel cell according to the present invention includes an anode electrode 10 using an oxidation reaction of a fuel and a cathode electrode 20 using a reduction reaction of an oxidant, and the anode electrode 10 and the cathode electrode 20. It comprises an electrolyte or ion exchange membrane 30 positioned between.

상기 애노드 전극(10)은 기재와 촉매층을 포함하여 이루어질 수 있다. The anode electrode 10 may include a substrate and a catalyst layer.

상기 기재는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 연료를 확산시켜 촉매층으로 연료가 쉽게 접근할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.The substrate serves to support the electrode and to diffuse the fuel into the catalyst layer to help the fuel easily accessible to the catalyst layer.

상기 기재로는 도전성 기재를 사용하며 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 또는 금속천(섬유 상태의 금속천으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The substrate may be a conductive substrate, and representative examples thereof include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth (porous film or polymer fiber composed of metal cloth in a fibrous state). The metal film is formed on the surface of the formed cloth) may be used, but is not limited thereto.

또한 상기 기재는 불소 계열 수지로 발수 처리한 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 발생되는 물에 의하여 반응물 확산 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 상기 불소 계열 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르, 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드알콕시비닐 에테르, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylenepropylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 또는 이들의 코폴리머를 사용할 수 있다.In addition, it is preferable to use a water-repellent treatment with a fluorine-based resin, since the substrate can prevent the reactant diffusion efficiency from being lowered by water generated when the fuel cell is driven. Examples of the fluorine-based resin include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polypolyhexafluoropropylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, polyperfluorosulfonyl fluoride alkoxy vinyl ether, and fluorinated ethylene propylene ( Fluorinated ethylenepropylene), polychlorotrifluoroethylene or copolymers thereof can be used.

상기 촉매층은 연료의 산화반응이 효율적으로 진행될 수 있도록 도와주며, 촉매를 포함한다. The catalyst layer helps the oxidation reaction of the fuel to proceed efficiently, and includes a catalyst.

상기 촉매는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 적용가능하다. 상기 촉매는 구체적으로 백금계 촉매를 사용할 수 있다. 상기 백금계 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,Zn, Sn, Mo, W, Rh, Rh 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 촉매를 사용할 수 있다. 일반적으로 연료 전지의 애노드 전극(10)에서는 반응 중에서 발생되는 CO에 의한 촉매 피독 현상이 발생함에 따라 이를 방지하기 위하여, 백금-루테늄 합금 촉매를 사용하는 것이 보다 바람직하 다. 상기 백금-루테늄 합금(->백금계 합금) 촉매로는 Pt, Pt/Ru, Pt/W, Pt/Ni, Pt/Sn, Pt/Mo, Pt/Pd, Pt/Fe, Pt/Cr, Pt/Co, Pt/Ru/W, Pt/Ru/Mo,Pt/Ru/V, Pt/Fe/Co, Pt/Ru/Rh/Ni 및 Pt/Ru/Sn/W을 예시할 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. The catalyst is applicable without limitation as long as it is generally used in the art. Specifically, the catalyst may be a platinum-based catalyst. As the platinum-based catalyst, platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, A catalyst selected from the group consisting of Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Rh and combinations thereof) and mixtures thereof. In general, in order to prevent the catalyst poisoning phenomenon caused by CO generated in the reaction in the anode electrode 10 of the fuel cell, it is more preferable to use a platinum-ruthenium alloy catalyst. As the platinum-ruthenium alloy (-> platinum-based alloy) catalyst, Pt, Pt / Ru, Pt / W, Pt / Ni, Pt / Sn, Pt / Mo, Pt / Pd, Pt / Fe, Pt / Cr, Pt / Co, Pt / Ru / W, Pt / Ru / Mo, Pt / Ru / V, Pt / Fe / Co, Pt / Ru / Rh / Ni and Pt / Ru / Sn / W, each of which may be exemplified It can be used individually or in combination of 2 or more types.

상기 기재와 촉매층을 포함하는 애노드 전극(10)은 다양한 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 예를 들어 촉매를 포함하는 슬러리를 기재에 도포하여 제조할 수 있다. 필요에 따라서는 전해질 또는 이온 교환막(30)에 촉매를 포함하는 슬러리를 도포하여 제조할 수도 있다. 그러나, 본 발명이 이들의 형성방법을 제한하는 것은 아니다. The anode electrode 10 including the substrate and the catalyst layer can be formed by various known methods. For example, the slurry containing a catalyst can be apply | coated to a base material, and can be manufactured. If necessary, it may be prepared by applying a slurry containing a catalyst to the electrolyte or ion exchange membrane (30). However, the present invention does not limit their formation method.

상기 캐소드 전극(20)은 기재를 포함하여 이루어진다. 상기 기재는 전술한 애노드 전극(10)에서 설명한 바와 동일한 것이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The cathode electrode 20 includes a substrate. Since the description may be the same as described above with respect to the anode electrode 10, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따르면 상기 캐소드 전극(20)은 촉매층을 더 포함하여 이루어 질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 캐소드 전극(20)에는 촉매층을 포함하여도 되고, 촉매층을 포함하지 않아도 높은 에너지변환 효율을 나타낸다. 이것은 본 발명에 따른 연료전지가 산화제로 산소나 공기를 사용하는 기존에 방식과 다른 산화제를 사용하기 때문이며, 이에 대해서는 후술한다.According to the present invention, the cathode electrode 20 may further include a catalyst layer. That is, the cathode electrode 20 according to the present invention may include a catalyst layer and exhibit high energy conversion efficiency without including the catalyst layer. This is because the fuel cell according to the present invention uses an oxidant different from the conventional method using oxygen or air as the oxidant, which will be described later.

따라서 본 발명의 캐소드 전극(20)을 제조할 때 촉매층, 특히 백금계 귀금속 촉매를 이용하여 형성된 촉매층을 형성하거나 형성하지 않아도 되고, 특히 촉매층을 형성하는 경우에도 기존 고가인 백금촉매의 함량을 줄이거나 저가의 다른 촉매로 대체가 가능하게 된다. Therefore, when the cathode electrode 20 of the present invention is manufactured, it is not necessary to form or form a catalyst layer formed using a catalyst layer, in particular, a platinum-based noble metal catalyst, and in particular, even when the catalyst layer is formed, the content of the expensive platinum catalyst is reduced or Alternative low cost catalysts will be available.

촉매층을 더 포함하는 경우 촉매로는 전술한 애노드 전극(10)에서 설명한 바와 같은 촉매를 사용할 수 있다. 아울러 촉매층을 포함하는 경우 전술한 애노드 전극(10)과 동일한 방법으로 형성이 가능하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the case of further including a catalyst layer, a catalyst as described in the above-described anode electrode 10 may be used as the catalyst. In addition, since the catalyst layer may be formed in the same manner as the anode electrode 10 described above, a detailed description thereof will be omitted.

상기 애노드 전극(10)과 상기 캐소드 전극(20) 사이에는 전해질 또는 이온 교환막이 구비된다. An electrolyte or an ion exchange membrane is provided between the anode electrode 10 and the cathode electrode 20.

상기 전해질은 다양한 종류의 연료전지에 사용되는 수산화이온, 인산염, 용융탄산염, 고체산화물, 고분자 전해질 등의 이온전도성을 갖는 물질을 의미하며 이온전도도가 좋은 전해질을 사용하는 것이 적합하며 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다. The electrolyte refers to a material having ion conductivity such as hydroxide ions, phosphates, molten carbonates, solid oxides, and polymer electrolytes used in various types of fuel cells, and it is suitable to use an electrolyte having good ion conductivity, and generally used in the art. You can apply what is used.

상기 전해질 또는 이온 교환막(30)은 애노드 전극(10)과 캐소드 전극(20)을 전기적으로 분리하는 절연체 역할을 함과 아울러, 연료전지의 작동 중에 애노드 전극(10)으로부터 캐소드 전극(20)으로 수소 이온 또는 수산화이온을 전달하는 매개체로 작용하며, 산화제 또는 연료를 분리하는 역할을 동시에 수행한다. The electrolyte or ion exchange membrane 30 serves as an insulator for electrically separating the anode electrode 10 and the cathode electrode 20, and the hydrogen from the anode electrode 10 to the cathode electrode 20 during operation of the fuel cell. It acts as a medium for transporting ions or hydroxide ions, and simultaneously serves to separate oxidants or fuels.

따라서 상기 전해질 또는 이온 교환막(30)은 수소 이온 전도성이 우수한 고분자를 사용하여 제조되는 것이 바람직하며, 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것 을 적용할 수 있다. Therefore, the electrolyte or the ion exchange membrane 30 is preferably manufactured using a polymer having excellent hydrogen ion conductivity, it is applicable to those commonly used in the art.

상기 이온 교환막은 양이온 교환막 또는 음이온 교환막을 사용할 수 있다. The ion exchange membrane may be a cation exchange membrane or an anion exchange membrane.

상기 양이온 교환막은 구체적으로 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자에서 선택되는 적어도 하나를 사용하여 제조할 수 있다. Specifically, the cation exchange membrane may be a fluorine polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer, a polyether ketone polymer. , Polyether-etherketone-based polymer, polyphenylquinoxaline-based polymer can be prepared using at least one selected.

상기 음이온 교환막은 구체적으로 플루오르계 고분자 및 탄화수소계 고분자에서 수산화이온을 잘 이동시킬 수 있는 양이온을 띄는 작용기를 가진전해질에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. Specifically, the anion exchange membrane may be selected from an electrolyte having a functional group exhibiting a cation capable of transferring hydroxide ions in the fluorine-based polymer and the hydrocarbon-based polymer.

필요에 따라서 상기 전해질 또는 이온 교환막(30)에는 충분한 전기 전도성을 확보하기 위하여 전기 전도층을 더 구비할 수도 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. If necessary, the electrolyte or ion exchange membrane 30 may further include an electrically conductive layer to ensure sufficient electrical conductivity, but the present invention is not limited thereto.

상기 애노드 전극(10)에서는 연료의 산화반응이 일어난다. 상기 연료는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 기체 또는 액체 상태의 수소또는 탄화수소 연료를 포함한다. 상기 탄화수소 연료의 대표적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연 가스를 들 수 있다. The anode electrode 10 undergoes an oxidation reaction of the fuel. Such fuels include hydrogen or hydrocarbon fuels in gas or liquid state as are commonly used in the art. Representative examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

필요에 따라서 상기 연료전지는 애노드 전극(10)으로 연료를 공급하기 위하여 연료공급구(11)를 더 포함할 수 있다. 상기 연료의 공급은 펌프 등 공지의 이송 수단을 사용하면 용이하게 실시할 수 있다. If necessary, the fuel cell may further include a fuel supply port 11 to supply fuel to the anode electrode 10. The fuel can be supplied easily by using a known transport means such as a pump.

상기 캐소드 전극(20)에서는 산화제의 환원반응이 일어난다. In the cathode electrode 20, a reduction reaction of an oxidant occurs.

본 발명에 따른 산화제는 기존과는 다른 종류의 산화제가 사용된다. 종래 대부분의 연료전지는 캐소드 전극(20)과 애노드 전극(10)에 백금 촉매를 사용한다. 특히, 애노드 전극(10)의 수소 산화반응 속도는 캐소드 전극(20)의 산소 환원반응 속도보다 상대적으로 빠르기 때문에 통상적으로 캐소드 전극(20)에는 많은 량의 백금 촉매가 사용된다. 그러나 본 발명에서는 백금촉매를 사용하지 않고도 기존의 연료전지에 비하여 효율성이 높은 연료전지를 제공할 수 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 반응속도가 느린 산소 대신에 산화제로 반응 속도가 빠른 소정의 산화제를 공급한다. The oxidizing agent according to the present invention uses a different kind of oxidizing agent. Most fuel cells in the related art use a platinum catalyst for the cathode electrode 20 and the anode electrode 10. In particular, since the hydrogen oxidation reaction rate of the anode electrode 10 is relatively faster than the oxygen reduction reaction rate of the cathode electrode 20, a large amount of platinum catalyst is typically used for the cathode electrode 20. However, the present invention can provide a fuel cell having higher efficiency than conventional fuel cells without using a platinum catalyst. To this end, the present invention supplies a predetermined oxidant having a fast reaction rate to the oxidant instead of oxygen having a slow reaction rate.

본 발명에 따르면 캐소드의 환원반응에 사용되는 산화제로서 N, F, I, S, Cl 및 Br로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속 원소의 순물질, 화합물 또는 상기 순물질 또는 화합물의 이온을 사용한다. 이때 상기 화합물은 수소화물, 산화물 또는 수산화물에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 아울러 상기 산화물은 하이포산화물, 아산화물, 산화물, 과산화물 등을 포함하는 종합적인 의미를 나타낸다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종이상을 조합하여 사용할 수 있다. According to the present invention, as the oxidizing agent used in the reduction reaction of the cathode, a pure substance, a compound of a nonmetallic element selected from the group consisting of N, F, I, S, Cl and Br or an ion of the pure substance or compound is used. In this case, the compound may be at least one selected from hydride, oxide or hydroxide. In addition, the oxide has a general meaning including hypooxide, suboxide, oxide, peroxide, and the like. These can be used individually or in combination of 2 types or more, respectively.

상기한 바와 같이 N, F, I, S, Cl 및 Br로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속 원소의 순물질, 화합물 또는 상기 순물질 또는 화합물의 이온에서 선택되는 산화제는 대부분 수소 환원 전극보다 높은 전위를 가지고 있으며 환원 반응 속도가 산소보다 매우 빠르다. 이로 인해 본 발명에 따른 연료전지는 전기화학반응에서 전압손실이 작기 때문에 산화제로 산소를 사용하는 기존의 연료전지에 비하여 유리한 면이 많다. 또 상기한 본 발명에 따른 산화제들의 대부분은 활성화 에너지가 낮기 때문에 기존에 사용하던 고가의 귀금속 촉매를 사용할 필요가 없다. 또한 본 발명에 따른 산화제들은 활성손실이 낮기 때문에 기존의 산소 환원 반응보다 활성손실이 더 작다는 이점이 있다. As described above, an oxidant selected from a pure substance, a compound of a nonmetallic element selected from the group consisting of N, F, I, S, Cl, and Br or an ion of the pure substance or a compound has a higher potential than a hydrogen reduction electrode and is reduced. The reaction rate is much faster than oxygen. For this reason, the fuel cell according to the present invention has many advantages over conventional fuel cells using oxygen as an oxidant because the voltage loss is small in the electrochemical reaction. In addition, since most of the oxidizing agents according to the present invention have low activation energy, there is no need to use an expensive noble metal catalyst used in the past. In addition, since the oxidizing agents according to the present invention have a low activity loss, there is an advantage that the activity loss is smaller than that of the conventional oxygen reduction reaction.

필요에 따라 본 발명에 따른 연료전지는 캐소드 전극(20)으로 산화제를 공급하기 위하여 산화제공급구(21)를 포함할 수 있다. 상기 산화제의 공급은 펌프등 공지의 이송수단을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. If necessary, the fuel cell according to the present invention may include an oxidant supply port 21 to supply an oxidant to the cathode electrode 20. The supply of the oxidant can be easily carried out by applying a known conveying means such as a pump.

이때 상기 캐소드 전극(20)에서 환원반응을 통해 생성되는 반응물은 산소와 접촉시 쉽게 산화될 수 있으며, 따라서 이를 다시 상기 캐소드 전극(20)으로 공급되도록 할 수 있다. 이를 위하여 상기 캐소드 전극(20)에서 배출되는 반응물을 산소와 접촉시켜 산화시킨 후 상기 산화제공급구(21)로 이송시키기 위한 이송라인(도면에 도시하지 않음)이 구비되는 것이 바람직하다. 이때, 산소와의 접촉은 이송라인 중에 별도의 산소공급라인을 연결하여 실시할 수 있다. In this case, the reactants generated through the reduction reaction in the cathode electrode 20 may be easily oxidized when contacted with oxygen, and thus may be supplied back to the cathode electrode 20. To this end, it is preferable that a transfer line (not shown) is provided to transfer the reactant discharged from the cathode electrode 20 to oxygen and then to the oxidant supply port 21. At this time, the contact with the oxygen may be carried out by connecting a separate oxygen supply line in the transfer line.

본 발명의 일 예에 따르면 상기 산화제는 질소의 수소화물, 질소의 산화물, 질소의 수산화물, 이온형태의 질소 수소화물, 이온형태의 질소 산화물 또는 이온형태의 질소 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다According to one embodiment of the present invention, the oxidant may be a compound selected from hydride of nitrogen, oxide of nitrogen, hydroxide of nitrogen, nitrogen hydride in ionic form, nitrogen oxide in ionic form or nitrogen hydroxide in ionic form.

구체적인 예를 들어 상기 산화제로 질산을 사용하는 경우, 질산은 질소로 환원될 때 1.246 V의 전위를 얻을 수 있으며, 이 반응은 귀금속 촉매를 사용하지 않아도 빠르게 일어난다. 이러한 반응을 이용하여 연료전지를 작동할 수 있다. 하지만 이러한 환원반응에 의해 미량의 NOx 등의 질소산화물이 발생할 수 있다. 이들은 다시 연료전지의 캐소드 전극(20)으로 이송하여 사용할 수 있으며, 더 큰 환원전위(1.68 V)를 가지고 있기 때문에 더 유용한 특성을 나타낸다. 이러한 반응을 통해 수소에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다. For example, in the case of using nitric acid as the oxidizing agent, nitric acid can obtain a potential of 1.246 V when reduced to nitrogen, and this reaction occurs quickly without using a noble metal catalyst. This reaction can be used to operate the fuel cell. However, a small amount of nitrogen oxides such as NOx may be generated by the reduction reaction. They can be transferred back to the cathode electrode 20 of the fuel cell for use and exhibit more useful properties because they have a larger reduction potential (1.68 V). Through this reaction, hydrogen energy can be converted into electric energy.

상기 산화제는 염소, 염소의 수소화물, 염소의 산화물, 염소의 수산화물, 이온형태의 염소 수소화물, 이온형태의 염소 산화물, 이온형태의 염소 수산화물에서 선택되는 순물질 또는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a pure substance or compound selected from chlorine, hydride of chlorine, oxide of chlorine, hydroxide of chlorine, chlorine hydride in ionic form, chlorine oxide in ionic form, and chlorine hydroxide in ionic form.

구체적인 예를 들어 염산은 전기분해 등의 산화과정을 통해 염소산, 과염소산 등을 형성할 수 있다. 특히 과염소산은 염소이온으로 환원될 때 1.287 V의 환원전위를 가진다. 이러한 반응은 연료전지의 캐소드 전극(20)에 활용될 수 있으며, 촉매를 사용하지 않거나 촉매의 사용량을 줄이거나 백금촉매가 아닌 다른 귀금속 촉매를 사용할 수도 있다. For example, hydrochloric acid may form chloric acid, perchloric acid, or the like through an oxidation process such as electrolysis. In particular, perchloric acid has a reduction potential of 1.287 V when reduced to chlorine ions. This reaction may be utilized for the cathode electrode 20 of the fuel cell, and may use no catalyst, reduce the amount of catalyst used, or use a noble metal catalyst other than platinum catalyst.

상기 산화제는 황의 수소화물, 황의 산화물, 황의 수산화물, 이온형태의 황 수소화물, 이온형태의 황 산화물, 이온형태의 황 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. 또한 상기 산화제는 브롬의 수소화물, 브롬의 산화물, 브롬의 수산화물, 이온형태의 브롬 수소화물, 이온형태의 브롬 산화물, 이온형태의 브롬 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. 또한 상기 산화제는 불소의 수소화물, 불소의 산화물, 불소의 수산화물, 이온형태의 불소 수소화물, 이온형태의 불소 산화물, 이온형태의 불소 수산화물에서 선택되는 화합물일 수 있다. The oxidant may be a compound selected from sulfur hydride, oxide of sulfur, hydroxide of sulfur, sulfur hydride in ionic form, sulfur oxide in ionic form, and sulfur hydroxide in ionic form. In addition, the oxidizing agent may be a compound selected from hydride of bromine, oxide of bromine, hydroxide of bromine, bromine hydride in ionic form, bromine oxide in ionic form, and bromine hydroxide in ionic form. In addition, the oxidizing agent may be a compound selected from hydride of fluorine, oxide of fluorine, hydroxide of fluorine, fluoride hydride in ionic form, fluorine oxide in ionic form, and fluorine hydroxide in ionic form.

구체적으로, 황산과 산화황 등은 고체 황으로 환원될 때 0.3~0.45V 정도의 환원 전위를 가진다. 이러한 반응을 통해 에너지를 생산할 수 있으며 이때 황은 고체상태의 황으로 환원되어 제거할 수 있다. Specifically, sulfuric acid, sulfur oxide, and the like have a reduction potential of about 0.3 to 0.45 V when reduced to solid sulfur. Through this reaction, energy can be produced, and sulfur can be reduced and removed to solid sulfur.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 산화제들은 연료전지의 캐소드 전극(20)에서 높은 환원전위를 가지고 있다. 이러한 산화제들은 산소 환원보다 활성손실이 적기 때문에 에너지 변환효율이 높으며, 반응속도가 빠르기 때문에 고가의 귀금속 촉매를 사용할 필요가 없다. As described above, the oxidants according to the present invention have a high reduction potential at the cathode electrode 20 of the fuel cell. Since these oxidants have less activity loss than oxygen reduction, they have high energy conversion efficiency and do not need to use expensive noble metal catalyst because of fast reaction speed.

특히, 본 발명에 따른 연료전지를 자동차등의 고밀도의 출력이 요구되는 곳에 적용되기 위해서 환원된 비금속화합물을 다시 산화시켜 산화제로 사용할 수 있는 재생산 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 NO3 -이온은 적절한 촉매를 사용하여 NO2 - 이온으로 환원될 수 있다. 환원된 NO2 - 이온은 산소가 존재할 때 쉽게 NO3 - 이온으로 산화될 수 있기 때문에 재사용이 가능한 산화제를 제공할 수 있 다. In particular, in order to apply the fuel cell according to the present invention where a high-density output is required, such as an automobile, it is preferable to use a regeneration system that can oxidize the reduced nonmetallic compound again as an oxidant. For example, NO 3 ions may be reduced to NO 2 ions using a suitable catalyst. The reduced NO 2 ions can be easily oxidized to NO 3 ions in the presence of oxygen, thereby providing a reusable oxidant.

상기한 본 발명에 따른 연료전지는 필요에 따라서 다수개 연결하여 사용할 수 있다. The fuel cell according to the present invention described above can be used by connecting a plurality as needed.

이하, 본 발명은 하기의 실시예를 통하여 설명하기로 하나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시된 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through the following examples, but the following examples are only exemplified to aid the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

백금이 20%로 담지된 카본블랙(Basf사-Pt/Vulcan XC72R) 촉매에 5% 나피온 용액(NafionTM, 듀폰사제)을 촉매와 나피온 용액의 중량비가 80:20이 되도록 첨가하고, 촉매 100 중량부 대비 30중량부의 초순수와 이소프로필알콜을 첨가하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 이 촉매 슬러리를 탄소종이(토레이사제) 위에 Pt/탄소 촉매가 1mg/cm2가 되도록 도포하여 캐소드 전극을 제조하였다. A 5% Nafion solution (NafionTM, manufactured by DuPont) was added to a carbon black (Basf-Pt / Vulcan XC72R) catalyst loaded with 20% platinum so that the weight ratio of the catalyst and Nafion solution was 80:20, and the catalyst 100 30 parts by weight of ultrapure water and isopropyl alcohol were added to prepare a catalyst slurry. This catalyst slurry was applied onto carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc.) so that the Pt / carbon catalyst was 1 mg / cm 2 to prepare a cathode electrode.

이어, 상기 캐소드 전극 제조시와 동일한 방법으로 애노드 전극을 제조하였다. 이 촉매 슬러리를 탄소종이(토레이사제) 위에 촉매가 0.5mg/cm2가 되도록 도포하여 애노드 전극을 제조하였다. Subsequently, an anode electrode was manufactured in the same manner as in the preparation of the cathode electrode. This catalyst slurry was applied on carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc.) so as to have a catalyst of 0.5 mg / cm 2 to prepare an anode electrode.

상기에서 제조된 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 양이온 교환막인 나피온 212(듀폰사제)을 위치시킨 후 120℃의 온도에서 100kg/cm2의 압력을 가하면서 약 3분 동안 가열 압착하였다. 이를 이용하여 도 1에 도시된 바와 같은 연료전지를 구성하였다. The cation exchange membrane Nafion 212 (manufactured by DuPont) was placed between the cathode electrode and the anode electrode prepared above, followed by heat compression for about 3 minutes while applying a pressure of 100 kg / cm 2 at a temperature of 120 ° C. Using this, a fuel cell as shown in FIG. 1 was constructed.

<비교예 2>Comparative Example 2

증류수에 카본블랙을 분산시킨 후 코발트염과 폴리피롤을 용해시켜주었다. 충분히 교반시켜준 후 환원제(소듐보로하이드)를 넣어 금속염을 환원시켰다. 이를 통해 Co와 피롤기의 질소가 배위결합된 촉매를 제조하였다. 이를 촉매 슬러리로 사용하여 캐소드 전극을 제조한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 하여 단위전지를 제조하였다. 이때 반응물의 농도를 높여주기 위해 수소와 순수한 산소를 사용하였으며, 2기압에서 단위전지 성능을 측정하였다. After dispersing carbon black in distilled water, cobalt salt and polypyrrole were dissolved. After sufficiently stirring, a reducing agent (sodium borohydride) was added to reduce the metal salt. Through this, a catalyst in which the nitrogen of Co and the pyrrole group was coordinated was prepared. A unit cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the cathode was manufactured using the catalyst slurry. At this time, hydrogen and pure oxygen were used to increase the concentration of the reactants, and the unit cell performance was measured at 2 atmospheres.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

질산의 전기화학적 환원반응에 적합한 촉매로 철을 카본블랙위에 고정시킨 촉매를 제조하였다. 에틸렌글리콜 용매에 질산철 10mM과 멜라민(Melamin) 30mM을 카본블랙(Vulcan-XC72R)에 담지 시켰다. 이때 철과 카본블랙의 중량비가 10:90가 되도록 하였다. 제조된 시료를 질소 분위기에서 700℃로 3시간 동안 열처리해 주어 카본블랙에 철을 고정시켰다. 카본블랙에 철을 고정시킨 촉매 슬러리를 사용하여 캐소드 전극을 제조한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다. A catalyst in which iron was fixed on carbon black was prepared as a catalyst suitable for the electrochemical reduction of nitric acid. Iron nitrate 10 mM and melamine (Melamin) 30 mM in ethylene glycol solvent was supported on carbon black (Vulcan-XC72R). At this time, the weight ratio of iron and carbon black was 10:90. The prepared sample was heat-treated at 700 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to fix iron on carbon black. A cathode electrode was prepared using a catalyst slurry in which iron was fixed to carbon black, and the same procedure as in Comparative Example 1 was carried out.

<실험예> <Experimental Example>

상기 실시예의 연료전지의 애노드 전극에는 수소를 20ml/min으로 공급하였으며, 캐소드 전극에는 5M 농도의 질산을 1ml/min 로 공급하였다. 이때 단위전지의 활성면적은 2cm2 이며, 상압 80℃에서 전류밀도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1 및 도 2와 3에 나타내었다. Hydrogen was supplied at 20 ml / min to the anode electrode of the fuel cell of the embodiment, and nitric acid at a concentration of 5 M was supplied at 1 ml / min to the cathode. At this time, the active area of the unit cell is 2cm 2 , the current density was measured at an atmospheric pressure of 80 ℃, the results are shown in Table 1 and Figures 2 and 3.

1.0 V1.0 V 0.9 V0.9 V 0.8 V0.8 V 0.7 V0.7 V 0.6 V0.6 V 비교예 1
(Pt/C catalyst)
Comparative Example 1
(Pt / C catalyst)
2020 2020 8080 220220 445445
비교예 2
(Co-PPy catalyst)
Comparative Example 2
(Co-PPy catalyst)
-- -- -- 2020 7070
실시예 1
Nitrate oxidant
Example 1
Nitrate oxidant
6060 250250 460460 500500 520520

상기 표 1에서 보는 바와 같이 백금촉매를 사용하는 비교예 1과 백금촉매 대신 비백금 촉매를 사용하는 비교예 2를 비교하여 보면, 백금촉매를 사용하는 비교예 1의 전력변환 효율이 월등하게 뛰어난 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, when comparing Comparative Example 1 using the platinum catalyst and Comparative Example 2 using the non-platinum catalyst instead of the platinum catalyst, the power conversion efficiency of Comparative Example 1 using the platinum catalyst was excellent. You can check it.

그러나, 본 발명은 촉매를 사용하지 않고도 질산환원반응을 이용하면상압 80℃에서 520mW/cm2 의 최고 전력밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이러한 성능을 기존 백금촉매의 산소환원반응을 이용한 비교예 1의 연료전지와 비교했을 때 높은 전위영역에서 연료전지의 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다. 즉, 기존 백금 촉매를 이용한 비교예 1의 연료전지의 경우 0.6V에서 445mW/cm2 의 전력밀도를 나타내지만 본 발명은 0.8 V에서 460mW/cm2 의 전력밀도를 나타낸다. 따라서 본 발명을 통해 같은 전력을 생산할 때 더 높은 전위에서 작동시킬 수 있으며 이로 인해 에너지 변환 효율을 16~20% 정도 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다. However, it can be seen that the present invention can obtain a maximum power density of 520 mW / cm 2 at a normal pressure of 80 ° C. using a nitrate reduction reaction without using a catalyst. Compared with the performance of the fuel cell of Comparative Example 1 using the oxygen reduction reaction of the conventional platinum catalyst it can be confirmed that the efficiency of the fuel cell in the high potential region. That is, the fuel cell of Comparative Example 1 using the existing platinum catalyst shows a power density of 445mW / cm 2 at 0.6V, but the present invention shows a power density of 460mW / cm 2 at 0.8V. Therefore, it can be seen that the present invention can operate at a higher potential when producing the same power, thereby increasing the energy conversion efficiency by about 16 to 20%.

<실험예 2><Experimental Example 2>

5M 농도의 질산을 연료전지의 캐소드 전극에 공급하면서 80℃에서 100시간동안 안정성 테스트를 실시하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. A stability test was performed at 80 ° C. for 100 hours while supplying nitric acid at a concentration of 5M to the cathode electrode of the fuel cell, and the results are shown in FIG. 3.

도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지는 100시간 동안의 안정성 테스트를 거친 후에도 안정한 전지성능을 타나내는 것을 알 수 있다. As can be seen in Figure 3 it can be seen that the fuel cell according to the present invention shows a stable cell performance even after a stability test for 100 hours.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 캐소드 전극에 산화제로 5M의 질산을 사용했을 때 측정한 단위전지 실험 결과이다. 2 is a unit cell test result measured when 5M nitric acid is used as an oxidant in a cathode of a fuel cell according to the present invention.

도 3는 본 발명에 따른 연료전지를 80℃에서 100시간동안 방치하여 안정성을 측정한 결과이다. 3 is a result of measuring stability by leaving the fuel cell according to the present invention at 80 ℃ for 100 hours.

Claims (13)

수소 또는 탄화수소 연료의 산화반응을 이용하는 애노드 전극과 산화제의 환원반응을 이용하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 전해질 또는 이온 교환막을 포함하는 연료전지에 있어서, A fuel cell comprising an anode electrode using an oxidation reaction of hydrogen or a hydrocarbon fuel, a cathode electrode using a reduction reaction of an oxidant, and an electrolyte or ion exchange membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, 상기 캐소드 전극은 산화제로서 질산을 포함하고,The cathode electrode comprises nitric acid as an oxidizing agent, 상기 캐소드 전극은 철이 고정된 카본블랙으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지.The cathode electrode is a fuel cell, characterized in that made of carbon black fixed iron. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 이온교환막은 양이온 교환막인 것을 특징으로 하는 연료전지. The fuel cell of claim 1, wherein the ion exchange membrane is a cation exchange membrane. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 연료전지는 애노드 전극에 산화반응에 이용되는 연료를 공급하기 위한 연료공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the fuel cell includes a fuel supply port for supplying a fuel used for an oxidation reaction to an anode electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 연료전지는 캐소드 전극에 환원반응에 이용되는 산화제를 공급하기 위한 산화제공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지. The fuel cell of claim 1, wherein the fuel cell includes an oxidant supply port for supplying an oxidant used in a reduction reaction to a cathode electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 연료전지는 상기 캐소드 전극에서의 반응물을 산소와 접촉시켜 산화시킨 후 산화제공급구로 이송시키기 위한 이송라인이 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the fuel cell comprises a transfer line for oxidizing the reactant at the cathode by contacting with oxygen and then transferring the reactant to an oxidant supply port.
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