KR101272514B1 - 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법 - Google Patents

연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101272514B1
KR101272514B1 KR1020100122816A KR20100122816A KR101272514B1 KR 101272514 B1 KR101272514 B1 KR 101272514B1 KR 1020100122816 A KR1020100122816 A KR 1020100122816A KR 20100122816 A KR20100122816 A KR 20100122816A KR 101272514 B1 KR101272514 B1 KR 101272514B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrophobic polymer
carbon support
carbon
fuel cell
electrode
Prior art date
Application number
KR1020100122816A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120061484A (ko
Inventor
최진성
황인철
권낙현
이재승
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020100122816A priority Critical patent/KR101272514B1/ko
Publication of KR20120061484A publication Critical patent/KR20120061484A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101272514B1 publication Critical patent/KR101272514B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소지지체를 용매에 분산시킨 후 소수성 고분자를 첨가한 다음, 교반 및 초음파 분산을 통해 탄소지지체 표면에 소수성 고분자를 분산시키고, 이후 열처리 단계를 포함하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법은 제조공정이 간단하여 연료전지 공기극용 발수제의 대량생산에 적합하며, 제조된 복합체는 소수성 고분자가 촉매의 활성을 저해하지 않으면서 전극내에서 존재하므로 구동시 발생되는 물의 배출 및 고출력 영역에서의 성능을 유지할 수 있어 연료전지 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법{Preparing method of Hydrophobic polymer-Carbon support composites for Fuel cell electrode}
본 발명은 소수성 고분자를 탄소지지체 위에 분산시킨 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 복합체는 연료전지의 구동시 발생하는 물을 원활히 배출시켜 줌으로써 물 생성이 많아지는 영역에서의 연료전지 셀의 성능을 높게 유지시킬 수 있다.
연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서, 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지원으로 부각되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
연료전지에서 전기를 발생시키는 기본단위는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)로서, 전해질막과 전해질막 양면에 형성되는 연료극 및 공기극으로 구성된다. 연료전지의 연료극 전극에서는 연료의 산화반응이 일어나 수소이온 및 전자가 발생하고 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극으로 이동하게 된다. 또한, 공기극에서는 산소, 수소이온, 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이처럼 연료전지의 구동에 있어 물의 생성은 필수불가결한 요소이다. 하지만 물이 과량으로 존재하면 전극의 반응점을 감소시켜 오히려 연료전지의 성능을 저하시키며, 특히 고출력 영역에서는 반응속도가 빨라짐에 따라 물의 발생 속도 역시 증가하므로 생성된 물의 원활한 배출이 연료전지 셀 성능 유지의 중요한 키 포인트로 작용한다.
이렇듯, 공기극에서의 물이 배출되지 못하고 적체되는 플러딩(flooding) 현상을 방지하기 위한 기술이 다수 제안되었다. 대한민국 공개특허 제 10-2003-0014273 호에서는 촉매 담지 카본입자에 고분자 전해질을 코팅한 복차입자(複次粒子)를 이용하여 전극을 제조하는 방법을 제시하였다. 일본 공개특허 제 2006-286330 호에서는 촉매입자를 서로 다른 친수성을 가진 화합물로 표면 개질하여 촉매층내에서 친수성이 서로 다른 전극을 제조하는 방법을 제시 하였다. 또한, 대한민국 공개특허 제 10-2009-0038748 호에서는 두 종류의 발수성을 갖는 연료전지용 공기극 전극을 제조하여 이러한 현상을 막고자 하였으며, 대한민국 공개특허 제 10-2009-0030665 호에서는 소수성 고분자 섬유와 탄소섬유가 직조된 형태를 이용하여 발수성을 확보하고자 하였다. 그러나, 상기된 방법들은 전극 제조과정이 복잡하고, 촉매 피독 현상이나 미세기공 막힘 현상이 발생하는 문제가 있어하여 좀더 효율적으로 발수성을 유지할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 소수성 고분자를 탄소지지체에 분산시킨 복합체를 형성하고, 이러한 복합체를 발수제로서 공기극 제조시 첨가하면 공기극 촉매층에서 발생된 물을 가스확산층으로 원활히 배출하여 고출력 영역에서의 성능 저하를 방지할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명은 간단한 제조한 과정을 통해 연료전지 공기극용 발수제를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은
탄소지지체를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;
상기 분산액에 소수성 고분자를 첨가한 후, 교반 및 초음파 분산을 통해 탄소지지체 표면에 소수성 고분자가 분산된 혼합액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합액을 100 ~ 500℃에서 열처리하는 단계;
를 포함하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법에 의하면 간단한 방법을 통해 연료전지 공기극용 발수제를 대량생산할 수 있으며, 발수제인 복합체는 소수성 고분자가 촉매의 활성을 저해하지 않으면서 공기극에서 발생된 물을 가스확산층으로 원활히 이동시켜, 고출력 영역에서의 성능을 유지할 수 있으므로 연료전지 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 대표적인 소수성 고분자인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 물에 분산되어 있는 에멀젼을 전구체로 하여, 탄소나노튜브 위에 분산시키고 열처리 하는 과정을 도식화한 것이다.
도 2는 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 각각 0, 8, 15, 32 중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있는 탄소나노튜브의 전자주사현미경 관찰 사진이다.
도 3은 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 각각 0, 8, 15, 32 중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있는 탄소나노튜브가 첨가된 촉매슬러리를 제조하고, 이를 이형지에 코팅한 뒤 건조시킨 공기극용 전극을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이다.
도 4는 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 각각 0, 8, 15, 32 중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있는 탄소나노튜브가 첨가된 전극을 이용한 MEA 단전지 성능평가 결과이다.(상대습도 100%/100%)
도 5는 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 각각 0, 8, 15, 32 중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있는 탄소나노튜브가 첨가된 전극의 물질전달 저항값을 측정한 결과이다.
도 6은 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 각각 0, 8, 15, 32 중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있는 탄소나노튜브가 첨가된 전극을 이용한 MEA 단전지 성능평가 결과이다.(상대습도 150%/150%)
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
본 발명은 소수성 고분자를 탄소지지체 위에 분산시킨 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 이러한 복합체는 연료전지 전극 제조시 첨가되어 연료전지 구동시 발생하는 물을 효과적으로 배출시킴으로써 고출력 영역에서도 연료전지의 성능을 유지시키는 역할을 한다.
상기 탄소지지체를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계에서, 탄소지지체는 그 종류를 특별히 한정하지는 않으며, 구체적으로 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카블랙, 케첸블랙, 활성카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 카본 에어로겔, 카본크레로겔 및 그래핀 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하기로는 탄소지지체의 직경이 10 ~ 1000 nm 범위인 것를 사용하는 것이 좋다. 직경이 10 nm 미만이면 분산성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 1000 nm 를 초과하면 전극 제조시 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 상기 "직경"이란, 입자의 외경으로서 가장 긴 축을 의미하며 선형, 구형 등에 공히 적용되는 것이다. 이러한 탄소지지체를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하게 되는데, 이때 사용가능한 용매로는 에탄올, 이소프로필 알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸폼아마이드, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 용매의 사용량은 탄소지지체 100 중량부에 대하여 100 ~ 4000 중량부가 좋은데, 용매의 사용량이 100 중량부 미만이면 분산 자체가 어려우며, 4000 중량부를 초과하면 너무 농도가 낮아 소수성 고분자가 탄소지지체 표면 위에 올라가지 않는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 상기 분산액에 소수성 고분자를 첨가한다. 소수성 고분자는 널리 알려진 불소계 고분자를 사용하는 것이 좋다. 사용가능한 불소계 고분자로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르 및 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드 알콕시비닐 에테르 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다. 이들 소수성 고분자는 물이나 기타 용매에 녹아있거나 분산되어 있는 형태로 이용 가능하며, 파우더 자체를 상기 분산액에 첨가할 수도 있다. 첨가되는 소수성 고분자의 양의 탄소지지체 100 중량부에 대하여 1 ~ 100 중량부가 바람직하다. 소수성 고분자의 첨가량이 너무 적으면 소수성 고분자의 특성이 제대로 나타나지 않을 수 있으며, 100 중량부를 초과하는 경우 소수성 고분자가 코팅된 탄소지지체가 엉켜 붙어 가스가 통과하기 힘들고 코팅시 서로 뭉치는 문제가 있을 수 있다. 소수성 고분자를 첨가한 이후, 교반 및 초음파 분산과정을 거치게 되고, 이를 통해 탄소지지체 표면에 소수성 고분자가 분산된 혼합액을 얻게 된다.
이후, 상기 혼합액을 100 ~ 500℃에서 열처리하는 단계를 수행한다. 소수성 고분자가 물과 같은 용매에 분산되어 있는 경우, 계면활성제가 첨가 되어있는 경우가 대부분이며 이러한 계면활성제는 잔존시 전극 성능저하의 주원인이 되므로 열처리를 통해 이를 제거하는 과정이 반드시 필요하다. 또한, 열처리 과정을 통해 소수성 고분자가 탄소지지체 위에 보다 안정적으로 존재하게 된다. 열처리 온도는 100 ~ 500℃가 바람직한데, 온도가 100℃ 미만이면 계면활성제의 제거가 불충분하고 소수성 고분자가 안정적으로 탄소지지체 위에 존재하지 않는 문제가 있을 수 있으며, 반대로 500℃를 초과하는 경우 탄소지지체나 소수성 고분자가 산화되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위를 선택하는 것이 좋다.
열처리 과정을 마친 후 분쇄 작업을 통해 소수성 고분자가 탄소지지체 표면에 분산된 소수성 고분자-탄소지지체 복합체를 회수할 수 있다.
제조된 소수성 고분자-탄소지지체 복합체는 연료전지 촉매 슬러리 제조시에 첨가하여 발수성을 갖는 전극을 제조할 수 있다. 상기 촉매 슬러리의 제조는 기존의 촉매 잉크 제조방법을 이용할 수 있으며, 대표적으로 금속촉매, 수소이온전도성 고분자, 용매 등과 함께 소수성 고분자-탄소지지체 복합체를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 금속촉매로는 백금, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 이리듐 및 오스뮴 중에서 선택한 1종 이상을 함유하는 단일금속 또는 합금이 촉매지지체에 담지된 것을 사용할 수 있으며, 촉매지지체로는 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카블랙, 케첸블랙, 활성카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 카본 에어로겔, 카본크레로겔 및 그래핀 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다. 촉매 슬러리 제조시 사용되는 수소이온전도성 고분자로는 에시드 그룹(acid group)을 갖는 과불소계 고분자, 술폰화된 폴리아릴렌에테르술폰, 술폰화된 폴리에테르 케톤 등이 사용가능하며, 용매로는 에탄올, 이소프로필 알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올, 에톡시에탄올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸폼아마이드, 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법에 의하면, 간단한 공정을 통해 촉매 슬러리 제조시 첨가되는 발수제를 대량으로 제조할 수 있으며, 제조된 복합체는 소수성 고분자가 촉매의 활성을 저해하지 않으면서 전극내에서 존재하므로 연료전지 구동시 발생되는 물의 배출 및 고출력 영역에서의 성능을 유지할 수 있어 연료전지 특성을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 ~ 3 : 소수성 고분자- 탄소지지체 복합체의 제조
평균직경이 100 nm인 탄소나노튜브(CM-95, 한화석유화학社) 3 g을 이소프로필알코올 10 g에 넣고 마그네틱 바를 이용하여 10분간 교반하고 초음파 분산을 10분 가량 실시하여 분산액을 제조하였다. 이후, 물에 분산되어 있는 60 중량% 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 에멀젼을 탄소나토튜브 100 중량부 대비 PTFE가 각각 8 중량부(실시예 1), 15 중량부(실시예 2), 32 중량부(실시예 3)가 되도록 상기 분산액에 첨가하고, 30분간 교반하고 30분간 초음파 분산을 실시하여 혼합액을 제조하였다. 다음으로, 제조된 혼합액을 105℃에서 12시간, 350℃에서 30분간 열처리한 다음, 아게타 몰타르로 분쇄하여 복합체를 회수하였다.
도 2는 탄소나노튜브 및 실시예 1 ~ 3 에서 제조한 복합체의 전자 주사 현미경 사진이다. 탄소나노튜브위에 PTFE가 잘 분산되어 있지만 기공을 막거나 엉켜있는 형상은 관찰되지 아니하였다.
실시예 4 : 연료전지용 전극의 제조
실시예 1에서 제조한, 폴리테트라플루오로에틸렌이 탄소나노튜브 표면에 분산된 복합체를, 촉매 잉크 제조시 첨가하여 전극을 제조하였다. 금속촉매는 백금이 아세틸렌블랙(AB)에 60 중량%로 담지된 것을 이용하였으며, 물, 이소프로필알코올 및 에톡시에탄올이 1 : 1 : 0.8 중량비로 혼합된 것을 용매로 사용하였다. 용매는 금속촉매 중량 대비 90 배로 사용하였다. 용매에 금속촉매를 용매에 넣고 24시간 교반을 진행하면서 3시간 가량 초음파 분산을 동반 진행하였다. 분산된 슬러리에 수소이온전도성 고분자인 Hyflon?를 촉매 100 중량부에 대하여 32 중량부로 첨가하였다. 다시 24시간 교반을 진행하면서 3시간 가량 초음파 분산(1시간씩 3회)을 동반 진행하였다.
상기 촉매 슬러리 제조시 사용한 동일 용매에 실시예 1에서 제조한 복합체를 분산시켰다. 복합체와 용매의 중량비는 1 : 90 으로 하였으며, 복합체가 분산된 용액을 수소이온전도성 고분자가 분산된 촉매 슬러리에 1 : 3 의 중량비로 투입하고, 교반하면서 초음파 분산을 2시간(1시간씩 2회) 진행하였다. 초음파 분산이 끝난 촉매 슬러리는 지르코니아 볼을 이용하여 50 rpm에서 30분간 교반하였다.
이후 준비된 촉매슬러리를 바코터를 이용하여 이형지에 코팅하였다. 이때, 코팅 두께는 0.4 mgPt/㎠ 기준으로 조절하였으며, 코팅된 전극은 공기 분위기에서 12 시간 건조시켰다.
실시예 5 ~ 6 : 연료전지용 전극의 제조
상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 실시예 5에서는 실시예 2에서 제조한 소수성 고분자-탄소지지체 복합체를, 실시예 6에서는 실시예 3에서 제조한 소수성 고분자-탄소지지체 복합체를 이용하여 전극을 제조하였다.
비교예 : 연료전지용 전극의 제조
상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 일반 탄소나노튜브를 이용하여 전극을 제조하였다.
도 3은 실시예 4 ~ 6 및 비교예에서 제조한 전극의 광학 현미경 사진이다. 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 탄소나노튜브를 첨가함에 따라 표면 크랙이 보완되어 좀더 나은 분산성을 보임을 알 수 있다.
단전지 평가 시험
실시예 4 ~ 6 및 비교예에서 제조한 전극을 이용하여 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly, MEA)를 제조하고, 이의 단전지 평가를 실시하였다.
실시예 4 ~ 6 및 비교예에서 제조한 전극을 4.5 × 4.5 (20 cm2) 크기로 자르고 멤브레인 공기극쪽에 위치시켰다. 연료극쪽은 기존 사용되는 어떠한 전극도 사용 가능하다. 연료극 전극을 공기극 반대편에 위치시키고 열압착을 통해 MEA를 제조하였다. 사용한 열압착 온도는 140℃ 5분이며 압력은 20 kgf/cm2이다. 열압착후 이형지를 제거하여 최종 MEA를 제조하였다. MEA 단전지 평가의 실험조건은 상대습도 100%/100%(공기극/연료극 각각 상대습도 100%), 셀온도 65℃, 흑연분리판을 사용하여 평가를 실시하였다.
또한, 물이 많이 존재하는 범위에서의 성능평가를 통해 전극의 발수성 정도를 확인하기 위해 위와 같이 제조된 MEA를 상대습도 150%/150%(공기극/연료극 각각 상대습도 150%, 다른 조건은 상동) 조건에서 평가를 실시하였다.
도 4는 공기극과 연료극의 상대습도가 각각 100%에서 실시한 단전지 평가 시험 결과이다. 도 4에서 보이는 바와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 복합체를 사용할 경우 고출력 영역에서 성능이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 도 5는 공기극에서의 물질전달 저항값을 측정한 결과로서, 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 복합체의 첨가에 따라 물질전달 저항이 줄어듦을 확인할 수 있다.
도 6은 공기극과 연료극의 상대습도가 각각 150%에서 실시한 단전지 평가 시험 결과이다. 도 6에서 보이는 바와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산된 복합체를 함유한 전극의 경우 물이 더욱 많이 존재하는 조건에서 성능이 더 우수하게 나타남을 확인할 수 있다. 이로써 소수성 고분자가 물배출을 용이하게 하여 물이 많이 존재하는 조건에서 더욱더 효과적으로 작용함을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 탄소지지체를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;
    상기 분산액에 소수성 고분자를 첨가한 후, 교반 및 초음파 분산을 통해 탄소지지체 표면에 소수성 고분자가 분산된 혼합액을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합액을 100 ~ 500℃에서 열처리하는 단계;
    를 포함하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법에 있어서, 상기 탄소지지체는 탄소나노튜브이고, 외경으로서 탄소나노튜브의 입자의 가장 긴 축의 직경이 평균 100 nm인 것이고, 상기 용매는 에탄올, n-프로필알코올, 부틸알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 디메틸폼아마이드, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중에서 선택한 1종 이상을 특징으로 하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 소수성 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르 및 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드 알콕시비닐 에테르 중에서 선택한 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소수성 고분자는 탄소지지체 100 중량부에 대하여 1 ~ 100 중량부로 사용하는 것을 특징으로 하는 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법.
  7. 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중에서 선택한 어느 한 항에 의해 제조된 소수성 고분자-탄소지지체 복합체를 함유한 연료전지용 전극.
KR1020100122816A 2010-12-03 2010-12-03 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법 KR101272514B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100122816A KR101272514B1 (ko) 2010-12-03 2010-12-03 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100122816A KR101272514B1 (ko) 2010-12-03 2010-12-03 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120061484A KR20120061484A (ko) 2012-06-13
KR101272514B1 true KR101272514B1 (ko) 2013-06-11

Family

ID=46612034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100122816A KR101272514B1 (ko) 2010-12-03 2010-12-03 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101272514B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170004248A (ko) 2015-07-01 2017-01-11 한국과학기술연구원 연료전지 촉매용 탄소 지지체 및 이의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102195891B1 (ko) * 2015-05-29 2020-12-28 코오롱인더스트리 주식회사 연료 전지용 캐소드 촉매층, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리
KR102230982B1 (ko) 2018-01-26 2021-03-22 주식회사 엘지화학 촉매층의 제조방법, 촉매층 및 이를 포함하는 막-전극 접합체 및 연료전지
CN114142163A (zh) * 2021-12-06 2022-03-04 河北金力新能源科技股份有限公司 高离子电导率超低水分耐高温表面改性的锂离子电池隔膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4235748A (en) 1979-02-28 1980-11-25 Yardney Electric Corporation Method of making improved hydrogenation catalyst
JPS6340260A (ja) * 1986-08-05 1988-02-20 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池用電極触媒層の製造方法
US5158843A (en) 1990-07-02 1992-10-27 Batson David C Small particle thin electrochemical electrode and method
KR20000046472A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 윤종용 수소이온교환막(pem) 연료전지의 촉매층 형성용 슬러리의 제조방법, 이를 이용한 pem 연료전지의 제조방법 및 이 방법에의해 제조되는 pem 연료전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4235748A (en) 1979-02-28 1980-11-25 Yardney Electric Corporation Method of making improved hydrogenation catalyst
JPS6340260A (ja) * 1986-08-05 1988-02-20 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池用電極触媒層の製造方法
US5158843A (en) 1990-07-02 1992-10-27 Batson David C Small particle thin electrochemical electrode and method
KR20000046472A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 윤종용 수소이온교환막(pem) 연료전지의 촉매층 형성용 슬러리의 제조방법, 이를 이용한 pem 연료전지의 제조방법 및 이 방법에의해 제조되는 pem 연료전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170004248A (ko) 2015-07-01 2017-01-11 한국과학기술연구원 연료전지 촉매용 탄소 지지체 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120061484A (ko) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8846271B2 (en) Electrode material
JP5182338B2 (ja) 燃料電池用膜−電極接合体、および、これを用いた燃料電池
KR101367357B1 (ko) 구배 다공도 및 촉매 밀도를 갖는 연료 전지용 촉매 전극
JP5322110B2 (ja) 燃料電池用カソード電極材料の製造方法及び燃料電池用カソード電極材料並びに該カソード電極材料を用いた燃料電池
JP6203286B2 (ja) 固体高分子形燃料電池用の担体炭素材料及び金属触媒粒子担持炭素材料、並びにこれらの製造方法
KR100684854B1 (ko) 연료 전지용 촉매, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리
US20180123140A1 (en) N-doped carbon nanomaterials as catalysts for oxygen reduction reaction in acidic fuel cells
JP5202625B2 (ja) 燃料電池の膜−電極複合体用触媒インクの製造方法、及び、これを利用した燃料電池の膜−電極複合体の製造方法
JP4672683B2 (ja) 金属触媒とその製造方法、電極とその製造方法、及び燃料電池
JP6053251B2 (ja) 固体高分子形燃料電池ガス拡散層
JP2007222732A (ja) 電極触媒
US10424795B2 (en) Gas diffusion substrate
CN108475791A (zh) 催化剂
JP4337406B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用電極およびこれを用いた固体高分子型燃料電池
ITTO970759A1 (it) Elettrodi a diffusione di gas a base di miscele di polieteresolfone e carbonio
KR101162472B1 (ko) 연료전지 전극 및 그 제조방법
KR101272514B1 (ko) 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법
JP2003282078A (ja) 触媒粒子及びその製造方法、ガス拡散性電極体、並びに電気化学デバイス
Chen et al. Durability and activity study of single-walled, double-walled and multi-walled carbon nanotubes supported Pt catalyst for PEMFCs
JP2006216385A (ja) 燃料電池用電極触媒層、および、これを用いた燃料電池
JP4438408B2 (ja) 燃料電池
JP2005317467A (ja) 燃料電池用電極、およびこれを用いた燃料電池用ｍｅａ
JP4872202B2 (ja) 燃料電池及び燃料電池の製造方法
JP6165359B2 (ja) 触媒担体及びその製造方法
JP6467164B2 (ja) 燃料電池の拡散層及び燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee