KR101715447B1 - Method for manufacturing membrane eletrode assembly, membrane eletrode assembly and fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 출원은 전해질 막의 표면에 오목부를 구비하는 전해질 막; 및 표면에 볼록부를 구비하는 전극을 포함하는 막 전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present application relates to an electrolyte membrane having a concave portion on the surface of an electrolyte membrane; And an electrode having a convex portion on a surface thereof, a method for producing the membrane electrode assembly, and a fuel cell including the same.

Description

막 전극 접합체의 제조방법, 막 전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지{METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE ELETRODE ASSEMBLY, MEMBRANE ELETRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly, and a fuel cell including the membrane electrode assembly,

본 출원은 2013년 6월 14일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2013-0068584호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit of the filing date of Korean Patent Application No. 10-2013-0068584 filed with the Korean Intellectual Property Office on June 14, 2013, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 출원은 막 전극 접합체의 제조방법, 막 전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present application relates to a method for producing a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly and a fuel cell including the same.

최근 휴대용 전자기기 및 무선통신기기의 급격한 보급으로 인해, 휴대용 전원 공급원인 배터리로서의 연료전지 개발, 무공해 자동차용 연료전지 및 청정 에너지원으로서 발전용 연료전지의 개발에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, due to rapid diffusion of portable electronic devices and wireless communication devices, much attention and research have been made on the development of a fuel cell as a portable power source battery, a fuel cell for a pollution-free vehicle, and a fuel cell for power generation as a clean energy source.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉, 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식으로서, 높은 에너지 효율성과 오염물의 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인하여 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다.Fuel cells are energy conversion devices that convert the chemical energy of a fuel directly into electrical energy. That is, a fuel cell uses a fuel gas and an oxidizing agent and generates electricity using electrons generated during the oxidation / reduction reaction. As a result, the fuel cell has a high energy efficiency and an environment- Research and development.

연료전지에는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC), 인산 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell: PAFC), 알칼리 연료전지(Alkaline Fuel Cell: AFC), 용융탄산염 연료전지(Moltan Carbonate Fuel Cell: MCFC) 및 고체산화물 연료전지(Solid oxide fuel cell: SOFC) 등이 있다. 이 중에서 고분자 전해질 연료전지는 낮은 작동온도, 고체 전해질 사용으로 인한 누수 문제 배제, 빠른 구동 등의 장점으로 휴대용, 차량용, 및 가정용 전원장치로 각광을 받고 있다. 또한, 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서 100℃ 미만의 온도에서 작동되고 구조가 간단하며 빠른 시동과 응답 특성, 및 우수한 내구성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 수소 이외에서 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 높은 출력 밀도로 소형화가 가능하기 때문에 휴대용 연료전지로의 연구가 계속 진행되고 있다.The fuel cells include a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), an alkaline fuel cell (Alkaline Fuel Cell) (AFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), and Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Among them, polymer electrolyte fuel cells are attracting attention as portable power supplies, automobiles, and household power supplies due to their low operating temperatures, the elimination of leaking problems caused by the use of solid electrolytes, and quick driving. In addition, it is a high-output fuel cell having a higher current density than other types of fuel cells, and is operated at a temperature of less than 100 ° C, has a simple structure, has a fast start-up and response characteristic and excellent durability, Gas can be used as fuel. In addition, miniaturization can be achieved with a high output density, and research on a portable fuel cell continues.

최근, 고분자 전해질 연료전지의 상업화를 위해 개선되어야 하는 요인으로 성능 향상, 수명 연장, 가격의 저가화 등을 들 수 있는데, 이 요인들에 가장 영향을 많이 미치는 부품이 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)이다. 막 전극 접합체는 연료전지의 단위전지 구조로서 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 애노드 및 캐소드가 도포되어 있는 구조를 이루고 있다. 이 막 전극 접합체는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로써 캐소드와 애노드 그리고 전해질막, 즉 이온 전도성 전해질막으로 구성되어 있다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 애노드에서는 연료의 산화 반응이 일어나서 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드로 이동하며, 캐소드에서는 산화제인 산소와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부 회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.In recent years, improvement in performance, life span, and cost reduction has been one of the factors that must be improved for the commercialization of polymer electrolyte fuel cells. The most influential components are membrane electrode assemblies (MEAs) )to be. The membrane electrode assembly has a structure in which an anode and a cathode are coated on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer material as a unit cell structure of a fuel cell. This membrane electrode assembly is composed of a cathode, an anode, and an electrolyte membrane, that is, an ion conductive electrolyte membrane, where electrochemical reaction of hydrogen and oxygen occurs. 1 showing the principle of electricity generation of a fuel cell, oxidation reaction of fuel occurs in the anode, hydrogen ions and electrons are generated, and hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane, and through the oxygen and the electrolyte membrane The transferred hydrogen ions and electrons react to form water. This reaction causes electrons to migrate to the external circuit.

종래의 막 전극 접합체는 평평한 필름을 이용하여 전해질 막과 막 전극 접합체를 제조하였기 때문에, 공정에 따라 전해질 막과 전극과의 접합성이 크지 않았고, 고분자 전해질 연료전지의 성능이 떨어지거나 수명이 단축되는 문제점이 있었다.Since the membrane electrode assembly of the related art has a flat membrane, the electrolyte membrane and the membrane electrode assembly have been manufactured. Therefore, the bonding performance between the electrolyte membrane and the electrode is not so large depending on the process, and the performance of the polymer electrolyte fuel cell is degraded or the life is shortened .

따라서, 상기 문제점을 보완할 수 있는 막 전극 접합체를 개발할 필요가 있었다.Accordingly, there has been a need to develop a membrane electrode assembly capable of overcoming the above problems.

대한민국 공개특허공보 제10-2003-0076057호Korean Patent Publication No. 10-2003-0076057

본 출원이 해결하고자 하는 과제는 평평한 필름을 이용하여 전해질 막을 제조하였을 때, 전해질 막과 전극과의 접합성이 감소하여 연료전지의 성능이 떨어지거나 수명이 단축되는 문제를 개선할 수 있는 막 전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly, and a membrane electrode assembly, which can improve the fuel cell performance and shorten the service life when the electrolyte membrane is manufactured using a flat film, A method for producing the same, and a fuel cell including the same.

본 출원의 일 실시상태는 전해질 막의 한 면 또는 양면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 표면에 복수 개의 오목부가 구비된 전해질 막을 제조하는 단계; 전해질 막과 접하는 전극 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 표면에 상기 전해질 막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부가 구비된 전극을 제조하는 단계; 및 상기 전해질 막 표면의 오목부와 전극 표면의 볼록부가 서로 맞물리도록 전해질 막과 전극을 접합하는 단계를 포함하는 막 전극 접합체의 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrolyte membrane, comprising: preparing an electrolyte membrane having a plurality of concave portions on a surface thereof by pressing at least a portion of one surface or both surfaces of the electrolyte membrane with a press having irregularities on the surface; Pressing at least a portion of the surface of the electrode surface in contact with the electrolyte membrane with a press having irregularities on the surface to manufacture an electrode having a plurality of convex portions on the surface having a shape engaging with the concave portion of the electrolyte membrane; And bonding the electrolyte membrane and the electrode so that the concave portion on the surface of the electrolyte membrane and the convex portion of the electrode surface are in mesh with each other.

본 출원의 일 실시상태는 상기 방법에 의하여 제조된 막 전극 접합체를 제공한다.One embodiment of the present application provides a membrane electrode assembly produced by the above method.

본 출원의 일 실시상태는 전해질 막의 양면의 표면 중 적어도 일 부분에 복수 개의 오목부를 구비하는 전해질 막; 및 상기 전해질 막과 접하여 배치되고, 표면에 상기 전해질 막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부를 구비하는 전극을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.One embodiment of the present application relates to an electrolyte membrane comprising a plurality of recesses in at least a portion of surfaces of both surfaces of an electrolyte membrane; And an electrode disposed in contact with the electrolyte membrane and having a plurality of protrusions on a surface thereof, the protrusions being in engagement with the recesses of the electrolyte membrane.

본 출원의 일 실시상태는 적어도 하나의 상기 막 전극 접합체; 및 상기 막 전극 접합체의 사이마다 구비된 분리판을 포함하는 연료전지용 스택을 제공한다.One embodiment of the present application includes at least one membrane electrode assembly; And a separator plate provided between each of the membrane electrode assemblies.

본 출원의 일 실시상태는 상기 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.One embodiment of the present application provides a fuel cell including the membrane electrode assembly.

본 출원의 일 실시상태에 따른 막 전극 접합체는 전해질 막 표면에 복수 개의 오목부를 포함하고, 이와 접합되는 전극의 표면에 상기 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부를 포함하므로, 전극과 막의 계면에서의 표면적이 증가하여 이온 전도 효율이 높아진다. 또한, 전해질 막과 전극과의 접합력이 향상되어 장기 구동시 전해질막과 전극의 일부분이 분리되는 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그래서, 연료전지의 성능이 향상되고, 수명도 연장될 수 있다. 또한, 전해질 막과 전극과의 접합력이 향상되어 장기 구동시 전해질막과 전극의 일부분이 분리되는 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.Since the membrane electrode assembly according to one embodiment of the present application includes a plurality of recesses on the surface of the electrolyte membrane and a plurality of protrusions on the surface of the electrode to be bonded to each other, The surface area at the interface is increased and the ion conduction efficiency is increased. In addition, the bonding strength between the electrolyte membrane and the electrode is improved, thereby reducing the phenomenon that the electrolyte membrane and a part of the electrode are separated during long-term operation. Thus, the performance of the fuel cell can be improved and the lifetime can be extended. In addition, the bonding strength between the electrolyte membrane and the electrode is improved, thereby reducing the phenomenon that the electrolyte membrane and a part of the electrode are separated during long-term operation.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따라 제조한 전해질 막과 전극을 접합하여 막 전극 접합체를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 출원의 일 실시상태에 따라 전해질 막을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 출원의 일 실시상태에 따라 전극을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 출원의 일 실시상태에 따른 막 전극 접합체의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 출원의 일 실시상태에 따른 막 전극 접합체에서 수소와 산소의 이동 경로와 프로톤의 이동 경로를 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 1 및 2에 따른 프로톤의 이동 경로를 나타낸 것이다.
도 8은 본 출원의 일 실시상태에 따른 연료전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an electricity generation principle of a fuel cell.
FIG. 2 illustrates a process of manufacturing a membrane electrode assembly by bonding an electrolyte membrane and an electrode according to an embodiment of the present application.
3 shows a process of manufacturing an electrolyte membrane according to an embodiment of the present application.
4 shows a process of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present application.
5 schematically shows the structure of a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present application.
FIG. 6 is a graph showing the movement path of hydrogen and oxygen and the movement path of protons in the membrane electrode assembly according to one embodiment of the present application.
FIG. 7 shows the movement paths of the proton according to Comparative Examples 1 and 2.
8 schematically shows the structure of a fuel cell according to one embodiment of the present application.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present application, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It will be understood, however, that this application is not limited to the embodiments disclosed herein but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and this application is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of the components shown in the figures may be exaggerated for clarity of description.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학적 용어를 포함하는 모든 용어는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms, including technical and scientific terms used herein, may be used in a manner that is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 출원을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in detail.

본 출원의 일 실시상태는 전해질 막의 한 면 또는 양면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 표면에 복수 개의 오목부가 구비된 전해질 막을 제조하는 단계(S1); 전해질 막과 접하는 전극 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 표면에 상기 전해질 막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부가 구비된 전극을 제조하는 단계(S2); 및 상기 전해질 막 표면의 오목부와 전극 표면의 볼록부가 서로 맞물리도록 전해질 막과 전극을 접합하는 단계(S3)를 포함하는 막 전극 접합체의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present application is a method of manufacturing an electrolyte membrane, comprising the steps of: (S1) preparing an electrolyte membrane having a plurality of recesses on a surface thereof by pressing at least a portion of one surface or both surfaces of the electrolyte membrane into a surface with an uneven surface press; (S2) of producing an electrode having a plurality of convex portions having a shape in which at least a portion of the surface of the electrode surface in contact with the electrolyte membrane is in contact with the concave portion of the electrolyte membrane on the surface thereof, ); And (S3) joining an electrolyte membrane and an electrode so that the concave portion on the surface of the electrolyte membrane and the convex portion of the electrode surface are engaged with each other.

본 출원의 일 실시상태는 상기 제조방법에 의하여 제조된 막 전극 접합체를 제공한다.One embodiment of the present application provides a membrane electrode assembly produced by the above production method.

본 출원의 일 실시상태는 전해질 막의 양면의 표면 중 적어도 일 부분에 복수 개의 오목부를 구비하는 전해질 막(110); 및 상기 전해질 막과 접하여 배치되고, 표면에 상기 전해질 막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부를 구비하는 전극(210a, 210b)을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.One embodiment of the present application includes an electrolyte membrane (110) having a plurality of recesses in at least a part of surfaces of both surfaces of an electrolyte membrane; And electrodes (210a, 210b) disposed in contact with the electrolyte membrane and having a plurality of protrusions on a surface thereof, the protrusions being in engagement with the recesses of the electrolyte membrane.

본 명세서에서 상기 표면 중 적어도 일부분이란 표면의 일부 영역일 수도 있고 표면의 전체 영역일 수도 있음을 의미한다.In this specification, at least a part of the surface means a part of the surface or an entire surface.

종래에는 전해질 막의 제조시 캐스팅 방법 등을 주로 이용하였다. 상기 캐스팅 방법은 용매에 용질이 용해되어 있는 용액을 일정 형상으로 틀을 잡고, 열로 용매를 증발시키면서 필름 형상으로 제조하는 방법이다. 일반적으로, 캐스팅 건조 과정은 어느 정도 시간이 소요되며, 오목한 형상을 만드는데 있어서 각 부분의 열에 의한 건조 상태가 달라서, 다양한 형상의 균일한 형상 제조가 어려울 가능성이 크다.Conventionally, a casting method and the like were mainly used in the production of an electrolyte membrane. The casting method is a method in which a solution in which a solute is dissolved in a solvent is molded into a predetermined shape, and the solvent is evaporated to form a film. Generally, the casting drying process takes some time, and it is very difficult to manufacture uniform shapes of various shapes because the drying state of each part is different in making concave shape.

이에 비하여, 본 출원의 일 실시상태에 따른 프레스 방법은 롤 프레스의 표면에 돌기를 만들고, 고속으로 이미 제조된 필름에 돌기의 압착에 의해 오목부를 만드는 방법이므로, 상기 돌기의 형상에 의해 다양한 형상의 치수를 가진 오목부를 형성할 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 롤 프레스를 사용하는 경우에는, 상하 롤 사이에 가공 기재를 투입하여 양쪽 롤의 표면에 제작된 돌기의 압착에 의해 오목부를 제작하는 방식이므로, 막 상하부에 돌기를 만들기에 용이하여 가공 시간이 감소하는 특징이 있다. 또한, 상기 오목부의 위치는 상하 롤의 돌기의 위치와 관계되므로, 수직 방향에서 같은 위치에 오목부를 만들거나, 오목부를 어긋나게 하는 등의 컨트롤이 용이하다는 특징이 있다.On the other hand, the pressing method according to one embodiment of the present application is a method of making protrusions on the surface of a roll press and making concave portions by pressing the protrusions on a film that has already been produced at high speed, There is a feature that a concave portion having a dimension can be formed. In the case of using the roll press, since the process substrate is inserted between the upper and lower rolls, the recesses are formed by pressing the protrusions formed on the surfaces of both rolls. Therefore, Is reduced. Further, since the position of the concave portion is related to the position of the protrusions of the upper and lower rolls, it is easy to control such as making a concave portion at the same position in the vertical direction or shifting the concave portion.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 프레스 돌기의 압착에 의하여 오목부를 형성하므로, 돌기의 형상은 롤에 접한 돌기의 면적이 돌기 끝단보다 넓어야 한다. 즉, 프레스 돌기의 형상은 돌기와 롤이 만나는 각도가 90도를 초과하여야 한다. 이러한 돌기 형상은 막에 오목부를 형성할 때, 오목부의 형상이 반원 이하로 되게 하며, 이 때 막의 표면적을 증가시켜 프로톤 전도 향상을 도모할 수 있게 된다.According to one embodiment of the present application, since the concave portion is formed by pressing the press projection, the shape of the projection should be such that the area of the projection adjacent to the roll is wider than the end of the projection. That is, the shape of the press protrusion should be such that the angle between the projection and the roll exceeds 90 degrees. When the concave portion is formed in the film, the convex shape makes the shape of the concave portion less than half a circle, and at this time, the surface area of the film is increased, and the proton conduction can be improved.

도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따라 제조한 전해질 막과 전극을 접합하여 막 전극 접합체를 제조하는 과정을 나타낸 것이다. 도 3은 본 출원의 일 실시상태에 따라 전해질 막을 제조하는 과정을 나타낸 것이고, 도 4는 본 출원의 일 실시상태에 따라 전극을 제조하는 과정을 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 본 출원의 일 실시상태에 따른 막 전극 접합체를 나타낸 것이다.FIG. 2 illustrates a process of manufacturing a membrane electrode assembly by bonding an electrolyte membrane and an electrode according to an embodiment of the present application. FIG. 3 illustrates a process of manufacturing an electrolyte membrane according to an embodiment of the present application, and FIG. 4 illustrates a process of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present application. 5 shows a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present application.

도 2 내지 도 5에서 도면 부호 10은 기재이고, 도면 부호 12는 기체 확산층용 기재이며, 도면 부호 20은 전해질 막 수지 조성물이고, 도면 부호 22는 전극 촉매 조성물이다. 또한, 도면 부호 30은 몰드 평면도이고, 도면 부호 40은 돌출 부분이며, 도면 부호 50은 전해질 막에 제조된 오목부이고, 도면 부호 102는 코팅된 전해질 막이며, 도면 부호 202는 코팅된 전극이다. 그리고, 도면 부호 110은 오목부를 포함하는 전해질 막이고, 도면 부호 210a는 볼록부를 포함하는 캐소드이며, 도면 부호 210b는 볼록부를 포함하는 애노드이다.2 to 5, reference numeral 10 denotes a base, reference numeral 12 denotes a substrate for a gas diffusion layer, reference numeral 20 denotes an electrolyte membrane resin composition, and reference numeral 22 denotes an electrode catalyst composition. Reference numeral 30 is a mold plan view, 40 is a protruding portion, 50 is a concave portion made in the electrolyte membrane, 102 is a coated electrolyte membrane, and 202 is a coated electrode. Reference numeral 110 denotes an electrolyte membrane including a concave portion. Reference numeral 210a denotes a cathode including a convex portion. Reference numeral 210b denotes an anode including a convex portion.

전해질 막의 표면이 굴곡이 없고 균일한 경우, 전극과 2차원적으로 접합되게 된다. 이 때, 전해질 막과 전극 계면에서의 이온 전도성은 전극에 포함된 아이오노머(ionomer)의 상태에만 의존하게 되며, 공정에 따라 접합성이 좋지 않을 수 있다. 그래서, 장기 구동시 전해질 막과 전극의 일부분이 분리되는 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.When the surface of the electrolyte membrane is free of bending and uniform, it is two-dimensionally bonded to the electrode. At this time, the ionic conductivity at the interface between the electrolyte membrane and the electrode depends only on the state of the ionomer contained in the electrode, and the bonding property may not be good depending on the process. Therefore, there is a problem that a part of the electrolyte membrane and the electrode may be separated during long-term operation.

본 출원의 일 실시상태에 따라 전해질 막의 표면에 오목부가 형성되고, 전해질막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부를 구비하는 전극을 포함하는 막 전극 접합체의 경우에는 전극과 접합되는 막의 표면적이 증가하여 계면에서의 이온 전도 효율이 높아진다. 그래서, 연료전지의 성능이 향상되고, 수명도 연장될 수 있다. 또한, 전해질 막과 전극과의 접합력이 향상되어 장기 구동시 전해질 막과 전극의 일부분이 분리되는 현상을 줄일 수 있는 장점이 있다.In the case of a membrane electrode assembly including an electrode having a concave portion formed on the surface of the electrolyte membrane according to one embodiment of the present application and having a plurality of convex portions shaped to engage with the concave portion of the electrolyte membrane, And the ion conduction efficiency at the interface is increased. Thus, the performance of the fuel cell can be improved and the lifetime can be extended. In addition, the bonding strength between the electrolyte membrane and the electrode is improved, thereby reducing the phenomenon that the electrolyte membrane and a part of the electrode are separated during long-term operation.

본 출원의 일 실시상태에 따른 막 전극 접합체는 전해질 막과 전극이 서로 3차원적으로 접합되게 된다. 이 때, 종래의 평평한 형상의 전해질 막과 전극이 2차원적으로 접합된 막 전극 접합체와 대비하여 전해질 막과 전극 사이의 접촉 면적, 즉 반응 면적이 크게 증가하므로, 상대적으로 전해질 막의 두께도 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 전해질 막과 전극의 결합이 견고해지므로, 접합시 발생하는 미끄러짐 현상을 감소시키는 장점도 있다.In the membrane electrode assembly according to one embodiment of the present application, the electrolyte membrane and the electrode are three-dimensionally bonded to each other. At this time, since the contact area between the electrolyte membrane and the electrode, that is, the reaction area is greatly increased as compared with the membrane electrode assembly in which the electrode is two-dimensionally bonded to the electrolyte membrane in the conventional flat shape, the thickness of the electrolyte membrane is relatively decreased There are advantages to be able to. In addition, since the bonding between the electrolyte membrane and the electrode becomes strong, there is also an advantage of reducing the slip phenomenon occurring at the time of bonding.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막을 제조하는 단계(S1)는 아래와 같다.In one embodiment of the present application, step (S1) of manufacturing the electrolyte membrane is as follows.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막을 제조하는 단계(S1)는, 기재에 전해질 막 수지 조성물을 도포하여 평평한 전해질 막을 형성하는 단계(Sa); 및 상기 전해질 막의 한 면 및/또는 양면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여 복수 개의 오목부를 형성하는 단계(Sb)를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, the step (S1) of preparing the electrolyte membrane comprises: (Sa) forming a flat electrolyte membrane by applying an electrolyte membrane resin composition to a substrate; And a step (Sb) of forming a plurality of recesses by pressing at least a portion of one surface and / or both surfaces of the electrolyte membrane with a press having irregularities on the surface thereof.

상기 평평한 전해질 막을 형성하는 단계(Sa)에서, 기재에 전해질 막 수지 조성물을 도포하는 방법으로는 프린팅(printing), 테이프 캐스팅, 분무(spray), 롤링(rolling), 닥터 블레이드 코팅, 다이 코팅, 스핀 코팅 또는 브러싱(brushing) 등의 방법이 있으나, 이에 한정하지는 않는다.In the step (Sa) of forming the flat electrolyte membrane, a method of applying the electrolyte membrane resin composition to the substrate includes printing, tape casting, spraying, rolling, doctor blade coating, die coating, Coating, or brushing, but the present invention is not limited thereto.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막을 제조하는 단계(S1)는 상기 오목부를 형성하는 단계(Sb) 이전 또는 이후에, 전해질 막에서 기재를 제거하는 단계(Sc)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, the step (S1) of manufacturing the electrolyte membrane may further include the step (Sc) of removing the substrate from the electrolyte membrane before or after the step (Sb) of forming the recess .

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막을 제조하는 단계(S1)는 상기 오목부를 형성하는 단계(Sb)에서 한 면에만 오목부를 형성한 경우는 그 단계 이후에, 상기 전해질 막의 나머지 한 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여 복수 개의 오목부를 형성하는 단계(Sd)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the step of forming the electrolyte membrane (S1) includes a step of forming a recess (Sb) in which the concave portion is formed only on one side, And a step (Sd) of forming a plurality of recesses by pressing at least one portion of the surface with a press having irregularities on the surface thereof.

하나의 예로, 평평한 전해질 막을 형성하는 단계(Sa), 전해질 막에서 기재를 제거하는 단계(Sc), 전해질 막의 양면에 오목부를 형성하는 단계(Sb)의 순서로 막 전극 접합체를 제조할 수 있다.As one example, the membrane electrode assembly may be fabricated in the following order: a step (Sa) for forming a flat electrolyte membrane, a step (Sc) for removing a substrate from the electrolyte membrane, and a step (Sb) for forming a depression on both surfaces of the electrolyte membrane.

또 다른 예로, 평평한 전해질 막을 형성하는 단계(Sa), 전해질 막에서 기재를 제거하는 단계(Sc), 전해질 막의 한 면에 오목부를 형성하는 단계(Sb), 전해질 막의 나머지 한 면에 오목부를 형성하는 단계(Sd)의 순서로 막 전극 접합체를 제조할 수 있다.As another example, a step (Sa) of forming a flat electrolyte membrane, a step (Sc) of removing a substrate from the electrolyte membrane, a step (Sb) of forming a recess on one surface of the electrolyte membrane, And the step (Sd).

또 다른 예로, 평평한 전해질 막을 형성하는 단계(Sa), 전해질 막의 한 면에 오목부를 형성하는 단계(Sb), 전해질 막에서 기재를 제거하는 단계(Sc), 전해질 막의 나머지 한 면에 오목부를 형성하는 단계(Sd)의 순서로 막 전극 접합체를 제조할 수 있다.As another example, a step (Sa) of forming a flat electrolyte membrane, a step (Sb) of forming a depression on one side of the electrolyte membrane, a step (Sc) of removing the base material in the electrolyte membrane, a step of forming a depression on the other side of the electrolyte membrane And the step (Sd).

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 직경은 1mm 초과 50mm 이하일 수 있고, 구체적으로 5mm 이상 10mm 이하일 수 있다. 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 직경이 1mm 이하인 경우에는 전극의 볼록한 부분과 전해질막의 오목부와 기계적으로 매칭하기가 어려울 수 있다. 또한, 상기 오목부의 직경이 1mm 초과인 경우에, 상기 전해질 막에서 오목부의 밀도는 16개/cm2 이하일 수 있다.In one embodiment of the present application, the diameter of the concave portion provided in the electrolyte membrane may be more than 1 mm but not more than 50 mm, and more specifically, not less than 5 mm and not more than 10 mm. When the diameter of the concave portion provided in the electrolyte membrane is 1 mm or less, it may be difficult to mechanically match the convex portion of the electrode with the concave portion of the electrolyte membrane. When the diameter of the concave portion is larger than 1 mm, the density of the concave portion in the electrolyte membrane may be 16 / cm 2 or less.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 깊이는 전해질 막 두께의 1/10 이상 1/2 미만일 수 있고, 구체적으로 1/5 이상 2/5 이하일 수 있다. 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 깊이가 전해질 막 두께의 1/2 이상인 경우에는 상부의 오목부와 하부의 오목부가 연결될 경우 관통이 되어, 수소 크로스오버(crossover)가 발생하는 결함의 가능성이 있다.In one embodiment of the present application, the depth of the concave portion provided in the electrolyte membrane may be 1/10 or more and less than 1/2 of the electrolyte membrane thickness, specifically, 1/5 or more and 2/5 or less. When the depth of the concave portion provided in the electrolyte membrane is not less than 1/2 of the thickness of the electrolyte membrane, there is a possibility that a hydrogen crossover occurs if the concave portion of the upper portion and the concave portion of the lower portion are connected.

또한, 볼록 패턴의 경우에는 표면적을 증가시키는 효과는 있을 수 있으나, 이는 전해질 막의 두께를 증가시키는 방향이므로 저항이 증가할 수 있다. 그러나, 본 출원의 일 실시상태에에서는 오목부를 구비함으로써, 전해질 막의 표면적 증가와 함께, 전해질 막의 두께를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 저항의 감소와 특성의 증가를 도모할 수 있다.Also, in the case of the convex pattern, the effect of increasing the surface area may be obtained, but this may increase the resistance because the thickness increases the thickness of the electrolyte membrane. However, in the embodiment of the present application, by providing the concave portion, the thickness of the electrolyte membrane can be reduced along with the increase of the surface area of the electrolyte membrane, thereby reducing the resistance and increasing the characteristics.

이 때, 전해질 막의 두께는 5 마이크로미터 내지 100 마이크로미터일 수 있고, 구체적으로 5 마이크로미터 내지 50 마이크로미터일 수 있으며, 더욱 구체적으로 10 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다. 전해질 막 두께가 5 마이크로미터 미만이면 원하는 수준의 기계적 강도를 갖기 어려울 수 있고, 100 마이크로미터를 초과하면 수소 이온 전도도가 저하될 수 있어서, 5 마이크로미터 내지 100 마이크로미터인 것이 바람직하다.At this time, the thickness of the electrolyte membrane may be 5 micrometers to 100 micrometers, specifically 5 micrometers to 50 micrometers, and more specifically 10 micrometers to 20 micrometers. If the electrolyte membrane thickness is less than 5 micrometers, it may be difficult to have a desired level of mechanical strength. If the electrolyte membrane thickness exceeds 100 micrometers, the hydrogen ion conductivity may be lowered, and preferably 5 to 100 micrometers.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막에 사용되는 수지는 수소 이온 전도성을 가지는 고분자이면 당 기술분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 수소 이온 전도성을 가지는 고분자는 측쇄에 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 양이온 교환기를 가지는 고분자일 수 있다.In one embodiment of the present application, the resin used for the electrolyte membrane may be a polymer having hydrogen ion conductivity, and any of those conventionally known in the art may be used. The polymer having hydrogen ion conductivity may be a polymer having one or two or more cation-exchange groups selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in the side chain.

구체적으로, 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 및 폴리술폰계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자로 제조될 수 있다. 상기 고분자는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the perfluorosulfonic acid polymer, the hydrocarbon polymer, the aromatic sulfonic polymer, the aromatic ketone polymer, the polybenzimidazole polymer, the polystyrene polymer, the polyester polymer, the polyimide polymer, the polyvinylidene fluoride polymer A polymer, a polyether sulfone type polymer, a polyphenylene sulfide type polymer, a polyphenylene oxide type polymer, a polyphosphazene type polymer, a polyethylene naphthalate type polymer, a polyester type polymer, a doped polybenzimidazole type polymer, a polyether Ketone-based polymers, polyphenylquinoxaline-based polymers, and polysulfone-based polymers. The polymer may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multi-block copolymer or a graft copolymer, but is not limited thereto.

또한, 최근 비불소계 고분자 전해질막의 재료로서 술폰화 고분자가 주목을 받고 있다. 예를 들면 술폰화 폴리아릴렌에테르계 고분자, 술폰화 폴리에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리에테르에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리아미드계 고분자, 술폰화 폴리이미드계 고분자, 술폰화 폴리포스파젠계 고분자, 술폰화 폴리스티렌계 고분자 및 방사선 중합된 술폰화 저밀도폴리에틸렌-g-폴리스티렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자로 제조될 수 있다. 상기 고분자는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Recently, a sulfonated polymer has been attracting attention as a material of a non-fluorinated polymer electrolyte membrane. Examples thereof include sulfonated polyarylene ether-based polymers, sulfonated polyether ketone-based polymers, sulfonated polyetheretherketone-based polymers, sulfonated polyamide-based polymers, sulfonated polyimide-based polymers, sulfonated polyphosphazene-based polymers , A sulfonated polystyrene-based polymer, and a radiation-polymerized sulfonated low density polyethylene-g-polystyrene-based polymer. The polymer may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multi-block copolymer or a graft copolymer, but is not limited thereto.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 기재(10)는 종류가 제한되지 않으며 예를 들어, 종이, 유리 또는 수지 등을 사용할 수 있다.In one embodiment of the present application, the type of the substrate 10 is not limited and, for example, paper, glass, resin, or the like can be used.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질 막 수지 조성물(20)은 용매를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte membrane resin composition 20 may include a solvent.

상기 용매는 N,N'-디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide: DMAc), N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone: NMP), 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide: DMSO) 및 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide: DMF)로 이루어진 군에서 선택되는하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다.The solvent is selected from the group consisting of N, N'-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO) N, N-dimethylformamide (DMF) may be used.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극을 제조하는 단계는(S2) 아래와 같다.In one embodiment of the present application, the step of manufacturing the electrode (S2) is as follows.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극을 제조하는 단계는(S2), 기재에 전극 촉매 조성물을 도포하여 평평하고 볼록한 촉매층을 형성하는 단계(Sa'); 및 상기 촉매층의 한 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여 복수 개의 볼록부를 형성하는 단계(Sb')를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the electrode includes the steps of: (S2) forming a flat and convex catalyst layer by applying an electrode catalyst composition to a substrate; And a step (Sb ') of forming a plurality of convex portions by pressing at least a portion of the surface of one surface of the catalyst layer with a press having irregularities on the surface thereof.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극에 구비된 볼록부의 깊이는 전극 두께의 1/10 이상 1/2 미만일 수 있고, 구체적으로 1/5 이상 2/5 이하일 수 있다.In one embodiment of the present application, the depth of the convex portion provided on the electrode may be 1/10 or more and less than 1/2 of the electrode thickness, specifically, 1/5 or more and 2/5 or less.

본 출원의 일 실시상태에서 상기 막 전극 접합체는 전해질 막의 양 면에 전극을 구비할 수 있다. 상기 전극은 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 상기 전극 중 연료인 애노드 유체가 공급되는 전극인 애노드는 산화극 또는 연료극이라고 하고, 애노드에서는 연료가 공급되어 수소의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+)과 전자를 발생시킨다. 전극 중 캐소드 유체가 공급되는 전극인 캐소드는 환원극, 산소극 또는 공기극이라고 하고, 캐소드에서는 고분자 전해질 막을 통과한 수소 이온과 산소가 결합하여 산소의 환원 반응에 의해 물이 생성된다.In one embodiment of the present application, the membrane electrode assembly may have electrodes on both surfaces of the electrolyte membrane. The electrode may be an anode or a cathode. The anode, which is an electrode through which the anode fluid is supplied, is referred to as an oxidizing electrode or a fuel electrode. In the anode, fuel is supplied to oxidize hydrogen to generate hydrogen ions (H +) and electrons. The cathode, which is the electrode through which the cathode fluid is supplied, is called a reducing electrode, an oxygen electrode, or an air electrode. At the cathode, hydrogen ions and oxygen that have passed through the polymer electrolyte membrane are combined with each other to generate water by the reduction reaction of oxygen.

상기 막 전극 접합체는 전극과 전해질 막이 접착된 단일의 일체형 유닛(unit)이다.The membrane electrode assembly is a unitary unit in which an electrode and an electrolyte membrane are bonded.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극은, 구체적으로 애노드 및 캐소드는 촉매층을 포함할 수 있다. 상기 막 전극 접합체에서 촉매층이 전해질 막과 접촉하도록 배치된 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 촉매층이 전해질 막의 오목부와 접촉하도록 배치된 것일 수 있다. 상기 전극은, 구체적으로 애노드 및 캐소드는 기체 확산층을 더 포함할 수 있다. 상기 캐소드 및/또는 애노드는 기체 확산층(gas diffusion layer: GDL)의 일면 또는 양면 상에 촉매층이 형성된 전극일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrode, specifically, the anode and the cathode may include a catalyst layer. And the catalyst layer may be disposed in contact with the electrolyte membrane in the membrane electrode assembly. More specifically, the catalyst layer may be disposed so as to contact the concave portion of the electrolyte membrane. The electrode, specifically, the anode and the cathode may further include a gas diffusion layer. The cathode and / or the anode may be an electrode having a catalyst layer formed on one or both surfaces of a gas diffusion layer (GDL).

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 볼록부는 전극의 촉매층의 표면에 형성된 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the convex portion may be formed on the surface of the catalyst layer of the electrode.

상기 막 전극 접합체는 연료전지 운전시의 내부의 고분자 전해질 막의 기계적 강도가 크게 향상되어 내구성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 수소 이온 전도성도 우수하다.The membrane electrode assembly has an advantage that the mechanical strength of the polymer electrolyte membrane inside the fuel cell during operation is greatly improved and the durability is excellent. Also, the hydrogen ion conductivity is excellent.

상기 전극을 제조하는 단계(S2)는, 기재에 전극 촉매 조성물을 도포하여 평평하고 볼록한 촉매층을 형성하는 단계(Sa')를 포함할 수 있다. 전극 촉매 조성물은 예를 들어, 촉매, 폴리머 이오노머 및 촉매 분산을 증진시키는 용매를 포함할 수 있다.The step (S2) of manufacturing the electrode may include a step (Sa ') of forming a flat and convex catalyst layer by applying an electrode catalyst composition to the substrate. The electrocatalyst composition may comprise, for example, a catalyst, a polymeric ionomer and a solvent to promote catalyst dispersion.

상기 촉매는 금속 촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매일 수 있고, 상기 전극 촉매 조성물은 수소 이온 전도성 고분자를 더 포함할 수 있다.The catalyst may be a metal catalyst or a metal catalyst supported on a carbon-based support, and the electrode catalyst composition may further include a hydrogen-ion conductive polymer.

상기 금속 촉매로는 대표적으로 백금, 전이금속 또는 백금-전이금속 합금이 사용될 수 있고, 구체적으로 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금 및 백금-로듐 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.As the metal catalyst, platinum, a transition metal or a platinum-transition metal alloy may be used. Specific examples of the metal catalyst include platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloys, platinum-osmium alloys, platinum-palladium alloys, platinum- Platinum-rhodium alloy, but is not limited thereto.

상기 탄소계 지지체로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 바람직한 예가 될 수 있다.Examples of the carbon-based support include graphite, carbon black, acetylene black, denka black, cacao black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanofines, carbon nanorings, carbon nanowires, One or a mixture of two or more selected from the group consisting of fullerene (C60) and super P may be a preferable example.

상기 폴리머 이오노머는 수소나 메탄올과 같은 연료와 촉매간의 반응에 의하여 생성된 이온이 전해질 막으로 이동하기 위한 통로를 제공하여 주는 역할을 한다. 상기 폴리머 이오노머는 구체적으로 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 사용될 수 있다.The polymer ionomer serves to provide a path for ions generated by the reaction between the fuel and the catalyst, such as hydrogen or methanol, to move to the electrolyte membrane. The polymer ionomer may specifically be a sulfonated polymer such as a Nafion ionomer or a sulfonated polytrifluorostyrene.

상기 폴리머 이오노머의 사용 비율은 사용된 촉매 100 중량부 대비 5 내지 30 중량부일 수 있다. 폴리머 이오노머를 5 중량부 미만으로 사용하면 촉매층 내에서의 이온전달 통로가 제대로 형성되지 않고 촉매 반응으로 형성된 이온의 이동이 원활하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 30 중량부를 초과하면 이오노머가 촉매층을 덮어버리는 현상이 발생하여 촉매와 연료의 반응이 용이하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다.The use ratio of the polymer ionomer may be 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst used. When the polymer ionomer is used in an amount of less than 5 parts by weight, the ion transmission passage in the catalyst layer may not be properly formed, and migration of ions formed by the catalytic reaction may not be smooth. If the amount is more than 30 parts by weight, the ionomer tends to cover the catalyst layer, and the reaction between the catalyst and the fuel may become difficult.

상기 촉매 분산을 증진시키는 용매로는 물, 부탄올, 이소프로판올(iso propanol:IPA), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 애노드 용매와 캐소드 용매를 동일한 것을 사용할 수도 있다.As the solvent for promoting the catalyst dispersion, any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of water, butanol, isopropanol (IPA), methanol, ethanol, n-propanol, n-butyl acetate and ethylene glycol Lt; / RTI > The same anode solvent and cathode solvent may be used.

상기 전극 촉매 조성물 중 용매의 비율은 사용된 촉매 100 중량부 대비 100 내지 5,000 중량부일 수 있다. 용매의 사용량이 100 중량부 미만이면 촉매 조성물의 점도가 너무 높아져서 코팅시 촉매 입자의 분산성이 저하되고 균일한 촉매층의 형성이 어려울 수 있다. 또한, 5,000 중량부를 초과하면 촉매 조성물의 점도가 너무 낮아져서 한번에 코팅되는 촉매층의 두께가 얇아 코팅을 수회 반복해야 할 수도 있어 생산성 불량의 문제가 발생할 수 있다.The ratio of the solvent in the electrocatalyst composition may be 100 to 5,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst used. If the amount of the solvent is less than 100 parts by weight, the viscosity of the catalyst composition becomes too high, so that the dispersibility of the catalyst particles during coating may be lowered and the formation of a uniform catalyst layer may be difficult. If the amount is more than 5,000 parts by weight, the viscosity of the catalyst composition becomes too low, and the thickness of the catalyst layer coated at one time may be thin, so that the coating may be repeated several times, resulting in a problem of poor productivity.

이 때, 상기 전극 촉매 조성물을 기체 확산층 기재 위에 도포하는 방법으로는 프린팅(printing), 테이프 캐스팅, 분무(spray), 롤링(rolling), 닥터 블레이드 코팅, 다이 코팅, 스핀 코팅 또는 브러싱(brushing) 등의 방법이 있으나, 이에 한정하지는 않는다.The electrode catalyst composition may be applied to the substrate of the gas diffusion layer by printing, tape casting, spraying, rolling, doctor blade coating, die coating, spin coating or brushing. However, the present invention is not limited thereto.

상기 평평하고 볼록한 촉매층을 형성하는 단계(Sa')에서 상기 기재는 기체 확산층 기재(12)일 수 있다. 상기 기체 확산층 기재(12)는 일반적으로 도전성 및 80% 이상의 다공도를 갖는 기재라면 특별한 제한이 없으며, 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기체 확산층은 상기 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세 기공층을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 미세 기공층은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다.In the step (Sa ') of forming the flat and convex catalyst layer, the substrate may be a gas diffusion layer base material (12). The substrate 12 is not particularly limited as long as the substrate 12 is generally conductive and has a porosity of 80% or more. The substrate 12 may include a conductive substrate selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt. The gas diffusion layer may further include a microporous layer formed on one surface of the conductive base material, and the microporous layer may include a carbon-based material and a fluororesin.

상기 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Examples of the carbon-based material include graphite, carbon black, acetylene black, denka black, cacao black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon nano ring, Fullerene (C60), and super P may be used, but are not limited thereto.

상기 미세 기공층에 포함되는 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP) 및 스티렌-부타디엔고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Examples of the fluororesin contained in the microporous layer include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol, cellulose acetate, copolymers of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP ) And styrene-butadiene rubber (SBR) may be used, but are not limited thereto.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극을 제조하는 단계에서 사용하는 프레스의 요철은 전해질 막을 형성하는 단계에서 사용하는 프레스의 요철과 서로 맞물릴 수 있는 상보적인 형상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present application, the irregularities of the press used in the step of forming the electrode may have a complementary shape that can be engaged with the irregularities of the press used in the step of forming the electrolyte membrane.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 전해질 막에 구비된 오목부 또는 전극에 구비된 볼록부의 단면 형상은 반원형, 삼각형, 사각형 또는 톱니형일 수 있다.In one embodiment of the present application, the cross-sectional shape of the convex portion provided in the concave portion or the electrode provided in the electrolyte membrane may be semicircular, triangular, square, or saw-tooth.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 복수 개의 오목부 또는 복수 개의 볼록부는 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present application, the plurality of concave portions or the plurality of convex portions may form a regular pattern or an irregular pattern.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 복수 개의 오목부 또는 복수 개의 볼록부가 규칙 패턴을 형성하는 경우 오목부 또는 볼록부 사이의 거리는 오목부 또는 볼록부 직경의 0.5배 이상일 수 있다.In one embodiment of the present application, when the plurality of concave portions or the plurality of convex portions form a regular pattern, the distance between the concave portions or the convex portions may be 0.5 times or more the diameter of the concave portions or the convex portions.

본 출원의 일 실시상태는 적어도 하나의 상기 막 전극 접합체; 및 상기 막 전극 접합체의 사이마다 구비된 분리판을 포함하는 연료 전지용 스택을 제공한다.One embodiment of the present application includes at least one membrane electrode assembly; And a separator plate provided between each of the membrane electrode assemblies.

상기 분리판은 막 전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 막 전극 접합체의 캐소드와 애노드에 접촉하여 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막전극 접합체로 전달하는 역할을 한다. 분리판은 내부에 유로 채널이 형성될 수 있다.The separator plate prevents the membrane electrode assemblies from being electrically connected to each other, and contacts the cathode and the anode of the membrane electrode assembly to transfer the fuel and the oxidant supplied from the outside to the membrane electrode assembly. A channel channel may be formed inside the separator plate.

상기 연료전지용 스택은 연료와 산화제의 전기화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The stack for a fuel cell serves to generate electricity through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant.

본 출원의 일 실시상태는 상기 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.One embodiment of the present application provides a fuel cell including the membrane electrode assembly.

본 출원의 일 실시상태에서, 상기 연료전지는 적어도 하나의 막 전극 접합체와 막 전극 접합체의 사이마다 구비된 분리판을 포함하는 연료 전지용 스택(300); 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급부(500); 및 산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제 공급부(400)를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present application, the fuel cell includes a fuel cell stack 300 including a separator plate provided between at least one membrane electrode assembly and a membrane electrode assembly; A fuel supply part (500) for supplying fuel to the stack; And an oxidant supply 400 for supplying an oxidant to the stack.

도 8은 본 출원의 일 실시상태에 따른 연료전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.8 schematically shows the structure of a fuel cell according to one embodiment of the present application.

도 8을 참조하면, 본 출원의 연료전지는 연료 전지용 스택(300), 연료 공급부(500) 및 산화제 공급부(400)를 포함하는 것으로 구성되어 있다. 본 출원의 연료전지는 서로 대향하여 위치하는 캐소드와 애노드, 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 위치하며, 본 출원에 따른 연료전지용 전해질 막을 포함하는 하나 이상의 막 전극 접합체 및 하나 이상의 분리판을 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 하나 이상의 연료 전지용 스택(300); 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부(500); 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the fuel cell of the present application comprises a fuel cell stack 300, a fuel supply unit 500, and an oxidant supply unit 400. The fuel cell of the present application includes a cathode and an anode positioned opposite to each other, and at least one membrane electrode assembly located between the anode and the cathode and including an electrolyte membrane for a fuel cell according to the present application, and at least one separator plate, At least one fuel cell stack (300) for generating electricity through an electrochemical reaction of an oxidizing agent; A fuel supply unit (500) for supplying fuel to the electricity generation unit; And an oxidant supply unit 400 for supplying the oxidant to the electricity generating unit.

상기 연료 공급부(500)는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(510) 및 연료탱크(510)에 저장된 연료를 전기 발생부로 공급하는 펌프(520)로 구성될 수 있다. 상기 연료는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 개미산, 수소 화합물 수용액 및 수소 가스로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 수소 가스일 수 있다. The fuel supply unit 500 includes a fuel tank 510 for storing fuel and a pump 520 for supplying fuel stored in the fuel tank 510 to the electricity generating unit, . The fuel may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, propanol, formic acid, aqueous hydrogen compound solution and hydrogen gas. More specifically, it may be a hydrogen gas.

상기 산화제 공급부(400)는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다. 상기 산화제는 산소 또는 공기일 수 있고, 산소 또는 공기를 펌프(520)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply part 400 serves to supply an oxidant to the electricity generation part. The oxidizing agent may be oxygen or air, and oxygen or air may be injected into the pump 520 to be used.

이하 실시예 및 비교예를 통해 본 출원의 내용을 상세히 설명하지만, 본 출원의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the contents of the present application will be described in detail by way of examples and comparative examples, but the scope of the present application is not limited thereto.

<< 실시예Example >>

<< 실시예Example 1> 1>

하이드로카본(hydrocarbon) 계 또는 불소계 이온전도성 수지 용액을 닥터 블레이드로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 올레핀 강화 기재에 도포한 후, 80℃까지 서서히 승온시킨 후 약 4시간 동안 건조시켜서 고분자 전해질 막을 제조하였다.A hydrocarbon or fluorine-based ion conductive resin solution was applied to polyethylene terephthalate (PET) or an olefin-reinforced base with a doctor blade, and then the temperature was gradually raised to 80 ° C., followed by drying for about 4 hours to prepare a polymer electrolyte membrane.

상기 전해질 막에서 기재를 제거하고, 볼록부를 포함하는 프레스를 사용하여 전해질 막의 양면에서 압착시켜서 오목부를 구비하는 전해질 막을 제조하였다.The substrate was removed from the electrolyte membrane, and pressed on both surfaces of the electrolyte membrane using a press including the convex portions to prepare an electrolyte membrane having the recesses.

기체 확산층 기재에 전극 촉매용 잉크를 음극과 양극에 각각 0.4 mg/cm2의 로딩양으로 닥터 블레이드로 도포하여 평평한 애노드와 캐소드 전극 촉매층을 형성하였다. 상기 촉매층의 한 면의 표면에 볼록부를 포함하는 프레스를 사용하여 압착시켜서 볼록부를 구비하는 전극을 제조하였다.The electrode catalyst ink was coated on the substrate of the gas diffusion layer with a doctor blade in a loading amount of 0.4 mg / cm 2 on the cathode and the anode, respectively, to form a flat anode and a cathode catalyst layer. An electrode having a convex portion was produced by pressing a surface of one side of the catalyst layer using a press including a convex portion.

상기 전해질 막과 전극을 접합시켜서 막 전극 접합체를 제조하였다.The electrolyte membrane and the electrode were bonded to each other to prepare a membrane electrode assembly.

<< 비교예Comparative Example 1> 1>

실시예 1에서 제조한 전해질막에 오목부를 구비하지 않은 평평한 애노드와 캐소드 전극을 접합시켜서 막 전극 접합체를 제조하였다.A membrane electrode assembly was prepared by bonding a flat anode and a cathode electrode having no recesses to the electrolyte membrane prepared in Example 1.

<< 비교예Comparative Example 2> 2>

오목부를 구비하지 않은 평평한 전해질막에 볼록부를 구비하지 않은 평평한 애노드와 캐소드 전극을 접합시켜서 막 전극 접합체를 제조하였다.A planar anode having no convex portion and a cathode electrode were bonded to a flat electrolyte membrane having no concave portion to prepare a membrane electrode assembly.

도 6은 실시예 1에서의 막 전극 접합체에서 수소와 산소의 이동 경로와 프로톤의 이동 경로를 나타낸 것이다. 도 6에서 도면 부호 I는 프로톤의 이동 경로이고, 도면 부호 II는 수소와 산소의 이동 경로이다.6 is a graph showing the movement path of hydrogen and oxygen and the movement path of protons in the membrane electrode assembly of Example 1. Fig. In Fig. 6, reference numeral I denotes a movement path of protons, and reference numeral II denotes a movement path of hydrogen and oxygen.

도 6에서 도면 부호 I를 보면, 촉매 반응에 의해 애노드에서 생성된 프로톤이 캐소드에 구비된 볼록부로 빠르게 전도되어 환원 반응이 신속히 일어나게 된다. 또한, 도면 부호 II를 보면 표면적이 넓어져서 수소와 촉매와의 반응과 산소와 촉매와의 반응이 활성화됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, the proton generated in the anode by the catalytic reaction is rapidly conducted to the convex portion provided in the cathode, so that the reduction reaction occurs rapidly. In addition, reference numeral II shows that the surface area is widened so that the reaction between hydrogen and the catalyst and the reaction between oxygen and the catalyst are activated.

도 7은 비교예 1 및 2에 따른 프로톤의 이동 경로를 나타낸 것이다.FIG. 7 shows the movement paths of the proton according to Comparative Examples 1 and 2.

도 7에서 A는 비교예 1에서 오목부를 구비하는 전해질 막과 평평한 전극을 접합시켜 제조한 막 전극 접합체를 나타낸 것이다. 이 때, 전해질 막의 오목부에 공기가 채워지게 되므로 수소와 촉매 반응에 의해 애노드에서 생성된 프로톤이 캐소드로 전도하지 못하는 문제가 생길 수 있다.7A shows a membrane electrode assembly manufactured by bonding an electrolyte membrane having a concave portion and a flat electrode to each other in Comparative Example 1. FIG. At this time, since the air is filled in the concave portion of the electrolyte membrane, there is a problem that protons generated in the anode by the catalytic reaction with hydrogen can not be conducted to the cathode.

도 7에서 B는 비교예 2에서 평평한 전해질 막과 평평한 전극을 접합시켜 제조한 막 전극 접합체를 나타낸 것이다. 이 때, 수소와 촉매 반응에 의해 애노드에서 생성된 프로톤이 캐소드로 전도할 때, 전도 길이가 길기 때문에 막 두께에 의한 저항이 크게 되는 문제가 있다.FIG. 7B shows a membrane electrode assembly manufactured by bonding a flat electrolyte membrane and a flat electrode in Comparative Example 2. FIG. At this time, when the protons generated in the anode by the catalytic reaction with hydrogen are conducted to the cathode, there is a problem that the resistance due to the film thickness increases because the conduction length is long.

본 출원이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 출원의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

이상으로 본 출원의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 출원의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 출원의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present application in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present application is not limited thereto. Accordingly, the actual scope of the present application will be defined by the appended claims and their equivalents.

10: 기재
12: 기체 확산층 기재
20: 전해질 막 수지 조성물
22: 전극 촉매 조성물
30: 몰드 평면도
40: 돌출 부분
50: 전해질 막에 제조된 오목부
100: 전해질 막
102: 코팅된 전해질 막
110: 오목부를 구비하는 전해질 막
200: 전극
200a: 캐소드
200b: 애노드
202: 코팅된 전극
210: 볼록부를 구비하는 전극
210a: 볼록부를 구비하는 캐소드
210b: 볼록부를 구비하는 애노드
300: 연료전지용 스택
400: 산화제 공급부
500: 연료 공급부
510: 연료탱크
520: 펌프
10: substrate
12: gas diffusion layer substrate
20: electrolyte membrane resin composition
22: electrode catalyst composition
30: Mold plan view
40: protruding portion
50: concave portion formed in the electrolyte membrane
100: electrolyte membrane
102: Coated electrolyte membrane
110: electrolyte membrane having a concave portion
200: electrode
200a: cathode
200b: anode
202: Coated electrode
210: Electrode having a convex portion
210a: Cathode having a convex portion
210b: an anode having a convex portion
300: Stack for fuel cell
400: oxidant supplier
500: fuel supply unit
510: Fuel tank
520: pump

Claims (26)

전해질 막의 한 면 또는 양면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 표면에 복수 개의 오목부가 구비된 전해질 막을 제조하는 단계;
전해질 막과 접하는 전극 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 상기 전해질 막과 접하는 상기 전극의 표면에만 상기 전해질막의 오목부와 서로 맞물리는 형상을 가지는 복수 개의 볼록부가 구비된 전극을 제조하는 단계; 및
상기 전해질 막 표면의 오목부와 전극 표면의 볼록부가 서로 맞물리도록 전해질 막과 전극을 접합하는 단계
를 포함하고,
상기 프레스로 압착하는 것은 롤 프레스에 의한 것인 막 전극 접합체의 제조방법.
Pressing at least a portion of one surface or both surfaces of the electrolyte membrane with a press with irregularities on the surface to produce an electrolyte membrane having a plurality of recesses on the surface;
Wherein at least a portion of the surface of the electrode surface in contact with the electrolyte membrane is compressed by a press with irregularities on the surface so that only a surface of the electrode in contact with the electrolyte membrane has a plurality of convex portions having a shape engaging with the concave portion of the electrolyte membrane Lt; / RTI &gt;electrode; And
Joining the electrolyte membrane and the electrode so that the concave portion on the surface of the electrolyte membrane and the convex portion of the electrode surface are engaged with each other
Lt; / RTI &gt;
Wherein the pressing by the press is performed by a roll press.
청구항 1에 있어서, 상기 전해질 막을 제조하는 단계는,
기재에 전해질 막 수지 조성물을 도포하여 평평한 전해질 막을 형성하는 단계; 및
상기 전해질막의 한 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여 복수 개의 오목부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the step of preparing the electrolyte membrane comprises:
Applying an electrolyte membrane resin composition to a substrate to form a flat electrolyte membrane; And
And pressing at least a portion of the surface of one surface of the electrolyte membrane with a press with irregularities on the surface to form a plurality of recesses.
청구항 2에 있어서, 상기 오목부를 형성하는 단계 이전 또는 이후에,
전해질 막에서 기재를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.
The method according to claim 2, wherein, before or after the step of forming the concave portion,
And removing the substrate from the electrolyte membrane. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
청구항 2에 있어서, 상기 오목부를 형성하는 단계 이후에,
상기 전해질 막의 나머지 한 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여 복수 개의 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.
3. The method of claim 2, wherein after forming the recess,
Further comprising the step of pressing at least a portion of the surface of the other surface of the electrolyte membrane with a press with irregularities on the surface to form a plurality of recesses.
청구항 1에 있어서, 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 직경은 1mm 초과 50 mm 이하인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the diameter of the concave portion provided in the electrolyte membrane is 1 mm or more and 50 mm or less. 청구항 5에 있어서, 상기 전해질 막에서 오목부의 밀도는 16개/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 5, wherein the density of the concave portion in the electrolyte membrane is 16 / cm 2 or less. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질 막에 구비된 오목부의 깊이는 전해질 막 두께의 1/10 이상 1/2 미만인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the depth of the concave portion provided in the electrolyte membrane is 1/10 or more and less than 1/2 of the thickness of the electrolyte membrane. 청구항 1에 있어서, 상기 전극을 제조하는 단계는,
기재에 전극 촉매 조성물을 도포하여 촉매층을 형성하는 단계; 및
상기 촉매층의 한 면의 표면 중 적어도 일 부분을 표면에 요철이 있는 프레스로 압착하여, 상기 전해질 막과 접하는 상기 촉매층의 표면에만 복수 개의 볼록부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Applying an electrode catalyst composition to a substrate to form a catalyst layer; And
And pressing at least a portion of the surface of one surface of the catalyst layer with a press with irregularities on the surface to form a plurality of protrusions only on the surface of the catalyst layer in contact with the electrolyte membrane Gt;
청구항 8에 있어서, 상기 기재는 기체 확산층 기재인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 8, wherein the substrate is a substrate for a gas diffusion layer. 청구항 1에 있어서, 상기 전극은 애노드 또는 캐소드인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the electrode is an anode or a cathode. 청구항 1에 있어서, 상기 전극에 구비된 볼록부의 깊이는 전극 두께의 1/10 이상 1/2 미만인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the depth of the convex portion provided on the electrode is 1/10 or more and less than 1/2 of the thickness of the electrode. 청구항 1에 있어서, 상기 전극을 제조하는 단계에서 사용하는 프레스의 요철은 전해질 막을 형성하는 단계에서 사용하는 프레스의 요철과 서로 맞물릴 수 있는 상보적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The process for producing a membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the unevenness of the press used in the step of producing the electrode has a complementary shape that can be intertwined with the unevenness of the press used in the step of forming the electrolyte membrane . 청구항 1에 있어서, 상기 오목부 또는 볼록부의 단면 형상은 반원형, 삼각형, 사각형 또는 톱니형인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the concave portion or the convex portion is semicircular, triangular, square or saw-tooth. 청구항 1에 있어서, 상기 복수 개의 오목부 또는 복수 개의 볼록부는 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the plurality of concave portions or the plurality of convex portions forms a regular pattern or an irregular pattern. 청구항 1에 있어서, 상기 복수 개의 오목부 또는 복수 개의 볼록부가 규칙 패턴을 형성하는 경우, 오목부 또는 볼록부 사이의 거리는 오목부 또는 볼록부 직경의 0.5배 이상인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조방법.The manufacturing method of a membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein, when the plurality of concave portions or the plurality of convex portions form a regular pattern, the distance between the concave portions or the convex portions is 0.5 times or more of the diameter of the concave portion or the convex portion . 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 막 전극 접합체.A membrane electrode assembly produced by the method of any one of claims 1 to 15. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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