KR101823901B1 - Production Method of Electrode Applied Spray Coating on Porous Release Paper - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 산화환원 반응을 활발하게 만들어 물 배출성이 향상된 표면 조도를 갖는 전극 제조를 위함과 동시에 정밀하고 얇은 두께의 전극을 제조하기 위한 것으로 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계; 및 상기 제1단계에서 사용된 후의 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매슬러리가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계;를 포함하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법을 제공한다. DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been devised to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide an electrode having a surface roughness improved in water discharge property by making oxidation-reduction reaction active, It is an object of the present invention to provide an electrode manufacturing method in which a spray coating method is applied to a porous release paper.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are bonded to both sides of an electrolyte membrane, the catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous membrane, A first step in which the cathode electrode is coated through a transfer method in which the electrolyte is transferred to and coated on the cathode; And a second step of coating the anode electrode through a spray coating method in which a catalyst slurry of the anode electrode is sprayed onto the porous release paper used in the first step to coat the anode electrode with the spray coating method. And a manufacturing method thereof.

Description

기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법{Production Method of Electrode Applied Spray Coating on Porous Release Paper}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of producing an electrode by applying a spray coating method to a porous release paper,

본 발명은 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법에 관한 것으로서, 캐소드 전극 제조 시 사용되었던 기공성 이형지를 재활용하여 애노드 전극에 적용시켜 제조 원가 절감 및 물 배출성이 향상된 표면 조도를 갖는 얇은 두께의 전극 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an electrode in which a spray coating method is applied to a porous release paper, and the porous release paper used in manufacturing the cathode electrode is recycled and applied to the anode electrode, Thick electrode.

현재 자동차 업계에서는 친환경 자동차인 수소연료전지 자동차에 대해 경쟁적으로 신규 자동차 개발을 발표하며 기술 경쟁이 심화되고 있다. 이에, 자동차 업계는 현재 수소연료전지의 원가 절감 및 성능과 내구성 향상 등의 기술 경쟁력 확보를 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 특히, 높은 에너지 효율을 가지며 고온에서 작동이 가능하면서도 신뢰성이 있는 고성능 연료전지의 개발이 절실히 요구되고 있다. Currently, the automobile industry is intensifying its technological competition with the announcement of the development of a new car for the hydrogen fuel cell vehicle, which is an environment friendly car. Accordingly, the automobile industry is making efforts to secure technological competitiveness such as cost reduction of hydrogen fuel cell and improvement of performance and durability. Particularly, there is a desperate need to develop a high performance fuel cell which has high energy efficiency, is operable at high temperature, and is reliable.

이와 같은 수소연료전지 자동차의 핵심 부품은 수소와 산소를 이용해 전기를 만들어 내는 전극막접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)이다. 이는 수소연료전지 자동차의 엔진역할을 담당하게 되므로 자동차의 연비와 내구성이 전극막접합체에 의해 좌우된다고 할 수 있다. A key component of such a hydrogen fuel cell automobile is a membrane electrode assembly (MEA) that produces electricity using hydrogen and oxygen. It is said that the hydrogen fuel cell vehicle is responsible for the engine, so fuel efficiency and durability of the vehicle depend on the electrode membrane assembly.

이처럼 수소연료전지 자동차의 핵심 부품인 전극막접합체(MEA)는 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 코팅되어 있다. 상술한 바와 같은 구조를 갖는 연료전지는 반응기체인 수소가 공급되면서 애노드(음극)에서는 산화반응이 일어나 수소 분자가 수소 이온과 전자로 전환되고, 이 때 전환된 수소 이온은 상기 전해질막을 거쳐 캐소드(양극)로 전달된다. 캐소드에서는 산소 분자가 전자를 받아 산소 이온으로 전환되는 환원반응이 일어나며, 이 때 생성된 산소 이온은 애노드로부터 전달된 수소 이온과 반응하여 물 분자로 전환된다. 이러한 일련의 반응들이 전극막접합체 내에서 일어나게 되며, 전극막접합체는 전해질막의 양쪽에 위치한 음극 및 양극에 촉매물질을 박막 코팅하여 제조된다. As described above, the electrode membrane assembly (MEA), which is a core component of a hydrogen fuel cell vehicle, is coated with an anode and a cathode on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer material. In the fuel cell having the above-described structure, hydrogen is supplied as a reactor, and an oxidation reaction occurs at the anode (cathode) to convert the hydrogen molecules into hydrogen ions and electrons. At this time, the converted hydrogen ions are passed through the electrolyte membrane ). At the cathode, a reduction reaction occurs in which the oxygen molecule receives electrons and is converted to oxygen ions. At this time, the generated oxygen ions react with the hydrogen ions transferred from the anode to convert to water molecules. These series of reactions occur in the electrode membrane assembly, and the electrode membrane assembly is prepared by thinly coating a catalyst material on the cathode and anode located on both sides of the electrolyte membrane.

이러한 수소연료전지 자동차의 현실화에 맞물려 전극막접합체의 대량 생산과 관련된 다양한 방법이 제안되고 있다. 전극막접합체의 제조 방법에는 가스확산층에 촉매를 도포하여 고분자 전해질막과 접합시키는 CCG(Catalyst Coated on GDL) 방법과 촉매를 고분자 전해질에 도포하여 만드는 CCM(Catalyst Coated on Membrane) 방법이 가장 대표적이다. Various methods related to the mass production of the electrode membrane assembly in response to the realization of such a hydrogen fuel cell vehicle have been proposed. Catalyst Coated on Membrane (CCM) method, which is made by applying a catalyst to a gas diffusion layer and bonding it to a polymer electrolyte membrane, and CCM (Catalyst Coated on GDL) method in which a catalyst is applied to a polymer electrolyte, is the most typical method for producing an electrode membrane assembly.

이 중 CCM으로 제조된 전극막접합체가 CCG로 제조하는 것보다 생산 방법 측면에서 매우 유리하며, 촉매층과 고분자 전해질이 직접적으로 접합이 되어 내부 저항을 크게 줄일 수 있다. 하지만 CCM 방식에서 고분자 전해질막에 촉매 슬러리를 직접 도포하는 방법은 고분자전해질의 특성상 매우 어려워 전사(Decal)법을 사용하여 제작한다. Among them, the electrode membrane assembly manufactured by CCM is more advantageous in terms of the production method than that manufactured by CCG, and the catalyst layer and the polymer electrolyte are directly bonded to each other, so that the internal resistance can be greatly reduced. However, in the CCM method, the method of directly applying the catalyst slurry to the polymer electrolyte membrane is very difficult due to the characteristics of the polymer electrolyte, and is manufactured using the decal method.

전사법이란 것은 스크린 프린팅(screen printing), 캐스팅(casting)을 이용해 이형지에 촉매 전극층을 코팅한 다음 전해질막을 고온 고압에서 압착하여 이형지에 코팅된 촉매 전극층을 전해질막으로 전이시켜 제조하는 것이다. The transfer method is to coat a catalyst electrode layer on a release paper by screen printing or casting and then press the electrolyte membrane at high temperature and high pressure to transfer the catalyst electrode layer coated on the release paper to the electrolyte membrane.

종래 기술에 따르면, 먼저 백금(Pt)이 담지된 카본(C) 촉매를 이온 전도성 고분자와 일정 비율로 유기용매에 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 카본종이나 카본 천 위에 상기 슬러리를 도포하여 캐스팅 코팅법하거나 스크린 프린팅을 이용하고, 또는 공기의 압력을 이용한 분사방식을 이용하여 촉매층을 제조한다. 이후에 전극의 이온전도성 고분자의 2차 첨가 방법에 의해 전극 성능을 얻을 수 있는 전극을 제조한다. 일반적으로 전극막접합체의 애노드 전극에는 탄소 담체에 담지된 백금 또는 백금-루테늄 촉매를 사용하고, 캐소드 전극에는 백금 촉매를 사용한다. According to the prior art, first, a slurry is prepared by mixing a carbon (C) catalyst carrying platinum (Pt) with an ionic conductive polymer at a certain ratio in an organic solvent, applying the slurry to a carbon species or carbon cloth, Or by using screen printing or by using an injection method using air pressure. Then, an electrode capable of obtaining the electrode performance is manufactured by the second adding method of the ion conductive polymer of the electrode. In general, a platinum or platinum-ruthenium catalyst supported on a carbon carrier is used for the anode electrode of the electrode membrane assembly, and a platinum catalyst is used for the cathode electrode.

이때 촉매의 성능, 전극층 내에서의 고분자 전해질의 분포, 백금 함량 등에 의해 제조된 전극의 성능이 결정된다. 특히, 전극의 성능은 촉매층으로의 반응물의 확산과 반응 생성물의 배출 등과 같은 물질 전달의 용이성에 의해서 크게 영향을 받는다. At this time, the performance of the electrode manufactured by the performance of the catalyst, the distribution of the polymer electrolyte in the electrode layer, the platinum content, and the like is determined. In particular, the performance of the electrode is greatly influenced by the ease of mass transfer, such as diffusion of reactants into the catalyst bed and discharge of reaction products.

따라서 전극의 성능을 높이기 위해 실시한 종래기술에 따르면, 산소의 환원 반응을 우수하게 하고, 부산물인 물의 배출을 용이하게 할 뿐만 아니라 물질 전달의 안정화를 통해 연료전지의 효율을 향상시키도록 표면 조도를 갖는 전극을 제조하기 위해 기공성 이형지를 사용하였다. Therefore, according to the conventional technology for improving the performance of the electrode, it is possible to improve the oxygen reduction reaction, facilitate the discharge of the by-product water, and improve the efficiency of the fuel cell through stabilization of mass transfer. A porous release paper was used to fabricate the electrode.

이러한 표면 조도를 갖는 전극을 제조하기 위하여 종래기술에서는 기공성 이형지에 전극 슬러리를 코팅하였다. 이 과정에서 주로 백금(Pt)이 담지된 카본(C) 촉매를 이온 전도성 고분자와 일정 비율로 유기용매에 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 카본종이나 카본 천 위에 상기 슬러리를 도포하는 캐스팅 코팅법법을 사용하여 전극 코팅이 이루어졌다. 이 때, 기공성 이형지에 코팅을 하면 전극 슬러리가 기공성 이형지 내부로 침투하기 때문에 정밀한 촉매의 로딩(loading)량을 제어하는데 어려움이 발생하였다. In order to produce electrodes having such surface roughness, the electrode slurry is coated on the porous release paper in the prior art. In this process, a cast coating method in which a slurry is prepared by mixing a carbon (C) catalyst mainly containing platinum (Pt) with an ionic conductive polymer in an organic solvent at a predetermined ratio, and then the slurry is applied onto carbon species or carbon cloth The electrode coating was done using. At this time, coating the porous release paper has a difficulty in controlling the loading amount of the precise catalyst because the electrode slurry penetrates into the porous release paper.

또한, 기공성 이형지 위에 전극 코팅 방식으로 캐스팅 코팅법 방식을 이용하여 캐소드극(공기극)과 애노드극(수소극) 모두를 코팅하였을 경우, 캐소드극은 두께가 약 5마이크로미터 이상으로 기공성 이형지 위에 코팅을 하더라도 코팅막의 두께를 제어하는데 용이하였지만, 애노드극은 0.5 내지 1.5마이크로미터 두께로 상기 캐스팅 코팅법 방식으로 표면이 고르지 않은 기공성 이형지에 균일하게 코팅하는 데에 어려움이 따르는 문제점이 있었다. In addition, when the cathode electrode (air electrode) and the anode electrode (water electrode) are coated on the porous release paper by the cast coating method in the electrode coating method, the cathode electrode has a thickness of about 5 micrometers or more, It is easy to control the thickness of the coating layer even though the coating is applied. However, the anode has a thickness of 0.5 to 1.5 micrometers, which makes it difficult to uniformly coat the surface of the anode with the uneven surface.

보다 더 구체적으로, 연료전지에서 캐소드 전극의 경우 두께가 5마이크로미터 이상으로 일반적인 캐스팅 코팅법 방식에 의한 코팅법을 적용하여 제조하더라도 균일한 두께를 갖는 전극 코팅이 가능하였지만, 애노드 전극의 경우 일반적인 두께가 0.5 내지 1.5마이크로미터이며, 이는 통상적인 코팅 방식으로 균일한 촉매 로딩을 갖는 전극을 기공성 이형지에 코팅하는 데에 어려움이 있었던 것이다. More specifically, even if the cathode electrode of the fuel cell is manufactured by applying a coating method using a general cast coating method at a thickness of 5 micrometers or more, it is possible to coat the electrode with a uniform thickness. However, in the case of the anode electrode, Is 0.5 to 1.5 micrometers, which makes it difficult to coat an electrode with a uniform catalyst loading onto a porous release paper by conventional coating methods.

이외의 방법으로는 분무 코팅법이 이용되기도 하였다. 분무 코팅법은 코팅하고자 하는 전극 슬러리를 준비하고 슬러리를 분무하여 원하는 곳에 코팅하는 방식으로 공기압력에 의한 방식과 전기적 힘에 의한 방식 등으로 나눌 수 있다. 공기압력에 의한 분무 방식은 분무된 슬러리의 크기가 전기적인 힘에 의해 분무된 방식과 비교해 상대적으로 크다는 단점이 있어 얇은 두께의 정밀한 코팅층을 형성하는데 불리하다. 또한 전기적 힘에 의한 방식의 경우, 고분자로 이루어진 전해질막이 부도체이기 때문에 직접 코팅하기 어려운 문제점이 있었다. A spray coating method was also used in other methods. The spray coating method can be divided into a method by air pressure and a method by electric force by preparing an electrode slurry to be coated and spraying slurry to a desired place. The spraying method by air pressure is disadvantageous in that it forms a precise coating layer of a thin thickness because it has a disadvantage in that the size of the sprayed slurry is relatively large compared with a spraying method by an electric force. Further, in the case of the method using an electric force, since the electrolyte membrane made of the polymer is nonconductive, there is a problem that it is difficult to directly coat the electrolyte membrane.

따라서, 이러한 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위해 전극에 촉매용액을 균일하고 얇게 도포함으로써 양질의 촉매층을 얻어 연료전지의 성능을 향상시키고 전극막접합체의 대량생산을 가능하게 할 전극막접합체의 새로운 기술 개발이 시급한 실정이다. Therefore, in order to overcome the problems of the conventional techniques, it is necessary to develop a new technology for an electrode membrane assembly which can obtain a high quality catalyst layer and improve the performance of a fuel cell and mass production of an electrode membrane assembly by uniformly and thinly coating a catalyst solution on the electrode This is urgent.

또한, 현재 사용되고 있는 전해질막에 사용되는 기공성 이형지의 가격이 상당히 고가이기 때문에 상기 연료전지를 상용화하는 데에 큰 어려움이 있어서 이를 해결하기 위해 가격이 상대적으로 저렴한 재료 및 제조 방법 개발도 시급하다. In addition, since the cost of the porous release paper used in the currently used electrolyte membrane is considerably high, there is a great difficulty in commercializing the fuel cell. Therefore, it is urgent to develop a material and a manufacturing method which are relatively inexpensive in price.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 정밀하고 얇은 두께의 전극을 제조하기 위함과 동시에 제조원가 절감을 실현하고자 개발된 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems and to achieve a precise and thin electrode having a reduced manufacturing cost.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 산화환원 반응을 활발하게 만들어 물 배출성이 향상된 표면 조도를 갖는 전극 제조를 위함과 동시에 정밀하고 얇은 두께의 전극을 제조하기 위한 것으로 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been devised to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide an electrode having a surface roughness improved in water discharge property by making oxidation-reduction reaction active, It is an object of the present invention to provide an electrode manufacturing method in which a spray coating method is applied to a porous release paper.

또한, 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법에 따른 캐소드 코팅에서 사용하고 남은 기공성 이형지에 애노드 슬러리를 분무하는 방법을 이용하여 제조원가 절감을 실현시킨 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, an electrode coated with a spray coating method is used for a porous release paper which is reduced in manufacturing cost by using a cathode coating method according to an electrode manufacturing method in which a spray coating method is applied to a porous release paper, and spraying an anode slurry to the remaining porous release paper And a manufacturing method thereof.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계; 및 상기 제1단계에서 사용된 후의 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매슬러리가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계;를 포함하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are bonded to both sides of an electrolyte membrane, the catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous membrane, A first step in which the cathode electrode is coated through a transfer method in which the electrolyte is transferred to and coated on the cathode; And a second step of coating the anode electrode through a spray coating method in which a catalyst slurry of the anode electrode is sprayed onto the porous release paper used in the first step to coat the anode electrode with the spray coating method. And a manufacturing method thereof.

본 발명에서의 상기 전사법은 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법이 적용되는 것이 바람직하다. In the transfer method of the present invention, a cast coating method is preferably applied in which the catalyst slurry is coated on the porous release paper and coated.

본 발명에서의 상기 기공성 이형지에 의해 표면조도를 갖는 전극이 제조되는 것이 바람직하다. It is preferable that an electrode having surface roughness is produced by the porous release paper of the present invention.

본 발명에서의 상기 제2단계는 상기 제1단계 후의 상기 기공성 이형지 위에 전기적 힘에 의해 상기 애노드 전극의 촉매 슬러리를 분무하여 코팅하는 방식인 전기 분무 코팅법이 적용되는 것이 바람직하다. In the second step of the present invention, the electrospray coating method is preferably applied by spraying the catalyst slurry of the anode electrode onto the porous release paper after the first step by an electrical force.

본 발명에서의 상기 제2단계는 상기 애노드 전극의 두께가 0.5 내지 1.5㎛인 것이 바람직하다. In the second step of the present invention, the thickness of the anode electrode is preferably 0.5 to 1.5 탆.

본 발명에서의 상기 기공성 이형지는 폴리테트라플루오르에틸렌이 적용되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that polytetrafluoroethylene is applied to the porous release paper.

본 발명에서의 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계; 및 상기 제1단계에서 사용된 후의 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매슬러리가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계;를 포함하며, 상기 전사법은 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법이 적용되고, 상기 기공성 이형지에 의해 표면조도를 갖는 전극이 제조되며, 상기 제2단계는 상기 제1단계 후의 상기 기공성 이형지 위에 전기적 힘에 의해 상기 애노드 전극의 촉매 슬러리를 분무하여 코팅하는 방식인 전기 분무 코팅법이 적용되고, 상기 제2단계는 상기 애노드 전극의 두께가 0.5 내지 1.5㎛이며, 상기 기공성 이형지는 폴리테트라플루오르에틸렌이 적용되는 것이 바람직하다. In the method of manufacturing an electrode membrane electrode assembly in which the cathode and the anode are bonded to both sides of the electrolyte membrane in the present invention, a catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous separator and then transferred to the electrolyte membrane A first step of coating a cathode electrode; And a second step in which the anode electrode is coated by a spray coating method in which a catalyst slurry of an anode electrode is sprayed and coated on the porous release paper after being used in the first step, A casting coating method in which a catalyst slurry is applied and coated is applied, and an electrode having surface roughness is produced by the porous release paper, and the second step is a step of applying an electric force on the porous release paper after the first step, The thickness of the anode electrode is in the range of 0.5 to 1.5 占 퐉, and the porous release paper is preferably coated with polytetrafluoroethylene. Do.

본 발명에서의 상기 제조방법에 의해 제조된 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극이 제조되는 것이 바람직하다. It is preferable that an electrode to which the spray coating method is applied to the porous release paper produced by the manufacturing method of the present invention is produced.

본 발명의 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법에 의하면, 산화환원 반응을 활발하게 만들어 물 배출성이 향상된 표면 조도를 갖고 있음과 동시에 정밀하고 얇은 두께의 전극을 제공하는 효과가 있다. According to the electrode manufacturing method in which the spray coating method is applied to the porous release paper of the present invention, there is an effect of providing a precise and thin-thickness electrode while having a surface roughness improving the water discharge property by making the redox reaction active.

또한, 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법에 따른 캐소드 코팅에서 사용하고 남은 기공성 이형지에 애노드 슬러리를 분무하는 방법을 이용하여 제조원가 절감을 실현시키는 데에 효과가 있다. Also, it is effective to realize a reduction in manufacturing cost by using a cathode coating according to an electrode manufacturing method in which a spray coating method is applied to a porous release paper, and spraying an anode slurry to the remaining porous paper.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법의 단계별 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a step-by-step view of a method of manufacturing an electrode in which a spray coating method is applied to a porous release paper according to an embodiment of the present invention;

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, it should be understood that the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents and modifications It should be understood.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법에 관한 것으로, 일 관점에서 본 발명은 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극에 관한 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention relates to an electrode manufacturing method in which a spray coating method is applied to a porous release paper, and in particular, the present invention relates to an electrode to which a spray coating method is applied to a porous release paper.

본 발명에 따른 전극막접합체(MEA)는 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 코팅되어 있다. 상술한 바와 같은 구조를 갖는 연료전지는 반응기체인 수소가 공급되면서 애노드(음극)에서는 산화반응이 일어나 수소 분자가 수소 이온과 전자로 전환되고, 이 때 전환된 수소 이온은 상기 전해질막을 거쳐 캐소드(양극)로 전달된다. 캐소드에서는 산소 분자가 전자를 받아 산소 이온으로 전환되는 환원반응이 일어나며, 이 때 생성된 산소 이온은 애노드로부터 전달된 수소 이온과 반응하여 물 분자로 전환된다. 이러한 일련의 반응들이 전극막접합체 내에서 일어나게 되며, 본 발명에 따른 상기 전극막접합체는 전해질막의 양쪽에 위치한 음극 및 양극에 촉매물질이 박막 코팅되어 제조된다. The electrode membrane assembly (MEA) according to the present invention has cathodes and anodes coated on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer material. In the fuel cell having the above-described structure, hydrogen is supplied as a reactor, and an oxidation reaction occurs at the anode (cathode) to convert the hydrogen molecules into hydrogen ions and electrons. At this time, the converted hydrogen ions are passed through the electrolyte membrane ). At the cathode, a reduction reaction occurs in which the oxygen molecule receives electrons and is converted to oxygen ions. At this time, the generated oxygen ions react with the hydrogen ions transferred from the anode to convert to water molecules. Such a series of reactions occurs in the electrode membrane assembly, and the electrode membrane assembly according to the present invention is manufactured by coating a catalyst material on the cathode and anode located on both sides of the electrolyte membrane.

전극막접합체의 제조 방법에는 가스확산층에 촉매를 도포하여 고분자 전해질막과 접합시키는 CCG(Catalyst Coated on GDL) 방법과 촉매를 고분자 전해질에 도포하여 만드는 CCM(Catalyst Coated on Membrane) 방법이 가장 대표적이다. Catalyst Coated on Membrane (CCM) method, which is made by applying a catalyst to a gas diffusion layer and bonding it to a polymer electrolyte membrane, and CCM (Catalyst Coated on GDL) method in which a catalyst is applied to a polymer electrolyte, is the most typical method for producing an electrode membrane assembly.

이 중 CCM으로 제조된 전극막접합체가 CCG로 제조하는 것보다 생산 방법 측면에서 매우 유리하며, 촉매층과 고분자 전해질이 직접적으로 접합이 되어 내부 저항을 크게 줄일 수 있다. 하지만 CCM 방식에서 고분자 전해질막에 촉매 슬러리를 직접 도포하는 방법은 고분자전해질의 특성상 매우 어려워 전사(Decal)법을 사용하여 제작한다. Among them, the electrode membrane assembly manufactured by CCM is more advantageous in terms of the production method than that manufactured by CCG, and the catalyst layer and the polymer electrolyte are directly bonded to each other, so that the internal resistance can be greatly reduced. However, in the CCM method, the method of directly applying the catalyst slurry to the polymer electrolyte membrane is very difficult due to the characteristics of the polymer electrolyte, and is manufactured using the decal method.

전사법이란 것은 스크린 프린팅(screen printing), 또는 캐스팅(casting)을 이용해 이형지에 촉매 전극층을 코팅한 다음 전해질막을 고온 고압에서 압착하여 이형지에 코팅된 촉매 전극층을 전해질막으로 전이시켜 제조하는 것이다. The transfer method is to coat a catalyst electrode layer on a release paper by screen printing or casting and then press the electrolyte membrane at high temperature and high pressure to transfer the catalyst electrode layer coated on the release paper to the electrolyte membrane.

본 발명에서는 캐스팅 코팅법과 분무 코팅법을 이용하여 전극을 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하자면 우선, 백금(Pt)이 담지된 카본(C) 촉매를 이온 전도성 고분자와 일정 비율로 유기용매에 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 카본종이나 카본 천 위에 상기 슬러리를 도포하고, 이러한 슬러리가 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법 중, 상기 카본종이나 카본 천 위에 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법과 슬러리를 분무(spray)하여 원하는 곳에 코팅하는 방식으로 공기압력에 의한 방식과 전기적 힘에 의한 방식으로 나눌 수 있는 분무 코팅법을 이용하여 촉매층을 제조한다. In the present invention, an electrode can be manufactured by cast coating method and spray coating method. More specifically, first, a slurry is prepared by mixing a platinum (Pt) -supported carbon (C) catalyst with an ion conductive polymer at a certain ratio in an organic solvent, applying the slurry to a carbonaceous material or a carbon cloth, In the transfer method in which the slurry is transferred to the electrolyte membrane to coat the slurry on the carbon paper or carbon cloth, a slurry is sprayed on the desired surface, A catalyst layer is prepared by a spray coating method which can be divided by a force method.

이 때 촉매의 성능, 전극층 내에서의 고분자 전해질의 분포, 백금 함량 등에 의해 제조된 전극의 성능이 결정된다. 특히, 전극의 성능은 촉매층으로의 반응물의 확산과 반응 생성물의 배출 등과 같은 물질 전달의 용이성에 의해서 크게 영향을 받는다. At this time, the performance of the electrode manufactured by the performance of the catalyst, the distribution of the polymer electrolyte in the electrode layer, the platinum content, and the like is determined. In particular, the performance of the electrode is greatly influenced by the ease of mass transfer, such as diffusion of reactants into the catalyst bed and discharge of reaction products.

이 중에서 반응 생성물인 물이 용이하게 제거되지 않으면 촉매가 물에 잠기게 되어 반응물인 산소가 촉매층으로 확산되지 못하기 때문에 전극의 활성이 급격히 저하된다. 따라서, 이러한 전극 반응을 방해하는 홍수 현상(flooding)을 제거하기 위해서는 전극에 폴리테트라플루오르에틸렌 계통의 발수 물질을 도포하거나 또는 촉매 층의 기공 크기를 조절하여 물의 제거 속도를 높여야 할 필요가 있다. If water, which is a reaction product, is not easily removed, the catalyst is immersed in water, and oxygen, which is a reactant, is not diffused into the catalyst layer. Therefore, in order to eliminate the flooding that may interfere with the electrode reaction, it is necessary to increase water removal rate by applying a polytetrafluoroethylene-based water repellent material to the electrode or adjusting the pore size of the catalyst layer.

이에 따라 본 발명에서는 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체에 기공성 이형지(100)인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)을 활용하여 물 배출성이 향상된 전극을 제조한다. Accordingly, in the present invention, an electrode having enhanced water discharging property by utilizing polytetrafluoroethylene (PTFE) as a porous release paper (100) is applied to an electrode membrane assembly in which a cathode and an anode are bonded to both sides of an electrolyte membrane .

즉, 전극의 성능을 높이기 위해 본 발명에서는 산소의 환원 반응을 우수하게 하고, 부산물인 물의 배출을 용이하게 할 뿐만 아니라 물질 전달의 안정화를 통해 연료전지의 효율을 향상시키도록 기공성을 갖는 이형지를 사용한 것이다. That is, in order to improve the performance of the electrode, in the present invention, not only the oxygen reduction reaction is improved, the by-product water is easily discharged, but also the porosity of the release paper I used it.

이러한 물 배출성이 용이한 전극을 제조하기 위하여 본 발명에서는 기공성 이형지(100)에 전극 슬러리를 코팅한다. 이 과정에서 주로 백금(Pt)이 담지된 카본(C) 촉매를 이온 전도성 고분자와 일정 비율로 유기용매에 혼합하여 슬러리를 제조하고 도포한 후, 이러한 촉매 슬러리가 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법 중, 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법을 적용하여 전극 코팅이 이루어진다. In order to manufacture such an electrode easily discharged, an electrode slurry is coated on the porous release paper 100 in the present invention. In this process, a slurry is prepared and mixed by mixing a carbon (C) catalyst mainly containing platinum (Pt) with an ionic conductive polymer in an organic solvent at a certain ratio, and then the catalyst slurry is transferred to an electrolyte membrane The electrode coating is performed by applying a casting coating method in which a catalyst slurry is applied and coated on the porous release paper.

이처럼 기공성 이형지(100) 위에 전극 코팅 방식으로 캐스팅 코팅법을 이용하여 캐소드 전극인 공기극과 애노드 전극인 수소극 모두를 코팅하였을 경우, 캐소드 전극은 두께가 약 5마이크로미터 이상으로 기공성 이형지(100) 위에 코팅을 하더라도 캐소드 전극의 촉매층(101)의 두께를 제어하는데 용이하였지만, 애노드 전극은 0.5 내지 1.5마이크로미터 두께로 상기 캐스팅 코팅법으로 표면이 고르지 않은 표면 조도를 갖는 기공성 이형지(100)에 균일하게 코팅하는 데에 어려움이 따르는 문제점이 있다. 또한, 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)가 기공성 이형지(100) 내부로 침투하기 때문에 정밀한 촉매의 로딩(loading)량을 제어하는데 어려움이 발생한다.When the cathode electrode and the anode electrode are coated on the porous release paper 100 by the cast coating method using an electrode coating method, the cathode electrode may have a thickness of about 5 micrometers or more, The anode electrode may be formed to have a thickness of 0.5 to 1.5 micrometers by the cast coating method to a porous base paper 100 having an uneven surface roughness There is a problem that uniform coating is difficult. Further, since the catalyst slurry 105 of the anode electrode penetrates into the porous release paper 100, it is difficult to control the loading amount of the precise catalyst.

이처럼 촉매 로딩량에 있어서, 전해질막에 코팅된 촉매 로딩량이 적으면 촉매층이 얇아지기 때문에 촉매층에서의 물질 전달 저항이 감소하여 반응 기체의 공급과 생성된 물의 제거가 원활해지고 또한, 촉매층에서의 이온 전달 저항이 크게 감소하게 되어 전극 활성을 높이는 장점이 있는 반면에, 촉매의 절대량이 작아지면 반응 활성점이 적게 되어 연료전지에 필요한 화학반응을 수행할 수 없기 때문에 전체적으로는 전극 성능이 떨어지게 된다. 이처럼 정밀하고 적절한 촉매의 로딩량을 제어하는 것이 무엇보다 중요하다. When the amount of catalyst loaded on the electrolyte membrane is small, the catalyst layer is thinned. Therefore, the mass transfer resistance in the catalyst layer is reduced, so that the supply of the reaction gas and the removal of the generated water are smooth, The resistance is greatly reduced and the electrode activity is enhanced. However, when the absolute amount of the catalyst is decreased, the reaction active sites are decreased and the chemical reaction required for the fuel cell can not be performed. Controlling the loading of such a precise and suitable catalyst is of paramount importance.

나아가, 연료전지에서 캐소드 전극의 경우 두께가 5마이크로미터 이상으로 일반적인 캐스팅 코팅법에 의하여 제조하더라도 균일한 두께를 갖는 전극 코팅이 가능하였지만, 애노드 전극의 경우 일반적인 두께가 0.5 내지 1.5마이크로미터이며, 이는 캐스팅 코팅법을 이용하게 되면 균일한 촉매 로딩량을 갖는 전극을 기공성 이형지(100)에 코팅하는 데에 어려움이 있던 것이다.Further, even though the thickness of the cathode electrode of the fuel cell is 5 micrometers or more, even if it is manufactured by the general cast coating method, it is possible to coat the electrode with a uniform thickness. However, in the case of the anode electrode, the thickness is generally 0.5 to 1.5 micrometers, Cast coating method has been difficult to coat electrodes having a uniform catalyst loading on the porous release paper 100.

따라서 본 발명에서의 애노드 전극에 캐스팅 코팅법이 아닌 분무 코팅법을 사용하여 애노드 전극의 촉매층(107)을 형성시키는 것이 가장 바람직하다. 그 이유는 촉매 입자들이 울퉁불퉁한 표면 조도를 갖는 기공성 이형지(100)인 PTFE 표면의 오목하게 패인 계곡 부분에 접착하게 되면 상기 애노드 전극의 촉매층(107)과 상기 기공성 이형지(100)인 PTFE 사이의 접촉 면적이 증가하게 되는데, 이처럼 촉매층(107)과 PTFE 사이의 접촉 면적이 증가하게 되면, 상기 촉매층(107)에서 형성된 수소 이온이 전해질막으로 이동할 때의 저항이 감소하게 되기 때문에 표면적이 증가된 전해질막을 포함하여 제조되는 연료전지의 성능이 향상되기 때문이다. 따라서, 이러한 촉매 입자들과 기공성 이형지(100)인 PTFE의 표면과의 접촉을 증가시키는 데는 분무 코팅법이 가장 바람직한 방법이므로 본 발명에서는 분무 코팅법이 애노드 전극에 이용된다. Therefore, it is most preferable to form the anode electrode catalyst layer 107 by using the spray coating method instead of the cast coating method on the anode electrode of the present invention. The reason for this is that when the catalyst particles are adhered to the recessed depressed valley portion of the PTFE surface which is the porous release paper 100 having a rough surface roughness, the catalyst layer 107 of the anode electrode and the PTFE as the porous release paper 100 As the contact area between the catalyst layer 107 and the PTFE increases, the resistance when the hydrogen ions formed in the catalyst layer 107 moves to the electrolyte membrane decreases. Therefore, the surface area is increased This is because the performance of the fuel cell including the electrolyte membrane is improved. Therefore, spray coating is the most preferable method for increasing the contact between the catalyst particles and the surface of PTFE which is the porous release paper 100. Therefore, the spray coating method is used for the anode electrode in the present invention.

따라서, 캐소드 전극에는 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법 중, 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법을 적용하되 상대적으로 어려움이 있는 애노드 전극에는 분무 코팅법을 이용하도록 한다. 분무 코팅법에는 코팅하고자 하는 전극 슬러리를 준비하고 슬러리를 분무하여 원하는 곳에 코팅하는 방식으로 공기압력에 의한 방식과 전기적 힘에 의한 방식 등으로 나눌 수 있다. 공기압력에 의한 분무 방식은 분무된 슬러리의 크기가 전기적인 힘에 의해 분무된 방식과 비교해 상대적으로 크다는 단점이 있어 얇은 두께의 정밀한 코팅층을 형성하는데 불리하므로 본 발명에서는 전기적 힘에 의한 분무 방식을 이용한 것이다. Therefore, in the transfer method in which the catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous electrode and the electrolyte layer is coated on the cathode electrode, a casting coating method is applied in which the catalyst slurry is coated on the porous release paper, Spray coating method should be used for the anode electrode. In the spray coating method, the electrode slurry to be coated is prepared, and the slurry is sprayed and coated on a desired place, which can be divided into the air pressure method and the electric force method. The spraying method by the air pressure is disadvantageous in that the sprayed slurry is relatively large in size compared with the spraying method by the electric force and is disadvantageous in forming a precise coating layer of a thin thickness so that the spraying method using the electric force will be.

하지만 물 배출성이 용이한 전극을 제조하기 위하여 기공성 이형지(100)로써 사용하는 PTFE는 전기적 부도체이기 때문에 PTFE 표면에 직접 코팅하는 것이 불가능하다. 따라서, 이를 극복하기 위해 캐소드 전극의 코팅 시 사용되었던 기공성 이형지(100)를 활용하여 애노드 전극의 코팅 시에 이용하도록 한다. 캐소드 전극 코팅 후의 기공성 이형지(100)에 스며든 촉매층의 잔유 물질(103)이 남게 되어 그 위에 코팅을 진행하게 된다면, 전기장이 형성될 수 있어 코팅이 가능하기 때문이다. However, since the PTFE used as the porous release paper 100 is an electrically non-conductive material, it is impossible to directly coat the surface of the PTFE. Therefore, in order to overcome this problem, the cathode electrode is used for coating the anode electrode utilizing the porous release paper 100 used for coating the cathode electrode. If the residual material 103 of the catalyst layer that has permeated the porous release paper 100 after the cathode electrode coating is left and the coating is allowed to proceed thereon, an electric field can be formed and coating is possible.

따라서, 본 발명은 전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지(100) 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계 및 상기 제1단계에서 사용된 후의 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계를 포함한다. 상기 전사법은 상기 기공성 이형지(100) 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법이 적용되고, 또한, 상기 기공성 이형지(100)에 의해 표면조도를 갖는 전극이 제조되며, 상기 제2단계는 상기 제1단계 후의 상기 기공성 이형지 위에 전기적 힘에 의해 상기 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)를 분무하여 코팅하는 방식인 전기 분무 코팅법이 적용된다. 더불어, 상기 제2단계에서의 상기 애노드 전극의 두께는 0.5 내지 1.5㎛이고, 상기 기공성 이형지(100)는 폴리테트라플루오르에틸렌이 적용되는 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법이다. 나아가 상기 제조방법에 의해 제조된 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극을 제조한다. Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing an electrode membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are bonded to both sides of an electrolyte membrane, wherein a catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous release paper 100, The anode electrode is coated through a spray coating method in which a cathode slurry is sprayed onto the porous anode after the first step in which the cathode electrode is coated by a transfer method and the porous slurry after being used in the first step, . In the transfer method, a cast coating method in which a catalyst slurry is applied and coated on the porous release paper 100 is applied, an electrode having surface roughness is fabricated by the porous release paper 100, An electrospray coating method is applied in which the catalyst slurry 105 of the anode electrode is sprayed on the porous release paper after the first step by an electric force to coat the same. In addition, in the second step, the thickness of the anode electrode is 0.5 to 1.5 탆, and the porous release paper 100 is applied with polytetrafluoroethylene. Method. Further, an electrode to which a spray coating method is applied to the porous release paper produced by the above production method is manufactured.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조방법의 단계별 구성도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a method of manufacturing an electrode in which a spray coating method is applied to a porous release paper according to an embodiment of the present invention.

보다 더 구체적으로 설명하자면, 상기 도 1에서 산과 계곡의 모양을 형성하며 울퉁불퉁한 표면을 갖는, 즉 표면 조도를 갖는 기공성 이형지(100)인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 위에 백금 및 카본 촉매 슬러리를 도포하여 코팅하는 캐스팅 코팅법을 이용하여 캐소드 전극을 코팅하는 단계(S1)를 거친 후, 상기 캐소드 전극의 코팅단계에서 사용되고 난 후의 기공성 이형지인 PTFE에 잔유 물질(103)이 남게 되는 단계(S2)를 확인할 수 있다. 후에, 상기 잔유 물질을 갖는 기공성 이형지인 PTFE에 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)가 전기 분무되는 단계(S3)를 지나, 상기 잔유 물질(103)을 갖는 기공성 이형지인 PTFE의 계곡 부분에 우선적으로 코팅되는 단계(S4)를 거쳐, 상기 잔유 물질(103)을 갖는 기공성 이형지인 PTFE에 애노드 전극의 촉매층(107)이 코팅되는 단계(S5)를 지나 최종적으로 본 발명에 따른 기공성 이형지(100)에 분무 코팅법이 적용된 전극이 제조된다. More specifically, platinum and carbon catalysts (PTFE), which is a porous release sheet 100 having a rough surface and forming a shape of mountains and valleys in FIG. 1 and having a surface roughness, A step S1 of coating a cathode electrode using a cast coating method in which a slurry is applied and coating a residue material 103 remaining in PTFE which is a porous release material after being used in the coating step of the cathode electrode (S2). Afterwards, the residual material (S4) in which the catalyst slurry (105) of the anode electrode is electrospinned to PTFE which is a porous release paper having the residual material (103) and is preferentially coated on the valley portion of PTFE which is the porous release paper After the step S5 in which the catalyst layer 107 of the anode electrode is coated on the PTFE which is the porous release paper having the residual material 103, the porous release paper 100 according to the present invention is finally spray- Is applied.

본 발명에서 적용된 전기 분무 코팅법(electro-spray)에 따르면, 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)가 전하를 띄기 때문에 코팅하고자 하는 기판 혹은 필름의 전기적 표면 특성이 크게 영향을 미친다. 따라서 물 배출성이 용이한 울퉁불퉁한 표면인 표면 조도가 있는 전극을 제조하기 위하여 기공성 이형지(100)로 사용되는 PTFE는 전기적 부도체이기 때문에 일반적으로 상기 PTFE 표면에 직접 코팅하는 것이 사실상 불가능하지만, 본 발명에서는 캐소드 전극의 촉매층(101)을 도포하는 캐스팅 코팅법을 이용한 후, 애노드 전극을 코팅할 시 상기 기공성 이형지(100)를 재활용하여 코팅이 가능할 수 있도록 한 것이다. 도1에서 알 수 있듯이, 캐소드 전극의 코팅 후, 기공성 이형지(100)에 스며든 잔유 물질(103)이 남게 되어 그 위에 코팅을 진행하게 된다면, 전기장이 형성될 수 있어 코팅이 가능할 수 있게 된다. According to the electro-spraying method applied in the present invention, since the catalyst slurry 105 of the anode electrode is charged, the electrical surface characteristics of the substrate or film to be coated greatly influence. Therefore, it is practically impossible to directly coat PTFE on the PTFE surface because the PTFE used as the porous release paper 100 is an electrically non-conductive material in order to produce an electrode having surface roughness, which is a rugged surface with easy discharge of water. According to the present invention, after coating the catalyst layer 101 of the cathode electrode with a cast coating method, the porous release paper 100 can be recycled and coated when the anode electrode is coated. As shown in FIG. 1, after the cathode electrode is coated, if the residual material 103 permeating the porous release paper 100 is left to be coated thereon, an electric field can be formed to enable coating .

보다 더 구체적으로, 일정 두께 이상을 갖는 캐소드 전극은 기공성 이형지(100) 위에 캐스팅 코팅법을 이용하되, 사용하고 남은 기공성 이형지를 얇은 두께의 애노드 전극을 제조하기 위하여 재사용한다. 이 때, 상기 캐스팅 코팅법은 표면 조도가 없는 필름 위에 대량 코팅을 위한 목적에는 효과적이나, 표면 조도를 갖는 표면에 코팅하여 얇은 두께의 정밀한 제어를 하는 데에는 어려움이 있으므로, 0.5 내지 1.5마이크로 미터의 두께인 애노드 전극을 정밀하게 제어할 수 있도록 본 발명에서의 애노드 전극에 캐스팅 코팅법이 아닌 분무 코팅법을 적용한다. More specifically, the cathode electrode having a certain thickness or more is reused to form a thin anode electrode by using a cast coating method on the porous release paper 100 and using the remaining porous release paper. At this time, the cast coating method is effective for the purpose of mass coating on a film having no surface roughness, but since it is difficult to precisely control thin thickness by coating on a surface having surface roughness, A spray coating method rather than a cast coating method is applied to the anode electrode of the present invention so as to precisely control the anode electrode.

상기 잔유 물질(103)을 포함하는 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매 슬러리(105)를 전기 분무 코팅법에 의해 분무시킨다. 따라서, 사용하고 남은 기공성 이형지의 표면부분인 산 부분에는 기공성 이형지(100)의 소재 특성상 전기장이 형성될 수 없으므로 전기장 형성이 용이한 계곡 부분인 잔유 물질(103)이 포함된 부분에 우선 선택적으로 코팅이 되어 정밀한 촉매층 형성이 가능해진다. 즉, 기공성 이형지(100)로 사용하는 PTFE에 직접 전기 분무법으로 코팅하는 것을 불가능하며, 이를 가능하게 하기 위해 본 발명에서는 캐소드 전극에서 사용하고 남은 기공성 이형지를 활용해야만 하는 것이다. The catalyst slurry 105 of the anode electrode is sprayed on the porous release paper containing the residual material 103 by the electrospray coating method. Accordingly, since the electric field can not be formed in the acid part of the surface portion of the porous residual material that is left to be used because of the nature of the material of the porous release paper 100, So that a precise catalyst layer can be formed. That is, it is impossible to directly coat the PTFE used as the porous release paper 100 by the electrospray. To enable this, it is necessary to use the remaining porous release paper used in the cathode electrode in the present invention.

이를 더 구체적으로 살펴보면, 본 발명은 일반적인 캐스팅 코팅법에 의해 제조된 캐소드 전극을 활용하고 남은 PTFE를 재활용하여 전기 분무가 가능하도록 한 것이고 즉, 순수한 PTFE가 아닌 캐소드 전극에서 전사되고 남은 기공성 이형지의 경우, 기공성 이형지 내부에 잔유 물질(103)이 일부 남아있다. 그러므로 본 발명은 분무 노즐과 기공성 이형지 사이에 전기장이 형성될 수 있어 전기 분무법이 가능한 것이다. More specifically, the present invention utilizes a cathode electrode manufactured by a general casting coating method and recycles the remaining PTFE to enable electrospray. That is, the present invention provides a method of recovering a remaining pore- A part of the residual material 103 remains in the porous release paper. Therefore, the present invention is capable of forming an electric field between a spray nozzle and a porous release paper, thereby enabling an electrospray method.

이로써 본 발명에 의하면, 캐스팅 코팅법에 의해 제조된 캐소드 전극에서 활용하고 남은 기공성 이형지를 애노드 전극의 코팅 시 재활용함으로써 연료전지 제조원가 절감에 탁월한 효과를 얻을 수 있으며, 얇은 두께의 정밀한 촉매층을 얻게 되는 애노드 전극의 제조가 가능하다. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect of reducing the manufacturing cost of the fuel cell by recycling the porous release paper remaining in the cathode electrode manufactured by the cast coating method when the anode electrode is coated, and a precise catalyst layer of a thin thickness is obtained It is possible to manufacture an anode electrode.

따라서 본 발명에 따라 전기 분무 코팅법을 이용함으로써, 전극의 활성이 급격히 저하되는 홍수 현상을 제거할 수 있고, 전극에 기공성 이형지(100)인 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)을 활용하여 물 배출성이 향상된 표면 조도를 갖는 전극이 제조된다. Therefore, by using the electrospray coating method according to the present invention, it is possible to eliminate the flood phenomenon in which the activity of the electrode is drastically lowered, and it is possible to remove water (water) by using polytetrafluoroethylene (PTFE) An electrode having an improved surface roughness is produced.

또한, 상기와 같이 기공성 이형지를 사용함으로 인해 산소의 환원 반응을 우수하게 하고, 부산물인 물의 배출을 용이하게 할 뿐만 아니라 반응 효율을 안정화하여 연료전지의 효율을 향상시키는 효과가 있어 정밀하고 얇은 두께의 전극 제조가 가능하다. In addition, since the use of the porous release paper as described above improves the reduction reaction of oxygen, facilitates the discharge of water as a by-product, and stabilizes the reaction efficiency, thereby improving the efficiency of the fuel cell. Can be manufactured.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described in connection with the specific embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited thereto. 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 and their equivalents. Various modifications and variations are possible.

100 : 기공성 이형지
101 : 캐소드 전극의 촉매층
103 : 잔유 물질
105 : 애노드 전극의 촉매 슬러리
107 : 애노드 전극의 촉매층
S1 : 기공성 이형지인 PTFE 위에 백금 및 카본 촉매 슬러리를 도포하여 코팅하는 캐스팅 코팅법을 이용하여 캐소드 전극을 코팅하는 단계
S2 : 캐소드 전극의 코팅단계에서 사용되고 난 후의 기공성 이형지인 PTFE에 잔유 물질이 남게 되는 단계
S3 : 잔유 물질을 갖는 기공성 이형지인 PTFE에 애노드 전극의 촉매 슬러리가 전기 분무되는 단계
S4 : 상기 잔유 물질을 갖는 기공성 이형지인 PTFE의 계곡 부분에 우선적으로 코팅되는 단계
S5 : 상기 잔유 물질을 갖는 기공성 이형지인 PTFE에 애노드 전극의 촉매층이 코팅되는 단계100: Porous release paper
101: catalyst layer of the cathode electrode
103: Residual material
105: catalyst slurry of anode electrode
107: catalyst layer of the anode electrode
S1: Coating cathode electrode using cast coating method in which platinum and carbon catalyst slurry are coated on PTFE as a porous release paper and coated
Step S2: Residual material remains in PTFE which is a porous release paper after being used in the coating step of the cathode electrode
S3: Residual material Wherein the catalyst slurry of the anode electrode is electrospinned to PTFE which is a porous release paper having
S4: a step of preferentially coating the valley portion of the PTFE which is the porous release paper having the residual material
S5: a step of coating the catalyst layer of the anode electrode on PTFE which is a porous release paper having the residual material

Claims (8)

전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계; 및
상기 제1단계에서 사용된 후의 캐소드 전극이 남아있는 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매슬러리가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계;를 포함하며,
상기 제2단계는 상기 제1단계 후의 상기 기공성 이형지 위에 전기적 힘에 의해 상기 애노드 전극의 촉매 슬러리를 분무하여 코팅하는 방식인 전기 분무 코팅법이 적용되는 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The cathode electrode and the anode are bonded to each other with the electrolyte membrane as a center, the catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous release paper by the electrode manufacturing method, and then the cathode electrode is coated with the electrolyte membrane ; And
And a second step in which the anode electrode is coated by a spray coating method in which a catalyst slurry of an anode electrode is sprayed and coated on a porous release paper having a cathode electrode remaining after being used in the first step,
Wherein the second step is an electrospray coating method in which a catalyst slurry of the anode electrode is sprayed on the porous release paper after the first step by an electric force to coat the same. Wherein the method comprises:
제1항에 있어서,
상기 전사법은 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법이 적용되는 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the spray coating method is applied to the porous release paper, wherein the cast coating method is applied in which the catalyst slurry is applied and coated on the porous release paper.
제 1항에 있어서,
상기 기공성 이형지에 의해 표면조도를 갖는 전극이 제조된 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein an electrode having a surface roughness is formed by the porous release paper, wherein the spray coating method is applied to the porous release paper.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제2단계는 상기 애노드 전극의 두께가 0.5 내지 1.5㎛인 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the anode electrode has a thickness of 0.5 to 1.5 占 퐉. 2. The electrode manufacturing method according to claim 1, wherein the anode electrode has a thickness of 0.5 to 1.5 占 퐉.
제 1항에 있어서,
상기 기공성 이형지는 폴리테트라플루오르에틸렌이 적용되는 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the porous release paper is coated with polytetrafluoroethylene, and the spray coating method is applied to the porous release paper.
전해질막을 중심으로 양쪽에 음극 및 양극이 접합된 형태인, 전극막접합체의 전극 제조 방법으로 기공성 이형지 위에 캐소드 전극의 촉매층이 형성된 후, 전해질막으로 전이되어 코팅되는 전사법을 통해 캐소드 전극이 코팅되는 제1단계; 및 상기 제1단계에서 사용된 후의 기공성 이형지 위에 애노드 전극의 촉매슬러리가 분무되어 코팅되는 분무 코팅법을 통해 애노드 전극이 코팅되는 제2단계;를 포함하며, 상기 전사법은 상기 기공성 이형지 위에 촉매 슬러리가 도포되어 코팅되는 캐스팅 코팅법이 적용되고, 상기 기공성 이형지에 의해 표면조도를 갖는 전극이 제조되며, 상기 제2단계는 상기 제1단계 후의 상기 기공성 이형지 위에 전기적 힘에 의해 상기 애노드 전극의 촉매 슬러리를 분무하여 코팅하는 방식인 전기 분무 코팅법이 적용되고, 상기 제2단계는 상기 애노드 전극의 두께가 0.5 내지 1.5㎛이며, 상기 기공성 이형지는 폴리테트라플루오르에틸렌이 적용되는 것을 특징으로 하는 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극 제조 방법.
The cathode electrode and the anode are bonded to each other with the electrolyte membrane as a center, the catalyst layer of the cathode electrode is formed on the porous release paper by the electrode manufacturing method, and then the cathode electrode is coated with the electrolyte membrane ; And a second step in which the anode electrode is coated by a spray coating method in which a catalyst slurry of an anode electrode is sprayed and coated on the porous release paper after being used in the first step, A casting coating method in which a catalyst slurry is applied and coated is applied, and an electrode having surface roughness is produced by the porous release paper, and the second step is a step of applying an electric force on the porous release paper after the first step, And the second step is that the thickness of the anode electrode is 0.5 to 1.5 占 퐉 and the porous release paper is coated with polytetrafluoroethylene. Wherein the spray coating method is applied to the porous release paper.
제1항 내지 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 기공성 이형지에 분무 코팅법이 적용된 전극.
An electrode having a spray coating applied to a porous release paper produced by the method of any one of claims 1 to 3, 5 or 6.
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