KR101846039B1 - 막 전극 접합체, 막 전극 접합체의 제조 방법 및 연료 전지 - Google Patents

막 전극 접합체, 막 전극 접합체의 제조 방법 및 연료 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막으로부터 촉매층이 박리되기 어려운 막 전극 접합체 및 상기 막 전극 접합체의 제조 방법, 및 상기 막 전극 접합체를 구비한 우수한 전지 성능을 갖는 연료 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
막 전극 접합체 (4)의 제조 방법은, 용매를 포함하는 잉크를 인접하는 층에 직접 도포하여, 접착층 (2) 및 촉매층 (3)을 형성하기 때문에, 계면의 고분자 전해질이 약간 용해되면서 접착된다. 그 때문에, 별도로 기재 상에 설치한 접착층 및 촉매층을 각각 열 압착하는 제조 방법보다도, 고분자 전해질막 (1)과 촉매층 (3)의 계면의 접착 강도를 높일 수 있다. 또한, 막 전극 접합체 (4)는, 고분자 전해질막 (1)과 촉매층 (3)의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막 (1)로부터 촉매층 (3)이 박리되기 어렵다. 또한, 막 전극 접합체 (4)를 이용한 연료 전지는, 고분자 전해질막 (1)로부터 촉매층 (3)이 박리되기 어렵기 때문에 우수한 전지 성능을 갖는다.

Description

막 전극 접합체, 막 전극 접합체의 제조 방법 및 연료 전지{MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY, METHOD FOR PRODUCING MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY, AND FUEL BATTERY}
본 발명은 막 전극 접합체, 막 전극 접합체의 제조 방법 및 막 전극 접합체를 구비한 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지에 이용되는 막 전극 접합체에 있어서, 연료 전지의 전지 성능을 향상시키기 위해서는 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 밀착성이 높은 것이 중요하다. 따라서, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 약하면, 고분자 전해질막으로부터 촉매층이 박리되고, 전지 성능이 저하될 우려가 있다. 특히 탄화수소계의 고분자 전해질막을 이용한 경우에는, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 약하기 때문에 전지 성능이 저하될 우려가 높다.
접착 강도를 높이기 위해, 고분자 전해질막과 촉매층의 사이에 양성자 전도성이 있는 고분자 전해질을 포함하는 접착층을 설치하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법으로서, 특허문헌 1 및 2에는, 고분자 전해질막 또는 촉매층 중 한쪽에 양성자 전도성이 있는 고분자 전해질을 포함하는 접착층을 형성한 후, 양자를 열 압착하는 막 전극 접합체의 제조 방법이 기재되어 있다.
일본 특허 제3608565호 공보 일본 특허 공개 제2009-231123호 공보
그러나, 접착층 및 촉매층을 열 압착으로 접합하는 제조 방법에 있어서는, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도는 충분하지 않고, 연료 전지의 발전 중에 양자가 박리될 우려가 있었다.
본 발명은, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막으로부터 촉매층이 박리되기 어려운 막 전극 접합체 및 상기 막 전극 접합체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 막 전극 접합체의 제조 방법은, 고분자 전해질막과, 상기 고분자 전해질막의 양면에 배치된 촉매층과, 상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층 사이에 배치되며 상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층을 접착시키는 접착층을 구비한 막 전극 접합체를, 상기 접착층 및 상기 촉매층을 상기 고분자 전해질막 상에 순차 적층함으로써 제조할 때, 상기 접착층 및 상기 촉매층을 도공법에 의해 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 막 전극 접합체의 제조 방법은, 상기 고분자 전해질막을 고정하는 고정 공정과, 상기 고정 공정에서 고정된 상기 고분자 전해질막을 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정에서 가열된 상기 고분자 전해질막 상에 고분자 전해질 및 용매를 포함하는 접착층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 상기 접착층을 형성하는 제1 형성 공정과, 상기 접착층 상에 촉매 물질 및 용매를 포함하는 촉매층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 상기 촉매층을 형성하는 제2 형성 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열 공정에서의 상기 고분자 전해질막의 가열 온도는 60 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 막 전극 접합체는, 상기 막 전극 접합체의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 한 양태에 따른 연료 전지는, 상기한 막 전극 접합체를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 막 전극 접합체의 제조 방법은, 용매를 포함하는 잉크를 인접하는 층에 직접 도포하여 접착층 및 촉매층을 형성하기 때문에, 계면의 고분자 전해질이 약간 용해되면서 접착된다. 그 때문에, 별도로 기재 상에 설치한 접착층 및 촉매층을 각각 열 압착하는 제조 방법보다도, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도를 높일 수 있다. 또한, 열 압착 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 제조 공정을 적게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 막 전극 접합체의 제조 방법은, 고분자 전해질막을 고정하고, 가열하는 공정을 구비하고 있기 때문에, 접착층 잉크와 촉매층 잉크를 직접 도포하여도 용매를 즉시 증발시켜 제거시킬 수 있으며, 용매에 의한 고분자 전해질막의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 막 전극 접합체는, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막으로부터 촉매층이 박리되기 어렵다. 또한, 본 발명의 막 전극 접합체를 이용한 연료 전지는, 고분자 전해질막과 촉매층의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막으로부터 촉매층이 박리되기 어렵기 때문에, 우수한 전지 성능을 갖는다.
[도 1] 본 실시 형태에 따른 막 전극 접합체의 모식적 단면도이다.
[도 2] 본 실시 형태에 따른 다른 막 전극 접합체의 모식적 단면도이다.
[도 3] 본 실시 형태에 따른 막 전극 접합체의 제조 방법의 설명도이다.
본 발명의 실시 형태에 대하여 이하에 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 막 전극 접합체 (4)의 모식적 단면도이다.
도 1에 도시하는 막 전극 접합체 (4)는, 고분자 전해질막 (1)의 양면에 적층된 접착층 (2)와, 접착층 (2)의 고분자 전해질막 (1)이 적층되어 있는 면의 반대측의 면에 적층된 촉매층 (3)을 구비하고 있다.
접착층 (2)는, 후술하는 접착층 잉크를 고분자 전해질막 (1)에 도포한 후에 건조시켜 형성되어 있으며, 양성자 전도성이 있는 고분자 전해질을 함유한다. 접착층 (2)의 두께는, 고분자 전해질막 (1)과 촉매층 (3)의 접착 강도를 유지할 수 있을 정도의 두께를 갖고 있는 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하의 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다. 두께가 0.1 ㎛ 미만이면, 충분한 접착 강도를 유지할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다. 또한, 두께가 3 ㎛를 초과하면 접착층 (2)의 저항이 증가되기 때문에, 막 전극 접합체 (4)를 이용한 연료 전지의 전지 성능이 저하될 우려가 있기 때문이다.
촉매층 (3)은 촉매와 고분자 전해질을 함유한다. 촉매층 (3)은, 후술하는 촉매층 잉크를 접착층 (2)에 도포한 후에 건조시켜 형성되어 있다.
고분자 전해질막 (1), 접착층 (2) 및 촉매층 (3)에 포함되는 고분자 전해질은, 양성자 전도성이 있으면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 불소계 고분자 전해질, 탄화수소계 고분자 전해질 등을 사용할 수 있다. 또한, 고분자 전해질막 (1), 접착층 (2) 및 촉매층 (3)에는 동종의 고분자 전해질을 이용할 수도 있고, 각각 이종의 고분자 전해질을 이용할 수도 있다.
불소계 고분자 전해질로서는, 예를 들면 듀퐁사 제조 나피온(Nafion)(등록 상표), 아사히 글래스 가부시끼가이샤 제조 플레미온(Flemion)(등록 상표), 아사히 가세이 가부시끼가이샤 제조 아시플렉스(Aciplex)(등록 상표), 고어사 제조 고어 셀렉트(Gore Select)(등록 상표) 등을 사용할 수 있다.
탄화수소계 고분자 전해질로서는, 술폰화폴리에테르케톤, 술폰화폴리에테르술폰, 술폰화폴리에테르에테르술폰, 술폰화폴리술피드, 술폰화폴리페닐렌 등의 전해질을 이용할 수 있다.
고분자 전해질막 (1)로서, 상기한 고분자 전해질을 함유한 막을 이용할 수 있다. 또한, 접착층 (2)에 포함되는 고분자 전해질은, 고분자 전해질막 (1) 및 촉매층 (3)에 포함되는 고분자 전해질과의 접착성이 높은 것이 바람직하고, 예를 들면 고분자 전해질막 (1) 및 촉매층 (3)에 포함되는 고분자 전해질에 비해 연화 온도가 낮은 고분자 전해질을 들 수 있다. 구체적으로는, 고분자 전해질막 (1) 및 촉매층 (3)에 포함되는 고분자 전해질에 비해 연화 온도가 0 ℃ 내지 200 ℃ 낮은 고분자 전해질을 이용한다. 이에 따라, 접착층 (2)에 포함되는 고분자 전해질이 고분자 전해질막 (1) 및 촉매층 (3)에 포함되는 고분자 전해질보다 열에 의해 연화되기 쉬워지고, 전해질막의 연화 온도가 높은 경우에도, 그다지 온도를 높이지 않고 계면을 접합할 수 있다. 또한, 고분자 전해질의 연화 온도는, 4 ℃/분 정도로 승온시키면서 동적 점탄성 측정을 실시하여 얻어지는 tanδ의 피크 온도로서 알 수 있다.
접착층 잉크는 고분자 전해질 및 용매를 함유한다. 또한, 촉매층 잉크는 촉매 물질 및 용매를 함유한다.
접착층 잉크 및 촉매층 잉크에 포함되는 용매는, 고분자 전해질을 분산시키는 용매이면 특별히 한정되지 않지만, 가열에 의해 증발시켜 제거하기 쉬운 용매가 바람직하다. 예를 들면, 비점이 150 ℃ 이하인 용매인 것이 바람직하다. 또한, 감압이나 기류하에 가열하여 용매를 증발시킬 수도 있다. 또한, 가열하지 않고, 감압이나 기류의 도입만으로 용매를 제거할 수도 있다. 구체적으로는, 물, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알코올, tert-부틸알코올, 펜탄올 등의 알코올류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 펜타논, 메틸이소부틸케톤, 헵타논, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논, 아세토닐아세톤, 디이소부틸케톤 등의 케톤류, 테트라히드로푸란, 디옥산, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 아니솔, 메톡시톨루엔, 디부틸에테르 등의 에테르류, 기타 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올 등을 1종 또는 2종 이상 혼합한 것을 이용할 수 있다.
촉매로서는, 예를 들면 촉매 물질을 카본 입자 등의 도전성 입자에 담지한 것을 이용할 수 있다. 촉매 물질로서는, 백금 이외에 백금족 원소의 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴 뿐만 아니라, 철, 납, 구리, 크롬, 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 몰리브덴, 갈륨, 알루미늄 등의 금속 또는 이들의 합금, 또는 산화물, 복 산화물 등을 들 수 있다. 카본 입자의 종류는 미립자상이며 도전성을 갖고, 촉매에 의해 변화되지 않는 것이면 특별히 한정되는 것은 없지만, 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 카본 파이버, 카본 나노 튜브 및 풀러렌을 사용할 수 있다.
카본 입자의 입경은, 지나치게 작으면 전자 전도 패스가 형성되기 어려워진다. 또한, 지나치게 크면 촉매층의 가스 확산성의 저하나, 촉매의 이용률의 저하가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 카본 입자의 입경은 10 nm 이상 1000 nm 이하 정도가 바람직하고, 10 nm 이상 100 nm 이하 정도가 더욱 바람직하다. 촉매층 잉크의 용매로서는, 고분자 전해질과 촉매 물질을 용해 또는 분산시킬 수 있는 것이면 바람직하지만, 접착층 잉크에 포함되는 용매와 마찬가지로 가열에 의해 증발시켜 제거하기 쉬운 것이 바람직하다. 예를 들면, 비점이 150 ℃ 이하인 용매인 것이 바람직하다.
도 3은, 본 실시 형태의 막 전극 접합체의 제조 방법의 설명도이다.
본 실시 형태에 따른 막 전극 접합체의 제조 방법은, 고분자 전해질막 (1)을 고정하여 가열하면서, 접착층 잉크 및 촉매층 잉크를 순차 도포한 후에 건조함으로써 접착층 (2) 및 촉매층 (3)을 직접 형성하는 것이 특징이다.
우선, 고분자 전해질막 (1)을 고정 수단 (5)에 고정한다. 고정 수단 (5)는, 고분자 전해질막 (1)에 접착층 잉크 및 촉매층 잉크를 도포하는 동안, 고분자 전해질막 (1)이 움직이지 않도록, 또한 비틀리지 않도록 고정할 수 있는 수단인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 고분자 전해질막 (1)의 단부 등의 일부만을 고정하는 방법에서는, 각 잉크를 도포하는 동안에 고분자 전해질막 (1)이 움직일 우려가 있기 때문에, 고분자 전해질막 (1) 전체를 고정하는 수단인 것이 바람직하다. 고분자 전해질막 (1)을 고정하는 고정 수단 (5)로서는, 예를 들면 감압에 의한 흡착 기구를 구비한 다공질판, 점착성의 판, 정전기에 의해 흡착하는 판 등을 들 수 있다. 다공질판을 사용하는 경우에는, 고분자 전해질막 (1)을 배치하는 면과 반대측의 면으로부터 감압하에 흡착함으로써, 고분자 전해질막 (1)을 고정할 수 있다.
이어서, 고정된 고분자 전해질막 (1)을 가열 수단 (6)에 의해 가열한다. 가열 수단 (6)은, 고정된 고분자 전해질막 (1)을 가열할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 가열 수단 (6)으로서는, 예를 들면 고정 수단 (5)와 인접한 위치에 설치된 오븐이나 히터 등의 가열 장치, 적외선, 온풍 등을 이용하여 고분자 전해질막 (1)의 근방의 온도를 제어하는 장치 등을 들 수 있다. 또한, 고정 수단 (5)를 통해 고분자 전해질막 (1)에 열을 전도할 수도 있다. 가열의 온도 범위는, 용매의 비점에 가깝고, 고분자 전해질막 (1)의 유리 전이 온도 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기한 고분자 전해질을 이용한 경우에는 60 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 범위인 것이 바람직하다.
이어서, 고정되고, 가열된 고분자 전해질막 (1)에 접착층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 접착층 (2)를 형성한다. 접착층 (2)는, 접착층 잉크의 도막 (2a)를 가열하고, 용매를 증발시킴으로써 형성할 수 있다.
이어서, 접착층 (2)에, 촉매층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 촉매층 (3)을 형성한다. 촉매층 (3)은, 촉매층 잉크의 도막 (3a)를 가열하고, 용매를 증발시킴으로써 형성할 수 있다. 이 때, 고분자 전해질막 (1)의 변형 및 주름의 발생을 억제하기 위해, 접착층 (2)에 촉매층 잉크를 도포하기 전에 고분자 전해질막 (1) 및 접착층 (2)를 가열 수단 (6)에 의해 가열한 후 고정 수단 (5)에 의해 고정할 수도 있다.
막 전극 접합체 (4)는, 고분자 전해질막 (1)의 다른쪽면에도 동일한 절차로 접착층 (2)와 촉매층 (3)을 형성함으로써 제조할 수 있다.
접착층 잉크와 촉매층 잉크의 도포 방법은, 목적으로 하는 형상으로 도공할 수 있는 방법이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 다이 코팅법, 스크린 인쇄법, 스프레이법 등을 이용할 수 있다.
도 2는, 본 실시 형태의 다른 막 전극 접합체 (4)의 모식적 단면도이다.
접착층 잉크 또는 촉매층 잉크를 인접하는 층에 직접 도포하여 각각 접착층 (2) 및 촉매층 (3)을 형성함으로써, 계면의 고분자 전해질이 약간 용해되고, 고분자 전해질막 (1)과 접착층 (2) 사이 또는 접착층 (2)와 촉매층 (3) 사이에 각 층의 고분자 전해질이 혼합한 혼합층 (7)이 형성된다. 혼합층 (7)의 형성은, 접착층 잉크 또는 촉매층 잉크에 포함되는 고분자 전해질의 연화 온도, 접착층 잉크 또는 촉매층 잉크에 포함되는 용매의 종류, 고분자 전해질막 (1)의 가열 공정에서의 가열 온도, 접착층 잉크 또는 촉매층 잉크를 도포한 후에 건조시킬 때의 건조 조건 등에 따라 제어할 수 있다.
또한, 고분자 전해질막 (1)과 접착층 (2) 사이의 혼합층 (7)과, 접착층 (2)와 촉매층 (3) 사이의 혼합층 (7)은, 고분자 전해질막 (1), 접착층 (2), 촉매층 (3)에 함유되는 고분자 전해질의 조합에 따라서는 상이한 조성의 혼합층이 되는 경우도 있다.
본 실시 형태의 막 전극 접합체 (4)의 제조 방법에 따르면, 용매를 포함하는 접착층 잉크 및 촉매층 잉크가 인접하는 층에 접촉하기 때문에, 계면의 고분자 전해질이 약간 용해되면서 접착된다. 그 때문에, 고분자 전해질막 (1)과 접착층 (2)의 계면, 접착층 (2)와 촉매층 (3)의 계면의 접합 강도를 높일 수 있다. 또한, 열 압착 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 별도로 기재 위에 설치한 접착층과 촉매층을 각각 열 압착하는 제조 방법보다 제조 공정을 적게 할 수 있다.
또한, 접착층 잉크와 촉매층 잉크에 포함되는 용매는 고분자 전해질막을 팽윤시키기 쉬운 것이 많기 때문에, 고분자 전해질막에 용매가 닿으면 변형되어 주름이 발생하는 경우가 있지만, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 가열 수단 (6)을 구비하여 용매를 증발시켜 제거하고 있기 때문에, 고분자 전해질막 (1)의 변형 및 주름의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 막 전극 접합체 (4)는, 고분자 전해질막 (1)과 촉매층 (3)의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막 (1)로부터 촉매층 (3)이 박리되기 어렵다. 또한, 본 실시 형태의 막 전극 접합체 (4)를 이용한 연료 전지는, 고분자 전해질막 (1)과 촉매층 (3)의 계면의 접착 강도가 높고, 고분자 전해질막 (1)로부터 촉매층 (3)이 박리되기 어렵기 때문에 우수한 전지 성능을 갖는다.
실시예
〔접착층 잉크의 제작〕
20 질량％의 고분자 전해질 용액(나피온(등록 상표), 듀퐁사 제조)을 에탄올로 희석하여 교반하여, 접착층 잉크를 제작하였다.
〔촉매층 잉크의 제작〕
백금 담지 카본 촉매(TEC10E50E(상품명), 다나카 키긴조꾸 고교 가부시끼가이샤 제조)와, 20 질량％ 고분자 전해질 용액(나피온(등록 상표), 듀퐁사 제조)을 물, 에탄올의 혼합 용매로 혼합하고, 유성형 볼밀로 분산 처리를 행하여 촉매층 잉크를 제조하였다.
〔실시예 1〕
고분자 전해질로서 술폰화폴리에테르케톤을 이용한 고분자 전해질막을 사용하였다. 고분자 전해질막을, 흡착 기구를 구비한 다공질판의 한쪽면에 배치하고, 흡착하여 고정하였다. 다공질판의 다른쪽면에 히터를 배치하고, 고분자 전해질막의 온도가 80 ℃가 되도록 설정하였다. 고분자 전해질막 상에 접착층 잉크를 스크린 인쇄법으로 도포하고, 용매를 증발시켜, 고분자 전해질막 상에 접착층을 형성하였다. 이어서, 접착층 상에 촉매층 잉크를 스크린 인쇄법으로 도포하여 용매를 증발시켜, 접착층 상에 촉매층을 형성하였다. 상기한 조작을 고분자 전해질막의 양면에 행하여, 막 전극 접합체를 제조하였다.
〔비교예 1〕
고분자 전해질로서 술폰화폴리에테르케톤을 이용한 고분자 전해질막을 사용하였다. 접착층 잉크와 촉매층 잉크를 각각 고분자 필름의 기재 상에 도공하고, 건조하여 접착층과 촉매층을 제작하였다. 고분자 필름의 기재에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름을 사용하였다. 고분자 전해질막과, 기재 상에 형성한 접착층을 접합한 것을 180 ℃로 설정한 핫 프레스 장치를 이용하여 10분간 가열, 가압하여 계면을 접합하고, 기재를 박리함으로써, 고분자 전해질막 상에 접착층을 배치하였다. 이어서, 접착층 상에, 기재 상에 형성한 촉매층을 접합한 것을, 180 ℃로 설정한 핫 프레스 장치를 이용하여 10분간 가열, 가압하여 계면을 접합하고, 기재를 박리함으로써, 접착층 상에 촉매층을 배치하였다. 고분자 전해질막의 양면에 접착층과 촉매층을 배치하여, 막 전극 접합체를 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1의 제조 방법으로 제조한 막 전극 접합체에 대하여, 셀로판 테이프(등록 상표)를 이용한 박리 시험에 의해 접착 강도를 평가하였다. 상기 박리 시험은, 셀로판 테이프(등록 상표)를 촉매층에 붙이고, 셀로판 테이프(등록 상표)를 박리함으로써, 촉매층과 고분자 전해질막의 접착 강도를 평가하는 것이다.
비교예 1의 막 전극 접합체의 촉매층에 셀로판 테이프(등록 상표)를 붙이고, 셀로판 테이프(등록 상표)를 박리하면, 촉매층도 셀로판 테이프(등록 상표)와 함께 박리되기 쉽고, 고분자 전해질막과 접착층의 계면, 접착층과 촉매층의 계면의 접착 강도가 불충분하였다.
한편, 실시예 1의 막 전극 접합체의 촉매층에 셀로판 테이프(등록 상표)를 붙이고, 셀로판 테이프(등록 상표)를 박리하면, 촉매층이 고분자 전해질로부터 박리되기 어려웠다. 또한, 실시예 1의 막 전극 접합체를 이용한 연료 전지의 발전시의 전기 저항이 비교예 1보다 낮았다. 이로부터, 고분자 전해질막과 접착층의 계면, 접착층과 촉매층의 계면의 접착 강도가 높다고 생각된다.
본 발명의 막 전극 접합체는 계면의 접착 강도가 높기 때문에, 고체 고분자형 연료 전지에 이용한 경우에 장기간 내구성의 문제가 적다. 따라서, 본 발명은 고분자 전해질막을 이용한 연료 전지, 특히 정치형 코제너레이션 시스템이나 연료 전지 자동차 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
1 고분자 전해질막
2 접착층
2a 접착층 잉크의 도막
3 촉매층
3a 촉매층 잉크의 도막
4 막 전극 접합체
5 고정 수단
6 가열 수단
7 혼합층

Claims (7)

  1. 고분자 전해질막과,
    상기 고분자 전해질막의 양면에 배치된 촉매층과,
    상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층 사이에 배치되며, 상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층을 접착시키는 접착층을 구비한 막 전극 접합체를,
    상기 접착층 및 상기 촉매층을 상기 고분자 전해질막 상에 순차 적층함으로써 제조할 때,
    상기 접착층 및 상기 촉매층을 도공법에 의해 형성하는 막 전극 접합체의 제조 방법으로서,
    상기 고분자 전해질막을 고정하는 고정 공정과,
    상기 고정 공정에서 고정된 상기 고분자 전해질막을 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정에서 가열된 상기 고분자 전해질막 상에 고분자 전해질 및 용매를 포함하는 접착층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 상기 접착층을 형성하는 제1 형성 공정과,
    상기 접착층 상에 촉매 물질 및 용매를 포함하는 촉매층 잉크를 도포한 후에 건조시켜 상기 촉매층을 형성하는 제2 형성 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 공정에서의 상기 고분자 전해질막의 가열 온도는 60 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체의 제조 방법.
  4. 고분자 전해질막과,
    상기 고분자 전해질막의 양면에 배치된 촉매층과,
    상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층 사이에 배치되며, 상기 고분자 전해질막과 상기 촉매층을 접착시키는 접착층을 구비한 막 전극 접합체이며,
    상기 고분자 전해질막과 상기 접착층 사이에, 상기 고분자 전해질막에 포함되는 제1 고분자 전해질과 상기 접착층에 포함되는 제2 고분자 전해질이 혼합된 제1 혼합층을 구비하고,
    상기 접착층과 상기 촉매층 사이에, 상기 제2 고분자 전해질과 상기 촉매층에 포함된 제3 고분자 전해질이 혼합된 제2 혼합층을 구비하며,
    상기 제2 고분자 전해질은 상기 제1 고분자 전해질 및 상기 제3 고분자 전해질보다 연화 온도가 낮은 고분자 전해질을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 고분자 전해질과 상기 제3 고분자 전해질이 동종의 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 고분자 전해질과 상기 제3 고분자 전해질이 이종의 고분자 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 막 전극 접합체를 구비한 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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