KR101905560B1

KR101905560B1 - 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR101905560B1
Application number: KR1020160027666A
Authority: KR
Inventors: 강병욱
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2018-11-21
Also published as: KR20170104804A; JP6761704B2; DE102016224398A1; JP2017162789A; US20170259552A1; US10118374B2

Abstract

연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치가 개시된다. 개시된 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는 ⅰ)일면에 제1 보호필름이 부착되며 롤 형태로 감긴 전해질막을 설정된 이송경로로 풀어서 공급하는 전해질막 피딩부와, ⅱ)전해질막 피딩부 측에 설치되며, 전해질막의 다른 일면에 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 물질을 도포하는 제1 촉매 도포유닛과, ⅲ)제1 촉매 도포유닛의 후방 측에 설치되며, 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 전해질막의 일면으로부터 제1 보호필름을 회수하는 필름 처리유닛과, ⅳ)필름 처리유닛의 후방 측에 설치되며, 전해질막의 일면에 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 물질을 도포하는 제2 촉매 도포유닛을 포함할 수 있다.

Description

연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY OF FUEL CELL}

본 발명의 실시예는 연료전지 스택 부품 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 제조하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 연료전지(Fuel Cell)는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의하여 전기를 생산한다. 이러한 연료전지는 별도의 충전 과정 없이도 외부에서 화학 반응물을 공급받아 지속적인 발전이 가능하다는 특징이 있다.

연료전지는 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(분리판 또는 바이폴라 플레이트)를 배치하여 구성될 수 있다. 이러한 연료전지는 다수 매로서 연속적으로 배열되며 연료전지 스택으로 구성될 수 있다.

여기서, 연료전지의 핵심부품인 막-전극 어셈블리는 예를 들면, 3-레이어(3-layer) 구조로서, 수소이온이 이동하는 전해질막(membrane)을 사이에 두고 그 전해질막의 일면에 애노드 촉매 전극층을 형성하며, 다른 일면에 캐소드 촉매 전극층을 형성하고 있다. 이러한 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조하는 대표적인 방식으로는 직접 도포(Direct Coating) 방식과 데칼(Decal) 방식을 예로 들 수 있다.

한편, 롤 형태로 감긴 전해질막을 풀어내며 전해질막의 양면에 촉매 전극층을 형성하는 롤-투-롤 공정에서는 낮은 물성의 전해질막 때문에, 그 전해질막에 촉매 슬러리를 직접 도포하는 방식을 채용할 수 없었다.

이에, 종래 기술에 따른 롤-투-롤 공정에서는 전해질막에 대한 촉매 전극층의 직접 도포가 불가능하여 별도의 이형 필름에 촉매 전극층을 도포한 후, 전해질막으로 촉매 전극층을 전사하는 데칼 방식을 채용하고 있다.

데칼 방식의 경우는 각각의 촉매 전극층이 코팅된 롤 타입의 이형 필름과, 롤 타입의 전해질막을 고온 고압의 접합 롤(열간 압연 롤)을 통과시키며 합지(열 압착)하고, 이형 필름을 제거하며 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있다.

그러나, 이러한 롤 라미네이팅 연속 공법을 이용하는 데칼 방식은 전해질막을 중간에 두고 이의 양측에 각각의 촉매 전극층이 코팅된 이형 필름을 위치시킨 상태로, 이들을 고온 고압의 접합 롤 사이로 통과시키며 촉매 전극층과 전해질막을 서로 맞닿는 방향으로 합지하기 때문에, 애노드 및 캐소드 촉매 전극층의 합지 위치를 정렬하는 것이 어렵다.

즉, 항시 가압하고 있는 고온 고압의 접합 롤 사이로 이형 필름과 전해질막이 연속적으로 통과하며 전해질막의 양면에 촉매 전극층이 합지되기 때문에, 이와 같은 롤 라미네이팅 연속 공정에서는 이형 필름의 피딩 속도차 등에 의해 촉매 전극층의 합지 위치를 정확히 일치시키는데 어려움이 따르고 있다.

이와 같이 애노드 및 캐소드 촉매 전극층의 합지 위치를 정렬하기가 어려운 다른 이유는 이형 필름에 촉매 슬러리를 도포하여 연속 패턴의 촉매 전극층을 제조하는 공정에서 촉매 전극층 간 피치(간격)가 일정하지 않기 때문이다.

따라서, 종래 기술에서는 데칼 방식으로서 막-전극 어셈블리를 제조하는데 따른 불량률이 매우 높고, 막-전극 어셈블리의 제조 속도가 낮아 생산성이 저하되고 있는 실정이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 롤-투-롤 공정에서 전해질막의 열등한 물성을 보완하며, 전해질막에 촉매 전극층을 직접 도포할 수 있도록 한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는, ⅰ)일면에 제1 보호필름이 부착되며 롤 형태로 감긴 전해질막을 설정된 이송경로로 풀어서 공급하는 전해질막 피딩부와, ⅱ)상기 전해질막 피딩부 측에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면에 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 물질을 도포하는 제1 촉매 도포유닛과, ⅲ)상기 제1 촉매 도포유닛의 후방 측에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하는 필름 처리유닛과, ⅳ)상기 필름 처리유닛의 후방 측에 설치되며, 상기 전해질막의 일면에 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 물질을 도포하는 제2 촉매 도포유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 전해질막은 상기 이송경로를 따라 롤-투-롤 방식으로 이송될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치는, 상기 제1 촉매 도포유닛 및 필름 처리유닛 사이에서 상기 이송경로의 도중에 설치되며, 상기 제1 촉매 전극층을 건조하는 제1 건조로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치는, 상기 제2 촉매 도포유닛의 후방 측에서 상기 이송경로의 도중에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층과 상기 전해질막의 일면 상의 제2 촉매 전극층을 건조하는 제2 건조로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치는, 상기 제2 건조로의 후방 측에 설치되며, 상기 제2 보호필름 상에서 상기 전해질막의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층이 각각 형성된 MEA 롤 시트를 감는 MEA 리와인더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치는, 상기 제2 촉매 도포유닛의 전방 측에 설치되며, 상기 제1 촉매 전극층의 위치를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 위치센서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 위치센서의 감지신호에 따라 상기 제2 촉매 도포유닛의 촉매 물질 도포위치를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 필름 처리유닛은 상기 이송경로의 일측에 설치되며 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하여 롤 형태로 감는 필름 리와인더와, 상기 필름 리와인더에 대응하여 상기 이송경로의 다른 일측에 설치되며 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 풀어서 공급하는 필름 언와인더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 필름 처리유닛은 상기 필름 리와인더와 필름 언와인더를 단일의 카트리지 바디에 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 필름 리와인더는 상기 제1 보호필름을 롤 형태로 감아내는 리와인딩 롤러와, 상기 전해질막의 일면으로부터 벗겨진 상기 제1 보호필름을 리와인딩 롤러로 안내하는 제1 안내 롤러를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 필름 언와인더는 롤 형태로 감겨 있는 상기 제2 보호필름을 풀어내는 언와인딩 롤러와, 상기 제2 보호필름을 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 안내하는 제2 안내 롤러를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 촉매 도포유닛은 상기 전해질막의 폭 방향을 따라 길게 형성되는 슬롯 노즐을 가진 슬롯 다이를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 제1 촉매 도포유닛 측에는 상기 전해질막의 일면을 지지하는 제1 지지롤러가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치에 있어서, 상기 제2 촉매 도포유닛 측에는 상기 전해질막의 다른 일면을 지지하는 제2 지지롤러가 설치될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은 (a) 일면에 제1 보호필름이 부착된 롤 형상의 전해질막을 풀어서 설정된 이송경로로 공급하며, (b) 제1 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면에 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 물질을 도포하고, (c) 필름 처리유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 상기 제1 보호필름을 회수하며, (d) 제2 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 일면에 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 물질을 도포하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 전해질막을 롤-투-롤 공정으로 이송경로를 따라 이송하는 과정에, 상기 제1 보호필름이 상기 전해질막의 일면에 부착된 상태로, 상기 제1 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면에 제1 촉매 물질을 도포할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 전해질막을 롤-투-롤 공정으로 이송경로를 따라 이송하는 과정에, 상기 제2 보호필름이 상기 전해질막의 다른 일면에 부착된 상태로, 상기 제2 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 일면에 제2 촉매 물질을 도포할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 제1 건조로로 상기 전해질막을 통과시키며 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층을 건조할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층의 위치를 위치센서를 통해 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 위치센서의 감지신호에 따라 상기 제2 촉매 도포유닛의 촉매 물질 도포위치를 상기 제어기를 통해 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 제2 건조로로 상기 전해질막을 통과시키며 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층 및 상기 전해질막의 일면 상의 제2 촉매 전극층을 건조할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 제2 보호필름 상에서 상기 전해질막의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층이 각각 형성된 MEA 롤 시트를 상기 제2 건조로로 통과시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법은, 상기 MEA 롤 시트를 MEA 리와인더를 통해 롤 형태로 감을 수 있다.

본 발명의 실시예들은 롤-투-롤 공정에서 제1 및 제2 보호필름의 처리 과정을 통해 전해질막의 물성을 우수하게 유지하며, 전해질막의 양면으로 촉매 물질을 직접 도포할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 데칼 방식으로 촉매 전극층을 전해질막에 전사하는 종래 기술과 달리, 롤-투-롤 공정에서 직접 도포 방식으로 전해질막의 양면에 촉매 전극층을 형성하므로, 막-전극 어셈블리의 양호한 품질을 확보할 수 있고, 막-전극 어셈블리의 제조 공정 시간을 단축할 수 있으며, 막-전극 어셈블리의 생산성을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 촉매 전극층을 전해질막에 전사하는 공정 및 설비를 삭제할 수 있으므로, 설비 투자비 및 작업자 유지비를 절감할 수 있고, 고가의 이형 필름 대신 저가의 보호필름을 사용하므로 막-전극 어셈블리를 제조함에 따른 재료비를 절감할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치에 적용되는 제1 및 제2 촉매 도포유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 연료전지 스택을 구성하는 단위 연료전지들의 부품을 자동으로 연속 제조하는 자동화 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(100)는 상기한 자동화 시스템에서 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 각각 형성하고 있는 막-전극 어셈블리를 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 제조하기 위한 것이다.

여기서, 롤-투-롤 방식이라 함은 롤 형태로 감긴 전해질막(1)을 풀어내며 설정된 이송경로(9)(도면에 점선 화살표로 표시)를 따라 전해질막(1)을 다수 개의 이송 롤러를 통해 이송하고, 그 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 각각 형성하는 방식을 말한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(100)는 상기와 같이 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)이 각각 형성된 롤 시트를 제조하고, 그 롤 시트를 롤 형상으로 감는 공정을 포함한다.

한편, 상기한 자동화 시스템에서는 롤 형태로 감긴 롤 시트를 풀어내고, 그 롤 시트를 단위 형태로 컷팅하며, 전해질막(1)을 사이에 두고 이의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 각각 형성하고 있는 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 롤-투-롤 공정에서 전해질막(1)의 열등한 물성을 보완하며, 직접 도포 방식으로서 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 형성할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치(100)는 기본적으로, 전해질막 피딩부(110), 제1 촉매 도포유닛(130), 필름 처리유닛(150), 제2 촉매 도포유닛(170) 그리고 MEA 리와인더(190)를 포함하고 있다.

이와 같은 각각의 구성 요소는 상기한 바와 같은 자동화 시스템의 메인 프레임에 구성되는 바, 상기 메인 프레임은 상하 방향으로 세워지며 각각의 구성 요소를 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 메인 프레임에는 본 장치(100)의 구성 요소들을 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 본 장치(100)의 구성 요소들을 메인 프레임에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 메인 프레임으로 통칭한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 전해질막 피딩부(110)는 롤 형태로 감긴 전해질막(1)을 설정된 이송경로(9)로 풀어서 공급하기 위한 것이다.

여기서, 상기 전해질막(1)은 롤 시트 상태에서 롤 형태로 감겨 있으며, 한쪽 면(이하에서는 "일면" 이라고 한다)에 제1 보호필름(2)이 부착되어 있다. 상기 제1 보호필름(2)은 종래 기술에서와 같은 이형 필름에 비해 10/1 정도 가격의 저가 필름으로서, 전해질막(1)의 일면을 지지하는 기능을 하게 된다.

상기 전해질막 피딩부(110)는 이송경로(9)의 시작 측에서 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되며, 롤 형태로 감긴 전해질막(1)을 이송경로(9)로 풀어내는 공급롤러(111)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 촉매 도포유닛(130)은 보호필름이 부착되어 있지 않은 전해질막(1)의 다른 한쪽 면(이하에서는 "다른 일면" 이라고 한다)에 촉매 슬러리(이하에서는 편의 상 "제1 촉매 물질" 이라고 한다)를 직접 도포하기 위한 것이다.

즉, 상기 제1 촉매 도포유닛(130)은 제1 촉매 물질(3a)로서 막-전극 어셈블리의 애노드 촉매 전극층을 구성하는 애노드 촉매 물질을 전해질막(1)의 다른 일면에 일정 간격으로 이격되게 도포하며, 그 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 전극층(3)을 전해질막(1)의 다른 일면에 형성하기 위한 것이다.

이러한 제1 촉매 도포유닛(130)은 전해질막 피딩부(110)의 후방 측에 설치된다. 상기 제1 촉매 도포유닛(130)은 도 2에서와 같이, 제1 촉매 물질(3a)을 전해질막(1)의 다른 일면에 일정 간격으로 이격되게 분사하는 제1 슬롯 다이(131)를 포함한다. 상기 제1 슬롯 다이(131)는 전해질막(1)의 폭 방향을 따라 길게 형성된 제1 슬롯 노즐(133)을 통해 제1 촉매 물질(3a)을 전해질막(1)의 다른 일면에 도포할 수 있다.

여기서, 상기 제1 슬롯 다이(131)는 전해질막 피딩부(110)로부터 전해질막(1)을 롤-투-롤 방식으로 이송경로(9)를 따라 이송하는 과정에, 제1 보호필름(2)이 전해질막(1)의 일면에 부착된 상태로, 제1 슬롯 노즐(133)을 통해 전해질막(1)의 다른 일면에 제1 촉매 물질(3a)을 직접 도포할 수 있다.

그리고, 상기 제1 슬롯 다이(131)는 제1 보호필름(2)이 부착되어 있는 전해질막(1)의 일면을 제1 지지롤러(135)를 통해 지지하고 있는 상태에서, 그 전해질막(1)의 다른 일면으로 제1 촉매 물질(3a)을 도포할 수 있다.

상기 제1 지지롤러(135)는 제1 슬롯 다이(131) 측에서 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되는 바, 제1 보호필름(2)이 부착된 전해질막(1)의 일면을 지지하는 기능 외에, 그 전해질막(1)을 이송경로(9)를 따라 이송시키는 이송롤러의 기능도 하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 제1 촉매 도포유닛(130)을 통해 전해질막(1)의 다른 일면에 도포된 제1 촉매 물질(3a)의 제1 촉매 전극층(3)을 건조하는 제1 건조로(210)를 포함하고 있다.

상기 제1 건조로(210)는 제1 촉매 도포유닛(130)의 후방 측, 더 나아가서는 제1 촉매 도포유닛(130) 및 뒤에서 더욱 설명될 필름 처리유닛(150) 사이에서 이송경로(9)의 도중에 설치된다.

예를 들면, 상기 제1 건조로(210)는 이송경로(9)를 따라 전해질막(1)을 통과시킬 수 있는 건조 챔버를 포함할 수 있고, 건조 챔버 내부에서 전해질막(1) 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층(3)으로 열풍 또는 상온 풍을 분사하며, 제1 촉매 전극층(3)을 건조할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 필름 처리유닛(150)은 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상으로 신규의 제2 보호필름(4)을 공급하고, 전해질막(1)의 일면으로부터 제1 보호필름(2)을 회수하기 위한 것이다.

즉, 상기 필름 처리유닛(150)은 전해질막(1)의 다른 일면에 제1 촉매 전극층(3)을 형성한 상태에서, 제1 촉매 전극층(3) 상으로 제2 보호필름(4)을 부착하며, 전해질막(1)의 일면에 붙어 있는 제1 보호필름(2)을 벗겨내기 위한 것이다.

상기 필름 처리유닛(150)은 제1 촉매 도포유닛(130)의 후방 측인 제1 건조로(210)의 후방 측에 구성되며, 이송경로(9)의 상호 대응하는 일측 및 다른 일측에 설치된다. 이러한 필름 처리유닛(150)은 필름 리와인더(151)와 필름 언와인더(161)를 포함한다.

상기 필름 리와인더(151)는 전해질막(1)의 일면으로부터 제1 보호필름(2)을 회수하여 롤 형태로 감는 것으로서, 제1 건조로(210)의 후방 측에서 이송경로(9)의 일측(도면에서의 하측)에 설치된다.

이러한 필름 리와인더(151)는 전해질막(1)의 일면으로부터 벗겨지는 제1 보호필름(2)을 감아내는 리와인딩 롤러(153)와, 전해질막(1)의 일면으로부터 벗겨진 제1 보호필름(2)을 리와인딩 롤러(153)로 안내하는 제1 안내 롤러(155)를 포함한다.

그리고, 상기 필름 언와인더(161)는 전해질막(1)의 다른 일면에 형성된 제1 촉매 전극층(3) 상으로 신규의 제2 보호필름(4)을 풀어서 공급하는 것으로서, 필름 리와인더(151)에 대응하여 이송경로(9)의 다른 일측(도면에서의 상측)에 설치된다.

이러한 필름 언와인더(161)는 롤 형태로 감겨 있는 제2 보호필름(4)을 풀어내는 언와인딩 롤러(163)와, 제2 보호필름(4)을 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상으로 안내하는 제2 안내 롤러(165)를 포함한다.

여기서, 상기 리와인딩 롤러(153)와 언와인딩 롤러(163)는 동일한 방향으로 회전하고, 제1 안내 롤러(155)와 제2 안내 롤러(165)는 전해질막(1)을 사이에 두고 서로 반대방향으로 회전한다.

더 나아가, 상기에서와 같은 필름 처리유닛(150)의 필름 리와인더(151)와 필름 언와인더(161)는 단일의 카트리지 바디(169)에 모두 구성되는 바, 그 카트리지 바디(169)는 위에서 언급한 바 있는 메인 프레임에 착탈 가능하게 설치될 수 있다.

즉, 상기 필름 처리유닛(150)은 필름 리와인더(151)와 필름 언와인더(161)를 단일의 카트리지 바디(169)에 구성하며, 그 카트리지 바디(169)를 통해 메인 프레임에 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2 촉매 도포유닛(170)은 필름 처리유닛(150)의 필름 리와인더(151)에 의해 제1 보호필름(2)이 벗겨진 전해질막(1)의 일면에 촉매 슬러리(이하에서는 편의 상 "제2 촉매 물질" 이라고 한다)를 직접 도포하기 위한 것이다.

즉, 상기 제2 촉매 도포유닛(170)은 제2 촉매 물질(5a)로서 막-전극 어셈블리의 캐소드 촉매 전극층을 구성하는 캐소드 촉매 물질을 전해질막(1)의 일면에 일정 간격으로 이격되게 도포하며, 그 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 전극층(5)을 전해질막(1)의 일면에 형성하기 위한 것이다.

상기 제2 촉매 도포유닛(170)은 전해질막(1)의 다른 일면에 형성된 제1 촉매 전극층(3)에 대응하는 전해질막(1) 일면의 설정된 영역으로 제2 촉매 물질(5a)을 도포할 수 있다.

이러한 제2 촉매 도포유닛(170)은 필름 처리유닛(150)의 후방 측에 설치된다. 상기 제2 촉매 도포유닛(170)은 도 2에서와 같이, 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3)에 대응하여 제2 촉매 물질(5a)을 전해질막(1)의 일면에 일정 간격으로 이격되게 분사하는 제2 슬롯 다이(171)를 포함한다. 상기 제2 슬롯 다이(171)는 전해질막(1)의 폭 방향을 따라 길게 형성된 제2 슬롯 노즐(173)을 통해 제2 촉매 물질(5a)을 전해질막(1)의 일면에 도포할 수 있다.

여기서, 상기 제2 슬롯 다이(171)는 전해질막(1)을 롤-투-롤 방식으로 이송경로(9)를 따라 이송하는 과정에, 필름 처리유닛(150)의 필름 언와인더(161)에 의해 제2 보호필름(4)을 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상에 부착한 상태로, 제2 슬롯 노즐(173)을 통해 전해질막(1)의 일면에 제2 촉매 물질(5a)을 직접 도포할 수 있다.

그리고, 상기 제2 슬롯 다이(171)는 제2 보호필름(4)이 부착되어 있는 전해질막(1)의 다른 일면을 제2 지지롤러(175)를 통해 지지하고 있는 상태에서, 그 전해질막(1)의 일면으로 제2 촉매 물질(5a)을 도포할 수 있다.

상기 제2 지지롤러(175)는 제2 슬롯 다이(171) 측에서 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되는 바, 제2 보호필름(4)이 부착된 전해질막(1)의 다른 일면을 지지하는 기능 외에, 그 전해질막(1)을 이송경로(9)를 따라 이송시키는 이송롤러의 기능도 하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3)과 함께, 전해질막(1)의 일면에 도포된 제2 촉매 물질(5a)의 제2 촉매 전극층(5)을 건조하는 제2 건조로(230)를 포함하고 있다.

상기 제2 건조로(230)는 제2 촉매 도포유닛(170)의 후방 측, 더 나아가서는 제2 촉매 도포유닛(170) 및 뒤에서 더욱 설명될 MEA 리와인더(190) 사이에서 이송경로(9)의 도중에 설치된다.

예를 들면, 상기 제2 건조로(230)는 이송경로(9)를 따라 전해질막(1)을 통과시킬 수 있는 건조 챔버를 포함할 수 있고, 건조 챔버 내부에서 전해질막(1) 양면의 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)으로 열풍 또는 상온 풍을 분사하며, 이들 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)을 건조할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 MEA 리와인더(190)는 제2 보호필름(4) 상에서 전해질막(1)의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)이 각각 형성된 MEA 롤 시트(191)를 롤 형태로 감는 것이다.

즉, 상기 MEA 리와인더(190)는 제2 보호필름(4) 상에서 전해질막(1)의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)을 형성하고 있으며, 상기한 바와 같은 제2 건조로(230)를 통과한 MEA 롤 시트(191)를 롤 형태로 권취하기 위한 것이다.

이러한 MEA 리와인더(190)는 제2 건조로(230)의 후방 측에서 메인 프레임에 회전 가능하게 설치되며, 상기한 MEA 롤 시트(191)를 롤 형태로 감아내는 권취롤러(193)를 포함한다.

다른 한편, 본 발명의 실시예에서는 전해질막(1)의 다른 일면에 형성된 제1 촉매 전극층(3)에 대응하여 제2 촉매 물질(5a)을 제2 촉매 도포유닛(170)을 통해 전해질막(1) 일면의 설정된 영역으로 정확히 도포하기 위한 수단으로서 위치 센서(250)를 포함하고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 위치 센서(250)는 제2 촉매 도포유닛(170)의 전방 측에 설치된다. 상기 위치 센서(250)는 제2 촉매 도포유닛(170)의 전방 측에서, 전해질막(1)의 다른 일면에 형성된 제1 촉매 전극층(3)의 위치를 감지하고 그 감지신호를 제어기(270)로 출력할 수 있다.

상기 위치 센서(250)는 초음파, 레이저, 적외선 등과 같은 광학을 이용하여 제1 촉매 전극층(3)의 위치를 감지할 수 있고, 제1 촉매 전극층(3)을 비전 촬영하며 그 제1 촉매 전극층(3)의 위치를 감지할 수도 있다.

이러한 위치 센서(250)는 광학을 이용하여 피감지체의 위치를 감지하거나 비전 촬영하여 피감지체의 위치를 감지하는 공지 기술의 위치 센서로 구비되므로, 본 명세서에서 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 제어기(270)는 본 장치(100)의 전반적인 운용을 제어하는 것으로서, 위치 센서(250)로부터 수신된 감지신호에 기인하여, 제2 촉매 도포유닛(170)의 작동을 제어하며, 전해질막(1)의 일면에 대한 제2 촉매 도포유닛(170)의 촉매 물질 도포 위치를 결정(보정)할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(100)의 작동 및 이에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 설명하기 위한 플로우-차트이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 전해질막 피딩부(110)의 공급롤러(111)에 롤 형태로 감긴 전해질막(1)을 풀어내며 그 전해질막(1)을 롤-투-롤 방식의 설정된 이송경로(9)로 피딩한다(S10 단계). 여기서, 상기 전해질막(1)의 일면에는 제1 보호필름(2)이 부착되어 있다.

이 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 제1 촉매 도포유닛(130)을 통해 제1 촉매 물질(3a)을 전해질막(1)의 다른 일면에 일정 간격으로 이격되게 직접 도포한다(S20 단계).

여기서, 상기 제1 촉매 도포유닛(130)은 전해질막 피딩부(110)로부터 전해질막(1)을 롤-투-롤 방식으로 이송경로(9)를 따라 이송하는 과정에, 제1 보호필름(2)이 전해질막(1)의 일면에 부착된 상태로, 전해질막(1)의 다른 일면에 제1 촉매 물질(3a)을 직접 도포할 수 있다.

즉, 상기 제1 촉매 도포유닛(130)은 제1 보호필름(2)이 부착되어 있는 전해질막(1)의 일면을 제1 지지롤러(135)를 통해 지지하고 있는 상태에서, 그 전해질막(1)의 다른 일면으로 제1 촉매 물질(3a)을 도포할 수 있다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 다른 일면에 제1 촉매 물질(3a)의 제1 촉매 전극층(3)이 형성된 전해질막(1)을 제1 건조로(210)로 통과시키며, 제1 촉매 전극층(3)을 건조한다.

다음으로, 본 발명의 실시예에서는 필름 회수유닛(150)의 필름 언와인더(161)를 통해 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상으로 신규의 제2 보호필름(4)을 부착한다(S40 단계).

이어서, 본 발명의 실시예에서는 전해질막(1)의 일면에 부착되어 있는 제1 보호필름(2)을 필름 처리유닛(150)의 필름 리와인더(15)를 통해 벗겨내며 회수한다(S50 단계).

상기에서와 같이 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상으로 신규의 제2 보호필름(4)을 부착하고 나서, 전해질막(1)의 일면에 부착되어 있는 제1 보호필름(2)을 벗겨내는 이유는, 제1 보호 필름(2)의 회수 시 전해질막(1)의 물성을 우수하게 유지하기 위함이다.

그리고 나서, 본 발명의 실시예에서는 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3) 상에 제2 보호필름(4)이 부착된 상태로, 제1 촉매 전극층(3)에 대응하는 전해질막(1) 일면(제1 보호 필름이 벗겨진 면)의 설정된 영역으로 제2 촉매 도포유닛(170)을 통해 제2 촉매 물질(5a)을 직접 도포한다(S60 단계).

여기서, 상기 제2 촉매 도포유닛(170)은 제2 보호필름(4)이 부착되어 있는 전해질막(1)의 다른 일면을 제2 지지롤러(175)를 통해 지지하고 있는 상태에서, 그 전해질막(1)의 일면으로 제2 촉매 물질(5a)을 도포할 수 있다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 제2 촉매 도포유닛(170)의 전방 측에서, 전해질막(1)의 다른 일면에 형성된 제1 촉매 전극층(3)의 위치를 위치 센서(250)를 통해 감지하고 그 감지신호를 제어기(270)로 출력한다(S71 단계).

그러면, 상기 제어기(270)는 위치 센서(250)로부터 수신된 감지신호에 기인하여 제2 촉매 도포유닛(170)의 작동을 제어하며, 전해질막(1)의 일면에 대한 제2 촉매 도포유닛(170)의 촉매 물질 도포 위치를 조절할 수 있다(S72 단계).

부연 설명하면, 상기 제어기(270)는 위치 센서(250)로부터 감지신호를 제공받아 제1 촉매 전극층(3)의 위치 정보를 획득하고, 그 위치 정보에 따라 전해질막(1)의 일면에 대한 제2 촉매 도포유닛(170)의 촉매 물질 도포 위치를 조절할 수 있다.

즉, 상기 제어기(270)는 제1 촉매 전극층(3)의 위치 정보에 따라 제2 촉매 도포유닛(170)의 촉매 물질 도포 시점, 도포 시간 및 도포 정지 시점을 컨트롤 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에서는 일면에 제2 촉매 물질(5a)의 제2 촉매 전극층(5)이 형성된 전해질막(1)을 제2 건조로(230)로 통과시키며, 전해질막(1) 다른 일면의 제1 촉매 전극층(3)과 함께 일면의 제2 촉매 전극층(5)을 건조한다(S80 단계).

이 경우는 상기 제2 보호필름(4) 상에서 전해질막(1)의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)이 각각 형성된 MEA 롤 시트(191)를 제2 건조로(230)로 통과시키며, 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)을 건조할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시예에서는 제2 보호필름(4) 상에서 전해질막(1)의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층(3, 5)을 형성하고 있으며, 상기한 바와 같은 제2 건조로(230)를 통과한 MEA 롤 시트(191)를 MEA 리와인더(190)의 권취롤러(193)에 롤 형태로 권취한다(S90 단계).

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치(100) 및 이를 이용한 일련의 막-전극 어셈블리 제조방법에 의하면, 롤-투-롤 공정에서 제1 및 제2 보호필름(2, 4)의 처리 과정을 통해 전해질막(1)의 물성을 우수하게 유지한 상태에서, 그 전해질막(1)의 양면으로 촉매 물질(3a, 5a)을 직접 도포할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 데칼 방식으로 촉매 전극층을 전해질막에 전사하는 종래 기술과 달리, 롤-투-롤 공정에서 직접 도포 방식으로 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 형성할 수 있으므로, 전해질막(1)의 양면에 대한 촉매 전극층(3, 5)의 위치 편차를 최소화할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리의 양호한 품질을 확보할 수 있으며, 막-전극 어셈블리의 제조 공정 시간을 단축할 수 있고, 막-전극 어셈블리의 생산성을 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 촉매 전극층을 전해질막에 전사하는 공정 및 설비를 삭제할 수 있으므로, 설비 투자비 및 작업자 유지비를 절감할 수 있으며, 고가의 이형 필름 대신 저가의 보호필름을 사용하므로 막-전극 어셈블리를 제조함에 따른 재료비를 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 전해질막 2... 제1 보호필름
3... 제1 촉매 전극층 3a... 제1 촉매 물질
4... 제2 보호필름 5... 제2 촉매 전극층
5a... 제2 촉매 물질 9... 이송경로
110... 전해질막 피딩부 111... 공급롤러
130... 제1 촉매 도포유닛 131... 제1 슬롯 다이
133... 제1 슬롯 노즐 135... 제1 지지롤러
150... 필름 처리유닛 151... 필름 리와인더
153... 리와인딩 롤러 155... 제1 안내 롤러
161... 필름 언와인더 163... 언와인딩 롤러
165... 제2 안내 롤러 169... 카트리지 바디
170... 제2 촉매 도포유닛 171... 제2 슬롯 다이
173... 제2 슬롯 노즐 175... 제2 지지롤러
190... MEA 리와인더 191... MEA 롤 시트
193... 권취롤러 210... 제1 건조로
230... 제2 건조로 250... 위치 센서
270... 제어기

Claims

일면에 제1 보호필름이 부착되며 롤 형태로 감긴 전해질막을 설정된 이송경로로 풀어서 공급하는 전해질막 피딩부;
상기 전해질막 피딩부 측에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면에 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 물질을 도포하는 제1 촉매 도포유닛;
상기 제1 촉매 도포유닛의 후방 측에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하는 필름 처리유닛; 및
상기 필름 처리유닛의 후방 측에 설치되며, 상기 전해질막의 일면에 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 물질을 도포하는 제2 촉매 도포유닛;을 포함하고,
상기 전해질막을 롤-투-롤 공정으로 이송경로를 따라 이송하는 과정에, 상기 제1 보호필름이 상기 전해질막의 일면에 부착된 상태로 상기 제1 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면에 제1 촉매 물질을 도포하고, 상기 제2 보호필름이 상기 전해질막의 다른 일면에 부착된 상태로 상기 제2 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 일면에 제2 촉매 물질을 도포하며,
상기 필름 처리유닛은, 상기 이송경로의 일측에 설치되며 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하여 롤 형태로 감는 필름 리와인더와, 상기 필름 리와인더에 대응하여 상기 이송경로의 다른 일측에 설치되며 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 풀어서 공급하는 필름 언와인더를 포함하되, 상기 필름 리와인더와 필름 언와인더를 단일의 카트리지 바디에 구성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 전해질막은 상기 이송경로를 따라 롤-투-롤 방식으로 이송되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 촉매 도포유닛 및 필름 처리유닛 사이에서 상기 이송경로의 도중에 설치되며, 상기 제1 촉매 전극층을 건조하는 제1 건조로;
를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제3 항에 있어서,
상기 제2 촉매 도포유닛의 후방 측에서 상기 이송경로의 도중에 설치되며, 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층과 상기 전해질막의 일면 상의 제2 촉매 전극층을 건조하는 제2 건조로;
를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제4 항에 있어서,
상기 제2 건조로의 후방 측에 설치되며, 상기 제2 보호필름 상에서 상기 전해질막의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층이 각각 형성된 MEA 롤 시트를 감는 MEA 리와인더;
를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 촉매 도포유닛의 전방 측에 설치되며, 상기 제1 촉매 전극층의 위치를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 위치센서;
를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제6 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 위치센서의 감지신호에 따라 상기 제2 촉매 도포유닛의 촉매 물질 도포위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
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제1 항에 있어서,
상기 필름 리와인더는,
상기 제1 보호필름을 롤 형태로 감아내는 리와인딩 롤러와,
상기 전해질막의 일면으로부터 벗겨진 상기 제1 보호필름을 리와인딩 롤러로 안내하는 제1 안내 롤러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제10 항에 있어서,
상기 필름 언와인더는,
롤 형태로 감겨 있는 상기 제2 보호필름을 풀어내는 언와인딩 롤러와,
상기 제2 보호필름을 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 안내하는 제2 안내 롤러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 촉매 도포유닛은,
상기 전해질막의 폭 방향을 따라 길게 형성되는 슬롯 노즐을 가진 슬롯 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
제12 항에 있어서,
상기 제1 촉매 도포유닛 측에는 상기 전해질막의 일면을 지지하는 제1 지지롤러가 설치되며,
상기 제2 촉매 도포유닛 측에는 상기 전해질막의 다른 일면을 지지하는 제2 지지롤러가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제조장치.
연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치를 이용한 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법으로서,
일면에 제1 보호필름이 부착된 롤 형상의 전해질막을 풀어서 설정된 이송경로로 공급하며;
제1 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면에 일정 간격으로 이격된 제1 촉매 물질을 도포하고;
필름 처리유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 상기 제1 보호필름을 회수하며;
제2 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 일면에 일정 간격으로 이격된 제2 촉매 물질을 도포하는 과정;을 포함하되,
상기 전해질막을 롤-투-롤 공정으로 이송경로를 따라 이송하는 과정에,
상기 제1 보호필름이 상기 전해질막의 일면에 부착된 상태로, 상기 제1 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 다른 일면에 제1 촉매 물질을 도포하고, 상기 제2 보호필름이 상기 전해질막의 다른 일면에 부착된 상태로, 상기 제2 촉매 도포유닛을 통해 상기 전해질막의 일면에 제2 촉매 물질을 도포하기 위해,
상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치는 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 공급하고, 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하는 필름 처리유닛을 포함하며,
상기 필름 처리유닛은, 상기 이송경로의 일측에 설치되며 상기 전해질막의 일면으로부터 상기 제1 보호필름을 회수하여 롤 형태로 감는 필름 리와인더와, 상기 필름 리와인더에 대응하여 상기 이송경로의 다른 일측에 설치되며 상기 전해질막의 다른 일면의 제1 촉매 전극층 상으로 제2 보호필름을 풀어서 공급하는 필름 언와인더를 포함하되, 상기 필름 리와인더와 필름 언와인더를 단일의 카트리지 바디에 구성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
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제14 항에 있어서,
제1 건조로로 상기 전해질막을 통과시키며 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층을 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
제14 항에 있어서,
상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층의 위치를 위치센서를 통해 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
제17 항에 있어서,
상기 위치센서의 감지신호에 따라 상기 제2 촉매 도포유닛의 촉매 물질 도포위치를 상기 제어기를 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
제14 항에 있어서,
제2 건조로로 상기 전해질막을 통과시키며 상기 전해질막의 다른 일면 상의 제1 촉매 전극층 및 상기 전해질막의 일면 상의 제2 촉매 전극층을 건조하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.
제14 항에 있어서,
상기 제2 보호필름 상에서 상기 전해질막의 양면에 제1 및 제2 촉매 전극층이 각각 형성된 MEA 롤 시트를 제2 건조로로 통과시키며,
상기 MEA 롤 시트를 MEA 리와인더를 통해 롤 형태로 감는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법.