KR102154178B1 - Composite electrolyte membrane with a radical scavenger particle layer, a method for producing the same, and a fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라디칼 스캐빈저 입자 층을 포함하는 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.
본 발명의 복합 전해질막은 매우 얇은 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전해질막의 양단에 전사되어 전해질막을 보호할 수 있으며, 라디칼 스캐빈저 입자가 전해질막 표면에 매우 얇게 잘 분산된 특성을 활용하여 이종입자 첨가에 의한 수소 이온 전도도 감소를 최소화한다.
The present invention relates to a composite electrolyte membrane including a layer of radical scavenger particles, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the same.
In the composite electrolyte membrane of the present invention, a very thin layer of radical scavenger particles is transferred to both ends of the electrolyte membrane to protect the electrolyte membrane, and heterogeneous particles are added by utilizing the characteristic that the radical scavenger particles are very thinly dispersed on the surface of the electrolyte membrane. Minimize the decrease in hydrogen ion conductivity by

Figure R1020180128693
Figure R1020180128693

Description

라디칼 스캐빈저 입자 층을 포함하는 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지{Composite electrolyte membrane with a radical scavenger particle layer, a method for producing the same, and a fuel cell comprising the same}Composite electrolyte membrane with a radical scavenger particle layer, a method for producing the same, and a fuel cell comprising the same}

본 발명은 라디칼 스캐빈저 입자 층을 포함하는 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a composite electrolyte membrane including a layer of radical scavenger particles, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the same.

최근 화석연료의 사용과 이산화탄소 배출에 대한 전 세계적인 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 저탄소 배출 녹색성장을 목표로 높은 에너지 효율과 뛰어난 범용성을 가지는 연료전지에 대한 관심이 급증하고 있다. 여러 연료전지 중에서, 고분자막 연료전지는 낮은 작동온도, 높은 성능, 빠른 구동, 그리고 다양한 출력을 낼 수 있는 장점을 바탕으로 휴대용, 차량용, 및 발전용 에너지원으로 큰 각광을 받고 있다.Recently, global regulations on the use of fossil fuels and carbon dioxide emissions have been strengthened. Accordingly, interest in fuel cells having high energy efficiency and excellent versatility for the goal of low carbon emission green growth is rapidly increasing. Among various fuel cells, polymer membrane fuel cells are in the spotlight as a portable, vehicle, and power generation energy source based on the advantages of low operating temperature, high performance, fast driving, and various outputs.

고분자 전해질막 연료전지의 경우 산화극과 환원극 그리고 전해질의 역할을 하는 고분자 막으로 이루어져 있으며, 고분자막의 경우 수소이온 전도를 위한 술폰산기(-SO3H)가 도입된 막을 사용하고 있으며 대표적인 예로는 Dupont™사의 나피온(Nafion®)을 들 수 있다.Polymer Electrolyte Membrane A fuel cell consists of an anode, a cathode, and a polymer membrane that acts as an electrolyte. In the case of a polymer membrane, a membrane into which a sulfonic acid group (-SO 3 H) is introduced for conduction of hydrogen ions is used. It may be the company dupont ™ Nafion (Nafion ®).

나피온 막은 높은 수소 이온 전도성을 보이며 불소계 특성으로 인한 우수한 화학적 안정성과 기계적 특성을 가지고 있다. 하지만, 환원전극의 산소환원반응의 부산물로 생성되는 하이드록시 라디칼(OH·, OOH·)과 과산화수소는 나피온 막의 주쇄와 PFSA의 말단 그룹의 카르복실 산(카르복시기 산, 카르복시산)을 공격하여 전해질막의 화학적 열화를 일으킨다. 따라서 연료전지 운전 중 발생하는 하이드록시 (히드록시, 수산화) 라디칼을 제거하는 것이 장시간 운영을 가능케 하는 중요한 요소이다. 이에 따라, 라디칼을 잡아서 반응시키는 즉, 라디칼 스캐빈저로 Ce+2와 Ce+3으로 이동이 자유로운 세리아(Cerium Oxide)를 막과 전극 내에 섞어서 사용하는 연구들이 보고되었다. 하지만 세리아는 낮은 수소 이온전도도를 가지며, 나피온 용액과 섞어 함께 캐스팅하여 막을 제조할 시에 입자끼리의 뭉침 현상으로 인해 수소이온의 이동을 방해하여 고분자 전해질막의 이온전도도 감소를 가져온다는 문제를 가지고 있는 실정이다. 수소이온전도도 감소를 최소하면서 효과적으로 하이드록시 라디칼을 제거할 수 있는 기술이 요구된다.Nafion membranes show high hydrogen ion conductivity and have excellent chemical stability and mechanical properties due to fluorine-based properties. However, hydroxy radicals (OH·, OOH·) and hydrogen peroxide generated as by-products of the oxygen reduction reaction of the cathode attack the main chain of the Nafion membrane and the carboxylic acids (carboxylic acids, carboxylic acids) of the terminal groups of the PFSA It causes chemical deterioration. Therefore, removing hydroxy (hydroxy, hydroxyl) radicals generated during fuel cell operation is an important factor enabling long-term operation. Accordingly, studies have been reported in which Cerium Oxide, which is free to move to Ce +2 and Ce +3 as a radical scavenger, is mixed and used in the membrane and electrode. However, ceria has a low hydrogen ion conductivity, and has a problem that the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane decreases by interfering with the movement of hydrogen ions due to agglomeration of particles when forming a membrane by mixing with Nafion solution and casting. Actually. There is a need for a technology capable of effectively removing hydroxy radicals while minimizing the decrease in hydrogen ion conductivity.

대한민국 등록특허 제10-0868308호Korean Patent Registration No. 10-0868308 대한민국 등록특허 제10-0972525호Korean Patent Registration No. 10-0972525

본 발명의 목적은 고분자 전해질막의 양면에 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사된 연료전지용 복합 전해질막을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a composite electrolyte membrane for a fuel cell in which layers of radical scavenger particles are transferred to both surfaces of a polymer electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 다른 목적은 고분자 전해질막의 양면에 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사된 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composite electrolyte membrane for a fuel cell in which a radical scavenger particle layer is transferred to both surfaces of a polymer electrolyte membrane.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자 전해질막의 양면에 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사된 연료전지용 복합 전해질막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a composite electrolyte membrane for a fuel cell in which a radical scavenger particle layer is transferred to both surfaces of a polymer electrolyte membrane.

또한, 본 발명은 1) 라디칼 스캐빈저 입자를 극성용매에 분산시켜 코팅액을 제조하는 단계; 2) 상기 코팅액으로부터 라디칼 스캐빈저 입자 층을 형성하는 단계; 및 3) 상기 라디칼 스캐빈저 입자 층을 고분자 전해질막에 열압착시켜 상기 라디칼 스캐빈저 입자층을 상기 고분자 전해질막에 전사하는 단계;를 포함하는 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention 1) preparing a coating solution by dispersing the radical scavenger particles in a polar solvent; 2) forming a radical scavenger particle layer from the coating solution; And 3) thermocompressing the radical scavenger particle layer to a polymer electrolyte membrane to transfer the radical scavenger particle layer to the polymer electrolyte membrane. It provides a method of manufacturing a composite electrolyte membrane for a fuel cell comprising:

또한, 본 발명은 상기의 복합 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.In addition, the present invention provides a membrane electrode assembly comprising the composite electrolyte membrane.

또한, 본 발명은 상기 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a fuel cell including the membrane electrode assembly.

또한, 본 발명은 상기 연료전지를 포함하는 장치로서, 상기 장치는 운송수단, 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지 및 에너지 저장장치 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a device including the fuel cell, wherein the device is one selected from a transportation means, a household fuel cell, a portable fuel cell, and an energy storage device.

본 발명의 복합 전해질막은 매우 얇은 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전해질막의 양단 전사되어 전해질막을 보호할 수 있으며, 라디칼 스캐빈저 입자가 전해질막 표면에 매우 얇게 잘 분산된 특성을 활용하여 이종입자 첨가에 의한 수소 이온 전도도 감소를 최소화한다.In the composite electrolyte membrane of the present invention, a very thin layer of radical scavenger particles is transferred to both ends of the electrolyte membrane to protect the electrolyte membrane, and the radical scavenger particles are very thin and well dispersed on the surface of the electrolyte membrane to prevent the addition of heterogeneous particles. It minimizes the decrease in the conductivity of hydrogen ions.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 복합 전해질막의 제조방법을 설명하는 모식도이다.
도 2는 라디칼 스캐빈저 입자의 크기를 확인한 투과전자현며경(TEM; Transmission Electron Microscopy) 사진이다.
도 3은 라디칼 스캐빈저의 농도를 달리하여 코팅을 진행했을 때의 입자 분포를 확인할 수 있는 주사전자현미경(SEM; Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 4는 라디칼 스캐빈저의 농도를 달리하여 코팅을 진행했을 때의 입자층의 두께를 확인할 수 있는 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따라 제조된 복합 전해질막의 단면을 확인할 수 있는 집속이온빔-주사전자현미경(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy) 사진이다.
도 6a는 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1의 화학적 안정성을 확인하기 위한 펜톤테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1의 펜톤테스트 전후의 이온전도도 비교 그래프이다.
도 7은 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 비교예 2에 따라 제조된 단위전지의 72 시간 개방회로전압 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 비교예 2에 따라 제조된 단위전지의 성능 데이터를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a composite electrolyte membrane according to Example 1 of the present invention.
2 is a transmission electron microscopy (TEM) photograph showing the size of a radical scavenger particle.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing particle distribution when coating is performed by varying the concentration of the radical scavenger.
4 is an SEM photograph showing the thickness of a particle layer when coating is performed by varying the concentration of the radical scavenger.
5 is a focused ion beam-scanning electron microscope (Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy) photograph showing a cross section of a composite electrolyte membrane prepared according to Example 1-1 and Example 1-2.
6A is a graph showing the results of a Fenton test for confirming the chemical stability of Example 1-1, Example 1-2, and Comparative Example 1. FIG.
6B is a graph of comparison of ion conductivity before and after the Fenton test of Examples 1-1, 1-2, and Comparative Example 1. FIG.
7 is a graph showing the results of an open circuit voltage test for 72 hours of unit cells manufactured according to Example 2-1, Example 2-2, and Comparative Example 2.
8 is a graph showing performance data of unit cells manufactured according to Example 2-1, Example 2-2, and Comparative Example 2.

본 발명은 고분자 전해질막의 양면에 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사된 연료전지용 복합 전해질막을 제공한다.The present invention provides a composite electrolyte membrane for a fuel cell in which layers of radical scavenger particles are transferred to both surfaces of a polymer electrolyte membrane.

연료전지 작동 시 환원전극에서는 산소의 환원반응의 부반응으로 하이드록시 라디칼과 과산화수소가 생성된다. 하이드록시 라디칼과 과산화수소는 과불소화된 술폰산계 막의 주쇄와 PFSA의 말단 그룹의 카르복실산을 공격하여 전해질막의 화학적 열화를 일으킨다. 본 발명의 복합 전해질막은 전해질막의 양면에 라디칼 스캐빈저 특성을 가지는 입자층이 전사되어 전해질막을 라디칼과 과산화수소로부터 보호할 수 있다. During operation of the fuel cell, hydroxy radicals and hydrogen peroxide are generated in the cathode as a side reaction of the reduction reaction of oxygen. Hydroxy radicals and hydrogen peroxide attack the main chain of the perfluorinated sulfonic acid-based membrane and the carboxylic acid of the terminal group of PFSA, causing chemical deterioration of the electrolyte membrane. In the composite electrolyte membrane of the present invention, a particle layer having a radical scavenger property is transferred to both surfaces of the electrolyte membrane to protect the electrolyte membrane from radicals and hydrogen peroxide.

본 발명은 종래의 전해질막 내부 전체에 라디칼 스캐빈저를 삽입하여 복합 전해질막을 제조하는 경우와 달리 화학적 열화가 발생하는 전극과 전해질막이 맞닿는 면에만 선택적으로 라디칼 스캐빈저 입자층이 전사되어 있으므로, 전해질막을 보호하는 효과를 최대화할 수 있다. 본 발명의 라디칼 스캐빈저 입자층을 전사하는 방식은 종래의 고분자 전해질과 무기물 입자 혼합용액으로부터 제조된 복합 전해질막에서 발생하는 무기물 입자의 응집현상을 예방하여 이로 인한 수소 이온 전도도의 감소를 최소화할 수 있다. 또한 상용 전해질막에 라디칼 스캐빈저 층을 전사할 수 있기 때문에 별도의 전해질막을 제조할 필요가 없다는 장점이 있으며, 공정 역시 단순화된다.In the present invention, unlike the case of manufacturing a composite electrolyte membrane by inserting a radical scavenger into the entire interior of a conventional electrolyte membrane, a radical scavenger particle layer is selectively transferred only to the surface where the electrode where chemical deterioration occurs and the electrolyte membrane abuts. The effect of protecting the membrane can be maximized. The method of transferring the radical scavenger particle layer of the present invention prevents the agglomeration of inorganic particles occurring in a composite electrolyte membrane prepared from a conventional polymer electrolyte and inorganic particle mixture solution, thereby minimizing a decrease in hydrogen ion conductivity. have. In addition, since the radical scavenger layer can be transferred to a commercial electrolyte membrane, there is an advantage that it is not necessary to prepare a separate electrolyte membrane, and the process is also simplified.

상기 라디칼 스캐빈저 입자는 세리아 입자 일 수 있다.The radical scavenger particles may be ceria particles.

상기 라디칼 스캐빈저는 장애 아민, 하이드록실아민, 아릴아민, 페놀, BHT, 포스파이트, 벤조푸라논, 살리실산, 아줄레닐 니트론 및 이들의 유도체, 토코페놀, DMPO, 사이클릭 및 비사이클릭 니트론, 금-키토산 나노복합체, 아스코르브산 및 Mn2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The radical scavengers are hindered amines, hydroxylamines, arylamines, phenols, BHT, phosphites, benzofuranones, salicylic acids, azulenyl nitrones and derivatives thereof, tocophenols, DMPO, cyclic and bicyclic nitrates. It may be any one selected from the group consisting of Ron, gold-chitosan nanocomposite, ascorbic acid, and Mn 2+ .

상기 라디칼 스캐빈저 입자의 직경은 1 내지 50 ㎚일 수 있다.The diameter of the radical scavenger particle may be 1 to 50 nm.

입자의 직경에 따라 생성되는 라디칼 스캐빈저 입자 층의 두께 및 분산도가 달라지므로, 상기의 범위에서 적절히 조절하여 사용할 수 있다. 다만 상기의 범위 미만의 직경을 갖는 입자를 사용할 경우 불순물 삽입에 의한 수소이온 전도도 감소 효과가 나타나며, 상기 범위를 초과하는 직경을 갖는 입자를 사용할 경우 라디칼 스캐빈저 입자의 균일한 분산이 이루어지지 못하게 된다.Since the thickness and dispersion degree of the layer of the radical scavenger particles generated varies depending on the diameter of the particles, it can be appropriately adjusted within the above range. However, when particles having a diameter less than the above range are used, the effect of reducing the hydrogen ion conductivity due to impurity insertion occurs, and when particles having a diameter exceeding the above range are used, uniform dispersion of the radical scavenger particles cannot be achieved. do.

상기 라디칼 스캐빈저 입자 층의 두께는 10 내지 1000 ㎚일 수 있다.The thickness of the radical scavenger particle layer may be 10 to 1000 nm.

입자 층의 두께가 상기 범위 미만일 경우 라디칼 스캐빈저 입자가 전해질막을 보호하기에 충분하지 않으며, 상기 범위를 초과할 경우 전해질막의 수소 이온 전도도가 감소하게되어 바람직하지 않다.If the thickness of the particle layer is less than the above range, the radical scavenger particles are not sufficient to protect the electrolyte membrane, and if it exceeds the above range, the hydrogen ion conductivity of the electrolyte membrane decreases, which is not preferable.

상기 고분자는 나피온, 플레미온, 아시플렉스, 폴리테트라플루오르에틸렌 주쇄에 폴리스타이렌술폰산을 그라프트 시킨 고분자, 폴리비닐리덴디플루오라이드 주쇄에 폴리스타이렌술폰산을 그라프트 시킨 고분자, 및 술포닉 그룹을 가진 고분자와 술포닉 그룹을 갖지 않은 불화수소계 고분자를 공중합한 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게 나피온일 수 있다.The polymer includes Nafion, Flemion, aciflex, a polymer in which polystyrene sulfonic acid is grafted on a polytetrafluoroethylene backbone, a polymer in which polystyrene sulfonic acid is grafted on a polyvinylidenedifluoride backbone, and a polymer having a sulfonic group. It may be any one selected from the group consisting of a block copolymer copolymerized with a hydrogen fluoride-based polymer having no sulfonic group, and preferably Nafion.

나피온은 불화탄화수소에 술폰산기가 화학적으로 결합되어 있는 형태를 가지고 있다. 나피온 막의 당량 무게는 1100-1500이며 두께는 25-175 ㎛이고, 1 M의 황산 용액과 같은 수소 이온 전도성을 갖는다. 나피온 이온교환막은 산소의 용해도가 크고, 수소 이온 전도도가 크며, 밀도가 낮고, 화학적 안정성 및 기계적 강도가 우수하다는 장점을 가지고 있어서 바람직하다.Nafion has a form in which a sulfonic acid group is chemically bonded to a fluorinated hydrocarbon. The equivalent weight of the Nafion membrane is 1100-1500, the thickness is 25-175 μm, and has the same hydrogen ion conductivity as a 1 M sulfuric acid solution. Nafion ion exchange membranes are preferred because they have the advantages of high oxygen solubility, high hydrogen ion conductivity, low density, excellent chemical stability and excellent mechanical strength.

상기 복합 전해질막의 이온전도도는 상대습도 90% 및 온도 70 ℃ 조건에서 60 mS/cm 내지 400 mS/cm인 것일 수 있다.The ionic conductivity of the composite electrolyte membrane may range from 60 mS/cm to 400 mS/cm under conditions of 90% relative humidity and 70° C. temperature.

상용 나피온 NR212 전해질막의 이온전도도는 상대습도 90% 및 온도 70 ℃ 조건에서 약 70 mS/cm의 값을 가지는데, 본 발명의 복합 전해질막의 경우 이종입자인 라디칼 스캐빈저를 첨가했음에도 불구하고 60 mS/cm 이상의 이온전도도를 가진다. 기존의 라디칼 스캐빈저를 포함하는 복합 전해질막의 경우와 비교할 때, 이온전도도의 감소치는 현저하게 작은 값에 해당한다. 이는 전해질막과 전극이 맞닿는 전해질막의 양면에 매우 얇은 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사되므로 라디칼 스캐빈저 입자의 응집현상을 예방하여 이온전도도 감소를 최소화하기 때문이다. The ionic conductivity of the commercial Nafion NR212 electrolyte membrane has a value of about 70 mS/cm at a relative humidity of 90% and a temperature of 70°C. In the case of the composite electrolyte membrane of the present invention, despite the addition of a radical scavenger, which is a heterogeneous particle, 60 It has an ionic conductivity of mS/cm or more. Compared with the case of the conventional composite electrolyte membrane including a radical scavenger, the decrease in ionic conductivity corresponds to a remarkably small value. This is because a very thin radical scavenger particle layer is transferred to both surfaces of the electrolyte membrane where the electrolyte membrane and the electrode are in contact with each other, thus preventing the aggregation of radical scavenger particles and minimizing the decrease in ionic conductivity.

상기 복합 전해질막은 20 wt%의 과산화수소, 30 ppm의 Fe2+을 포함하는 용액에 온도 80 ℃, 72 시간 침지한 후, 상기 용액의 불소 이온 농도가 6 ppm 이하일 수 있다.The composite electrolyte membrane may have a fluorine ion concentration of 6 ppm or less after being immersed in a solution containing 20 wt% hydrogen peroxide and 30 ppm Fe 2+ at a temperature of 80° C. for 72 hours.

펜톤 용액은 산화 시약의 하나로 펜톤 용액에 침지된 전해질막으로부터 용액에 용출되는 불소 이온 농도를 측정하여 전해질막에서 일어나는 화학적 열화의 정도를 파악할 수 있다. 펜톤 용액에 포함된 Fe2+와 같은 금속 양이온은 펜톤 반응을 촉진하여 음이온 과산화물 및 라디칼들을 생성하며, 이들은 전해질막을 공격하여 불소 이온을 용출시킨다. 상용 나피온 NR 212 전해질막의 경우 상기 조건의 펜톤 테스트 후 약 10 ppm의 불소 이온이 검출되나, 본 발명의 전해질막은 라디칼 스캐빈저 입자층이 전해질막을 보호하기 때문에 6 ppm 이하의 값을 가진다. Fenton's solution is one of the oxidizing reagents, and by measuring the concentration of fluorine ions eluted into the solution from the electrolyte membrane immersed in the Fenton solution, the degree of chemical degradation occurring in the electrolyte membrane can be determined. Metal cations such as Fe 2+ contained in the Fenton solution promote the Fenton reaction to generate anionic peroxides and radicals, which attack the electrolyte membrane to elute fluorine ions. In the case of the commercial Nafion NR 212 electrolyte membrane, about 10 ppm of fluorine ions were detected after the Fenton test under the above conditions, but the electrolyte membrane of the present invention has a value of 6 ppm or less because the radical scavenger particle layer protects the electrolyte membrane.

본 발명은 1) 라디칼 스캐빈저 나노 입자를 극성용매에 분산시켜 코팅액을 제조하는 단계;The present invention comprises the steps of 1) preparing a coating solution by dispersing radical scavenger nanoparticles in a polar solvent;

2) 상기 코팅액으로부터 라디칼 스캐빈저 층을 형성하는 단계; 및2) forming a radical scavenger layer from the coating solution; And

3) 상기 라디칼 스캐빈저 층을 고분자 전해질막에 열압착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법을 제공한다.3) thermocompression bonding the radical scavenger layer to a polymer electrolyte membrane; and a method for manufacturing a composite electrolyte membrane for a fuel cell comprising:

기존의 친수성 무기물을 전해질막 내부에 삽입시켜 별도의 전해질막을 제조하는 방법과 다르게 본 발명은 라디칼 스캐빈저 입자 층을 제조한 후 전해질막 표면에 전사하기 때문에, 막을 새로 제조할 필요 없이 상용 전해질막을 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다.Unlike the conventional method of manufacturing a separate electrolyte membrane by inserting a hydrophilic inorganic material into the electrolyte membrane, the present invention prepares a layer of radical scavenger particles and then transfers it to the surface of the electrolyte membrane, so that a commercial electrolyte membrane is not required to prepare a new membrane. There is an advantage that it can be used as it is.

상기 라디칼 스캐빈저는 세리아일 수 있다.The radical scavenger may be ceria.

상기 라디칼 스캐빈저는 장애 아민, 하이드록실아민, 아릴아민, 페놀, BHT, 포스파이트, 벤조푸라논, 살리실산, 아줄레닐 니트론 및 이들의 유도체, 토코페놀, DMPO, 사이클릭 및 비사이클릭 니트론, 금-키토산 나노복합체, 아스코르브산 및 Mn2+로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The radical scavengers are hindered amines, hydroxylamines, arylamines, phenols, BHT, phosphites, benzofuranones, salicylic acids, azulenyl nitrones and derivatives thereof, tocophenols, DMPO, cyclic and bicyclic nitrates. It may be any one selected from the group consisting of Ron, gold-chitosan nanocomposite, ascorbic acid, and Mn 2+ .

상기 라디칼 스캐빈저 입자의 직경은 1 내지 50 ㎚일 수 있다.The diameter of the radical scavenger particle may be 1 to 50 nm.

입자의 직경에 따라 생성되는 라디칼 스캐빈저 입자 층의 두께 및 분산도가 달라지므로, 상기의 범위에서 적절히 조절하여 사용할 수 있다. 다만 상기의 범위 미만의 직경을 갖는 입자를 사용할 경우 불순물 삽입에 의한 수소이온 전도도 감소 효과가 나타나며, 상기 범위를 초과하는 직경을 갖는 입자를 사용할 경우 라디칼 스캐빈저 입자의 균일한 분산이 이루어지지 못하게 된다.Since the thickness and dispersion degree of the layer of the radical scavenger particles generated varies depending on the diameter of the particles, it can be appropriately adjusted within the above range. However, when particles having a diameter less than the above range are used, the effect of reducing the hydrogen ion conductivity due to impurity insertion occurs, and when particles having a diameter exceeding the above range are used, uniform dispersion of the radical scavenger particles cannot be achieved. do.

상기 라디칼 스캐빈저 층의 두께는 10 내지 1000 ㎚일 수 있다.The thickness of the radical scavenger layer may be 10 to 1000 nm.

입자 층의 두께가 상기 범위 미만일 경우 라디칼 스캐빈저 입자가 전해질막을 보호하기에 충분하지 않으며, 상기 범위를 초과할 경우 전해질막의 수소 이온 전도도가 감소하게되어 바람직하지 않다.If the thickness of the particle layer is less than the above range, the radical scavenger particles are not sufficient to protect the electrolyte membrane, and if it exceeds the above range, the hydrogen ion conductivity of the electrolyte membrane decreases, which is not preferable.

상기 고분자는 나피온, 플레미온, 아시플렉스, 폴리테트라플루오르에틸렌 주쇄에 폴리스타이렌술폰산을 그라프트 시킨 고분자, 폴리비닐리덴디플루오라이드 주쇄에 폴리스타이렌술폰산을 그라프트 시킨 고분자, 및 술포닉 그룹을 가진 고분자와 술포닉 그룹을 갖지 않은 불화수소계 고분자를 공중합한 블록공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게 나피온일 수 있다.The polymer includes Nafion, Flemion, aciflex, a polymer in which polystyrene sulfonic acid is grafted on a polytetrafluoroethylene backbone, a polymer in which polystyrene sulfonic acid is grafted on a polyvinylidenedifluoride backbone, and a polymer having a sulfonic group. It may be any one selected from the group consisting of a block copolymer copolymerized with a hydrogen fluoride-based polymer having no sulfonic group, and preferably Nafion.

상기 2)단계는 스핀코팅 또는 블레이딩 방식으로 이루어지는 것일 수 있다.The step 2) may be performed by spin coating or blading.

스핀코팅 또는 블레이딩 방식으로 매우 얇고 고르게 분산된 라디칼 스캐빈저 입자 층을 형성할 수 있으며, 고분자 전해질과 무기물 입자 혼합용액을 도포하여 복합 전해질막을 제조할 때 발생하는 입자들끼리의 응집현상을 예방할 수 있다.It is possible to form a very thin and evenly dispersed radical scavenger particle layer by spin coating or blading method, and by applying a mixed solution of polymer electrolyte and inorganic particles to prevent agglomeration between particles that occur when manufacturing a composite electrolyte membrane. I can.

상기 3)단계의 열압착은 130 내지 300 ℃의 온도에서 1 내지 10 MPa의 압력으로 이루어질 수 있다.The thermocompression bonding in step 3) may be performed at a temperature of 130 to 300° C. at a pressure of 1 to 10 MPa.

일반적으로 고분자 전해질막의 유리전이온도는 120 ℃이고, 고분자 전해질막의 표면은 유리전이 온도 이상에서 점성거동을 보이게 되며 라디칼 스캐빈저 입자 층과 결합하게 된다. 상기 온도 범위 미만에서 압착하는 경우 고분자 전해질막의 점성이 충분하지 않아 친수성 라디칼 스캐빈저 입자 층과의 결합력이 부족할 수 있다. 열압착이 종료된 후 온도를 90 ℃ 이하로 하강시키면 라디칼 스캐빈저 입자 층이 전사된 복합 전해질막을 얻을 수 있다.In general, the glass transition temperature of the polymer electrolyte membrane is 120°C, and the surface of the polymer electrolyte membrane exhibits viscous behavior above the glass transition temperature, and bonds with the radical scavenger particle layer. When compression is performed below the above temperature range, the viscosity of the polymer electrolyte membrane may not be sufficient, and thus the bonding strength with the hydrophilic radical scavenger particle layer may be insufficient. When the temperature is lowered to 90° C. or less after the thermocompression bonding is completed, a composite electrolyte membrane in which the radical scavenger particle layer is transferred can be obtained.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법에 있어서, 다양한 종류의 극성용매, 라디칼 스캐빈저, 라디칼 스캐빈저 층의 두께, 고분자 전해질막, 열압착의 온도 및 압력 조건을 변화시켜, 연료전지용 복합 전해질막을 제조하였고, 주사전자현미경(SEM)과 집속이온빔-주사전자현미경(FIB-SEM)을 통하여 그 형태를 확인하였다. 또한 상기 제조된 복합 전해질막을 포함하는 단위전지를 제조하고 성능 테스트를 하였다.In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, etc., in the method of manufacturing a composite electrolyte membrane for a fuel cell according to the present invention, various types of polar solvents, radical scavengers, and thickness of radical scavengers layers, A composite electrolyte membrane for a fuel cell was prepared by changing the temperature and pressure conditions of the polymer electrolyte membrane and thermocompression bonding, and its shape was confirmed through a scanning electron microscope (SEM) and a focused ion beam-scanning electron microscope (FIB-SEM). In addition, a unit cell including the prepared composite electrolyte membrane was manufactured and a performance test was performed.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치범위에서와는 달리, 아래 조건이 모두 만족하였을 때 전해질막이 노출되지 않고 라디칼 스캐빈저 입자 층에 의해 완벽하게 전사되었다.As a result, unlike in other conditions and other numerical ranges, when all of the following conditions were satisfied, the electrolyte membrane was not exposed and completely transferred by the radical scavenger particle layer.

(ⅰ) 유기용매는 물, (ⅱ) 라디칼 스캐빈저는 입자의 직경이 15 내지 35 ㎚인 세리아(CeO2), (ⅲ) 라디칼 스캐빈저 입자 층의 두께는 60 내지 80 ㎚ , (ⅳ) 고분자 전해질막은 나피온, (ⅴ) 스핀코팅 방식으로 라디칼 스캐빈저 입자 층을 형성 (ⅵ) 150 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5 MPa의 압력으로 열압착하여 전사.(I) the organic solvent is water, (ii) the radical scavenger is ceria (CeO 2 ) having a particle diameter of 15 to 35 nm, (iii) the radical scavenger particle layer has a thickness of 60 to 80 nm, (iv) The polymer electrolyte membrane is Nafion, (v) forming a radical scavenger particle layer by spin coating (vi) transfer by thermocompression bonding at a temperature of 150 to 180 °C at a pressure of 1 to 5 MPa.

다만, 상기 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는, 라디칼 스캐빈저 입자 층에 일부 결함이 발생하여 전해질막이 라디칼 스캐빈저 입자 층에 의해 완벽하게 전사되지 않고 노출되는 것을 확인하였다.However, when any of the above conditions was not satisfied, it was confirmed that some defects occurred in the radical scavenger particle layer, and the electrolyte membrane was not completely transferred by the radical scavenger particle layer, but was exposed.

본 발명은 상기에 따른 복합 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체를 제공한다.The present invention provides a membrane electrode assembly comprising the composite electrolyte membrane according to the above.

본 발명은 상기 따른 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.The present invention provides a fuel cell including the membrane electrode assembly according to the above.

본 발명은 상기에 따른 연료전지를 포함하는 장치로서, 상기 장치는 운송수단, 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지 및 에너지 저장장치 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.The present invention provides a device comprising the fuel cell according to the above, wherein the device is one selected from a vehicle, a household fuel cell, a portable fuel cell, and an energy storage device.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 이에 의하여 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. However, these examples are intended to describe the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope and contents of the present invention are reduced or limited and cannot be interpreted. In addition, if it is based on the disclosure of the present invention including the following examples, it is obvious that a person skilled in the art can easily implement the present invention for which no experimental results are presented, and such modifications and modifications are attached to the patent. It is natural to fall within the scope of the claims.

실시예 1. 세리아 입자 층을 가지는 복합 전해질막 제조Example 1. Preparation of a composite electrolyte membrane having a ceria particle layer

실시예 1-1Example 1-1

세리아(CeO2) 나노입자를 DI water 1.0 wt%로 혼합하여 초음파 분산시켰다. 분산된 용액을 PI 필름 위에 도포한 후, 스핀코터를 이용하여 코팅을 진행했다. 80 ℃ 오븐에서 10분간 건조를 통해 DI water를 제거했다. 세리아 입자가 코팅된 PI 필름 2장 사이에 나피온(NR 212) 전해질막을 샌드위치 형상과 같이 배치했다. 열압착장비를 이용하여 130 ℃의 온도에서 5 MPa의 압력으로 5 분간 임프린트를 진행했다. 열압착장비의 온도를 90 ℃로 하강시킨 후, 나피온 전해질막 양면에 붙어있는 PI 필름을 제거하여, 얇고 고르게 분산된 세리아 입자 층이 전사된 복합 전해질막이 완성되었다.Ceria (CeO 2 ) nanoparticles were mixed with 1.0 wt% DI water and ultrasonically dispersed. After applying the dispersed solution on the PI film, coating was performed using a spin coater. DI water was removed by drying in an oven at 80° C. for 10 minutes. Between the two PI films coated with ceria particles, a Nafion (NR 212) electrolyte membrane was disposed in a sandwich shape. Imprinting was performed for 5 minutes at a temperature of 130° C. and a pressure of 5 MPa using a thermocompression bonding equipment. After lowering the temperature of the thermocompression equipment to 90 ℃, the PI film adhered to both sides of the Nafion electrolyte membrane was removed to complete a composite electrolyte membrane in which a thin and evenly dispersed ceria particle layer was transferred.

실시예 1-2Example 1-2

세리아 나노입자를 DI water에 2.5 wt% 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that the ceria nanoparticles were mixed in DI water at 2.5 wt%.

실시예 2. 세리아 입자 층을 가지는 복합 전해질 막을 포함하는 단위전지Example 2. Unit cell comprising a composite electrolyte membrane having a ceria particle layer

실시예 2-1Example 2-1

상기 실시예 1-1에서 제조된 복합 전해질막을 가스 확산층 역할을 하는 두 장의 탄소 종이와 가스켓 사이에 삽입한 후 이것을 다시 일정 형상의 기체 유로 채널이 형성된 2개의 카본 플레이트 사이에 삽입하여 막전극 접합체를 형성하였다. 그리고 이것을 그라파이트 엔드 플레이트를 사용하여 체결하여 단위전지를 제조하였다. The composite electrolyte membrane prepared in Example 1-1 was inserted between two sheets of carbon paper serving as a gas diffusion layer and a gasket, and then inserted between the two carbon plates on which gas flow channels of a certain shape were formed to form a membrane electrode assembly. Formed. And this was fastened using a graphite end plate to prepare a unit cell.

실시예 2-2Example 2-2

실시예 1-2에 따라 제조된 복합 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 단위전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the composite electrolyte membrane prepared according to Example 1-2 was used.

비교예 1. 나피온 전해질막Comparative Example 1. Nafion electrolyte membrane

상기 실시예와의 비교를 위해 어떠한 처리도 하지 않은 듀퐁사의 나피온 전해질막(NR212)을 사용하였다.For comparison with the above example, a DuPont Nafion electrolyte membrane (NR212) without any treatment was used.

비교예 2. 나피온 전해질막을 포함하는 단위전지Comparative Example 2. Unit cell including Nafion electrolyte membrane

비교예 1의 나피온 전해질막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 단위전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the Nafion electrolyte membrane of Comparative Example 1 was used.

시험예 1. 세리아 입자의 투과전자현미경 관측Test Example 1. Transmission electron microscope observation of ceria particles

세리아 입자를 투과전자현미경(TEM ; Transmission Electron Microscope)을 통해 관측한 사진을 도 2에 나타내었다. 상기 도 2를 통해 사용된 입자의 직경은 약 25 ㎚인 것을 확인하였다.Fig. 2 shows a photograph of ceria particles observed through a Transmission Electron Microscope (TEM). It was confirmed that the diameter of the particles used through FIG. 2 was about 25 nm.

시험예 2. 세리아 입자 층의 주사전자현미경 관측Test Example 2. Scanning electron microscope observation of ceria particle layer

실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따라 제조된 복합 전해질막의 표면을 주사전자현미경(SEM ; Scanning Electron Microscope)을 이용하여 관측한 사진을 도 3에 나타내었다. 상기 도 3에서 세리아의 농도가 클수록 표면에 코팅된 세리아의 양 또한 비례적으로 증가함을 확인하였다. 또한 각 복합 전해질막의 단면을 주사전자현미경을 이용하여 관측한 사진을 도 4에 나타내었다. 상기 도 4의 단면 분석을 통해 두께의 경우 농도에 따라 큰 차이는 없었으며, 평균적으로 세리아 입자가 2 내지 3층으로 코팅되어 60 내지 80 ㎚의 두께를 가짐을 확인하였다.The photographs of the surfaces of the composite electrolyte membranes prepared according to Example 1-1 and Example 1-2 were observed using a Scanning Electron Microscope (SEM) are shown in FIG. 3. In FIG. 3, it was confirmed that as the concentration of ceria increases, the amount of ceria coated on the surface also increases proportionally. In addition, a photograph of the cross section of each composite electrolyte membrane observed using a scanning electron microscope is shown in FIG. 4. Through the cross-sectional analysis of FIG. 4, in the case of the thickness, there was no significant difference depending on the concentration, and it was confirmed that the average ceria particles were coated with 2 to 3 layers to have a thickness of 60 to 80 nm.

시험예 3. 복합 전해질막의 집속이온빔-주사전자현미경 관측Test Example 3. Focused ion beam-scanning electron microscope observation of composite electrolyte membrane

실시예 1-1 및 실시예 1-2에 따라 제조된 복합 전해질막의 단면을 집속이온빔-주사전자현미경(FIB-SEM ; Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy) 영상을 통해 관측한 사진을 도 5에 나타내었다. 집속이온빔-주사전자현미경 영상을 통해 완성된 복합 전해질막에서 세리아 입자가 삽입되어 있는 모습을 확인할 수 있었으며, 전사 전의 세리아 분포와 유사함을 확인했다.The cross-section of the composite electrolyte membrane prepared according to Example 1-1 and Example 1-2 is shown in FIG. 5 as a photograph observed through a focused ion beam-scanning electron microscope (FIB-SEM; Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy) image. Done. Through the focused ion beam-scanning electron microscope image, it was confirmed that the ceria particles were inserted in the completed composite electrolyte membrane, and it was confirmed that the distribution of ceria before transfer was similar.

시험예 4. 펜톤 테스트를 이용한 막의 화학적 안정성 평가Test Example 4. Evaluation of the chemical stability of the membrane using the Fenton test

실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1에 의해 제조된 복합 전해질막을 펜톤용액(20 wt% 과산화수소, 30 ppm Fe2+(Iron Sulfate)) 100 g에 모든 부위를 침지한 후 80 ℃의 온도에서 72 시간 동안 방치하였다. 다음으로 펜톤용액의 불소 이온 농도를 측정하였으며, 그 결과를 도 6a에 나타내었다. 세리아 입자를 2.5 wt% 사용한 실시예 1-2의 복합 전해질막의 경우 1.0 wt% 를 사용한 실시예 1-1에 비해 용출된 불소 이온 농도가 낮음을 확인할 수 있었고, 비교예 1의 상용 전해질막의 경우 불소 이온 용출량이 9.96 ppm으로 가장 많음을 확인하였다. The composite electrolyte membranes prepared according to Example 1-1, Example 1-2, and Comparative Example 1 were immersed in 100 g of Fenton's solution (20 wt% hydrogen peroxide, 30 ppm Fe 2+ (Iron Sulfate)), and then 80 It was left for 72 hours at a temperature of °C. Next, the fluorine ion concentration of the Fenton solution was measured, and the results are shown in FIG. 6A. In the case of the composite electrolyte membrane of Example 1-2 using 2.5 wt% of ceria particles, it was confirmed that the eluted fluorine ion concentration was lower than that of Example 1-1 using 1.0 wt%, and in the case of the commercial electrolyte membrane of Comparative Example 1, fluorine It was confirmed that the amount of ions eluted was the highest at 9.96 ppm.

또한, 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1의 펜톤 테스트 전 후의 이온 전도도를 측정하였으며, 그 결과를 도 6b에 나타내었다. 이온전도도 측정은 70 ℃의 온도, 90%의 상대습도 조건에서 진행되었으며, 이온 전도도 변화 역시 비교예 1의 상용 전해질막은 크게 감소함을 확인할 수 있었고, 세리아의 농도가 높은 복합 전해질막의 경우 이온전도도의 감소폭이 크지 않음을 확인할 수 있었다.In addition, ionic conductivity was measured before and after the Fenton test of Example 1-1, Example 1-2, and Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 6B. The ion conductivity measurement was performed under the condition of a temperature of 70° C. and a relative humidity of 90%, and it was confirmed that the change in ionic conductivity was also significantly reduced in the commercial electrolyte membrane of Comparative Example 1. In the case of the composite electrolyte membrane having a high ceria concentration, the It was confirmed that the reduction was not large.

시험예 5. 개방회로전압테스트Test Example 5. Open circuit voltage test

실시예 2 및 비교예 2에 따라 제조한 단위전지를 이용하여 개방회로전압(OCV ; Open Circuit Voltage)테스트를 진행하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 수소유량은 300 ccm, 산소 유량은 300 ccm, 단위전지 셀 온도는 90 ℃, 상대습도 30% 조건에서 72 시간 동안 테스트를 진행하였다. 72 시간이 지난 후, 상용 전해질막을 포함하는 비교예 2의 단위전지는 실시예 2-1과 실시예 2-2에 비해 개방전압의 감소가 큰 것을 확인하였다. 또한, 높은 농도의 세리아 입자를 사용한 실시예 2-2가 낮은 농도의 세리아 입자를 사용한 실시예 2-1 보다 개방전압의 감소가 작음을 확인하였다.An open circuit voltage (OCV) test was performed using the unit cells prepared according to Example 2 and Comparative Example 2, and the results are shown in FIG. 7. The test was conducted for 72 hours under conditions of hydrogen flow rate of 300 ccm, oxygen flow rate of 300 ccm, unit cell temperature of 90° C., and relative humidity of 30%. After 72 hours, it was confirmed that the unit cell of Comparative Example 2 including a commercial electrolyte membrane had a greater decrease in open-circuit voltage compared to Example 2-1 and Example 2-2. In addition, it was confirmed that Example 2-2 using ceria particles having a high concentration had a smaller reduction in open circuit voltage than Example 2-1 using ceria particles having a low concentration.

시험예 6. 단위전지 셀 성능 테스트Test Example 6. Unit cell cell performance test

실시예 2 및 비교예 2에 따라 제조한 단위전지를 이용하여 단위전지의 성능평가를 진행하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 수소유량 150 ccm, 공기 유량 800 ccm, 단위전지 셀 온도 70 ℃, 상대습도 100%, 활성면적 5 ㎠의 조건에서 성능평가를 진행하였다. 이때 세리아 입자가 전사되지 않은 비교예 2의 성능이 가장 좋았으며, 세리아 농도가 높은 복합막의 경우는 이보다 조금 낮은 성능을 보임을 확인하였다. 이는 얇고 잘 분산된 세리아 층이 전사되었음에도 불구하고 어느 정도 수소 이온전도도 감소가 수반됨을 보여주는 결과이다. Performance evaluation of the unit cells was performed using the unit cells prepared according to Example 2 and Comparative Example 2, and the results are shown in FIG. 8. Performance evaluation was performed under conditions of a hydrogen flow rate of 150 ccm, an air flow rate of 800 ccm, a unit cell temperature of 70° C., a relative humidity of 100%, and an active area of 5 cm 2. At this time, it was confirmed that the performance of Comparative Example 2 in which the ceria particles were not transferred was the best, and the composite membrane having a high ceria concentration showed a slightly lower performance than this. This is a result showing that the hydrogen ion conductivity is reduced to some extent even though the thin and well-dispersed ceria layer was transferred.

그러나 시험예 5의 개방회로전압 테스트를 진행한 후 성능을 측정한 결과, 상용막을 사용한 비교예 2의 경우 성능 감소폭이 가장 크게 나타났고, 세리아 입자가 전사된 실시예 2의 경우 성능 감소폭이 작아 결국에는 역전된 성능을 보여주었다.However, as a result of measuring the performance after conducting the open circuit voltage test of Test Example 5, in the case of Comparative Example 2 using a commercial film, the performance decrease was the largest, and in the case of Example 2 in which the ceria particles were transferred, the performance decrease was small. Showed reversed performance.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 1) 라디칼 스캐빈저 입자를 극성용매에 분산시켜 코팅액을 제조하는 단계;
2) 상기 코팅액으로부터 라디칼 스캐빈저 입자 층을 형성하는 단계; 및
3) 상기 라디칼 스캐빈저 입자 층을 고분자 전해질막에 열압착시켜 상기 라디칼 스캐빈저 입자층을 상기 고분자 전해질막에 전사하는 단계;를 포함하는 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법으로서,
상기 극성용매는 물이며;
상기 라디칼 스캐빈저 입자는 세리아(CeO2)이고, 상기 입자의 직경은 15 내지 35 ㎚이며;
상기 라디칼 스캐빈저 입자 층의 두께는 60 내지 80 ㎚이며;
상기 고분자 전해질막은 나피온이며;
상기 2)단계는 스핀코팅 방식으로 이루어지며;
상기 3)단계의 열압착은 150 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5 MPa의 압력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합 전해질막의 제조방법.
1) preparing a coating solution by dispersing radical scavenger particles in a polar solvent;
2) forming a radical scavenger particle layer from the coating solution; And
3) transferring the radical scavenger particle layer to the polymer electrolyte membrane by thermocompressing the radical scavenger particle layer to a polymer electrolyte membrane, comprising:
The polar solvent is water;
The radical scavenger particle is ceria (CeO 2 ), and the particle diameter is 15 to 35 nm;
The thickness of the radical scavenger particle layer is 60 to 80 nm;
The polymer electrolyte membrane is Nafion;
Step 2) is performed by spin coating;
The method of manufacturing a composite electrolyte membrane for a fuel cell, wherein the thermocompression bonding in step 3) is performed at a temperature of 150 to 180° C. and a pressure of 1 to 5 MPa.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항의 제조방법에 따라 제조된 복합 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체.A membrane electrode assembly comprising a composite electrolyte membrane manufactured according to the manufacturing method of claim 9. 제18항에 따른 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 18. 제19항의 연료전지를 포함하는 장치로서,
상기 장치는 운송수단, 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지 및 에너지 저장장치 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 장치.
An apparatus comprising the fuel cell of claim 19,
The device, characterized in that one selected from a vehicle, a domestic fuel cell, a portable fuel cell and an energy storage device.
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