KR102158547B1 - 멤브레인-시일 어셈블리 - Google Patents

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호르헤 마누엘 카라멜로 소아레스
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Abstract

내부 영역 및 가장자리 영역을 포함하며, 여기서 내부 영역은 이온-전도성 구성요소를 포함하고, 가장자리 영역은 시일 구성요소를 포함하고; 제1 및 제2 평면형 다공성 강화 구성요소가 각각 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장되고, 내부 영역 내의 제1 및 제2 평면형 다공성 강화 구성요소 각각의 세공에는 이온-전도성 구성요소가 함침되고, 가장자리 영역 내의 제1 및 제2 평면형 다공성 강화 구성요소 각각의 세공에는 시일 구성요소가 함침되는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리가 개시된다. 또한, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 포함하는 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리 및 전기화학 장치가 개시된다.

Description

멤브레인-시일 어셈블리 {MEMBRANE-SEAL ASSEMBLY}
본 발명은 강화된 멤브레인-시일(seal) 어셈블리, 또한 특히 다수의 강화 층을 갖는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리는 연료 전지 또는 전해조에 사용하기에 적합하다.
연료 전지는 전해질에 의해 분리된 2개의 전극을 포함하는 전기화학 전지이다. 연료, 예컨대 수소 또는 알콜, 예컨대 메탄올 또는 에탄올은 애노드(anode)에 공급되고, 산화제, 예컨대 산소 또는 공기는 캐소드(cathode)에 공급된다. 전기화학 반응이 전극에서 일어나고, 연료 및 산화제의 화학 에너지가 전기 에너지 및 열로 전환된다. 애노드에서의 연료의 전기화학적 산화 및 캐소드에서의 산소의 전기화학적 환원을 촉진시키기 위해 전기촉매가 사용된다.
수소-연료 또는 알콜-연료 양성자 교환 멤브레인 연료 전지 (PEMFC)에서, 전해질은, 전자 절연성이고 양성자 전도성인 고체 중합체 멤브레인이다. 애노드에서 생성된 양성자는 멤브레인을 가로질러 캐소드로 수송되고, 여기서 이들은 산소와 조합되어 물을 형성한다. 가장 폭넓게 사용되는 알콜 연료는 메탄올이고, PEMFC의 이러한 변형은 종종 직접 메탄올 연료 전지 (DMFC)로서 언급된다.
PEMFC의 주요 구성요소는 멤브레인 전극 어셈블리 (MEA)로서 공지되어 있고, 이는 본질적으로 5개의 층으로 구성된다. 중심 층은 중합체 이온-전도성 멤브레인이다. 이온-전도성 멤브레인의 양쪽에는, 특정 전기촉매 반응을 위해 디자인된 전기촉매를 함유하는 전기촉매 층이 존재한다. 마지막으로, 각각의 전기촉매 층에 인접하여 기체 확산 층이 존재한다. 기체 확산 층은 반응물을 전기촉매 층에 도달시킬 수 있어야 하고, 전기화학 반응에 의해 생성된 전류를 전도하여야 한다. 따라서, 기체 확산 층은 다공성 및 전기 전도성이어야 한다.
통상적으로, MEA는 하기에 요약되는 많은 방법에 의해 구성될 수 있다:
(i) 전기촉매 층을 기체 확산 층에 적용하여 기체 확산 전극을 형성할 수 있다. 2개의 기체 확산 전극을 이온-전도성 멤브레인의 양쪽에 배치하고, 함께 라미네이팅하여 5-층 MEA를 형성할 수 있다.
(ii) 전기촉매 층을 이온-전도성 멤브레인의 양면에 적용하여 촉매-코팅된 이온-전도성 멤브레인을 형성할 수 있다. 이어서, 기체 확산 층을 촉매-코팅된 이온-전도성 멤브레인의 양면에 적용한다.
(iii) 전기촉매 층이 한쪽 상에 코팅된 이온-전도성 멤브레인, 그 전기촉매 층에 인접한 기체 확산 층, 및 이온-전도성 멤브레인의 다른 쪽 상의 기체 확산 전극으로부터 MEA를 형성할 수 있다.
통상적으로, MEA는, 중심 중합체 이온-전도성 멤브레인이 MEA의 연부로 연장되고, 여기서 기체 확산 층 및 전기촉매 층은, 단지 이온-전도성 멤브레인을 포함하는 MEA의 주변부 주위에 영역이 존재하도록 멤브레인에 비해 면적이 더 작도록 구성된다. 전기촉매가 존재하지 않는 영역은 비-전기화학적 활성 영역이다. 전형적으로 비-이온 전도성 중합체로부터 형성된 필름 층이 일반적으로, 전기촉매가 존재하지 않는 이온-전도성 멤브레인의 노출 표면 상의 MEA의 연부 영역 주위에 배치되어 MEA의 연부를 시일링하고/거나 강화시킨다. 접착 층이 필름 층의 한쪽 또는 양쪽 표면 상에 존재할 수 있다.
MEA 내의 구성요소 층은 전형적으로 라미네이션 방법에 의해 접합된다. 전형적으로, 멤브레인에 사용되는 중합체 이온 전도성 물질의 대부분은 전기화학적 활성 영역을 지나 비-전기화학적 활성 영역으로, 종종 수 센티미터 이하만큼 연장된다. 낮은 기하학적 면적의 MEA에서, 이 비-전기화학적 활성 영역은 전체 MEA 기하학적 면적의 50%까지 기여할 수 있다. 전기화학적 활성 영역을 지나 연장되는 멤브레인은 활성 및 성능에 기여하지 않는다. 중합체 이온-전도성 멤브레인은 연료 전지에서 가장 고비용의 구성요소 중 하나이고, 따라서 그의 사용을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, MEA의 연부 영역 주위에 배치된 시일 필름 층은 전형적으로, 필름의 롤을 얻고 중심 영역을 절단하여 이후에 MEA의 연부 주위에 배치되는 윈도우 프레임을 생성함으로써 형성된다. 따라서, 시일 필름 물질의 상당 부분은 또한 낭비된다. 중합체 이온-전도성 멤브레인은 또한, 멤브레인의 기계적 강도 향상, 또한 그에 따라 MEA의 내구성 및 연료 전지의 수명 증가를 제공하기 위해, 멤브레인의 두께 내에 매립된 강화 물질, 예컨대 평면형 다공성 물질을 포함하는 것이 통상적 관행이다.
발명의 요약
보다 빠른 속도의 연료 전지의 상업화 및 보다 큰 시장 침투를 가능하게 하기 위해, MEA의 성능 및 내구성을 추가로 개선시키고, 또한 물질 사용 및 그에 따라 비용을 감소시키고, 또한 MEA에 대한 제조 비용을 상당히 감소시키고 제조 생산율을 증가시키는 것이 필수적이다. 이에 따라, 별도의 MEA 구성요소로부터 개개의 MEA를 어셈블링하는 제조 방법에 대한 대안으로서, MEA의 연속 롤을 고속으로 제조하는 연속적 고부피 제조 방법이 도입되고 있다. 따라서, 동시에 (i) MEA의 기능적 성능 특징을 개선시키고, (ii) 고비용의 물질 및 구성요소의 활용을 최대화하고, (iii) 또한 저비용, 고속 및 고처리량 제조 방법에 의해 제조될 수 있는 MEA 디자인이 요구된다.
본 발명은, 향상된 강도, 기계적 안정성 및 그에 따른 내구성, 이온-전도성 멤브레인 및 시일 필름 물질의 높은 활용을 제공하며, 고속의 연속적 제조 방법이 적용가능한, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 대한 디자인을 제공한다.
본 발명은, 내부 영역 및 가장자리 영역을 포함하며, 여기서 내부 영역은 이온-전도성 구성요소를 포함하고, 가장자리 영역은 시일 구성요소를 포함하고;
제1 및 제2 평면형 강화 구성요소가 각각 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장되고, 내부 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 이온-전도성 구성요소가 함침되고, 가장자리 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 시일 구성요소가 함침되는 것인,
강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 추가로, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인 시일 어셈블리 및 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리를 제공한다.
도 1은 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 내부 및 가장자리 영역을 나타낸다.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 단면도를 나타낸다.
발명의 상세한 설명
본 발명은, 내부 영역 및 가장자리 영역을 포함하며, 여기서 내부 영역은 이온-전도성 구성요소를 포함하고, 가장자리 영역은 시일 구성요소를 포함하고;
제1 및 제2 평면형 강화 구성요소가 각각 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장되고, 내부 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 이온-전도성 구성요소가 함침되고, 가장자리 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 시일 구성요소가 함침되는 것인,
강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 제공한다.
하나 이상의 추가의 평면형 강화 구성요소가 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장될 수 있다.
내부 및 가장자리 영역
내부 영역은, 평면-관통 방향 (z-방향)에서의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 두께를 통해 연장되는 x/y 방향 (평면내 방향)으로의 평면 면적을 지칭한다.
가장자리 영역은, 평면-관통 방향 (z-방향)에서의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 두께를 통해 연장되는 평면내 방향으로의 평면 면적을 지칭하며, 가장자리 영역은 내부 영역의 주변부 주위로 연장된다.
용어 '내부 영역' 및 '가장자리 영역'은, 내부 영역(2) 및 가장자리 영역(3)을 갖는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리(1)를 나타내는 도 1로부터 보다 잘 이해된다.
통상적으로, 내부 영역은 직사각형 또는 정사각형 등의 4변형 기하구조를 갖고, 가장자리 영역은 내부 영역 주위에 프레임을 생성한다. 그러나, 내부 영역은 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있으며; 이에 따라 가장자리 영역의 내부 연부는 내부 영역과 동일한 기하학적 형상을 가질 것임이 이해될 것이다. 가장자리 영역의 외부 연부는 반드시 내부 연부의 형상에 상응하는 기하학적 형상을 가질 필요가 없고; 예를 들어, 내부 연부는 원형이고 외부 연부는 정사각형일 수 있다.
강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 총 평면 면적 (즉, 내부 영역 및 가장자리 영역의 합친 평면 (x/y) 면적)은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 최종 용도에 따라 달라질 것이고; 적합하게 총 평면 면적의 선택은 관련 기술분야의 통상의 기술자의 능력 내에 있을 것이다.
각각의 층 내의 내부 및 가장자리 영역의 치수는 총 평면 면적에 의해 결정될 것이며, 또한 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 최종 용도에 따라 달라질 것이고; 적합한 치수의 선택은 관련 기술분야의 통상의 기술자의 능력 내에 있을 것이다.
이온-전도성 구성요소
본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 제조 방법에 따라, 하나 이상의 상이한 이온-전도성 구성요소가 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 내에 존재할 수 있다.
이온-전도성 구성요소(들)은 양성자-전도성 중합체의 군으로부터 선택되거나, 또는 음이온-전도성 중합체, 예컨대 히드록실 음이온-전도성 중합체의 군으로부터 선택된다. 적합한 양성자-전도성 중합체의 예는, 퍼플루오로술폰산 이오노머 (예를 들어 나피온(Nafion)® (이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴파니(E.I. DuPont de Nemours and Co.)), 아시플렉스(Aciplex)® (아사히 가세이(Asahi Kasei)), 애퀴비온(Aquivion)™ (솔베이 스페셜티 폴리머즈(Solvay Speciality Polymers)), 플레미온(Flemion)® (아사히 글래스 컴파니(Asahi Glass Co.))), 또는 술폰화 탄화수소 기재의 이오노머, 예컨대 푸마-테크 게엠베하(FuMA-Tech GmbH)로부터 푸마펨(fumapem)® P, E 또는 K 시리즈의 제품으로서 입수가능한 것들, 제이에스알 코포레이션(JSR Corporation), 도요보 코포레이션(Toyobo Corporation)으로부터 입수가능한 것들 등을 포함한다. 적합한 음이온-전도성 중합체의 예는, 도쿠야마 코포레이션(Tokuyama Corporation)에서 제조된 A901 및 푸마-테크 게엠베하로부터의 푸마셉(Fumasep) FAA를 포함한다.
이온-전도성 구성요소는 독립적으로, 멤브레인의 화학적 내구성을 보조하는 하나 이상의 구성요소, 예를 들어 과산화수소 분해 촉매, 라디칼 스캐빈저 등을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소의 예는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다.
시일 구성요소
강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 제조 방법에 따라, 1종 초과의 시일 구성요소가 존재할 수 있다.
시일 구성요소는 이온-전도성 구성요소 및 평면형 강화 구성요소와 상용성일 것이 요구된다. 시일 구성요소는 비-이온 전도성이어야 하고, 최종 생성물 내에서 연료 전지 스택(stack)에서의 작업에 필요한 기계적, 열적 및 화학적 특성을 가져야 한다. 시일 구성요소는, 가공 완료에 따라 캐리어 물질이 제거될 때 임의의 변형을 견딜 수 있어야 한다.
시일 구성요소에 사용될 수 있는 적합한 물질의 예는, 플루오로실리콘, 폴리우레탄, 코-폴리아미드, 에폭시 및 플루오로아크릴레이트를 포함한다. 적합한 시일링 구성요소의 구체적 예는, 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVDF), 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리이미드 (PI), 폴리에테르술폰 (PES), 플루오린화 에틸렌 프로필렌 (FEP), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 비톤(Viton)®, 폴리에틸렌 옥시드 (PEO), 폴리페닐렌 에테르 (PPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 폴리(p-페닐렌 술피드) (PPS), 폴리올레핀 및 실리콘을 포함한다.
평면형 강화 구성요소
강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 강도 및 강화를 제공하기 위해 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소가 존재한다.
제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소는 다공성 물질로부터 형성된다. 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소는 동일하거나 상이한 다공성 물질로부터 형성될 수 있다. 다공성 물질은 하기 특성 중 적어도 일부를 가져야 한다: 다공성 구조를 유지하면서 이온-전도성 및 시일 구성요소가 다공성 물질 내로 용이하게 함침될 수 있도록 이들 구성요소와 상용성인 특성; 최종 MEA의 변동적 습도 하에 향상된 기계적 강도 및 치수 안정성을 제공하는 특성; 비-전도성인 특성; 및 연료 전지가 작동하는 온도에서 화학적 및 열적으로 안정한 특성.
적합한 평면형 강화 구성요소는, 나노섬유 구조로부터 형성된 (예를 들어 전기방사 또는 힘 방사에 의해 형성됨) 것들, 발포 중합체 네트워크로부터 형성된 것들, 및 평면형 비-다공성 구조의 엔지니어링에 의해 형성된 것들을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 사용하기에 적합한 물질의 예는 전형적으로 중합체이며, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF), 폴리에테르에테르 케톤 (PEEK), 폴리이미드 (PI), 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰 (PES) 및 폴리프로필렌 (PP)을 포함한다.
제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소를 구성하는 다공성 물질의 다공도는 적합하게는 30% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 또한 가장 바람직하게는 70% 초과이다. 적합하게는, 다공도는 95% 미만이다. 다공도 (n)는 수학식 n = Vv / Vt x 100 (여기서, n은 다공도이고, Vv는 공극 부피이고, Vt는 다공성 물질의 총 부피임)에 따라 계산된다. 공극 부피 및 다공성 물질의 총 부피는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다.
제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소를 구성하는 다공성 물질은 등방성 또는 비-등방성일 수 있다. 비-등방성인 경우, 인접한 평면형 강화 구성요소에서 등방성의 방향은 동일할 수 있거나, 또는 서로에 대해 90°와 같은 각도를 이루어 모든 방향으로 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 추가의 안정성을 제공할 수 있다.
제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소는 모든 방향으로 가장자리 영역의 외부 연부로 연장될 수 있고, 즉 평면형 강화 구성요소는 가장자리 영역의 외부 연부와 함께 연장(co-extensive)된다.
다르게는, 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소는 내부 영역의 평면 면적에 비해 평면 면적이 더 크지만, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 총 평면 면적보다는 면적이 더 작을 수 있다.
다르게는, 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소 중 적어도 하나는 가장자리 영역의 외부 연부로 연장되고, 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소 중 적어도 다른 하나는 내부 영역의 평면 면적에 비해 평면 면적이 더 크지만, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 총 평면 면적보다는 면적이 더 작다.
다르게는, 제1, 제2 및 임의의 추가의 평면형 강화 구성요소 중 하나 이상은 하나의 평면 방향 (예를 들어 x-방향)으로는 가장자리 영역의 외부 연부와 함께 연장되지만, 제2 평면 방향 (예를 들어 y-방향)으로는 가장자리 영역의 내부 연부와 외부 연부 사이의 지점에서 중단된다.
본 발명은, 내부 영역 내에 존재하는 이온-전도성 구성요소 및 가장자리 영역 내에 존재하는 시일 구성요소를 갖는 것으로 기재되지만, 이온-전도성 구성요소(들) 및 시일 구성요소(들)의 계면에 평면 (x 및/또는 y) 방향으로 5 mm 이하의 블렌딩 영역이 존재할 수 있고; 따라서, 이 블렌딩 영역은 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소 둘 다를 포함할 것이다.
블렌딩 영역에서, 시일 구성요소 및 이온-전도성 구성요소가 혼화성인 경우, 블렌딩 영역 전반에 걸쳐 구성요소의 분포가 균일하게 되는, 두 구성요소의 완전한 혼합이 존재할 수 있다.
다르게는, 시일 구성요소 및 이온-전도성 구성요소가 혼화성이 아닌 경우, 블렌딩 영역 내에, 이온-전도성 구성요소에 의해 둘러싸인 시일 구성요소의 하나 이상의 '섬(island)'이 존재할 수 있다.
다르게는, 블렌딩 영역 내에, 시일 구성요소에 의해 둘러싸인 이온-전도성 구성요소의 하나 이상의 '섬'이 존재할 수 있다.
다르게는, 블렌딩 영역은 상기에 기재된 배열 둘 이상의 혼합을 포함할 수 있다.
다르게는, 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소의 계면이 완전히 선형이 아닐 수 있고, 예를 들어 '파형' 라인을 제공하며 불규칙할 수 있다.
다르게는, 불규칙한 계면 및 블렌딩 영역의 혼합이 존재할 수 있다.
x 및/또는 y 방향에 대하여 기재하였지만, 블렌딩 영역 및 불규칙한 계면은 또한 평면 관통 (x) 방향으로 적용될 수 있다.
다르게는, 하나의 구성요소가 두 구성요소의 계면에서 평면 방향으로 5 mm 이하만큼 또 다른 구성요소와 오버랩될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소는 평면-관통 (z) 방향에서 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되지 않아, 제1 및/또는 제2 평면형 강화 구성요소 중 하나 또는 다른 하나 내로 함침되지 않은 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소가 존재하지 않는다.
다르게는, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소는 두께 방향으로 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되어, 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소 내로 함침되지 않은 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소의 층이 존재한다. 이러한 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소의 비-강화된 층은 추가의 단계에서 적용될 수 있거나, 또는 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소의 비-강화된 층은 건조시 평면형 강화 구성요소의 수축에 의해 생성될 수 있다. 이러한 비-강화된 층이 추가의 단계로서 적용되는 경우, 시일링 구성요소의 비-강화된 층과 이온-전도성 구성요소의 비-강화된 층 사이의 계면은, 평면형 강화 구성요소를 함유하는 층 내의 시일링 구성요소와 이온-전도성 구성요소 사이의 계면으로부터 및/또는 평면형 강화 구성요소의 다른 면 상의 임의의 비-강화된 층 내의 계면으로부터 오프셋(off-set)될 수 있다.
시일 구성요소의 임의의 비-강화된 층은 이온-전도성 구성요소 (평면형 강화 구성요소의 세공 내에 함침된 이온-전도성 구성요소 또는 평면-관통 방향 (z-방향)에서 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되는 이온-전도성 구성요소)와 오버랩될 수 있다. 임의의 오버랩은 1 mm 이상일 수 있다. 오버랩은 10 mm 이하일 수 있다. 다르게는, 오버랩되는 대신에, 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소 둘 다를 포함하는 상기에 기재된 바와 같은 블렌딩 영역이 존재할 수 있다.
내부 영역에서 평면-관통 방향 (z-방향)에서의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 두께는 그의 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 두께는 ≤ 50 ㎛, 예컨대 ≤ 35 ㎛, 예를 들어 ≤ 25 ㎛일 것이다. 적합하게는, 두께는 ≥ 5 ㎛이다. 하나의 실시양태에서, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리는 내부 영역에서 평면-관통 방향 (z-방향)에서 8 내지 25 ㎛의 두께를 갖는다.
이제, 본 발명을, 예시적이며 본 발명을 제한하는 것이 아닌 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명할 것이다.
도 2는 내부 영역(2) 및 가장자리 영역(3)을 갖는 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리(1)의 단면도를 나타낸다. 각각의 층의 내부 영역은 이온-전도성 구성요소(4)를 포함하고, 각각의 구성요소의 가장자리 영역은 시일 구성요소(5)를 포함한다. 제1 평면형 강화 구성요소(6) 및 제2 평면형 강화 구성요소(7) (크로스-해치로 나타냄)는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리(1)의 내부 영역(2)을 가로질러 가장자리 영역(3) 내로 연장된다. 제1 및 제2 강화 구성요소(6 및 7)는 이온-전도성 구성요소(4) 및 시일 구성요소(5) 내에 매립되어, 제1 및 제2 강화 구성요소(6 및 7)의 모든 세공이 이온-전도성 구성요소(4) 또는 시일 구성요소(5)로 본질적으로 충전된다. 어구 '본질적으로 충전된'은, 강화 구성요소의 세공 부피의 90% 이상, 적합하게는 95% 이상, 또한 바람직하게는 99% 이상이 충전됨을 의미한다.
도 2는 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소의 비-강화된 밴드에 의해 분리되어 있는 두 평면형 강화 구성요소를 나타내지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 제작 및/또는 추가의 가공 동안, 이 분리가 감소될 수 있고, 두 평면형 강화 구성요소가 본질적으로 인접하고 서로 접촉되는 정도로 감소될 수 있음을 인지할 것이다.
도 3은 도 2에 나타낸 것과 유사한 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리(1)의 단면도를 나타내고; 여기서 구성요소의 모든 번호부여는 동일하게 유지된다. 그러나, 도 3에서는, 제1 및 제2 강화 구성요소(6 및 7)이 가장자리 영역의 연부로 연장되지 않고, 가장자리 영역의 내부 연부와 외부 연부 사이에서 중단된 것을 볼 수 있다. 제1 및 제2 강화 구성요소(6 및 7)는 두 평면 방향으로 또는 단지 하나의 평면 방향, 예컨대 연속 제조된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 경우 교차-웹 방향으로 가장자리 영역의 내부와 외부 연부 사이의 위치에서 중단될 수 있다.
도 4는 도 1과 유사한 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리(1)의 확장 단면도를 나타내지만, 여기서는 이온-전도성 구성요소(4) 및 시일 구성요소(5)가 평면 관통 (z) 방향에서 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소(6 및 7)를 지나 연장되어 비-강화된 층(8 및 9)을 제공한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 비-강화된 층(들)(8 및 9) 중 하나 또는 둘 다에서의 시일 구성요소와 이온-전도성 구성요소 사이의 계면이 서로로부터 오프셋되고/거나 평면형 강화 구성요소 내에 매립된 시일 구성요소 및 이온-전도성 구성요소의 계면 중 하나 또는 둘 다로부터 오프셋될 수 있음을 인지할 것이다.
도에는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 전반에 걸쳐 동일한 치수를 갖는 내부 및 가장자리 영역을 나타내었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 최종 디자인 요건 및 제조 방법에 따라 평면-관통 방향에서 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 전반에 걸쳐 내부 및 가장자리의 치수가 달라질 수 있음을 인지할 것이다.
본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리는 다수의 상이한 방법에 의해 제조될 수 있다. 하나의 방법에서, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리는, 캐리어 물질 상에 이온-전도성 구성요소를 침착시키고 (내부 영역 형성) 이온-전도성 구성요소 주위에 시일 구성요소를 침착시킴 (가장자리 영역 형성)으로써, 예를 들어 캐리어 물질 상의 층으로서 구성된다. 다르게는, 시일 구성요소를 먼저 침착시킨 후, 이온-전도성 구성요소를 침착시킬 수 있다. 이어서 층을 건조시킨다. 층이 평면형 강화 구성요소를 포함하는 경우, 이를 습윤 시일 구성요소/이온-전도성 구성요소에 적용한 후에 건조시켜 평면형 강화 구성요소가 이온-전도성 구성요소/시일 구성요소 내에 매립되도록 하고, 그에 따라 평면형 강화 구성요소의 모든 세공이 이온-전도성 구성요소 또는 시일 구성요소로 본질적으로 충전된다. 이어서, 필요에 따라 추가의 층을 첨가한다. 이어서, 적절한 시간에 강화된 멤브레인-시일 어셈블리로부터 캐리어 물질을 제거한다.
이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소는 각각의 침착 후에 개별적으로 건조시킬 수 있거나, 또는 둘 다 침착되면 단일 단계에서 건조시킬 수 있다. 본질적으로 이온-전도성 또는 시일 구성요소 코팅 분산액으로부터 용매(들)을 제거하기 위해, 건조를, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 적합한 가열 기술, 예를 들어 공기 충돌, 적외선 등에 의해 수행할 수 있다. 적합하게는, 건조는 70 내지 120℃의 온도에서 수행되지만, 이는 용매의 성질에 따라 달라질 것이며, 200℃ 이하 또는 초과일 수 있다.
시일 구성요소는, 또한 이온-전도성 구성요소에 따라, 건조시키는 것에 추가로, 경화시켜 구성요소의 기계적 및 화학적 강도를 제공할 수 있다. 경화는 가교와 같은 변화를 수행하는 화학 반응이고, 이는 열 활성화되거나 (예를 들어 열 또는 IR에 의해) 또는 UV에 의해 활성화될 수 있다.
추가로, 이온-전도성 구성요소는, 건조시키는 것 (또한 임의로 경화시키는 것)에 추가로, 어닐링하여 이오노머의 결정 구조를 변경시키고 강화시킬 수 있다. 임의의 어닐링 단계는, 예를 들어 200℃까지의 건조 단계에 비해 승온을 사용할 것이다.
경화 및/또는 어닐링 단계는 각각의 건조 단계 후에 또는 침착 공정의 종료시 캐리어 물질의 제거 전에 수행될 수 있다. 시일 구성요소 및 이온-전도성 구성요소에 사용되는 물질에 따라, 경화 및 어닐링은 단일 공정으로 수행될 수 있다.
캐리어 물질은 최종 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 부분은 아니며, 후속 단계에서 제거되도록 의도되고; 이 단계는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리가 형성된 직후에 수행될 수 있거나, 또는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리가 다른 구성요소와 조합되어 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리를 형성한 후 제조 공정에서 하류의 어느 시점에 수행될 수 있다. 캐리어는 제조 동안 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 대한 지지를 제공하고, 즉시 제거되지 않는 경우, 임의의 후속 저장 및/또는 수송 동안 지지 및 강도를 제공할 수 있다. 캐리어를 형성하는 물질은 요구되는 지지를 제공하여야 하고, 평면형 강화 구성요소, 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소와 상용성이며, 이온-전도성 구성요소 및 시일 구성요소에 대해 불투과성이고, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 제조에 관여하는 공정 조건을 견딜 수 있고, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 대한 손상 없이 용이하게 제거될 수 있다. 사용하기에 적합한 물질의 예는, 플루오로중합체, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), 퍼플루오로알콕시 중합체 (PFA), 플루오린화 에틸렌 프로필렌 (FEP - 헥사플루오로프로필렌과 테트라플루오로에틸렌의 공중합체), 및 폴리올레핀, 예컨대 이축 배향 폴리프로필렌 (BOPP)을 포함한다. 다른 예는, 승온, 예를 들어 200℃까지의 온도에서 그의 기계적 강도/일체성을 유지할 수 있는 라미네이트, 다층 압출물 및 코팅 필름/호일을 포함한다. 그 예는, 폴리(에틸렌-코-테트라플루오로에틸렌) (ETFE) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN); 폴리메틸펜텐 (PMP) 및 PEN; 폴리퍼플루오로알콕시 (PFA) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리이미드 (PI)의 라미네이트를 포함한다. 라미네이트는 2개 이상의 층, 예를 들어 ETFE-PEN-ETFE, PMP-PEN-PMP, PFA-PET-PFA, PEN-PFA, FEP-PI-FEP, PFA-PI-PFA 및 PTFE-PI-PTFE를 가질 수 있다. 층은 접착제, 예컨대 아크릴 또는 폴리우레탄을 사용하여 접합시킬 수 있다.
본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리는, 이온-전도성 멤브레인을 필요로 하는 임의의 전기화학 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 추가의 측면은, 상기에 기재된 바와 같은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 포함하는 전기화학 장치를 제공한다. 다르게는, 상기에 기재된 바와 같은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 전기화학 장치에서의 용도가 제공된다. 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리가 특히 유용한 전기화학 장치의 일례는 연료 전지, 예를 들어 PEMFC이다.
본 발명은 추가로, 상기에 기재된 바와 같은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 및 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 적어도 한면 상에 존재하는 촉매 층을 포함하는 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 제공한다. 촉매 층은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 양면 상에 존재할 수 있다.
촉매 층은, 미분된 비-지지된 금속 분말일 수 있거나, 또는 작은 금속 나노입자가 전기 전도성 미립자 탄소 지지체 상에 분산되어 있는 지지된 촉매일 수 있는 하나 이상의 전기촉매를 포함한다. 전기촉매 금속은 적합하게는
(i) 백금족 금속 (백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐 및 오스뮴),
(ii) 금 또는 은,
(iii) 비귀금속,
또는 하나 이상의 이들 금속을 포함하는 합금 또는 혼합물 또는 이들의 산화물로부터 선택된다. 바람직한 전기촉매 금속은 백금이고, 이는 다른 귀금속 또는 비귀금속과 합금될 수 있다. 전기촉매가 지지된 촉매인 경우, 탄소 지지체 물질 상의 금속 입자의 로딩은 적합하게는, 생성된 전기촉매 중량의 10 내지 90 wt%, 바람직하게는 15 내지 75 wt%의 범위이다.
촉매 층은 적합하게는, 유기 또는 수성 (그러나 바람직하게는 수성)인 잉크로서 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 면에 적용된다. 잉크는 적합하게는, 층 내 이온 전도도를 향상시키기 위해 포함되는 다른 구성요소, 예컨대 EP0731520에 기재된 바와 같은 이온-전도성 중합체를 포함할 수 있다. 다르게는, 촉매는 이전에 제조된 촉매 층의 데칼 전사에 의해 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 면에 적용된다.
촉매 층은 추가의 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 추가의 구성요소는, 산소 방출을 용이하게 하고 따라서 전지 반전 및 시동/정지 상황에서 이점을 가질 것인 촉매, 또는 과산화수소 분해 촉매를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 촉매 및 촉매 층 내 포함에 적합한 임의의 다른 첨가제의 예는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있을 것이다.
본 발명은 추가로, 상기에 기재된 바와 같은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 및 강화된 멤브레인 전극-시일 어셈블리의 적어도 한 면 상에 존재하는 기체 확산 전극을 포함하는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리를 제공한다. 기체 확산 전극은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 양면 상에 존재할 수 있다.
강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리는, 하기를 포함하나 이에 제한되지는 않는 다수의 방식으로 제조될 수 있다:
(i) 본 발명의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 2개의 기체 확산 전극 (1개의 애노드 및 1개의 캐소드) 사이에 배치할 수 있음;
(ii) 촉매 층에 의해 단지 한쪽이 코팅된 본 발명의 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 기체 확산 층과 기체 확산 전극 사이에 배치할 수 있으며, 여기서 기체 확산 층은 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 촉매 층으로 코팅된 쪽과 접촉됨; 또는
(iii) 촉매 층으로 양쪽이 코팅된 본 발명의 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 2개의 기체 확산 층 사이에 배치할 수 있음.
구성요소의 접합 및 일체화된 멤브레인-시일 어셈블리의 형성을 보조하기 위해, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 노출 가장자리 영역(들)의 적어도 일부 상에 접착 층이 적용될 수 있다.
애노드 및 캐소드 기체 확산 층은 적합하게는 통상의 기체 확산 기판을 기재로 한다. 전형적인 기판은, 탄소 섬유 및 열경화성 수지 접합제의 네트워크를 포함하는 부직 페이퍼 또는 웹 (예를 들어 일본의 도레이 인더스트리즈 인코포레이티드(Toray Industries Inc.)로부터 입수가능한 탄소 섬유 페이퍼의 TGP-H 시리즈 또는 독일의 프로이덴베르크 FCCT 카게(Freudenberg FCCT KG)로부터 입수가능한 H2315 시리즈, 또는 독일의 SGL 테크놀로지스 게엠베하(SGL Technologies GmbH)로부터 입수가능한 지그라셋(Sigracet)® 시리즈 또는 발라드 파워 시스템즈 인코포레이티드(Ballard Power Systems Inc.)로부터의 아브카르브(AvCarb)® 시리즈), 또는 제직 탄소포를 포함한다. 탄소 페이퍼, 웹 또는 포에는 MEA로의 도입 전에 추가 처리가 제공되어 이것을 보다 습윤성 (친수성) 또는 보다 방습성 (소수성)이 되게 할 수 있다. 임의의 처리의 성질은 연료 전지의 유형 및 사용될 작업 조건에 따라 달라질 것이다. 기판은, 액체 현탁액으로부터의 함침을 통한 무정형 카본 블랙과 같은 물질의 도입에 의해 보다 습윤성으로 만들 수 있거나, 또는 기판의 세공 구조에 PTFE 또는 폴리플루오로에틸렌프로필렌 (FEP) 등의 중합체의 콜로이드 현탁액을 함침한 후, 건조시키고 중합체의 융점 초과로 가열함으로써 보다 소수성으로 만들 수 있다. PEMFC 등의 적용의 경우, 전기촉매 층과 접촉될 면 상에서 기체 확산 기판에 미세다공성 층이 적용될 수도 있다. 미세다공성 층은 전형적으로 카본 블랙 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 등의 중합체의 혼합물을 포함한다.
강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제는 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리의 임의의 개개의 구성요소 층 내에 내부적으로 존재할 수 있거나, 또는 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리의 경우, 다양한 층 사이의 계면 중 하나 이상에 및/또는 하나 이상의 층 내에 존재할 수 있다.
첨가제는, 과산화수소 분해 촉매, 라디칼 스캐빈저, 자유 라디칼 분해 촉매, 자체-재생 산화방지제, 수소 공여체 (H-공여체) 1차 산화방지제, 자유 라디칼 스캐빈저 2차 산화방지제, 산소 흡수제 (산소 스캐빈저)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것일 수 있다. 이들 다양한 첨가제의 예는 WO2009/040571 및 WO2009/109780에서 찾아볼 수 있다. 바람직한 첨가제는 이산화세륨 (세리아)이다.
본 발명의 추가의 측면은, 본 발명의 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 및 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 한 면 또는 양면 상의 시일 구성요소에 적용된 서브-개스킷을 포함하는 서브-개스킷형 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 제공한다. 서브-개스킷은 촉매-코팅된 멤브레인-시일 어셈블리의 연부에 추가의 강도 및 강건성을 제공하도록 디자인된다. 서브-개스킷은 전형적으로 중합체 물질이고, 시일 구성요소 물질과 동일한 물질로부터 선택될 수 있거나, 또는 서브-개스킷으로서 그의 용도에 대해 특정적으로 선택된 상이한 유형의 중합체일 수 있다. 서브-개스킷은 시일 구성요소의 적용에 대해 기재된 것들과 유사한 방법을 이용하여 촉매-코팅된 멤브레인-시일 어셈블리의 시일 구성요소 상에 코팅될 수 있거나, 또는 시일 구성요소 상에 예비-성형된 액자형 필름으로서 적용될 수 있다. 서브-개스킷은 촉매-코팅된 멤브레인-시일 어셈블리의 한 면 또는 양면에 적용될 수 있지만, 양면에 적용시 이는 단지 캐리어 물질의 제거 후에 달성될 수 있다.
촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 대한 서브-개스킷의 접착을 보조하기 위해 접착 층이 사용될 수 있다. 접착 층은, 서브-개스킷 및 접착 층이 단일 단계에서 적용되도록, 서브-개스킷의 일체 중 일부일 수 있거나, 또는 접착 층이 먼저 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리에 적용되고, 이어서 서브-개스킷이 접착 층에 적용될 수 있다.
본 발명의 추가의 측면은, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 한 면 또는 양면 상의 기체 확산 층 및 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 한 면 또는 양면에 적용된 서브-개스킷을 포함하는 서브-개스킷형 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리를 제공한다.
본 발명은 추가로, 상기에 기재된 바와 같은 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지를 제공한다. 하나의 실시양태에서, 연료 전지는 PEMFC이다.
지금까지 본 발명의 실시양태는 단일 또는 개개의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 또는 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리에 대하여 기재되었다.　　그러나, 본 발명의 교시내용은, 다수의 강화된 멤브레인-시일 어셈블리, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 및 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리의 연속 롤에 적용될 수도 있다. 이러한 생성물은 동시-계류 중인 영국 특허 출원에 기재된 것과 유사한 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
상기에 기재된 모든 실시양태는 양성자 교환 멤브레인 (PEM) 기재의 전해조에서의 사용에 대해서도 동등하게 적용된다. 이들 PEM 전해조에서는, 멤브레인 전극 어셈블리를 가로질러 전압을 인가하여, 장치에 공급된 물이, 각각 캐소드 및 애노드에서, 수소 및 산소로 분할되도록 한다. MEA는, 애노드에서의 Ir 및 Ru 기재의 물질과 같이, PEM 연료 전지에 대한 상이한 촉매 구성요소를 필요로 할 수 있지만, 다른 방식으로는 연료 전지에 대한 MEA와 구성에 있어 매우 유사하다.

Claims (12)

  1. 내부 영역 및 가장자리 영역을 포함하며, 여기서 내부 영역은 이온-전도성 구성요소를 포함하고, 가장자리 영역은 시일 구성요소를 포함하고, 시일 구성요소는 비-이온-전도성이고;
    제1 및 제2 평면형 강화 구성요소가 각각 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장되고, 내부 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 이온-전도성 구성요소가 함침되고, 가장자리 영역 내의 제1 및 제2 평면형 강화 구성요소 각각의 세공에는 시일 구성요소가 함침되는 것인,
    강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 추가의 평면형 다공성 강화 구성요소가 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 내부 영역을 가로질러 가장자리 영역 내로 연장되는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소가 평면-관통 방향에서 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되지 않는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소가 평면-관통 방향에서 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되지 않는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소가 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되어, 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소 내로 함침되지 않은 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소의 층이 존재하는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  6. 제2항에 있어서, 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소가 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소를 지나 연장되어, 제1 또는 제2 평면형 강화 구성요소 내로 함침되지 않은 이온-전도성 구성요소 및/또는 시일 구성요소의 층이 존재하는 것인, 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인-시일 어셈블리 및 멤브레인-시일 어셈블리의 적어도 한 면 상에 존재하는 촉매 층을 포함하는, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 촉매 층이 멤브레인-시일 어셈블리의 양면 상에 존재하는 것인, 촉매-코팅된 강화된 멤브레인-시일 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 강화된 멤브레인-시일 어셈블리 및 멤브레인-시일 어셈블리의 적어도 한 면 상에 존재하는 전극을 포함하는, 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 촉매 층이 강화된 멤브레인-시일 어셈블리의 양면 상에 존재하는 것인, 강화된 멤브레인-시일 전극 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 강화된 멤브레인-시일 어셈블리를 포함하는 전기화학 장치.
  12. 제11항에 있어서, 연료 전지인 전기화학 장치.
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