KR102321252B1 - Complex electrolyte membrane, manufacturing method thereof and membrane electrode assembly containing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composite electrolyte membrane, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same, and more specifically, to a composite electrolyte membrane that has excellent durability and dimensional stability, improves gas permeability of oxygen (O_2), hydrogen (H_2) and the like, and has excellent performance, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same.

Description

복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체{Complex electrolyte membrane, manufacturing method thereof and membrane electrode assembly containing the same}Complex electrolyte membrane, manufacturing method thereof, and membrane-electrode assembly including the same

본 발명은 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 개선되고, 성능 또한 우수한 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체에 관한 것이다.The present invention relates to a composite electrolyte membrane, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same, and more particularly, has excellent durability and dimensional stability as well as oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), etc. The present invention relates to a composite electrolyte membrane having improved gas permeability and excellent performance, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same.

연료전지는 연료(수소 또는 메탄올)와 산화제(산소)를 전기화학적으로 반응시켜 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다. 연료전지는 적용분야에 따라 고온용 및 저온용 연료전지를 선택하여 사용할 수 있으며, 통상적으로 전해질의 종류에 따라 분류되고 있는데, 고온용에는 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 등이 있고, 저온용에는 알칼리 전해질 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC) 및 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 등이 대표적으로 개발되고 있다.A fuel cell is a power generation system that directly converts chemical energy generated by the electrochemical reaction of fuel (hydrogen or methanol) and oxidizing agent (oxygen) into electrical energy. is being researched and developed. Fuel cells can be used by selecting high-temperature and low-temperature fuel cells depending on the application field, and are generally classified according to the type of electrolyte. For high-temperature applications, solid oxide fuel cells (SOFC), molten carbonate There is a fuel cell (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), and for low-temperature applications, an alkaline electrolyte fuel cell (AFC) and a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) are being developed.

또한, 연료전지 등에 사용되는 수소의 사용량이 증가됨에 따라 재생에너지를 이용한 수소생산이 많은 주목을 받고 있다. 특히 태양광발전 또는 풍력발전 설비로부터의 잉여전기를 이용한 다양한 수전해 시스템이 개발 중에 있다. 또한 플루 가스나 바이오 가스 등 다양한 원인에서 발생하는 이산화탄소를 소진하여 유용한 가스로 전환하는 개질 기술 또한 환경보존 및 에너지 활용 차원에서 각광받고 있다.In addition, as the amount of hydrogen used in fuel cells increases, hydrogen production using renewable energy is receiving a lot of attention. In particular, various water electrolysis systems using surplus electricity from solar power generation or wind power generation facilities are being developed. In addition, reforming technology that converts carbon dioxide generated from various sources such as flu gas and biogas into useful gas is also in the spotlight in terms of environmental conservation and energy utilization.

수전해(water electrolysis)는 물의 산화 환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 수소와 산소를 생산하는 방법이다. 수전해의 단위 전지 구조는 고분자 물질로 구성된 고체고분자전해질 막(membrane)을 중심으로 양쪽에 애노드(Anode)과 캐소드(Cathode)가 코팅된 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly)와 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체 확산층(Gas Diffusion Layer)으로 구성된다. 애노드에서는 물이 공급되어 전극촉매 상에서 반응하여 산소, 수소 이온과 전자를 발생시킨다. 음극에서는 고체 고분자 막을 통과한 수소이온이 전자와 결합하여 순수한 수소가 발생된다.Water electrolysis is a method of producing hydrogen and oxygen by using electrons generated during the redox reaction of water. In the unit cell structure of water electrolysis, the anode and cathode are coated on both sides of the solid polymer electrolyte membrane composed of polymer materials, and the membrane electrode assembly and reactive gases are evenly distributed. It is composed of a gas diffusion layer that serves to transfer the generated electricity. At the anode, water is supplied and reacts on the electrocatalyst to generate oxygen, hydrogen ions and electrons. At the cathode, hydrogen ions passing through the solid polymer membrane combine with electrons to generate pure hydrogen.

한편, 이중 고분자 전해질 연료전지를 세분하면 수소 가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)와, 액상의 메탄올을 직접 연료로 산화극(Anode)에 공급하여 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등이 있다. 고분자 전해질 연료전지는 100℃ 미만의 낮은 작동온도, 고체 전해질 사용으로 인한 누수문제 배제, 빠른 시동과 응답 특성, 및 우수한 내구성 등의 장점으로 휴대용, 차량용, 및 가정용 전원장치로 각광을 받고 있다. 특히 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서, 소형화가 가능하기 때문에 휴대용 연료전지로의 연구가 계속 진행되고 있다.On the other hand, if the double polymer electrolyte fuel cell is subdivided, a hydrogen ion exchange membrane fuel cell (PEMFC) that uses hydrogen gas as a fuel and liquid methanol are directly supplied to the anode as a fuel. Direct methanol fuel cell (DMFC) and the like. Polymer electrolyte fuel cells are attracting attention as portable, vehicle, and home power supplies due to their advantages such as a low operating temperature of less than 100°C, elimination of leakage problems due to the use of solid electrolytes, fast start-up and response characteristics, and excellent durability. In particular, as a high-output fuel cell having a higher current density than other types of fuel cells, research on a portable fuel cell is ongoing because it can be miniaturized.

이러한 연료전지의 단위전지 구조는 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 산화극(Anode, 연료극) 및 환원극(Cathode, 산소극)이 도포되어 있는 구조를 이루고 있는데, 이를 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)라 칭한다. 이 막-전극 접합체(MEA)는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로서 환원극과 산화극 그리고 전해질막, 즉 이온 전도성 전해질막(예, 수소이온 전도성 전해질막)으로 구성되어 있다.The unit cell structure of such a fuel cell has a structure in which an anode (anode) and a cathode (cathode, an oxygen electrode) are coated on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer material, which is a membrane-electrode assembly (Membrane). Electrode Assembly (MEA). This membrane-electrode assembly (MEA) is a part where the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen occurs, and is composed of a reducing electrode, an oxide electrode, and an electrolyte membrane, that is, an ion conductive electrolyte membrane (eg, a hydrogen ion conductive electrolyte membrane).

산화극에서는 연료인 수소 또는 메탄올이 공급되어 수소의 산화 반응이 일어나 수소이온과 전자를 발생시키며, 환원극에서는 고분자 전해질막을 통과한 수소이온과 산소가 결합하여 산소의 환원 반응에 의해 물이 생성된다.At the anode, hydrogen or methanol, which is a fuel, is supplied to cause an oxidation reaction of hydrogen to generate hydrogen ions and electrons. .

이 막-전극 접합체는 이러한 산화극과 환원극의 전극 촉매층이 이온전도성 전해질막의 양면에 도포되어 있는 형태를 이루고, 전극 촉매층을 이루고 있는 물질은 Pt(백금)이나 Pt-Ru(백금-루테늄) 등의 촉매 물질이 카본담체에 담지되어 있는 형태이다. 연료전지의 전기화학적 반응의 핵심부품으로 볼 수 있는 막-전극 접합체(MEA)에는 특히 가격 구성 비율이 높은 이온 전도성 전해질막과 백금 촉매 등이 사용되며, 전력 생산 효율과 직결된 부분이기 때문에 연료전지의 성능향상과 가격경쟁력을 높이는데 가장 중요한 부분으로 간주되고 있다This membrane-electrode assembly has a form in which the electrode catalyst layers of the anode and the cathode are coated on both sides of the ion conductive electrolyte membrane, and the material constituting the electrode catalyst layer is Pt (platinum) or Pt-Ru (platinum-ruthenium), etc. of the catalyst material is supported on a carbon carrier. Membrane-electrode assembly (MEA), which can be seen as a key component of the electrochemical reaction of a fuel cell, uses an ion-conducting electrolyte membrane and a platinum catalyst, which have a high cost composition, and is directly related to power production efficiency. It is regarded as the most important part in improving the performance and price competitiveness of

일반적으로 사용되고 있는 MEA를 제조하는 기존의 방법은 촉매 물질과 수소이온 전도성 바인더(binder), 즉 불소계 나피온 이오노머(Nafion Ionomer) 그리고 물 및/또는 알코올 용매를 혼합하여 반죽(paste)을 제조하고, 이를 촉매층을 지지해주는 전극 지지체이면서 동시에 기체 확산층의 역할을 하는 카본 천(carbon cloth)이나 카본페이퍼(carbon paper) 등에 코팅한 다음, 건조하고 수소이온 전도성 전해질 막에 열 융착하는 방법을 사용한다.The conventional method for manufacturing MEA, which is generally used, is to prepare a paste by mixing a catalyst material, a hydrogen ion conductive binder, that is, a fluorine-based Nafion ionomer, and water and / or an alcohol solvent, This is coated on carbon cloth or carbon paper that serves as an electrode support for supporting the catalyst layer and a gas diffusion layer at the same time, and then dried and thermally fused to a hydrogen ion conductive electrolyte membrane.

촉매층에서는 촉매에 의한 수소와 산소의 산화환원 반응; 밀착된 탄소 입자에 의한 전자의 이동; 수소, 산소 및 수분을 공급하고 반응 후 잉여 가스를 배출하기 위한 통로의 확보; 산화된 수소이온의 이동 등이 동시에 이루어져야만 한다. 더욱이 성능의 향상을 위해서는 공급연료와 촉매 및 이온 전도성 고분자 전해질막이 만나는 3상 계면영역(Triple Phase Boundary)의 면적을 증대시켜 활성분극(Activation polarization)을 줄여야 하며, 촉매층과 전해질막과의 계면 및 촉매층과 기체확산층과의 계면을 균일하게 접합하여 계면에서의 저항 분극(Ohmic polarization)을 줄여야 한다. 따라서, 촉매층과 전해질막과의 계면 저항을 최대한 감소시킴으로써 연료전지의 성능을 향상시키기 위해서는, MEA 제조시 촉매층과 전해질막의 접합력이 있어야 할 뿐만 아니라, 연료전지 구동 중에도 촉매층과 전해질막 사이의 계면 접합이 계속 유지되어야 한다.In the catalyst layer, the oxidation-reduction reaction of hydrogen and oxygen by a catalyst; movement of electrons by the adhered carbon particles; securing a passage for supplying hydrogen, oxygen and moisture and for discharging excess gas after reaction; The movement of oxidized hydrogen ions and the like must occur simultaneously. Moreover, in order to improve the performance, it is necessary to reduce the activation polarization by increasing the area of the triple phase boundary where the feed fuel meets the catalyst and the ion conductive polymer electrolyte membrane, and the interface between the catalyst layer and the electrolyte membrane and the catalyst layer It is necessary to uniformly bond the interface between the gas diffusion layer and the gas diffusion layer to reduce Ohmic polarization at the interface. Therefore, in order to improve the performance of the fuel cell by maximally reducing the interfacial resistance between the catalyst layer and the electrolyte membrane, there must be bonding strength between the catalyst layer and the electrolyte membrane during MEA manufacturing, as well as the interfacial bonding between the catalyst layer and the electrolyte membrane during fuel cell operation. should be maintained

이에, 최근에는 촉매층과 전해질막과의 계면 및 촉매층과 기체확산층과의 계면을 균일하게 접합하기 위한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있지만, 계면 균일성이 여전히 제한적인 단점이 있다.Accordingly, in recent years, technology for uniformly bonding the interface between the catalyst layer and the electrolyte membrane and the interface between the catalyst layer and the gas diffusion layer has been actively developed, but the interface uniformity is still limited.

또한, 전술된 구조를 갖는 MEA의 경우 통상적으로 두께가 두꺼운 전해질막을 사용하므로, 수소 이온의 전달이 지연되어 성능 저하가 발생할 수 있다.In addition, in the case of the MEA having the above-described structure, since an electrolyte membrane having a thick thickness is generally used, the transfer of hydrogen ions may be delayed, and thus performance may be deteriorated.

또한, 연료 전지 구동 시 수소 이온의 이동과 사용시간이 길어짐에 따라 촉매층과 전해질막과의 계면 및 촉매층과 기체확산층과의 계면 접합성이 약해져 서로 분리되게 된다. 이에, 연료전지에 적용됐을 때 연료전지의 성능 저하를 야기할 수 있다.In addition, as the movement of hydrogen ions and the duration of use of the fuel cell increase, the interface between the catalyst layer and the electrolyte membrane and the interface between the catalyst layer and the gas diffusion layer are weakened, resulting in separation from each other. Accordingly, when applied to a fuel cell, the performance of the fuel cell may be deteriorated.

수소 이온의 이동 시간 등의 단축을 위해서, 전해질막의 두께를 줄여야 하고 이를 위해서 전해질막을 구성하는 다공성 지지체의 두께를 얇게 하는 방법이 있는데, 지지체의 두께를 얇게 하기 위해 고연신시 지지체의 강도 등의 물성이 크게 감소할 뿐만 아니라, 지지체 제조시 불량률이 높아서 경제성, 상업성이 떨어지는 문제가 있었다.In order to shorten the movement time of hydrogen ions, etc., it is necessary to reduce the thickness of the electrolyte membrane, and for this purpose, there is a method of thinning the thickness of the porous support constituting the electrolyte membrane. In addition to this significantly reduced, there was a problem in that economical and commercial properties were lowered due to a high defect rate during the manufacture of the support.

한국 공개특허번호 제2010-0077483호(공개일 : 2010.07.08)Korean Patent Publication No. 2010-0077483 (published on: 2010.07.08) 한국 공개특허번호 제2019-0057787호(공개일 : 2019.05.29)Korean Patent Publication No. 2019-0057787 (published on: May 29, 2019)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 복합 전해질막을 다층 구조로 형성함으로서, 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 개선되고, 성능 또한 우수한 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체를 제공하고자 한다.The present invention was devised in consideration of the above points, and by forming a composite electrolyte membrane in a multilayer structure, not only durability and dimensional stability are excellent, but also gas permeability of oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), etc. is improved An object of the present invention is to provide a composite electrolyte membrane having excellent performance, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.In order to solve the above problems, the composite electrolyte membrane of the present invention may have a structure in which a first electrolyte layer, a first support layer, a second electrolyte layer, a second support layer, and a third electrolyte layer are sequentially stacked.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 복합 전해질막으로, 상기 복합 전해질막은 하기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the composite electrolyte membrane of the present invention is a composite electrolyte membrane in which a first electrolyte layer, a first support layer, a second electrolyte layer, a second support layer and a third electrolyte layer are sequentially stacked, The composite electrolyte membrane may have a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 10% or less, as measured by the following relational equation (2).

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure 112021040638772-pat00001
Figure 112021040638772-pat00001

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 복합 전해질막은 상기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 0 ~ 3%, TD 방향의 치수변화율이 0 ~ 3%일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the composite electrolyte membrane of the present invention may have a dimensional change rate in the MD direction of 0 to 3% and a dimensional change rate in the TD direction of 0 to 3%, as measured by Equation 2 above.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1지지체층 및 제2지지체층 각각은 PTFE 다공성 지지체를 포함하고, 상기 제1지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 3% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하, 상기 제2지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 3% 이하일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, each of the first support layer and the second support layer includes a PTFE porous support, and the PTFE porous support of the first support layer has a rate of dimensional change in the MD direction measured by the following Relation 1 This 3% or less, the dimensional change rate in the TD direction is 10% or less, the PTFE porous support of the second support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less, and a dimensional change rate in the TD direction measured by the following relation 1 may be below.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure 112021040638772-pat00002
Figure 112021040638772-pat00002

상기 관계식 1에 있어서, A는 PTFE 다공성 지지체의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 PTFE 다공성 지지체를 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 1, A represents the initial length of the porous PTFE support, and B represents the length measured after the PTFE porous support was left at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 제1지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 상기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 0.5 ~ 2.5%, TD 방향의 치수변화율이 3.5% ~ 7.5%이고, 상기 제2지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 상기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 3.5 ~ 7.5%, TD 방향의 치수변화율이 0.5% ~ 2.5%일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the PTFE porous support of the first support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 0.5 to 2.5%, and a dimensional change rate in the TD direction of 3.5% to 7.5%, measured by Relation 1, and , The PTFE porous support of the second support layer may have a dimensional change rate in the MD direction of 3.5 to 7.5%, and a dimensional change rate in the TD direction of 0.5% to 2.5%, measured by Equation 1 above.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 복합 전해질막은 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)용 또는 수전해(water electrolysis)용일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the composite electrolyte membrane of the present invention may be for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) or for water electrolysis.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 복합 전해질막은 제3전해질층 일면에 형성된 제3지지체층 및 상기 제3지지체층 일면에 형성된 제4전해질층을 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the composite electrolyte membrane of the present invention may further include a third support layer formed on one surface of the third electrolyte layer and a fourth electrolyte layer formed on one surface of the third support layer.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1전해질층은 과불소계 술폰화 이오노머를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first electrolyte layer may include a perfluorinated sulfonated ionomer.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제2전해질층은 과불소계 술폰화 이오노머를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the second electrolyte layer may include a perfluorinated sulfonated ionomer.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제3전해질층은 과불소계 술폰화 이오노머를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the third electrolyte layer may include a perfluorinated sulfonated ionomer.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1전해질층은 라디칼 스캐빈져(radical scavenger)를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first electrolyte layer may include a radical scavenger.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제2전해질층은 라디칼 스캐빈져(radical scavenger)를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the second electrolyte layer may include a radical scavenger.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제3전해질층은 라디칼 스캐빈져(radical scavenger)를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the third electrolyte layer may include a radical scavenger.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1전해질층은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 700 ~ 1200일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first electrolyte layer may have an equivalent weight of -SO 3 H group (EW: equivalent weight) of 700 to 1200.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제2전해질층은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 900 이하일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the second electrolyte layer may have an equivalent weight of -SO 3 H group (EW: equivalent weight) of 900 or less.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제3전해질층은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 700 ~ 1200일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the third electrolyte layer may have an equivalent weight of -SO 3 H group (EW: equivalent weight) of 700 to 1200.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 라디칼 스캐빈져는 CeZnO, CeO2, Ru, Ag, RuO2, WO3, Fe3O4, CePO4, CrPO4, AlPO4, FePO4, CeF3, FeF3, Ce2(CO3)3·8H2O, Ce(CHCOO)3·H2O, CeCl3·6H2O, Ce(NO3)6·6H2O, Ce(NH4)2(NO3)6, Ce(NH4)4(SO4)4·4H2O 및 Ce(CH3COCHCOCH3)3·3H2O 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the radical scavenger is CeZnO, CeO 2 , Ru, Ag, RuO 2 , WO 3 , Fe 3 O 4 , CePO 4 , CrPO 4 , AlPO 4 , FePO 4 , CeF 3 , FeF 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 ·8H 2 O, Ce(CHCOO) 3 ·H 2 O, CeCl 3 ·6H 2 O, Ce(NO 3 ) 6 ·6H 2 O, Ce(NH 4 ) 2 ( NO 3 ) 6 , Ce(NH 4 ) 4 (SO 4 ) 4 .4H 2 O, and Ce(CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 .3H 2 O may be included.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1지지체층은 평균기공크기가 0.080 ~ 0.200㎛ 이고, 평균 기공률이 60 ~ 90%인 PTFE 다공성 지지체를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the first support layer may include a PTFE porous support having an average pore size of 0.080 to 0.200 μm and an average porosity of 60 to 90%.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제2지지체층은 평균기공크기가 0.080 ~ 0.200㎛ 이고, 평균 기공률이 60 ~ 90%인 PTFE 다공성 지지체를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the second support layer may include a PTFE porous support having an average pore size of 0.080 to 0.200 μm and an average porosity of 60 to 90%.

한편, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법은 제1지지체층 및 제2지지체층을 각각 준비하는 제1단계, 상기 제1지지체층 일면에 제1전해질층을 형성시키고, 상기 제2지지체층 일면에 제3전해질층을 형성시키는 제2단계, 상기 제1지지체층 타면에 제2전해질층을 형성시키는 제3단계 및 상기 제2지지체층 타면에 상기 제2전해질층을 적층시키고, 열처리하여 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 복합 전해질막을 제조하는 제4단계를 포함하며, 상기 복합 전해질막은 하기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하일 수 있다.On the other hand, the method of manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention includes a first step of preparing a first support layer and a second support layer, respectively, forming a first electrolyte layer on one surface of the first support layer, and on one surface of the second support layer A second step of forming a third electrolyte layer, a third step of forming a second electrolyte layer on the other surface of the first support layer, and laminating the second electrolyte layer on the other surface of the second support layer and heat-treating the first electrolyte A fourth step of manufacturing a composite electrolyte membrane in which a layer, a first support layer, a second electrolyte layer, a second support layer, and a third electrolyte layer are sequentially stacked, wherein the composite electrolyte membrane has an MD measured by the following Relation 2 The dimensional change rate in the direction may be 10% or less, and the dimensional change rate in the TD direction may be 10% or less.

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure 112021040638772-pat00003
Figure 112021040638772-pat00003

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

나아가, 본 발명의 막-전극 접합체는 애노드(산화전극); 본 발명의 복합 전해질막 및 캐소드(환원전극)를 포함할 수 있다.Furthermore, the membrane-electrode assembly of the present invention includes an anode (anode electrode); It may include a composite electrolyte membrane and a cathode (reducing electrode) of the present invention.

한편, 본 발명의 고분자 전해질막 연료전지는 본 발명의 막-전극 접합체 및 세퍼레이터를 포함하고, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 전기 발생부, 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산화제를 상기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함할 수 있다.On the other hand, the polymer electrolyte membrane fuel cell of the present invention includes the membrane-electrode assembly and the separator of the present invention, and includes an electricity generator that generates electricity through an electrochemical reaction of a fuel and an oxidizer, and a fuel that supplies the fuel to the electricity generator. supply; and an oxidizing agent supply unit for supplying the oxidizing agent to the generator.

본 발명의 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체는 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 개선되고, 성능 또한 우수하다.The composite electrolyte membrane of the present invention, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same have excellent durability and dimensional stability, as well as improved gas permeability such as oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), and performance great.

또한, 본 발명의 복합 전해질막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 접합체는 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)용 또는 수전해(water electrolysis)용으로 사용할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention, a method for manufacturing the same, and a membrane-electrode assembly including the same can be used for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) or for water electrolysis.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 복합 전해질막의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 바람직한 일 구현예에 따른 복합 전해질막의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 구현예에 따른 복합 전해질막의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 막-전극 접합체의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of a composite electrolyte membrane according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a composite electrolyte membrane according to another preferred embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a composite electrolyte membrane according to another preferred embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a membrane-electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are added to the same or similar elements throughout the specification.

본 발명의 복합 전해질막은 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)용 또는 수전해(water electrolysis)용일 수 있고, 바람직하게는 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)용일 수 있다.The composite electrolyte membrane of the present invention may be for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) or for water electrolysis, preferably for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell).

도 1을 참조하면, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층(21), 제1지지체층(11), 제2전해질층(22), 제2지지체층(12) 및 제3전해질층(23)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the composite electrolyte membrane of the present invention includes a first electrolyte layer 21 , a first support layer 11 , a second electrolyte layer 22 , a second support layer 12 , and a third electrolyte layer 23 . ) may have a sequentially stacked structure.

구체적으로, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층(21), 상기 제1전해질층(21) 일면에 형성된 제1지지체층(11), 상기 제1지지체층(11) 일면에 형성된 제2전해질층(22), 상기 제2전해질층(22) 일면에 형성된 제2지지체층(12) 및 상기 제2지지체층(12) 일면에 형성된 제3전해질층(23)을 포함할 수 있다.Specifically, the composite electrolyte membrane of the present invention includes a first electrolyte layer 21 , a first support layer 11 formed on one surface of the first electrolyte layer 21 , and a second electrolyte formed on one surface of the first support layer 11 . It may include a layer 22 , a second support layer 12 formed on one surface of the second electrolyte layer 22 , and a third electrolyte layer 23 formed on one surface of the second support layer 12 .

먼저, 본 발명의 제1지지체층(11) 및 제2지지체층(12) 각각은 당업계에서 사용하는 일반적인 다공성 지지체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 하기 제조방법으로 제조된 특정 물성을 가지는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 다공성 지지체를 포함할 수 있다.First, each of the first support layer 11 and the second support layer 12 of the present invention may use a general porous support used in the art, preferably PTFE ( Polytetrafluoroethylene) may include a porous support.

본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 PTFE 파우더 및 윤활제를 혼합 및 교반하여 페이스트(paste)를 제조하는 제1-1단계; 상기 페이스트를 숙성시키는 제1-2단계; 숙성된 페이스트(paste)를 압출 및 압연시켜서 미소성 테이프를 제조하는 제1-3단계; 미소성 테이프를 건조시킨 후, 액상 윤활제를 제거하는 제1-4단계; 윤활제가 제거된 미소성 테이프를 1축 연신시키는 제1-5단계; 1축 연신된 미소성 테이프를 2축 연신시키는 제1-6단계; 및 소성하는 제1-7단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.The PTFE porous support of the present invention is prepared by mixing and stirring PTFE powder and a lubricant in step 1-1 to prepare a paste; Step 1-2 of aging the paste; Steps 1-3 of extruding and rolling the aged paste to prepare an unfired tape; After drying the unbaked tape, steps 1-4 of removing the liquid lubricant; Steps 1-5 of uniaxially stretching the unbaked tape from which the lubricant has been removed; Steps 1-6 of biaxially stretching the uniaxially stretched unbaked tape; and steps 1-7 of calcining.

제1-1단계에서 상기 페이스트는 PTFE 파우더 100 중량부에 대하여 윤활제 15 ~ 35 중량부를, 바람직하게는 15 ~ 30 중량부를, 더욱 바람직하게는 15 ~ 25 중량부를 포함할 수 있다. 상기 PTFE 파우더 100 중량부에 대하여 윤활제가 15 중량부 미만일 경우 후술되는 2축 연신 공정에 의해 PTFE 다공성 지지체 형성시 기공도가 낮아질 수 있고, 35 중량부를 초과할 경우 PTFE 다공성 지지체 형성시 기공의 크기가 커져 지지체의 강도가 약해질 수 있다.In step 1-1, the paste may contain 15 to 35 parts by weight of a lubricant, preferably 15 to 30 parts by weight, and more preferably 15 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the PTFE powder. When the lubricant is less than 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the PTFE powder, the porosity may be lowered when the PTFE porous support is formed by the biaxial stretching process to be described later, and when it exceeds 35 parts by weight, the size of the pores when the PTFE porous support is formed It may become large and the strength of the support may be weakened.

상기 PTFE 파우더의 평균입경은 300㎛ ~ 800㎛. 바람직하게는 450㎛ ~ 700㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 윤활제는 액상 윤활제로서, 유동파라핀, 나프타, 화이트 오일, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소 오일 외에, 각종 알코올류, 케톤류, 에스테르류 등이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유동파라핀, 나프타 및 화이트 오일 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The average particle diameter of the PTFE powder is 300㎛ ~ 800㎛. Preferably, it may be 450 μm to 700 μm, but is not limited thereto. The lubricant is a liquid lubricant, and in addition to hydrocarbon oils such as liquid paraffin, naphtha, white oil, toluene, and xylene, various alcohols, ketones, esters, etc. may be used, and preferably liquid paraffin, naphtha and white oil. One or more types may be used.

다음으로, 제1-2단계의 숙성은 예비성형 공정으로서, 상기 페이스트를 30℃ ~ 70℃의 온도에서 12 ~ 24 시간 동안 숙성할 수 있고, 바람직하게는 35℃ ~ 60℃의 온도에서 16 ~ 20 시간 동안 숙성할 수 있다. 상기 숙성 온도가 35℃ 미만이거나 숙성 시간이 12 시간 미만일 경우, PTFE 파우더 표면에 윤활제 코팅이 불균일하게 되어 후술되는 2축 연신시 PTFE 다공성 지지체의 연신 균일성이 제한적일 수 있다.Next, the aging of step 1-2 is a preforming process, and the paste may be aged for 12 to 24 hours at a temperature of 30° C. to 70° C., preferably 16 to at a temperature of 35° C. to 60° C. It can be aged for 20 hours. When the aging temperature is less than 35° C. or the aging time is less than 12 hours, the lubricant coating becomes non-uniform on the surface of the PTFE powder, so that the stretching uniformity of the PTFE porous support may be limited during biaxial stretching, which will be described later.

또한, 숙성 온도가 70℃를 초과하거나 숙성 시간이 24 시간을 초과할 경우 윤활제의 증발로 인하여 2축 연신 공정 후의 PTFE 다공성 지지체의 기공 크기가 너무 작아지는 문제가 있을 수 있다.In addition, when the aging temperature exceeds 70° C. or the aging time exceeds 24 hours, there may be a problem in that the pore size of the PTFE porous support after the biaxial stretching process is too small due to evaporation of the lubricant.

다음으로, 제1-3단계의 상기 압출은 숙성된 페이스트를 압축기에서 압축하여 PTFE 블록을 제조한 후, PTFE 블록을 0.069 ~ 0.200 Ton/cm2의 압력으로, 바람직하게는 0.090 ~ 0.175 Ton/cm2의 압력으로 가압 압출하여 수행할 수 있다.Next, in the extrusion of steps 1-3, a PTFE block is prepared by compressing the aged paste in a compressor, and then the PTFE block is pressed at a pressure of 0.069 to 0.200 Ton/cm 2 , preferably 0.090 to 0.175 Ton/cm It can be carried out by pressure extrusion at a pressure of 2.

이 때, 상기 가압압출 압력이 0.069 Ton/cm2 미만일 경우 다공성 지지체의 기공 크기가 커져서 다공성 지지체의 강도가 약해질 수 있고, 0.200 Ton/cm2을 초과할 경우 2축 연신 공정 후의 다공성 지지체 기공크기가 작아지는 문제가 있을 수 있다.At this time, when the pressure-extrusion pressure is less than 0.069 Ton/cm 2 , the pore size of the porous support increases and the strength of the porous support may be weakened, and when it exceeds 0.200 Ton/cm 2 , the pore size of the porous support after the biaxial stretching process There may be a problem with the .

또한, 제1-3단계의 상기 압연은 5 ~ 10MPa의 유압으로, 50 ~ 100℃하에서 캘린더링 공정으로 수행할 수 있다. 이 때, 상기 유압이 5MPa 미만일 경우 다공성 지지체의 기공 크기가 커져서 다공성 지지체의 강도가 약해질 수 있고, 10MPa를 초과할 경우 다공성 지지체의 기공크기가 작아지는 문제가 있을 수 있다.In addition, the rolling of steps 1-3 may be performed by a calendering process at 50 to 100° C. with a hydraulic pressure of 5 to 10 MPa. At this time, when the hydraulic pressure is less than 5 MPa, the pore size of the porous support may be increased, and thus the strength of the porous support may be weakened.

다음으로, 제1-4단계의 건조는 당업계에서 사용하는 일반적인 건조 방법을 통해 수행할 수 있으며, 바람직한 일례를 들면, 압연시켜 제조한 미소성 테이프를 100℃ ~ 200℃ 온도에서 1 ~ 5M/min 속도로 컨베이어 벨트로 이송시키면서, 바람직하게는 140℃ ~ 190℃ 온도에서 2 ~ 4M/min 속도로 이송시키면서 수행할 수 있다. 이때, 상기 건조 온도가 100℃ 이하이거나, 건조 속도가 5M/min를 초과할 경우 윤활제의 미증발로 인해 연신 공정 진행 시 기포가 발생할 수 있으며, 상기 건조 온도가 200℃ 이상이거나 건조속도가 1M/min을 미만일 경우 건조된 테이프의 스티브니스(Stiffness)가 증가하여 연신공정 중 슬립(Slip)이 발생할 수 있다.Next, the drying of steps 1-4 can be performed through a general drying method used in the art, and for example, the unbaked tape prepared by rolling is 1 to 5M/ While conveying to the conveyor belt at a speed of min, it can be carried out while conveying, preferably at a temperature of 140 ℃ ~ 190 2 ~ 4M / min at a speed. At this time, if the drying temperature is 100° C. or less or the drying rate exceeds 5 M/min, bubbles may be generated during the stretching process due to non-evaporation of the lubricant, and the drying temperature is 200° C. or more or the drying rate is 1 M/min. If min is less than the stiffness of the dried tape increases, slip may occur during the stretching process.

다음으로, 제1-5단계의 1축 연신은 윤활제가 제거된 미소성 테이프를 길이 방향으로 연신을 수행하는 공정으로서, 롤러를 통해 이송시, 롤러간의 속도차를 이용하여 1축 연신을 수행한다. 그리고, 1축 연신은 윤활제가 제거된 미소성 테이프를 길이 방향으로 3 ~ 10배로, 바람직하게는 6 ~ 9.5배로, 더욱 바람직하게는 6.2 ~ 9배로, 더 더욱 바람직하게는 6.3 ~ 8.2배로 연신을 수행하는 것이 좋다. 이 때, 1축 연신비가 3배 미만이면 충분한 기계적 물성을 확보할 수 없으며, 1축 연신비가 10배를 초과하면 기계적 물성이 오히려 감소하고, 지지체의 기공이 너무 커지는 문제가 있을 수 있다.Next, the uniaxial stretching of steps 1-5 is a process of stretching the unbaked tape from which the lubricant has been removed in the longitudinal direction. When transported through the rollers, the uniaxial stretching is performed using the speed difference between the rollers. . And, the uniaxial stretching is 3 to 10 times, preferably 6 to 9.5 times, more preferably 6.2 to 9 times, even more preferably 6.3 to 8.2 times the stretching of the unbaked tape from which the lubricant is removed in the longitudinal direction. It is good to do At this time, if the uniaxial stretching ratio is less than 3 times, sufficient mechanical properties cannot be secured, and if the uniaxial stretching ratio exceeds 10 times, the mechanical properties are rather decreased, and there may be a problem in that the pores of the support become too large.

또한, 1축 연신은 260℃ ~ 350℃의 연신온도 및 6 ~ 12 M/min의 연신속도, 바람직하게는 270℃ ~ 330℃의 연신온도 및 8 ~ 11.5 M/min의 연신속도로, 수행하는 것이 좋으며, 1축 연신시 연신온도가 260℃ 미만이거나, 연신속도가 6 M/min 미만이면 건조시트에 부하되는 열이 많아져 소성구간이 발생하는 문제가 있을 수 있고, 1축 연신시 연신온도가 350℃를 초과하거나, 연신속도가 12 M/min를 초과하면 1축 연신공정 중 슬립(Slip)이 발생하여 두께 균일도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.In addition, uniaxial stretching is performed at a stretching temperature of 260 ° C. to 350 ° C. and a stretching rate of 6 to 12 M / min, preferably a stretching temperature of 270 ° C. to 330 ° C. and a stretching rate of 8 to 11.5 M / min. Preferably, if the stretching temperature is less than 260°C during uniaxial stretching or if the stretching speed is less than 6 M/min, there may be a problem that a firing section occurs due to a large amount of heat applied to the dry sheet, and the stretching temperature during uniaxial stretching If is over 350 ℃ or the stretching speed exceeds 12 M/min, slip occurs during the uniaxial stretching process, there may be a problem that the thickness uniformity is lowered.

다음으로, 제1-6단계의 2축 연신은 1축 연신된 미소성 테이프의 폭 방향(1축 연신과 수직하는 방향)으로 연신을 수행하며, 끝단이 고정된 상태에서 횡방향으로 폭을 넓혀 연신할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에서 통상으로 사용되는 연신방법에 따라 연신할 수 있다. 본 발명에서 상기 2축 연신은 폭 방향으로 15 ~ 50배로 연신을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 25 ~ 45배, 더욱 바람직하게는 28 ~ 45배, 더더욱 바람직하게는 29 ~ 42배로 수행할 수 있으며, 이때 2축 연신비가 15배 이하이면 충분한 기계적 물성을 확보하지 못할 수 있고, 50배를 초과하더라도 기계적 물성 향상이 없을 뿐만 아니라, 길이 방향 및/또는 폭 방향으로의 물성 균일성이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내로 연신을 수행하는 것이 좋다.Next, in the biaxial stretching of steps 1-6, stretching is performed in the width direction (direction perpendicular to the uniaxial stretching) of the uniaxially stretched unbaked tape, and the width is widened in the lateral direction while the end is fixed. can be stretched However, the present invention is not limited thereto, and may be stretched according to a stretching method commonly used in the art. In the present invention, the biaxial stretching may be performed at 15 to 50 times in the width direction, preferably 25 to 45 times, more preferably 28 to 45 times, still more preferably 29 to 42 times. In this case, if the biaxial stretching ratio is 15 times or less, sufficient mechanical properties may not be secured, and even if it exceeds 50 times, there is no improvement in mechanical properties, and the uniformity of physical properties in the longitudinal direction and/or the width direction is lowered. Since there may be, it is preferable to perform stretching within the above range.

또한, 2축 연신은 150℃ ~ 260℃의 연신온도 하에서 10 ~ 20 M/min의 연신속도로, 바람직하게는 200℃ ~ 250℃의 연신온도 하에서 11 ~ 18 M/min의 연신속도로 하에서 수행하는 것이 좋으며, 2축 연신온도가 150℃ 미만이거나 또는 연신속도가 10 M/min 미만이면 횡방향의 연신 균일성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 2축 연신온도가 260℃를 초과하거나, 또는 연신속도가 20 M/min을 초과하면 미소성 구간이 발생하여 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.In addition, the biaxial stretching is carried out at a stretching rate of 10 to 20 M/min under a stretching temperature of 150° C. to 260° C., preferably at a stretching rate of 11 to 18 M/min under a stretching temperature of 200° C. to 250° C. If the biaxial stretching temperature is less than 150 ℃ or the stretching speed is less than 10 M/min, there may be a problem that the stretching uniformity in the transverse direction is lowered, and the biaxial stretching temperature exceeds 260 ℃, or When the stretching speed exceeds 20 M/min, there may be a problem in that an unbaked section occurs and the physical properties are deteriorated.

마지막으로, 제1-7단계의 소성은 연신된 다공성 지지체를 컨베이어 벨트상에서 10 ~ 18 M/min의 속도로, 바람직하게는 13 ~ 17 M/min의 속도로 이동시키면서, 350℃ ~ 450℃, 바람직하게는 380℃ ~ 440℃의 온도를, 더욱 바람직하게는 400℃ ~ 435℃의 온도를 가하여 수행할 수 있으며, 이를 통해서 연신비를 고정시키고 강도 향상 효과를 꾀할 수 있다. 소성시, 소성 온도가 350℃ 미만일 경우 다공성 지지체의 강도가 낮아질 수 있고, 450℃를 초과할 경우 과소성에 따른 피브릴(Fibril)수 감소로 인해 지지체의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.Finally, the firing of steps 1-7 moves the stretched porous support on a conveyor belt at a speed of 10 to 18 M/min, preferably at a speed of 13 to 17 M/min, at 350° C. to 450° C., Preferably, a temperature of 380 ° C. to 440 ° C., and more preferably a temperature of 400 ° C. to 435 ° C. may be applied, thereby fixing the draw ratio and improving the strength. During calcination, if the calcination temperature is less than 350 ° C., the strength of the porous support may be lowered, and if it exceeds 450 ° C., there may be a problem in that the physical properties of the support are lowered due to a decrease in the number of fibrils due to underfiring.

또한, 제1-7단계의 공정을 수행하여 제조한 PTFE 다공성 지지체는 1축 방향(길이 방향) 및 2축 방향(폭 방향)의 연신비(또는 종횡비)가 1:3.00 ~ 8.5, 바람직하게는 1 : 4.0 ~ 7.0, 더 바람직하게는 1 : 4.00 ~ 5.50일 수 있으며, 더 더욱 바람직하게는 1 : 4.20 ~ 5.00일 수 있으며, 1축 방향 및 2축 방향 연신비(또는 종횡비)가 상기 범위인 것이 높은 기계적 물성, 지지체의 적정 기공크기 확보 측면 및 적정 전류 흐름성 확보 측면에서 바람직하다.In addition, the PTFE porous support prepared by performing the process of steps 1-7 has a draw ratio (or aspect ratio) in the uniaxial direction (length direction) and biaxial direction (width direction) of 1:3.00 to 8.5, preferably 1 : 4.0 to 7.0, more preferably 1: 4.00 to 5.50, even more preferably 1: 4.20 to 5.00, and the uniaxial and biaxial stretching ratios (or aspect ratios) are high in the above ranges. It is preferable in terms of mechanical properties, securing an appropriate pore size of the support, and securing an appropriate current flow.

제조된 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 평균기공 크기가 0.080㎛ ~ 0.200㎛, 바람직하게는 0.090㎛ ~ 0.180㎛, 더 바람직하게는 0.095㎛ ~ 0.150㎛, 더 더욱 바람직하게는 0.100 ~ 0.140㎛일 수 있다. 또한, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 평균 기공률이 60% ~ 90%, 더욱 바람직하게는 60% ~ 79.6%일 수 있다.The prepared PTFE porous support of the present invention may have an average pore size of 0.080 μm to 0.200 μm, preferably 0.090 μm to 0.180 μm, more preferably 0.095 μm to 0.150 μm, even more preferably 0.100 to 0.140 μm. . In addition, the PTFE porous support of the present invention may have an average porosity of 60% to 90%, more preferably 60% to 79.6%.

만일, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체의 평균기공 크기가 0.080 ㎛ 미만이거나 기공률이 60 % 미만일 경우, PTFE 다공성 지지체를 이용하여 전해질막 제조하기 위해 전해질에 함침시, PTFE 다공성 지지체 내 전해질의 함침 정도가 제한적일 수 있다. 또한, 상기 평균기공크기가 0.200 ㎛을 초과하거나 기공률이 90%를 초과할 경우 전해질에 함침시 PTFE 다공성 지지체 구조가 변형되고, 치수안정성의 저하에 따라 제품 수명이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the average pore size of the PTFE porous support of the present invention is less than 0.080 μm or the porosity is less than 60%, the degree of impregnation of the electrolyte in the PTFE porous support is limited when impregnated with the electrolyte to prepare an electrolyte membrane using the PTFE porous support. can In addition, when the average pore size exceeds 0.200 μm or the porosity exceeds 90%, the PTFE porous support structure is deformed when impregnated with an electrolyte, and there may be a problem in that the product life is reduced due to a decrease in dimensional stability.

한편, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 ASTM D 882에 의거하여 측정시, 1축 방향 모듈러스와 2축 방향 모듈러스 값이 하기 방정식 1을 만족할 수 있다.Meanwhile, in the PTFE porous support of the present invention, when measured according to ASTM D 882, uniaxial modulus and biaxial modulus values may satisfy Equation 1 below.

[방정식 4][Equation 4]

0 ≤ │(1축 방향 모듈러스 - 2축 방향 모듈러스)/(1축 방향 모듈러스)×100%│ ≤ 54%, 바람직하게는 0 ≤ │(1축 방향 모듈러스 - 2축 방향 모듈러스)/(1축 방향 모듈러스)×100%│ ≤ 40%, 더욱 바람직하게는 1 ≤ │(1축 방향 모듈러스 - 2축 방향 모듈러스)/(1축 방향 모듈러스)×100%│ ≤ 26%0 ≤ │(uniaxial modulus - biaxial modulus)/(uniaxial modulus)×100%│ ≤ 54%, preferably 0 ≤ │(uniaxial modulus - biaxial modulus)/(uniaxial modulus) directional modulus)×100%│ ≤ 40%, more preferably 1 ≤ │(uniaxial modulus - biaxial modulus)/(uniaxial modulus)×100%│ ≤ 26%

또한, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 ASTM D 882에 의거하여 측정시, 1축 방향(길이 방향) 모듈러스(modulus)가 40 MPa 이상일 수 있으며, 바람 직하게는 1축 방향 모듈러스가 50 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 1축 방향 모듈러스가 48 ~ 75 Mpa, 더 더욱 바람직하게는 65 ~ 75 Mpa일 수 있다. 또한, 2축 방향(폭 방향) 모듈러스가 40 MPa 이상, 바람직하게는 2축 방향(폭 방향) 모듈러스가 55 Mpa 이상, 더욱 바람직하게는 46 ~ 75 Mpa, 더 더욱 바람직하게는 55 ~ 75 Mpa일 수 있다.In addition, the PTFE porous support of the present invention may have a uniaxial (lengthwise) modulus of 40 MPa or more, preferably a uniaxial direction modulus of 50 MPa or more, more Preferably, the uniaxial modulus may be 48 to 75 Mpa, more preferably 65 to 75 Mpa. In addition, the modulus in the biaxial direction (width direction) is 40 MPa or more, preferably the modulus in the biaxial direction (width direction) is 55 Mpa or more, more preferably 46 to 75 Mpa, even more preferably 55 to 75 Mpa. can

또한, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 ASTM D882에 의거하여 측정시, 1축 방향(길이 방향) 인장강도가 40 MPa 이상 및 2축 방향(폭 방향) 인장강도가 40MPa 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1축 방향 인장강도가 50 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 1축 방향 인장강도가 54 ~ 65 Mpa일 수 있다. 또한, 바람직하게는 2축 방향 인장강도가 52 Mpa 이상, 더욱 바람직하게는 2축 방향 인장강도가 52 ~ 70 Mpa일 수 있다.In addition, the PTFE porous support of the present invention may have a uniaxial (length direction) tensile strength of 40 MPa or more and a biaxial direction (width direction) tensile strength of 40 MPa or more, preferably 1 The tensile strength in the axial direction may be 50 MPa or more, and more preferably, the tensile strength in the uniaxial direction may be 54 to 65 Mpa. Also, preferably, the tensile strength in the biaxial direction may be 52 Mpa or more, and more preferably, the tensile strength in the biaxial direction may be 52 to 70 Mpa.

한편, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체는 1축 연신비 및/또는 2축 연신비에 따라 다양한 치수변화율을 가질 수 있다.On the other hand, the PTFE porous support of the present invention may have various dimensional change rates according to the uniaxial stretching ratio and/or the biaxial stretching ratio.

구체적으로, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체가 본 발명의 제1지지체층(11)으로 사용될 때, 제1지지체층(11)은 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향(=길이 방향)의 치수변화율이 3% 이하, 바람직하게는 0.5 ~ 2.5%, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.5%일 수 있고, 하기 관계식 1에 의해 측정된 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율이 10% 이하, 바람직하게는 3.5 ~ 7.5%, 더욱 바람직하게는 4.5 ~ 5.5%일 수 있다.Specifically, when the PTFE porous support of the present invention is used as the first support layer 11 of the present invention, the first support layer 11 has a dimensional change rate in the MD direction (= lengthwise direction) measured by the following relation 1 3% or less, preferably 0.5 to 2.5%, more preferably 0.5 to 1.5%, and the dimensional change rate in the TD direction (= width direction) measured by the following relation 1 is 10% or less, preferably 3.5 -7.5%, more preferably 4.5-5.5%.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure 112021040638772-pat00004
Figure 112021040638772-pat00004

상기 관계식 1에 있어서, A는 PTFE 다공성 지지체의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 PTFE 다공성 지지체를 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 1, A represents the initial length of the porous PTFE support, and B represents the length measured after the PTFE porous support was left at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

또한, 본 발명의 PTFE 다공성 지지체가 본 발명의 제2지지체층(12)으로 사용될 때, 제2지지체층(12)은 상기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향(=길이 방향)의 치수변화율이 10% 이하, 바람직하게는 3.5 ~ 7.5%, 더욱 바람직하게는 4.5 ~ 5.5%일 수 있고, 상기 관계식 1에 의해 측정된 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율이 3% 이하, 바람직하게는 0.5 ~ 2.5%, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.5%일 수 있다.In addition, when the PTFE porous support of the present invention is used as the second support layer 12 of the present invention, the second support layer 12 has a dimensional change rate in the MD direction (= longitudinal direction) measured by the above relation 1 is 10 % or less, preferably 3.5 to 7.5%, more preferably 4.5 to 5.5%, and the dimensional change rate in the TD direction (= width direction) measured by the above relation 1 is 3% or less, preferably 0.5 to It may be 2.5%, more preferably 0.5 to 1.5%.

만일, 본 발명의 복합 전해질막이 앞서 언급한 MD 방향과 TD 방향의 치수변화율을 벗어나는 제1지지체층(11) 및/또는 제2지지체층(12)을 사용하게 된다면 치수안정성 및 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the composite electrolyte membrane of the present invention uses the first support layer 11 and/or the second support layer 12 that deviates from the above-mentioned dimensional change rates in the MD and TD directions, dimensional stability and durability are reduced. there may be

한편, 본 발명의 제1지지체층(11) 및 제2지지체층(12) 각각은 1 ~ 24㎛의 두께, 바람직하게는 2 ~ 20㎛의 두께, 더욱 바람직하게는 3 ~ 15㎛의 두께, 더더욱 바람직하게는 3 ~ 10㎛의 두께, 더더더욱 바람직하게는 4 ~ 7㎛를 가질 수 있으며, 만일 두께가 1㎛ 미만이면 인장강도가 감소하는 문제가 있을 수 있고, 24㎛를 초과하면 두께를 제어하기 힘든 문제가 있을 수 있다.On the other hand, each of the first support layer 11 and the second support layer 12 of the present invention has a thickness of 1 to 24 μm, preferably 2 to 20 μm, more preferably 3 to 15 μm, Even more preferably, it may have a thickness of 3 to 10 μm, and even more preferably 4 to 7 μm, and if the thickness is less than 1 μm, there may be a problem in that the tensile strength decreases, and if it exceeds 24 μm, the thickness is increased. There may be problems that are difficult to control.

다음으로, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 과불소계 술폰화 이오노머(PFSA ionomer)를 포함할 수 있다.Next, each of the first electrolyte layer 21 , the second electrolyte layer 22 , and the third electrolyte layer 23 of the present invention may include a perfluorinated sulfonated ionomer (PFSA ionomer).

본 발명의 과불소계 술폰화 이오노머는 나피온(Nafion), 플레미온(Flemion), 아퀴비온(aquivion) 및 아시플렉스(Aciplex) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아퀴비온(aquivion)을 포함할 수 있다.The perfluorinated sulfonated ionomer of the present invention may include at least one selected from Nafion, Flemion, Aquivion, and Aciplex, and preferably Aquivion (aquivion). ) may be included.

또한, 과불소계 술폰화 이오노머는 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각을 구성할 뿐만 아니라, 제1지지체층(11) 및/또는 제2지지체층(12)의 기공 내에 포함될 수 있다.In addition, the perfluorinated sulfonated ionomer not only constitutes each of the first electrolyte layer 21 , the second electrolyte layer 22 , and the third electrolyte layer 23 , but also the first support layer 11 and/or the second electrolyte layer 23 . It may be included in the pores of the support layer 12 .

한편, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 과불소계 술폰화 이오노머 외에도 라디칼 스캐빈져(radical scavenger)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, each of the first electrolyte layer 21, the second electrolyte layer 22, and the third electrolyte layer 23 of the present invention may further include a radical scavenger in addition to the perfluorinated sulfonated ionomer. .

본 발명의 라디칼 스캐빈져(radical scavenger)는 [Zn(OH)4]2- 함유 용액에 Ce 전구체 수용액을 혼합 및 환원반응을 수행하여 세륨 이온이 도핑된 ZnO 결정구조를 가지는 CeZnO 금속산화물 입자를 형성시켜서 제조할 수 있다. 여기서, "Ce 이온이 도핑된 ZnO 결정구조"는 우르츠광형(Wurtzite) 등의 결정 구조를 가지는 ZnO 결정 구조에서 Zn원자 중 일부가 Ce원자로 치환된 형태의 결정 구조가 새롭게 형성되는 것을 의미한다.The radical scavenger of the present invention mixes a Ce precursor aqueous solution with a [Zn(OH) 4 ] 2- containing solution and performs a reduction reaction to obtain CeZnO metal oxide particles having a cerium ion-doped ZnO crystal structure. It can be produced by forming. Here, the "ZnO crystal structure doped with Ce ions" means that a crystal structure in which some of Zn atoms are substituted with Ce atoms in a ZnO crystal structure having a crystal structure such as wurtzite is newly formed.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, Zn 전구체를 알코올에 용해시켜서 Zn 전구체 용액을 제조한 후, Zn 전구체 용액을 승온시키는 제1단계; [Zn(OH)4]2- 함유 용액을 제조하는 제2단계; [Zn(OH)4]2- 함유 용액에 Ce 전구체 수용액을 혼합 및 환원반응을 수행하여 Ce 이온이 도핑된 ZnO 결정구조를 가지는 CeZnO 금속산화물 입자를 형성시키는 제3단계; 상기 CeZnO 금속산화물 입자를 회수 및 세척하는 제4단계; 및 세척한 CeZnO 금속산화물 입자를 건조시키는 제5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 라디칼 스캐빈져를 제조할 수 있다. 이에 대한 더욱 자세한 설명은 동일 출원인에 의한 대한민국 특허등록 제10-1860870호가 참조로 삽입될 수 있다.To explain this in more detail, a first step of dissolving a Zn precursor in alcohol to prepare a Zn precursor solution, and then heating the Zn precursor solution; [Zn(OH) 4 ] A second step of preparing a 2-containing solution; [Zn(OH) 4 ] A third step of forming CeZnO metal oxide particles having a ZnO crystal structure doped with Ce ions by mixing and reducing a Ce precursor aqueous solution in a 2-containing solution; a fourth step of recovering and washing the CeZnO metal oxide particles; and a fifth step of drying the washed CeZnO metal oxide particles. For a more detailed description of this, Korean Patent Registration No. 10-1860870 by the same applicant may be inserted as a reference.

본 발명의 라디칼 스캐빈져는 세륨(Ce)원자, 아연(Zn)원자 및 산소(O)원자로 구성된 결정구조를 가지는 금속산화물 입자로서, 바람직한 일례로, 우르츠광형(Wurtzite) 등의 결정 구조를 가지는 ZnO 결정 구조에서 Zn원자 중 일부가 Ce원자로 치환되어 있는 형태의 결정구조를 가질 수 있다.The radical scavenger of the present invention is a metal oxide particle having a crystal structure composed of a cerium (Ce) atom, a zinc (Zn) atom and an oxygen (O) atom. The branch may have a crystal structure in which some of the Zn atoms are substituted with Ce atoms in the ZnO crystal structure.

또한, 본 발명의 라디칼 스캐빈져는 CeZnO, CeO2, Ru, Ag, RuO2, WO3, Fe3O4, CePO4, CrPO4, AlPO4, FePO4, CeF3, FeF3, Ce2(CO3)3·8H2O, Ce(CHCOO)3·H2O, CeCl3·6H2O, Ce(NO3)6·6H2O, Ce(NH4)2(NO3)6, Ce(NH4)4(SO4)4·4H2O 및 Ce(CH3COCHCOCH3)3·3H2O 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the radical scavenger of the present invention is CeZnO, CeO 2 , Ru, Ag, RuO 2 , WO 3 , Fe 3 O 4 , CePO 4 , CrPO 4 , AlPO 4 , FePO 4 , CeF 3 , FeF 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 ·8H 2 O, Ce(CHCOO) 3 ·H 2 O, CeCl 3 ·6H 2 O, Ce(NO 3 ) 6 ·6H 2 O, Ce(NH 4 ) 2 (NO 3 ) 6 , Ce(NH 4 ) 4 (SO 4 ) 4 .4H 2 O and Ce(CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 .3H 2 O may be included.

또한, 본 발명의 라디칼 스캐빈져는 Ce 12 ~ 91 중량%, Zn 7 ~ 84.5 중량% 및 잔량의 O를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Ce 13.40 ~ 89.20 중량%, Zn 7.55 ~ 88.20 중량% 및 잔량의 O를 포함할 수도 있다. 그리고, 기타 불가피한 불순물을 더 포함할 수도 있다.In addition, the radical scavenger of the present invention may include 12 to 91% by weight of Ce, 7 to 84.5% by weight of Zn, and the remaining amount of O, preferably 13.40 to 89.20% by weight of Ce, 7.55 to 88.20% by weight of Zn and A residual amount of O may be included. And, it may further include other unavoidable impurities.

또한, 본 발명의 라디칼 스캐빈져는 DLS(Dynamic Light Scattering) 방식의 나노입도분석기로 입도(D50) 분석시, 500nm 이하, 바람직하게는 300 nm 이하, 더욱 바람직하게는 200 ~ 300 nm일 수 있다.In addition, the radical scavenger of the present invention may be 500 nm or less, preferably 300 nm or less, more preferably 200 to 300 nm when the particle size (D50) is analyzed with a DLS (Dynamic Light Scattering) type nano particle size analyzer. .

한편, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 과불소계 술폰화 이오노머 100 중량부에 대하여 라디칼 스캐빈져 0.001 ~ 10 중량부, 바람직하게는 0.01 ~ 10 중량부, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 8 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 0.001 중량부 미만으로 포함한다면 내구성이 안 좋아지는 문제가 있을 수 있고, 10 중량부를 초과한다면 내구성은 좋아지나, 이온전도도가 떨어져 본 발명의 복합 전해질막의 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.Meanwhile, each of the first electrolyte layer 21, the second electrolyte layer 22 and the third electrolyte layer 23 of the present invention contains 0.001 to 10 parts by weight of a radical scavenger based on 100 parts by weight of the perfluorinated sulfonated ionomer, Preferably it may contain 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.1 to 8 parts by weight, and if it contains less than 0.001 parts by weight, there may be a problem of poor durability, and if it exceeds 10 parts by weight, the durability is improved. , there may be a problem in that the performance of the composite electrolyte membrane of the present invention is deteriorated due to low ionic conductivity.

나아가, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 중공형 실리카를 더 포함할 수도 있다.Furthermore, each of the first electrolyte layer 21 , the second electrolyte layer 22 , and the third electrolyte layer 23 of the present invention may further include hollow silica.

상기 중공형 실리카는 구상이며, 평균입경은 10 ~ 300 nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 100 nm일 수 있다. 여기서 입경의 의미는 중공형 실리카의 형상이 구상일 경우 지름을 의미하고, 구형이 아닌 경우 중공형 실리카 표면의 임의의 한 점에서 다른 한 점까지의 직선거리 중 최대거리를 의미한다. The hollow silica is spherical, and may have an average particle diameter of 10 to 300 nm, more preferably 10 to 100 nm. Here, the particle size means the diameter when the shape of the hollow silica is spherical, and when the shape of the hollow silica is not spherical, it means the maximum distance among the linear distances from any one point on the surface of the hollow silica to another point.

또한, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 제올라이트, 티타니아, 지르코니아 및 몬모릴로나이트 중에서 선택된 1종 이상의 흡습제를 더 포함할 수 있다.In addition, each of the first electrolyte layer 21, the second electrolyte layer 22, and the third electrolyte layer 23 of the present invention may further include at least one desiccant selected from zeolite, titania, zirconia, and montmorillonite.

한편, 본 발명의 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및 제3전해질층(23) 각각은 6 ~ 50㎛의 두께, 바람직하게는 10 ~ 40㎛의 두께, 더욱 바람직하게는 15 ~ 30㎛의 두께, 더더욱 바람직하게는 20 ~ 26㎛의 두께를 가질 수 있으며, 만일 두께가 6㎛ 미만이면 인장 강도가 감소하는 문제가 있을 수 있고, 50㎛를 초과하면 두께를 제어하기 힘든 문제가 있을 수 있다.Meanwhile, each of the first electrolyte layer 21, the second electrolyte layer 22 and the third electrolyte layer 23 of the present invention has a thickness of 6 to 50 μm, preferably 10 to 40 μm, more preferably may have a thickness of 15 to 30 μm, more preferably a thickness of 20 to 26 μm, and if the thickness is less than 6 μm, there may be a problem of a decrease in tensile strength, and if it exceeds 50 μm, control the thickness There can be tough problems.

또한, 본 발명의 제1전해질층(21) 및 제3전해질층(23) 각각은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 700 ~ 1200, 바람직하게는 800 ~ 1100, 더욱 바람직하게는 900 ~ 1050, 더더욱 바람직하게는 950 ~ 1000일 수 있으며, 만일 -SO3H기의 당량이 700 미만이면 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 1200을 초과하면 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.In addition, each of the first electrolyte layer 21 and the third electrolyte layer 23 of the present invention has an equivalent weight of -SO 3 H group (EW) of 700 to 1200, preferably 800 to 1100, more preferably may be 900 to 1050, more preferably 950 to 1000, and if the equivalent of -SO 3 H group is less than 700, there may be a problem of reduced durability, and if it exceeds 1200, there may be a problem of performance degradation. have.

또한, 본 발명의 제2전해질층(22)은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 900 이하, 바람직하게는 500 ~ 900, 더욱 바람직하게는 600 ~ 830, 더더욱 바람직하게는 680 ~ 750일 수 있으며, 만일 -SO3H기의 당량이 900을 초과하면 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.In addition, the second electrolyte layer 22 of the present invention has an equivalent weight of -SO 3 H group (EW: equivalent weight) of 900 or less, preferably 500 to 900, more preferably 600 to 830, still more preferably 680 It may be ~ 750, and if the equivalent of the -SO 3 H group exceeds 900, there may be a problem of performance degradation.

나아가, 본 발명의 복합 전해질막은 하기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향(=길이 방향)의 치수변화율이 10% 이하, 바람직하게는 0 ~ 5%, 더욱 바람직하게는 0 ~ 3%, 더더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2%일 수 있고, 하기 관계식 2에 의해 측정된 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율이 10% 이하, 바람직하게는 0 ~ 5%, 더욱 바람직하게는 0 ~ 3%, 더더욱 바람직하게는 0.5 ~ 2%일 수 있다.Furthermore, in the composite electrolyte membrane of the present invention, the dimensional change rate in the MD direction (= longitudinal direction) measured by the following relation 2 is 10% or less, preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, still more preferably may be 0.5 to 2%, and the rate of dimensional change in the TD direction (=width direction) measured by the following relation 2 is 10% or less, preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, still more preferably For example, it may be 0.5 to 2%.

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure 112021040638772-pat00005
Figure 112021040638772-pat00005

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

이와 같이 본 발명의 복합 전해질막은 MD 방향 뿐만 아니라 TD 방향에서도 낮은 치수변화율을 보임으로서 치수안정성이 현저히 우수하다.As such, the composite electrolyte membrane of the present invention exhibits a low rate of dimensional change not only in the MD direction but also in the TD direction, and thus has remarkably excellent dimensional stability.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 하기 조건 (1)을 만족할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention may satisfy the following condition (1).

(1) E1 > E2, E3 > E2 (1) E 1 > E 2, E 3 > E 2

상기 조건 (1)에 있어서, E1 은 제1전해질층(21)의 -SO3H기의 당량, E2 는 제2전해질층(22)의 -SO3H기의 당량, E3 은 제3전해질층(23)의 -SO3H기의 당량을 나타낸다.In the above condition (1), E 1 is the first group equivalent weight of the electrolyte layer (21) -SO 3 H a, E 2 is a group equivalent weight of the second electrolyte layer (22) -SO 3 H a, E 3 is the 3 The equivalent of the -SO 3 H group in the electrolyte layer 23 is shown.

만일, 본 발명의 복합 전해질막이 조건 (1)을 만족하지 않는다면 성능이 감소되는 문제가 있을 수 있다.If the composite electrolyte membrane of the present invention does not satisfy condition (1), there may be a problem of reduced performance.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 하기 조건 (2)를 만족할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention may satisfy the following condition (2).

(2) 2 <

Figure 112021040638772-pat00006
≤ 4, 바람직하게는 2.2 ≤
Figure 112021040638772-pat00007
≤ 3.5, 더욱 바람직하게는 2.4 ≤
Figure 112021040638772-pat00008
≤ 3.2, 더더욱 바람직하게는 2.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00009
≤ 2.9, 더더더욱 바람직하게는 2.6 ≤
Figure 112021040638772-pat00010
≤ 2.8(2) 2 <
Figure 112021040638772-pat00006
≤ 4, preferably 2.2 ≤
Figure 112021040638772-pat00007
≤ 3.5, more preferably 2.4 ≤
Figure 112021040638772-pat00008
≤ 3.2, even more preferably 2.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00009
≤ 2.9, even more preferably 2.6 ≤
Figure 112021040638772-pat00010
≤ 2.8

상기 조건 (2)에 있어서, E1 은 제1전해질층(21)의 -SO3H기의 당량, E2 는 제2전해질층(22)의 -SO3H기의 당량, E3 은 제3전해질층(23)의 -SO3H기의 당량을 나타낸다.In the above condition (2), E 1 is the first group equivalent weight of the electrolyte layer (21) -SO 3 H a, E 2 is a group equivalent weight of the second electrolyte layer (22) -SO 3 H a, E 3 is the 3 The equivalent of the -SO 3 H group in the electrolyte layer 23 is shown.

만일 조건 (2)에 있어서,

Figure 112021040638772-pat00011
이 2 이하이면 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 4를 초과하면 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If in condition (2),
Figure 112021040638772-pat00011
If it is 2 or less, there may be a problem that performance is lowered, and if it exceeds 4, there may be a problem that durability is lowered.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 ASTM D 1434 규정에 의해 측정된 산소투과도가 2,000 GTR(cm3/m2·24h·0.1MPa) 이하, 바람직하게는 0 ~ 1,700 GTR, 더욱 바람직하게는 50 ~ 1,500 GTR, 더더욱 바람직하게는 50 ~ 360 GTR, 더더더욱 바람직하게는 50 ~ 300 GTR, 더더더더욱 바람직하게는 50 ~ 250 GTR, 더더더더더욱 바람직하게는 50 ~ 200 GTR일 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention has an oxygen permeability measured according to ASTM D 1434 of 2,000 GTR (cm 3 /m 2 ·24h·0.1MPa) or less, preferably 0 to 1,700 GTR, more preferably 50 to 1,500 GTR, still more preferably 50 to 360 GTR, even more preferably 50 to 300 GTR, even more preferably 50 to 250 GTR, even more preferably 50 to 200 GTR.

한편, 본 발명의 복합 전해질막은 평균두께가 50 ~ 200㎛, 바람직하게는 60 ~ 150㎛, 더욱 바람직하게는 70 ~ 120㎛, 더더욱 바람직하게는 70 ~ 100㎛일 수 있으며, 만일 평균두께가 50㎛ 미만이면 가스투과율이 증가하는 문제가 있을 수 있고, 200㎛를 초과하면 경제성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.On the other hand, the composite electrolyte membrane of the present invention may have an average thickness of 50 to 200 μm, preferably 60 to 150 μm, more preferably 70 to 120 μm, still more preferably 70 to 100 μm, and if the average thickness is 50 If it is less than μm, there may be a problem in that gas permeability increases, and if it exceeds 200 μm, there may be a problem in that economic efficiency is lowered.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 조건 (3) 및 (4)를 모두 만족할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention may satisfy both conditions (3) and (4).

(3) B1 ≤ A1, B1 ≤ A2, B1 ≤ A3 (3) B 1 ≤ A 1 , B 1 ≤ A 2 , B 1 ≤ A 3

(4) B2 ≤ A1, B2 ≤ A2, B2 ≤ A3 (4) B 2 ≤ A 1 , B 2 ≤ A 2 , B 2 ≤ A 3

상기 조건 (3)에 있어서, A1는 제1전해질층(21)의 두께, A2는 제2전해질층(22)의 두께, A3는 제3전해질층(23)의 두께, B1는 제1지지체층(11)의 두께를 나타내고, 상기 조건 (4)에 있어서, A1는 제1전해질층(21)의 두께, A2는 제2전해질층(22)의 두께, A3는 제3전해질층(23)의 두께, B2는 제2지지체층(12)의 두께를 나타낸다.In the above condition (3), A 1 is the thickness of the first electrolyte layer 21, A 2 is the thickness of the second electrolyte layer 22, A 3 is the thickness of the third electrolyte layer 23, B 1 is represents the thickness of the first support layer 11 , and in the above condition (4), A 1 is the thickness of the first electrolyte layer 21 , A 2 is the thickness of the second electrolyte layer 22 , and A 3 is the thickness of the second electrolyte layer 22 . 3 The thickness of the electrolyte layer 23 , B 2 represents the thickness of the second support layer 12 .

만일, 본 발명의 복합 전해질막이 조건 (3) 및 (4)을 모두 만족하지 않는다면 균일성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If the composite electrolyte membrane of the present invention does not satisfy both conditions (3) and (4), there may be a problem of reduced uniformity.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 조건 (5)를 만족할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention may satisfy condition (5).

(5) 1.5 ≤

Figure 112021040638772-pat00012
≤ 12, 바람직하게는 2 ≤
Figure 112021040638772-pat00013
≤ 9, 더욱 바람직하게는 3 ≤
Figure 112021040638772-pat00014
≤ 8, 더더욱 바람직하게는 5 ≤
Figure 112021040638772-pat00015
≤ 7.5, 더더더욱 바람직하게는 6.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00016
≤ 7.5(5) 1.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00012
≤ 12, preferably 2 ≤
Figure 112021040638772-pat00013
≤ 9, more preferably 3 ≤
Figure 112021040638772-pat00014
≤ 8, even more preferably 5 ≤
Figure 112021040638772-pat00015
≤ 7.5, even more preferably 6.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00016
≤ 7.5

상기 조건 (5)에 있어서, A1는 제1전해질층(21)의 두께, A2는 제2전해질층(22)의 두께, A3는 제3전해질층(23)의 두께, B1는 제1지지체층(11)의 두께, B2는 제2지지체층(12)의 두께를 나타낸다.In the above condition (5), A 1 is the thickness of the first electrolyte layer 21, A 2 is the thickness of the second electrolyte layer 22, A 3 is the thickness of the third electrolyte layer 23, B 1 is The thickness of the first support layer 11 , B 2 represents the thickness of the second support layer 12 .

만일 조건 (5)에 있어서,

Figure 112021040638772-pat00017
이 1.5 미만이면 복합 전해질막이 제조되는 않는 문제가 있을 수 있고, 12를 초과하면 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.If in condition (5),
Figure 112021040638772-pat00017
If it is less than 1.5, there may be a problem in that the composite electrolyte membrane is not manufactured, and if it exceeds 12, there may be a problem in that durability is reduced.

또한, 본 발명의 복합 전해질막은 조건 (6)을 만족할 수 있다.In addition, the composite electrolyte membrane of the present invention may satisfy condition (6).

(6) 0.2 ≤

Figure 112021040638772-pat00018
≤ 10, 바람직하게는 0.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00019
≤ 8, 더욱 바람직하게는 1.0 ≤
Figure 112021040638772-pat00020
≤ 6, 더더욱 바람직하게는 1.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00021
≤ 3, 더더더욱 바람직하게는 2.0 ≤
Figure 112021040638772-pat00022
≤ 2.4(6) 0.2 ≤
Figure 112021040638772-pat00018
≤ 10, preferably 0.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00019
≤ 8, more preferably 1.0 ≤
Figure 112021040638772-pat00020
≤ 6, even more preferably 1.5 ≤
Figure 112021040638772-pat00021
≤ 3, even more preferably 2.0 ≤
Figure 112021040638772-pat00022
≤ 2.4

상기 조건 (6)에 있어서, A1는 제1전해질층(21)의 두께, A2는 제2전해질층(22)의 두께, A3는 제3전해질층(23)의 두께를 나타낸다.In the above condition (6), A 1 is the thickness of the first electrolyte layer 21 , A 2 is the thickness of the second electrolyte layer 22 , and A 3 is the thickness of the third electrolyte layer 23 .

만일 조건 (6)에 있어서,

Figure 112021040638772-pat00023
이 0.2 미만이면 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 10를 초과하면 성능이 감소하는 문제가 있을 수 있다.If in condition (6),
Figure 112021040638772-pat00023
If it is less than 0.2, there may be a problem of lowering durability, and if it exceeds 10, there may be a problem of reduced performance.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층(21), 제1지지체층(11), 제2전해질층(22), 제2지지체층(12), 제3전해질층(23), 제3지지체층(13) 및 제4전해질층(24)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2 , the composite electrolyte membrane of the present invention includes a first electrolyte layer 21 , a first support layer 11 , a second electrolyte layer 22 , a second support layer 12 , and a third electrolyte layer. (23), the third support layer 13 and the fourth electrolyte layer 24 may have a structure in which they are sequentially stacked.

구체적으로, 본 발명의 복합 전해질막은 제1전해질층(21), 상기 제1전해질층(21) 일면에 형성된 제1지지체층(11), 상기 제1지지체층(11) 일면에 형성된 제2전해질층(22), 상기 제2전해질층(22) 일면에 형성된 제2지지체층(12), 상기 제2지지체층(12) 일면에 형성된 제3전해질층(23), 상기 제3전해질층(23) 일면에 형성된 제3지지체층(13) 및 제3지지체층(13) 일면에 형성된 제4전해질층(24)을 포함할 수 있다. 이 때, 제3지지체층(13)은 앞서 설명한 제1지지체층(11) 및/또는 제2지지체층(12)과 동일할 수 있고, 제4전해질층(24)은 앞서 설명한 제1전해질층(21), 제2전해질층(22) 및/또는 제3전해질층(23)과 동일할 수 있다.Specifically, the composite electrolyte membrane of the present invention includes a first electrolyte layer 21 , a first support layer 11 formed on one surface of the first electrolyte layer 21 , and a second electrolyte formed on one surface of the first support layer 11 . Layer 22, a second support layer 12 formed on one surface of the second electrolyte layer 22, a third electrolyte layer 23 formed on one surface of the second support layer 12, and the third electrolyte layer 23 ) may include a third support layer 13 formed on one surface and a fourth electrolyte layer 24 formed on one surface of the third support layer 13 . In this case, the third support layer 13 may be the same as the first support layer 11 and/or the second support layer 12 described above, and the fourth electrolyte layer 24 is the first electrolyte layer described above. (21), the second electrolyte layer 22 and/or the third electrolyte layer 23 may be the same.

나아가, 도 3을 참조하면, 본 발명의 복합 전해질막은 제5전해질층(25), 제4지지체층(14), 제1전해질층(21), 제1지지체층(11), 제2전해질층(22), 제2지지체층(12), 제3전해질층(23), 제3지지체층(13) 및 제4전해질층(24)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.Furthermore, referring to FIG. 3 , the composite electrolyte membrane of the present invention includes a fifth electrolyte layer 25 , a fourth support layer 14 , a first electrolyte layer 21 , a first support layer 11 , and a second electrolyte layer. (22), the second support layer 12, the third electrolyte layer 23, the third support layer 13, and the fourth electrolyte layer 24 may have a structure in which they are sequentially stacked.

구체적으로, 본 발명의 복합 전해질막은 제5전해질층(25), 상기 제5전해질층(25) 일면에 형성된 제4지지체층(14), 상기 제4지지체층(14) 일면에 형성된 제1전해질층(21), 상기 제1전해질층(21) 일면에 형성된 제1지지체층(11), 상기 제1지지체층(11) 일면에 형성된 제2전해질층(22), 상기 제2전해질층(22) 일면에 형성된 제2지지체층(12), 상기 제2지지체층(12) 일면에 형성된 제3전해질층(23), 상기 제3전해질층(23) 일면에 형성된 제3지지체층(13) 및 제3지지체층(13) 일면에 형성된 제4전해질층(24)을 포함할 수 있다. 이 때, 제4지지체층(13)은 앞서 설명한 제1지지체층(11), 제2지지체층(12) 및/또는 제3지지체층(13)과 동일할 수 있고, 제5전해질층(25)은 앞서 설명한 제1전해질층(21), 제2전해질층(22), 제3전해질층(23) 및/또는 제4전해질층(24)과 동일할 수 있다.Specifically, the composite electrolyte membrane of the present invention includes a fifth electrolyte layer 25 , a fourth support layer 14 formed on one surface of the fifth electrolyte layer 25 , and a first electrolyte formed on one surface of the fourth support layer 14 . layer 21 , a first support layer 11 formed on one surface of the first electrolyte layer 21 , a second electrolyte layer 22 formed on one surface of the first support layer 11 , and the second electrolyte layer 22 ) a second support layer 12 formed on one surface, a third electrolyte layer 23 formed on one surface of the second support layer 12, a third support layer 13 formed on one surface of the third electrolyte layer 23, and A fourth electrolyte layer 24 formed on one surface of the third support layer 13 may be included. In this case, the fourth support layer 13 may be the same as the first support layer 11 , the second support layer 12 , and/or the third support layer 13 described above, and the fifth electrolyte layer 25 . ) may be the same as those of the first electrolyte layer 21 , the second electrolyte layer 22 , the third electrolyte layer 23 , and/or the fourth electrolyte layer 24 described above.

나아가, 도 4를 참조하면, 본 발명의 막-전극 접합체는 애노드(산화전극)(200), 앞서 언급한 본 발명의 복합 전해질막(100) 및 캐소드(환원전극)(300)를 포함한다.Furthermore, referring to FIG. 4 , the membrane-electrode assembly of the present invention includes an anode (oxidation electrode) 200 , the composite electrolyte membrane 100 of the present invention described above, and a cathode (reducing electrode) 300 .

달리 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 접합체는 복합 전해질막(100)을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드(anode, 산화전극, 200) 및 캐소드(cathode, 환원 전극, 300)를 구비한다. 이 때, 애노드(200)는 애노드 기체확산층(3), 애노드 촉매층(2) 및 애노드 전극 기재(1)를 포함하고, 캐소드(300)는 캐소드 기체확산층(4), 캐소드 촉매층(5) 및 캐소드 전극 기재(6)를 포함할 수 있다.In other words, the membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention has an anode (anode, anode, 200) and a cathode (cathode, a cathode, 300) positioned opposite to each other with the composite electrolyte membrane 100 interposed therebetween. to provide At this time, the anode 200 includes an anode gas diffusion layer 3, an anode catalyst layer 2, and an anode electrode substrate 1, and the cathode 300 is a cathode gas diffusion layer 4, a cathode catalyst layer 5 and a cathode An electrode substrate 6 may be included.

구체적으로, 애노드(200)는 애노드 기체확산층(3), 애노드 촉매층(2) 및 애노드 전극 기재(1)가 순차적으로 적층되어 형성될 수 있고, 애노드 기체확산층(3)은 복합 전해질막(200)의 일면에 접합되어 있을 수 있다. 또한, 캐소드(300)는 캐소드 기체확산층(4), 캐소드 촉매층(5) 및 캐소드 전극 기재(6)가 순차적으로 적층되어 형성될 수 있고, 캐소드 기체확산층(4)은 복합 전해질막(200)의 타면에 접합되어 있을 수 있다.Specifically, the anode 200 may be formed by sequentially stacking the anode gas diffusion layer 3, the anode catalyst layer 2 and the anode electrode substrate 1, and the anode gas diffusion layer 3 is a composite electrolyte membrane 200. may be bonded to one side of In addition, the cathode 300 may be formed by sequentially stacking the cathode gas diffusion layer 4 , the cathode catalyst layer 5 and the cathode electrode substrate 6 , and the cathode gas diffusion layer 4 is the composite electrolyte membrane 200 . It may be bonded to the other surface.

본 발명의 막-전극 접합체는 애노드(200), 복합 전해질막(100) 및 캐소드(300) 각각을 배치시킨 후 체결하여 형성하거나, 이를 고온 및 고압으로 압착하여 형성할 수 있다.The membrane-electrode assembly of the present invention may be formed by disposing the anode 200, the composite electrolyte membrane 100, and the cathode 300, respectively, and then fastening them, or may be formed by pressing them at high temperature and high pressure.

애노드 기체확산층(3)은 복합 전해질막(100)의 일면에 기체확산층 형성 물질을 도포하여 형성할 수 있다.The anode gas diffusion layer 3 may be formed by coating a gas diffusion layer forming material on one surface of the composite electrolyte membrane 100 .

애노드 기체확산층(3)은 연료전지에 주입되는 연료의 급격한 확산을 방지하고, 이온 전도도의 저하를 방지하기 위해 구비될 수 있다. 또한, 애노드 기체확산층(3)은 열처리 또는 전기화학적 처리를 통하여 연료의 확산 속도를 조절할 수 있다. 또한, 애노드 기체확산층(3)은 복합 전해질막(100)과 애노드 촉매층(2) 사이에서 전류 전도체 역할을 수행하며, 반응물인 가스와 생성물인 물의 통로가 된다. 따라서, 애노드 기체확산층(3)은 가스가 잘 통할 수 있도록 기공률이 20% ~ 90%인 다공성 구조일 수 있다. 애노드 기체확산층(3)의 두께는 필요에 따라 적절하게 채택될 수 있으며, 예를 들면 100 ~ 400 ㎛일 수 있다. 상기 애노드 기체확산층(3)의 두께가 100 ㎛이하일 경우 애노드 촉매층(2)과 상기 애노드 전극 기재(1)사이에서 전기 접촉 저항이 커지고, 압축에 의해 구조가 불안정해질 수 있다. 또한, 상기 애노드 기체확산층(3)의 두께가 400 ㎛를 초과할 경우 반응물인 가스의 이동이 어려워질 수 있다.The anode gas diffusion layer 3 may be provided to prevent rapid diffusion of fuel injected into the fuel cell and to prevent a decrease in ion conductivity. In addition, the anode gas diffusion layer 3 may control the diffusion rate of fuel through heat treatment or electrochemical treatment. In addition, the anode gas diffusion layer 3 serves as a current conductor between the composite electrolyte membrane 100 and the anode catalyst layer 2 , and serves as a passage for a gas as a reactant and water as a product. Accordingly, the anode gas diffusion layer 3 may have a porous structure having a porosity of 20% to 90% so that the gas can pass therethrough. The thickness of the anode gas diffusion layer 3 may be appropriately adopted as needed, and may be, for example, 100 to 400 μm. When the thickness of the anode gas diffusion layer 3 is 100 μm or less, the electrical contact resistance between the anode catalyst layer 2 and the anode electrode substrate 1 increases, and the structure may become unstable due to compression. In addition, when the thickness of the anode gas diffusion layer 3 exceeds 400 μm, it may be difficult to move the reactant gas.

또한, 애노드 기체확산층(3)은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 탄소계 물질로는 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 또는 스티렌-부타디엔고부(SBR)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 연료는 개미산 용액, 메탄올, 포름알데히드, 또는 에탄올과 같은 액체연료일 수 있다.In addition, the anode gas diffusion layer 3 may be formed to include a carbon-based material and a fluorine-based resin. Carbon-based materials include graphite, carbon black, acetylene black, denka black, kecheon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon nanoring, carbon nanowire, fullerene (C60) And it may include one or more selected from the group consisting of super P, but is not limited thereto. In addition, as the fluorine-based resin, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, or styrene-butadiene fluoride (SBR) It may include one or more selected from the group consisting of. In addition, the fuel may be a liquid fuel such as formic acid solution, methanol, formaldehyde, or ethanol.

애노드 촉매층(2)은 산화 촉매가 도입되는 층으로서, 애노드 촉매층(2)은 상기 애노드 기체확산층(3) 상에 촉매층 형성 물질을 도포하여 형성시킬 수 있다The anode catalyst layer 2 is a layer into which an oxidation catalyst is introduced, and the anode catalyst layer 2 may be formed by coating a catalyst layer forming material on the anode gas diffusion layer 3 .

상기 촉매층 형성 물질은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속촉매를 사용할 수 있다. 금속 촉매로는 대표적으로 백금, 루테늄, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소계 지지체로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케천 블랙, 활성카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌 및 수퍼P로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The catalyst layer forming material may be a metal catalyst or a metal catalyst supported on a carbon-based support. As the metal catalyst, one or more selected from the group consisting of platinum, ruthenium, a platinum-ruthenium alloy, a platinum-osmium alloy, a platinum-palladium alloy, and a platinum-transition metal alloy may be used typically. In addition, as the carbon-based support, graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, ketchen black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon nanoring, carbon nano It may include at least one selected from the group consisting of wire, fullerene, and super P.

또한, 애노드 촉매층(2)은 도전성 지지체 및 이온 전도성 바인더(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 애노드 촉매층(2)은 도전성 지지체에 부착된 주촉매를 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지체는 카본 블랙일 수 있고, 상기 이온 전도성 바인더는 나피온 이오노머 또는 술폰화된 폴리머일 수 있다. 또한, 상기 주촉매는 금속촉매일 수 있으며, 일례로서 백금(Pt)일 수 있다. 애노드 촉매층(2)은 전기도금법, 스프레이법, 페인팅법, 닥터블레이드법 또는 전사법을 사용하여 형성할 수 있다.In addition, the anode catalyst layer 2 may include a conductive support and an ion conductive binder (not shown). In addition, the anode catalyst layer 2 may include a main catalyst attached to a conductive support. The conductive support may be carbon black, and the ion conductive binder may be a Nafion ionomer or a sulfonated polymer. In addition, the main catalyst may be a metal catalyst, for example, may be platinum (Pt). The anode catalyst layer 2 may be formed using an electroplating method, a spray method, a painting method, a doctor blade method, or a transfer method.

애노드 전극 기재(1)는 탄소페이퍼, 탄소천, 및 탄소펠트로 이루어진 군으로부터 선택되는 도전성 기재를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 고분자 전해질 연료전지에 적용이 가능한 애노드(anode) 전극 물질은 모두 사용이 가능하다. 상기 애노드 전극 기재(1)는 통상의 증착 방법을 통해 애노드 촉매층(2) 일면에 형성될 수 있고, 상기 애노드 전극 기재(1)에 상기 애노드 촉매층(2)을 형성한 뒤 상기 애노드 기체확산층(3) 상에 애노드 촉매층(2) 및 애노드 전극 기재(1)가 접하도록 배치시켜 형성될 수 있다.The anode electrode substrate 1 may use a conductive substrate selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt, but is not limited thereto, and any anode electrode material applicable to a polymer electrolyte fuel cell may be used. possible. The anode electrode substrate 1 may be formed on one surface of the anode catalyst layer 2 through a conventional deposition method, and after forming the anode catalyst layer 2 on the anode electrode substrate 1, the anode gas diffusion layer 3 ) may be formed by disposing the anode catalyst layer 2 and the anode electrode substrate 1 in contact thereon.

캐소드 기체확산층(4)은 복합 전해질막(100)의 타면에 기체확산층 형성 물질을 도포하여 형성할 수 있다.The cathode gas diffusion layer 4 may be formed by applying a gas diffusion layer forming material to the other surface of the composite electrolyte membrane 100 .

캐소드 기체확산층(4)은 캐소드(300)에 주입되는 가스의 급격한 확산을 방지하고, 캐소드(300)에 주입된 가스를 균일하게 분산시켜 주기 위해 구비될 수 있다. 또한, 캐소드 기체확산층(4)은 복합 전해질막(100)과 캐소드 촉매층(5) 사이에서 전류 전도체 역할을 수행하며, 반응물인 가스와 생성물인 물의 통로가 된다. 따라서, 캐소드 기체확산층(4)은 가스가 잘 통할 수 있도록 기공률이 20% ~ 90%인 다공성 구조일 수 있다. 캐소드 기체확산층(4)의 두께는 필요에 따라 적절하게 채택될 수 있으며, 예를 들면 100 ~ 400 ㎛일 수 있다. 상기 캐소드 기체확산층(4)의 두께가 100 ㎛이하일 경우 캐소드 촉매층(5)과 상기 캐소드 전극 기재(6)사이에서 전기 접촉 저항이 커지고, 압축에 의해 구조가 불안정해질 수 있다. 또한, 상기 캐소드 기체확산층(4)의 두께가 400 ㎛를 초과할 경우 반응물인 가스의 이동이 어려워질 수 있다.The cathode gas diffusion layer 4 may be provided to prevent rapid diffusion of the gas injected into the cathode 300 and to uniformly disperse the gas injected into the cathode 300 . In addition, the cathode gas diffusion layer 4 serves as a current conductor between the composite electrolyte membrane 100 and the cathode catalyst layer 5 , and serves as a passage for a gas as a reactant and water as a product. Accordingly, the cathode gas diffusion layer 4 may have a porous structure having a porosity of 20% to 90% so that gas can pass therethrough. The thickness of the cathode gas diffusion layer 4 may be appropriately adopted as needed, and may be, for example, 100 to 400 μm. When the thickness of the cathode gas diffusion layer 4 is 100 μm or less, the electrical contact resistance between the cathode catalyst layer 5 and the cathode electrode substrate 6 increases, and the structure may become unstable due to compression. In addition, when the thickness of the cathode gas diffusion layer 4 exceeds 400 μm, it may be difficult to move the reactant gas.

또한, 캐소드 기체확산층(4)은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 탄소계 물질로는 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 또는 스티렌-부타디엔고부(SBR)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 연료는 개미산 용액, 메탄올, 포름알데히드, 또는 에탄올과 같은 액체연료일 수 있다.In addition, the cathode gas diffusion layer 4 may be formed to include a carbon-based material and a fluorine-based resin. Carbon-based materials include graphite, carbon black, acetylene black, denka black, kecheon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon nanoring, carbon nanowire, fullerene (C60) And it may include one or more selected from the group consisting of super P, but is not limited thereto. In addition, as the fluorine-based resin, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, or styrene-butadiene fluoride (SBR) It may include one or more selected from the group consisting of. In addition, the fuel may be a liquid fuel such as formic acid solution, methanol, formaldehyde, or ethanol.

캐소드 촉매층(5)은 환원 촉매가 도입되는 층으로서, 캐소드 촉매층(5)은 상기 캐소드 기체확산층(4) 상에 촉매층 형성 물질을 도포하여 형성시킬 수 있다The cathode catalyst layer 5 is a layer into which a reduction catalyst is introduced, and the cathode catalyst layer 5 may be formed by coating a catalyst layer forming material on the cathode gas diffusion layer 4 .

상기 촉매층 형성 물질은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속촉매를 사용할 수 있다. 금속 촉매로는 대표적으로 백금, 루테늄, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소계 지지체로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 케천 블랙, 활성카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌 및 수퍼P로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The catalyst layer forming material may be a metal catalyst or a metal catalyst supported on a carbon-based support. As a metal catalyst, one or more selected from the group consisting of platinum, ruthenium, a platinum-ruthenium alloy, a platinum-osmium alloy, a platinum-palladium alloy, and a platinum-transition metal alloy may be used typically. In addition, as the carbon-based support, graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, ketchen black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon nanoring, carbon nano It may include at least one selected from the group consisting of wire, fullerene, and super P.

또한, 캐소드 촉매층(5)은 도전성 지지체 및 이온 전도성 바인더(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 캐소드 촉매층(5)은 상기 도전성 지지체에 부착된 주촉매를 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지체는 카본 블랙일 수 있고, 상기 이온 전도성 바인더는 나피온 이오노머 또는 술폰화된 폴리머일 수 있다. 또한, 상기 주촉매는 금속촉매일 수 있으며, 일 예로서 백금(Pt)일 수 있다. 상기 캐소드 촉매층(5)은 전기도금법, 스프레이법, 페인팅법, 닥터블레이드법 또는 전사법을 사용하여 형성할 수 있다.In addition, the cathode catalyst layer 5 may include a conductive support and an ion conductive binder (not shown). In addition, the cathode catalyst layer 5 may include a main catalyst attached to the conductive support. The conductive support may be carbon black, and the ion conductive binder may be a Nafion ionomer or a sulfonated polymer. In addition, the main catalyst may be a metal catalyst, for example, may be platinum (Pt). The cathode catalyst layer 5 may be formed using an electroplating method, a spray method, a painting method, a doctor blade method, or a transfer method.

캐소드 전극 기재(6)는 탄소페이퍼, 탄소천, 및 탄소펠트로 이루어진 군으로부터 선택되는 도전성 기재를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 고분자 전해질 연료전지에 적용이 가능한 캐소드(cathode) 전극 물질은 모두 사용이 가능하다. 상기 캐소드 전극 기재(6)는 통상의 증착 방법을 통해 캐소드 촉매층(5) 일면에 형성될 수 있고, 상기 캐소드 전극 기재(6)에 상기 캐소드 촉매층(5)을 형성한 뒤 상기 캐소드 기체확산층(4) 상에 캐소드 촉매층(5) 및 캐소드 전극 기재(6)가 접하도록 배치시켜 형성될 수 있다.The cathode electrode substrate 6 may use a conductive substrate selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt, but is not limited thereto, and any cathode electrode material applicable to a polymer electrolyte fuel cell may be used. possible. The cathode electrode substrate 6 may be formed on one surface of the cathode catalyst layer 5 through a conventional deposition method, and after forming the cathode catalyst layer 5 on the cathode electrode substrate 6, the cathode gas diffusion layer 4 ) on the cathode catalyst layer 5 and the cathode electrode substrate 6 may be formed by disposing in contact.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 전해질막 연료전지는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부와, 전술된 연료를 상기 전기 발생부에 공급하는 연료 공급부와, 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공극부를 포함하여 구성된다.On the other hand, the polymer electrolyte membrane fuel cell according to an embodiment of the present invention includes at least one electricity generator that generates electrical energy through an oxidation reaction of fuel and a reduction reaction of an oxidizing agent, and supplies the above-described fuel to the electricity generator. It is configured to include a fuel supply unit and an oxidizer air gap for supplying the oxidizer to the electricity generating unit.

본 발명의 막-전극 접합체를 하나 이상을 포함하고, 본 발명의 막-전극 접합체의 양단에 연료와 산화제를 공급하기 위한 세퍼레이터가 배치되어 전기 발생부가 구성될 수 있다. 이러한 전기 발생부 적어도 하나가 모여서 스택을 구성할 수 있다.The membrane-electrode assembly of the present invention includes one or more, and separators for supplying fuel and an oxidizing agent are disposed at both ends of the membrane-electrode assembly of the present invention to constitute an electricity generating unit. At least one of these electricity generators may be gathered to form a stack.

이 때, 본 발명의 고분자 전해질막 연료전지의 배치 형태 또는 제조방법은 고분자 전해질 연료전지에 적용 가능한 형태라면 제한 없이 형성이 가능하므로, 종래 기술을 참조하여 다양하게 적용할 수 있다.At this time, since the arrangement form or manufacturing method of the polymer electrolyte membrane fuel cell of the present invention can be formed without limitation as long as it is a form applicable to the polymer electrolyte fuel cell, it can be variously applied with reference to the prior art.

본 발명의 복합 전해질막의 제조방법은 제1단계 내지 제4단계를 포함한다.The method for manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention includes first to fourth steps.

먼저, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법의 제1단계는 제1지지체층 및 제2지지체층을 각각 준비할 수 있다. 이 때, 제1지지체층 및 제2지지체층으로 PTFE(Poly tetra fluoro ethylene) 다공성 지지체를 사용할 수 있으며, 사용 가능한 PTFE 다공성 지지체는 앞서 설명한 PTFE 다공성 지지체 및 제조하는 방법과 동일할 수 있다.First, in the first step of the method for manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention, a first support layer and a second support layer may be prepared, respectively. In this case, a poly tetra fluoro ethylene (PTFE) porous support may be used as the first support layer and the second support layer, and the PTFE porous support that can be used may be the same as the PTFE porous support and the manufacturing method described above.

다음으로, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법의 제2단계는 제1단계에서 준비한 제1지지체층 일면에 제1전해질층을 형성시킬 수 있고, 제1단계에서 준비한 제2지지체층 일면에 제3전해질층을 형성시킬 수 있다.Next, in the second step of the method for manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention, the first electrolyte layer may be formed on one surface of the first support layer prepared in the first step, and the third electrolyte layer may be formed on one surface of the second support layer prepared in the first step. An electrolyte layer can be formed.

구체적으로, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법의 제2단계는 제1지지체층 일면에 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 도포시키거나, 제1지지체층의 일면을 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 함침시킨 후, 건조시켜서 제1전해질층을 형성시킬 수 있다. 또한, 제2지지체층 일면에 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 도포시키거나, 제2지지체층의 일면을 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 함침시킨 후, 건조시켜서 제3전해질층을 형성시킬 수 있다.Specifically, in the second step of the method for manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention, a solution containing a perfluorinated sulfonated ionomer is applied to one surface of the first support layer, or one surface of the first support layer is coated with a perfluorinated sulfonated ionomer. After being impregnated in the solution to be dried, the first electrolyte layer may be formed. In addition, one surface of the second support layer is coated with a solution containing a perfluorinated sulfonated ionomer, or one surface of the second support layer is impregnated with a solution containing a perfluorinated sulfonated ionomer, and then dried to form a third electrolyte layer. can be formed.

상기 제2단계의 건조는 각각 1분 ~ 30분 동안 60℃ ~ 200℃의 열을 가하여 수행하거나, 바람직하게는 15분 ~ 25분 동안 70℃ ~ 150℃의 열을 가하여 수행할 수 있다. 이 때, 건조 온도가 60℃ 미만이면, 제1지지체층 및/또는 제2지지체층에 함침된 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액의 보액성이 저하될 수 있고, 200℃를 초과하면 전해질막 및/또는 막-전극 접합체 제조시 전극과의 접합성이 저하될 수 있다.The drying of the second step may be performed by applying heat of 60° C. to 200° C. for 1 minute to 30 minutes, respectively, or preferably by applying heat of 70° C. to 150° C. for 15 minutes to 25 minutes. At this time, if the drying temperature is less than 60°C, the liquid retention of the solution containing the perfluorinated sulfonated ionomer impregnated in the first support layer and/or the second support layer may be reduced, and if it exceeds 200°C, the electrolyte membrane and/or the adhesion with the electrode may be deteriorated when the membrane-electrode assembly is manufactured.

다음으로, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법의 제3단계는 제1단계에서 준비한 제1지지체층 타면에 제2전해질층을 형성시킬 수 있다.Next, in the third step of the method for manufacturing the composite electrolyte membrane of the present invention, the second electrolyte layer may be formed on the other surface of the first support layer prepared in the first step.

구체적으로, 제3단계는 제1전해질층이 형성된 제1지지체층의 타면에 제2전해질층을 형성시키는 공정으로서 제1지지체층의 타면에 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 도포시키거나, 제1지지체층의 타면을 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액에 함침시킨 후, 건조시켜서 제2전해질층을 형성시킬 수 있다. Specifically, the third step is a process of forming a second electrolyte layer on the other surface of the first support layer on which the first electrolyte layer is formed. The second electrolyte layer may be formed by impregnating the other surface of the first support layer with a solution containing a perfluorinated sulfonated ionomer and then drying it.

상기 제3단계의 건조는 1분 ~ 30분 동안 60℃ ~ 200℃의 열을 가하여 수행하거나, 바람직하게는 5분 ~ 15분 동안 70℃ ~ 150℃의 열을 가하여 수행할 수 있다. 이 때, 건조 온도가 60℃ 미만이면 제1지지체층에 함침된 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 용액의 보액성이 저하될 수 있고, 200℃를 초과하면 전해질막 및/또는 막-전극 접합체 제조시 전극과의 접합성이 저하될 수 있다.Drying in the third step may be performed by applying heat of 60° C. to 200° C. for 1 minute to 30 minutes, or preferably by applying heat of 70° C. to 150° C. for 5 minutes to 15 minutes. At this time, if the drying temperature is less than 60 ℃, the liquid retention of the solution containing the perfluorinated sulfonated ionomer impregnated in the first support layer may be reduced, and if it exceeds 200 ℃, the electrolyte membrane and / or membrane-electrode assembly manufacturing Adhesiveness with the electrode may be deteriorated.

마지막으로, 본 발명의 복합 전해질막의 제조방법의 제4단계는 제1단계에서 준비한 제2지지체층 타면에 상기 제2전해질층을 적층시키고, 열처리하여 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 본 발명의 복합 전해질막을 제조할 수 있다.Finally, in the fourth step of the method for manufacturing a composite electrolyte membrane of the present invention, the second electrolyte layer is laminated on the other surface of the second support layer prepared in the first step, and heat-treated to the first electrolyte layer, the first support layer, and the second The composite electrolyte membrane of the present invention in which an electrolyte layer, a second support layer, and a third electrolyte layer are sequentially stacked may be manufactured.

구체적으로, 제4단계는 일면에는 제1전해질층이 형성되고, 타면에는 제2전해질층이 형성된 제1지지체층과 일면에 제3전해질층이 형성된 제2지지체층을 적층시켜 일체화시키는 공정으로서, 제1지지체층 타면에 형성된 제2전해질층과 제2지지체층을 맞닿게 적층시키고, 열처리하여 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 본 발명의 복합 전해질막을 제조할 수 있다.Specifically, the fourth step is a process of stacking and integrating a first support layer having a first electrolyte layer formed on one surface and a second electrolyte layer formed on the other surface and a second support layer having a third electrolyte layer formed on one surface. The first electrolyte layer, the first support layer, the second electrolyte layer, the second support layer, and the third electrolyte layer are sequentially laminated and heat treated to contact the second electrolyte layer and the second support layer formed on the other surface of the first support layer. It is possible to manufacture the composite electrolyte membrane of the present invention laminated with

제4단계의 열처리는 100℃ ~ 200℃에서 1분 ~ 20분간, 바람직하게는 140℃ ~ 180℃에서 1분 ~ 15분간 수행할 수 있으며, 열처리 온도가 100℃ 미만이거나 열처리 시간이 1분 미만이면 제1전해질층, 제2전해질층 및/또는 제3전해질층의 보액성이 저하될 수 있고, 열처리 온도가 200℃를 초과하면 제1, 제2 및 제3전해질층과 제1 및 제2 지지체층간의 접착성(결합성)이 저하될 수 있다.The heat treatment of the fourth step may be performed at 100° C. to 200° C. for 1 minute to 20 minutes, preferably at 140° C. to 180° C. for 1 minute to 15 minutes, and the heat treatment temperature is less than 100° C. or the heat treatment time is less than 1 minute. On the other hand, the liquid retention of the first electrolyte layer, the second electrolyte layer and/or the third electrolyte layer may be reduced, and when the heat treatment temperature exceeds 200° C., the first, second and third electrolyte layers and the first and second electrolyte layers Adhesiveness (bonding) between the support layers may be reduced.

제4단계의 열처리를 수행한 복합 전해질막의 제1지지체층 및/또는 제2지지체층은 폐색된 기공의 부피가 전체 기공 부피에 대하여 85 부피% 이상, 바람직하게는 90 부피% 이상일 수 있다.The volume of the occluded pores in the first support layer and/or the second support layer of the composite electrolyte membrane subjected to the heat treatment of the fourth step may be 85% by volume or more, preferably 90% by volume or more with respect to the total pore volume.

이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been mainly described with respect to the embodiment, but this is only an example and does not limit the embodiment of the present invention. It can be seen that various modifications and applications not exemplified above are possible without departing from the scope. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

지지체 제조예 1 : PTFE 다공성 지지체의 제조Support Preparation Example 1: Preparation of PTFE porous support

평균입경 570㎛인 PTFE 미세 파우더 100 중량부에 대하여 액상 윤활제인 나프타(naphtha) 23 중량부를 혼합 및 교반하여 균일하게 분산시켜서 페이스트를 제조하였다.A paste was prepared by mixing and stirring 23 parts by weight of naphtha, a liquid lubricant, to 100 parts by weight of the PTFE fine powder having an average particle diameter of 570 μm to uniformly disperse it.

다음으로, 상기 페이스트를 50℃에서 18 시간 동안 방치시켜서 숙성시킨 후, 성형 지그를 이용하여 압축시켜서 PTFE 블록을 제조하였다.Next, the paste was aged at 50° C. for 18 hours, and then compressed using a molding jig to prepare a PTFE block.

다음으로, 상기 PTFE 블록을 압출금형에 투입 후, 약 0.10 Ton/cm2압력 하에서 가압압출을 실시하였다.Next, after putting the PTFE block into the extrusion mold, pressure extrusion was performed under a pressure of about 0.10 Ton/cm 2 .

다음으로, 압연롤을 이용하여, 압연시켜서 평균두께 850㎛ 인 미소성 테이프를 제조하였다.Next, it was rolled using a rolling roll to prepare an unbaked tape having an average thickness of 850 µm.

다음으로, 미소성 테이프를 3M/min의 속도로 컨베이어 벨트로 이송시키면서 180℃의 열을 가하여 건조시켜 윤활제를 제거하였다.Next, while the unbaked tape was transferred to a conveyor belt at a speed of 3 M/min, heat of 180° C. was applied and dried to remove the lubricant.

다음으로, 윤활제가 제거된 미소성 테이프를 연신온도 280℃ 및 연신속도 10 M/min 조건 하에서 6.5 배로 1축 연신(길이 방향 연신)을 수행하였다.Next, uniaxial stretching (lengthwise stretching) was performed on the unbaked tape from which the lubricant was removed at a stretching temperature of 280° C. and a stretching speed of 10 M/min at 6.5 times.

다음으로, 1축 연신된 미소성 테이프를 연신온도 250℃ 및 연신속도 10 M/min 조건 하에서 30 배로 2축 연신(폭 방향 연신)을 수행하여 다공성 지지체를 제조하였다.Next, the uniaxially stretched unbaked tape was biaxially stretched 30 times (width direction stretching) under the conditions of a stretching temperature of 250° C. and a stretching speed of 10 M/min to prepare a porous support.

다음으로, 1축 및 2축 연신된 다공성 지지체를 컨베이어 벨트 상에서 15 M/min의 속도로 420℃ 온도를 가하여 소성시켜서 평균두께 16㎛, 평균기공 크기 0.114㎛인 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다.Next, the uniaxially and biaxially stretched porous support was fired by applying a temperature of 420° C. at a rate of 15 M/min on a conveyor belt to prepare a PTFE porous support having an average thickness of 16 μm and an average pore size of 0.114 μm.

제조한 PTFE 다공성 지지체를 5㎝×1㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 PTFE 다공성 지지체의 하기 관계식 1에 의해 MD 방향(=길이 방향)과 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율을 각각 측정하였으며, MD 방향의 치수변화율은 1%, TD 방향의 치수변화율은 5%로 측정되었다.The prepared PTFE porous support was cut to 5 cm × 1 cm (MD direction × TD direction), and the dimensions of the cut PTFE porous support were in the MD direction (= longitudinal direction) and TD direction (= width direction) by the following relational expression 1 The rate of change was measured respectively, and the dimensional change rate in the MD direction was measured to be 1% and the dimensional change rate in the TD direction was measured to be 5%.

[관계식 1][Relational Expression 1]

Figure 112021040638772-pat00024
Figure 112021040638772-pat00024

상기 관계식 1에 있어서, A는 PTFE 다공성 지지체의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 PTFE 다공성 지지체를 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 1, A represents the initial length of the porous PTFE support, and B represents the length measured after the PTFE porous support was left at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

지지체 제조예 2 : PTFE 다공성 지지체의 제조Support Preparation Example 2: Preparation of PTFE porous support

지지체 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 지지체 제조예 1과 달리 1축 및 2축 연신비를 달리하여, 평균두께 16㎛, 평균기공 크기 0.114㎛인 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 제조한 PTFE 다공성 지지체를 5㎝×1㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 PTFE 다공성 지지체의 상기 관계식 1에 의해 MD 방향(=길이 방향)과 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율을 각각 측정하였으며, MD 방향의 치수변화율은 5%, TD 방향의 치수변화율은 1%로 측정되었다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Support Preparation Example 1. However, unlike Support Preparation Example 1, a PTFE porous support having an average thickness of 16 μm and an average pore size of 0.114 μm was prepared by varying the uniaxial and biaxial stretching ratios. The prepared PTFE porous support was cut to 5 cm × 1 cm (MD direction × TD direction), and the dimensions of the cut PTFE porous support were in the MD direction (= longitudinal direction) and TD direction (= width direction) according to the above relational expression 1 The rate of change was measured, respectively, and the dimensional change rate in the MD direction was measured to be 5% and the dimensional change rate in the TD direction was measured to be 1%.

지지체 제조예 3 : PTFE 다공성 지지체의 제조Support Preparation Example 3: Preparation of PTFE porous support

지지체 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 지지체 제조예 1과 달리 1축 및 2축 연신비를 달리하여, 평균두께 16㎛, 평균기공 크기 0.114㎛인 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 제조한 PTFE 다공성 지지체를 5㎝×1㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 PTFE 다공성 지지체의 상기 관계식 1에 의해 MD 방향(=길이 방향)과 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율을 각각 측정하였으며, MD 방향의 치수변화율은 10%, TD 방향의 치수변화율은 10%로 측정되었다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Support Preparation Example 1. However, unlike Support Preparation Example 1, a PTFE porous support having an average thickness of 16 μm and an average pore size of 0.114 μm was prepared by varying the uniaxial and biaxial stretching ratios. The prepared PTFE porous support was cut to 5 cm × 1 cm (MD direction × TD direction), and the dimensions of the cut PTFE porous support were in the MD direction (= longitudinal direction) and TD direction (= width direction) according to the above relational expression 1 The rate of change was measured, respectively, and the dimensional change rate in the MD direction was measured to be 10% and the dimensional change rate in the TD direction was measured to be 10%.

지지체 제조예 4 : PTFE 다공성 지지체의 제조Support Preparation Example 4: Preparation of PTFE porous support

지지체 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 지지체 제조예 1과 달리 1축 및 2축 연신비를 달리하여, 평균두께 16㎛, 평균기공 크기 0.114㎛인 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 제조한 PTFE 다공성 지지체를 5㎝×1㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 PTFE 다공성 지지체의 상기 관계식 1에 의해 MD 방향(=길이 방향)과 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율을 각각 측정하였으며, MD 방향의 치수변화율은 5%, TD 방향의 치수변화율은 5%로 측정되었다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Support Preparation Example 1. However, unlike Support Preparation Example 1, a PTFE porous support having an average thickness of 16 μm and an average pore size of 0.114 μm was prepared by varying the uniaxial and biaxial stretching ratios. The prepared PTFE porous support was cut to 5 cm × 1 cm (MD direction × TD direction), and the dimensions of the cut PTFE porous support were in the MD direction (= longitudinal direction) and TD direction (= width direction) according to the above relational expression 1 The rate of change was measured respectively, and the dimensional change rate in the MD direction was measured to be 5% and the dimensional change rate in the TD direction was measured to be 5%.

전해질 용액 제조예 1 : 과불소계 술폰화 이오노머 용액의 제조Electrolyte solution Preparation Example 1: Preparation of perfluorinated sulfonated ionomer solution

-SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 980인 과불소계 술폰화 이오노머(solvay, aquivion D98-25DS) 100 중량부에 대하여 라디칼 스캐빈져(CeZnO, 금속산화물, Cerium ion) 1 중량부를 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 제조하였다.-SO 3 1 part by weight of a radical scavenger (CeZnO, metal oxide, Cerium ion) based on 100 parts by weight of a perfluorinated sulfonated ionomer (solvay, aquivion D98-25DS) having an equivalent weight (EW) of 980 A perfluorinated sulfonated ionomer solution was prepared.

전해질 용액 제조예 2 : 과불소계 술폰화 이오노머 용액의 제조Electrolyte solution Preparation Example 2: Preparation of perfluorinated sulfonated ionomer solution

전해질 용액 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 전해질 용액 제조예 1과 달리 -SO3H기의 당량이 720인 과불소계 술폰화 이오노머(solvay, aquivion D72-25DS)를 사용하여 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 제조하였다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Electrolyte Solution Preparation Example 1. However, unlike the electrolyte solution Preparation Example 1 , a perfluorinated sulfonated ionomer solution having an equivalent of -SO 3 H group of 720 was used to prepare a perfluorinated sulfonated ionomer solution (solvay, aquivion D72-25DS).

전해질 용액 제조예 3 : 과불소계 술폰화 이오노머 용액의 제조Electrolyte solution Preparation Example 3: Preparation of perfluorinated sulfonated ionomer solution

전해질 용액 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 전해질 용액 제조예 1과 달리 -SO3H기의 당량이 660인 과불소계 술폰화 이오노머(solvay, aquivion D66-25DS)를 사용하여 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 제조하였다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Electrolyte Solution Preparation Example 1. However, unlike Electrolyte Solution Preparation Example 1, a perfluorinated sulfonated ionomer solution was prepared using a perfluorinated sulfonated ionomer (solvay, aquivion D66-25DS) having an equivalent of -SO 3 H group of 660.

전해질 용액 제조예 4 : 과불소계 술폰화 이오노머 용액의 제조Electrolyte solution Preparation Example 4: Preparation of perfluorinated sulfonated ionomer solution

전해질 용액 제조예 1과 동일한 방법으로 PTFE 다공성 지지체를 제조하였다. 다만, 전해질 용액 제조예 1과 달리 -SO3H기의 당량이 1100인 과불소계 술폰화 이오노머(solvay, aquivion D110-25DS)를 사용하여 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 제조하였다.A PTFE porous support was prepared in the same manner as in Electrolyte Solution Preparation Example 1. However, unlike the electrolyte solution Preparation Example 1 , a perfluorinated sulfonated ionomer solution having an equivalent of -SO 3 H group of 1100 (solvay, aquivion D110-25DS) was used to prepare a perfluorinated sulfonated ionomer solution.

실시예 1 : 복합 전해질막의 제조Example 1: Preparation of composite electrolyte membrane

(1) 지지체 제조예 1에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 제1지지체층으로 준비하고, 지지체 제조예 2에서 제조된 PTFE 다공성 지지체를 제2지지체층으로 준비하였다.(1) The PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 1 was prepared as a first support layer, and the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 2 was prepared as a second support layer.

(2) 제1지지체층을 유리기판에 고정하고, 애플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 제1지지체층 일면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제1지지체층의 일면에 평균두께가 23.5㎛인 제1전해질층을 형성시켰다. (2) Fixing the first support layer to a glass substrate, and impregnating one surface of the first support layer with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1 using an applicator, followed by vacuum at 80°C A first electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm was formed on one surface of the first support layer by drying in an oven for 20 minutes.

(3) 제2지지체층을 유리기판에 고정하고, 애플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 제2지지체층 일면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제2지지체층의 일면에 평균두께가 23.5㎛인 제3전해질층을 형성시켰다. (3) The second support layer is fixed to a glass substrate, and one side of the second support layer is impregnated with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1 using an applicator, followed by vacuum at 80° C. Drying was performed in an oven for 20 minutes to form a third electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm on one surface of the second support layer.

(4) 일면에 제1전해질층이 형성된 제1지지체층 타면을 전해질 용액 제조예 2에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제1지지체층의 타면에 평균두께가 23㎛인 제2전해질층을 형성시켰다. (4) After impregnating the other surface of the first support layer on which the first electrolyte layer is formed on one surface with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 2, drying in a vacuum oven at 80° C. for 20 minutes to perform the first A second electrolyte layer having an average thickness of 23 μm was formed on the other surface of the support layer.

(5) 일면에 제3전해질층이 형성된 제2지지체층 타면을 제조된 제2전해질층에 적층시키고, 160℃에서 10분 동안 열처리하여 도 1과 같은 제1전해질층, 제1지지체층(=제조상 수축으로 인해 평균두께 5㎛로 얇아짐), 제2전해질층, 제2지지체층(=제조상 수축으로 인해 평균두께 5㎛로 얇아짐) 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 평균두께가 80㎛인 복합 전해질막을 제조하였다.(5) A second support layer having a third electrolyte layer formed on one surface is laminated on the other surface of the prepared second electrolyte layer, and heat-treated at 160° C. for 10 minutes to form a first electrolyte layer and a first support layer as shown in FIG. 1 (= Due to manufacturing shrinkage, the average thickness is reduced to 5 µm), the second electrolyte layer, the second support layer (= thinned to an average thickness of 5 µm due to manufacturing shrinkage), and the third electrolyte layer are sequentially stacked with an average thickness of 80 A composite electrolyte membrane having a thickness of μm was prepared.

실시예 2 : 복합 전해질막의 제조Example 2: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제2지지체층으로 지지체 제조예 1에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, a composite electrolyte membrane was finally prepared by using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 1 as the second support layer.

실시예 3 : 복합 전해질막의 제조Example 3: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1지지체층으로 지지체 제조예 2에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, a composite electrolyte membrane was finally prepared by using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 2 as the first support layer.

실시예 4 : 복합 전해질막의 제조Example 4: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1지지체층으로 지지체 제조예 3에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하고, 제2지지체층으로 지지체 제조예 3에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 3 as the first support layer, and using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 3 as the second support layer, finally the composite electrolyte membrane prepared.

실시예 5 : 복합 전해질막의 제조Example 5: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1지지체층으로 지지체 제조예 4에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하고, 제2지지체층으로 지지체 제조예 4에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 사용하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 4 as the first support layer, and using the PTFE porous support prepared in Support Preparation Example 4 as the second support layer, finally the composite electrolyte membrane prepared.

실시예 6 : 복합 전해질막의 제조Example 6: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제2전해질층의 형성은 전해질 용액 제조예 2에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액이 아닌 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 사용하여 형성시켰으며, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the formation of the second electrolyte layer was formed using the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1, not the perfluorine-based sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 2. , and finally a composite electrolyte membrane was prepared.

실시예 7 : 복합 전해질막의 제조Example 7: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1전해질층 및 제3전해질층의 형성은 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액이 아닌 전해질 용액 제조예 2에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 사용하여 형성시켰으며, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the formation of the first electrolyte layer and the third electrolyte layer was performed by using the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 2 instead of the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1. was used, and finally a composite electrolyte membrane was prepared.

실시예 8 : 복합 전해질막의 제조Example 8: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제2전해질층의 형성은 전해질 용액 제조예 2에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액이 아닌 전해질 용액 제조예 3에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 사용하여 형성시켰으며, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the formation of the second electrolyte layer was formed using the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 3 instead of the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 2. , and finally a composite electrolyte membrane was prepared.

실시예 9 : 복합 전해질막의 제조Example 9: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제2전해질층의 형성은 전해질 용액 제조예 2에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액이 아닌 전해질 용액 제조예 4에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액을 사용하여 형성시켰으며, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the formation of the second electrolyte layer was formed using the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 4, not the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 2, , and finally a composite electrolyte membrane was prepared.

실시예 10 : 복합 전해질막의 제조Example 10: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1전해질층의 두께를 25㎛, 제2전해질층의 두께를 20㎛, 제3전해질층의 두께를 25㎛로 형성하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the thickness of the first electrolyte layer was 25 μm, the thickness of the second electrolyte layer was 20 μm, and the thickness of the third electrolyte layer was 25 μm, and a composite electrolyte membrane was finally manufactured.

실시예 11 : 복합 전해질막의 제조Example 11: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1전해질층의 두께를 27.5㎛, 제2전해질층의 두께를 15㎛, 제3전해질층의 두께를 27.5㎛로 형성하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the thickness of the first electrolyte layer was 27.5 μm, the thickness of the second electrolyte layer was 15 μm, and the thickness of the third electrolyte layer was 27.5 μm, and a composite electrolyte membrane was finally manufactured.

실시예 12 : 복합 전해질막의 제조Example 12: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1전해질층의 두께를 22㎛, 제2전해질층의 두께를 26㎛, 제3전해질층의 두께를 22㎛로 형성하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the thickness of the first electrolyte layer was 22 μm, the thickness of the second electrolyte layer was 26 μm, and the thickness of the third electrolyte layer was 22 μm, and a composite electrolyte membrane was finally manufactured.

실시예 13 : 복합 전해질막의 제조Example 13: Preparation of composite electrolyte membrane

실시예 1과 동일한 방법으로 복합 전해질막을 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 제1전해질층의 두께를 19.5㎛, 제2전해질층의 두께를 31㎛, 제3전해질층의 두께를 19.5㎛로 형성하여, 최종적으로 복합 전해질막을 제조하였다.A composite electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, the thickness of the first electrolyte layer was 19.5 μm, the thickness of the second electrolyte layer was 31 μm, and the thickness of the third electrolyte layer was 19.5 μm, and a composite electrolyte membrane was finally manufactured.

비교예 1 : 복합 전해질막의 제조Comparative Example 1: Preparation of composite electrolyte membrane

(1) 지지체 제조예 1에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 제1지지체층으로 준비하였다.(1) Support The PTFE porous support prepared in Preparation Example 1 was prepared as a first support layer.

(2) 제1지지체층을 유리기판에 고정하고, 애플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 제1지지체층 일면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제1지지체층의 일면에 평균두께가 23.5㎛인 제1전해질층을 형성시켰다. (2) The first support layer is fixed to a glass substrate, and one surface of the first support layer is impregnated with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1 using an applicator, followed by vacuum at 80° C. A first electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm was formed on one surface of the first support layer by drying in an oven for 20 minutes.

(3) 일면에 제1전해질층이 형성된 제1지지체층 타면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제1지지체층의 타면에 평균두께가 23.5㎛인 제3전해질층을 형성시켰다. (3) After impregnating the other surface of the first support layer on which the first electrolyte layer is formed on one surface with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1, drying in a vacuum oven at 80° C. for 20 minutes to perform the first A third electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm was formed on the other surface of the support layer.

(4) 일면에 제1전해질층, 타면에 제3전해질층이 형성된 제1지지체층을 160℃에서 10분 동안 열처리하여 제1전해질층, 제1지지체층(=제조상 수축으로 인해 평균두께 5㎛로 얇아짐) 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 평균두께가 52㎛인 복합 전해질막을 제조하였다.(4) The first electrolyte layer and the first support layer having a first electrolyte layer on one surface and a third electrolyte layer on the other surface are heat-treated at 160° C. for 10 minutes for 10 minutes to form the first electrolyte layer and the first support layer (= average thickness of 5 μm due to manufacturing shrinkage) A composite electrolyte membrane having an average thickness of 52 μm in which the third electrolyte layer was sequentially stacked was prepared.

비교예 2 : 복합 전해질막의 제조Comparative Example 2: Preparation of composite electrolyte membrane

(1) 지지체 제조예 2에서 제조한 PTFE 다공성 지지체를 제2지지체층으로 준비하였다.(1) Support The PTFE porous support prepared in Preparation Example 2 was prepared as a second support layer.

(2) 제2지지체층을 유리기판에 고정하고, 애플리케이터(Film Applicator)를 이용하여 제2지지체층 일면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제1지지체층의 일면에 평균두께가 23.5㎛인 제1전해질층을 형성시켰다. (2) The second support layer is fixed to a glass substrate, and one surface of the second support layer is impregnated with the perfluorinated sulfonated ionomer solution prepared in Electrolyte Solution Preparation Example 1 using an applicator, followed by a vacuum at 80° C. A first electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm was formed on one surface of the first support layer by drying in an oven for 20 minutes.

(3) 일면에 제1전해질층이 형성된 제2지지체층 타면을 전해질 용액 제조예 1에서 제조된 과불소계 술폰화 이오노머 용액에 함침시킨 후, 80℃ 진공오븐에서 20분 동안 건조를 수행하여 제2지지체층의 타면에 평균두께가 23.5㎛인 제3전해질층을 형성시켰다. (3) After impregnating the other surface of the second support layer on which the first electrolyte layer is formed in the electrolyte solution Preparation Example 1 in the perfluorinated sulfonated ionomer solution, drying in a vacuum oven at 80° C. for 20 minutes to perform the second A third electrolyte layer having an average thickness of 23.5 μm was formed on the other surface of the support layer.

(4) 일면에 제1전해질층, 타면에 제3전해질층이 형성된 제2지지체층을 160℃에서 10분 동안 열처리하여 제1전해질층, 제2지지체층(=제조상 수축으로 인해 평균두께 5㎛로 얇아짐) 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 평균두께 52㎛인 복합 전해질막을 제조하였다.(4) The first electrolyte layer and the second support layer were heat treated at 160° C. for 10 minutes for a second support layer having a first electrolyte layer on one surface and a third electrolyte layer on the other surface (= average thickness of 5 μm due to manufacturing shrinkage) A composite electrolyte membrane having an average thickness of 52 μm in which the third electrolyte layer was sequentially stacked was prepared.

실험예 1 : 복합 전해질막의 내구성 측정 실험(=펜톤 테스트(Fenton test))Experimental Example 1: Durability measurement experiment of composite electrolyte membrane (= Fenton test)

실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합 전해질막 각각을 5㎝ⅹ5㎝(가로ⅹ세로) 크기로 시험편을 준비하고, 오븐에 80℃, 5시간 이상 건조 후 질량을 측정한다. 준비된 시험편을 2% 과산화수소에 3ppm Fe2+ 첨가하여 제조한 용액 200g에 침지한 후 80℃, 120시간 방치한다. 시험편에서 용출된 불소 이온농도는 불소이온 선택전극을 사용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다. 펜톤 테스트는 측정값이 낮을수록 불소이온 용출이 낮은 것이며, 즉, 전해질막의 내구성이 우수한 것이다.A test piece of each of the composite electrolyte membranes prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 was prepared in a size of 5 cm × 5 cm (width × length), and the mass was measured after drying in an oven at 80° C. for 5 hours or more. The prepared specimen is immersed in 200 g of a solution prepared by adding 3 ppm Fe 2+ to 2% hydrogen peroxide, and then left at 80° C. for 120 hours. The fluoride ion concentration eluted from the test piece was measured using a fluorine ion selective electrode, and the results are shown in Tables 1 to 4 below. In the Fenton test, the lower the measured value, the lower the elution of fluoride ions, that is, the superior durability of the electrolyte membrane.

실험예 2 : 복합 전해질막의 치수안정성 측정 실험Experimental Example 2: Measurement of dimensional stability of composite electrolyte membrane

실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합 전해질막 각각을 5㎝×1㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 복합 전해질막 각각을 하기 관계식 2에 의해 MD 방향(=길이 방향)과 TD 방향(=폭 방향)의 치수변화율을 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.Each of the composite electrolyte membranes prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 was cut to 5 cm × 1 cm (MD direction × TD direction), and each of the cut composite electrolyte membranes was cut in the MD direction ( = longitudinal direction) and TD direction (= width direction) were measured respectively, and the results are shown in Tables 1 to 4 below.

[관계식 2][Relational Expression 2]

Figure 112021040638772-pat00025
Figure 112021040638772-pat00025

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.

치수변화율 실험은 측정값이 낮을수록 치수안정성이 높은 것이며, 즉, 전해질막의 기계적 물성이 우수한 것이다.In the dimensional change rate experiment, the lower the measured value, the higher the dimensional stability, that is, the better the mechanical properties of the electrolyte membrane.

실험예 3 : 복합 전해질막의 산소투과도 측정 실험(GTR ; cmExperimental Example 3: Oxygen permeability measurement experiment of composite electrolyte membrane (GTR; cm 33 /m/m 22 ·24h·0.1MPa)·24h·0.1MPa)

실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합 전해질막 각각을 샘플 커터를 이용하여 φ97mm로 제단하고, 제단한 복합 전해질막 각각을 측정챔버에 로딩 후에 5시간 동안 진공처리 후, ASTM D 1434 규정에 의해 복합 전해질막의 산소투과도(GTR ; cm3/m2 ·24h·0.1MPa)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.Each of the composite electrolyte membranes prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 was cut to φ 97 mm using a sample cutter, and each of the cut composite electrolyte membranes was loaded into a measurement chamber and vacuum treated for 5 hours, followed by ASTM D The oxygen permeability (GTR ; cm 3 /m 2 · 24h · 0.1MPa) of the composite electrolyte membrane was measured according to the 1434 regulations, and the results are shown in Tables 1 to 4 below.

실험예 4 : 복합 전해질막의 수소투과도 측정 실험(ppm)Experimental Example 4: Hydrogen permeability measurement experiment of composite electrolyte membrane (ppm)

실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합 전해질막 각각을 8㎝×8㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 복합 전해질막 각각을 포함하는 도 2와 같은 막-전극 접합체를 제조하였다. 그 후, 도 2와 같은 막-전극 접합체를 포함하는 단일전지를 제조하고, 온도 90℃, RH 30% 조건에서 Mass(HIDEN, QGA) 장비를 이용하여 단일전지의 수소투과도(ppm)을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.Each of the composite electrolyte membranes prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 was cut to 8 cm × 8 cm (MD direction × TD direction), and the membrane as shown in FIG. 2 including each of the cut composite electrolyte membranes- An electrode assembly was prepared. After that, a single cell including a membrane-electrode assembly as shown in FIG. 2 was prepared, and the hydrogen permeability (ppm) of the single cell was measured using Mass (HIDEN, QGA) equipment at a temperature of 90° C. and RH of 30%. , the results are shown in Tables 1 to 4 below.

실험예 5 : 복합 전해질막의 성능 측정 실험Experimental Example 5: Performance measurement experiment of composite electrolyte membrane

실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 2에서 제조된 복합 전해질막 각각을 8㎝×8㎝(MD 방향×TD 방향)로 제단하고, 제단한 복합 전해질막 각각을 포함하는 도 2와 같은 막-전극 접합체를 제조하였다. 이 후, 온도 65℃, RH 100% 조건으로 1A의 전류에서 측정되는 전압(V)을 측정하여 성능을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1 ~ 4에 나타내었다.Each of the composite electrolyte membranes prepared in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 2 was cut to 8 cm × 8 cm (MD direction × TD direction), and the membrane as shown in FIG. 2 including each of the cut composite electrolyte membranes- An electrode assembly was prepared. Thereafter, the performance was calculated by measuring the voltage (V) measured at a current of 1A under the conditions of a temperature of 65° C. and a RH of 100%, and the results are shown in Tables 1 to 4 below.

Figure 112021040638772-pat00026
Figure 112021040638772-pat00026

표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 복합 전해질막은 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 낮고, 성능 또한 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it can be seen that the composite electrolyte membrane prepared in Example 1 has excellent durability and dimensional stability, as well as low gas permeability of oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), etc., and excellent performance. there was.

Figure 112021040638772-pat00027
Figure 112021040638772-pat00027

표 2에 기재된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 복합 전해질막은 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 낮고, 성능 또한 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, it can be seen that the composite electrolyte membrane prepared in Example 1 has excellent durability and dimensional stability, as well as low gas permeability of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ), and excellent performance. there was.

Figure 112021040638772-pat00028
Figure 112021040638772-pat00028

표 3에 기재된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 복합 전해질막은 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 낮고, 성능 또한 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3, it can be seen that the composite electrolyte membrane prepared in Example 1 has excellent durability and dimensional stability, as well as low gas permeability such as oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ), and excellent performance. there was.

Figure 112021040638772-pat00029
Figure 112021040638772-pat00029

표 4에 기재된 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 복합 전해질막은 내구성 및 치수안정성이 우수할 뿐만 아니라, 산소(O2), 수소(H2) 등의 가스투과도가 낮고, 성능 또한 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 4, it can be seen that the composite electrolyte membrane prepared in Example 1 has excellent durability and dimensional stability, as well as low gas permeability of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ), and excellent performance. there was.

본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

1 : 애노드 전극 기재
2 : 애노드 촉매층
3 : 애노드 기체확산층
4 : 캐소드 기체확산층
5 : 캐소드 촉매층
6 : 캐소드 전극 기재
11 : 제1지지체층
12 : 제2지지체층
13 : 제3지지체층
14 : 제4지지체층
21 : 제1전해질층
22 : 제2전해질층
23 : 제3전해질층
24 : 제4전해질층
25 : 제5전해질층
100 : 복합 전해질막
200 : 애노드
300 : 캐소드
1: Anode electrode substrate
2: anode catalyst layer
3: anode gas diffusion layer
4: cathode gas diffusion layer
5: Cathode catalyst layer
6: cathode electrode substrate
11: first support layer
12: second support layer
13: third support layer
14: fourth support layer
21: first electrolyte layer
22: second electrolyte layer
23: third electrolyte layer
24: fourth electrolyte layer
25: fifth electrolyte layer
100: composite electrolyte membrane
200: anode
300: cathode

Claims (10)

제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 복합 전해질막으로,
제1지지체층 및 제2지지체층 각각은 PTFE 다공성 지지체를 포함하고,
상기 제1지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 3% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하이고,
상기 제2지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 3% 이하이며,
상기 복합 전해질막은 하기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
[관계식 1]
Figure 112021119456418-pat00037

상기 관계식 1에 있어서, A는 PTFE 다공성 지지체의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 PTFE 다공성 지지체를 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타내며,
[관계식 2]
Figure 112021119456418-pat00030

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.
A composite electrolyte membrane in which a first electrolyte layer, a first support layer, a second electrolyte layer, a second support layer, and a third electrolyte layer are sequentially stacked,
Each of the first support layer and the second support layer comprises a PTFE porous support,
The PTFE porous support of the first support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 3% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 10% or less, measured by the following Relational Equation 1,
The PTFE porous support of the second support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 3% or less, measured by the following Relational Equation 1,
The composite electrolyte membrane has a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 10% or less as measured by the following relational formula (2).
[Relational Expression 1]
Figure 112021119456418-pat00037

In Relation 1, A represents the initial length of the PTFE porous support, B represents the length measured after the PTFE porous support was left at a temperature of 80° C. for 20 minutes,
[Relational Expression 2]
Figure 112021119456418-pat00030

In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질막은 상기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 0 ~ 3%, TD 방향의 치수변화율이 0 ~ 3%인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
According to claim 1,
The composite electrolyte membrane has a dimensional change rate in the MD direction of 0 to 3% and a dimensional change rate in the TD direction of 0 to 3% as measured by Relational Equation 2 above.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 상기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 0.5 ~ 2.5%, TD 방향의 치수변화율이 3.5% ~ 7.5%이고,
상기 제2지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 상기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 3.5 ~ 7.5%, TD 방향의 치수변화율이 0.5% ~ 2.5% 인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
According to claim 1,
The PTFE porous support of the first support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 0.5 to 2.5%, and a dimensional change rate in the TD direction of 3.5% to 7.5%, measured by Equation 1 above,
The PTFE porous support of the second support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 3.5 to 7.5%, and a dimensional change rate in the TD direction of 0.5% to 2.5%, as measured by Equation 1 above.
제2항에 있어서,
상기 복합 전해질막은 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)용 또는 수전해(water electrolysis)용인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
3. The method of claim 2,
The composite electrolyte membrane is a composite electrolyte membrane, characterized in that it is for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) or for water electrolysis.
제1항에 있어서,
상기 복합 전해질막은 상기 제3전해질층 일면에 형성된 제3지지체층; 및 상기 제3지지체층 일면에 형성된 제4전해질층; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
According to claim 1,
The composite electrolyte membrane may include a third support layer formed on one surface of the third electrolyte layer; and a fourth electrolyte layer formed on one surface of the third support layer; A composite electrolyte membrane further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1전해질층 및 제3전해질층 각각은 -SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 700 ~ 1200이고,
상기 제2전해질층은 SO3H기의 당량(EW : equivalent weight)이 900 이하인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
According to claim 1,
Each of the first electrolyte layer and the third electrolyte layer has an equivalent weight of -SO 3 H group (EW: equivalent weight) of 700 to 1200,
The second electrolyte layer is a composite electrolyte membrane, characterized in that the equivalent weight of the SO 3 H group (EW: equivalent weight) is 900 or less.
제1항에 있어서,
상기 제1전해질층, 제2전해질층 및 제3전해질층 각각은 과불소계 술폰화 이오노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 전해질막.
According to claim 1,
Each of the first electrolyte layer, the second electrolyte layer, and the third electrolyte layer comprises a perfluorinated sulfonated ionomer.
제1지지체층 및 제2지지체층을 각각 준비하는 제1단계;
상기 제1지지체층 일면에 제1전해질층을 형성시키고, 상기 제2지지체층 일면에 제3전해질층을 형성시키는 제2단계;
상기 제1지지체층 타면에 제2전해질층을 형성시키는 제3단계; 및
상기 제2지지체층 타면에 상기 제2전해질층을 적층시키고, 열처리하여 제1전해질층, 제1지지체층, 제2전해질층, 제2지지체층 및 제3전해질층이 순차적으로 적층된 복합 전해질막을 제조하는 제4단계; 를 포함하며,
제1지지체층 및 제2지지체층 각각은 PTFE 다공성 지지체를 포함하고,
상기 제1지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 3% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하이고,
상기 제2지지체층의 PTFE 다공성 지지체는 하기 관계식 1에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 3% 이하이며,
상기 복합 전해질막은 하기 관계식 2에 의해 측정된 MD 방향의 치수변화율이 10% 이하, TD 방향의 치수변화율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 복합 전해질막의 제조방법.
[관계식 1]
Figure 112021119456418-pat00038

상기 관계식 1에 있어서, A는 PTFE 다공성 지지체의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 PTFE 다공성 지지체를 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타내며,
[관계식 2]
Figure 112021119456418-pat00039

상기 관계식 2에 있어서, A는 복합 전해질막의 초기 길이를 나타내고, B는 상기 복합 전해질막을 80℃의 온도에서 20분동안 방치한 후에 측정한 길이를 나타낸다.
A first step of preparing each of the first support layer and the second support layer;
a second step of forming a first electrolyte layer on one surface of the first support layer and forming a third electrolyte layer on one surface of the second support layer;
a third step of forming a second electrolyte layer on the other surface of the first support layer; and
A composite electrolyte membrane in which the second electrolyte layer is laminated on the other surface of the second support layer and heat treated to sequentially stack the first electrolyte layer, the first support layer, the second electrolyte layer, the second support layer, and the third electrolyte layer a fourth step of manufacturing; includes,
Each of the first support layer and the second support layer comprises a PTFE porous support,
The PTFE porous support of the first support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 3% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 10% or less, measured by the following Relational Equation 1,
The PTFE porous support of the second support layer has a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 3% or less, measured by the following Relational Equation 1,
The method of manufacturing a composite electrolyte membrane, characterized in that the composite electrolyte membrane has a dimensional change rate in the MD direction of 10% or less and a dimensional change rate in the TD direction of 10% or less, as measured by the following relational equation (2).
[Relational Expression 1]
Figure 112021119456418-pat00038

In Relation 1, A represents the initial length of the PTFE porous support, B represents the length measured after the PTFE porous support was left at a temperature of 80° C. for 20 minutes,
[Relational Expression 2]
Figure 112021119456418-pat00039

In Relation 2, A represents the initial length of the composite electrolyte membrane, and B represents the length measured after leaving the composite electrolyte membrane at a temperature of 80° C. for 20 minutes.
애노드(산화전극); 제1항의 복합 전해질막; 및 캐소드(환원전극); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 막-전극 접합체.anode (oxidation electrode); The composite electrolyte membrane of claim 1; and a cathode (reducing electrode); A membrane-electrode assembly comprising a.
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