KR102353423B1 - 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법에 관한것으로서,
- 기판(1)을 제 1 촉매 분산액(2)으로 코팅하여 이를 통해 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 얻는 단계;
- 멤브레인의 제 2 면(4b)에 지지 필름(6)을 제공하는 단계;
- 멤브레인의 제 1 면(4a)을 제 2 촉매 분산액(7)으로 코팅하고, 이를 통해 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 획득하는 단계;
- 제 1 촉매 분산액(2)을 건조시켜 이를 통해 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 획득하거나 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 건조시켜 이를 통해 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 획득하는 단계;
- 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)에 적층하거나 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 제 2 촉매로 코팅 멤브레인의 제 1 면에 적층하여 제 1 촉매 및 제 2 촉매를 중첩되도록 하고, 이를 통해 제 1 촉매층(11)을 구비하는 멤브레인(4)을 포함하는 라미네이트(9)를 형성하는 단계;
- 상기 라미네이트(9)를 건조시키는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b)으로부터 상기 지지 필름(6)을 제거하는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b) 상에 제 3 촉매 분산액(12)을 코팅하는 단계;
- 상기 제 3 촉매 분산액(12)을 건조시켜, 이를 통해 상기 멤브레인(4) 상에 제 2 촉매층(13)을 획득하는 단계; 및
- 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)으로부터 기판(1)을 제거하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법이다.
- 기판(1)을 제 1 촉매 분산액(2)으로 코팅하여 이를 통해 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 얻는 단계;
- 멤브레인의 제 2 면(4b)에 지지 필름(6)을 제공하는 단계;
- 멤브레인의 제 1 면(4a)을 제 2 촉매 분산액(7)으로 코팅하고, 이를 통해 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 획득하는 단계;
- 제 1 촉매 분산액(2)을 건조시켜 이를 통해 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 획득하거나 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 건조시켜 이를 통해 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 획득하는 단계;
- 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)에 적층하거나 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 제 2 촉매로 코팅 멤브레인의 제 1 면에 적층하여 제 1 촉매 및 제 2 촉매를 중첩되도록 하고, 이를 통해 제 1 촉매층(11)을 구비하는 멤브레인(4)을 포함하는 라미네이트(9)를 형성하는 단계;
- 상기 라미네이트(9)를 건조시키는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b)으로부터 상기 지지 필름(6)을 제거하는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b) 상에 제 3 촉매 분산액(12)을 코팅하는 단계;
- 상기 제 3 촉매 분산액(12)을 건조시켜, 이를 통해 상기 멤브레인(4) 상에 제 2 촉매층(13)을 획득하는 단계; 및
- 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)으로부터 기판(1)을 제거하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법이다.
Description
본 발명은 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법 및 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치에 관한 것이다.
촉매 코팅 멤브레인은 멤브레인 전극 어셈블리의 형태로 연료 전지에 사용된다. 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)는 애노드 가스 확산층(A-GDL), 애노드 촉매층 (A-cl), 폴리머 전해질 멤브레인, 캐소드 촉매층(C-Cl) 및 캐소드 가스 확산층 (C-GDL)이 이 순서로 적층되어있다. 높은 촉매 활성을 달성하기 위해서는 촉매층이 높은 표면적 및 전해질 멤브레인에 대한 양호한 접촉을 갖는 것이 필수적이다. 멤브레인 전극 어셈블리의 제조에서, 촉매층은 먼저 가스 확산층 상에 제공되고, 이어서 멤브레인에 고온 가압된다. 이 방법은 습윤 단계에서 다공성 확산층과 혼합될 때 촉매가 단점을 갖는다. 촉매 코팅 멤브레인을 형성하기 위한 또 다른 접근법에서, 촉매층은 불활성 임시 기판상에 형성되고, 이어서 폴리머 전해질 멤브레인으로 전달된다. 이러한 공정은 추가 임시 기판들을 필요로 하므로 공정 비용이 증가한다. 또한, 이러한 공정은 복잡하고 시간이 많이 걸린다. 추가의 접근법에서, 촉매 코팅 멤브레인은 멤브레인 상에 촉매 분산액을 직접 코팅함으로써 제조된다. 멤브레인은 특히 두께가 얇은 멤브레인을 사용할 때 멤브레인의 제어되지 않은 치수 변화를 초래하는 프리 스탠딩(free-standing)일 수 있다.
미국 특허 출원 US2002/0064593A1은 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)를 제조하기 위한 연속 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정을 기재하고있다. 제 1 촉매 잉크는 제 2 면이 배면 필름(backing film)에 고정된 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면에 직접 코팅되고 가스 확산층(GDL)은 스틸 습윤(still moist) 제 1 촉매층 상에 직접 도포된다. 마지막으로, 복합체는 오븐에서 건조된다. 배면 필름을 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면으로부터 제거한 후, 제 2 촉매 잉크는 여전히 복합체에 의해 지지되고 최종적으로 건조된 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면에 직접 코팅된다. 이 특허 출원에서 다른 방식으로, 제 1 촉매 잉크는 제 1 GDL 상에 직접 코팅되고, 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면은 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면이 촉매 잉크의 배면 필름 상에 고정된 스틸 습윤 촉매 잉크층 상에 직접 도포된다. 제 2 촉매 잉크는 제 2 GDL 상에 직접 코팅되고, 폴리머 전해질 멤브레인의 배면 필름을 제거한 후에 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면은 제 2 스틸 습윤 촉매 잉크층과 접촉하게 된다. 실시예에서, 30㎛의 폴리머 전해질 멤브레인 두께만이 기재되고 더 얇은 폴리머 전해질 멤브레인(예를 들어, 10-20㎛)의 두께는 기재되지 않는다. 미국 특허 출원 US2002/0064593A1의 공정에서는, 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)만이 얻어질 수 있고 림(rim) 물질의 CCM으로의 도포가 필요할 때 필요한 촉매 코팅 멤브레인(CCM)은 얻어질 수 없다.
특허 출원 EP1261058A2는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)의 제조 방법을 기재하고 있다. 이 방법은 애노드 및 캐소드 전극용 가스 확산층 모두가 촉매 잉크로 코팅된 연속 롤-투-롤 공정을 전혀 포함하지 않고, 최종적으로 이들 코팅된 가스 확산층은 폴리머 전해질 멤브레인의 양면에 전극의 스틸 습윤 상태로 놓인다. 마지막으로,이 복합체는 오븐에서 건조된다. 실시예에서, 50㎛의 폴리머 전해질 멤브레인의 두께만이 기재되고 더 얇은 폴리머 전해질 멤브레인들(예를 들어, 10-20㎛)의 두께는 기재되지 않는다. 특허 출원 EP1261058A2의 방법으로는, 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)만이 얻어질 수 있고 림(rim) 물질의 CCM으로의 도포가 필요할 때 필요한 촉매 코팅 멤브레인(CCM)은 얻어질 수 없다.
본 발명의 목적은 상술된 문제점들을 극복한 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 특히, 주름의 형성뿐 아니라 촉매층에 크랙이 발생하는 등의 멤브레인의 치수 변화를 억제할 수 있는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 요지이며, 이는 첨단 기술을 요구하지 않고도 쉽게 수행될 수 있다. 본 발명 기저의 또 다른 목적은 고품질 촉매 코팅 멤브레인을 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 제 1 항에 기재된 촉매 피복 멤브레인의 제조 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 방법에 의하면, 후속 적층 단계에서 접합되는 2 개의 부분 촉매층으로 이루어지는 제 1 촉매층을 제조하는 것이 필수적이다. 적층 중에 2 개의 부분 촉매층 사이에 충분한 접착을 달성하기 위해, 2 개의 부분 촉매층 중 하나가 비-건조 단계에 있어야한다.
본 발명의 방법의 제 1 양태에서, 상기 방법은 기판을 제 1 촉매 분산액으로 코팅하는 제 1 단계를 구비한다. "촉매 잉크"라 불릴 수도 있는 제 1 촉매 분산액은 적어도 촉매 활성 입자, 이오노머 및 용매를 포함한다. 점도 보정제 등과 같은 다른 기능성 첨가제가 첨가될 수 있다. 후속 단계에서, 제 1 촉매로 코팅된 기판을 획득하기 위해 기판상에 제공된 제 1 촉매 분산액의 건조가 수행될 수 있다. 별도로, 멤브레인의 제 2 면에 지지 필름을 제공하는 단계가 수행된다. 이는 예를 들어 멤브레인의 제 2 면 상에 지지 필름을 적층함으로 완성될 수 있다.
대안으로, 이미 지지 필름이 제공된 멤브레인을 사용하는 것 또한 가능하다.
멤브레인은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리머 전해질 멤브레인과 같이 이온 활성 멤브레인과 같은 임의의 적절한 종류의 멤브레인일 수있다. 지지 필름이 멤브레인의 제 2 면에 도포된 후, 멤브레인의 제 1 면을 제 2 촉매 분산액으로 코팅하는 코팅 단계가 수행된다. 이를 통해 멤브레인의 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면이 얻어진다. 제 1 촉매 분산액과 마찬가지로, 제 2 촉매 분산액은 적어도 촉매 활성 입자, 이오노머 및 용매를 포함한다. 점도 보정제 등과 같은 다른 기능성 첨가제가 첨가될 수 있다. 멤브레인 상에 제 2 촉매 분산액을 직접 코팅하는 이 단계 동안, 지지 필름은 멤브레인을 안정화시키고 멤브레인의 탈락을 방지하여 멤브레인의 제어되지 않은 치수 변화가, 특히 웹 인장 하에서 방지된다.
다음 단계에서, 멤브레인의 제 1 촉매로 코팅된 기판 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면은, 제 1 촉매로 코팅된 기판의 제 1 촉매 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면의 제 2 촉매가 중첩되도록 적층된다.
본 발명의 방법에 따른 제 1 양태에서, 후술하는 후속 적층 단계에서 제 1 촉매와 제 2 촉매 사이에 요구되는 접착을 달성하기 위해, 적층 단계 동안 멤브레인의 제 1 면에 직접 코팅된 제 2 촉매 분산액은 습윤 상태 즉, 건조되지 않아야 하는 반면, 기판상에 제공된 제 1 촉매 분산액은 건조 상태에 있는 것이 필수적이다.
본 발명의 방법에 따른 제 2 양태에 따르면, 방법은 상기한 바와 같이 제 1 촉매 분산액으로 기판을 코팅하는 제 1 단계를 구비한다. 본 발명의 방법의 제 1 양태와는 대조적으로, 기판상에 제공된 제 1 촉매 분산액은 건조되지 않고, 이를 통해 제 1 촉매 분산액이 비-건조 상태인 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판이 획득된다.
다시, 별도로, 멤브레인의 제 2 면에 지지 필름을 제공하는 단계가 수행된다. 이는 예를 들어 멤브레인의 제 2 면 상에 지지 필름을 적층함으로써 행해질 수 있다. 대안으로, 이미 지지 필름이 제공된 멤브레인을 사용하는 것 또한 가능하다.
멤브레인은 위에서 설명한 것과 동일하다. 지지 필름이 멤브레인의 제 2 면에 도포된 후, 멤브레인의 제 1 면을 제 2 촉매 분산액으로 코팅하는 코팅 단계가 수행된다. 이를 통해 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인 제 1 면이 획득된다. 이 단계는 본 발명의 제 1 양태의 각 단계와 동일하고, 동일한 유리한 효과가 획득된다. 후속하여, 멤브레인의 제 1 면 상에 제공된 제 2 촉매 분산액을 건조시키는 건조 단계가 수행되어 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면이 획득된다.
따라서, 상기 기술된 본 발명의 방법의 제 1 양태에서, 기판상에 제공된 제 1 촉매 분산액층이 건조 상태에 있는 반면, 본 발명의 방법의 제 2 태양에서, 멤브레인의 제 1 면 상에 제공된 제 2 촉매 분산액층이 건조된 상태에 있다. 각각의 다른 촉매층은 비-건조 상태이므로 다음의 적층 단계가 쉽게 수행될 수 있다:
적층 단계에서, 제 1 촉매층의 제 1 촉매와 제 2 촉매층의 제 2 촉매가 중첩되도록, 멤브레인의 제 1 촉매로 코팅된 기판(건조 상태) 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(비-건조 상태), 또는 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(비-건조 상태) 및 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(건조 상태) 중 어느 하나가 적층된다.
두 경우 모두 촉매 분산액층 중 하나는 비-건조 상태, 즉 습윤 상태에 있기 때문에, 형성될 제 1 촉매층의 2 개의 부분 촉매층 사이의 높은 접착력이 달성되고, 제 1 촉매층을 구비하는 멤브레인을 포함하는 라미네이트(laminate)가 형성된다. 또한 기판이 존재하고 제 1 촉매층이 기판과 멤브레인 사이에 형성된다. 후속적으로, 라미네이트는 건조된다.
다음 단계에 의해 제 2 촉매층이 멤브레인의 제 2 면 상에 형성된다. 먼저,지지 필름이 멤브레인의 제 2 면으로부터 제거된다. 이는 지지 필름이 여전히 라미네이트의 최외곽 층 중 하나이기 때문에 쉽게 수행될 수 있다. 지지 필름을 제거한 후, 멤브레인의 제 2 면은 제 3 촉매 분산액으로 직접 코팅된다. 제 3 촉매 분산액은 적어도 촉매 활성 입자, 이오노머 및 용매를 포함한다. 점도 보정제 등과 같은 다른 기능성 첨가제가 첨가될 수 있다. 제 3 촉매 분산액을 건조시키는 후속 단계 후에, 제 2 촉매층이 멤브레인 상에 형성된다.
마지막 단계에서, 제 1 단계에서 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판을 라미네이트로부터 제거한다. 이에 따라, 제 1 촉매층 - 멤브레인 - 제 2 촉매층 순서로 된 층을 함유하는 촉매 코팅 멤브레인이 형성되고, 상기 제 1 촉매 층은 제 1 촉매 분산액 및 제 2 촉매 분산액으로 형성된다.
본 발명의 방법은 멤브레인 상의 치수 변화에 비추어 가장 중요한 단계인 멤브레인상의 촉매 분산액을 코팅하는 각 코팅 단계 중에 멤브레인이 항상 안정화 층에 의해 지지된다는 이점을 갖는다. 즉, 제 2 촉매 분산액을 직접 코팅할 때, 멤브레인은 지지 필름에 의해 지지된다. 제 3 촉매 분산액을 멤브레인 상에 코팅할 때, 멤브레인은 제 1 촉매로 코팅된 기판을 포함하는 제 1 촉매층 및 제 2 촉매 분산액의 층을 포함하는 층에 의해 지지된다. 따라서, 멤브레인의 안정화로 인해 주름이나 구김 등의 치수 변화가 방지된다. 또한, 본 발명의 방법은 촉매층에 균열이 형성되는 것을 방지하고 균질성이 우수한 촉매 코팅 멤브레인을 제조할 수 있어 우수한 성능을 보장할 수 있는 고품질의 제품을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법은 짧은 공정 시간에 첨단 기술을 사용하지 않고도 용이하게 수행될 수 있다. 제조된 촉매 코팅 멤브레인은 대표적으로 멤브레인 전극 어셈블리에 사용될 수 있다.
하위 청구항은 본 발명의 유리한 실시예를 함유한다.
본 발명의 방법의 일 실시예에 따르면, 기판은 다공성이다. DIN 66134 (공개 일 : 1998년 2월)의 N2 흡착 BJH 방법을 사용하여 측정된 다공성은 바람직하게는 20 내지 90 %, 더 바람직하게는 40 내지 70 % 범위이다.
더욱 바람직하게는, 기판의 평균 기공(pore) 크기는 30nm 내지 300nm의 범위이다. 따라서, 기판상에 제공된 제 1 촉매 분산액의 건조는 높은 비율로 용이하고 균일하게 수행될 수 있다. 평균 기공 크기는 DIN 66134의 N2 흡착 BJH 방법 (공개 일자 : 1998년 2월)을 사용하여 결정될 수 있다.
제 1 촉매 분산액이 코팅되는 기판은 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 기판은 다공성 세라믹 기판 및 그 복합체, 확장해서는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이 폴리머 재료는 우수한 프라이밍(priming) 특성을 제공한다.
추가적인 실시예에 따르면, 기판은 표면 처리된다. 기판을 표면 처리함으로써, 코팅 및 방출 특성이 개선될 수 있다. 바람직하게는, 플라즈마 처리 또는 실리콘 코팅이 수행된다.
더욱 유리하게는, 제 1 촉매 분산액으로 기판을 코팅하는 것은 바람직하게는 예를 들어, 닥터 블레이드(doctor blade), 슬롯 다이(slot die), 커튼 코팅(curtain coating), 또는 로터리 시브 프린팅(rotary sieve printing)을 사용하여 수행될 수 있다. 이와 함께, 매끄러운 표면을 보장하여 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 대한 제 1 촉매로 코팅된 기판의 적층을 개선시키는 균일한 코팅층이 도포될 수 있다. 또한, 촉매층의 균열과 같은 결함은 방지될 수 있다.
기판 상에 제 1 촉매 분산액을 적용하는 것은 추가 공정 전에 제 1 촉매로 코팅된 기판을 저장할 수 있게 한다. 바람직하게는, 제 1 촉매로 코팅된 기판은 보관을 위해 압연된다. 제 1 촉매로 코팅된 기판을 롤러 상에서 압연함으로써, 코팅 기판의 취급이 용이해질 수 있다.
각각의 촉매 분산액의 촉매의 농도는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 촉매 분산액 내의 제 1 촉매 및 제 2 촉매 분산액 내의 제 2 촉매의 총량은 제 1 촉매층에 제공되어야하는 총 촉매 적재량에 상응하도록 선택된다. 촉매의 농도는 동일하거나 상이할 수 있다. 제 1 및 제 2 촉매 분산액에서 상이한 농도의 촉매를 사용함으로써, 농도 기울기가 제 1 촉매층에 도입될 수 있다.
멤브레인의 주름 및 건조된 제 1 촉매층에서의 균열을 보다 쉽게 방지하기 위해, 코팅될 멤브레인의 제 1 면의 단위 면적당 제 2 촉매 분산액의 용매의 총 최대량은 4g/m2 내지 21g/m2 및/또는 제 2 촉매 분산액의 용매 대 멤브레인의 질량비는 각 0.14g/g 내지 0.21g/g이다.
우수한 코팅 및 이형 특성에 따라, 지지 필름은 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
멤브레인은 지지 필름 상에 멤브레인의 제 2 면을 지지함으로써 멤브레인을 처리할 때 프리-스탠딩 멤브레인일 수 있다. 그러나, 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 멤브레인은 멤브레인을 안정화시키기 위해 멤브레인의 제 1 면 상에 커버층을 포함한다. 또한, 이러한 커버층은 저장 및 취급 중에 멤브레인이 더러워지는 것을 방지한다. 멤브레인이 커버층으로 덮여있을 때, 멤브레인의 제 1 면을 제 2 촉매 분산액으로 코팅하기 전에, 커버층은 제거된다.
제 1 촉매로 코팅된 기판과 제 2 촉매 분산액 사이의 평탄성(flatness) 및 접착력을 향상시키기 위해, 제 1 촉매로 코팅된 기판을 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하는 적층 단계 또는 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판을 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하는 적층 단계는 바람직하게는 캘린더링(calendering) 단계를 포함한다.
더욱 유리하게는, 상기 방법은 기판을 제거하기 전에 제 2 촉매층의 표면 상에 캐리어 필름을 지지하는 단계를 구비한다. 이러한 캐리어 필름은 특히 저장 또는 운송 중일 때 오염을 방지하고 제 1 촉매층 및 제 2 촉매층을 보호한다. 특히, 제 2 촉매 분산액으로 제 1 면 상에 코팅되고 제 3 촉매 분산액으로 제 2 면 상에 코팅된 멤브레인을 제조하거나, 상기 멤브레인이 저장 또는 수송을 위해 압연될 때, 제 2 및 제 3 촉매 분산액(또는 촉매 분산액의 건조가 행해지는 경우는 촉매층)은 서로 접촉하지 않는다.
본 발명의 방법을 적용함으로써 얻어지는 효과를 설명하기 위한 다음의 실시예 및 비교예가 다음과 같이 제공된다.
예 1
하기 조성을 갖는 애노드 및 캐소드 전극용 촉매 잉크는 본 발명의 방법에 따라 촉매 코팅 멤브레인(CCM)을 제조하는데 사용된다:
10.0g Pt-지지 촉매(흑연화 벌컨(graphitized Vulcun) XC72 상에 20 중량% Pt)
28.6g 상업용 Nafion® 분산액 D-2020
26.0g 물(완전 탈이온화)
35.4g 1-프로판올(propanol)
본 발명에 따른 제 1 단계에서, 50,25g/㎡ 양의 습윤 전극층을 도포함으로써 다공성 폴리프로필렌 기판은 촉매 잉크로 코팅되고, 도포된 습윤 전극층은 용매를 제거하도록 마지막으로 오븐에서 건조된다.
다음 단계에서, 제 2 면 상에 지지-호일(support poil)을 함유하는 지지된 퍼플루오로술폰산(perfluorosulfonic acid PFSA) 폴리머 전해질 멤브레인 25,13g/m2의 양의 습윤 전극층을 도포함으로써 제 1 면 상에 촉매 잉크로 직접 코팅된다. 지지체가 없는 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 두께는 15㎛이다. 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 또한 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면을 코팅하기 전에 먼저 제거되어야하는 커버 호일(cover foil)을 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면에 함유할 수 있다.
지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면을 코팅한 후에, 건조 및 습윤 전극층이 겹쳐지는 방식으로 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 스틸 습윤 전극층 상에 다공성 폴리프로필렌 기판에 이미 건조된 전극층(Pt-하중 0.10mgPt/cm2)을 직접 도포한다. 다음 단계에서,이 복합체(라미네이트)는 습윤 전극의 용매를 제거하도록 오븐에서 건조된다. 건조 후, 복합체는 총 0.15mgPt/cm2의 Pt-하중인 건조된 전극층을 함유한다.
다음 단계에서, 복합체의 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 지지 호일은 제거되고 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면은 25,13g/㎡의 양의 습윤 전극층을 도포함으로써 촉매 잉크로 직접 코팅된다. 복합체는 습윤 전극층의 용매를 제거하도록 오븐에서 마지막으로 건조된다.
추가 공정에서, 프로세스 호일(process foil)은 이미 건조된 제 2 전극층(0,55mg/cm2의 Pt 하중) 위에 직접 적층된다.
다음 단계에서, 복합체의 다공성 폴리프로필렌 기판이 제 1 전극층으로부터 제거되고, 마지막으로 프로세스 호일상의 촉매 코팅 멤브레인(CCM)이 획득된다.
예 2
하기 조성을 갖는 애노드 및 캐소드 전극용 촉매 잉크는 본 발명의 방법에 따라 촉매 코팅 멤브레인(CCM)을 제조하는데 사용된다:
10.0g Pt- 지지 촉매 (흑연화 벌컨 XC72 상에 20 중량% Pt)
28.6g 상업용 Nafion® 분산액 D-2020
26.0g 물(완전 탈이온화)
35.4g 1-프로판올
본 발명에 따른 제 1 단계에서, 25.13g/m2의 양의 습윤 전극층을 도포함으로써 다공성 폴리프로필렌 기판에 촉매 잉크를 코팅한다. 그것의 제 2 면 상에 지지 된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 복합체를 형성하도록 그것의 제 1 면이 다공성 폴리프로필렌 기판의 스틸 습윤 전극층 상에 도포된다. 지지 호일이 없는 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 두께는 15μm이다. 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인을 도포하기 전에 먼저 제거되어야하는 커버 호일을 제 1 면에 함유하는 것이 가능하다. 복합체는 습윤 전극층의 용매를 제거하도록 오븐에서 마지막으로 건조된다.
다음 단계에서, 복합체의 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 지지 호일은 제거되고 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면은 75,34g/m2의 양의 습윤 전극층을 도포함으로써 촉매 잉크로 직접 코팅된다. 복합체는 습윤 전극층의 용매를 제거하도록 오븐에서 마지막으로 건조된다.
추가의 단계에서, 프로세스 호일은 복합체의 이미 건조된 제 2 전극층 상에 직접 적층된다.
다음 단계에서, 복합체의 다공성 폴리프로필렌 기판이 제 1 전극층으로부터 제거되고, 마지막으로 프로세스 호일상의 촉매 코팅 멤브레인(CCM)이 획득된다.
비교예 1
실시예 1 및 2와 비교하여 동일한 조성의 애노드 및 캐소드 전극용 촉매 잉크가, 전극층에서 균열을 일으키고 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인이 그것의 지지-호일로부터 주름/분리를 일으킬 수 있는 비교예에 따라 사용된다:
10.0g Pt-지지 촉매 (흑연 화 벌컨 XC72 상에 20 중량% Pt)
28.6g 상업용 Nafion® 분산액 D-2020
26.0g 물(완전 탈이온화)
35.4g 1-프로판올
비교 공정에 따른 제 1 단계에서, 제 2 면 상에 지지 포일을 함유하는 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 30.2g/m2의 양을 도포함으로써 제 1 면에 촉매 잉크로 코팅된다. 다른 시험에서 125.6g/m2의 양의 촉매 잉크가 동일한 방식으로 도포된다. 지지 호일이 없는 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 두께는 15μm이다. 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면 상의 기존의 커버 호일의 경우, 이 커버 호일은 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면을 코팅하기 전에 먼저 제거되어야한다. 습윤 전극층을 건조시키기 전에, 지지 호일로부터 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 분리가 촉매 잉크의 30.2g/m2 및 125.6g/m2의 양 모두에 대해 즉시 일어나고, 따라서 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 주름이 형성된다. 마지막으로, 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면 상의 습윤 전극층은 용매를 제거하도록 오븐에서 건조된다. 건조 후, 30.2g/m2 촉매 잉크로부터 얻어진 전극층뿐만 아니라 125.6g/m2 촉매 잉크로부터 얻어진 건조된 전극층도 균열을 보인다. PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 주름은 건조 후에도 남는다.
지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 1 면의 건조된 전극 상에 직접 프로세스 호일을 균일하게 적층하는 것은 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인에 의해 형성된 주름 때문에 가능하지 않다.
비교예 2
예 1 및 2와 비교하여 동일한 조성의 애노드 및 캐소드 전극용 촉매 잉크가, 전극층에서 균열을 일으키고 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인이 그것의 지지-호일로부터 주름/분리를 일으킬 수 있는 비교예에 따라 사용된다:
10.0g Pt-지지 촉매 (흑연 화 벌컨 XC72 상에 20 중량% Pt)
28.6g 상업용 Nafion® 분산액 D-2020
26.0g 물(완전 탈이온화)
35.4g 1-프로판올
본 발명에 따른 제 1 단계에서, 다공성 폴리프로필렌 기판은 125.6g/㎡의 양의 습윤 전극 층을 도포함으로써 촉매 잉크로 코팅된다. 제 2 면에 지지된, 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 제 1 면이 다공성 폴리프로필렌 기판의 스틸 습윤 전극상에 도포되어 복합체를 형성한다. 지지 호일이 없는 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 두께는 15μm이다. 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인은 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인을 도포하기 전에 먼저 제거되어야하는 제 1 면에 커버 호일을 함유하는 것이 가능하다.
복합체의 습윤 전극층을 건조시키기 전에, 지지 호일로부터 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 분리가 즉시 일어나고, 따라서 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 주름이 형성된다. 마지막으로, 용매를 제거하도록 복합체의 습윤 전극층은 오븐에서 건조되고, 건조한 후 전극층은 균열 형성을 나타내지 않지만 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 주름은 남는다.
복합체의 지지된 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 지지 호일을 제거한 후, 촉매 잉크를 도포함으로써 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 제 2 면 상에 균일한 습윤 전극층을 직접 코팅하는 것은 PFSA 폴리머 전해질 멤브레인의 남은 주름 때문에 불가능하다.
본 발명은 또한 촉매 코팅 멤브레인을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제 1 프로세스 유닛, 제 2 프로세스 유닛 및 제 3 프로세스 유닛을 포함한다. 이들 프로세스 유닛은 별개의 프로세스 유닛으로서 제공되거나 하나의 프로세스 유닛으로서 구현될 수 있다.
제 1 프로세스 유닛은 i) 기판을 공급하고 이송하기 위한 기판 공급 유닛을 포함한다. 예로서, 기판은 롤러 상에 제공될 수 있고, 공급 및 이송 공정 중에 풀릴 수 있다. 제 1 공정 유닛은, ii) 제 1 촉매 분산액을 기판의 제 1 면에 코팅하여 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판을 얻는 제 1 촉매 분산 코팅 유닛을 추가로 구비한다. 제 1 공정 유닛을 사용하여 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판은 높은 정밀도로 제조될 수 있다.
제 2 프로세스 유닛은 폴리머 전해질 멤브레인 같은 멤브레인을 공급 및 이송하기 위한 i) 멤브레인 공급 유닛을 구비한다. 이러한 멤브레인 공급 유닛은 멤브레인이 저장을 위해 압연되는 롤러일 수 있다. 롤러에서 멤브레인을 공급할 때, 멤브레인은 롤러에서 풀려나 다음 유닛으로 이송된다. 제 2 프로세스 유닛은 지지 필름을 공급하기 위한 ii) 지지 필름 공급 유닛을 추가로 구비한다. 지지 필름은 멤브레인에 공급되고, iii) 지지 필름 적층 유닛에서는 지지 필름이 멤브레인의 제 2 면 상에 적층된다. 이로써 멤브레인은 치수에 있어서 안정화된다. 제 2 프로세스 유닛에서, 제 2 촉매 분산액이 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 얻기 위해, 제 2 촉매 분산액을 코팅하기 위해 덮여지지 않은 멤브레인의 제 1 면 상에 iv) 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛이 제공된다.
제 1 프로세스 유닛 또는 제 2 프로세스 유닛 중 어느 하나는 건조 유닛을 포함한다. 건조 유닛은 예를 들어 오븐 또는 가열 요소일 수 있다. 건조 유닛이 제 1 프로세스 유닛에 제공되는 경우, 상기 건조 유닛은 제 1 촉매로 코팅된 기판을 획득하기 위해 제 1 촉매 분산액을 건조시키기 위한 것이다. 건조 유닛이 제 2 프로세스 유닛에 제공되는 경우, 건조 유닛은 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 획득하도록 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 건조시키는 것에 사용된다.
제 2 프로세스 유닛은, 제 1 촉매와 제 2 촉매가 중첩되도록 제 1 프로세스 유닛에서 제조된 제 1 촉매로 코팅된 기판 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면의 적층 또는 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판을 제 1 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하는 v) 적층 유닛을 추가로 포함한다. 따라서, 2 개의(부분) 촉매 함유층이 함께 결합됨으로써 하나의 단일 제 1 촉매층을 형성한다. 결과적으로, 적층 유닛에서, 멤브레인 상에 제공된 제 1 촉매층을 포함하는 라미네이트가 형성되는데, 즉 제 1 촉매층은 멤브레인의 그 일면 상에 그리고 기판의 다른면 상에 샌드위치된다.
추가의 유닛으로서, 제 2 프로세스 유닛은 라미네이트를 건조시키기 위한 vi) 건조 유닛을 구비한다. 건조 유닛은 예를 들어 오븐 또는 가열 요소일 수 있다. 제 2 프로세스 유닛은 멤브레인의 제 2 면으로부터 지지 필름을 제거하기 위한 vii) 제 1 제거 유닛을 추가로 포함한다. 이는 제 2 멤브레인 표면 코팅을 준비하는 데 필수적이다. 제 2 프로세스 유닛에서, 제 1 촉매층이 멤브레인에 제공되고, 이에 의해 제 2 촉매 분산액을 코팅하고 제 1 촉매로 코팅된 기판을 적층하는 단계 동안 멤브레인은 지지된다. 이에 따라, 멤브레인의 주름의 형성 및 제 1 촉매층의 균열이 방될 수 있다.
멤브레인의 제 2 면으로부터 지지 필름을 제거하기 위한 제 1 제거 유닛은 또한 후술되는 제 3 프로세스 유닛의 일부 또는 별도의 프로세스 유닛을 형성할 수도 있음을 알아야 한다.
제 3 프로세스 유닛은 멤브레인의 제 2 면 상에 제 3 촉매 분산액을 코팅하기위한 i) 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛을 포함한다. 이 단계 동안, 멤브레인의 제 1 면 및 기판 상에 제공된 제 1 촉매층에 의해 멤브레인은 그 치수에 있어서 여전히 지지되고 안정화된다. 따라서, 제 3 촉매 분산액의 직접 코팅 동안 멤브레인 내의 주름 형성이 방지될 수 있다. 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛 다음 제 3 촉매 분산액을 건조시키는 ii) 건조 유닛이 제공된다. 건조 유닛으로서 오븐 또는 가열 요소가 적절하게 제공될 수 있다. 제 3 공정 유닛은 제 1 촉매로 코팅된 기판으로부터 기판을 제거하기 위한 iii) 제 2 제거 유닛을 더 구비하여, iv) 저장 유닛에 저장될 수 있는 촉매 코팅 멤브레인이 획득된다. 예를 들어, 저장 유닛은 촉매 코팅 멤브레인이 압연되는 롤러일 수 있다.
본 발명의 장치는 촉매층, 즉 멤브레인을 샌드위치하는 제 1 촉매층 및 제 2 촉매층으로 양면 코팅 멤브레인을 제조하는 것을 가능하게 한다. 멤브레인을 제 2 또는 제 3 촉매 분산액으로 코팅할 때, 멤브레인은 전체 공정 동안 지지되어 멤브레인의 주름 형성 및 촉매층의 균열이 방지될 수 있다. 또한, 지지 필름으로부터 멤브레인의 분리가 방지된다. 멤브레인에 치수 변화가 없으며 촉매 코팅 멤브레인은 탁월한 성능 및 안정성을 보여준다.
또한, 본 발명의 장치는 층의 상이한 구성 및 배열을 나타내는 촉매 코팅 멤브레인을 제조하는 것이 가능하다. 따라서, 차단층, 접착층 및 다른 기능성층이 적절할 때 촉매 코팅 멤브레인에 혼입될 수 있다.
본 발명에 따른 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법에 대해 개시된 장점 및 바람직한 실시예는 본 발명의 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명의 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 프로세스 유닛은, 멤브레인의 제 1 면에 제공된 커버층을 제거하기 위한 커버층 제거 유닛을 지지 필름 적층 유닛과 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛 사이에 포함한다.
촉매 코팅 멤브레인의 품질을 향상시키기 위해, 제 1, 제 2 및 제 3 프로세스 유닛 중 적어도 하나는 적어도 하나의 클리닝 유닛 및/또는 인라인 제어 유닛을 포함한다.
추가적으로, 기판을 제거하기 전에 제 2 촉매층의 표면상에 캐리어 필름을 지지하는 캐리어 필름 공급 유닛은 촉매 코팅 멤브레인을 롤로써 저장 중에 제 1 촉매층과 제 2 촉매층이 서로 접촉하지 않도록 유리하게 제공될 수 있고 적절한 캐리어 필름상의 촉매 코팅 멤브레인은 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)를 제조하기 위한 다음 프로세스 유닛의 입력으로 사용될 수 있다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 공정도이고,
도 2는 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 1 프로세스 유닛을 도시하며,
도 3은 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 2 프로세스 유닛을 도시하며,
도 4는 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 3 프로세스 유닛을 도시하며,
도 5는 추가 실시예에 따른 촉매 코팅 멤브레인을 제조하기 위한 멀티-유닛 장치를 도시하고,
도 6은 본 발명의 방법의 일 실시예에 따라 얻어진 촉매 코팅 멤브레인을 나타낸다.
도면 전체에 걸쳐, 본 발명의 필수적인 양태만이 언급된다. 다른 양태들은 명확성을 위해 생략되었다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 공정도이고,
도 2는 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 1 프로세스 유닛을 도시하며,
도 3은 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 2 프로세스 유닛을 도시하며,
도 4는 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 제 3 프로세스 유닛을 도시하며,
도 5는 추가 실시예에 따른 촉매 코팅 멤브레인을 제조하기 위한 멀티-유닛 장치를 도시하고,
도 6은 본 발명의 방법의 일 실시예에 따라 얻어진 촉매 코팅 멤브레인을 나타낸다.
도면 전체에 걸쳐, 본 발명의 필수적인 양태만이 언급된다. 다른 양태들은 명확성을 위해 생략되었다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
상세히, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 코팅 멤브레인(14)을 제조하기 위한 공정도를 도시한다.
제 1 공정 라인에서, 바람직하게는 확장된 폴리테트라 플루오르 에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리프로필렌으로 형성된 다공성 기판인 기판(1)이 제공된다. 단계 A)에서, 적어도 촉매적 활성 입자, 이오노머 및 용매 및 적용 가능한 경우 다른 첨가제를 포함하는 제 1 촉매 분산액(2)이 준비되고 기판(1)을 코팅하도록 기판(1)의 한 표면에 도포된다. 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)이 획득되며, 후속하여 단계 B)에서 건조되어, 기판(1) 및 제 1 촉매 분산액층(2a)을 포함하는 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)이 획득된다.
제 2 공정 라인에는 멤브레인(4)이 제공된다. 멤브레인(4)은 제 1 면(4a) 및 제 2 면(4b)을 갖는다. 멤브레인의 제 1 면(4a)에는 오염으로부터 멤브레인(4)을 보호하는 커버층(5)이 제공된다. 멤브레인의 제 2 면(4b)에는 이전 단계(미도시)에서 멤브레인(4)에 도포된 지지 필름(6)이 제공된다.
단계 C)에서, 커버층(5)은 멤브레인의 제 1 면(4a)으로부터 제거된다. 이어서, 단계 D)에서 촉매 활성 입자, 이오노머 및 용매 및 적용 가능한 경우 다른 첨가제를 포함하는 제 2 촉매 분산액(7)이 멤브레인의 제 1 면(4a)에 코팅되어 멤브레인을 덮는다. 이로써 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)이 얻어진다. 제 2 촉매 분산액(7)을 코팅하는 코팅 단계 동안, 멤브레인(4)은 지지 필름(6)에 의해 지지되고 치수 안정화된다. 이는 멤브레인을(4) 치수적으로 변화시키지 않고 멤브레인(4)의 주름-방지 코팅을 보장한다.
다음의 적층 단계 E)에서, 멤브레인의 제 1 면(4a)에 도포된 제 2 촉매 분산액(7)은 여전히 비-건조 상태이다. 단계 E)는 제 1 촉매로 코팅된 기판(3) 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)의 적층을 도시하여 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)의 제 1 촉매 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)의 제 2 촉매가 중첩되도록 해서, 제 1 촉매 분산액층(2a)으로 형성된 제 1 촉매층(11) 및 멤브레인의 제 1 면 상에 코팅된 제 2 촉매 분산액의 층을 구비하는 멤브레인(4)을 포함하는 라미네이트(9)를 형성한다. 적층은 캘린더링을 통해 향상될 수 있다.
이어서 단계 F)에서 라미네이트는 건조되고, 이를 통해 건조된 라미네이트(10)를 얻는다. 이로써 제 1 촉매 분산액층(2a) 및 제 1 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)이 융합된다.
단계 G)에서,지지 필름(6)은 멤브레인의 제 2 면(4b)으로부터 제거되고, 이에 의해 멤브레인의 제 2 면(4b)이 노출된다. 이어서, 단계 H)에서 적어도 촉매 활성 입자, 이오노머 및 용매 및 적용 가능한 경우 다른 첨가제를 포함하는 제 3 촉매 분산액(12)이 멤브레인의 제 2 면(4b)에 코팅된다. 이 코팅 단계 동안, 멤브레인(4)은 제 1 촉매층(11) 및 기판(1)에 의해 안정화되어, 멤브레인(4)의 치수 변화가 방지될 수 있다.
단계 I)에서, 제 3 촉매 분산액은 건조되어 멤브레인(4) 상의 제 2 촉매층 (13)을 얻는다.
단계 J)에서 제 1 촉매층(11)의 일부를 형성하는 제 1 촉매로 코팅된 기판(3)으로부터 기판(1)을 제거한 후, 촉매 코팅 멤브레인(14)이 획득된다.
촉매 코팅 멤브레인(14)은 멤브레인(4)의 일측에 제 1 촉매층(11) 및, 멤브레인(4)의 반대측에 제 2 촉매층(13)과 함께 제공된다. 따라서, 제 1 촉매층(11)과 제 2 촉매층(13)은 멤브레인(4)를 샌드위칭 한다. 촉매 코팅 멤브레인(14)은 연료 전지 응용되고 탁월한 성능과 안정성을 제공하는 멤브레인 전극 어셈블리를 제조하는데 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치의 일부를 형성하는 제 1 프로세스 유닛(100)을 도시한다.
프로세스 유닛 1에서, (다공성)기판(1)은 기판 롤러(102) 및 기판(1)을 공급 및 이송하기 위한 지지 롤러(103)를 포함하는 기판 공급 유닛(101)으로부터 공급된다. 특히, 기판(1)은, 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 획득하도록, 기판 롤러(102)로부터 풀리고, 지지 롤러(103)에 의해 지지되고, 클리닝 유닛(109)에 의해 세정되고 또한 제 1 촉매 분산액(2)을 기판(1)의 제 1 면에 코팅하기 위한 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛(104)으로 안내된다. 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛(104)은 코팅 롤러(105) 및 슬롯 다이(106)를 구비할 수 있다. 추가로 제공되는 인라인 제어 유닛(110)에 이어서, 제 1 촉매 분산액을 건조시키기 위한 건조 유닛(107)이 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛에 추가로 후속하여 제공된다. 이후, 지지 롤러(103)를 통해 저장 롤러(108)로 안내되는 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)이 획득된다.
제 1 프로세스 유닛(100)은 도 1의 프로세스 단계 A) 및 B)를 수행하는데 사용될 수 있다.
도 3은 제 2 프로세스 유닛(200)의 실시예를 도시한다. 제 2 프로세스 유닛(200)은 멤브레인 롤러(202)를 포함하는 멤브레인 공급 유닛(201) 및 멤브레인(4)을 공급 및 이송하기 위한 지지 롤러(203)를 포함한다. 클리닝 유닛(209)은 멤브레인(4)을 세정하기 위해 제공된다. 사용된 멤브레인(4)은 멤브레인의 제 2 면(4b)을 덮는 지지 필름(6)과 함께 이미 제공된다. 따라서,지지 필름 (6)을 공급하기 위한 지지 필름 공급 유닛 및 지지 필름(6)을 멤브레인의 제 2 면(4b)상에 적층하기 위한 지지 필름 적층 유닛은 도 3에 도시되지 않았지만 제 2 프로세스 유닛의 일부를 형성하거나 별도의 프로세스 유닛의 일부를 형성한다. 클리닝 유닛(215)에 이어서, 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 얻도록 멤브레인(4a)의 제 1 면 상에 제 2 촉매 분산액(7)을 코팅하기 위한 제 2 촉매 분산 코팅 유닛(204)이 제공된다. 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛(204)은 코팅 롤러(205) 및 제 2 촉매 분산액(7)을 도포하기 위한 슬롯다이(206)를 포함한다.
멤브레인은 커버 호일(5)로 덮일 수 있다. 이러한 경우에, 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛(204) 이전에 멤브레인(4)의 커버 호일(5)을 풀기 위한 제거 유닛(216) 및 롤러(217)가 제공될 수 있다.
공급 유닛(207)으로부터 제 1 프로세스 유닛(100)에서 획득된 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)이 제공된다. 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)은 저장 롤러(208)로부터 공급되고 지지 롤러 (203)를 통해 적층 유닛(209)에 지지된다. 적층 유닛(209)에서 제 1 촉매로 코팅된 기판(3) 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)은 제 1 촉매로 코팅된 기판의 제 1 촉매(3) 및 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)의 제 2 촉매는 중첩되고, 이를 통해 멤브레인 상에 제 1 촉매층을 포함하는 라미네이트를 형성한다. 인라인 제어 유닛(214)은 라미네이트의 품질을 제어하기 위해 제공된다. 후속하는 건조 유닛(210)에서, 라미네이트가 건조된다.
건조 후, 건조된 라미네이트는 멤브레인의 제 2 면으로부터 지지 필름(6)을 제거하기 위해 제거 유닛(211)으로 안내된다. 제거 유닛(211)은 분리된 지지 필름을 권취하는 롤러(212)를 포함한다. 제 1 촉매층으로 코팅된 멤브레인은 롤러 형태일 수 있는 저장 유닛(213)에 저장된다.
도 4는 제 3 프로세스 유닛(300)의 실시예를 도시한다. 제 3 프로세스 유닛(300)은 제 1 촉매층이 코팅된 멤브레인이 저장된 롤러(302)와 지지 및 이송을위한 지지 롤러(303)를 포함하는 공급 유닛(301)을 구비한다. 롤러(303)와 클리닝 유닛(317) 사이에는 지지 필름(6)을 멤브레인의 제 2 면으로부터 제거하기 위한 제 1 제거 유닛(304)이 제공된다. 여기서, 지지 필름(6)은 멤브레인의 제 2 면으로부터 분리되고 롤러(305) 상에서 압연된다.
제 3 촉매 분산액을 멤브레인의 제 2 면에 코팅하기 위한 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛(306)이 추가로 제공된다. 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛(306)은 코팅 롤러(307) 및 제 3 촉매 분산액(12)을 도포하기 위한 슬롯 다이(316)를 포함한다. 인라인 제어 유닛(315)은 건조 유닛(308) 전에 제공된다. 건조 유닛(308)에 후속하여 제 3 촉매 분산액(12)는 멤브레인 상에서 건조되고, 이를 통해 제 2 촉매층 코팅된 멤브레인이 형성된다. 건조 유닛(308)에 후속하여, 캐리어 필름을 공급 롤러(310), 지지 롤러(311) 및 적층 롤러(312)를 포함하는 제 2 촉매층 표면에 지지 및 적층하기 위해 캐리어 필름 공급 유닛(309)이 제공된다. 캐리어 필름은 촉매 코팅 멤브레인이 권취될 때 제 2 촉매층의 표면이 제 1 촉매층과 접촉되도록 보호한다. 제 1 촉매층의 일부를 구성하는 제 1 촉매로 코팅된 기판으로부터 기판(1)을 제거하기 위한 제 2 제거 유닛(313)이 제공된다. 이 제 2 제거 유닛(313)은 대안적으로 별도의 장치에 제공될 수 있다. 롤러 형태의 저장 유닛(314)는 촉매 코팅 멤브레인(14)을 저장하기 위해 설치된다.
도 5는 또다른 실시예에 따른 촉매코팅 멤브레인의 제조를 위한 멀티-유닛 장치(400)를 도시한다. 이 하나의 멀티-유닛 장치로 촉매 코팅 멤브레인은 쉽게 제조될 수 있다. 멀티-유닛 장치(400)는 전술한 도면들에 상이한 처리 단계들의 각각에서 개별적으로 사용될 수 있는 대부분의 유닛들을 결합한다. 따라서, 본 발명의 촉매 코팅 멤브레인을 제조하기 위해 필요한 복수의 단일 공정 단계로 멀티 유닛 장치(400)가 사용될 수 있다.
제 1 공정 단계에서 멀티-유닛 장치(400)를 사용할 때, 롤러(402)는 기판을 저장한다. 상기 기판은 롤러(402)로부터 풀리고 공급 유닛(401)을 통해 공급되고 지지 롤러(403)를 통과하여 클리닝 유닛(418)을 통해 촉매 코팅 유닛(406)에 공급된다. 촉매 코팅 유닛(406)에서 제 1 촉매 분산액은 슬롯 다이(407)를 사용하여 기판의 표면상에 코팅된다. 인라인 제어 유닛(415)을 통과한 후, 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판은 제 1 촉매로 코팅된 기판을 획득하도록 제 1 촉매 분산액이 건조되는 건조 유닛(410)을 통과하게 된다. 상기 제 1 촉매로 코팅된 기판은 지지 롤러(403)에 의해 지지되고 저장 유닛(413)에서 저장을 위해 압연된다. 이 경우, 저장 유닛(413)은 롤러이다.
제 2 공정 단계에서 멀티-유닛 장치(400)를 사용할 때, 롤러(402)는 롤러 (402)로부터 풀리고 지지 롤러(403)에 의해 지지되는 지지 필름을 저장한다.지지 필름은 보호층으로 덮일 수 있다. 이 경우에, 보호층은 제거 유닛(404)에서 제거될 수 있고 제거된 보호층은 롤러(405) 상에 저장되기 위해 압연될 수 있다. 덮여지지 않은 지지 필름은 클리닝 유닛(418)을 통과하여 적층 유닛(409)으로 이송된다. 저장 롤러(408)로부터 멤브레인이 풀려 지지 롤러(419)를 통해 적층 유닛(409)에 지지된다. 적층 유닛(409)에서 지지 필름은 두 층이 서로 접착되도록 멤브레인의 제 2 면에 적층된다. 인라인 제어 유닛 (415)을 통과한 후, 건조 유닛(410)에서 적층된 층을 가열함으로써 멤브레인의 제 2 면과 지지 필름 사이의 접착성을 향상시킬 수 있다. 공급 롤러(417)로부터 커버 호일은 풀려지고 지지 롤러(414)를 통해 적층 롤러(416)로 이송될 수 있다. 적층 롤러(416)에서, 커버 호일 및 멤브레인의 제 2 면과 지지 필름으로 형성된 라미네이트가 적층되어 커버 호일로 그 제 1 면이 덮이고 지지 필름으로 그 제 2 면이 덮이는 멤브레인을 구비하는 3-층-라미네이트를 형성한다. 라미네이트는 지지 롤러(403)를 통해 지지되고 저장 유닛(413)에서 저장을 위해 압연된다.
제 3 공정 단계에서 멀티-유닛 장치(400)를 사용할 때, 멤브레인, 커버 호일 및 지지 필름을 포함하는 라미네이트가 롤러(402) 상에 제공되고 공급 유닛(401)으로부터 공급된다. 제거 유닛(404)에서, 커버 호일은 라미네이트로부터 제거되고 롤러(405) 상에 저장되기 위해 압연된다. 지지 필름으로 그 제 2 면 상에 코팅된 멤브레인은 지지 롤러(403)에 의해 지지되고, 클리닝 유닛(418)을 통과하여 촉매 코팅 유닛(406)으로 이송된다. 슬롯 다이(407)를 통해, 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 얻도록 제 2 촉매 분산액이 멤브레인의 제 1 면에 코팅된다. 저장 롤러(408)로부터, 제 1 공정 단계에서 얻어진 제 1 촉매로 코팅된 기판은 풀려지고 지지 롤러(419)를 통해 적층 유닛(409)에 지지된다. 적층 유닛(409)에서, 제 1 촉매로 코팅된 기판은 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층되어 제 1 촉매 및 제 2 촉매가 중첩되고, 이를 통해 제 1 촉매층을 구비하는 멤브레인을 포함하는 라미네이트를 형성한다. 적층 단계에서, 제 2 촉매 분산액은 기판상에 코팅층으로서 제공된 이미 건조된 제 1 촉매 분산액에 대한 접착력을 향상시키는 비-건조 상태이다. 획득된 라미네이트는 후속하여 건조 유닛(410)에서 건조되고, 지지 롤러 (403)를 통해 저장 유닛(413)으로 안내된다. 저장 유닛(413)에서 멤브레인 및 제 1 촉매층을 구비하는 라미네이트가 저장을 위해 압연된다.
제 4 공정에서 멀티-유닛(400)을 사용할 때, 롤러(402)는 멤브레인, 제 1 촉매층 및 지지 필름을 포함하는 라미네이트를 저장한다. 상기 라미네이트는 공급 장치(401)로부터 공급되고 지지 롤러(403)에 의해 지지된다. 제거 유닛(404)에서지지 필름은 라미네이트로부터 제거되고 멤브레인의 제 2 면이 노출된다. 클리닝 유닛(418)에서 세정된 후, 라미네이트는 촉매 코팅 유닛(406)으로 이송된다. 촉매 코팅 유닛(406)에서, 멤브레인의 제 2 면은 제 3 촉매 분산액으로 코팅된다. 다음에 코팅된 멤브레인은 제 3 촉매 분산액이 상기 멤브레인의 제 2 면 상에 제 2 촉매층을 형성하도록 건조되는 건조 유닛(410)으로 안내된다. 상기 캐리어 호일은 라미네이팅 롤러(416)를 사용하여 제 2 촉매층에 적층될 수 있다. 지지 롤러(403)를 통해 멤브레인을 지지한 후, 제 1 촉매층을 덮는 기판은 제거 유닛(411)에서 제거되고 롤러(412) 상에서 저장을 위해 압연된다. 이어서 상기 촉매 코팅 멤브레인은 저장 유닛(413)에 저장되기 위해 압연된다.
멀티-유닛 장치는 높은 기능성을 가지며 촉매 코팅 멤브레인은 각 공정 단계에 대해 복수의 분리된 장치를 필요로 하지 않고 용이하게 제조될 수 있다. 멀티-유닛 장치(400)의 상이한 유닛들은 각각의 처리 단계에서 요구되는 것과 같이 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 따라서, 멀티-유닛 장치는 공간-절약형이다.
도 6은 본 발명의 방법의 실시예에 따라 얻어진 촉매 코팅 멤브레인(19)을 도시한다. 본 발명의 DCM에 대한 샌드위치 다층 접근법의 사용으로, 다른 층 구성 또한 가능하다.
특히, 도 6은 대안적인 또는 부가적인 기능층을 도입하는 완전한 구성을 도시하며, 촉매 코팅 멤브레인의 최소 구성은 도 1의 촉매 코팅 멤브레인(14)에 의해 표현된다. 다음에서 도 1에 도시된 공정에 대한 추가적 참조가 설명된다.
도 6에 도시된 바와 같은 추가 기능층을 포함하는 촉매 코팅 멤브레인(19)을 얻기 위해, 도 1의 단계 D에서의 제 2 촉매 분산액(7)을 사용하는 대신에 제 1 분산액이 사용되고 이는 멤브레인의 제 1 면(4a)에 대한 제 1 촉매층(11)의 접착성을 높이기 위한 것이다.
단계 E에서 제 1 촉매로 코팅된 기판 (3b)을 복합체에 결합시키고 최종 건조시킨 후에, 촉매층은 여전히 제 1 촉매 분산액(2b)의 건조층으로 형성되지만 도 6의 제 2 촉매 분산액(7) 층은 제 1 기능층(15)이다.
단계 H에서 제 3 촉매 분산액(12)을 사용하는 대신, 제 2 분산액이 사용되고 이는 멤브레인의 제 2 면(4b)에 대한 제 2 촉매층(13)의 접착성을 향상시켜 이를 통해 건조 제 2 기능층(17)을 얻는다.
제 3 촉매 분산액(12)은 제 2 촉매층(13)을 얻도록 제 2 기능층(17) 상에 직접 코팅되고 최종적으로 건조된다.
기판(1), 제 1 촉매 분산액(2b)의 건조층, 제 1 기능층(15), 멤브레인(4), 제 2 기능층(17) 및 제 2 촉매층(13)으로 이루어진 복합체를 얻은 후, 장벽층이 될 수 있는 제 3 기능층(18)을 얻도록, 제 3 분산액은 제 2 촉매층(13) 상에 직접 코팅되고 최종적으로 건조된다.
도 6에서 층(16)을 얻기 위해, 먼저 캐리어 필름이 제 3 기능층(18)에 도포되고, 이후 기판(1)은 제 1 촉매 분산액 건조층(2b)으로부터 제거된다.
장벽층이 될 수 있는 제 4 기능층(16)을 얻도록, 제 4 분산액은 제 1 촉매 분산액 건조층(2b) 상에 직접 코팅되고 최종적으로 건조된다.
캐리어 필름이 제거되고 추가 기능성 층을 포함하는 촉매 코팅 멤브레인(19)이 획득된다.
1 기판
2 제 1 촉매 분산액
2a 제 1 촉매 분산액층
2b 제 1 촉매 분산액 건조층
3a 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판
3b 제 1 촉매로 코팅된 기판
4 멤브레인
4a 멤브레인 제 1 면
4b 멤브레인 제 2 면
5 커버층
6 지지 필름
7 제 2 촉매 분산액
8 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면
9 라미네이트
10 건조 라미네이트
11 제 1 촉매층
12 제 3 촉매 분산액
13 제 2 촉매층
14 촉매 코팅 멤브레인
15 제 1 기능층
16 제 4 기능층
17 제 2 기능층
18 제 3 기능층
19 촉매 코팅 멤브레인
100 제 1 프로세스 유닛
101 기판 공급 유닛
102 기판 롤러
103 지지 롤러
104 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛
105 코팅 롤러
106 슬롯 다이
107 건조 장치
108 저장 롤러
109 클리닝 유닛
110 인라인 제어 유닛
200 제 2 프로세스 유닛
201 멤브레인 공급 유닛
202 멤브레인 롤러
203 지지 롤러
204 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛
205 코팅 롤러
206 슬롯 다이
207 공급 유닛
208 저장 롤러
209 적층 유닛
210 건조 유닛
211 제거 유닛
212 롤러
213 저장 유닛
214 인라인 제어 유닛
215 클리닝 유닛
216 제거 유닛
217 롤러
300 제 3 프로세스 유닛
301 공급 유닛
302 롤러
303 지지 롤러
304 제 1 제거 유닛
305 롤러
306 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛
307 코팅 롤러
308 건조 유닛
309 캐리어 필름 공급 유닛
310 공급 롤러
311 지지 롤러
312 적층 롤러
313 제 2 제거 유닛
314 저장 유닛
315 인라인 제어 유닛
316 슬롯 다이
317 클리닝 유닛
400 촉매 코팅 멤브레인의 제조를 위한 멀티-유닛 장치
401 공급 유닛
402 롤러
403 지지 롤러
404 제거 유닛
405 롤러
406 촉매 코팅 유닛
407 슬롯 다이
408 저장 롤러
409 적층 유닛
410 건조 유닛
411 제거 유닛
412 롤러
413 기억 d닛
414 지지 롤러
415 인라인 제어 유닛
416 적층 롤러
417 공급 롤러
418 클리닝 유닛
419 지지 롤러
2 제 1 촉매 분산액
2a 제 1 촉매 분산액층
2b 제 1 촉매 분산액 건조층
3a 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판
3b 제 1 촉매로 코팅된 기판
4 멤브레인
4a 멤브레인 제 1 면
4b 멤브레인 제 2 면
5 커버층
6 지지 필름
7 제 2 촉매 분산액
8 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면
9 라미네이트
10 건조 라미네이트
11 제 1 촉매층
12 제 3 촉매 분산액
13 제 2 촉매층
14 촉매 코팅 멤브레인
15 제 1 기능층
16 제 4 기능층
17 제 2 기능층
18 제 3 기능층
19 촉매 코팅 멤브레인
100 제 1 프로세스 유닛
101 기판 공급 유닛
102 기판 롤러
103 지지 롤러
104 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛
105 코팅 롤러
106 슬롯 다이
107 건조 장치
108 저장 롤러
109 클리닝 유닛
110 인라인 제어 유닛
200 제 2 프로세스 유닛
201 멤브레인 공급 유닛
202 멤브레인 롤러
203 지지 롤러
204 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛
205 코팅 롤러
206 슬롯 다이
207 공급 유닛
208 저장 롤러
209 적층 유닛
210 건조 유닛
211 제거 유닛
212 롤러
213 저장 유닛
214 인라인 제어 유닛
215 클리닝 유닛
216 제거 유닛
217 롤러
300 제 3 프로세스 유닛
301 공급 유닛
302 롤러
303 지지 롤러
304 제 1 제거 유닛
305 롤러
306 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛
307 코팅 롤러
308 건조 유닛
309 캐리어 필름 공급 유닛
310 공급 롤러
311 지지 롤러
312 적층 롤러
313 제 2 제거 유닛
314 저장 유닛
315 인라인 제어 유닛
316 슬롯 다이
317 클리닝 유닛
400 촉매 코팅 멤브레인의 제조를 위한 멀티-유닛 장치
401 공급 유닛
402 롤러
403 지지 롤러
404 제거 유닛
405 롤러
406 촉매 코팅 유닛
407 슬롯 다이
408 저장 롤러
409 적층 유닛
410 건조 유닛
411 제거 유닛
412 롤러
413 기억 d닛
414 지지 롤러
415 인라인 제어 유닛
416 적층 롤러
417 공급 롤러
418 클리닝 유닛
419 지지 롤러
Claims (17)
- 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법으로서,
- 기판(1)을 제 1 촉매 분산액(2)으로 코팅하고 이를 통해 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 획득하는 단계;
- 멤브레인의 제 2 면(4b)에 지지 필름(6)을 제공하는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 1 면(4a)을 제 2 촉매 분산액(7)으로 코팅하고, 이를 통해 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 획득하는 단계;
- 상기 제 1 촉매 분산액(2)을 건조시키고 이를 통해 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 획득하고, 상기 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)에 적층하여, 상기 제 1 촉매 및 상기 제 2 촉매가 중첩되도록 하고, 이를 통해 제 1 촉매층(11)을 구비하는 멤브레인(4)을 포함하는 라미네이트(9)를 형성하는 단계; 또는
- 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 건조해 이를 통해 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 획득하고, 상기 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 상기 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하여, 상기 제 1 촉매 및 상기 제 2 촉매가 중첩되도록 하고, 이를 통해 제 1 촉매층(11)을 구비하는 멤브레인(4)을 포함하는 라미네이트(9)를 형성하는 단계;
- 상기 라미네이트(9)를 건조시키는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b)으로부터 상기 지지 필름(6)을 제거하는 단계;
- 상기 멤브레인의 제 2 면(4b) 상에 제 3 촉매 분산액(12)을 코팅하는 단계;
- 상기 제 3 촉매 분산액(12)을 건조하고, 이를 통해 상기 멤브레인(4) 상에 제 2 촉매층(13)을 획득하는 단계; 및
- 상기 기판(1)을 제거하는 단계를 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(1)은 다공성인, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 기판(1)의 평균 기공(pore) 크기는 30nm 내지 300nm의 범위인, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판(1)은 i) 다공성 세라믹 기판, ii) 다공성 세라믹 기판들로 이루어진 복합체, iii) 확장된 폴리테트라 플루오르 에틸렌(expanded polytetrafluorethylene), iv) 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 및 v) 폴리프로필렌(polypropylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판(1)은 표면 처리되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 촉매 분산액(2)으로 상기 기판(1)을 코팅하는 단계는 닥터 블레이드(doctor blade), 슬롯 다이(slot die), 커튼 코팅(curtain coating), 또는 로터리 시브 프린팅(rotary sieve printing)을 이용하여 수행되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 촉매 분산액(2)을 건조시키고 이를 통해 상기 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 획득하는 단계 후에, 상기 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)은 저장을 위해 압연되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 촉매 분산액(2) 내의 제 1 촉매 및 상기 제 2 촉매 분산액(7) 내의 제 2 촉매의 총량은 상기 제 1 촉매층(11) 내의 총 촉매 적재량과 동일하도록 선택되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
코팅될 상기 멤브레인의 제 1 면(4a)의 단위 면적당 상기 제 2 촉매 분산액(7)의 용매의 총 최대량은 4g/m2 내지 21g/m2이고, 그리고/또는 상기 멤브레인에 대한 상기 제 2 촉매 분산액(7) 내의 용매의 질량비는 0.14g/g 내지 0.21g/g인, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 지지 필름(6)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 멤브레인(4)은 상기 멤브레인의 제 1 면(4a) 상에 커버층(5)을 포함하고, 상기 제 2 촉매 분산액(7)으로 상기 멤브레인의 제 1 면(4a)을 코팅하기 전에, 상기 커버층(5)이 제거되는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)에 적층하거나 또는 상기 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 상기 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하는 단계는 캘린더링(calendering) 단계를 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판(1)을 제거하기 전에 상기 제 2 촉매층(13)의 표면 상에 캐리어 필름을 지지하는 단계를 구비하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 방법. - 촉매 코팅 멤브레인(14)의 제조 장치로서,
- 기판(1)의 공급 및 이송을 위한 기판 공급 유닛(101), 및 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 획득하도록 제 1 촉매 분산액(2)을 상기 기판의 제 1 면(1) 상에 코팅하기 위한 제 1 촉매 분산액 코팅 유닛(104)을 구비하는 제 1 프로세스 유닛(100);
- 멤브레인 공급 유닛(201), 지지 필름(6)의 공급을 위한 지지 필름 공급 유닛, 멤브레인의 제 2 면(4b) 상에 상기 지지 필름(6)을 적층하기 위한 지지 필름 적층 유닛, 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 획득하도록 제 2 촉매 분산액(7)을 멤브레인의 제 1 면(4a) 상에 코팅하기 위한 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛(204)을 구비하는 제 2 프로세스 유닛(200); 및
- 제 3 촉매 분산액(12)을 상기 멤브레인의 제 2 면(4b) 상에 코팅하기 위한 제 3 촉매 분산액 코팅 유닛(306), 상기 제 3 촉매 분산액(12)을 건조하기 위한 건조 유닛(308), 상기 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)으로부터 상기 기판(1)을 제거하기 위한 제 2 제거 유닛(313), 및 상기 촉매 코팅 멤브레인(14)을 저장하기 위한 저장 유닛(314)을 구비하는 제 3 프로세스 유닛(300)을 포함하며,
상기 제 1 프로세스 유닛(100)은 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 획득하도록 상기 제 1 촉매 분산액(2)을 건조하기 위한 건조 유닛(107)을 포함하거나 또는, 상기 제 2 프로세스 유닛(200)은 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면을 획득하도록 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)을 건조하기 위한 건조 유닛(107)을 포함하고,
상기 제 2 프로세스 유닛(200)은 제 1 촉매로 코팅된 기판(3b)을 상기 제 2 촉매 분산액으로 코팅된 멤브레인의 제 1 면(8)에 적층하거나 상기 제 1 촉매 분산액으로 코팅된 기판(3a)을 상기 제 2 촉매로 코팅된 멤브레인의 제 1 면에 적층하여 상기 제 1 촉매 및 상기 제 2 촉매가 중첩하도록 하고, 이를 통해 제 1 촉매층(11)을 상기 멤브레인 상에 포함하는 라미네이트(9)를 형성하기 위한 적층 유닛(209), 상기 라미네이트(9)를 건조하기 위한 건조 유닛(210), 및 상기 멤브레인의 제 2 면(4b)으로부터 상기 지지 필름(6)을 제거하기 위한 제 1 제거 유닛(211)을 추가로 구비하는, 촉매 코팅 멤브레인(14)의 제조 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 프로세스 유닛(200)은 상기 지지 필름 적층 유닛 및 상기 제 2 촉매 분산액 코팅 유닛(204) 사이에 상기 멤브레인의 제 1 면(4a) 상에 제공된 커버층(5)을 제거하기 위한 커버층 제거 유닛을 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 및 제 3 프로세스 유닛(100, 200, 300) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 클리닝 유닛(109, 215, 317) 및/또는 하나의 인라인 제어 유닛(110, 214, 315)을 포함하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 기판(1)을 제거하기 전, 상기 제 2 촉매층(13)의 표면 상에 캐리어 필름을 지지하기 위한 캐리어 공급 유닛(309)을 구비하는, 촉매 코팅 멤브레인의 제조 장치.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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