KR102458613B1 - 고분자 막의 라디칼 스캐빈저 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리 - Google Patents

고분자 막의 라디칼 스캐빈저 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 연료전지의 효율 감소를 최소화하면서 고분자 막에 초 박막 형태의 라디컬 스캐빈저층을 효율적으로 전사할 수 있는 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리(MEA:Membrane-Electrode Assembly)에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 폴리 이미드 필름을 포함하는 이형 필름에 라디칼 스캐빈저를 도포하여 라디칼 스캐빈저층을 형성하는 단계; 고분자 막을 준비하는 단계; 및 전사 롤러를 구동하여 상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계;를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법 및 이 전사 방법으로 제조된 막-전극 어셈블리가 제공된다.

Description

고분자 막의 라디칼 스캐빈저 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리 {METHOD FOR TRANSFERRING RADICAL SCAVENGER OF POLYMER MEMBRANE AND THE MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL MANUFACTRURED THEREBY}
본 발명의 실시예는 연료전지의 효율 감소를 최소화하면서 막-전극 어셈블리를 구성하는 고분자 막에 초 박막 형태의 라디컬 스캐빈저층을 효율적으로 전사할 수 있는 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리(MEA:Membrane-Electrode Assembly)에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용과 이산화탄소 배출에 대한 전 세계적인 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 저탄소 배출 녹색성장을 목표로 높은 에너지 효율과 뛰어난 범용성을 가지는 연료전지에 대한 관심이 급증하고 있다.
다양한 연료전지 중에서, 수소 연료전지는 낮은 작동온도, 높은 성능, 빠른 구동, 그리고 다양한 출력을 낼 수 있는 장점을 바탕으로 휴대용, 차량용, 발전용 에너지원으로 큰 각광을 받고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수소 연료전지는 막-전극 어셈블리(MEA:Membrane-Electrode Assembly:10)를 포함하여 구성되는데, 상기 막-전극 어셈블리(10)는 고분자 막(11)의 양측에 캐소드(Cathode) 전극(12)과 애노드(anode) 전극(13)이 접합되어 있는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 고분자 막(11)은 상기 캐소드 전극(12)과 상기 애노드 전극(13) 사이의 전해질의 역할을 하고, 수소이온 전도를 위한 슬폰산기(
Figure 112022045746554-pat00001
)가 도입된 막을 사용하고 있으며, 대표적인 예로는 듀퐁(Dupont)사의 나피온(Nafion)을 들 수 있다. 이때, 상기 나피온은 높은 수소 이온 전도성을 보이며 불소계 특성으로 인한 우수한 화학적 안정성과 기계적 특성을 가지고 있다. 그리고, 상기 캐소드 전극(12)은 주로 Pt/C로 이루어지고, 상기 애노드 전극(13)은 주로 IrO2로 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 수소 연료전지의 산소환원반응 과정에서 하이드록시 라디칼(·OH, ·OOH)이 생성되며, 이러한 라디칼은 상기 나피온으로 이루어진 고분자 막(11)을 화학적 열화 등의 손상을 발생시킨다.
이를 방지하기 위해, CeO2와 같은 세리아(Cerium Oxide) 등의 라디칼 스캐빈저(Radical Scavenger)를 사용하여 연료전지 운전 중에 발생하는 하이드록시 라디칼을 제거할 수 있다.
이때, 종래 상기 라디칼 스캐빈저를 막-전극 어셈블리(10)에 적용하는 방식은 크게 두 가지로 나뉘어질 수 있다.
첫번째, 전극 슬러리를 제조할 경우 소량의 라디칼 스캐빈저를 첨가하여 적용할 수 있다.
두번째, 폴리 이미드(Poly Imide)와 같은 필름에 라디칼 스캐빈저를 스프레이 또는 스핀코팅 등의 방식으로 코팅하고 이를 나피온과 같은 고분자 막에 전사하여 적용할 수 있다.
그러나, 전극 슬러리에 라디칼 스캐빈저를 첨가하는 방식은 첨가된 라디칼 스캐빈저가 생성되는 라디칼들을 제거하기 때문에 수소 이온 전도도 감소를 초래하여 연료전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
또한, 코팅 방식으로 전사하는 방식은 100~1000nm의 두꺼운 라디칼 스캐빈저층을 형성해야 하기 때문에 연료전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2246525호 (2021.04.27.)
본 발명의 실시예는 연료전지의 작동 중에 발생하는 라디칼을 제거하여 연료전지의 효율 감소를 방지할 수 있는 고분자 막의 라디칼 스캐빈저 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예는 고분자 막에 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층을 형성할 수 있어 연료전지의 성능 저하를 방지할 수 있는 고분자 막의 라디칼 스캐빈저 전사 방법 및 이 방법으로 제조된 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리 이미드 필름을 포함하는 이형 필름에 라디칼 스캐빈저를 도포하여 라디칼 스캐빈저층을 형성하는 단계; 고분자 막을 준비하는 단계; 및 전사 롤러를 구동하여 상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계;를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법이 제공된다.
여기서, 상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계는, 상기 이형 필름에 상기 전사 롤러를 구비하고, 상기 전사 롤러를 구동하여 상기 이형 필름으로부터 상기 라디칼 스캐빈저층을 박리하면서 상기 전사 롤러의 표면으로 상기 박리되는 라디칼 스캐빈저층을 롤 형태로 이동시켜 형성하는 단계; 및 상기 라디칼 스캐빈저층이 롤 형태로 형성된 전사 롤러를 상기 고분자 막에 구비하고, 상기 전사 롤러를 구동하여 상기 전사 롤러의 표면에 형성된 롤 형태의 라디칼 스캐빈저층을 상기 고분자 막에 전사하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계는, 상기 라디칼 스캐빈저층이 상기 고분자 막과 마주보도록 상기 고분자 막의 상면 및/또는 하면에 상기 이형 필름을 구비하는 단계; 상기 이형 필름에 상기 전사 롤러의 가압력을 제공하여 상기 고분자 막에 상기 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계; 및 상기 이형 필름을 제거하는 단계;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층은, 상기 이형 필름의 표면에 스프레이 방식으로 라디칼 스캐빈저 입자를 도포함으로써 코팅 방식으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 라디칼 스캐빈저는, CeO2와 같은 세리아(Cerium Oxide) 입자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층은, 50nm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전사 롤러의 표면은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있으며, 특히 PDMS를 포함하는 합성 고무류로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전사 방법으로 라디칼 스캐빈저층이 형성된 고분자 막; 및 상기 고분자 막의 양측 표면에 각각 구비되는 캐소드(cathod) 전극 및 애노드(anode) 전극;을 포함하는, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)가 제공된다.
이때, 상기 캐소드 전극은 Pt/C을 포함할 수 있고, 상기 애노드 전극은 IrO2을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 막에 라디칼 스캐빈저층을 형성하여 연료전지의 작동 중에 발생하는 라디칼을 제거하여 연료전지의 효율 감소를 방지할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 막에 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층을 형성할 수 있어 연료전지의 성능 저하를 효율적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전사 롤러의 가압 지지력을 통해 고분자막에 라디칼 스캐빈저층의 전사가 가능하여 폴리 이미디 필름에 형성되는 라디칼 스캐빈저층이 완전한 막 형태가 아니어도 되며 이로인해 고분자막의 표면에 초 박막 형태의 스캐빈저층의 전사가 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 막-전극 어셈블리를 개략적으로 나타낸 사시도
도 2는 종래 라디칼 스캐빈저가 화학반응 중에 발생하는 라디칼들을 제거하기 위한 산화환원반응(redox reaction)을 나타낸 화학식
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법을 나타낸 순서도
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 과정을 설명하기 위한 공정도로서,
도 4a는 라디칼 스캐빈저가 도포되어 라디칼 스캐빈저층이 코팅된 폴리 이미드 필름을 나타낸 사시도
도 4b는 도 4a의 폴리 이미드 필름으로부터 라디칼 스캐빈저층이 박리되면서 전사 롤러의 표면에 롤 형태로 이동되는 것을 나타낸 정면도
도 4c는 도4b의 전사 롤러의 표면에 롤 형태로 형성된 라디칼 스캐빈저층이 고분자 막의 표면에 전사되는 것을 나타낸 정면도
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 과정을 설명하기 위한 공정도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법을 나타낸 순서도이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 과정을 설명하기 위한 공정도로서, 도 4a는 라디칼 스캐빈저가 도포되어 라디칼 스캐빈저층이 코팅된 폴리 이미드 필름을 나타낸 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 폴리 이미드 필름으로부터 라디칼 스캐빈저층이 박리되면서 전사 롤러의 표면에 롤 형태로 이동되는 것을 나타낸 정면도이며, 도 4c는 도4b의 전사 롤러의 표면에 롤 형태로 형성된 라디칼 스캐빈저층이 고분자 막의 표면에 전사되는 것을 나타낸 정면도이다.
도 3 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법은, 크게 폴리 이미드 필름을 포함하는 이형 필름(110)에 라디칼 스캐빈저층(120)을 형성하는 단계(S10)와, 상기 이형 필름(110)의 라디칼 스캐빈저층(120)을 박리하면서 전사 롤러(130)의 표면에 롤 형태로 상기 라디칼 스캐빈저층(120)을 이동 형성하는 단계(S20)와, 상기 전사 롤러(130)의 롤 형태의 라디칼 스캐빈저층을 고분자 막(140)에 전사하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이형 필름(110)의 라디칼 스캐빈저층(120)은 이형 필름(110)의 표면에 라디칼 스캐빈저 입자를 스프레이 방식으로 도포함으로써 코팅 방식으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 라디칼 스캐빈저 입자는 10 ~ 50nm 크기를 가지는 CeO2와 같은 세리아(Cerium Oxide) 입자를 포함할 수 있고, 이에 따라 상기 이형 필름(110)의 표면에 형성되는 라디칼 스캐빈저층(120)은 50nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
특히, 본 실시예에서는 상기 이형 필름(110)의 라디칼 스캐빈저층(120)을 상기 전사 롤러(130)의 표면으로 롤 형태로 이동시킨 후 상기 전사 롤러(130)의 가압 지지력을 통해 롤 형태의 라디칼 스캐빈저층(120a)을 상기 고분자막(140)의 표면에 전사할 수 있다.
이에 따라, 상기 이형 필름(110)의 표면에 코팅 형성된 라디칼 스캐빈저층(120)이 완전한 막 형태가 아니더라도 상기 전사 롤러(130)의 표면으로 이동된 후, 상기 전사 롤러(130)의 가압 지지력에 의해 상기 고분자막(140)의 표면에 상기 라디칼 스캐빈저층(120b)이 보다 얇게 펴지면서 초 박막 형태로 전사될 수 있으며, 이로 인해 상기 이형 필름(110)의 라디칼 스캐빈저층(120)은 완전한 막 형태가 아니어도 되기 때문에 보다 얇은 두께로 도포가 가능하고 설사 얇은 두께로 도포하는 과정에서 미도포되는 부분이 있어도 상기 고분자막(140)의 표면에는 완전한 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층(120b)의 전사가 가능하다.
다시 말하면, 고분자막(고분자 분리막)에 직접 라디컬 스캐빈저를 코팅할 경우 라디컬 스캐빈저에 사용되는 용매로 인한 고분자막의 손상을 방지하기 위하여 이형 필름에 라디컬 스캐빈저층을 형성한 후 고분자막에 전사하는데, 이때 종래에는 이형 필름에 라디컬 스캐빈저층을 미도포 구간이 없이 완전한 막 형태로 두껍게 도포하여 형성하여야 하기 때문에 고분자막에 전사되는 라디컬 스캐빈저층도 두껍게 형성할 수 밖에 없지만, 본 실시예에서는 이형 필름(110)에 형성된 라디컬 스캐빈저층(120)이 전사 롤러(130)의 표면에 이동된 후 고분자막(140)에 전사되기 때문에 라디컬 스캐빈저층(120)에 미도포 구간이 존재하거나 듬성 듬성하게 형성된 라디컬 스캐빈저층(120)이라도 고분자막(140)에 균일하게 라디컬 스캐빈저층을 박막형태로 전사할 수 있다.
또한, 이형 필름에 라디컬 스캐빈저층을 도포하여 형성할 경우 이형 필름과 접하는 라디컬 스캐빈저층의 일측면은 평평하나 반대측 면 즉, 고분자막에 전사시 고분자막에 접하게 되는 라디컬 스캐빈저층의 타측면은 도포 방식의 특성상 울퉁불퉁한 부분을 가질 수 밖에 없는데, 이때 종래에는 고분자막에 라디컬 스캐빈저층을 전사시 라디컬 스캐빈저층의 타측면에 형성된 울퉁불퉁한 부분들이 고분자막에 접하면서 고분자막의 손상을 일으키는 문제점이 있었으나, 본 실시예에서는 이형 필름(110)에 형성된 라디컬 스캐빈저층(120)이 전사 롤러(130)의 표면에 이동된 후 고분자막(140)에 전사되기 때문에 이형 필름(110)과 접하는 평평한 라디컬 스캐빈저층(120)의 일측면이 고분자막(140)에 접하면서 전사됨에 따라 고분자막(140)의 손상을 방지할 수 있으며, 아울러 본 실시예에서는 이형 필름(110)에 형성된 라디컬 스캐빈저층(120)이 전사 롤러(130)의 표면으로 이동되면서 울퉁불퉁한 부위를 갖는 라디컬 스캐빈저층(120)의 타측면이 굴곡없이 표면이 고르게 평평하게 고분자막(140)에 전사될 수 있다.
한편, 상기 이형 필름(110)의 라디칼 스캐빈저층(120)을 상기 전사 롤러(130)의 표면으로 롤 형태로 이동시키는 과정에서 상기 라디칼 스캐빈저층(120)의 반대측 상기 이형 필름(110)의 일면에는 상기 전사 롤러(130)의 가압력을 지지하기 위한 지지부재(150)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 전사 롤러(130)의 표면은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있고 특히 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 합성 고무류로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 전사 롤러(130)는 금속 재질로 형성된 금속 롤러가 적용될 수도 있다.
이때, 상기 PDMS는 유연성 및 점탄성(viscoelastic)의 특성을 갖는 재질로 상기 전사 롤러(130)의 롤 형태의 라디칼 스캐빈저층(120a)을 상기 고분자막(140)의 표면에 전사시 상기 고분자막(140)의 손상을 예방하면서 상기 전사 롤러(130)의 가압 지지력을 탄력적으로 제공함으로써 상기 고분자막(140)의 표면에 완전한 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층(120b)을 보다 용이하게 형성할 수 있다.
한편, 상기 이형 필름(110)에 도포되는 라디칼 스캐빈저는, 전술한 세리아로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애 아민, 하이드록실아민, 아릴아민, 페놀, BHT, 포스파이트, 벤조푸라논, 살리실산, 아줄레닐 니트론 및 이들의 유도체, 토코페놀, DMPO, 사이클릭 및 비사이클릭 니트론, 금-키토산 나노복합체, 아스코르브산 및
Figure 112022045746554-pat00002
로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어질 수도 있다.
다른 한편, 상기 전사 방법으로 라디칼 스캐빈저층(120b)이 형성된 고분자 막(140)의 양측 표면에는 각각 캐소드(cathod) 전극(미도시) 및 애노드(anode) 전극(미도시)이 구비됨에 따라 하나의 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)를 구성할 수 있다.
이때, 상기 캐소드 전극은 Pt/C을 포함할 수 있고, 상기 애노드 전극은 IrO2을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 과정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층의 전사방법은, 크게 폴리 이미드 필름을 포함하는 이형 필름(210)에 라디칼 스캐빈저층(220)을 형성하는 단계와, 고분자 막(240)을 준비하는 단계와, 상기 라디칼 스캐빈저층(220)이 상기 고분자 막(240)과 마주보도록 상기 고분자 막(240)의 상면에 상기 이형 필름(210)을 구비하는 단계와, 상기 이형 필름(210)에 전사 롤러(230)의 가압력을 제공하여 상기 고분자 막(240)에 상기 라디칼 스캐빈저층(220)을 전사하는 단계와, 상기 이형 필름(210)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예의 전사방법에서도 전술한 실시예와 유사하게 상기 이형 필름(210)의 표면에 라디칼 스캐빈저 입자를 스프레이 방식으로 도포함으로써 코팅 방식으로 라디칼 스캐빈저층(220)을 형성할 수 있다.
또한, 전술한 실시예와 유사하게, 상기 라디칼 스캐빈저 입자는 10 ~ 50nm 크기를 가지는 CeO2와 같은 세리아(Cerium Oxide) 입자를 포함할 수 있고, 이에 따라 상기 이형 필름(210)의 표면에 형성되는 라디칼 스캐빈저층(220)은 50nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.
특히, 본 실시예에서는 상기 이형 필름(210)과 상기 고분자 막(240)의 양측에서 상기 전사 롤러(230)의 가압력을 제공함으로써 보다 안정적으로 상기 고분자 막(240)의 표면에 상기 라디칼 스캐빈저층(220)을 형성할 수 있다.
즉, 상기 이형 필름(210)의 표면에 코팅 형성된 라디칼 스캐빈저층(220)이 완전한 막 형태가 아니더라도 상기 전사 롤러(230)의 가압력 및 열 에너지를 상기 이형 필름(210)과 상기 고분자 막(240)의 양측에서 제공함으로써 상기 고분자막(240)의 표면에 상기 라디칼 스캐빈저층(220a)이 더욱 얇게 펴지면서 초 박막 형태로 전사될 수 있으며, 이로 인해 상기 이형 필름(210)의 라디칼 스캐빈저층(220)은 완전한 막 형태가 아니어도 되기 때문에 보다 얇은 두께로 도포가 가능하고 설사 얇은 두께로 도포하는 과정에서 미도포되는 부분이 있어도 상기 고분자막(240)의 표면에는 완전한 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층(220a)의 전사가 가능하다.
한편, 본 실시예 역시 상기 전사 롤러(230)의 표면은 유연성 및 점탄성의 특성을 갖는 PDMS를 포함하는 유기규소화합물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 전사 롤러(230)는 금속 재질로 이루어진 금속 롤러가 적용될 수도 있다.
이때, 상기 PDMS는 유연성 및 점탄성(viscoelastic)의 특성을 갖기 때문에 상기 고분자 막(240)의 표면에 상기 라디칼 스캐빈저층(220)을 전사시 상기 이형 필름(210) 및 상기 고분자막(240)의 손상을 예방하면서 상기 전사 롤러(230)의 가압 지지력을 탄력적으로 제공함으로써 상기 고분자막(240)의 표면에 완전한 초 박막 형태의 라디칼 스캐빈저층(220a)을 보다 용이하게 형성할 수 있다.
한편, 상기 이형 필름(210)에 도포되는 라디칼 스캐빈저는, 전술한 세리아로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 장애 아민, 하이드록실아민, 아릴아민, 페놀, BHT, 포스파이트, 벤조푸라논, 살리실산, 아줄레닐 니트론 및 이들의 유도체, 토코페놀, DMPO, 사이클릭 및 비사이클릭 니트론, 금-키토산 나노복합체, 아스코르브산 및
Figure 112022045746554-pat00003
로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어질 수도 있다.
본 실시예 역시 상기 전사 방법으로 라디칼 스캐빈저층(220a)이 형성된 고분자 막(240)의 양측 표면에는 각각 캐소드(cathod) 전극(미도시) 및 애노드(anode) 전극(미도시)이 구비됨에 따라 하나의 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)를 구성할 수 있으며, 이때 상기 캐소드 전극은 Pt/C을 포함할 수 있고 상기 애노드 전극은 IrO2을 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 폴리 이미드 필름
120 : 라디칼 스캐빈저층
120a : 전사 롤러로 이동된 라디칼 스캐빈저층
120b : 전사 롤러를 통해 고분자 막의 표면에 전사된 라디칼 스캐빈저층
130 : 전사 롤러
140 : 고분자막

Claims (9)

  1. 폴리 이미드 필름을 포함하는 이형 필름에 라디칼 스캐빈저를 도포하여 라디칼 스캐빈저층을 형성하는 단계;
    고분자 막을 준비하는 단계; 및
    전사 롤러를 구동하여 상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계;를 포함하며,
    상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계는,
    상기 이형 필름에 상기 전사 롤러를 구비하고, 상기 전사 롤러를 구동하여 상기 이형 필름으로부터 상기 라디칼 스캐빈저층을 박리하면서 상기 전사 롤러의 표면으로 상기 박리되는 라디칼 스캐빈저층을 롤 형태로 이동시켜 형성하는 단계; 및
    상기 라디칼 스캐빈저층이 롤 형태로 형성된 전사 롤러를 상기 고분자 막에 구비하고, 상기 전사 롤러를 구동하여 상기 전사 롤러의 표면에 형성된 롤 형태의 라디칼 스캐빈저층을 상기 고분자 막에 전사하는 단계;를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 막에 상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계는,
    상기 라디칼 스캐빈저층이 상기 고분자 막과 마주보도록 상기 고분자 막의 상면 및/또는 하면에 상기 이형 필름을 구비하는 단계;
    상기 이형 필름에 상기 전사 롤러의 가압력을 제공하여 상기 고분자 막에 상기 라디칼 스캐빈저층을 전사하는 단계; 및
    상기 이형 필름을 제거하는 단계;를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층은, 상기 이형 필름의 표면에 스프레이 방식으로 라디칼 스캐빈저 입자를 도포하여 코팅되는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 이형 필름의 라디칼 스캐빈저층은, 50nm 이하의 두께로 형성되는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사 롤러의 표면은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 라디칼 스캐빈저는, CeO2와 같은 세리아(Cerium Oxide) 입자를 포함하는, 고분자 막의 라디칼 스캐빈저층 전사 방법.
  8. 청구항 1의 전사 방법으로 라디칼 스캐빈저층이 형성된 고분자 막; 및
    상기 고분자 막의 양측 표면에 각각 구비되는 캐소드(cathod) 전극 및 애노드(anode) 전극;을 포함하는, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly).
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 Pt/C을 포함하고, 상기 애노드 전극은 IrO2을 포함하는, 막-전극 어셈블리.
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