KR102467811B1 - 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법 - Google Patents

강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직접 코팅(Direct Coating) 공정을 통한 연료전지용 막-전극접합체를 제조 과정에서, 공정 효율을 높이면서, 불량을 최소화하기 위한 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법은 평판 플레이트의 일면 상에 전해질막을 위치시키는 단계, 전해질막 상에 강화층을 형성하는 단계, 강화층이 코팅된 전해질막 서브 가스캣을 부착하는 단계, 서브 가스캣이 부착된 전해질막 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법{Membrane-electrode assembly manufacturing method for fuel cell with reinforced layer}
본 발명은 연료전지용 막-전극접합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접 코팅(Direct Coating) 공정을 통한 연료전지용 막-전극접합체를 제조 과정에서, 공정 효율을 높이면서, 불량을 최소화하기 위한 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템은 연료가 막 위에 도포 한 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.
연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급 시스템, 연료전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템 및 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열, 물 관리 시스템으로 구성된다.
이러한 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.
연료전지 스택은 단위 셀을 반복적으로 적층하여 쌓은 전기에너지 발생 장치이며, 이때 단위 셀은 수소와 산소가 반응하여 전기에너지를 발생시키기 위한 최소한의 연료전지 구성요소이다.
이러한 단위 셀 구조는 막-전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 가스확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 가스켓 순으로 적층된 구조이다.
여기서, 연료전지용 막-전극접합체를 제조방법은 활물질, 도전재, 바인더 및 용매가 혼합되어있는 전극 슬러리를 수소이온이 이동하는 전해질막 위에 도포 한 후 고온의 상태에서 건조시켜 제작한다. 이 과정에서 전해질막이 팽창(swelling)하는 문제가 발생되어, 전극이 갈라져 불량이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 다른 목적은 전극 코팅층을 형성하는 과정에서 잔존 용매나 고온 조건에 의해 발생되는 불량을 최소화하기 위한 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법은 평판 플레이트의 일면 상에 전해질막을 위치시키는 단계, 상기 전해질막 상에 강화층을 형성하는 단계, 상기 강화층이 코팅된 전해질막 상에 서브 가스캣을 부착하는 단계, 상기 서브 가스캣이 부착된 상기 전해질막 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 있어서, 상기 강화층을 형성하는 단계는, 스프레이 코팅을 통해 상기 전해질막 상에 상기 강화층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 있어서, 상기 강화층은, 탄소 나노 섬유(CNF : Carbon Nano Fiber)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 있어서, 상기 강화층의 두께는 1~10㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법은 평판 플레이트의 일면 상에 제1 전해질막을 위치시키는 단계, 상기 제1 전해질막 상에 제1 강화층을 형성하는 단계, 상기 제1 강화층이 코팅된 제1 전해질막 상에 제1 서브 가스캣을 부착하는 단계, 상기 제1 서브 가스캣이 부착된 상기 제1 전해질막 상에 전극 슬러리를 도포하여 제1 전극 코팅층을 형성하는 단계, 상기 평판 플레이트를 회전시켜 상기 평판 플레이트의 타면에 제2 전해질막을 위치시키는 단계, 상기 제2 전해질막 상에 제2 강화층을 형성하는 단계, 상기 제2 강화층이 코팅된 제2 전해질막 상에 제2 서브 가스캣을 부착하는 단계, 상기 제2 서브 가스캣이 부착된 상기 전해질막 상에 상기 전극 슬러리를 도포하여 제2 전극 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 있어서, 상기 제1 전극 코팅층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 전극 코팅층 또는 상기 제2 전극 코팅층을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법에 있어서, 상기 제2 전극 코팅층을 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 및 제2 전극 코팅층을 프레스 장치를 통해 압착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법은 다이렉트 코팅을 수행하기 이전에 전해질막 상에 강화층을 형성함으로써, 전극 코팅층을 형성하는 과정에서 잔존 용매나 고온 조건에 의해 발생되는 불량을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법의 각 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 실시예와 비교예에 따른 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV) 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17은 실시예와 비교예에 따른 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법의 각 단계를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 S10 단계에서 도 2에 도시된 바와 같이, 평판 플레이트(90)를 준비하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 평판 플레이트(90)의 일면(91) 상에 제1 전해질막(10a)을 위치시킨다. 여기서 평판 플레이트(90)는 온도 설정이 가능한 핫 플레이트가 될 수 있다. 즉 평판 플레이트(90)의 온도를 조절함으로써, 후술할 S50 또는 S90 단계에서 제1 및 제2 전극 코팅층(52, 152)의 건조가 가능하다.
이때 제1 전해질 막(10a)은 이온 전도체를 포함한다. 이온 전도체는 프로톤과 같은 양이온을 전달할 수 있는 양이온 교환 그룹을 가지는 양이온 전도체이거나, 또는 하이드록시 이온, 카보네이트 또는 바이카보네이트와 같은 음이온을 전달할 수 있는 음이온 교환 그룹을 가지는 음이온 전도체일 수 있다.
양이온 교환 그룹은 술폰산기, 카르복실기, 보론산기, 인산기, 이미드기, 술폰이미드기, 술폰아미드기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 일반적으로 술폰산기 또는 카르복실기일 수 있다.
양이온 전도체는 상기 양이온 교환 그룹을 포함하며, 주쇄에 불소를 포함하는 플루오르계 고분자; 벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리 카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리아릴에테르술폰, 폴리포스파젠 또는 폴리페닐퀴녹살린 등의 탄화수소계 고분자; 폴리스티렌-그라프트-에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 또는 폴리스티렌-그라프트-폴리테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 부분 불소화된 고분자; 술폰 이미드 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 양이온 전도체가 수소 이온 양이온 전도체인 경우 상기 고분자들은 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 포함할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤 또는 이들의 혼합물을 포함하는 플루오르계 고분자; 술폰화된 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화된 폴리아릴에테르술폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화된 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, SPEEK), 술폰화된 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, SPBI), 술폰화된 폴리술폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화된 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화된 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene), 술폰화된 폴리퀴녹살린(sulfonated polyquinoxaline), 술폰화된 폴리케톤(sulfonated polyketone), 술폰화된 폴리페닐렌옥사이드(sulfonated polyphenylene oxide), 술폰화된 폴리에테르술폰(sulfonated polyether sulfone), 술폰화된 폴리에테르케톤(sulfonated polyether ketone), 술폰화된 폴리페닐렌술폰(sulfonated polyphenylene sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드(sulfonated polyphenylene sulfide), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰(sulfonated polyphenylene sulfide sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰니트릴(sulfonated polyphenylene sulfide sulfone nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르(sulfonated polyarylene ether), 술폰화된폴리아릴렌에테르니트릴(sulfonated polyarylene ethernitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르에테르니트릴(sulfonated polyarylene ether ether nitrile), 폴리아릴렌에테르술폰케톤(sulfonated polyarylene ether sulfone ketone), 및 이들의 혼합물을 포함하는 탄화수소계 고분자를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음이온 전도체는 하이드록시 이온, 카보네이트 또는 바이카보네이트와 같은 음이온을 이송시킬 수 있는 폴리머로서, 음이온 전도체는 하이드록사이드 또는 할라이드(일반적으로 클로라이드) 형태가 상업적으로 입수 가능하며, 음이온 전도체는 산업적 정수(water purification), 금속 분리 또는 촉매 공정 등에 사용될 수 있다.
음이온 전도체로는 일반적으로 금속 수산화물이 도핑된 폴리머를 사용할 수 있으며, 구체적으로 금속 수산화물이 도핑된 폴리(에테르술폰), 폴리스티렌, 비닐계 폴리머, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리(벤즈이미다졸) 또는 폴리(에틸렌글리콜) 등을 사용할 수 있다.
다음으로 S20 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전해질막(10a) 상에 강화층(10b)을 형성한다. 이때 강화층(10a)은 스프레이 코팅을 통해 제1 전해질막(10a) 상에 코팅될 수 있다. 여기서 강화층(10b)은 탄소 나노 섬유(CNF : Carbon Nano Fiber)가 될 수 있으며, 두께는 1~10㎛가 될 수 있다.
다음으로 S30 단계에서 도 5에 도시된 바와 같이 강화층이 코팅된 제1 전해질막(10) 상에 제1 서브 가스캣(30)을 부착한다. 즉 S20 단계에서는 강화층이 코팅된 제1 전해질막(10) 상에 필름 형태의 서브 가스캣(30)을 부착하여, 제1 전극 코팅층(52)이 형성되는 공간을 확보한다.
여기서 서브 가스캣(30)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 중 적어도 어느 하나인 내열성의 베이스 필름을 포함할 수 있다.
또한 서브 가스캣(30)은 베이스 필름의 일면에 도포된 아크릴계 점착제, 고무계 점착제, 비닐알킬에테르계 점착제 및 실리콘계 점착제 중 적어도 어느 하나인 열팽창성 점착제층을 더 포함할 수 있다.
다음으로 S40 단계에서 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 서브 가스캣(30)이 부착된 강화층이 코팅된 제1 전해질막(10) 상에 전극 슬러리(50)를 도포하여 제1 전극 코팅층(52)을 형성할 수 있다.
여기서 전극 슬러리(50)는 활물질, 도전재, 바인더, 탄소 분말, 유기 용매가 혼합될 수 있다.
사용되는 탄소 분말로는 카본블랙이나 활성탄소를 사용할 수 있으며, 입자크기는 5 nm 내지 10㎛일 수 있다. 그리고 유기 용매는 이소프로판올, 프로판올, 에탄올, 메탄올 등의 알콜에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다.
특히 본 발명의 실시예에 따른 전극 슬러리(50)는 끓는점이 200℃ 이상의 첨가제를 유기 용매에 첨가할 수 있다. 이때 유기 용매의 첨가제로 글리세롤(glycerol) 및 1,5-펜탄디올(1, 5-pentanediol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때 글리세롤은 전체 중량에 대하여 1 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다. 이에 따라 글리세롤 및 1,5-펜탄디올(1, 5-pentanediol) 중 적어도 하나를 전극 슬러리에 첨가함에 따라, 전극 코팅층을 형성하는 과정에서 잔존 용매나 고온 조건에 의해 발생되는 불량을 최소화할 수 있다.
또한 전극 슬러리(50)는 도포 시 접착력을 높이기 위해 고분자 접착제를 더 포함시킬 수 있으며, 이러한 고분자 접착제로는 퍼풀루오로설포닉산(perfluorosulfonic acid)과 같이 수소이온 전도성이 있는 고분자 전해질 물질이나 PTFE 또는 탄화수소계의 고분자 접착제를 사용할 수 있다.
전극 슬러리(50)의 점도는 100～2000 m㎩
Figure 112020126724097-pat00001
s가 되도록 유기 용매를 적정량 첨가하여 조정할 수 있다. 전극 슬러리(50)의 점도가 100 m㎩
Figure 112020126724097-pat00002
s를 하회하면 닥터 블레이드로(70)의 외부로 전극 슬러리(50)가 유출되고, 2000 m㎩
Figure 112020126724097-pat00003
s를 초과하면 닥터 블레이드(70)에 의해 시트화할 때에 저항이 커져서 표면에 요철이 발생할 수 있어 원활히 시트화할 수 없게 된다.
또한 전극 슬러리(50)는 함유된 공기가 도포 시 요철이 생기거나, 균질성을 저하하는 경우도 있기 때문에, 함유된 공기를 원심 탈기나 진공 탈기법에 의해 탈기하는 것이 바람직하다.
전극 슬러리(50)는 닥터 블레이드(70) 이용하여 제1 전해질막(10) 위에 부착된 박리틀(30) 안에 도포되어 전극 코팅층(52)을 형성할 수 있다. 여기서 형성된 전극 코팅층(52)은 박리틀(30)의 두께에 대응되는 5㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.
전극 슬러리(50)는 닥터 블레이드(70)의 이동에 의해 강화층이 코팅된 제1 전해질막(10) 위에 부착된 서브 가스캣(30) 안에 전극 슬러리(50)를 균등한 두께로 도포되어 전극 코팅층(52)을 형성한다.
다음으로 S50 단계에서 제1 전극 코팅층(52)을 건조시킨다. 여기서 건조는 열풍 건조, 진공(Vacuum) 건조, 적외선(IR) 건조 등 다양한 건조 방식을 적용할 수 있고, 건조 온도와 시간은 사용되는 용매의 끓는점(BP)에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 건조 온도는 60 ℃ 내지 150 ℃에서 05 시간 내지 10 시간 동안 건조시키는 것일 수 있다. 건조 온도가 60 ℃ 미만이거나 건조 시간이 05 시간 미만인 경우에는 팽윤 용매가 고분자 전해질 막 내부에 잔류해 있거나, 충분히 건조된 촉매층을 형성하지 못할 수 있고, 건조 온도가 150 ℃를 초과하는 경우에는 고분자 전해질 막에 갈변 현상이 발생하는 등 화학적 데미지를 받을 수 있거나, 촉매층에 균열 등이 발생할 수 있다. S40 단계 이후에 제1 전극 코팅층(52)이 건조된 상태에서 서브 가스캣(30)을 제거할 수 있다.
다음으로 S60 단계에서 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 평판 플레이트(90)를 회전시킨 후 평판 플레이트(90)의 타면(92)에 제2 전해질막(110a)을 위치시킨다.
다음으로 S70 단계에서 다음으로 S70 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 제2 전해질막(110a) 상에 강화층(110b)을 형성한다. 이때 강화층(110a)은 스프레이 코팅을 통해 제2 전해질막(110a) 상에 코팅될 수 있다. 여기서 강화층(110b)은 탄소 나노 섬유(CNF : Carbon Nano Fiber)가 될 수 있으며, 두께는 1~10㎛가 될 수 있다.
다음으로 S80 단계에서 도 11에 도시된 바와 같이, 강화층이 코팅된 제2 전해질막(110) 상에 제2 서브 가스캣(130)을 부착한다. 즉 S80 단계에서는 강화층이 형성된 제2 전해질막(10) 상에 필름 형태의 서브 가스캣(130)을 부착하여, 제2 전극 코팅층(152)이 형성되는 공간을 확보한다.
다음으로 S90 단계에서 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 서브 가스캣(130)이 부착된 강화층이 코팅된 제2 전해질막(110) 상에 전극 슬러리(50)를 도포하여 제2 전극 코팅층(152)을 형성할 수 있다.
다음으로 S100 단계에서 제2 전극 코팅층(152)을 건조시키며, 도 14에 도시된 바와 같이 제2 서브 가스캣(130)을 제거할 수 있다.
그리고 S110 단계에서 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 전극 코팅층(52) 및 제2 전극 코팅층(152)을 프레스 장치(80)를 통해 압착할 수 있다. 여기서 프레스 장치(80)는 핫 프레스 공정이 가능한 장치가 될 수 있다. 여기서 핫 프레스란 열과 압력을 가해 고온 고압의 조건에서 제1 전극 코팅층(52) 및 제2 전극 코팅층(152)을 압착시키는 공정을 의미한다.
이하 실시예와 비교예에 따른 연료전지용 막-전극접합체의 성능 평가 실험 결과를 설명하도록 한다.
한편 실시예는 상술한 바와 같이, 전해질 막 상에 강화층을 형성하여 연료전지용 막-전극 접합체를 제조하였다. 비교예는 전해질 막 상에 강화층을 형성하지 않고, 데칼(Decal) 전사법을 통해 연료전지용 막-전극 접합체를 제조하였다.
도 16은 실시예와 비교예에 따른 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV) 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16을 참조하면, 실시예와 비교예에 따른 연료전지용 막-전극접합체에 대하여 LSV 실험을 진행하였으며, 실험 조건은 하기와 같다.
H2 Cross-over test condition
- SR : H2 / N2 = 400 / 1,500
- Voltage Profile : 0.05V - 0.6V
- Scan rate : 2 mV/s
한편 전해질 막의 열화는 화학적/전기화학적 열화, 기계적(mechanical) 열화로 크게 분류된다. 화학적/전기화학적 열화는 셀 내에서 발생한 라디칼/ 과산화수소가 고분자막을 공격해 막이 열화되는 것을 말한다. 전해질 막이 열화되면 핀홀과 크랙 등이 형성되어 수소 투과도가 증가하는데 이 수소 투과도를 측정하여 전해질 막 열화정도를 분석한다.　따라서 LSV 수소투과도 실험을 통해 cross over current를 측정하여 비교한다.
즉 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극접합체는 비교예와 대비하여, 전류가 낮아지므로(수소투과도 감소) 직접코팅방식이 전사방식보다 더 전해질 막 열화에 개선효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 17은 실시예와 비교예에 따른 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17을 참조하면, 실시예와 비교예에 따른 연료전지용 막-전극접합체에 대하여 EIS 실험을 진행하였으며, 실험 조건은 하기와 같다.
- H2 : air
- 51 A, 10 kHz ~ 10 mHz
한편 EIS 실험에서 ohmic 저항(x-축과의 왼쪽 교점)과 전하전달저항(반원의 지름) 지름이 커질수록 산소환원반응에 대한 저항이 높은 것을 의미한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막-전극접합체는 비교예와 대비하여, 반원이 작아지고 교차점이 왼쪽으로(낮아져서) 저항이 낮아지는 개선효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
10a: 제1 전해질막
10b: 제1 강화층
10 : 강화층이 코팅된 제1 전해질막
30 : 제1 서브 가스캣
50 : 전극 슬러리
52 : 제1 전극 코팅층
70 : 닥터 블레이드
90 : 평판 플레이트
110a: 제2 전해질막
110b: 제2 강화층
110 : 강화층이 코팅된 제2 전해질막
130 : 제2 서브 가스캣
152 : 제2 전극 코팅층

Claims (7)

  1. 평판 플레이트의 일면 상에 전해질막을 위치시키는 단계;
    상기 전해질막 상에 강화층을 형성하는 단계;
    상기 강화층이 코팅된 전해질막 상에 서브 가스캣을 부착하는 단계;
    상기 서브 가스캣이 부착된 상기 전해질막 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강화층을 형성하는 단계는,
    스프레이 코팅을 통해 상기 전해질막 상에 상기 강화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강화층은,
    탄소 나노 섬유(CNF : Carbon Nano Fiber)인 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강화층의 두께는 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  5. 평판 플레이트의 일면 상에 제1 전해질막을 위치시키는 단계;
    상기 제1 전해질막 상에 제1 강화층을 형성하는 단계;
    상기 제1 강화층이 코팅된 제1 전해질막 상에 제1 서브 가스캣을 부착하는 단계;
    상기 제1 서브 가스캣이 부착된 상기 제1 전해질막 상에 전극 슬러리를 도포하여 제1 전극 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 평판 플레이트를 회전시켜 상기 평판 플레이트의 타면에 제2 전해질막을 위치시키는 단계;
    상기 제2 전해질막 상에 제2 강화층을 형성하는 단계;
    상기 제2 강화층이 코팅된 제2 전해질막 상에 제2 서브 가스캣을 부착하는 단계;
    상기 제2 서브 가스캣이 부착된 상기 전해질막 상에 상기 전극 슬러리를 도포하여 제2 전극 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 코팅층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 제1 전극 코팅층 또는 상기 제2 전극 코팅층을 건조시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전극 코팅층을 형성하는 단계 이후에,
    상기 제1 및 제2 전극 코팅층을 프레스 장치를 통해 압착하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강화층을 형성한 연료전지용 막-전극접합체 제조 방법.
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