KR102487932B1 - 연료전지용 막전극 접합체 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 막전극 접합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접도포 방식과 데칼방식을 혼용하여 제조하는 연료전지용 막전극 접합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 분사장치(60)가 전해질막(30) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 산화극(20)을 형성하는 산화극 준비단계(S100); 및 이형지(50) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 환원극(40)을 형성하는 환원극 준비단계(S120);가 독립적으로 수행되는 준비단계; 산화극(20)이 도포된 전해질막(30)과 환원극(40)이 도포된 이형지(50)를 합지하여 데칼방식으로 전사하는 단계(S140); 이형지(50)를 분리하는 단계(S160); 및 막전극 접합체(10)를 완성하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 연료전지용 막전극 접합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접도포 방식과 데칼방식을 혼용하여 제조하는 연료전지용 막전극 접합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 연료가 가지고 있는 에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환하는 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지는 수소와 산소로부터 물이 생성되는 반응, 즉 수소의 산화 반응을 이용해 전기 에너지를 얻는다. 전술한 연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
그 가운데, 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel ell, PEMFC)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높고, 작동 온도가 낮으며, 아울러 빠른 시동 및 응답특성과 함께, 휴대용 전자기기용과 같은 이동용(transportable) 전원이나 자동차용 동력원과 같은 수송용 전원은 물론, 주택, 공공건물의 친환경 전기발전시스템과 같은 분산용 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
이러한 고분자 전해질형 연료전지는 연료를 전기화학반응을 거쳐 전기를 발생시키는 기본적인 구성요소로서 막전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)를 구비한다. 막전극 접합체는 전해질막과 이 전해질막의 양면에 위치하는 산화극(애노드 전극 또는 연료극) 및 환원극(캐소드 전극 또는 공기극)을 구비한다. 여기서, 각 전극은 통상 촉매층과 확산층으로 이루어지며, 확산층은 통상 미세기공층과 지지층으로 이루어진다. 일반적으로 막전극 접합체의 제조방법으로는 크게 두 가지 방식이 있다.
첫째, 직접 도포(코팅) 방식은 전극 물질(전극 슬러리)을 에어 브러시(air brush)와 같은 분사장치로 전해질막(이온전도막)에 직접 분사하여 도포하는 방법이다. 이러한 직접도포 방식은 전극이 두꺼울 경우 노즐의 1회 분사만으로는 어렵고 10 ~ 20 개의 노즐을 연속 분사하여 도포하여야 했다. 이에 따라 장비의 부피가 커지고 비싸지는 단점이 있었다. 또한 직접 도포방식은 두께가 두꺼울 경우 도포와 건조에서 핀홀이 발생하거나 크랙이 발생하는 문제가 있다.
둘째, 데칼(decal) 방식은 촉매, 이오노머 및 용매가 혼합된 전극슬러리를 테프론, 이미드 필름(Imide film) 등과 같은 이형필름의 지지체 위에 코팅하고 건조하여 전극층(애노드 및 캐소드)을 생성한 다음, 전극층을 전해질막(이온전도막)의 양면에 각각 정렬한 후 열과 압력을 가하여 전사시키는 방법이다. 이러한 데칼방식은 막전극 접합체를 제조하기 위해서는 열과 압력이 동시에 적용되어야 하고, 이를 위해서는 평판 프레스나 롤 프레스를 이용하여 열간 전사를 실시한다.
그런데 이와 같은 데칼방식은 전극층(애노드 및 캐소드)을 동시에 전사해야 했고, 열간 압착부위가 서로 같은 면적이어야 같은 힘을 양측에서 받아 전사가 되었다. 만약 전극의 사이즈가 다르면 다른 부위에서 두께가 달라져 열간압력이 전달되지 않아 전극/전해질막의 미전사 문제가 발생하기 때문에 같은 크기의 애노드와 캐소드를 사용해야 했다.
또한, 데칼방식은 롤투롤 설비에서 전극 이동시(Unwinder에서 Rewinder로 이동시) 코팅된 전극층의 표면이 가이드롤과 접촉하게 되는데 전극층이 코팅된 후 웹의 전극층 표면이 가이드롤과 접촉하여 손상되는 사례도 있었다. 이러한 전극층 표면의 손상은 막전극 접합체의 성능을 저하시키는 문제점이 되었다.
그리고, 산화극을 데칼방식으로 제조하기 위해서는 일정량 이상의 이오노모가 들어가야 했다. 이오노모가 바인더 역할을 하기 때문에 이오노모의 양이 적으면 전사가 잘 되지 않기 때문이다. 그런데, 전사를 위해 이오노모의 양이 늘어나면 이오노모의 술폰기(-(SO2)-)가 물을 많이 잡아들여서 플루딩(Flooding) 문제가 발생할 수 있다.
또한, 데칼방식만으로 막전극 접합체를 제조할 때는 산화극이 잘 전사되지 않기 때문에 산화극의 전사를 위하여 전체적으로 고온과 고압의 롤전사를 사용하여야 했다. 그 결과 환원극의 기공까지 훼손되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 직접도포 방식과 데칼방식을 혼용(하이브리드 방식)하여 제조하는 연료전지용 막전극 접합체 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 분사장치(60)가 전해질막(30) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 산화극(20)을 형성하는 산화극 준비단계(S100); 및 이형지(50) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 환원극(40)을 형성하는 환원극 준비단계(S120);가 독립적으로 수행되는 준비단계; 산화극(20)이 도포된 전해질막(30)과 환원극(40)이 도포된 이형지(50)를 합지하여 데칼방식으로 전사하는 단계(S140); 이형지(50)를 분리하는 단계(S160); 및 막전극 접합체(10)를 완성하는 단계(S180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법이 제공된다.
또한, 산화극 준비단계(S100)에서 분사장치(60)는, 제 1 두께의 상기 산화극(20) 및 일 부분에서 제 1 두께 보다 두꺼운 제 2 두께의 산화극(20)을 형성하도록 분사할 수 있다.
또한, 제 2 두께의 상기 산화극(20)은 수소가 유입되는 측면에 형성된 제 1 국부전극(22); 및 제 1 국부전극(22)과 대향하는 측면이고, 산소가 유입되는 측면에 형성된 제 2 국부전극(24)이다.
또한, 제 1 두께는 5 ~ 10 ㎛이고, 제 2 두께는 11 ~ 20 ㎛이다.
또한, 산화극 준비단계(S100)에서 전극 바인딩에 사용되는 이오노모량은 환원극 준비단계(S120)에서 전극 바인딩에 사용되는 이오노모량 보다 적은 것이 바람직하다.
또한, 저온은 100 ~ 120℃ 범위이고, 저압은 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 범위이다.
삭제
또한, 전해질막(30)의 두께는 5 ~ 20 ㎛이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로써, 산화극(20), 전해질막(30), 및 환원극(40)으로 구성되고; 전해질막(30)은 5 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖고; 산화극(20)은 전해질막(30)의 일면에 직접도포 방식으로 형성되고, 수소가 유입되는 측면에 형성되고 11 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는 제 1 국부전극(22), 및 제 1 국부전극(22)과 대향하는 측면이고 산소가 유입되는 측면에 형성되며 11 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는 제 2 국부전극(24)을 갖고, 5 ~ 10 ㎛ 범위의 두께를 가지며, 환원극(40)은 전해질막(30)의 타면에 데칼방식으로 형성되고, 데칼방식은 100 ~ 120℃ 범위의 저온과 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 범위의 저압인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 직접도포를 통해 산화극을 환원극의 두께에 비해 1/2 ~ 1/10 배 정도 얇게 할 수 있다. 그리고 환원극은 데칼방식을 사용하여 충분히 두껍게 접합할 수 있다.
또한, 산화극을 전해질막에 직접도포 함으로서 전극 슬러리에 포함된 유기용매류가 전해질막의 표면을 용해시킨다. 이로 인해 전해질막과 산화극 사이의 계면접합력이 데칼방식 보다 크게 향상될 수 있다.
또한, 산화극을 전해질막에 직접도포할 때, 위치별로 차등을 둠으로서 두께를 달리할 수 있고, 산화극의 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히 수소와 산소의 매니폴더가 있는 부분에서는 산화극의 두께가 더 두꺼워서 산화극이 박리되거나 유실되지 않고 오래 사용이 가능하다.
그리고, 산화극을 직접도포함으로서 데칼방식에 비해 이오노모의 사용량을 최소화할 수 있다. 이는 막전극 접합체의 플루딩(Flooding) 문제를 개선하는데 매우 효과적이다.
또한, 환원극에 대해서는 충분한 양의 이오노모를 사용함으로서 연료전지의 성능 향상을 기대할 수 있다. 환원극에서의 이오노모량은 산화극에 비해 플로딩 영향이 적기 때문이다.
또한, 전사단계(S140)의 데칼방식에서 저온 및 저압의 조건으로 환원극을 전해질막에 전사함으로서 환원극에서 더 높은 기공을 유지할 수 있고, 이는 기공 크기의 향상을 통해 전기화학 성능의 향상으로 이어진다. 그리고 전사단계(S140)의 데칼방식에서 저압 및 저온이 사용되므로 전해질막에 두께가 유지되어 막전극 접합체에 내구성이 향상되는 장점도 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체의 확대 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 도식적으로 나타낸 공정도,
도 3은 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체의 확대 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 도식적으로 나타낸 공정도,
도 3은 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
실시예의 구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 막전극 접합체의 확대 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(10)는 크게 산화극(20), 전해질막(30) 및 환원극(40)으로 이루어진다.
산화극(20)은 연료의 산화 반응이 일어나서 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질막(30)을 통해 환원극(40)으로 이동한다. 산화극(애노드 전극 또는 연료극)(20) 전해질막(30)의 상면에 직접도포 방식으로 형성되고, 5 ~ 10 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 산화극(20)은 수소가 유입되는 측면에 11 ~ 20 ㎛ 범위로 더 두꺼운 두께를 갖는 제 1 국부전극(22)을 갖고, 제 1 국부전극(22)과 대향하는 측면이고 산소가 유입되는 측면에 11 ~ 20 ㎛ 범위로 더 두꺼운 두께를 갖는 제 2 국부전극(24)을 갖는다.
이러한 제 1, 2 국부전극(22, 24)은 산화극(20) 자체 보다 분사장치(60)가 복수회 더 왕복하면서 분사하거나 분사량이 더 많아서 두껍게 도포(로딩의 차이)될 수 있다. 이러한 제 1, 2 국부전극(22, 24)은 수소와 산소의 유속으로 인해 산화극(20)이 박리되거나 유실되는 것을 억제하여 수명과 신뢰성을 증가시킨다.
한편, 막전극 접합체(10)의 반응면적 중 반응가스의 입구와 출구 부분에서는 차압과 반응성이 발생하여 다른 반응면적에 비해 촉매 손실 등의 문제가 더 발생하게 된다. 그런데, 본 발명의 제 1, 2 국부전극(22, 24)은 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 산화극(20)을 전해질막(30)에 직접도포 함으로서 전극 슬러리에 포함된 유기용매류가 전해질막(30)의 표면을 불규칙하게 용해시킨다. 이로 인해 전해질막(30)과 산화극(20) 사이의 계면접합력이 데칼방식 보다 크게 향상될 수 있다.
환원극(캐소드 전극 또는 공기극)(40)은 산화제인 산소와 전해질막(30)을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부 회로에 전자의 이동이 발생하게 된다. 환원극(40)은 전해질막(30)의 하면에 데칼방식으로 형성되고, 데칼방식은 100 ~ 120℃ 범위의 저온과 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 범위의 저압이다.
100 ℃ 미만에서는 이형지(50)상의 환원극(40)이 제대로 전사되지 않고, 120℃를 초과하면 전해질막(30)의 고분자가 구조변성이 일어날 염려가 있다. 전사압력이 20kgf/㎠ 미만이면 이형지(50)로부터 전해질막(30)으로 전사가 거의 일어나지 않고, 50kgf/㎠을 초과하면 산화극(20)과 환원극(40)에 손상 및 기공감소가 일어난다. 참고로, 일반적인 데칼방식에서 전사 온도는 120 ~ 150 ℃이고, 전사압력은 100 ~ 200 kgf/㎠이다.
또한, 전해질막(30)의 두께는 5 ~ 20 ㎛이다. 두께가 얇을수록 고성능의 막전극 접합체(10)가 이루어진다. 5 ㎛ 미만에서는 전해질막(30)이 손상을 입기 쉽고, 20 ㎛를 초과하면 막전극 접합체(10)의 성능 저하가 일어난다.
산화극(20)을 형성하거나 환원극(40)을 형성할 때 이오노모가 사용된다. 이오노머는 바인더의 역할 및 수소나 메탄올과 같은 연료와 촉매간의 반응에 의하여 생성된 이온이 전해질 막으로 이동하기 위한 통로를 제공하는 역할을 한다. 폴리머 이오노머는 구체적으로 술포네이티드 폴리테트라플루오로에틸렌 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 사용될 수 있다.
산화극(20)에서 이오노머의 사용 비율은 탄소 및 촉매 총량 100 중량부 대비 최소량인 20 내지 50 중량부일 수 있다. 이오노머를 20 중량부 미만으로 사용하면 촉매층 내에서의 이온 전달 통로가 제대로 형성되지 않고 촉매 반응으로 형성된 이온의 이동이 원활하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 50 중량부를 초과하면 이오노머가 촉매층을 덮어버리는 현상이 발생하여 촉매와 연료의 반응이 용이하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 바람직한 최소량은 30 ~ 40 중량부일 수 있다.
환원극(40)에서 이오노머의 사용 비율은 탄소 및 촉매 총량 100 중량부 대비 최소량인 40 내지 80 중량부일 수 있다. 선택적으로 80 중량부 이상 충분한 양을 사용할 수도 있다.
이오노머는 에틸렌과 아크릴산 또는 메타크릴산의 공중합체를 금속 이온(Ca2＋, Ba2＋, Zn2＋ 등)으로 다리걸침한 폴리머로서, 프탈라지논과 페놀기를 포함하는 단량체와 적어도 1종의 술폰화 방향족 화합물의 반응 생성물, 즉 술폰화 폴리(프탈라지논 에테르 케톤), 술폰화 폴리(프탈라지논 또는 술폰), 술폰화 방향족 중합체 화합물과, 테트라플루오르에틸렌과 플루오르비닐에테르의 공중합체 등이 사용가능하다.
실시예의 동작
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 도식적으로 나타낸 공정도이고, 도 3은 도 1에 도시된 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 분사장치(60)가 전해질막(30) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 산화극(20)을 형성하는 산화극 준비단계(S100)와 이형지(50) 상에 환원극(40)을 직접 분사하는 환원극 준비단계(S120)가 독립적으로 수행된다. 산화극 준비단계(S100)와 환원극 준비단계(S120)는 산화극 준비단계(S100)가 먼저 수행되거나 환원극 준비단계(S120)가 먼저 수행되는 방식의 순차 수행될 수 있다.
선택적으로, 산화극 준비단계(S100)와 환원극 준비단계(S120)가 각각 독립적으로 수행될 수 있다.
삭제
그 다음, 산화극(20)이 도포된 전해질막(30)과 환원극(40)이 전사된 이형지(50)를 합지하여 데칼방식으로 전사한다(S140). 전사단계(S140)의 데칼방식은 100 ~ 120℃ 범위의 온도와 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 범위의 압력이다.
그 다음, 이형지(50)를 분리하여(S160) 막전극 접합체(10)를 완성한다(S180).
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 막전극 접합체,
20 : 산화극(애노드),
22 : 제 1 국부전극,
24 : 제 2 국부전극,
30 : 전해질막,
40 : 환원극(캐소드),
50 : 이형지,
60 : 분사장치.
20 : 산화극(애노드),
22 : 제 1 국부전극,
24 : 제 2 국부전극,
30 : 전해질막,
40 : 환원극(캐소드),
50 : 이형지,
60 : 분사장치.
Claims (10)
- 분사장치(60)가 전해질막(30) 상에 전극슬러리를 직접 분사하여 제 1 두께의 산화극(20) 및 일 부분에서 상기 제 1 두께 보다 두꺼운 제 2 두께의 상기 산화극(20)을 형성하는 산화극 준비단계(S100); 및
이형지(50) 상에 환원극(40)을 직접 분사하는 환원극 준비단계(S120);가 독립적으로 수행되는 준비단계;
상기 산화극(20)이 도포된 상기 전해질막(30)과 상기 환원극(40)이 도포된 상기 이형지(50)를 합지하여 데칼방식으로 전사하는 단계(S140);
상기 이형지(50)를 분리하는 단계(S160); 및
막전극 접합체(10)를 완성하는 단계(S180);를 포함하고,
상기 제 1 두께는 5 ~ 10 ㎛이고, 상기 제 2 두께는 11 ~ 20 ㎛이며,
상기 전사단계(S140)의 데칼방식은 100 ~ 120℃의 온도범위와, 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 의 압력범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 두께의 상기 산화극(20)은
수소가 유입되는 측면에 형성된 제 1 국부전극(22); 및
상기 제 1 국부전극(22)과 대향하는 측면이고, 산소가 유입되는 측면에 형성된 제 2 국부전극(24)인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 산화극 준비단계(S100)에서 전극 바인딩에 사용되는 이오노모량은 상기 환원극 준비단계(S120)에서 전극 바인딩에 사용되는 이오노모량 보다 적은 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전해질막(30)의 두께는 5 ~ 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법. - 산화극(20), 전해질막(30), 및 환원극(40)으로 구성되고;
상기 전해질막(30)은 5 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖고;
상기 산화극(20)은,
상기 전해질막(30)의 일면에 직접도포 방식으로 5 ~ 10 ㎛의 두께를 형성하고,
수소가 유입되는 측면에 형성되고 11 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는 제 1 국부전극(22), 및
상기 제 1 국부전극(22)과 대향하는 측면이고 산소가 유입되는 측면에 형성되며 11 ~ 20 ㎛ 범위의 두께를 갖는 제 2 국부전극(24)을 갖고,
상기 환원극(40)은 이형지(50) 상에 직접 분사로 형성된 후 상기 전해질막(30)의 타면에 데칼방식으로 형성되고, 상기 데칼방식은 100 ~ 120℃ 범위의 저온과 20 ~ 50 ㎏f/㎠ 범위의 저압인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체.
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