KR102531043B1 - A microporous layer coating solution for fuel cell and gas diffusion layer using the same - Google Patents

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KR102531043B1 KR1020220040911A KR20220040911A KR102531043B1 KR 102531043 B1 KR102531043 B1 KR 102531043B1 KR 1020220040911 A KR1020220040911 A KR 1020220040911A KR 20220040911 A KR20220040911 A KR 20220040911A KR 102531043 B1 KR102531043 B1 KR 102531043B1
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gas diffusion
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coating solution
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박진우
오현진
이길목
박유식
남기평
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Abstract

The present invention provides a fuel cell microporous layer coating solution formed by dispersing an intermediate mixture of a solvent, carbon powder, a dispersant, and a foaming agent, and stirring a polytetrafluoroethylene dispersion solution in a dispersed intermediate mixture. The present invention controls the pore size of the microporous layer to suppress an increase in electrical resistance through a gas diffusion layer and to improve gas permeability.

Description

연료전지 미세기공층 코팅액 및 이를 이용한 가스확산층{A MICROPOROUS LAYER COATING SOLUTION FOR FUEL CELL AND GAS DIFFUSION LAYER USING THE SAME}Fuel cell microporous layer coating solution and gas diffusion layer using the same

본 발명은 연료전지 미세기공층 코팅액 및 이를 이용한 가스확산층에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell microporous layer coating solution and a gas diffusion layer using the same.

일반적으로 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치로, 연료를 태우지 않고 전기를 바로 생산하기 때문에 환경 친화적이며 발전효율이 매우 높은 장점이 있다.In general, a fuel cell is a device that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen. Because it directly produces electricity without burning fuel, it is environmentally friendly and has a very high power generation efficiency.

여기서, 연료전지의 단위 셀은 통상 애노드, 가스확산층, 촉매층, 전해질층, 촉매층, 가스확산층 및 캐소드 순으로 적층되어 구성되며, 연료로 사용되는 수소는 애노드(Anode)에 공급되고, 산소는 캐소드(Cathode)에 공급된다. Here, the unit cell of the fuel cell is usually composed of an anode, a gas diffusion layer, a catalyst layer, an electrolyte layer, a catalyst layer, a gas diffusion layer, and a cathode in the order of stacking, and hydrogen used as fuel is supplied to the anode, and oxygen is supplied to the cathode ( supplied to the cathode).

이와 같은 연료전지의 발전원리는, 애노드에 공급된 수소가 가스확산층을 통과하여 촉매층에서 촉매작용에 의해 수소이온(양이온)과 전자로 분리되고, 수소이온(양이온)은 전해질층을 통과하여 캐소드로 이동하며, 전자는 외부 회로를 통해서 캐소드로 이동하면서 전류가 발생된다. The power generation principle of such a fuel cell is that hydrogen supplied to the anode passes through a gas diffusion layer, is separated into hydrogen ions (cations) and electrons by catalytic action in the catalyst layer, and hydrogen ions (cations) pass through the electrolyte layer to the cathode. As the electrons move to the cathode through the external circuit, current is generated.

또한, 캐소드측에서는 전해질층을 통과하여 이동해온 수소이온(양이온), 외부 회로를 통해 이동한 전자 및 공급된 산소가 만나서 물이 생성되는 원리로 연료전지가 작동된다.In addition, on the cathode side, the fuel cell operates on the principle that hydrogen ions (positive ions) that have moved through the electrolyte layer, electrons that have moved through an external circuit, and supplied oxygen meet to generate water.

이러한 연료전지의 구성 중 가스확산층은 산소나 수소를 촉매층으로 균일하게 확산시켜 공급하고, 물을 잘 배출하는 특성이 필요하다.Among the components of such a fuel cell, the gas diffusion layer needs to have the characteristics of uniformly diffusing and supplying oxygen or hydrogen to the catalyst layer and discharging water well.

즉, 연료전지의 성능 향상을 위해서는, 가스확산층이 고습도 운전조건에서 물을 잘 배출하는 특성이 필요한데, 물배출 특성의 경우 가스확산층 내 미세기공층의 형성 기술에 따라 달라질 수 있다.That is, in order to improve the performance of the fuel cell, the gas diffusion layer needs to have a property of discharging water well under high-humidity operating conditions.

종래에는 가스확산층 내 미세기공층 형성에 사용되는 카본블랙의 입도를 조절하여 물배출 성능을 개선하고 있으나, 카본블랙의 입도가 작을 경우 고습도 운전조건에서 물배출 특성이 저하되고, 카본블랙의 입도가 클 경우 물배출 특성이 향상되나 가스확산층의 전기 저항이 증가하는 문제가 있다.Conventionally, the water discharge performance is improved by adjusting the particle size of carbon black used to form the microporous layer in the gas diffusion layer. If it is large, the water discharge characteristics are improved, but there is a problem in that the electrical resistance of the gas diffusion layer increases.

공개특허 제2021-0087825호(공개일: 2021.07.13)의 "연료전지용 미세다공층, 이를 포함하는 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지"Patent Publication No. 2021-0087825 (published date: 2021.07.13) "Microporous layer for fuel cell, gas diffusion layer including the same, and fuel cell including the same"

본 발명에서는 연료전지 미세기공층 코팅액 및 이를 이용한 가스확산층, 구체적으로는 발포제가 포함된 미세기공층 코팅액을 이용하여 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 효과적으로 조절함으로써, 우수한 물배출 특성을 갖는 가스확산층을 얻을 수 있도록 하는 연료전지 미세기공층 코팅액 및 이를 이용한 가스확산층을 제공하고자 한다.In the present invention, by effectively controlling the pore size of the microporous layer formed on carbon paper using a fuel cell microporous layer coating liquid and a gas diffusion layer using the same, specifically, a microporous layer coating liquid containing a foaming agent, excellent water discharge characteristics are obtained. It is intended to provide a fuel cell microporous layer coating solution capable of obtaining a gas diffusion layer having a gas diffusion layer and a gas diffusion layer using the same.

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.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 용제, 탄소분말, 분산제 및 발포제가 혼합된 중간 혼합물을 분산시키고, 분산된 중간 혼합물에 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액을 교반하여 형성되는 연료전지 미세기공층 코팅액을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a fuel cell microporous layer formed by dispersing an intermediate mixture in which a solvent, carbon powder, dispersant, and foaming agent are mixed, and stirring a polytetrafluoroethylene dispersion in the dispersed intermediate mixture. coating solution is provided.

또한, 중간 혼합물은 3롤밀을 이용하여 분산되고, 발포제는, 발포 온도가 120 내지 250℃인 연료전지 미세기공층 코팅액을 제공한다.In addition, the intermediate mixture is dispersed using a 3-roll mill, and the foaming agent provides a fuel cell microporous layer coating solution having a foaming temperature of 120 to 250°C.

또한, 발포제는, 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부가 첨가되는 연료전지 미세기공층 코팅액을 제공한다.In addition, the foaming agent provides a fuel cell microporous layer coating solution in which 10 to 20 parts by weight is added based on 100 parts by weight of the total of the solvent, carbon powder, dispersant and polytetrafluoroethylene dispersion.

또한, 발포제는, 아조다이카본아마이드계, 톨루엔설포닐하이드라지드계, 옥시디벤젠설포닐하이드라지드계, 디니트로소펜타메틸렌테트라민계. 톨루엔설포닐세미카바자이드계, 페닐테트라졸계, 무기계, 캡슐형 발포제 및 정구형 고분자 발포제 중 적어도 하나를 포함하는 연료전지 미세기공층 코팅액을 제공한다.In addition, the foaming agent is an azodicarbonamide-based, toluenesulfonylhydrazide-based, oxydibenzenesulfonylhydrazide-based, or dinitrosopentamethylenetetramine-based. Provided is a fuel cell microporous layer coating solution containing at least one of toluenesulfonyl semicarbazide-based, phenyl tetrazole-based, inorganic, capsular foaming agents, and spherical polymeric foaming agents.

한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에서는, 발포제를 포함하여 미세기공층 코팅액을 제조하고, 소수처리된 탄소종이에 미세기공층 코팅액을 코팅하고 열처리하여 탄소종이에 미세기공층을 형성하되, 열처리 과정에서 상기 발포제에 의한 발포가 이루어지도록 하여, 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 증대시키는 연료전지 가스확산층을 제공한다.On the other hand, in another aspect of the present invention for solving the above problems, a microporous layer coating solution is prepared by including a foaming agent, the microporous layer coating solution is coated on hydrophobic treated carbon paper, and heat treatment is performed to obtain microporous layer coating solution on the carbon paper. Provided is a fuel cell gas diffusion layer that increases the pore size of the microporous layer formed on the carbon paper by forming a porous layer and allowing the foaming agent to be foamed during the heat treatment process.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 가스확산층은, 미세기공층 코팅액을 제조하는 과정에서 적정 함량의 발포제를 첨가하고, 제조된 미세기공층 코팅액을 탄소종이에 코팅하고 열처리를 수행함으로써, 열처리 과정에서 발생하는 발포 작용을 통해 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 효과적으로 조절할 수 있다.The fuel cell gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention is a heat treatment process by adding an appropriate amount of a foaming agent in the process of preparing a microporous layer coating solution, coating the prepared microporous layer coating solution on carbon paper, and performing heat treatment. The pore size of the microporous layer formed in the carbon paper can be effectively controlled through the foaming action generated in the carbon paper.

또한, 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 증대시켜, 우수한 물배출 특성을 갖는 가스확산층을 제공할 수 있으며, 이를 통해 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by increasing the pore size of the microporous layer formed on the carbon paper, it is possible to provide a gas diffusion layer having excellent water discharge characteristics, thereby improving the performance of the fuel cell.

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.The effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 가스확산층의 제조방법을 순서도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기공층 코팅액의 제조방법을 순서도로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 각각 비교예 1 및 실시예 3에 따라 제조된 가스확산층에 대해 수은기공률 측정을 수행한 결과로서 기공크기 분포도를 도시한 것이다.
도 5는 비교예 1의 미세기공층 표면을 SEM으로 촬영한 것이다.
도 6 내지 도 8은 실시예 1 내지 3의 미세기공층 표면을 각각 SEM으로 촬영한 것이다.
도 9는 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 따른 가스확산층이 적용된 연료전지의 고습도 운전조건 시 단위셀 평가 결과를 전류-전압 그래프로 도시한 것이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a method for preparing a microporous layer coating solution according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 show pore size distribution as a result of measuring the mercury porosity of the gas diffusion layers prepared according to Comparative Example 1 and Example 3, respectively.
5 is a SEM photograph of the surface of the microporous layer of Comparative Example 1.
6 to 8 are SEM images of the surface of the microporous layer of Examples 1 to 3, respectively.
9 is a current-voltage graph illustrating unit cell evaluation results under high humidity operating conditions of fuel cells to which gas diffusion layers according to Examples 1, 3, and Comparative Example 1 are applied.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.The detailed description set forth below in conjunction with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description may be omitted, and the same reference numerals may be used for the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.In embodiments of the present invention, expressions such as “or” and “at least one” may represent one of the words listed together, or a combination of two or more.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 가스확산층의 제조방법을 순서도로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기공층 코팅액의 제조방법을 순서도로 도시한 것이다.1 is a flow chart showing a method for manufacturing a fuel cell gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart showing a method for manufacturing a coating liquid for a microporous layer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 가스확산층의 제조방법은, 발포제가 포함된 미세기공층 코팅액을 제조하는 단계(S100), 탄소종이를 소수처리하는 단계(S200) 및 소수처리된 탄소종이에 미세기공층 코팅액을 코팅하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method for manufacturing a fuel cell gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention includes preparing a microporous layer coating solution containing a foaming agent (S100), hydrophobic treatment of carbon paper (S200), and A step of coating the microporous layer coating solution on the hydrophobic treated carbon paper (S300) may be included.

본 실시예에 따른 연료전지 가스확산층은, 제조 과정에 있어, 발포제를 첨가하여 미세기공층 코팅액을 제조하고, 제조된 미세기공층 코팅액을 탄소종이에 코팅하고 열처리를 수행하여 가스확산층을 제조하되, 열처리 과정에서 발포제에 의한 발포가 이루어지도록 하여 미세기공층에 형성되는 기공의 크기를 조절함으로써 물배출 특성을 향상시킬 수 있다.In the manufacturing process of the fuel cell gas diffusion layer according to this embodiment, a foaming agent is added to prepare a microporous layer coating solution, the prepared microporous layer coating solution is coated on carbon paper, and heat treatment is performed to prepare a gas diffusion layer, Water discharge characteristics can be improved by controlling the size of pores formed in the microporous layer by enabling foaming by a foaming agent during the heat treatment process.

먼저, 미세기공층 코팅액을 제조하는 단계(S100)에서는, 탄소분말(예; 카본블랙), 분산제, 발포제, 용제(예; 프로필렌글리콜, 증류수) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE) 분산액을 교반 및 분산시켜 미세기공층 코팅액을 제조할 수 있다.First, in the step of preparing a microporous layer coating solution (S100), carbon powder (eg carbon black), a dispersing agent, a foaming agent, a solvent (eg propylene glycol, distilled water) and polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion are stirred. and dispersion to prepare a microporous layer coating solution.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 프로필렌글리콜(propylene glycol)에 카본블랙, 분산제 및 발포제를 1차 교반하여 중간 혼합물을 제조할 수 있다(S110).Specifically, referring to FIG. 2, an intermediate mixture may be prepared by primary stirring of carbon black, a dispersant, and a foaming agent in propylene glycol (S110).

여기서, 카본블랙은 미세기공층의 주요 구성물로서 전기전도 및 촉매층과의 접촉면적 형성에 중요한 역할을 할 수 있다.Here, carbon black, as a major component of the microporous layer, can play an important role in electrical conduction and formation of a contact area with the catalyst layer.

또한, 본 실시예에서 분산제로 트리톤(Triton)X-100 등을 이용할 수 있다.In addition, in this embodiment, Triton X-100 or the like may be used as a dispersant.

또한, 발포제로는, 아조다이카본아마이드(ADCA; Azodicarbonamide)계 발포제, P-톨루엔 설포닐 하이드라지드(TSH; p-Toluene sulfonyl hydrazide)계 발포제, 4,4'-옥시디벤젠설포닐하이드라지드(OBSH; 4,4'-Oxydibenzene sulfonyl hydrazide)계 발포제, N,N'-디니트로소 펜타메틸렌 테트라민(DPT; N,N'-Dinitroso pentamethylene tetramine)계 발포제, P-톨루엔 설포닐 세미카바자이드(PTSS; p-Toluene sulfonyl semicarbazide)계 발포제, 5-페닐 테트라졸(5-Phenyl tetrazole)계 발포제, 무기계 발포제(sodium bicarbonate), 캡슐형 발포제(예; 열팽창성 캡슐형 발포제, 중공형 캡슐형 발포제) 및 정구형 고분자 발포제 등이 적용될 수 있다.In addition, as the blowing agent, azodicarbonamide (ADCA)-based blowing agent, p-toluene sulfonyl hydrazide (TSH; p-Toluene sulfonyl hydrazide)-based blowing agent, 4,4'-oxydibenzenesulfonylhydra Zide (OBSH; 4,4'-Oxydibenzene sulfonyl hydrazide)-based blowing agent, N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine (DPT; N,N'-Dinitroso pentamethylene tetramine)-based blowing agent, P-toluene sulfonyl semicarba Zide (PTSS; p-Toluene sulfonyl semicarbazide)-based foaming agent, 5-phenyl tetrazole (5-Phenyl tetrazole)-based foaming agent, inorganic foaming agent (sodium bicarbonate), capsule type foaming agent (e.g. thermally expandable capsule type foaming agent, hollow capsule type foaming agent) and spherical polymeric foaming agent, etc. may be applied.

일 예로써, 중간 혼합물은 100 중량부를 기준으로, 프로필렌글리콜 60 중량부에 카본블랙 20 중량부, 트리톤X-100 10 중량부 및 발포제 10 중량부를 투입하고 1차 교반하여 제조될 수 있다.As an example, the intermediate mixture may be prepared by adding 20 parts by weight of carbon black, 10 parts by weight of Triton X-100, and 10 parts by weight of a foaming agent to 60 parts by weight of propylene glycol based on 100 parts by weight, followed by primary stirring.

1차 교반 과정에서는 카본블랙, 트리톤X-100 및 발포제를 프로필렌글리콜에 투입한 상태에서, 페이스트 믹서로 공전 1200RPM, 자전 1000RPM 조건으로 10분간 교반을 수행하여, 중간 혼합물을 제조할 수 있다.In the first stirring process, while carbon black, Triton X-100, and a foaming agent are added to propylene glycol, stirring is performed with a paste mixer at 1200 RPM and 1000 RPM for 10 minutes to prepare an intermediate mixture.

이어서, 제1 내지 제3 롤러를 포함하는 3롤밀을 이용하여 중간 혼합물을 분산시킬 수 있다(S120).Subsequently, the intermediate mixture may be dispersed using a 3-roll mill including first to third rollers (S120).

일 예로써, 제1 및 제2 롤러의 간격을 30㎛로, 제2 및 제3 롤러의 간격을 30㎛로 설정하고, 제1 내지 제3 롤러의 선속도를 800mm/s로 설정하여, 해당 조건으로 설정된 3롤밀을 이용하여 중간 혼합물을 분산시킬 수 있다.As an example, by setting the distance between the first and second rollers to 30 μm, the distance between the second and third rollers to 30 μm, and setting the linear speed of the first to third rollers to 800 mm / s, The intermediate mixture can be dispersed using a 3-roll mill set to the conditions.

다음, 3롤밀을 이용하여 분산된 중간 혼합물에 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액을 2차 교반하여 미세기공층 코팅액을 제조할 수 있다(S130).Next, a microporous layer coating solution may be prepared by secondary stirring of the polytetrafluoroethylene dispersion in the dispersed intermediate mixture using a 3-roll mill (S130).

일 예로써, 중간 혼합물 100 중량부 대비 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액을 10 중량부로 투입하고, 페이스트 믹서로 공전 400RPM, 자전 100RPM 조건으로 2분간 교반하여 미세기공층 코팅액을 제조할 수 있다.As an example, a microporous layer coating solution may be prepared by adding 10 parts by weight of the polytetrafluoroethylene dispersion to 100 parts by weight of the intermediate mixture, and stirring with a paste mixer for 2 minutes under conditions of revolution of 400 RPM and rotation of 100 RPM.

미세기공층 코팅액 제조에 사용되는 발포제로는, 발포 사이즈가 10 내지 20㎛이고, 발포 온도가 120 내지 250℃인 발포 특성을 가지는 발포제가 적용될 수 있고, 바람직하게는 발포 사이즈 15㎛, 발포 온도 200℃의 발포 특성을 가지는 발포제가 적용될 수 있다.As the foaming agent used in the preparation of the microporous layer coating solution, a foaming agent having a foaming property of a foaming size of 10 to 20 μm and a foaming temperature of 120 to 250° C. may be applied. Preferably, the foaming size is 15 μm and the foaming temperature is 200 μm. A blowing agent having a foaming property of °C can be applied.

발포제에 의한 발포 반응은 용제가 제거되고, 폴리테트라플루오르에틸렌이 소결되기 전에 이루어지는 것이 바람직하기 때문에, 용제가 제거될 수 있는 온도보다는 높고 폴리테트라플로오르에틸렌이 소결되는 온도보다는 낮은 120 내지 250℃의 발포 온도 특성을 가지는 발포제가 적용될 수 있다.Since the foaming reaction by the blowing agent is preferably carried out before the solvent is removed and the polytetrafluoroethylene is sintered, the temperature of 120 to 250 ° C. is higher than the temperature at which the solvent can be removed and lower than the temperature at which the polytetrafluoroethylene is sintered. A foaming agent having a foaming temperature characteristic may be applied.

또한, 미세기공층 코팅액 제조 시, 발포제의 첨가량은 프로필렌글리콜, 카본블랙, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부가 첨가될 수 있다.In addition, when preparing the microporous layer coating solution, the amount of the foaming agent may be added in an amount of 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of propylene glycol, carbon black, dispersant and polytetrafluoroethylene dispersion.

상술한 바와 같이 제조된 미세기공층 코팅액을 탄소종이에 코팅 및 열처리하여 미세기공층을 형성하는 경우, 열처리 과정에서 발포제에 의한 발포가 동반되어 미세기공층에 생성되는 기공의 크기를 증대시킬 수 있다.When the microporous layer is formed by coating and heat-treating the microporous layer coating solution prepared as described above on carbon paper, foaming by a foaming agent is accompanied during the heat treatment process, thereby increasing the size of pores generated in the microporous layer. .

특히, 미세기공층 코팅액에 첨가된 발포제의 양에 따라 미세기공층에 생성되는 기공의 크기를 조절할 수 있는데, 첨가되는 발포제의 함량이 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부 대비 20 중량부를 초과하는 경우, 미세기공층 코팅액의 점도가 과도하게 증가하여 탄소종이에 코팅액의 코팅이 곤란해지고, 미세기공층에 형성되는 기공들이 지나치게 커지게 되어 관통 전기저항이 급격하게 증가하게 된다.In particular, the size of pores generated in the microporous layer can be controlled according to the amount of the foaming agent added to the microporous layer coating solution. The amount of the added foaming agent is 100 When the amount exceeds 20 parts by weight, the viscosity of the microporous layer coating solution excessively increases, making it difficult to coat the coating solution on carbon paper, and the pores formed in the microporous layer become too large, resulting in a rapid increase in through electrical resistance. will do

또한, 첨가되는 발포제의 함량이 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부 대비 10 중량부 미만인 경우에는, 발포제에 의한 기공 형성 및 크기 증대의 효과가 미미하여, 미세기공층의 기체투과도 증대에 크게 기여하지 못하게 된다. In addition, when the content of the added foaming agent is less than 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the sum of the solvent, carbon powder, dispersant and polytetrafluoroethylene dispersion, the effect of forming pores and increasing the size by the foaming agent is insignificant, resulting in a microporous layer does not significantly contribute to the increase in gas permeability.

이에 따라, 첨가되는 발포제의 함량을 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부 대비 10 내지 20 중량부 범위에서 조절하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable to adjust the amount of the added foaming agent in the range of 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the solvent, carbon powder, dispersant and polytetrafluoroethylene dispersion.

이와 같이, 본 실시예에서는 적정 함량의 발포제가 포함된 미세기공층 코팅액을 이용하여 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 조절할 수 있고, 이를 통해 기체투과도를 증대시켜 뛰어난 물배출 특성을 갖는 가스확산층을 제조할 수 있다.As such, in this embodiment, the pore size of the microporous layer formed on the carbon paper can be controlled by using the microporous layer coating solution containing the foaming agent in an appropriate amount, thereby increasing the gas permeability to have excellent water discharge characteristics. A gas diffusion layer can be prepared.

한편, 탄소종이를 소수처리하는 단계(S200)에서는, 증류수에 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액을 혼합하여 폴리테트라플루오르에틸렌 함침액을 제조할 수 있다.On the other hand, in the step of hydrophobizing the carbon paper (S200), a polytetrafluoroethylene impregnation solution may be prepared by mixing the polytetrafluoroethylene dispersion with distilled water.

여기서, 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액은 소수성 부여를 위해 첨가될 수 있다.Here, polytetrafluoroethylene dispersion may be added to impart hydrophobicity.

이어서, 탄소종이를 폴리테트라플루오르에틸렌 함침액에 침지시킨 후 건조하여 소수처리된 탄소종이를 제조할 수 있다.Subsequently, the carbon paper may be immersed in a polytetrafluoroethylene impregnation solution and then dried to prepare a hydrophobic treated carbon paper.

다음, 소수처리된 탄소종이에 미세기공층 코팅액을 코팅하는 단계(S300)에서는, 바코터를 이용하여 미세기공층 코팅액을 소수처리된 탄소종이에 코팅하고 건조 및 열처리를 수행함으로써, 본 실시예에 따른 가스확산층을 제조할 수 있다.Next, in the step of coating the microporous layer coating liquid on the hydrophobic treated carbon paper (S300), the microporous layer coating liquid is coated on the hydrophobic treated carbon paper using a bar coater, and drying and heat treatment are performed. A gas diffusion layer according to the

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 적정 함량의 발포제가 포함된 미세기공층 코팅액을 소수처리된 탄소종이에 코팅하고 열처리하여 가스확산층을 제조하되, 열처리 과정에서 발포제에 의한 발포가 이루어지도록 하여 미세기공층에 형성되는 크기가 큰 기공의 수를 효과적으로 증대시킬 수 있으며, 이를 통해 가스확산층의 물배출 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, in this embodiment, a microporous layer coating solution containing an appropriate amount of a foaming agent is coated on hydrophobic treated carbon paper and heat-treated to prepare a gas diffusion layer. The number of large pores formed in the layer can be effectively increased, and through this, the water discharge characteristics of the gas diffusion layer can be improved.

또한, 상술한 실시예의 가스확산층 제조방법에서는, 미세기공층 코팅액을 제조하는 단계(S100) 이후에, 탄소종이를 소수처리하는 단계(S200)를 수행하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 탄소종이를 소수처리하는 단계(S200) 이후에, 미세기공층 코팅액을 제조하는 단계(S100)를 수행하거나, 각 단계가 병렬적으로 동시에 이루어질 수도 있다.In addition, in the gas diffusion layer manufacturing method of the above-described embodiment, after the step of preparing the microporous layer coating solution (S100), the step of hydrophobizing the carbon paper (S200) is performed, but the present invention is not necessarily limited thereto. , After the step of hydrophobizing the carbon paper (S200), the step of preparing the microporous layer coating solution (S100) may be performed, or each step may be performed simultaneously in parallel.

한편, 본 실시예에서 사용되는 탄소종이는, 아크릴산계 바인더가 혼합된 페놀 함침액을 제조하는 단계, 페놀 함침액에 카본베일을 함침시키는 단계, 함침된 카본베일을 건조 및 경화시키는 단계, 경화된 카본베일을 탄화시키는 단계 및 탄화된 카본베일을 흑연화시키는 단계를 통해 제조될 수 있다.On the other hand, the carbon paper used in this embodiment is prepared by preparing a phenol impregnation solution in which an acrylic acid binder is mixed, impregnating the carbon veil in the phenol impregnation solution, drying and curing the impregnated carbon veil, and curing the impregnated carbon veil. It can be produced through the step of carbonizing the carbon bale and the step of graphitizing the carbonized carbon bale.

구체적으로, 본 실시예에서 사용되는 탄소종이의 제조 과정에 있어, 아크릴산계 바인더가 혼합된 페놀 함침액을 제조하는 단계에서는, 알코올계 용매인 에탄올에, 페놀수지, 흑연분말 및 아크릴산계 바인더를 혼합하여 제조할 수 있다.Specifically, in the process of manufacturing the carbon paper used in this embodiment, in the step of preparing a phenol impregnation solution in which an acrylic acid binder is mixed, a phenol resin, graphite powder, and an acrylic acid binder are mixed with ethanol, an alcohol solvent. It can be manufactured by

일 예로써, 페놀 함침액은, 에탄올 55 내지 90 wt%, 페놀수지 2 내지 10 wt%, 흑연분말 3 내지 15 wt% 및 아크릴산계 바인더 5 내지 20 wt%로 구성될 수 있다.As an example, the phenol impregnation solution may include 55 to 90 wt% of ethanol, 2 to 10 wt% of a phenolic resin, 3 to 15 wt% of graphite powder, and 5 to 20 wt% of an acrylic acid-based binder.

여기서, 페놀수지는 탄소종이를 제조하는데 사용되는 열경화성 수지로서, 탄화공정 후 탄소 수율이 높은 장점이 있다.Here, the phenolic resin is a thermosetting resin used to manufacture carbon paper, and has an advantage of high carbon yield after the carbonization process.

또한, 페놀 함침액에 혼합되는 아크릴산계 바인더는, 카본베일의 표면에서 돌출되는 탄소섬유를 결착시킴으로써 카본베일의 표면이 평탄하게 형성될 수 있고, 카본베일의 표면부터 내부까지 균일한 함침막이 형성될 수 있도록 하여 기체투과도를 증대시키는데 기여할 수 있다.In addition, the acrylic acid-based binder mixed in the phenol impregnation solution binds the carbon fibers protruding from the surface of the carbon veil, so that the surface of the carbon veil can be formed flat, and a uniform impregnation film can be formed from the surface of the carbon veil to the inside. It can contribute to increase gas permeability by enabling

이와 같은 아크릴산계 바인더는, 폴리아크릴산(Polyacrylic acid) 또는 스티렌(Styrene), 메틸메타크릴레이트(Methylmethacrylate), 에틸메타크릴레이트(Ethylmethacrylate), n-부틸메타크릴레이트(n-Butylmethacrylate), 이소부틸메타크릴레이트(iso-Butylmethacrylate), t-부틸메타크릴레이트(t-Butylmethacrylate), 비닐크롤라이드(Vinylchloride), 비닐아세테이트(Vinylacetate), 아크릴로니트릴(Acrylonitrile), 2-에틸헥실메타크릴레이트(2-Ethylhexylmethacrylate), 라우릴메타크릴레이트(Laurylmethacrylate), 메틸아크릴레이트(Methylacrylate), 에틸아크릴레이트(Ethylacrylate), n-부틸아크릴레이트(n-Butylacrylate), 이소부틸아크릴레이트(iso-Butylacrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-Ethylhexylacrylate), 에틸렌(Ethylene), 옥타데실메타크릴레이트(Octadecylmethacrylate), 아크릴아미드(acrylamide) 등의 아크릴산(acrylic acid)과 공중합체를 형성할 수 있는 선택된 1종 이상의 원료를 공중합시킨 공중합체 바인더가 적용될 수 있다.Such an acrylic acid-based binder is polyacrylic acid or styrene, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, Iso-Butylmethacrylate, t-Butylmethacrylate, Vinylchloride, Vinylacetate, Acrylonitrile, 2-Ethylhexylmethacrylate (2- Ethylhexylmethacrylate, Laurylmethacrylate, Methylacrylate, Ethylacrylate, n-Butylacrylate, Iso-Butylacrylate, 2-ethyl Copolymerization of at least one selected raw material capable of forming a copolymer with acrylic acid such as 2-Ethylhexylacrylate, Ethylene, Octadecylmethacrylate, and Acrylamide Copolymer binders designed for use may be applied.

또한, 아크릴산계 바인더에서 카르복실산 비율이 높은 바인더를 적용하여 탄소종이를 제조하는 경우, 탄소종이의 기체투과도(수직 및 수평 기체투과도)가 증가될 수 있고, 동일 바인더 투입량 대비 돌출섬유 제거 효과가 우수하여, 기존에 비해 더 적은 바인더 투입량으로 돌출섬유 제거 효과를 얻을 수 있다.In addition, when carbon paper is manufactured by applying a binder having a high carboxylic acid ratio in an acrylic acid binder, the gas permeability (vertical and horizontal gas permeability) of the carbon paper can be increased, and the effect of removing protruding fibers compared to the same binder input amount is increased. It is excellent, and it is possible to obtain the effect of removing protruding fibers with a smaller amount of binder than before.

이에 따라, 적정 비율의 카르복실산이 포함된 아크릴산계 바인더를 적정량 투입하여 페놀 함침액을 제조하고, 이렇게 제조된 페놀 함침액을 이용하여 탄소종이를 제조함으로써, 표면에서 돌출섬유가 억제되면서도 함침균일도를 증대시켜 기체투과도가 우수한 탄소종이를 제조할 수 있으며, 탄소종이의 압축률을 적절히 낮추도록 조절할 수 있어, 내구성을 확보하고 연료전지의 가스확산층에 용이하게 적용될 수 있다.Accordingly, a phenol impregnation solution is prepared by introducing an appropriate amount of an acrylic acid-based binder containing an appropriate ratio of carboxylic acid, and carbon paper is prepared using the phenol impregnation solution prepared in this way, thereby suppressing protruding fibers on the surface and improving impregnation uniformity. It is possible to manufacture carbon paper having excellent gas permeability by increasing the gas permeability, and the compression ratio of the carbon paper can be adjusted to appropriately lower, so that durability can be secured and it can be easily applied to the gas diffusion layer of the fuel cell.

바람직한 예로써, 본 실시예에서는 카르복실산이 10 내지 50%의 비율로 포함된 아크릴산계 바인더를 페놀 함침액 100 중량부 대비 5 내지 20 중량부로 투입하여 페놀 함침액을 제조하고, 이러한 페놀 함침액을 이용하여 기체투과도가 우수하고 가스확산층에 적합한 탄소종이를 제조할 수 있다.As a preferred example, in this embodiment, a phenol impregnation solution is prepared by adding 5 to 20 parts by weight of an acrylic acid-based binder containing 10 to 50% of carboxylic acid relative to 100 parts by weight of the phenol impregnation solution. Carbon paper having excellent gas permeability and suitable for a gas diffusion layer can be manufactured by using the carbon paper.

다음으로, 페놀 함침액에 카본베일을 함침시키는 단계에서는, 제조된 페놀 함침액에 카본베일을 함침시킬 수 있다.Next, in the step of impregnating the carbon veil into the phenol impregnating liquid, the carbon veil may be impregnated into the prepared phenol impregnating liquid.

카본베일은 탄소섬유를 수분산하여 습식(Wet-laid) 제조공정을 통해 제조될 수 있으며, 탄소섬유가 이차원적으로 잘 배양되어야 전기적 특성이 향상될 수 있다.The carbon veil can be manufactured through a wet-laid manufacturing process by dispersing carbon fibers in water, and the electrical properties can be improved only when the carbon fibers are well cultured in two dimensions.

최근 연료전지의 가스확산층이 박막화되면서 카본베일을 구성하는 탄소섬유의 길이 대비 카본베일의 두께가 얇아져 탄소종이 제조 후 표면에서 돌출되는 탄소섬유의 빈도가 높게 나타나고 있는데, 표면에서 돌출된 탄소섬유를 제거하지 않은 채로 미세 다공성층을 코팅한 후 가스확산층을 제조하고, 이를 연료전지에 적용하는 경우, 돌출된 탄소섬유에 의하여 막전극접합체(촉매층, 전해질층 및 가스확산층 중 적어도 하나)가 관통되는 등의 물리적 손상을 발생시켜 연료전지의 내구성과 성능을 저하시키는 원인으로 작용될 수 있다.Recently, as the gas diffusion layer of a fuel cell has been thinned, the thickness of the carbon veil has become thinner compared to the length of the carbon fiber constituting the carbon veil, resulting in a high frequency of carbon fibers protruding from the surface after carbon paper is produced. The carbon fibers protruding from the surface have been removed. When the gas diffusion layer is prepared after coating the microporous layer without being coated and applied to the fuel cell, the membrane electrode assembly (at least one of the catalyst layer, the electrolyte layer and the gas diffusion layer) is penetrated by the protruding carbon fibers. It may cause physical damage to cause deterioration in durability and performance of the fuel cell.

이에 따라, 페놀 함침액에 카본베일을 함침시키는 과정에서, 페놀 함침액에 포함된 아크릴산계 바인더가 카본베일에 같이 함침됨으로써 카본베일의 표면을 코팅할 수 있고, 이에 의해 카본베일의 표면에서 돌출되는 탄소섬유들이 수평방향으로 정돈되어 표면이 평탄하게 형성될 수 있으며, 상술한 바와 같은 표면에서 돌출된 탄소섬유로 인해 발생하는 문제를 해결하여 연료전지의 내구성과 성능을 개선할 수 있다.Accordingly, in the process of impregnating the carbon veil in the phenol impregnating liquid, the surface of the carbon veil can be coated by impregnating the carbon veil with the acrylic acid-based binder included in the phenol impregnating liquid, thereby protruding from the surface of the carbon veil. The carbon fibers may be arranged in a horizontal direction to form a flat surface, and the durability and performance of the fuel cell may be improved by solving problems caused by the carbon fibers protruding from the surface as described above.

다음, 함침된 카본베일을 건조 및 경화시키는 단계에서는, 먼저 함침된 카본베일에서 잔여 용매를 건조시킬 수 있고, 건조된 카본베일을 경화시킬 수 있다.Next, in the step of drying and curing the impregnated carbon veil, residual solvent may be dried in the impregnated carbon veil, and the dried carbon veil may be cured.

이때, 바람직하게는 함침된 카본베일을 70 내지 100℃에서 수 분간 건조시키고, 이후 150 내지 200℃에서 수 분간 경화시킬 수 있다.At this time, preferably, the impregnated carbon veil may be dried at 70 to 100° C. for several minutes, and then cured at 150 to 200° C. for several minutes.

이어서, 경화된 카본베일을 탄화시키는 단계에서는, 경화된 카본베일을 불활성 가스 분위기에서 탄화시킬 수 있다.Subsequently, in the step of carbonizing the hardened carbon bale, the hardened carbon bale may be carbonized in an inert gas atmosphere.

구체적으로, 페놀수지의 연소를 차단하기 위해 불활성 가스인 질소 또는 아르곤 가스를 이용한 탄화를 수행할 수 있으며, 바람직하게는 700 내지 900℃에서 수십 분간 탄화를 수행할 수 있다. Specifically, carbonization may be performed using an inert gas such as nitrogen or argon gas to block combustion of the phenolic resin, preferably at 700 to 900° C. for several tens of minutes.

이어서, 탄화된 카본베일을 흑연화시키는 단계에서는, 탄화된 카본베일을 불활성 가스 분위기에서 흑연화시킬 수 있다.Subsequently, in the step of graphitizing the carbonized carbon bale, the carbonized carbon bale may be graphitized in an inert gas atmosphere.

이때, 질소 가스 또는 아르곤 가스를 이용하여 흑연화 공정을 수행할 수 있고, 흑연화 공정의 온도는 2000℃ 이상으로 형성될 수 있다.At this time, the graphitization process may be performed using nitrogen gas or argon gas, and the temperature of the graphitization process may be formed at 2000° C. or higher.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 탄소종이는, 카르복실산이 포함된 아크릴산계 바인더를 투입하여 제조된 페놀 함침액에 카본베일을 함침시켜, 카본베일의 표면에서 돌출되는 탄소섬유를 용이하게 제거할 수 있고, 압축률을 저감시킬 수 있으며, 특히 아크릴산계 바인더를 통해 카본베일에 균일한 함침막이 형성될 수 있도록 하여 기체투과도를 증대시키는데 기여할 수 있다.As described above, in the carbon paper according to the present embodiment, carbon fibers protruding from the surface of the carbon veil are easily removed by impregnating the carbon veil in a phenol impregnation solution prepared by adding an acrylic acid-based binder containing carboxylic acid. It is possible to reduce the compressibility, and in particular, it is possible to contribute to increasing the gas permeability by allowing a uniform impregnated film to be formed on the carbon bale through the acrylic acid binder.

더욱이, 아크릴산계 바인더에 포함되는 카르복실산의 비율과, 페놀 함침액에 혼합되는 아크릴산계 바인더의 함량을 조절하여, 내구성을 확보하고 제조되는 탄소종이의 압축률을 박막형 가스확산층에 적합하도록 조절할 수 있다.Furthermore, by adjusting the ratio of carboxylic acid contained in the acrylic acid binder and the content of the acrylic acid binder mixed in the phenol impregnated liquid, durability can be secured and the compression rate of the produced carbon paper can be adjusted to be suitable for the thin film gas diffusion layer. .

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 가스확산층에 대해 설명한다. Hereinafter, a gas diffusion layer manufactured according to an embodiment of the present invention will be described.

다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention by this in any sense.

[실시예 1 내지 3][Examples 1 to 3]

카본블랙 20g, 트리톤X-100 10g, ADCA계 발포제 10g 및 프로필렌글리콜 60g을 계량하고, 페이스트 믹서로 공전 1200RPM, 자전 1000RPM 조건으로 10분간 교반하여 중간 혼합물을 제조하였다.20 g of carbon black, 10 g of Triton X-100, 10 g of ADCA-based foaming agent, and 60 g of propylene glycol were weighed and stirred in a paste mixer at 1200 RPM and 1000 RPM for 10 minutes to prepare an intermediate mixture.

여기서, 적용되는 ADCA계 발포제는 발포 사이즈 15㎛, 발포 온도 200℃ 특성을 가진다. Here, the applied ADCA-based blowing agent has the characteristics of a foaming size of 15 μm and a foaming temperature of 200° C.

이어서, 3롤밀을 이용하여 중간 혼합물을 분산시키되, 제1 및 제2 롤러의 간격을 30㎛로, 제2 및 제3 롤러의 간격을 30㎛로 설정하고, 롤러의 선속도를 800mm/s로 설정하여, 해당 조건으로 중간 혼합물을 분산시켰다.Then, the intermediate mixture was dispersed using a 3-roll mill, the distance between the first and second rollers was set to 30 μm, the distance between the second and third rollers was set to 30 μm, and the linear speed of the rollers was set to 800 mm/s. By setting, the intermediate mixture was dispersed under the conditions.

다음, 3롤밀에 의해 분산된 중간 혼합물에 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액 10g을 투입하고, 페이스트 믹서로 공전 400RPM, 자전 100RPM 조건으로 2분간 교반하여 미세기공층 코팅액을 제조하였다.Next, 10 g of the polytetrafluoroethylene dispersion was added to the intermediate mixture dispersed by a 3-roll mill, and stirred for 2 minutes at 400 RPM and 100 RPM using a paste mixer to prepare a microporous layer coating solution.

상기 제조 과정에서, 발포제의 투입량은 카본블랙, 트리톤X-100, 프로필렌글리콜 및 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여 10 중량부, 즉 10g 의 ADCA계 발포제를 투입하였다.In the preparation process, 10 parts by weight, that is, 10 g of the ADCA-based blowing agent was added based on 100 parts by weight of the total of carbon black, Triton X-100, propylene glycol, and polytetrafluoroethylene dispersion.

한편, 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액 3g 및 증류수 97g을 계량하고, 교반기를 이용하여 200RPM에서 1분간 혼합하여 폴리테트라플루오르에틸렌 함침액을 제조하였다.Meanwhile, 3 g of the polytetrafluoroethylene dispersion and 97 g of distilled water were weighed and mixed for 1 minute at 200 RPM using a stirrer to prepare a polytetrafluoroethylene impregnation solution.

이어서, 탄소종이를 폴리테트라플루오르에틸렌 함침액에 침지시킨 후, 100℃에서 5분간 건조하여 소수처리된 탄소종이를 제조하였다.Subsequently, the carbon paper was immersed in a polytetrafluoroethylene impregnation solution, and then dried at 100° C. for 5 minutes to prepare hydrophobic treated carbon paper.

이때, 탄소종이의 두께는 대략 170㎛이고, 탄소종이에 함침되는 폴리테트라플루오르에틸렌 함침량은 탄소종이 무게의 10% 정도로 형성하였다.At this time, the thickness of the carbon paper was approximately 170 μm, and the amount of polytetrafluoroethylene impregnated into the carbon paper was formed to be about 10% of the weight of the carbon paper.

또한, 바코터를 이용하여, 제조된 미세기공층 코팅액을 소수처리된 탄소종이에 코팅하고, 100℃에서 5분간 건조한 후, 10℃/min의 승온속도로 400℃까지 승온 후 10분간 유지하여 가스확산층을 제조하였다.In addition, by using a bar coater, the prepared microporous layer coating solution is coated on hydrophobic treated carbon paper, dried at 100 ° C for 5 minutes, heated to 400 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, maintained for 10 minutes, and gas A diffusion layer was prepared.

이때, 탄소종이(두께: 170㎛)에 코팅되는 두께를 대략 45㎛로 형성하여, 가스확산층의 총 두께를 215㎛로 형성하였다.At this time, the thickness coated on the carbon paper (thickness: 170 μm) was formed to be approximately 45 μm, so that the total thickness of the gas diffusion layer was formed to 215 μm.

한편, 실시예 2와 실시예 3은 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 미세기공층 코팅액을 제조하는 공정에서, 실시예 2는 첨가되는 발포제의 함량을 카본블랙, 트리톤X-100, 프로필렌글리콜 및 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여 15 중량부, 즉 15g로 하고, 실시예 3은 첨가되는 발포제의 함량을 카본블랙, 트리톤X-100, 프로필렌글리콜 및 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여 20 중량부, 즉 20g으로 하였으며, 각각 해당 조건에서 제조된 미세기공층 코팅액을 이용하여 가스확산층을 제조하였다.On the other hand, Examples 2 and 3 are prepared in the same way as Example 1, but in the process of preparing the microporous layer coating solution, Example 2 changes the amount of the foaming agent added to carbon black, Triton X-100, and propylene glycol. and 15 parts by weight, that is, 15 g, based on 100 parts by weight of the sum of the polytetrafluoroethylene dispersion, and in Example 3, the amount of the added foaming agent is the sum of carbon black, Triton X-100, propylene glycol, and polytetrafluoroethylene dispersion. It was 20 parts by weight, that is, 20 g, with respect to 100 parts by weight, and a gas diffusion layer was prepared using the microporous layer coating solution prepared under the respective conditions.

[비교예 1 내지 3] [Comparative Examples 1 to 3]

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 미세기공층 코팅액을 제조하는 공정에서, 비교예 1은 발포제를 첨가하지 않았고, 비교예 2는 발포제의 함량을 카본블랙, 트리톤X-100, 프로필렌글리콜 및 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여 5 중량부, 즉 5g으로 하고, 비교예 3은 첨가되는 발포제의 함량을 카본블랙, 트리톤X-100, 프로필렌글리콜 및 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여 25 중량부, 즉 25g으로 하였으며, 각각 해당 조건에서 제조된 미세기공층 코팅액을 이용하여 가스확산층을 제조하였다.It was prepared in the same manner as Example 1, but in the process of preparing the microporous layer coating solution, Comparative Example 1 did not add a foaming agent, and Comparative Example 2 adjusted the content of the foaming agent to carbon black, Triton X-100, propylene glycol and poly 5 parts by weight, that is, 5 g, based on 100 parts by weight of the total tetrafluoroethylene dispersion, and in Comparative Example 3, the amount of the foaming agent added was 100 parts by weight of the total of carbon black, Triton X-100, propylene glycol, and polytetrafluoroethylene dispersion It was 25 parts by weight, that is, 25 g, and a gas diffusion layer was prepared using the microporous layer coating solution prepared under the respective conditions.

상기 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 3에 따라 발포제의 함량을 달리하여 각각 제조된 가스확산층에 대해 관통 전기저항, 기체투과도 및 미세기공층의 기공 크기를 검출한 결과를 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the results of detecting the through electrical resistance, gas permeability, and pore size of the microporous layer for the gas diffusion layers prepared by varying the content of the foaming agent according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. was

여기서, 가스확산층에 대한 관통 전기저항과 기체투과도는 CPRT-10을 이용하여 측정하였고, 미세기공층의 기공 크기는 수은기공률 분석기(AutoPore V)를 이용하여 측정하였다.Here, the through electrical resistance and gas permeability of the gas diffusion layer were measured using CPRT-10, and the pore size of the microporous layer was measured using a mercury porosity analyzer (AutoPore V).

하기의 표 1에 기재된 기공 크기는 실시예 및 비교예 별로 미세기공층에 형성된 기공들 중에 가장 많이 분포된 기공의 크기를 나타낸 것으로, 후술되는 도 4의 기공크기 분포도에서와 같이, 발포제의 함유량에 따라 두 구간에서 기공의 분포가 집중되고 있는 경우, 각 구간에서 가장 많이 분포된 기공의 크기를 나타내었다.The pore size shown in Table 1 below shows the size of the most distributed pores among the pores formed in the microporous layer for each example and comparative example, and as shown in the pore size distribution chart of FIG. Accordingly, when the distribution of pores is concentrated in the two sections, the size of the most distributed pores in each section is shown.

구분division 발포제blowing agent
함량content
관통 전기저항penetration electrical resistance
(mΩ·㎠)(mΩ·cm²)
기체투과도gas permeability
(㎡)(㎡)
기공 크기pore size
1One 22 실시예 1Example 1 10%10% 9.89.8 1.9×10-13 1.9×10 -13 58㎚58 nm 195㎚195 nm 실시예 2Example 2 15%15% 9.59.5 5.8×10-13 5.8×10 -13 61㎚61 nm 199㎚199 nm 실시예 3Example 3 20%20% 9.79.7 7.3×10-13 7.3×10 -13 62㎚62 nm 201㎚201 nm 비교예 1Comparative Example 1 0%0% 9.59.5 3.2×10-14 3.2×10 -14 50㎚50 nm -- 비교예 2Comparative Example 2 5%5% 9.69.6 5.2×10-14 5.2×10 -14 57㎚57 nm -- 비교예 3Comparative Example 3 25%25% 16.816.8 9.1×10-13 9.1×10 -13 87㎚87 nm 203㎚203 nm

표 1에 나타난 바와 같이, 가스확산층 제조시 발포제를 첨가한 실시예 1 내지 3과, 비교예 2 및 3의 경우, 발포제를 첨가하지 않은 비교예 1에 비하여 기체투과도가 향상되고 미세기공층의 기공 크기가 증가하는 효과가 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, in the case of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 and 3 in which a foaming agent was added during the preparation of the gas diffusion layer, the gas permeability was improved compared to Comparative Example 1 in which no foaming agent was added and the pores of the microporous layer were improved. It can be seen that there is an effect of increasing the size.

이때, 발포제의 함량이 5%인 비교예 2의 경우에도 기체투과도 향상과 기공 크기 증가에 일부 효과는 확인되나, 발포제에 의한 기공 형성이 부족한 것이 확인되며, 기체투과도 역시 향상 폭이 부족함을 확인할 수 있다.At this time, even in the case of Comparative Example 2 in which the content of the foaming agent was 5%, some effects were confirmed in improving the gas permeability and increasing the pore size, but it was confirmed that the formation of pores by the foaming agent was insufficient, and the gas permeability was also insufficient. there is.

실시예 1 내지 3과 같이, 발포제의 함량을 10 내지 20% 범위로 첨가하는 경우에 기체투과도 향상이 두드러지게 확인되며, 발포제에 의한 증가된 크기의 기공이 다수 형성됨을 확인할 수 있다.As in Examples 1 to 3, when the content of the foaming agent is added in the range of 10 to 20%, the gas permeability is remarkably improved, and it can be seen that a large number of pores of an increased size are formed by the foaming agent.

특히, 발포제를 첨가하지 않은 비교예 1과, 발포제의 함량이 5%인 비교예 2의 경우, 미세기공층에 가장 많이 분포된 기공 크기가 각각 50㎚ 및 57㎚로 나타나고 있어, 60㎚ 미만의 기공들이 집중 분포되어 있는 반면에, 발포제의 함량이 각각 10%, 15%, 및 20%인 실시예 1, 2 및 3에서는, 미세기공층에 가장 많이 분포된 기공 크기가 각각 58㎚와 195㎚, 61㎚와 199㎚, 62㎚와 201㎚로, 비교예 1 및 2에 비해 기공 크기가 증대되고, 190㎚ 이상의 상대적으로 큰 크기의 기공도 함께 집중 분포되고 있음을 확인할 수 있다.In particular, in the case of Comparative Example 1 in which no foaming agent was added and Comparative Example 2 in which the content of the foaming agent was 5%, the most distributed pore sizes in the microporous layer were 50 nm and 57 nm, respectively, and less than 60 nm While the pores are concentratedly distributed, in Examples 1, 2, and 3 in which the contents of the blowing agent are 10%, 15%, and 20%, respectively, the pore sizes most distributed in the microporous layer are 58 nm and 195 nm, respectively. , 61 nm and 199 nm, 62 nm and 201 nm, it can be seen that the pore size is increased compared to Comparative Examples 1 and 2, and pores of a relatively large size of 190 nm or more are concentrated together.

이를 통해, 가스확산층 제조시 일정 이상의 발포제가 첨가되면 발포 작용에 의해 미세기공층의 기공 크기가 커지는 것을 확인할 수 있다.Through this, it can be seen that when a certain or more foaming agent is added during the manufacturing of the gas diffusion layer, the pore size of the microporous layer increases due to the foaming action.

또한, 첨가된 발포제의 함량이 높아질수록 기공의 크기가 증가되는 것을 확인할 수 있고, 이에 대응하여 기체투과도 역시 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the pore size increases as the content of the added foaming agent increases, and correspondingly, the gas permeability is also excellent.

다만, 비교예 3과 같이 발포제의 함량이 20%를 초과하게 되면, 지나친 다수의 큰 기공에 의한 관통 전기저항이 급격하게 커지기 때문에, 첨가되는 발포제의 함량을 10 내지 20% 범위에서 조절하는 것이 바람직하다.However, when the content of the foaming agent exceeds 20% as in Comparative Example 3, the through electrical resistance due to the excessive number of large pores rapidly increases. do.

이에 따라, 실시예 1 내지 3과 같이, 10 내지 20% 함량의 발포제를 첨가하여 가스확산층을 제조하게 되면, 발포제에 의한 발포 작용으로 미세기공층에 형성되는 기공의 크기를 증대시킬 수 있고, 관통 전기저항의 증가를 억제하면서 기체 투과도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 우수한 물배출 특성을 갖는 연료전지 가스확산층을 얻을 수 있다.Accordingly, as in Examples 1 to 3, when the gas diffusion layer is prepared by adding a foaming agent of 10 to 20% content, the size of pores formed in the microporous layer can be increased by the foaming action of the foaming agent, and penetration It is possible to improve gas permeability while suppressing an increase in electrical resistance, and through this, a fuel cell gas diffusion layer having excellent water discharge characteristics can be obtained.

한편, 도 3 및 도 4는 각각 비교예 1 및 실시예 3에 따라 제조된 가스확산층에 대해 수은기공률 측정을 수행한 결과로서 기공크기 분포도를 도시한 것이다.Meanwhile, FIGS. 3 and 4 show pore size distribution as a result of measuring the mercury porosity of the gas diffusion layers prepared according to Comparative Example 1 and Example 3, respectively.

도 3 및 도 4에 각각 도시된 기공크기 분포도를 살펴보면, X축은 기공 크기, Y축은 기공의 부피를 나타낸 것으로서, Y축이 클수록 기공이 많으며, 좌측 영역은 탄소종이의 기공 크기를 나타내는 영역으로 본 실시예와 무관하고, 우측 영역은 미세기공층의 기공 크기가 나타나 있다.Looking at the pore size distribution charts shown in FIGS. 3 and 4, the X axis represents the pore size and the Y axis represents the pore volume. The larger the Y axis, the more pores, and the left region represents the pore size of carbon paper. Regardless of the examples, the right area shows the pore size of the microporous layer.

이때, 기공크기 분포도 상의 우측 영역에 표시된 피크값은 미세기공층에 형성된 기공들 중에 가장 많이 분포된 기공의 크기를 나타낸 것이다.At this time, the peak value displayed on the right side of the pore size distribution chart indicates the size of the most distributed pores among pores formed in the microporous layer.

구체적으로, 발포제가 첨가되지 않은 비교예 1은, 미세기공층에 가장 많이 분포된 기공 크기가 50㎚로 나타나고, 발포제의 함량이 20%인 실시예 3은 미세기공층에 가장 많이 분포된 기공 크기가 두 구간에서 각각 62㎚와 201㎚로 나타나고 있으며, 이를 통해 발포제를 첨가하여 가스확산층을 제조하게 되면 미세기공층에 크기가 큰 기공이 다수 형성되는 것을 확인할 수 있다.Specifically, in Comparative Example 1, in which no foaming agent was added, the pore size most distributed in the microporous layer was 50 nm, and in Example 3, in which the content of the foaming agent was 20%, the pore size most distributed in the microporous layer was 50 nm. is shown as 62 nm and 201 nm in the two sections, respectively, and through this, it can be seen that when a gas diffusion layer is prepared by adding a foaming agent, a large number of pores with a large size are formed in the microporous layer.

도 5는 비교예 1의 미세기공층 표면을 SEM으로 촬영한 것이고, 도 6 내지 도 8은 실시예 1 내지 3의 미세기공층 표면을 각각 SEM으로 촬영한 것이다.5 is an SEM image of the microporous layer surface of Comparative Example 1, and FIGS. 6 to 8 are SEM images of the microporous layer surface of Examples 1 to 3, respectively.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 발포제를 첨가하지 않은 비교예 1의 미세기공층에 비하여, 발포제를 첨가한 실시예 1 내지 3의 미세기공층에서 크기가 큰 기공이 다수 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.5 to 8, it can be seen that a large number of large pores are formed in the microporous layers of Examples 1 to 3 to which a foaming agent is added, compared to the microporous layer of Comparative Example 1 to which no foaming agent is added. there is.

특히, 실시예 1 내지 3을 살펴보면, 첨가된 발포제의 함량에 따라 미세기공층에 형성되는 기공의 빈도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.In particular, looking at Examples 1 to 3, it can be seen that the frequency of pores formed in the microporous layer increases according to the amount of the added foaming agent.

즉, 발포제 함량이 10%인 실시예 1, 발포제 함량이 15%인 실시예 2 및 발포제 함량이 20%인 실시예 3 순으로, 미세기공층에 형성되는 기공의 빈도가 점차 증가하고 있음을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the frequency of pores formed in the microporous layer is gradually increasing in the order of Example 1 in which the foaming agent content is 10%, Example 2 in which the foaming agent content is 15%, and Example 3 in which the foaming agent content is 20%. can

이와 같이, 발포제를 첨가하여 미세기공층을 형성하게 되면 미세기공층 내 크기가 큰 기공을 형성할 수 있고, 발포제 함량을 높일수록 미세기공층에 형성되는 기공의 빈도를 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.As such, it can be confirmed that when the microporous layer is formed by adding a foaming agent, pores having a large size can be formed in the microporous layer, and the frequency of pores formed in the microporous layer can be increased as the content of the foaming agent is increased. there is.

도 9는 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 따른 가스확산층이 적용된 연료전지의 고습도 운전조건 시 단위셀 평가 결과를 전류-전압 그래프로 도시한 것이다.9 is a current-voltage graph illustrating unit cell evaluation results under high humidity operating conditions of fuel cells to which gas diffusion layers according to Examples 1, 3, and Comparative Example 1 are applied.

단위셀 평가에 있어서는, 실시예 및 비교예에 따라 제조된 가스확산층을 동일한 조건의 연료전지 단위셀 구성부(막전극 집합체, 분리판 등)에 적용하고, 전류밀도에 따른 전압을 측정하여 성능을 평가하였다.In the unit cell evaluation, the gas diffusion layer manufactured according to Examples and Comparative Examples was applied to fuel cell unit cell components (membrane electrode assembly, separator, etc.) under the same conditions, and the voltage according to the current density was measured to determine the performance. evaluated.

또한, 연료전지의 단위셀 평가 장비로는, 싸이텍코리아(社) 단위셀 평가장치로 유량 수소 Stoic. 1.5, 공기 Stoic. 2.0 조건으로 평가하였고, 부속품으로 FCT(社) 3채널 25㎠의 단위셀 하드웨어 및 비나텍(社) 25㎠ MEA를 사용하였다.In addition, as unit cell evaluation equipment for fuel cells, the flow rate hydrogen Stoic. 1.5, Air Stoic. 2.0 conditions were evaluated, and FCT (company) 3-channel 25 cm 2 unit cell hardware and Vinatech (company) 25 cm 2 MEA were used as accessories.

도 9의 전류-전압 그래프를 참조하여, 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 따른 가스확산층이 적용된 연료전지의 단위셀 평가 결과를 살펴보면, 발포제가 적용되지 않은 비교예 1에 비하여, 발포제가 적용된 실시예 1 및 실시예 3이 전류밀도 2A/㎠ 구간에서의 전압값이 상승한 것으로 나타나고 있어, 비교예 1에 비해 실시예 1과 실시예 3이 물배출 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to the current-voltage graph of FIG. 9, examining the unit cell evaluation results of the fuel cells to which the gas diffusion layer according to Examples 1, 3, and Comparative Example 1 was applied, compared to Comparative Example 1 to which the foaming agent was not applied, It is shown that the voltage value in the current density 2A / cm 2 section of Examples 1 and 3 to which was applied increased, and it can be seen that Examples 1 and 3 are superior in water discharge characteristics compared to Comparative Example 1.

여기서, 가스확산층의 물배출 특성은 전류밀도 2A/㎠ 구간에서 전압값이 높을수록 우수하다고 할 수 있다.Here, it can be said that the water discharge characteristics of the gas diffusion layer are excellent as the voltage value increases in the current density 2A/cm 2 section.

또한, 실시예 1과 실시예 3은 거의 유사한 성능이 나타고 있으나, 10% 함량의 발포제가 적용된 실시예 1에 비하여, 20% 함량의 발포제가 적용된 실시예 3이 2A/㎠ 구간에서의 전압값이 소폭 상승한 것으로 나타나고 있어, 발포제의 함량을 높일수록 물배출 특성이 향상되고 있음을 알 수 있다.In addition, Example 1 and Example 3 exhibited almost similar performance, but Example 3 to which 20% of the foaming agent was applied compared to Example 1 to which 10% of the foaming agent was applied, the voltage value in the 2A / cm 2 section. It can be seen that the water discharge characteristics are improved as the content of the foaming agent is increased.

다만, 발포제의 함량이 20%를 초과하게 되면, 상기의 [표 1]에서와 같이, 관통 전기저항이 급격하게 증가하기 때문에, 첨가되는 발포제의 함량을 10 내지 20% 범위에서 조절하는 것이 바람직하다. However, when the content of the foaming agent exceeds 20%, as shown in [Table 1] above, since the through electrical resistance increases rapidly, it is preferable to adjust the amount of the foaming agent added in the range of 10 to 20%. .

이에 따라, 실시예 1 내지 3에서와 같이, 10 내지 20% 함량의 발포제를 첨가하여 미세기공층 코팅액을 제조하고, 이러한 미세기공층 코팅액을 탄소종이에 코팅 및 열처리하여 가스확산층을 제조하는 경우, 발포제에 의해 기공 크기가 증대된 미세기공층이 가스확산층에 형성됨으로써, 우수한 물배출 특성을 갖는 연료전지 가스확산층을 얻을 수 있다.Accordingly, as in Examples 1 to 3, the microporous layer coating solution was prepared by adding a foaming agent of 10 to 20% content, and the microporous layer coating solution was coated on carbon paper and heat treated to prepare a gas diffusion layer. A fuel cell gas diffusion layer having excellent water discharge characteristics can be obtained by forming a microporous layer having an increased pore size by the foaming agent on the gas diffusion layer.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 가스확산층은, 미세기공층 코팅액을 제조하는 과정에서 적정 함량의 발포제를 첨가하고, 제조된 미세기공층 코팅액을 탄소종이에 코팅하고 열처리를 수행함으로써, 열처리 과정에서 발생하는 발포 작용을 통해 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 효과적으로 증대시킬 수 있다.As described above, in the fuel cell gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention, an appropriate amount of a foaming agent is added in the process of preparing a microporous layer coating solution, the prepared microporous layer coating solution is coated on carbon paper, and heat treatment is performed. By performing, it is possible to effectively increase the pore size of the microporous layer formed in the carbon paper through the foaming action generated in the heat treatment process.

또한, 탄소종이에 형성되는 미세기공층에 크기가 큰 기공을 다수 형성하여, 우수한 물배출 특성을 갖는 가스확산층을 제공할 수 있으며, 이를 통해 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by forming a large number of large pores in the microporous layer formed in the carbon paper, a gas diffusion layer having excellent water discharge characteristics can be provided, and through this, the performance of the fuel cell can be improved.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.Embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the scope of the present invention should be construed as including all changes or modifications derived based on the technical idea of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (7)

가스확산층 내 미세기공층을 형성하는 연료전지 미세기공층 코팅액에 있어서,
용제, 탄소분말, 분산제 및 ADCA계 발포제가 혼합된 중간 혼합물을 분산시키고, 상기 분산된 중간 혼합물에 폴리테트라플루오르에틸렌 분산액을 교반하여 형성되되,
상기 ADCA계 발포제는,
열처리 공정 시, 상기 용제가 제거되는 온도보다는 높고 폴리테트라플로오르에틸렌이 소결되는 온도보다는 낮은 120 내지 250℃에서 발포되는 특성을 가지며,
상기 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부가 첨가되어,
상기 가스확산층의 제조 과정에서, 상기 미세기공층의 기공 크기를 조절하여, 상기 가스확산층의 관통 전기저항의 증가는 억제하면서 기체 투과도를 향상시키는 연료전지 미세기공층 코팅액.
In the fuel cell microporous layer coating liquid forming the microporous layer in the gas diffusion layer,
Formed by dispersing an intermediate mixture in which a solvent, carbon powder, dispersant, and ADCA-based blowing agent are mixed, and stirring a polytetrafluoroethylene dispersion in the dispersed intermediate mixture,
The ADCA-based blowing agent,
During the heat treatment process, it has the property of foaming at 120 to 250 ° C., which is higher than the temperature at which the solvent is removed and lower than the temperature at which polytetrafluoroethylene is sintered,
Based on 100 parts by weight of the sum of the solvent, carbon powder, dispersant and polytetrafluoroethylene dispersion, 10 to 20 parts by weight are added,
A fuel cell microporous layer coating solution that improves gas permeability while suppressing an increase in through electrical resistance of the gas diffusion layer by controlling the pore size of the microporous layer in the process of manufacturing the gas diffusion layer.
제 1항에 있어서,
상기 중간 혼합물은 3롤밀을 이용하여 분산되는 연료전지 미세기공층 코팅액.
According to claim 1,
The intermediate mixture is a fuel cell microporous layer coating liquid that is dispersed using a 3-roll mill.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 발포제는,
아조다이카본아마이드계, 톨루엔설포닐하이드라지드계, 옥시디벤젠설포닐하이드라지드계, 디니트로소펜타메틸렌테트라민계. 톨루엔설포닐세미카바자이드계, 페닐테트라졸계, 무기계, 캡슐형 발포제 및 정구형 고분자 발포제 중 적어도 하나를 포함하는 연료전지 미세기공층 코팅액.
According to claim 1,
The foaming agent,
Azodicarbonamide-based, toluenesulfonylhydrazide-based, oxydibenzenesulfonylhydrazide-based, dinitrosopentamethylenetetramine-based. A fuel cell microporous layer coating solution comprising at least one of toluenesulfonyl semicarbazide-based, phenyl tetrazole-based, inorganic, capsular foaming agents, and spherical polymeric foaming agents.
ADCA계 발포제를 포함하여 미세기공층 코팅액을 제조하고, 소수처리된 탄소종이에 상기 미세기공층 코팅액을 코팅하고 열처리하여 상기 탄소종이에 미세기공층을 형성하되, 상기 열처리 과정에서 상기 ADCA계 발포제에 의한 발포가 이루어지도록 하여, 상기 탄소종이에 형성되는 미세기공층의 기공 크기를 증대시키되,
상기 미세기공층 코팅액은 용제, 탄소분말, 분산제, ADCA계 발포제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액을 포함하고,
상기 ADCA계 발포제는,
열처리 공정 시, 상기 용제가 제거되는 온도보다는 높고 폴리테트라플로오르에틸렌이 소결되는 온도보다는 낮은 120 내지 250℃에서 발포되는 특성을 가지며,
상기 용제, 탄소분말, 분산제 및 폴리테트라플로오르에틸렌 분산액의 합 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부가 첨가되어, 상기 미세기공층의 기공 크기를 조절함으로써, 관통 전기저항의 증가는 억제하면서 기체 투과도를 향상시키는 연료전지 가스확산층.
A microporous layer coating solution including an ADCA-based foaming agent is prepared, the microporous layer coating solution is coated on hydrophobic treated carbon paper, and heat treatment is performed to form a microporous layer on the carbon paper. to increase the pore size of the microporous layer formed on the carbon paper,
The microporous layer coating solution includes a solvent, carbon powder, a dispersant, an ADCA-based blowing agent, and a polytetrafluoroethylene dispersion,
The ADCA-based blowing agent,
During the heat treatment process, it has the property of foaming at 120 to 250 ° C., which is higher than the temperature at which the solvent is removed and lower than the temperature at which polytetrafluoroethylene is sintered,
10 to 20 parts by weight is added to 100 parts by weight of the sum of the solvent, carbon powder, dispersant, and polytetrafluoroethylene dispersion to control the pore size of the microporous layer, thereby suppressing an increase in through electrical resistance and suppressing an increase in gas resistance. A fuel cell gas diffusion layer that improves permeability.
삭제delete 제 5항에 있어서,
상기 탄소종이는,
카본베일; 및
상기 카본베일 상에 결착된 탄소 구조체를 포함하고,
상기 카본베일은, 카르복실산이 포함된 아크릴산계 바인더와 페놀수지가 용해된 페놀 함침액을 이용하여, 표면으로부터 탄소 섬유의 돌출이 억제된 연료전지 가스확산층.
According to claim 5,
The carbon paper,
carbon veil; and
Including a carbon structure bound on the carbon veil,
The carbon veil is a fuel cell gas diffusion layer in which protrusion of carbon fibers from the surface is suppressed by using an acrylic acid-based binder containing carboxylic acid and a phenol impregnation solution in which a phenol resin is dissolved.
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KR20100116043A (en) * 2009-04-21 2010-10-29 삼성에스디아이 주식회사 A electrode for fuel cell, a fuel cell, and membrane-electrode assembly comprising the same
KR20210087825A (en) 2020-01-03 2021-07-13 주식회사 제이앤티지 Microporous layer used for fuel cell, gas diffusion layer comprising the same and fuel cell comprising the same

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