KR20050076586A

KR20050076586A - 겔 전해질, 연료전지용 전극, 및 연료전지

Info

Publication number: KR20050076586A
Application number: KR1020040073362A
Authority: KR
Inventors: 아이하라유우이찌
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-07-26
Also published as: JP4637488B2; KR100707159B1; JP2005209379A

Abstract

무가습·고온의 조건에서도 높은 프로톤 전도성을 나타내며, 또한 기계적 강도가 우수한 겔 전해질을 제공한다. 상기 겔 전해질은 산 및 상기 산에 대해 팽윤하는 매트릭스 폴리머를 포함하며, 상기 매트릭스 폴리머가 폴리파라반산 또는 폴리파라반산 유도체인 것을 특징으로 한다.

Description

겔 전해질, 연료전지용 전극, 및 연료전지{Gel electrolyte, electrode for fuel cell, and fuel cell}

본 발명은 겔 전해질, 연료전지용 전극 및 연료전지에 관한 것으로서, 특히 내열성, 프로톤 전도성이 우수한 겔 전해질 및 연료전지용 전극 및 연료전지에 관한 것이다.

연료전지에서는, 발전 효율, 시스템 효율, 구성 부재의 장기 내구성의 관점에서 100℃∼300℃ 정도의 작동 온도에서 무가습 또는 상대 습도 50% 이하의 저습도의 작동 조건에서 양호한 프로톤 전도성을 장기 안정적으로 나타내는 전해질막이 요구되고 있다. 종래의 고체 고분자 전해질형 연료전지의 개발에 있어서, 상기 요구를 감안하여 검토되었으나, 퍼플루오로술폰산막에서는 100℃ 이상 300℃ 이하의 작동 온도하, 상대 습도 50% 이하에서는 충분한 프로톤 전도성 및 출력을 얻을 수 없는 결점이 있었다.

일본 특허공표 평 11- 503262호 공보에는 인산 등의 강산을 도핑시킨 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 고체 전해질막이 개시되어 있다. 이 종류의 고체 전해질막에 의하면 우수한 내산화성 및 내열성을 가지며, 또한 200℃의 고온에서도 작동 가능하도록 되어 있다.

그러나 상기 인산을 도핑시킨 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 고체 전해질막에서도 연료전지 동작을 위해 충분한 프로톤 전도도를 얻으려면 폴리벤즈이미다졸 중량 대비 4∼5배의 인산을 함유시켜야 한다. 이와 같은 인산 함유량이 큰 막은 기계적 강도가 낮고, 또 연료전지에 조립한 경우에 가스의 크로스오버를 발생시킬 가능성이 있다. 반면 막의 기계적 강도를 높이기 위해 인산의 도핑율을 낮추면 프로톤 전도성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 무가습·고온의 조건에서도 높은 프로톤 전도성을 나타내고, 또한 기계적 강도가 우수한 겔 전해질, 이 겔 전해질을 이용한 연료전지용 전극 및 연료전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 산 및 상기 산에 대해 팽윤하는 매트릭스 폴리머를 포함하며, 상기 매트릭스 폴리머가 폴리파라반산 또는 폴리파라반산 유도체인 것을 특징으로 하는 겔 전해질을 제공한다.

상기 산으로는 인산을 예시할 수 있다. 또 이 인산에는 오르토인산 및 축합인산 모두가 포함된다.

폴리파라반산은 절연성이 높고 내열성도 우수하기 때문에 연료전지의 전해질막으로서 적합하다. 또 폴리파라반산은 그 분자 구조상 인산을 많이 함유할 수 있으며 또 인산과 분리하지 않고 일체(一體)의 막으로 형성할 수 있기 때문에 프로톤 전도성을 높일 수 있다.

또 본 발명의 겔 전해질은 앞에 기재된 겔 전해질로서 비수용성의 복소환 함질소 화합물이 더 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 복소환 함질소 화합물을 첨가함으로써 겔 전해질에서의 인산의 함유량을 향상시킬 수 있고 프로톤 전도도를 더욱 높일 수 있다. 또 복소환 함질소 화합물이 비수용성이기 때문에 연료전지의 반응 생성물로서 물이 생성된 경우에도 복소환 함질소 화합물이 물과 함께 겔 전해질에서 유출될 염려가 없어, 장기간에 걸쳐 프로톤 전도도를 높게 유지할 수 있다.

또 본 발명의 겔 전해질에서는, 상기 복소환 함질소 화합물이 이미다졸, 벤즈이미다졸, 피라졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피롤, 퓨린(purine), 프탈로시아닌, 포르피린 중 어느 1종 이상인 것이 바람직하다.

또 본 발명의 겔 전해질은 앞에 기재된 겔 전해질로서, 상기 매트릭스 폴리머 및 상기 복소환 함질소 화합물의 합계에 대한 상기 복소환 함질소 화합물의 함유율이 50질량% 미만인 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의하면 겔 전해질의 기계적 강도를 높일 수 있다.

다음으로 본 발명의 연료전지용 전극은, 전극 물질과, 앞의 어느 하나에 기재된 겔 전해질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 프로톤 전도도가 우수한 겔 전해질이 전극의 일부로서 구비되어 있기 때문에 전극 내부까지 프로톤이 전도되기 쉽게 되어 있어, 전극 자체의 내부 저항을 감소시킬 수 있다.

또 본 발명의 연료전지는 한쌍의 전극과, 각 전극 사이에 배치된 전해질막을 포함하며, 상기 전해질막의 일부 또는 전부가 앞의 어느 하나의 겔 전해질로 되어 있고, 또한 상기 전극의 일부에 상기 겔 전해질이 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 프로톤 전도도가 우수한 겔 전해질을 구비하고 또 전극의 일부에도 이 겔 전해질이 구비되어 있기 때문에 연료전지의 내부 임피던스를 저감시킬 수 있고, 전류 밀도를 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 겔 전해질에 의하면, 무가습·고온의 조건에서도 높은 프로톤 전도성을 나타내며, 또한 기계적 강도가 우수한 겔 전해질, 이 겔 전해질을 이용한 연료전지용 전극 및 연료전지를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 관한 연료전지는 수소극(전극)과, 산소극(전극)과, 수소극 및 산소극 사이에 배치된 겔 전해질로 구성되며, 100℃∼300℃의 온도에서 작동하는 것이다. 본 발명에 관한 겔 전해질은 프로톤 전도성을 가지고 있으며 수소극 쪽에서 생긴 프로톤(수소 이온)을 산소극 쪽으로 전도시키는 것이다. 겔 전해질에 의해 전도된 프로톤은, 산소극에서 산소 이온과 전기화학 반응하여 물을 생성함과 동시에 전기에너지를 발생시킨다.

본 발명에 관한 연료전지에서는 수소극 및 산소극에도 겔 전해질이 함유되어 있다. 즉 수소극 및 산소극에는 활성탄 등의 전극 물질과, 전극 물질을 고화 성형 하기 위한 바인더가 함유되어 있으며, 이 바인더의 일부 또는 전부가 본 발명에 관한 겔 전해질로 되어 있다. 이 구성에 의해, 프로톤이 전극 내부와 전극 외부 사이에서 쉽게 전도되기 쉽게 되어 전극의 내부 저항이 저감된다.

다음으로 본 발명에 관한 겔 전해질의 제1예는 인산과, 인산에 대해 팽윤하는 매트릭스 폴리머가 혼합되어 이루어진 것이다.

또 본 발명에 관한 겔 전해질의 제2예는 인산과, 인산에 대해 팽윤하는 매트릭스 폴리머와, 복소환 함질소 화합물이 혼합되어 이루어진 것이다.

상기 인산으로서는 오르토인산 및 축합 인산을 예시할 수 있다. 또 매트릭스 폴리머로서는 폴리파라반산 또는 폴리파라반산 유도체를 예시할 수 있다

폴리파라반산은, 화학식 1로 표시되는 구조를 갖는 것이다. 또 화학식 1 중, 반복 단위를 나타내는 n₁은 10∼10000의 범위이고, X는 합성 원료의 단량체에 의존하는 분자 단위로서, 예를 들어 디이소시아네이트를 원료로 하여 합성한 경우에는 파라반산 환 생성에 이소시아네이트기가 기여하고 X는 이소시아네이트기를 제외한 분자가 된다. Y는 O 또는 NH이다. 이 폴리파라반산은 절연성이 높고 내열성도 우수하기 때문에 연료전지의 전해질막으로서 적합하다. 또 폴리파라반산은 그 분자 구조상, 인산을 많이 함유할 수 있으며 또한 인산과 분리하지 않고 일체의 막을 형성할 수 있기 때문에 프로톤 전도성을 높일 수 있다.

또 폴리파라반산의 분자 중에 포함되는 질소의 존재에 의해 폴리파라반산 자체는 약한 염기성을 나타낸다. 폴리파라반산은 종래의 폴리벤즈이미다졸 등에 비해 염기성이 낮고 비교적 중성에 가까운 것이다. 이 때문에 인산과의 상호 작용이 폴리벤즈이미다졸의 경우보다 약해져 있으며 매트릭스 폴리머 중에서 인산이 구속되지 않아 비교적 자유롭게 움직일 수 있다. 이로써 소량의 인산으로도 높은 전도성을 나타낼 수 있다. 또한 인산의 함유량을 낮출 수 있기 때문에 겔 전해질의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.

또 폴리파라반산 유도체로는 디메틸포름아미드 등의 용매 중에서 청산가스를 도입하여 디이소시아네이트 화합물을 중합시킨 것을 사용할 수 있다.

여기에서 폴리파라반산 유도체의 합성에 사용되는 디이소시아네이트 화합물로는 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 2,4-톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 4,4'-디페닐에테르디이소시아네이트(ODI), 자일릴렌디이소시아네이트(XDI), 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트(NDI), 테트라메틸렌자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)를 예시할 수 있지만, 이에 한정되지는 않으며, 디시아노포름아미드류와 상기 디이소시아네이트나, 시아노포름아미딜이소시아네이트로부터도 합성 가능하다.

중합하여 얻어진 폴리파라반산 유도체의 예로서는 예를 들어 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 것을 예시할 수 있다. 식 1은 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)로부터 합성된 것이고, 식 2는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트(TDI)로부터 합성된 것이고, 식 3은 4,4'-디페닐에테르디이소시아네이트(ODI)로부터 합성된 것이고, 식 4는 자일릴렌디이소시아네이트(XDI)로부터 합성된 것이고, 식 5는 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트(NDI)로부터 합성된 것이고, 식 6은 테트라메틸렌자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로부터 합성된 것이다. 또 식 1∼식 6 중 반복 단위를 나타내는 n₂는 10∼10000의 범위이다.

상기 폴리파라반산 유도체는 모두 분자 중에 파라반산의 구조를 가지고 있으며, 인산을 많이 함유할 수 있고 또한 인산과 분리하지 않고 일체의 막을 형성할 수 있기 때문에 프로톤 전도성을 높일 수 있다. 또 분자중에 벤젠치환체 등의 방향족 치환체를 갖고 있기 때문에 폴리파라반산 보다도 내열성을 향상시킬 수 있다.

또 디이소시아네이트 화합물의 선택에 의해 분자 설계의 자유도가 커짐으로써 폴리파라반산 유도체와 인산의 상호 작용을 조정할 수 있다.

다음으로 상기 매트릭스 폴리머에 복소환 함질소 화합물을 첨가함으로써 매트릭스 폴리머에서의 인산의 함유량(팽윤율)을 증가시킬 수 있어 프로톤 전도도를 더욱 높일 수 있다. 즉 폴리파라반산 및 그 유도체는 인산에 대한 팽윤도가 낮기 때문에, 복소환 함질소 화합물을 폴리파라반산 혹은 그 유도체에 용해 혹은 분산시킴으로써 폴리파라반산의 팽윤도를 높일 수 있다. 이로써 무가습·고온에서도 높은 이온 전도성을 발현하고, 연료전지용 전해질에 이용하여 발전가능한 겔 전해질을 얻을 수 있다.

단 매트릭스 폴리머에 대한 복소환 함질소 화합물의 첨가량이 너무 많으면 겔 전해질의 기계적 강도가 저하된다. 그래서 본 발명에서는 매트릭스 폴리머 및 복소환 함질소 화합물의 합계에 대한 상기 복소환 함질소 화합물의 함유율을 50질량% 미만으로 한다.

또 복소환 함질소 화합물은 비수용성인 것이 바람직하다. 이로써 연료전지의 반응 생성물로서 물이 생성된 경우에도 복소환 함질소 화합물이 물과 함께 겔 전해질로부터 유출될 염려가 없어 장기간에 걸쳐 프로톤 전도도를 높게 유지할 수 있다.

복소환 함질소 화합물로는 이미다졸, 벤즈이미다졸, 피라졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피롤, 퓨린, 프탈로시아닌, 포르피린 중 어느 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하며 특히 벤즈이미다졸이 비수용성이라는 점에서 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 겔 전해질에 의하면 프로톤 전도성을 높일 수 있고 또 이 겔 전해질을 연료전지로 사용함으로써 연료전지의 전류 밀도를 높일 수 있고 고출력의 연료전지를 구성할 수 있다.

이하의 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하는데 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.

<폴리파라반산 유도체의 제조>

디이소시아네이트 화합물로서 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 2,4-톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 4,4'-디페닐에테르디이소시아네이트(ODI), 자일릴렌디이소시아네이트(XDI), 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트(NDI), 테트라메틸렌자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)를 각각 10질량% 포함하는 용액을, 니트로벤젠과 톨루엔의 혼합 용매(니트로벤젠:톨루엔=10:1)를 사용하여 조제했다. 아이스 배스에서 10질량%의 시안화 수소를 포함하는 니트로벤젠 용액을 먼저 준비한 과량의 디이소시아네이트 용액과 혼합하고, 시안화나트륨의 N-메틸-2-피롤리디논 포화용액을 적하하면 서서히 전구체가 되는 고분자의 침전이 발생했다. 실온으로 되돌리면서 약 1시간 반응을 실행하여, 생성된 전구체의 고분자를 여과·수세한 후 메탄올로 세정하고 건조를 40℃에서 8시간 실시했다. 또 전구체의 고분자를 진한 염산에 분산시켜 60℃에서 2시간 교반하여 가수분해를 실시했다. 이와 같이 하여 각 종류의 폴리파라반산 유도체를 제조했다. 상기 MDI, TDI, ODI, XDI, NDI, TMXDI로부터 합성한 폴리파라반산 유도체를 각각 PPAMDI, PPATDI, PPAODI, PPAXDI, PPANDI, PPATMXDI로 했다.

<실시예 1의 겔 전해질의 제조>

다음으로, 얻어진 PPAMDI를 N-메틸피롤리돈에 각각 용해하여 10중량%의 용액으로 만들었다. 이러한 용액을 유리판 위에 닥터 블레이드를 사용하여 도막하고 60℃에서 예비 건조시키고 또 150℃에서 15분간 건조시켜 PPAMDI의 도막을 형성했다. 다음으로, PPAMDI막을 유리판 채 수중에 침지시켜 팽윤한 PPAMDI막을 벗겨냈다. 그 후 진공건조를 60℃, 0.1torr의 조건에서 실행하였다. 이 때의 막두께는 약 30μm였다.

그리고 상기 PPAMDI막을 실온에서 85% 인산에 직접 침지시켰다. 2시간 경과한 후 PPAMDI막을 꺼내어 막 표면의 인산을 와이핑 크로스로 닦아냈다. 이와 같이 하여 실시예 1의 겔 전해질을 제조했다.

<실시예 2∼18 및 비교예 1의 겔 전해질의 제조>

실시예 1와 같이 하여 PPAMDI, PPATDI, PPAODI, PPAXDI, PPANDI, PPATMXDI를 각각 N-메틸피롤리돈에 용해하여 10중량%의 용액으로 했다. 이 용액에 벤즈이미다졸, 이미다졸, 퓨린, 피라졸을 각각 폴리파라반산 유도체 대비 10∼50질량%가 되도록 첨가했다.

그리고 이들 용액을 실시예 1과 동일하게 하여 유리판 위에 닥터 블레이드를 사용하여 도막하고 60℃에서 예비 건조시키고 또 150℃에서 15분간 건조시켜 각종 폴리파라반산 유도체로 이루어진 도막을 형성했다. 다음으로, 얻어진 도막을 각각 유리판 채로 수중에 침지시켜 팽윤한 막을 벗겨냈다. 그 후 진공건조를 60℃, 0.1torr의 조건에서 실행했다. 이 때의 막두께는 각각 약 30μm였다.

그리고 상기 각종 폴리파라반산 유도체로 이루어진 막을 실온에서 85% 인산에 직접 침지시켰다. 2시간 경과 후 막을 꺼내어 막 표면의 인산을 와이핑 크로스로 닦아냈다. 이와 같이 하여 실시예 2∼18 및 비교예 1의 겔 전해질을 제조했다.

<비교예 2의 겔 전해질의 제조>

실시예 1과 같이 하여 폴리벤즈이미다졸을 N-메틸피롤리돈에 용해하여 용액을 조제하고, 계속해서 도막, 예비 건조, 본 건조, 수중 침지에 의한 팽윤을 차례대로 실행하여 막두께 30μm의 폴리벤즈이미다졸막을 얻었다.

그리고 상기 폴리벤즈이미다졸막을 실온에서 85% 인산에 직접 침지시키고 2시간 경과한 후에 꺼내어 막 표면의 인산을 와이핑 크로스로 닦아냈다. 이와 같이 하여 비교예 2의 겔 전해질을 제조했다.

[평가]

<겔 전해질의 팽윤율 및 프로톤 전도도>

실시예 1∼18 및 비교예 1 및 2의 겔 전해질에 대해서 인산 팽윤율과 프로톤 전도도를 측정했다.

인산 팽윤율은 인산에 침지하기 전의 폴리파라반산 유도체막의 질량(M1)과, 인산 침지후의 겔 전해질의 질량(M2)으로부터 팽윤율을 산출했다. 팽윤율(%)은 팽윤율(%)= M2/M1×100로 구했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또 프로톤 전도도는 무가습에 가까운 조건으로 프로톤 전도도를 측정하기 위해서 겔 전해질을 직경 13mm 크기의 원형상으로 구멍을 뚫고, 이것을 백금 블로킹 전극의 사이에 끼워 넣고, 70℃에서 1시간 방치한 후, 전극간의 저항을 AC 임피던스법으로 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또 표 1에는 실시예 1∼18 및 비교예 1 및 2의 매트릭스 폴리머(폴리파라반산 유도체)의 종류와, 복소환 함질소 화합물의 종류와, 매트릭스 폴리머와 복소환함질소 화합물의 합계에 대한 복소환 함질소 화합물의 함유율을 아울러 나타낸다.

	폴리파라반산유도체	복소환 함질소 화합물	힘유율(%)	팽윤율(%)	전도도(mScm^-1)
실시예 1	PPAMDI	없음	-	124	0.11
실시예 2	PPAMDI	벤즈이미다졸	10	135	0.20
실시예 3	PPAMDI	벤즈이미다졸	20	153	2.35
실시예 4	PPAMDI	벤즈이미다졸	30	167	5.12
실시예 5	PPAMDI	벤즈이미다졸	40	186	7.60
비교예 1	PPAMDI	벤즈이미다졸	50	측정불능	측정불능
실시예 6	PPAMDI	이미다졸	20	129	0.14
실시예 7	PPAMDI	퓨린	10	130	0.13
실시예 8	PPAMDI	피라졸	10	132	0.18
실시예 9	PPATDI	벤즈이미다졸	10	136	0.99
실시예 10	PPATDI	이미다졸	10	130	0.34
실시예 11	PPAODI	벤즈이미다졸	10	140	1.5
실시예 12	PPAODI	이미다졸	10	132	0.78
실시예 13	PPAXDI	벤즈이미다졸	10	137	0.88
실시예 14	PPAXDI	이미다졸	10	130	0.22
실시예 15	PPANDI	벤즈이미다졸	10	137	1.20
실시예 16	PPANDI	이미다졸	10	126	0.43
실시예 17	PPATMXDI	벤즈이미다졸	10	132	0.89
실시예 18	PPATMXDI	이미다졸	10	128	0.23
비교예 2	폴리벤즈이미다졸	없음	-	120	0.01이하

표 1에 나타낸 바와 같이 복소환 함질소 화합물로서의 벤즈이미다졸의 첨가율을 0∼50%의 범위에서 조정한 실시예 1∼실시예 5 및 비교예 1에 대해서는 벤즈이미다졸의 첨가율 증가와 함께 인산 팽윤율도 증가하고, 아울러 프로톤 전도도도 증가하는 것을 알 수 있다. 또 벤즈이미다졸을 첨가하지 않은 실시예 1은 프로톤 전도도가 약간 낮지만, 연료전지의 전해질로서 충분한 전도도를 가지고 있다. 한편, 벤즈이미다졸을 50% 첨가한 비교예 1은 전해질의 기계적 강도가 저하되어 균일한 막의 형성이 어려웠다.

또 다른 실시예 6∼18에 대해서도 비교적 높은 프로톤 전도도를 나타내는 것을 알 수 있다.

또한 비교예 2의 겔 전해질은 인산의 팽윤율이 다른 실시예와 거의 같은 정도임에도 불구하고 전도도가 대폭 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 매트릭스 폴리머인 폴리벤즈이미다졸이 비교적 강염기성이기 때문에 인산과 폴리벤즈이미다졸과의 상호작용이 강해져서 수소 이온의 전도가 방해되었기 때문으로 생각된다.

이와 같이 본 발명에 관한 겔 전해질은 인산의 함유량이 비교적 낮음에도 불구하고 높은 프로톤 전도도를 나타내는 것을 알 수 있다. 또 인산의 함유량이 낮기 때문에 상대적으로 막의 기계적 강도도 향상되었다고 생각된다.

<연료전지의 성능>

실시예 3의 연료전지에 대해, 활성탄을 전극 물질로서 포함하는 전극 및 겔 전해질로 이루어진 적층체를 카본 세퍼레이터에 끼워넣고 애노드 가스에 수소, 캐소드 가스에 산소를 사용하여 발전 시험을 실시했다. 전지 온도를 130℃로 하고 수소 및 산소의 공급량은 100ml/분으로 하고 공급 가스의 가습은 특별히 실시하지 않았다. 또 실시예 3의 전극 면적은 7.84㎠ 였다. 도 1에 연료전지의 전압과 전류 밀도의 관계를 도시한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 실시예 3에서는 전류 밀도가 0.25A/㎠가 될 때까지 발전 가능했다. 실시예 3의 연료전지는 겔 전해질의 프로톤 전도도가 높기 때문에 연료전지의 내부 저항이 낮게 억제되고 이로써 고출력이 얻어진 것으로 생각된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 관한 겔 전해질에 의하면 프로톤 전도성을 높일 수 있고 또 이 겔 전해질을 연료전지로 사용함으로써 연료전지의 전류 밀도를 높일 수 있고 고출력의 연료전지를 구성할 수 있다.

도 1은 실시예 3의 연료전지의 전지 전압과 전류 밀도의 관계를 도시한 그래프이다.

Claims

산과, 상기 산에 대해 팽윤하는 매트릭스 폴리머를 포함하고, 상기 매트릭스 폴리머가 폴리파라반산 또는 폴리파라반산 유도체인 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
제1항에 있어서, 상기 매트릭스 폴리머인 폴리파라반산 또는 폴리파라반산 유도체에 비수용성의 복소환 함질소 화합물이 더 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
제1항에 있어서, 상기 복소환 함질소 화합물이 이미다졸, 벤즈이미다졸, 피라졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피롤, 퓨린, 프탈로시아닌, 및 포르피린 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 매트릭스 폴리머 및 상기 복소환 함질소 화합물의 합계에 대한 상기 복소환 함질소 화합물의 함유율이 50질량% 미만 인 것을 특징으로 하는 겔 전해질.
전극 물질과, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 겔 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
한 쌍의 전극과, 각 전극 사이에 배치된 전해질막을 포함하고, 상기 전해질막의 일부 또는 전부가 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 겔 전해질로 구성되어 있고, 또 상기 전극의 일부에 상기 겔 전해질이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지.