KR20050116435A - 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지 - Google Patents

연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20050116435A
KR20050116435A KR1020040041328A KR20040041328A KR20050116435A KR 20050116435 A KR20050116435 A KR 20050116435A KR 1020040041328 A KR1020040041328 A KR 1020040041328A KR 20040041328 A KR20040041328 A KR 20040041328A KR 20050116435 A KR20050116435 A KR 20050116435A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
electrode assembly
fuel cell
polymer electrolyte
catalyst layer
Prior art date
Application number
KR1020040041328A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100599774B1 (ko
Inventor
김희탁
김형준
권호진
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040041328A priority Critical patent/KR100599774B1/ko
Priority to US11/140,356 priority patent/US8323848B2/en
Priority to JP2005162296A priority patent/JP4625719B2/ja
Priority to CNA2005100763954A priority patent/CN1707832A/zh
Priority to CNA200810144872XA priority patent/CN101350408A/zh
Publication of KR20050116435A publication Critical patent/KR20050116435A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100599774B1 publication Critical patent/KR100599774B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8867—Vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/881—Electrolytic membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8892—Impregnation or coating of the catalyst layer, e.g. by an ionomer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1025—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon and oxygen, e.g. polyethers, sulfonated polyetheretherketones [S-PEEK], sulfonated polysaccharides, sulfonated celluloses or sulfonated polyesters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1055—Inorganic layers on the polymer electrolytes, e.g. inorganic coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로, 상기 막/전극 접합체는 고분자 전해질막; 상기 고분자 전해질 막의 양측면에 배치되는 촉매층; 및 상기 촉매층의 양측면에 배치되는 기체 확산층을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막과 촉매층 사이에 존재하는, 무기 미세입자를 함유하는 다공성 수소이온 전달층을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 막/전극 접합체; 상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 포함하는 연료전지를 제공한다.

Description

연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지{A MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL, A METHOD FOR PREPARING THE SAME AND A FUEL CELL COMPRISING THE SAME}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소이온, 물, 및 공기의 공급히 원활하며, 삼상계면 형성이 용이하여 연료전지의 운전효율을 증진시킬 수 있는 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.
[종래 기술]
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
연료 전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료 전지, 용융탄산염형 연료 전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질령 또는 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높고, 작동 온도가 낮고, 아울러 빠른 시동 및 응압특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용(transportable) 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 고분자 전해질형 연료전지는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해, 스택(stack), 개질기(reformer), 연료탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료전지의 본체를 형성하며, 연료펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소기체를 발생시키고 그 수소 기체를 스택으로 공급한다. 따라서, 상기 고분자 전해질령 연료전지는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소기체를 발생시키며, 스택에서 이 수소 기체와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, 연료 전지는 액상의 메탄올 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질기가 배제된다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고도 함)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십 개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막/전극 접합체는 고분자 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라고 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원전극"이라고 한다)이 부착된 구조를 가진다.
도 1은 연료전지(1)의 작동상태를 개략적으로 보인 도면이다. 연료전지에서막/전극 접합체(20)은 연료극 촉매층(10a), 공기극 촉매층(10b), 및 고분자 전해질 막(15)을 포함한다. 도 1을 참조하여 설명하면, 수소 기체 또는 연료가 상기 연료극 촉매층(10a)에 공급되면 전기화학적 산화반응이 일어나면서 수소이온 H+와 전자 e-로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소이온은 고분자 전해질 막(15)을 통하여 공기극 촉매층(10b)로 이동하고 전자는 연료극 촉매층(10a)를 통해 이동하게 된다. 공기극 촉매층(10b)로 이동한 수소이온은 공기극 촉매층(10b)로 공급되는 산소와 전기화학적 환원반응을 일으켜 반응열과 물을 생성시키고 전자의 이동으로 전기에너지가 발생된다. 이러한 전기화학적 반응은 하기 반응식으로 나타낼 수 있다.
[반응식 1]
애노드 전극: H2 → 2H+ + 2e-
캐소드 전극: 2H+ + 1/2 O2 + 2e- → H2O
본 발명의 목적은 수소이온, 물, 및 공기의 공급을 원활하게 하며 효과적으로 삼상계면을 형성하여 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 고분자 전해질막; 상기 고분자 전해질 막의 양측면에 배치되는 촉매층; 및 상기 촉매층의 양측면에 배치되는 기체 확산층을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막과 촉매층 사이에 존재하는, 무기 미세입자를 함유하는 다공성 수소이온 전달층을 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 고분자 전해질막의 양 측면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계; 도전성 기재로 이루어지는 기체확산층의 일면에 촉매층을 형성하는 단계; 및 상기 무기 미세입자가 코팅된 고분자 전해질막의 양 측면에 상기 촉매층이 형성된 기체확산층을 접착시키는 단계를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 도전성 기재로 이루어지는 기체확산층의 일면에 촉매층을 형성하는 단계; 상기 촉매층이 형성된 기체 확산층의 일면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계; 및 고분자 전해질막의 양 측면에 상기 무기 미세입자가 코팅된 기체 확산층을 접착시키는 단계를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고분자 전해질막의 양 측면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계; 상기 무기 미세입자가 코팅된 고분자 전해질막의 양 측면에 촉매층을 형성하는 단계; 상기 촉매층이 형성된 고분자 전해질막의 양 측면에 기체확산층을 접착시키는 단계를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 막/전극 접합체; 상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 포함하는 연료전지를 제공한다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 기체전달, 수소이온전달, 및 전자전달이 용이한 3상 계면을 형성하는 막/전극 접합체의 구조 및 조성, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
촉매에서 수소의 산화반응 및 산소의 환원반응이 원활히 발생하기 위해서는 수소이온의 전달, 기체의 전달, 및 전자의 전달이 촉매표면에서 일어나야 하며, 따라서 최적의 막/전극 접합체 구조를 형성하는 것이 중요하다.
종래 막/전극 접합체의 구조는, 고밀도의 고분자 전해질막과 촉매층이 직접 접촉하는 구조를 가지고 있으며, 상기 촉매층은 고분자 전해질막에 직접 도포 또는 증착하는 방법으로 형성되거나 혹은 기체확산층(GDL)의 한쪽면에 형성된 미세기공층 위에 도포되어 형성되고 있다.
그러나, 상기 촉매층이 증착법에 의해 매우 얇게 형성되어 고밀도의 고분자 전해질막과 라미네이션되어 막/전극 접합체를 형성하는 경우 촉매층이 고밀도의 고분자 전해질막에 둘러싸이게 되어 기체의 전달시 확산 경로(diffusion length)가 증가하는 문제가 나타날 수 있다. 이에 따라, 기체 전달율이 낮고, 캐소드에서 발생하는 물이 기체확산층의 기공을 막는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 고분자 전해질막과 촉매층 사이에 기체전달, 수소이온전달, 및 전자전달을 향상시킬 수 있는 무기 미세입자를 포함하는 다공성 수소이온 전달층을 위치하게 한다.
본 발명의 막/전극 전합체는 도 2에 도시한 바와 같이, 고분자 전해질막(15); 상기 고분자 전해질막의 양측면에 배치되는 촉매층(13); 및 상기 촉매층의 양측면에 배치되는 기체확산층(11)을 포함하고, 상기 고분자 전해질 막과 촉매층 사이에 존재하는 무기 미세입자(19)를 포함하는 다공성 수소이온 전달층을 포함한다. 도 2에서 도면부호 11은 도전성 기재이며, 13은 금속 촉매이고, 15는 고분자 전해질막이며, 17은 바인더 고분자이고, 19는 무기 미세입자이다.
상기 고분자 전해질막과 촉매층 사이에 존재하는 무기 미세입자는 다공성 수소이온 전달층으로서 존재하며, 이는 수소이온의 전달 뿐 아니라 기공을 통해 기체의 전달경로를 형성해 주어 삼상계면 형성에 효과적이다. 즉, 가스가 기체확산층(GDL)에서 촉매층 방향으로 확산되도록 할 뿐만 아니라, 추가적으로 고분자 전해질막에서 촉매층 방향으로 기체가 확산되도록 한다. 또한, 상기 다공성 수소이온 전달층은 기공의 표면이 친수성의 물질로 코팅되어 있어 캐소드에서 생성된 과량의 물이 기체확산층의 기공을 막지않고(clogging) 상기 무기 미세입자가 존재하는 다공성 수소이온 전달층으로 이동하게 되어 물막힘(water clogging)에 의한 분극화(polarization)를 지연시킬 수 있다.
상기 무기 미세입자는 비이온전도성 무기물 또는 수소이온전달 무기물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 비이온전도성 무기물은 SiO2, Al2O3, TiO 2, BaTiO2, 및 Ba2O3로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 상기 수소이온전달 무기물은 ZrO2, ZrP, H3PO4, 실리코텅스틱산, 포스포텅스틱산(phosphotungstic acid), 및 포스포몰리브딕산(phosphomolybdic acid)로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기 미세입자의 크기는 0.1 내지 10 마이크로미터인 것이 바람직하다. 또한, 상기 다공성 수소이온 전달층의 기공도는 10 내지 70% 범위인 것이 바람직하다.
상기 고분자 전해질막은 수소이온 전도성을 갖는 고분자 전해질막이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불소계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 케톤계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 폴리에스터계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자 등이 사용될 수 있으며, 이들의 구체적인 예로는 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸) (poly(2,2’-(m-phenylene)-5,5’-bibenzimidazole)), 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 등의 폴리벤즈이미다졸 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 상기 고분자 전해질막은 10 내지 200 ㎛의 두께를 갖는다.
상기 촉매층은 관련 반응(수소의 산화 및 산소의 환원)을 촉매적으로 도와주는 이른바 금속 촉매를 포함하는 것으로서, 원소 주기율표의 백금족 금속, 즉 백금 또는 루테늄 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 막/전극 접합체는, 제1의 방법으로 무기 미세입자를 포함하는 슬러리를 제조한 후, 이를 고분자 전해질막의 양측면에 코팅하고; 기체 확산층에 촉매층을 코팅하고; 상기 고분자 전해질막의 양측면에 촉매층이 형성된 기체확산층을 접착시키는 공정에 의해 제조된다. 이하에서, 각 단계의 공정에 대하여 상세히 설명한다.
상기 무기 미세입자는 수소이온 전도성 바인더 및 용매와 혼합하여 슬러리 조성물로 제조한 후 이를 고분자 전해질막에 코팅한 후 용매를 제거하여 무기 미세입자를 포함하는 다공성 수소이온 전달층을 이룬다.
상기 수소이온 전도성 바인더는 수소이온의 전달경로 형성역할을 가지는 전해질 성분으로서 이온기가 고분자 사슬에 부착되어 있거나 또는 산을 포함하는 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수소이온 전도성 바인더로는 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸), 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 수소이온 전도성 고분자인 것이 바람직하다. 상기 용매로는 알코올계, 에테르계, 에스터계, 아미드계 용매 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 무기 미세입자와 수소이온 전도성 바인더는 1:5 내지 50:1의 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 코팅공정은 조성물의 점성에 따라 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 스핀코팅법, 스프레이 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 촉매층은 기체확산층에 형성되는 것으로, 증착법을 이용하여 건식 코팅에 의하여 형성하는 것이 고분자 전해질 막의 표면에만 금속 촉매가 존재하게 하여 촉매의 사용량을 감소시킬 수 있고, 촉매로의 수소이온의 전달경로가 단축되어 반응속도를 증가시킬 수 있으며, 균일한 박막으로 형성할 수 있어 바람직하다.
상기 증착법으로는 플라즈마 화학 기상 증착, 레이저 화학 기상 증착과 같은 화학 기상 증착, 스퍼터링, 이온 빔 증착(electron beam evaporation), 진공 증착(vaccum thermal evaporation), 레이저 어블레이션(laser ablation), 열증착(thermal evaporation), 물리 기상 증착 등이 이용될 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 기체확산층은 도전성 기재로 이루어지며, 상기 도전성 기재로는 탄소 페이퍼 또는 탄소 천이 사용될 수 있으며, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등으로 발수 처리하여 사용할 수 있다. 상기 기체확산층은 고분자 막/전극 접합체를 지지하는 역할을 함과 아울러 고분자 막/전극 접합체에 반응기체를 확산시키는 역할을 한다.
본 발명은 상기 다공성 수소이온 전달층이 형성된 고분자 전해질막과, 촉매층이 코팅된 기체확산층을 접착하여 막/전극 접합체를 제조한다.
상기에서 고분자 전해질막과 기체확산층의 접착방법은, 다공성 수소이온 전달층이 형성된 고분자 전해질막과 촉매층이 형성된 기체확산층을 적층한 후, 열 또는 압력을 가하여 실시할 수 있다. 또는 슬러리의 용매가 휘발되기 전에 상온에서 압력을 가하여 부착시킬 수도 있다.
또한, 본 발명의 막/전극 접합체를 제조하는 제2의 방법은, 기체확산층에 촉매층을 코팅하고; 상기 무기 미세입자를 포함하는 슬러리를 촉매층이 코팅된 기체 확산층에 코팅하고; 고분자 전해질막의 양측면에 기체확산층을 접착시키는 공정에 의해 제조될 수도 있다.
상기 무기 미세입자는 수소이온 전도성 바인더 및 용매와 혼합하여 슬러리 조성물로 제조한 후, 이를 촉매층이 형성된 기체확산층에 코팅한 후 용매를 제거하여 다공성 수소이온 전달층을 이룬다.
상기 수소이온 전도성 바인더 및 용매는 상기 제1의 방법에서 사용된 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 상기 코팅공정 또한 상기와 동일한 방법을 사용할 수 있다.
상기에서 기체확산층에 촉매층을 형성하는 방법 또한, 상기한 증착법을 사용하여 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 다공성 수소이온 전달층을 포함하는 촉매층이 코팅된 기체확산층을 고분자 전해질막과 접착하여 막/전극 접합체를 제조한다.
또한, 본 발명의 막/전극 접합체를 제조하는 제3의 방법은, 고분자 전해질막의 양 측면에 무기 미세입자를 코팅하고; 상기 무기 미세입자가 코팅된 고분자 전해질막의 양 측면에 촉매층을 형성하고; 상기 촉매층이 형성된 고분자 전해질막의 양 측면에 기체확산층을 접착시키는 공정에 의해 제조될 수도 있다.
상기 무기 미세입자는 수소이온 전도성 바인더 및 용매와 혼합하여 슬러리 조성물로 제조한 후, 이를 고분자막에 코팅한 후 용매를 제거하여 다공성 수소이온 전달층을 이룬다.
상기 수소이온 전도성 바인더 및 용매는 상기 제1의 방법에서 사용된 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 상기 코팅공정 또한 상기와 동일한 방법을 사용할 수 있다.
상기 다공성 수소이온 전달층이 형성된 고분자 막에 촉매층을 형성하는데, 이때 촉매층을 형성하는 방법 또한, 상기한 증착법을 사용하여 형성할 수 있다.
이후, 본 발명은 상기 다공성 수소이온 전달층을 포함하는 촉매층이 형성된 고분자 막을 기체확산층과 접착하여 막/전극 접합체를 제조한다.
상기한 제 1 내지 3의 방법에서 고분자 전해질막과 기체확산층의 접착방법은, 고분자 전해질막과 다공성 수소이온 전달층을 포함하는 촉매층이 형성된 기체확산층을 적층한 후, 열 또는 압력을 가하여 실시할 수 있다. 또는 슬러리의 용매가 휘발되기 전에 상온에서 압력을 가하여 부착시킬 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 촉매층과 기체확산층 사이에 미세기공층(microporous layer)을 더 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 도전성 분말을 기체확산층에 코팅하여 미세기공층을 형성할 수 있다. 또한 본 발명은 촉매층에 미세기공층을 형성한 후 기체확산층과 접착시킬 수도 있다. 상기 미세기공층은 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본파이버, 또는 카본나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 미세기공층은 도전성 분말, 불소계열 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을, 도전성 기재 또는 촉매층에 코팅하여 제조된다. 상기 불소계열 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 바람직하게 사용될 수 있고 상기 용매로는 이소프로필알코올, n-부틸알코올, n-프로필 알오콜 등과 같은 알코올, 물, 디메틸설폭사이드(DMSO), 디아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리돈(NMP) 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제조된 막/전극 접합체는 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 바이폴러 플레이트 사이에 삽입하여 단위 전지를 제조하고 이를 적층하여 스택을 제조한 후, 이를 두개의 엔드 플레이트 사이에 삽입하여 연료전지를 제조할 수 있다. 연료전지는 이 분야의 통상의 기술에 의하여 모두 제조될 수 있다. 본 발명의 막/전극 접합체는 저온가습형, 저온무가습형, 및 고온무가습형 전지에 모두 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1: 막/전극 접합체 및 단위 전지의 제조)
0.03 마이크로미터의 실리카, 나피온 수지 및 용매인 물/IPA(isopropyl alcohol))을 혼합하여 무기 미세입자를 포함하는 슬러리 조성물을 제조하였다. 이때 실리카: 나피온 수지의 혼합중량비는 7: 3으로 하였다. 나피온 112 고분자막에 상기 슬러리 조성물을 코팅한 후 용매를 제거하여 다공성 수소이온 전달층을 형성하였다. 도 1에 다공성 수소이온 전달층의 표면 구조를 도시하였다.
이어서, 발수처리된 탄소 페이퍼에 백금을 증착하여 촉매층을 형성하였다.
그런 다음, 상기에서 제조된 고분자 전해질막의 양면에 백금이 증착된 탄소 페이퍼를 적층한 후 가압하여 막/전극 접합체를 제조하였다.
상기 제조된 막/전극 접합체를 두장의 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후 일정형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 바이폴러 플레이트에 삽입한 후 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다.
위 방식으로 제조된 막/전극 접합체(MEA)는 수소/공기주입(H2/air feed)하, 60 ℃의 온도에서 0.4 V, 3.1 A/㎠의 성능을 나타낸 반면, 다공성 수소이온 전달막이 도입되지 않은 경우에는 0.4V, 2.3 A/㎠의 성능을 나타내었다.
(실시예 2)
상기 실시예 1에서 무기 미세입자를 포함하는 슬러리 조성물을 촉매층이 형성된 탄소 페이퍼에 코팅한 후, 고분자막과 적층하고 상온에서 가압한 후 120 ℃에서 가열하여 용매를 제거하여 막/전극 접합체를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 3)
상기 실시예 1에서 무기 미세입자를 포함하는 슬러리 조성물을 고분자 막에 코팅한 후, 여기에 촉매층을 형성하고, 탄소페이퍼를 적층하고 상온에서 가압한 후 120 ℃에서 가열하여 용매를 제거하여 막/전극 접합체를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
(실시예 4)
상기 실시예 1에서 무기 미세입자로서 0.1 마이크로미터의 ZrP를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 막/전극 접합체를 제조하였다.
(실시예 5)
상기 실시예 1에서, 촉매층과 탄소 페이퍼 사이에 미세기공층을 형성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 상기 미세기공층은 카본분말과 폴리테트라플루오로에틸렌을 8: 2의 중량비로 알코올 용매에 혼합하여 미세기공층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 발수처리된 탄소 페이퍼에 코팅하여 형성하였다.
본 발명은 고분자 전해질막과 촉매층 사이에 무기 미세입자를 포함하는 다공성 수소 이온 전달층을 포함하여, 수소이온, 물 및 공기의 공급을 원활하게 하며, 삼상계면의 형성을 효과적으로 유도하여 고밀도의 고분자 전해질막과 촉매층의 결합으로 인한 낮은 기체 전달율의 문제를 해결할 수 있으며, 또한 양극에서 발생하는 물이 다공성 수소이온층으로 흡수되어 기체 확산층의 기공을 막는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 고분자 전해질막을 포함하는 연료전지의 작동상태를 개략적으로 보인 단면이다.
도 2는 본 발명의 고분자 전해질막을 포함하는 막/전극 접합체의 구조를 간략히 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 연료전지 10a: 연료극 촉매층(애노드)
10b: 공기극 촉매층(캐소드) 15: 고분자 전해질막
20: 막/전극 접합체

Claims (21)

  1. 고분자 전해질막;
    상기 고분자 전해질 막의 양측면에 배치되는 촉매층; 및
    상기 촉매층의 양측면에 배치되는 기체 확산층을 포함하고,
    상기 고분자 전해질 막과 촉매층 사이에 존재하는, 무기 미세입자를 함유하는 다공성 수소이온 전달층을 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 수소이온 전달층은 10 내지 70%의 기공도를 가지는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 무기 미세입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO2, 및 Ba2O3로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 비이온전도성 무기물; 또는 ZrO2, ZrP, H3PO4, 실리코텅스틱산, 포스포텅스틱산(phosphotungstic acid), 및 포스포몰리브딕산(phosphomolybdic acid)로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 수소이온전달 무기물을 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 무기 미세입자의 크기는 0.1 내지 10 마이크로미터인 연료전지용 막/전극 접합체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 수소이온 전도성을 가지는 불소계고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 케톤계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 폴리에스터계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것인 막/전극 접합체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 전해질 막은 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸), 및 폴리벤즈이미다졸계로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것인 막/전극 접합체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 촉매층은 백금, 및 백금-루테늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속촉매를 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 촉매층과 기체확산층 사이에 미세기공층을 더 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체.
  9. 고분자 전해질막의 양 측면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계;
    도전성 기재로 이루어지는 기체확산층의 일면에 촉매층을 형성하는 단계; 및
    상기 무기 미세입자가 코팅된 고분자 전해질막의 양 측면에 상기 촉매층이 형성된 기체확산층을 접착시키는 단계
    를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  10. 도전성 기재로 이루어지는 기체확산층의 일면에 촉매층을 형성하는 단계;
    상기 촉매층이 형성된 기체 확산층의 일면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계; 및
    고분자 전해질막의 양 측면에 상기 무기 미세입자가 코팅된 기체 확산층을 접착시키는 단계
    를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  11. 고분자 전해질막의 양 측면에 무기 미세입자를 코팅하는 단계;
    상기 무기 미세입자가 코팅된 고분자 전해질막의 양 측면에 촉매층을 형성하는 단계; 및
    상기 촉매층이 형성된 고분자 전해질막의 양 측면에 기체확산층을 접착시키는 단계
    를 포함하는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 미세입자는 SiO2, Al2O3 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 비이온전도성 무기물; 또는 ZrP, H3PO4, 및 실리코텅스틱산으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 수소이온전달 무기물을 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 미세입자는 무기물 미세입자, 수소이온 전도성 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리 조성물을 코팅하여 다공성 수소이온 전달층으로 제조되는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 수소이온 전도성 바인더는 폴리(퍼플루오로설폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸), 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 수소이온 전도성 고분자인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 무기 미세입자와 수소이온 전도성 바인더는 1:50 내지 50:1의 중량비로 사용하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  16. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매층은 건식코팅에 의하여 형성되는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 건식코팅은 화학기상증착, 스퍼터링, 이온빔 증착(electron beam evaporation deposition), 진공증착(vacuum thermal evaporation deposition), 레이저 어블레이션(laser ablation), 열증착(thermal evaporation deposition), 및 물리 기상 증착으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅법으로 실시되는 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  18. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착은 열 또는 압력에 의해 이루어지는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  19. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착공정 전에 도전성 분말을 코팅하여 촉매층 또는 기체확산층에 미세기공층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것인 연료전지용 막/전극 접합체의 제조방법.
  20. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 따른 막/전극 접합체; 및
    상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 포함하는 연료전지.
  21. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 막/전극 접합체; 및
    상기 막/전극 접합체를 협지하는 바이폴러 플레이트를 포함하는 연료전지.
KR1020040041328A 2004-06-07 2004-06-07 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지 KR100599774B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040041328A KR100599774B1 (ko) 2004-06-07 2004-06-07 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지
US11/140,356 US8323848B2 (en) 2004-06-07 2005-05-26 Membrane-electrode assembly for fuel cell, preparation method, and fuel cell comprising the same
JP2005162296A JP4625719B2 (ja) 2004-06-07 2005-06-02 燃料電池用膜／電極アセンブリ，その製造方法及びこれを含む燃料電池
CNA2005100763954A CN1707832A (zh) 2004-06-07 2005-06-07 燃料电池的膜电极组件及其制备方法以及包含它的燃料电池
CNA200810144872XA CN101350408A (zh) 2004-06-07 2005-06-07 燃料电池的膜电极组件及其制备方法以及包含它的燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040041328A KR100599774B1 (ko) 2004-06-07 2004-06-07 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050116435A true KR20050116435A (ko) 2005-12-12
KR100599774B1 KR100599774B1 (ko) 2006-07-13

Family

ID=35449332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040041328A KR100599774B1 (ko) 2004-06-07 2004-06-07 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8323848B2 (ko)
JP (1) JP4625719B2 (ko)
KR (1) KR100599774B1 (ko)
CN (2) CN101350408A (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689105B1 (ko) * 2006-03-22 2007-03-02 한국기계연구원 캐필러리 공정을 이용한 연료전지의 촉매층 제조 방법
KR100749129B1 (ko) * 2006-10-31 2007-08-13 한국과학기술원 폴리벤지이미다졸계 고분자 바인더를 포함하는 고분자연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지
KR100774729B1 (ko) * 2006-11-15 2007-11-08 현대자동차주식회사 서브레이어를 이용한 전사법으로 3-레이어 전해질막/전극접합체를 제조하는 방법
KR100794382B1 (ko) * 2006-07-19 2008-01-15 한국과학기술원 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더, 이를 포함하는전극 및 막/전극 접합체의 제조방법
KR100803671B1 (ko) * 2006-06-08 2008-02-19 한국과학기술연구원 연료전지용 막 전극 접합체, 그 제조 방법 및 상기 막 전극접합체를 이용한 연료전지
KR20140042017A (ko) * 2012-09-26 2014-04-07 삼성전자주식회사 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 그 제조방법
KR20200071199A (ko) * 2018-12-10 2020-06-19 한국과학기술원 고분자 전해질 연료전지용 막전극 집합체 및 그 제조방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100709190B1 (ko) * 2005-08-31 2007-04-18 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템
KR100707163B1 (ko) 2005-10-12 2007-04-13 삼성에스디아이 주식회사 고체산, 이를 포함하는 고분자 전해질막 및 이를 채용한연료전지
JP5023483B2 (ja) * 2005-12-09 2012-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用電極の製造方法、及びこれを備えた固体高分子型燃料電池
KR100846072B1 (ko) * 2006-01-04 2008-07-14 주식회사 엘지화학 촉매 트래핑 층을 포함하고 있는 막-전극 접합체 및그것으로 구성된 연료전지
KR101264331B1 (ko) * 2006-02-25 2013-05-14 삼성에스디아이 주식회사 고분자 전해질막, 이의 제조 방법 및 이를 구비한 연료전지
KR100819742B1 (ko) 2006-11-20 2008-04-07 연세대학교 산학협력단 저온 공정에 의한 고체 수소이온 전해질막의 제조 및중온형 연료전지 시스템 개발
KR101008155B1 (ko) * 2007-02-07 2011-01-13 주식회사 엘지화학 연료전지용 막-전극 접합체 및 연료전지
US8007958B2 (en) 2007-08-21 2011-08-30 GM Global Technology Operations LLC PEM fuel cell with improved water management
KR101162876B1 (ko) * 2010-11-03 2012-07-05 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 모듈 및 그 제조 방법
US20140080080A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 GM Global Technology Operations LLC Annealed WVT Membranes to Impart Durability and Performance
USD866199S1 (en) * 2018-04-18 2019-11-12 Owlet Baby Care, Inc. Fabric electrode assembly
USD866987S1 (en) * 2018-04-18 2019-11-19 Owlet Baby Care, Inc. Fabric electrode assembly
CN111430727B (zh) * 2018-12-21 2021-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种热催化辅助的燃料电池电极及其制备方法和应用
CN109880406A (zh) * 2019-03-15 2019-06-14 广东美的厨房电器制造有限公司 涂层及其制备方法和厨房用电器
US20230127900A1 (en) * 2021-10-22 2023-04-27 Bell Textron Inc. Fuel Cell Metallic Gas Diffusion Layer
CN114551919B (zh) * 2022-01-24 2023-12-19 东风汽车集团股份有限公司 一种水凝胶、微孔层浆料和气体扩散层及其制备方法
CN114883583B (zh) * 2022-06-09 2023-10-24 北京航空航天大学 一种燃料电池用高稳定性的高温膜电极及其制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1008455A3 (nl) 1994-06-07 1996-05-07 Vito Gasdiffusie elektrode met katalysator voor een elektrochemische cel met vast elektrolyt en werkwijze ter vervaardiging van dergelijke elektrode.
WO1999066578A1 (fr) 1998-06-16 1999-12-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible renfermant un electrolyte polymere
JP2000106200A (ja) 1998-09-29 2000-04-11 Japan Storage Battery Co Ltd ガス拡散電極−電解質膜接合体および燃料電池
JP2000106202A (ja) 1998-09-30 2000-04-11 Toshiba Corp 燃料電池
US6750023B2 (en) * 1999-09-02 2004-06-15 Corning Incorporated Porous inorganic substrate for high-density arrays
KR100455281B1 (ko) * 2000-03-22 2004-11-08 삼성전자주식회사 전극-막 어셈블리의 제조방법 및 이 방법에 따라 제조된전극-막 어셈블리를 채용하고 있는 연료전지
US6713207B2 (en) * 2000-05-18 2004-03-30 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Membrane electrode assembly, and solid polymer fuel cell using the assembly
IT1319649B1 (it) 2000-11-14 2003-10-23 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Assieme membrana-elettrodo per cella a combustibile a membranapolimerica.
JP3608053B2 (ja) 2001-01-16 2005-01-05 昭和電工株式会社 電池用触媒組成物、ガス拡散層及びこれらを備えた燃料電池
KR100486936B1 (ko) * 2001-03-07 2005-05-03 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지 및 그 제조방법
JP2002289206A (ja) 2001-03-26 2002-10-04 Hitachi Cable Ltd 燃料電池セル
JP2003288915A (ja) * 2002-03-28 2003-10-10 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池用膜電極接合体
ATE411264T1 (de) * 2002-08-30 2008-10-15 Itn Nanovation Ag Keramische hohlfasern hergestellt aus nanoskaligen pulverteilchen
KR100666821B1 (ko) * 2004-02-07 2007-01-09 주식회사 엘지화학 유/무기 복합 다공성 코팅층이 형성된 전극 및 이를포함하는 전기 화학 소자

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689105B1 (ko) * 2006-03-22 2007-03-02 한국기계연구원 캐필러리 공정을 이용한 연료전지의 촉매층 제조 방법
KR100803671B1 (ko) * 2006-06-08 2008-02-19 한국과학기술연구원 연료전지용 막 전극 접합체, 그 제조 방법 및 상기 막 전극접합체를 이용한 연료전지
US8029940B2 (en) 2006-06-08 2011-10-04 Korea Institute Of Science And Technology MEA for fuel cell, method for preparing the same and fuel cell using the MEA
KR100794382B1 (ko) * 2006-07-19 2008-01-15 한국과학기술원 고분자 전해질 연료전지용 전극 바인더, 이를 포함하는전극 및 막/전극 접합체의 제조방법
KR100749129B1 (ko) * 2006-10-31 2007-08-13 한국과학기술원 폴리벤지이미다졸계 고분자 바인더를 포함하는 고분자연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지
KR100774729B1 (ko) * 2006-11-15 2007-11-08 현대자동차주식회사 서브레이어를 이용한 전사법으로 3-레이어 전해질막/전극접합체를 제조하는 방법
KR20140042017A (ko) * 2012-09-26 2014-04-07 삼성전자주식회사 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 그 제조방법
KR101866872B1 (ko) * 2012-09-26 2018-06-15 삼성전자주식회사 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체 및 그 제조방법
KR20200071199A (ko) * 2018-12-10 2020-06-19 한국과학기술원 고분자 전해질 연료전지용 막전극 집합체 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100599774B1 (ko) 2006-07-13
CN1707832A (zh) 2005-12-14
US20050271921A1 (en) 2005-12-08
JP4625719B2 (ja) 2011-02-02
CN101350408A (zh) 2009-01-21
JP2005353591A (ja) 2005-12-22
US8323848B2 (en) 2012-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8323848B2 (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, preparation method, and fuel cell comprising the same
KR100728781B1 (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템
US20110097651A1 (en) Membrane Electrode Assembly (MEA) Fabrication Procedure on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
KR20080020259A (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템
KR101297170B1 (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템
KR100599805B1 (ko) 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR100612233B1 (ko) 연료전지용 막/전극 접합체, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지
KR20090055304A (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR101073014B1 (ko) 연료전지용 막/전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지
KR101112693B1 (ko) 연료전지용 막전극 접합체 및 이의 제조방법
KR100759436B1 (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템
KR20080045461A (ko) 연료 전지용 고분자 전해질 막, 이를 포함하는 연료 전지용막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR20090032772A (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR20070014621A (ko) 직접 산화형 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를포함하는 직접 산화형 연료 전지 시스템
KR100599811B1 (ko) 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR20070056783A (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR20080044495A (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법 및 이로부터제조된 연료 전지용 막-전극 어셈블리
KR20070056761A (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR20060093792A (ko) 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR100696672B1 (ko) 혼합 주입형 연료 전지용 스택 및 이를 포함하는 혼합주입형 연료 전지 시스템
KR20060001630A (ko) 연료전지용 전극, 이를 포함하는 연료전지 및 연료전지용전극의 제조방법
KR100709193B1 (ko) 직접 산화형 연료 전지용 스택 및 이를 포함하는 직접산화형 연료 전지 시스템
KR100766964B1 (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법, 및 이를포함하는 연료전지 시스템
KR20060037579A (ko) 연료전지용 전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 전극을포함하는 막-전극 어셈블리
KR20080045457A (ko) 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를포함하는 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120625

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130621

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee