KR20060001741A - A electrode for fuel cell and a fuel cell comprising the same - Google Patents

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권호진
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박진
조성용
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Abstract

본 발명은 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 상기 연료전지용 전극은 촉매층; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함한다. 상기 연료전지는 서로 대향하여 위치한 애노드 및 캐소드 전극, 및 상기 애노드와 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하는 적어도 하나 이상의 막/전극 접합체; 및 상기 막/전극 접합체의 양면에 애노드와 캐소드 전극에 접촉하여 형성되고 가스를 공급하는 유로 채널이 형성된 바이폴러 플레이트를 포함하고, 상기 애노드 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 촉매층; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함한다.The present invention relates to a fuel cell electrode and a fuel cell comprising the same, the fuel cell electrode comprising a catalyst layer; 20 μm to 80 μm A microporous layer having a thickness; And a gas diffusion layer made of a conductive substrate. The fuel cell includes at least one membrane / electrode assembly including an anode and a cathode electrode facing each other, and a polymer electrolyte membrane located between the anode and the cathode electrode; And a bipolar plate formed on both sides of the membrane / electrode assembly in contact with the anode and the cathode electrode and having a flow channel for supplying gas, wherein at least one of the anode and the cathode electrode comprises: a catalyst layer; 20 μm to 80 μm A microporous layer having a thickness; And a gas diffusion layer made of a conductive substrate.

연료전지, 미세기공층, 가스확산층, 막/전극 접합체Fuel cell, microporous layer, gas diffusion layer, membrane / electrode assembly

Description

연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지{A ELECTRODE FOR FUEL CELL AND A FUEL CELL COMPRISING THE SAME}A fuel cell electrode and a fuel cell including the same {A ELECTRODE FOR FUEL CELL AND A FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

도 1은 고분자 전해질 막을 포함하는 연료전지의 작동상태를 개략적으로 보인 도면이다.1 is a view schematically showing an operating state of a fuel cell including a polymer electrolyte membrane.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1: 연료전지 3: 애노드1: fuel cell 3: anode

5: 캐소드 7: 고분자 전해질 막5: cathode 7: polyelectrolyte membrane

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 범위의 두께를 가지는 미세기공층을 포함하여 가스 분산 효율을 개선시킬 수 있는 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell electrode and a fuel cell including the same, and more particularly, to a fuel cell electrode and a fuel cell including the microporous layer having a predetermined range of thickness to improve gas dispersion efficiency. It is about.

[종래 기술][Prior art]

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol and natural gas into electrical energy.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료 전지, 용융탄산염 형 연료 전지, 고체 산화물형 연료 전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.Fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, polymer electrolyte or alkaline fuel cells, etc., depending on the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but differs in the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, and the like.

이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), which is being developed recently, has superior output characteristics compared to other fuel cells, has a low operating temperature, fast start-up and response characteristics, and a mobile power source such as an automobile. Of course, it has a wide range of applications, such as distributed power supply for homes, public buildings and small power supply for electronic devices.

상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.Such a PEMFC basically includes a stack, a reformer, a fuel tank, a fuel pump, and the like to constitute a system. The stack forms the body of the fuel cell, and the fuel pump supplies the fuel in the fuel tank to the reformer. The reformer reforms the fuel to generate hydrogen gas and supplies the hydrogen gas to the stack. Thus, the PEMFC supplies fuel in the fuel tank to the reformer by operation of the fuel pump, reforming the fuel in the reformer to generate hydrogen gas, and electrochemically reacting the hydrogen gas and oxygen in the stack to generate electrical energy. Let's do it.

상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly; MEA)와 이의 양면에 밀착하는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 갖는다. 막/전극 접합체는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 결합된 구조를 가진다. 상기 바이폴러 플레이트는 상기 각각의 막/전극 접합체를 분리하고 연료 전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소를 막/전극 접합체의 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 역할과, 각 막/전극 접합체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 바이폴러 플레이트를 통해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나게 되고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나게 되며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기를 발생시키고, 열과 수분을 부수적으로 발생시킨다.In such a fuel cell system, a stack that substantially generates electricity is stacked with several to several tens of unit cells including a membrane electrode assembly (MEA) and a bipolar plate that adheres to both sides thereof. Has a structure. The membrane / electrode assembly has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are coupled with an electrolyte membrane interposed therebetween. The bipolar plate separates the respective membrane / electrode assemblies and serves as a passage for supplying hydrogen gas and oxygen required for the reaction of the fuel cell to the anode electrode and the cathode electrode of the membrane / electrode assembly, and for each membrane / electrode assembly. It simultaneously serves as a conductor that connects the anode and cathode electrodes in series. Hydrogen gas is supplied to the anode electrode through the bipolar plate, while oxygen is supplied to the cathode electrode. In this process, an oxidation reaction of hydrogen gas occurs at an anode electrode, and a reduction reaction of oxygen occurs at a cathode electrode, thereby generating electricity due to the movement of electrons generated, and additionally generating heat and moisture.

본 발명의 목적은 일정 범위의 두께를 가지는 미세기공층을 포함하여 가스 분산 효율을 개선시킬 수 있는 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a fuel cell electrode and a fuel cell including the same that can improve the gas dispersion efficiency by including a microporous layer having a range of thickness.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 촉매층; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함하는 연료전지용 전극을 제공한다. In order to achieve the above object, a catalyst layer; 20 μm to 80 μm A microporous layer having a thickness; And it provides a fuel cell electrode comprising a gas diffusion layer made of a conductive substrate.

본 발명은 또한 서로 대향하여 위치한 애노드 및 캐소드 전극, 및 상기 애노드와 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하는 적어도 하나 이상의 막/전극 접합체; 및 상기 막/전극 접합체의 양면에 애노드와 캐소드 전극에 접촉하여 형성되고 가스를 공급하는 유로 채널이 형성된 바이폴러 플레이트를 포함하고, The invention also includes at least one membrane / electrode assembly comprising an anode and a cathode electrode positioned opposite each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode and the cathode electrode; And a bipolar plate formed on both surfaces of the membrane / electrode assembly in contact with the anode and the cathode and having a flow channel for supplying gas.

상기 애노드 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 촉매층; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함하는 연료전지를 제공한다.At least one of the anode and the cathode electrode is a catalyst layer; 20 μm to 80 μm A microporous layer having a thickness; And it provides a fuel cell comprising a gas diffusion layer made of a conductive substrate.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

연료전지의 전극은 일반적으로 촉매층과 가스 확산층(gas diffusion layer; GDL))으로 이루어지며, 가스 확산층의 가스 확산 효과를 증진시키기 위하여 촉매층과 가스 확산층 사이에 일정 두께 범위의 미세기공층(microporous layer)을 포함한다. The electrode of a fuel cell is generally composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer (GDL), and in order to enhance the gas diffusion effect of the gas diffusion layer, a microporous layer having a predetermined thickness range between the catalyst layer and the gas diffusion layer. It includes.

상기 촉매층은 관련 반응(수소의 산화 및 산소의 환원)을 촉매적으로 도와주는 이른바 금속 촉매를 포함하는 것으로서, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-전이금속 함금 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 백금-전이금속 합금의 바람직한 예로는 백금-루테늄, 백금-코발트, 백금-니켈, 백금-오스뮴 등이 있다. 상기 금속이나 합금의 산화물도 촉매로 사용될 수 있다. 이들 금속 촉매는 담체에 지지되어 사용되는 것이 바람직하다. 상기 담체로는 아세틸렌 블랙, 흑연 등과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 알루미나, 실리카 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설 명은 생략한다.The catalyst layer includes a so-called metal catalyst that catalyzes related reactions (oxidation of hydrogen and reduction of oxygen), and platinum, ruthenium, osmium, platinum-transition metal alloy, and the like may be preferably used. Preferred examples of the platinum-transition metal alloy include platinum-ruthenium, platinum-cobalt, platinum-nickel, platinum-osmium and the like. Oxides of the above metals or alloys may also be used as catalysts. These metal catalysts are preferably supported by a carrier and used. As the carrier, carbon such as acetylene black, graphite, or the like may be used, or inorganic fine particles such as alumina or silica may be used. In the case of using the noble metal supported on the carrier as a catalyst, a commercially available one may be used, or a noble metal supported on the carrier may be prepared and used. Since the process of supporting the precious metal on the carrier is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

상기 미세기공층은 가스 확산 효과를 증진시키기 위하여 사용되는 것으로서, 가스를 균일하게 촉매층에 공급하고 촉매층에 형성된 전자를 가스 확산층에 전달하는 역할을 한다. 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 케첸 블랙, 흑연 입자, 흑연 파이버, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어와 같은 나노카본, 카본나노혼(carbon nano-horn) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 미세기공층의 두께를 20㎛ 내지 80㎛, 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛, 더 바람직하게는 40㎛ 내지 50㎛의 범위로 조절하여 가스 분산 효율을 향상시킬 수 있으며, 최종적으로 전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 미세기공층의 두께가 20㎛ 미만인 경우에는 가스 분산 효율을 향상시킬 수 없으며, 80㎛를 초과하는 경우에는 전극의 두께가 두꺼워져 바람직하지 않다. The microporous layer is used to enhance the gas diffusion effect, and serves to uniformly supply gas to the catalyst layer and transfer electrons formed in the catalyst layer to the gas diffusion layer. In general, conductive particles having a small particle diameter, such as carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, ketjen black, graphite particles, graphite fibers, carbon nanotubes, carbon nanofibers, nanocarbons such as carbon nanowires, carbon nano Horn (carbon nano-horn) and the like. In the present invention, the thickness of the microporous layer may be adjusted to a range of 20 μm to 80 μm, preferably 30 μm to 60 μm, more preferably 40 μm to 50 μm, thereby improving gas dispersion efficiency. The efficiency of the battery can be improved. When the thickness of the microporous layer is less than 20 μm, the gas dispersion efficiency cannot be improved, and when the thickness of the microporous layer is more than 80 μm, the thickness of the electrode becomes thick, which is not preferable.

상기 미세기공층은 도전성 분말, 불소계열 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 도전성 기재에 코팅하여 제조된다. 상기 불소계열 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 용매로는 이소프로필알코올, 에틸알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 아세톤, 물, 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 슬릿 다이 코팅법(Slit die), 롤 코팅 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 코팅 조성물은 800 내지 15000cps의 점도를 가지는 것이 바람직하고 4000 내지 7000cps의 점도를 가지는 것이 더 바람직하다. 상기 범위의 점도를 가져야 미세기공층의 두께를 20 내지 80㎛로 조절하기 용이하다. The microporous layer is prepared by coating a conductive substrate with a composition comprising a conductive powder, a fluorine-based binder resin, and a solvent. The fluorine-based binder resin may be polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymer of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyvinyl alcohol, cellulose acetate , Styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be preferably used. The solvent may be an alcohol such as isopropyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, acetone, water, dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide, dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone , Tetrahydrofuran and the like can be preferably used. According to the viscosity of the composition, the screen printing method, the spray coating method, the coating method using a doctor blade, the slit die coating method (Slit die), roll coating, etc. may be used, but is not limited thereto. In the present invention, the coating composition preferably has a viscosity of 800 to 15000 cps and more preferably has a viscosity of 4000 to 7000 cps. It is easy to control the thickness of the microporous layer to 20 to 80㎛ only to have a viscosity in the above range.

상기 가스 확산층은 연료 전지용 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 반응 가스를 확산시켜 촉매층으로 반응 가스가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 하는 것으로서, 일반적으로 도전성 기재(substrate)로 구성되며, 이러한 도전성 기재로는 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 등을 사용할 수 있다. 상기 가스 확산층의 두께는 200 내지 300㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 미세 기공층과 가스 확산층의 두께비는 1:4 내지 1:8인 것이 바람직하며, 1:5 내지 1:7의 범위에 있을 때 더 바람직하다. 이 범위에 있을 때 가스 분산 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 도전성 기재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 발수 처리하여 사용될 수도 있다. The gas diffusion layer plays a role of supporting the fuel cell electrode while diffusing the reaction gas into the catalyst layer to easily access the reaction gas to the catalyst layer. The gas diffusion layer is generally composed of a conductive substrate. The carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or the like may be used. It is preferable that the thickness of the said gas diffusion layer exists in the range of 200-300 micrometers. The thickness ratio of the fine pore layer and the gas diffusion layer is preferably 1: 4 to 1: 8, more preferably in the range of 1: 5 to 1: 7. When it is in this range, gas dispersion efficiency can be improved. The conductive substrate may be used by water repellent treatment with polytetrafluoroethylene (PTFE).

연료 전지에서 캐소드 및 애노드 전극은 물질로 구별되는 것이 아니라, 그 역할로 구별되는 것으로서, 연료 전지용 전극은 수소 산화용 애노드 및 산소의 환원용 캐소드로 구별된다. 따라서, 본 발명의 연료 전지용 전극은 캐소드 및 애노드 전극에 모두 사용가능하다. 즉, 연료 전지에서 수소 또는 연료를 상기 애노드에 공급하고 산소를 상기 캐소드에 공급하여, 애노드와 캐소드의 전기화학 반응에 의하여 전기를 생성한다. 애노드에서 수소 또는 유기 연료의 산화 반응이 일어나고 캐소드에서 산소의 환원 반응이 일어나 두 전극간의 전압차를 발생시키게 된다.In the fuel cell, the cathode and the anode electrode are not distinguished by materials but in their role, and the fuel cell electrode is divided into an anode for hydrogen oxidation and a cathode for reducing oxygen. Therefore, the fuel cell electrode of the present invention can be used for both the cathode and the anode electrode. That is, in a fuel cell, hydrogen or fuel is supplied to the anode and oxygen is supplied to the cathode to generate electricity by an electrochemical reaction between the anode and the cathode. An oxidation reaction of hydrogen or organic fuel occurs at the anode and a reduction reaction of oxygen occurs at the cathode to generate a voltage difference between the two electrodes.

도 1은 애노드(3), 캐소드(5), 및 고분자 전해질 막(7)을 포함하는 연료전지(1)의 작동상태를 개략적으로 보인 도면이다. 상기 애노드(3)와 캐소드(5) 전극으로 본 발명의 전극이 사용될 수 있다. 상기 고분자 전해질 막(7)은 수소이온-전도성 중합체 물질, 즉 이오노머(ionomer)로 이루어지며, 일반적으로 설폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤 또는 폴리벤즈이미다졸 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 상기 고분자 막은 10 내지 200㎛의 두께를 갖는다.FIG. 1 is a view schematically showing an operating state of a fuel cell 1 including an anode 3, a cathode 5, and a polymer electrolyte membrane 7. The electrode of the present invention may be used as the anode 3 and the cathode 5 electrodes. The polymer electrolyte membrane 7 is made of a hydrogen ion-conductive polymer material, i.e., an ionomer, and is generally a tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether copolymer containing a sulfonic acid group, and a defluorinated sulfide polyether ketone. , Aryl ketone or polybenzimidazole and the like can be used, but is not limited thereto. In general, the polymer membrane has a thickness of 10 to 200㎛.

연료전지는 막/전극 접합체를 가스 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 바이폴러 플레이트 사이에 삽입하여 단위 전지를 제조하고, 이를 적층하여 스택을 제조한 후, 이를 두 개의 엔드 플레이트(end plate) 사이에 삽입하여 제조할 수 있다. 연료 전지는 이 분야의 통상의 기술에 의하여 용이하게 제조될 수 있다.The fuel cell inserts a membrane / electrode assembly between a gas flow channel and a bipolar plate on which a cooling channel is formed to fabricate a unit cell, stacks it, and manufactures a stack, and then inserts it between two end plates. Can be prepared. Fuel cells can be readily manufactured by conventional techniques in the art.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 및 비교예: 전극 및 단위 전지의 제조) (Examples and Comparative Examples: Production of Electrode and Unit Battery)

백금이 담지된 탄소분말(Pt/C), 폴리테트라플루오로에틸렌 고분자 및 용매로이소프로필알코올을 혼합하여 촉매층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 또한 탄 소 분말, 폴리테트라플루오로에틸렌 고분자 및 용매로 이소프로필알코올을 혼합하여 미세기공층 형성용 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 미세기공층 형성용 코팅 조성물을 탄소 페이퍼에 코팅하여 하기 표 1에서와 같은 두께로 미세기공층을 만든 다음 촉매층 형성용 코팅 조성물을 코팅하여 전극을 제조하였다.Platinum-supported carbon powder (Pt / C), polytetrafluoroethylene polymer, and isopropyl alcohol were mixed with a solvent to prepare a coating composition for catalyst layer formation. In addition, isopropyl alcohol was mixed with a carbon powder, a polytetrafluoroethylene polymer, and a solvent to prepare a coating composition for forming a microporous layer. The coating composition for forming the microporous layer was coated on carbon paper to form a microporous layer with a thickness as shown in Table 1 below, and then coated with a coating composition for forming a catalyst layer to prepare an electrode.

상기 전극을 애노드 및 캐소드로 하여 그 사이에 Nafion(DuPont 사 제품) 고분자 막을 놓고 130도에서 약 3분간 소성한 후 열간압연하여 막/전극 접합체(MEA)를 제조하였다.The electrode was used as an anode and a cathode, and a Nafion (manufactured by DuPont) polymer membrane was placed therebetween, fired at 130 degrees for about 3 minutes, and hot rolled to prepare a membrane / electrode assembly (MEA).

상기 제조된 막/전극 접합체를 두 장의 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후 일정형상의 가스 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 바이폴러 플레이트에 삽입한 후 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다. 상기 단위 전지에 대하여 60℃, 상압에서 전압 및 전류밀도를 측정하였다. 0.6V에서의 전류밀도 측정결과를 하기 표 1에 기재하였다.The prepared membrane / electrode assembly is inserted between two gaskets, and then inserted into two bipolar plates in which a gas flow channel and a cooling channel of a predetermined shape are formed, and then compressed between copper end plates. The battery was prepared. The voltage and current density of the unit cell were measured at 60 ° C. and atmospheric pressure. The current density measurement results at 0.6 V are shown in Table 1 below.

[표 1] TABLE 1

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 미세기공층의 두께Thickness of microporous layer 40㎛40 μm 50㎛50 μm -- 15㎛15 μm 0.6V에서의 전류밀도(mA/cm2)Current density at 0.6 V (mA / cm 2 ) 370370 520520 200200 280280

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2의 전류밀도가 비교예 1, 2에 비하여 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the current density of Examples 1 and 2 according to the present invention is superior to Comparative Examples 1 and 2.

본 발명의 연료전지용 전극에서는 촉매층과 가스 확산층 사이에 일정 범위의 두께를 가지는 미세기공층을 포함하여 가스 분산 효율을 향상시켜 궁극적으로 전지의 효율을 우수하게 개선할 수 있다.The electrode for a fuel cell of the present invention includes a microporous layer having a predetermined range of thickness between the catalyst layer and the gas diffusion layer to improve gas dispersion efficiency and ultimately improve the efficiency of the battery.

Claims (12)

촉매층; Catalyst layer; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 20 μm to 80 μm A microporous layer having a thickness; And 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함하는 연료전지용 전극.A fuel cell electrode comprising a gas diffusion layer made of a conductive substrate. 제1항에 있어서, 상기 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-전이금속 함금, 및 백금-전이금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 연료전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the catalyst layer comprises at least one catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-transition metal alloy, and platinum-transition metal oxide. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 40㎛ 내지 50㎛의 두께를 가지는 연료전지용 전극. The fuel cell electrode of claim 1, wherein the microporous layer has a thickness of 40 μm to 50 μm. 제1항에 있어서, 상기 미세 기공층과 가스 확산층의 두께비는 1:4 내지 1:8의 범위에 있는 연료전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein a thickness ratio of the microporous layer and the gas diffusion layer is in a range of 1: 4 to 1: 8. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 케첸 블랙, 흑연 입자, 흑연 파이버, 나노카본, 및 카본나노혼(carbon nano-horn)으로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 분말을 포함하는 것인 연료전지용 전극.The method of claim 1, wherein the microporous layer is selected from the group consisting of carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, ketjen black, graphite particles, graphite fiber, nanocarbon, and carbon nano-horn. An electrode for a fuel cell comprising a conductive powder to be. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 슬릿 다이 코팅법(Slit die) 및 롤 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 형성되는 것인 연료전지용 전극.The fuel of claim 1, wherein the microporous layer is formed by a method selected from the group consisting of a screen printing method, a spray coating method, a coating method using a doctor blade, a slit die coating method, and a roll coating method. Battery electrode. 서로 대향하여 위치한 애노드 및 캐소드 전극, 및 상기 애노드와 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하는 적어도 하나 이상의 막/전극 접합체; 및 상기 막/전극 접합체의 양면에 애노드와 캐소드 전극에 접촉하여 형성되고 가스를 공급하는 유로 채널이 형성된 바이폴러 플레이트를 포함하고, At least one membrane / electrode assembly comprising an anode and a cathode electrode positioned opposite each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode and the cathode electrode; And a bipolar plate formed on both surfaces of the membrane / electrode assembly in contact with the anode and the cathode and having a flow channel for supplying gas. 상기 애노드 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 촉매층; 20㎛ 내지 80㎛의 두께를 가지는 미세기공층; 및 도전성 기재로 이루어진 가스 확산층을 포함하는 연료전지.At least one of the anode and the cathode electrode is a catalyst layer; A microporous layer having a thickness of 20 μm to 80 μm; And a gas diffusion layer made of a conductive substrate. 제7항에 있어서, 상기 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-전이금속 함금, 및 백금-전이금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 촉매를 포함하는 연료전지.The fuel cell of claim 7, wherein the catalyst layer comprises at least one catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-transition metal alloy, and platinum-transition metal oxide. 제7항에 있어서, 상기 미세기공층은 40㎛ 내지 50㎛ 범위의 두께를 가지는 연료전지. The fuel cell of claim 7, wherein the microporous layer has a thickness in the range of 40 μm to 50 μm. 제7항에 있어서, 상기 미세 기공층과 가스 확산층의 두께비는 1:4 내지 1:8의 범위에 있는 연료전지용 전극.The fuel cell electrode of claim 7, wherein the thickness ratio of the microporous layer and the gas diffusion layer is in a range of 1: 4 to 1: 8. 제7항에 있어서, 상기 미세기공층은 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 케첸 블랙, 흑연 입자, 흑연 파이버, 나노카본, 및 카본나노혼(carbon nano-horn)으로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 분말을 포함하는 것인 연료전지.The method of claim 7, wherein the microporous layer is selected from the group consisting of carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, Ketjen black, graphite particles, graphite fiber, nanocarbon, and carbon nano-horn. A fuel cell comprising the conductive powder to be. 제7항에 있어서, 상기 미세기공층은 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 슬릿 다이 코팅법(Slit die) 및 롤 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 형성되는 것인 연료전지.The fuel of claim 7, wherein the microporous layer is formed by a method selected from the group consisting of a screen printing method, a spray coating method, a coating method using a doctor blade, a slit die coating method, and a roll coating method. battery.
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