KR20060122160A - A membrane electrode assembly for fuel cell, a method for preparing the same and a fuel cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
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 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 전해질 막의 접착성이 우수하여 연료전지의 운전효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the same, and more particularly, for a fuel cell capable of improving operating efficiency and reliability of a fuel cell due to excellent adhesion between an electrode and an electrolyte membrane. Membrane-electrode assembly, a method of manufacturing the same and a fuel cell comprising the same.
[종래 기술][Prior art]
연료 전지는 전기화학 전지로서 연료 산화 반응에 의한 자유 에너지 변화가 전기 에너지로 변환되는 것이다. 연료 전지에서, 메탄올, 포름알데히드 또는 포름산과 같은 유기 연료는 애노드에서 이산화탄소로 산화되며, 공기 또는 산소는 캐소드에서 물로 환원된다. 유기 연료의 높은 비에너지(specific energy)(예를 들어 메탄올의 비에너지는 6232wh/kg임) 때문에 유기 연료를 사용하는 연료 전지는 설치상 또는 휴대상 모두 극도로 매력적이다. A fuel cell is an electrochemical cell in which free energy changes due to fuel oxidation are converted into electrical energy. In fuel cells, organic fuels such as methanol, formaldehyde or formic acid are oxidized to carbon dioxide at the anode and air or oxygen is reduced to water at the cathode. Because of the high specific energy of organic fuels (eg, the specific energy of methanol is 6232 wh / kg), fuel cells using organic fuels are extremely attractive both in installation and in portable applications.
연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라 크게 알칼리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류되고 있다. 상기 여러 종류의 연료전지 중에서 고분자 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell)는 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며, 단위면적당 높은 전류밀도(current density)를 얻을 수 있어 타 연료전지에 비해 출력특성이 월등히 높고, 작동온도가 낮아 현재 자동차 등의 이동용(transportable) 전원, 주택이나 공공 건물 등의 분산용 전원 및 전자기기용 등의 소형 전원으로 이용하기 위하여 이에 대한 개발이 활발히 추진되고 있다. Fuel cells are classified into alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate, solid oxide, and polymer fuel cells according to the type of electrolyte used. Among the various types of fuel cells, the polymer electrolyte membrane fuel cell uses a polymer as an electrolyte, so there is no risk of corrosion or evaporation by the electrolyte, and a high current density per unit area can be obtained. Compared to fuel cells, its output characteristics are much higher and its operating temperature is low, so its development is actively promoted for use as a portable power source for automobiles, distributed power sources for homes and public buildings, and small power sources for electronic devices. It is becoming.
이와 같은 고분자 연료전지 발전시스템의 중심을 이루고 있는 연료전지 스택 본체는 고분자 이온교환막(proton-exchange membrane)으로 된 고체 전해질(solid polymer electrolyte)을 중심으로 그 양쪽 면에 애노드 및 캐소드를 열간가압(hot pressing)에 의해서 부착시킴에 의해서 구성되는 단위전지(unit cell)로 이루어져 있으며, 이러한 단위전지를 여러 층으로 적층(stacking)함으로서 수 W에서 수백 kW에 이러는 연료전지 발전시스템(fuel cell power plant system)을 구성하게 된다. The fuel cell stack body, which forms the center of such a polymer fuel cell power generation system, is based on a solid electrolyte made of a proton-exchange membrane. It consists of a unit cell constructed by attaching by pressing, and the fuel cell power plant system can reach several W to several hundred kW by stacking these unit cells in several layers. Will be configured.
한편, 고분자 연료전지의 발전시스템에서는 고분자막-전극 어셈블리 (membrane/electrode assembly, MEA)의 성능이 발전 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 상기 고분자막-전극 어셈블리는 고분자 전해질막(solid polymer electrolyte membrane)과 탄소담지 촉매전극층(carbon supported catalysts electrode layer)으로 구성되는데, 고분자 전해질막으로는 나피온(Nafion, DuPont사 제조의 상품명), 프레미온(Flemion, Asahi Glass사 제조의 상품명), 아시프렉스(Asiplex, Asahi Chemical사 제조의 상품명) 및 다우 XUS(Dow XUS, Dow Chemical사 제조의 상품명) 전해질막과 같은 퍼플루오로설폰산 아이오노머막(perfluorosulfonic acid ionomer membrane)이 많이 사용되고 있으며, 탄소담지 촉매전극층은 다공성의 탄소 페이퍼 (carbon paper) 또는 탄소천(carbon cloth) 등의 전극 지지체에 백금(Pt) 또는 루테늄(Ru) 등의 미세한 촉매입자를 담지시킨 탄소분말을 발수성 결합제로 결합시켜서 사용하고 있다.On the other hand, in the power generation system of the polymer fuel cell, the performance of the membrane / electrode assembly (MEA) has a great influence on the power generation characteristics. The polymer membrane electrode assembly is composed of a polymer electrolyte membrane (solid polymer electrolyte membrane) and a carbon supported catalyst electrode layer (carbon supported catalysts electrode layer), as the polymer electrolyte membrane Nafion (trade name manufactured by DuPont), Premion Perfluorosulfonic acid ionomer membranes such as (Flemion, trade name manufactured by Asahi Glass), Asifrex (Asiplex, trade name manufactured by Asahi Chemical), and Dow XUS (Dow XUS, trade name manufactured by Dow Chemical) Perfluorosulfonic acid ionomer membranes are widely used, and the carbon-supported catalyst electrode layer is formed of fine catalyst particles such as platinum (Pt) or ruthenium (Ru) on an electrode support such as porous carbon paper or carbon cloth. The supported carbon powder is used in combination with a water repellent binder.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전극과 고분자 전해질 막의 접착성이 우수하여 연료전지의 운전효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to improve the operating efficiency and reliability of the fuel cell by excellent adhesion between the electrode and the polymer electrolyte membrane, a fuel cell membrane-electrode assembly, a manufacturing method thereof and To provide a fuel cell comprising the same.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 서로 대향하여 위치한 애노드 및 캐소드 전극; 상기 애노드와 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하고 상기 애노드와 캐소드 전극 및 고분자 전해질 막은 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.In order to achieve the above object, an anode and a cathode electrode located opposite each other; It provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a polymer electrolyte membrane positioned between the anode and the cathode electrode, wherein the anode and cathode electrode and the polymer electrolyte membrane comprises a poly (2,5-benzimidazole) polymer.
본 발명은 또한, 금속 촉매, 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 및 분산매를 혼합하여 촉매 분산액을 제조하는 단계; 상기 촉매 분산액을 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 막의 양면에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 고분자 막을 소성한 후 열간압연하는 단계를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a catalyst dispersion comprising mixing a metal catalyst, a poly (2,5-benzimidazole) polymer and a dispersion medium; Coating the catalyst dispersion on both sides of the poly (2,5-benzimidazole) polymer membrane; And calcining the coated polymer membrane and then hot rolling.
본 발명은 또한 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell comprising the membrane-electrode assembly.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
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)는 전기화학반응에 참여하는 금속촉매가 탄소에 지지되어 있는 촉매층을 포함한다. 상기 연료전지에서 수소 또는 연료는 애노드(3)에 공급되고 산화제는 캐소드(5)에 공급되어 애노드와 캐소드의 전기화학반응에 의하여 전기를 생성시킨다. 즉 애노드(3)에서 수소 또는 유기연료의 산화반응이 일어나고 캐소드(5)에서 산화제의 환원반응이 일어나 두 전극간의 전압차를 발생시킨다. 상기 산화제의 바람직한 예로는 산소 또는 공기가 있다.FIG. 1 is a view schematically showing an operating state of a
본 발명에서는 고분자 전해질 막으로 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자를 사용하고 애노드와 캐소드 전극 촉매층에 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자가 포함되도록 함으로써 전극과 전해질 막의 접착성을 향상시킨다. 애노드와 캐소드 전극과 고분자 전해질에 모두 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자가 존재하여 전극과 고분자 전해 질 막 계면에서 발생될 수 있는 계면 저항을 감소시켜 견고하게 부착할 수 있다.In the present invention, a poly (2,5-benzimidazole) polymer is used as the polymer electrolyte membrane, and the poly (2,5-benzimidazole) polymer is included in the anode and cathode electrode catalyst layers to improve adhesion between the electrode and the electrolyte membrane. Let's do it. Poly (2,5-benzimidazole) polymers are present in both the anode, cathode electrode and polymer electrolyte, thereby reducing the interfacial resistance that may occur at the interface between the electrode and the polymer electrolyte membrane, thereby making it firmly attached.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매와 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자는 60 내지 86 : 40 내지 14의 중량비로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 촉매의 함량이 60 중량%보다 낮으면 촉매의 함량이 낮아져 연료전지의 효율이 저하될 수 있고, 86 중량%보다 높으면 이온전도도가 저하되어 바람직하지 않다.According to one embodiment of the invention, the catalyst and the poly (2,5-benzimidazole) polymer is preferably used in a weight ratio of 60 to 86: 40 to 14. When the content of the catalyst is lower than 60% by weight, the content of the catalyst is lowered, which may lower the efficiency of the fuel cell. When the content of the catalyst is higher than 86% by weight, the ion conductivity is lowered, which is not preferable.
상기 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자는 하기 화학식 1로 나타내어진다.The poly (2,5-benzimidazole) polymer is represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 n은 중합도를 나타내는 것으로 특별히 한정되는 것은 아니나, 300 내지 600의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 화학식 1의 고분자는 34800 내지 69600의 중량평균 분자량을 가지는 것이 바람직하다. In the above formula, n represents a degree of polymerization, but is not particularly limited, but is preferably in the range of 300 to 600. In addition, the polymer of Formula 1 preferably has a weight average molecular weight of 34800 to 69600.
본 발명에서 사용되는 폴리(2,5-벤즈이미다졸)은 모노머로 3,4-디아미노벤조산을 탈수제와 혼합한 후 가열하여 중합하여 얻을 수 있다. 상기 탈수제는 P2O5와 CX3SO3H(X는 수소 또는 F)를 포함하는 용액이 바람직하게 사용될 수 있다. 3,4-디아미노벤조산은 탈수제와 혼합하기 전에 염기 또는 산과 반응시켜 정제하여 사용하는 것이 바람직하다. Poly (2,5-benzimidazole) used in the present invention can be obtained by mixing 3,4-diaminobenzoic acid with a dehydrating agent as a monomer and then heating and polymerizing. The dehydrating agent may be preferably a solution containing P 2 O 5 and CX 3 SO 3 H (X is hydrogen or F). The 3,4-diaminobenzoic acid is preferably used after purification by reacting with a base or an acid before mixing with the dehydrating agent.
본 발명의 막-전극 어셈블리는 금속 촉매, 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 및 분산매를 혼합하여 제조한 촉매 분산액을 고분자 전해질 막의 양면에 코팅하여 제조한다. The membrane-electrode assembly of the present invention is prepared by coating a catalyst dispersion prepared by mixing a metal catalyst, a poly (2,5-benzimidazole) polymer and a dispersion medium on both sides of a polymer electrolyte membrane.
상기 금속 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 또는 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속) 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하며, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-코발트 합금 또는 백금-니켈 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.The metal catalyst may be platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy or platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu And at least one catalyst selected from the group consisting of Zn), platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum It is more preferred to include at least one catalyst selected from cobalt alloys or platinum-nickel.
또한 상기 금속 촉매는 담체에 지지된 것이 사용될 수도 있다. 상기 담체로는 아세틸렌 블랙, 흑연과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도, 당해 분야에 종사하는 사람들에게 쉽게 이해될 수 있는 내용이다.The metal catalyst may also be supported on a carrier. As the carrier, carbon such as acetylene black or graphite may be used, or inorganic fine particles such as alumina, silica, zirconia, titania, or the like may be used. In the case of using the noble metal supported on the carrier as a catalyst, a commercially available commercially available product may be used, or the 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 descriptions thereof will be readily understood by those skilled in the art even if the detailed description is omitted.
상기 분산매로는 알코올, 물, 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란 용매가 바람직하게 사용될 수 있으며, 이들의 구체적인 예로는 이소프로필 알코올, 에탄올, n-프로필알코올, 부틸알코올등과 같은 알코올, 등이 바람직하게 사용될 수 있다. As the dispersion medium, alcohol, water, dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide, dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone, and tetrahydrofuran solvent may be preferably used. Alcohol, such as propyl alcohol, ethanol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, etc. can be used preferably.
상기 촉매 분산액에서 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자는 용해된 상태로 존재하지 않고 분산상태로 존재한다. 코팅공정은 분산액의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 소성 공정을 실시하기 전에 코팅된 전극을 불활성 가스 분위기에서 건조하는 공정을 더 실시할 수 있다. 상기 소성공정은 130 내지 180도의 온도에서 실시하는 것이 바람직하며, 소성시간은 2 내지 3분인 것이 바람직하다. In the catalyst dispersion, the poly (2,5-benzimidazole) polymer does not exist in a dissolved state but exists in a dispersed state. The coating process may be a screen printing method, a spray coating method or a coating method using a doctor blade, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, a painting method, etc., depending on the viscosity of the dispersion, but is not limited thereto. Before carrying out the firing process, a process of drying the coated electrode in an inert gas atmosphere may be further performed. The firing step is preferably carried out at a temperature of 130 to 180 degrees, the firing time is preferably 2-3 minutes.
상기 소성공정 후에 열간압연 공정 또는 롤링법 등 압착법에 의하여 막-전극 어셈블리를 제조한다. 상기 공정에서 코팅막에 존재하는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 는 겔화되어 전극을 고분자 막에 견고하게 부착시킬 수 있다. 본 발명에서는 전극촉매층과 고분자 막에 모두 동일한 고분자가 함유되어 있어 전극 촉매층이 고분자막에 연속적으로 균일하게 잘 접합될 수 있다.After the firing process, a film-electrode assembly is manufactured by a pressing method such as a hot rolling process or a rolling method. In the above process, the poly (2,5-benzimidazole) polymer present in the coating film may be gelled to firmly attach the electrode to the polymer film. In the present invention, both the electrode catalyst layer and the polymer membrane contain the same polymer so that the electrode catalyst layer can be continuously and uniformly well bonded to the polymer membrane.
본 발명의 다른 실시예에서는 상기 촉매 분산액을 전극 기재에 코팅하여 제조할 수도 있다. 이 경우 금속 촉매, 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 및 분산매를 혼합하여 촉매 분산액을 제조하고, 상기 촉매 분산액을 전극 기재의 일면에 코팅하여 애노드 및 캐소드 전극을 제조하고, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 막을 위치시키고 소성한 후 열간압연하는 공정에 의하여 막-전극 어셈블리를 제조한다.In another embodiment of the present invention, the catalyst dispersion may be prepared by coating the electrode substrate. In this case, a metal catalyst, a poly (2,5-benzimidazole) polymer, and a dispersion medium are mixed to prepare a catalyst dispersion, and the catalyst dispersion is coated on one surface of an electrode substrate to produce an anode and a cathode, and the anode electrode and A membrane-electrode assembly is manufactured by placing a poly (2,5-benzimidazole) polymer film between the cathode electrodes, firing the same, and hot rolling.
상기 전극 기재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등으로 발수 처리하여 사용할 수 있으며 탄소 페이퍼나 탄소 천이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극 기재는 고분자 막-전극 어셈블리를 지지하는 역할을 함과 아울러 고분자 막-전극 어셈블리에 반응가스를 확산시키는 역할을 한다. 촉매 분산액이 코팅된 전극 기재를 고분자 전해질 막에 접합시킨 후 소성, 열간압연 공정을 실시하여 막-전극 어셈블리를 제조한다. 또한 촉매를 전극 기재에 코팅한 후 고분자 전해질 막과 접합하여 제조될 수 있음은 물론이다.The electrode substrate may be used by water repellent treatment with polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like, and carbon paper or carbon cloth may be used, but is not limited thereto. The electrode substrate serves to support the polymer membrane electrode assembly and also to diffuse the reaction gas into the polymer membrane electrode assembly. The electrode substrate coated with the catalyst dispersion is bonded to the polymer electrolyte membrane, and then fired and hot rolled to prepare a membrane-electrode assembly. In addition, the catalyst may be prepared by coating the electrode substrate and then bonding the polymer electrolyte membrane.
상기 제조된 막-전극 어셈블리는 가스 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. The manufactured membrane-electrode assembly may be inserted between a gas flow channel and a bipolar plate on which a cooling channel is formed to manufacture a unit cell, and stacked to manufacture a stack, and then inserted between the two end plates to manufacture a fuel cell. Can be. Fuel cells can all be 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 1: 막-전극 어셈블리 및 단위 전지의 제조) (Example 1: Preparation of membrane-electrode assembly and unit cell)
백금이 담지된 탄소분말(Pt/C) 60 중량부, 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 40 중량부 및 분산매로 이소프로필알코올을 혼합하여 촉매 분산액을 제조하였다. 상기 촉매 분산액을 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 전해질 막의 양면에 코팅하고 상기 코팅된 고분자 막을 150도에서 2분간 소성한 후 열간압연하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다.A catalyst dispersion was prepared by mixing 60 parts by weight of platinum-supported carbon powder (Pt / C), 40 parts by weight of poly (2,5-benzimidazole) polymer, and isopropyl alcohol with a dispersion medium. The catalyst dispersion was coated on both sides of a poly (2,5-benzimidazole) polymer electrolyte membrane, and the coated polymer membrane was calcined at 150 ° C. for 2 minutes and then hot rolled to prepare a membrane-electrode assembly.
상기 제조된 막-전극 어셈블리를 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.The prepared membrane-electrode assembly is inserted between two gaskets, and then inserted into two bipolar plates in which a gas channel and a cooling channel of a predetermined shape are formed, and then compressed between copper end plates. The battery was prepared.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
상기 실시예 1에서 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자 대신 나피온(듀폰사)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단위 전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Nafion (DuPont) was used instead of the poly (2,5-benzimidazole) polymer in Example 1.
본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 막-전극 어셈블리는 접합층이 균일하고 견고한 것으로 나타났다. 또한 단위 전지의 애노드와 캐소드에 50% 가습된 공기와 수소를 공급하면서 60도에서 운전하여 전압-전류값을 측정한 결과 기존의 나피온을 사용한 비교예 1에 비하여 약 10% 이상 향상된 전압값을 보였다.The membrane-electrode assembly prepared according to Example 1 of the present invention showed that the bonding layer was uniform and robust. In addition, the voltage-current value was measured by operating at 60 degrees while supplying 50% humidified air and hydrogen to the anode and cathode of the unit cell. As a result, a voltage value improved by about 10% or more was compared with that of Comparative Example 1 using Nafion. Seemed.
본 발명에서는 고분자 전해질 막으로 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자를 사용하고 애노드와 캐소드 전극 촉매층에 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자가 포함되도록 함으로써 전극과 전해질 막의 접착성을 향상시켜 연료전지의 운전효율과 신뢰성을 우수하게 개선할 수 있다. 애노드와 캐소드 전극과 고분자 전해질에 모두 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 고분자가 존재하여 전극과 고분자 전해질 막 계면에서 발생될 수 있는 계면 저항을 감소시켜 견고하게 부착할 수 있다. In the present invention, a poly (2,5-benzimidazole) polymer is used as the polymer electrolyte membrane, and the poly (2,5-benzimidazole) polymer is included in the anode and cathode electrode catalyst layers to improve adhesion between the electrode and the electrolyte membrane. It is possible to improve the operation efficiency and reliability of the fuel cell excellently. Poly (2,5-benzimidazole) polymer is present in both the anode, cathode electrode and polymer electrolyte, thereby reducing the interfacial resistance that may occur at the interface between the electrode and the polymer electrolyte membrane.
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