KR20070000253A - Electrode for fuel cell and fuel cell system comprising same - Google Patents

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Abstract

Provided are an electrode for a fuel cell which is high in the oxidation activity of an alcohol-based fuel and is reduced in the poisoning of a catalyst, and a fuel cell system containing the electrode. The electrode comprises an electrode support which is made of a conductive substrate; and a catalyst layer which is formed on the electrode support and comprises Ag or Au catalyst supported on a ZrO2, Fe2O3 or TiO2 support and a conductive material. Preferably the conductive material is an electrically conductive polymer or carbon. Preferably the electrically conductive polymer is selected from the group consisting of polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyacene and polyaniline.

Description

연료 전지용 전극 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템{ELECTRODE FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING SAME}Electrode for fuel cell and fuel cell system including same TECHNICAL FIELD

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 연료 전지용 전극 및 그를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 촉매 활성을 나타내며, 촉매의 피독 현상이 감소된 연료 전지용 전극 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell electrode and a fuel cell system comprising the same, and more particularly, to a fuel cell electrode exhibiting high catalytic activity and having reduced poisoning of the catalyst and a fuel cell system including the same.

[종래 기술][Prior art]

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

연료 전지 시스템의 대표적인 예로는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)를 들 수 있다. 상기 직접 산화형 연료 전지에서 연료로 메탄올을 사용하는 경우는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)라 한다. Representative examples of the fuel cell system include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a direct oxidation fuel cell (Direct Oxidation Fuel Cell). When methanol is used as a fuel in the direct oxidation fuel cell, it is called a direct methanol fuel cell (DMFC).

상기 고분자 전해질형 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 출력 밀도 및 에너지 전환 효율이 높고, 상온에서 작동이 가능하며 소형화 및 밀폐화가 가능하므로 무공해 자동차, 가정용 발전 시스템, 이동통신 장비의 휴대용 전원, 군사용 장비 등의 분야에 폭넓게 사용이 가능하다.The polymer electrolyte fuel cell is a clean energy source that can replace fossil energy, and has high power density and energy conversion efficiency, can be operated at room temperature, and can be miniaturized and encapsulated. It can be widely used in fields such as portable power supply and military equipment.

일반적으로 수소를 연료로 사용하는 고분자 전해질형 연료 전지는 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.In general, a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen as a fuel has the advantages of high energy density and high output, but requires careful handling of hydrogen gas and methane, methanol and natural gas to produce hydrogen as fuel gas. There is a problem in that an auxiliary facility such as a fuel reforming device for reforming the back is required.

이에 반해 직접 산화형 연료 전지는 반응속도가 느려서 기체 고분자 전해질형 연료 전지에 비해 에너지 밀도가 낮고, 출력이 낮으며, 많은 양의 전극 촉매를 사용하여야 하나, 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮으며 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.In contrast, the direct oxidation fuel cell has a slower reaction rate, and thus has a lower energy density, a lower output, and a larger amount of electrode catalyst than the gaseous polymer electrolyte fuel cell. However, fuel handling is easy and the operating temperature is low. In particular, it has the advantage of not requiring a fuel reformer.

본 발명의 목적은 높은 촉매 활성을 나타내고, 촉매의 피독 현상이 감소된 연료 전지용 전극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode for a fuel cell, which exhibits high catalytic activity and reduces poisoning of the catalyst.

본 발명의 다른 목적은 상기 전극을 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system including the electrode.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도전성 기재로 이루어진 전극 지지체 및 상기 전극 지지체에 형성된 촉매층을 포함한다. 이 촉매층은 ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 Ag 또는 Au 촉매 및 도전재를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an electrode support made of a conductive substrate and a catalyst layer formed on the electrode support. This catalyst layer contains an Ag or Au catalyst and a conductive material supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier.

본 발명은 또한 상기 전극을 포함하는 하나 이상의 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 포함하는 하나 이상의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 의미한다. 상기 전기 발생부에서 전극은 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극이며, 이 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막이 위치한다. 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 본 발명의 전극인 것이 바람직하고, 애노드 전극이 본 발명의 전극인 것이 가장 바람직하다. 상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The present invention also refers to a fuel cell system comprising at least one membrane-electrode assembly comprising the electrode and at least one electricity generator comprising a separator, a fuel supply and an oxidant supply. In the electricity generating unit, the electrodes are anode electrodes and cathode electrodes located opposite to each other, and a polymer electrolyte membrane located between the anode electrode and the cathode electrode is located. At least one of the anode electrode and the cathode electrode is preferably the electrode of the present invention, and most preferably the anode electrode is the electrode of the present invention. The fuel supply unit serves to supply fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit serves to supply an oxidant to the electricity generation unit.

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

본 발명은 연료 전지용 전극에 관한 것으로서, 이 전극은 ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 Ag 또는 Au 촉매 및 도전재를 포함한다. 본 발명에 있어서 바람직하게는 ZrO2 담체에 담지된 Au 촉매이다.The present invention relates to an electrode for a fuel cell, which comprises an Ag or Au catalyst and a conductive material supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3, or TiO 2 carrier. In the present invention, the Au catalyst is preferably supported on a ZrO 2 carrier.

본 발명의 전극에서 촉매로 사용한 Ag 또는 Au는 알코올 연료에 대한 산화 반응 활성이 매우 크므로, 전지 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 촉매들은 알코올 연료를 사용한 연료 전지의 반응에서 발생되는 CO에 의한 촉매 피독이 거의 발생되지 않아 전지 수명을 증가시킬 수 있다. Ag or Au used as a catalyst in the electrode of the present invention has a very high oxidation reaction activity against alcohol fuel, thereby improving battery performance. In addition, the catalysts may increase the life of the battery since the catalyst poisoning by CO generated in the reaction of the fuel cell using alcohol fuel is hardly generated.

상기 촉매들은 ZrO2, TiO2 또는 Fe2O3 담체에 담지되어 사용하며, 이와 같이 담체가 탄소가 아니므로, 전기 전도성이 다소 저하될 수 있어, 도전재로 전기 전도성 고분자 또는 카본을 함께 사용한다.The catalysts are supported on a ZrO 2 , TiO 2 or Fe 2 O 3 carrier, and since the carrier is not carbon, the electrical conductivity may be somewhat lowered, so that an electrically conductive polymer or carbon is used as a conductive material. .

상기 전기 전도성 고분자로는 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아센, 또는 폴리아닐린을 들 수 있다. Examples of the electrically conductive polymer include polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyacene, or polyaniline.

상기 도전재는 상기 촉매층 내에 촉매층 전체 중량에 대하여 10 내지 20 중량%의 양으로 포함된다.The conductive material is included in the catalyst layer in an amount of 10 to 20% by weight based on the total weight of the catalyst layer.

본 발명의 연료 전지용 전극은 바인더를 포함한다. 이 바인더로는 일반적으로 연료 전지용 전극에서 사용되는 물질은 어떠한 것도 사용될 수 있으며, 그 대표적인 예로 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴 클루오라이드, 폴리비닐알콜, 셀룰로오스아세테이트, 폴리(퍼플루오로설폰산) 등을 사용할 수 있다.The electrode for fuel cells of this invention contains a binder. As the binder, any material generally used in an electrode for a fuel cell may be used. Examples thereof include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, poly (Perfluorosulfonic acid) and the like can be used.

아울러, 본 발명의 전극은 상기 촉매 및 고분자를 지지하는 전극 기재를 포함한다. 상기 전극 기재는 반응원이 상기 촉매로 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 상기 전극 기재로는 도전성 기재를 사용하며, 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 또는 금속 천이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the electrode of the present invention includes an electrode substrate for supporting the catalyst and the polymer. The electrode substrate serves to easily access the reaction source to the catalyst. A conductive substrate is used as the electrode substrate, and representative examples thereof may include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth, but are not limited thereto.

상기 구성을 갖는 본 발명의 전극은 연료 전지에서 캐소드 전극과 애노드 전극으로 사용될 수 있으며, 애노드 전극으로 사용되는 것이 바람직하다.The electrode of the present invention having the above configuration can be used as a cathode electrode and an anode electrode in a fuel cell, it is preferable to be used as an anode electrode.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 전극을 제조하는 공정은 촉매, 바인더 및 용매를 포함하는 촉매 조성물을 스프레이 코팅, 닥터 블레이드등 통상의 방법으로 전극지지체에 촉매층을 형성하는 공정으로 실시할 수 있다. 이러한 전극 제조 공정은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.The process of manufacturing the electrode of the present invention having such a configuration can be carried out by the process of forming a catalyst layer on the electrode support by a conventional method such as spray coating, doctor blade, the catalyst composition comprising a catalyst, a binder and a solvent. Since the electrode manufacturing process is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 연료 전지용 전극을 애노드 전극으로만 사용하는 경우, 캐소드 전극으로는 종래 통상적으로 사용되던 백금계 촉매 캐소드 전극을 사용할 수 있다. 상기 백금계 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 사용할 수 있다. In addition, when using the electrode for fuel cells of this invention only as an anode electrode, the platinum-type catalyst cathode electrode conventionally used conventionally can be used as a cathode electrode. The platinum-based 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, At least one catalyst selected from the group consisting of Cu and Zn, and at least one transition metal selected from the group consisting of Cu and Zn.

ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도, 당해 분야에 종사하는 사람들에게 쉽게 이해될 수 있는 내용이다.When using a precious metal supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier as a catalyst, a commercially available commercially available one may be used, and also prepared by supporting a precious metal on a ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier. Can also be used. Since the process of supporting the noble metal on the ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier is well known in the art, the detailed description thereof will be easily understood by those skilled in the art even if the detailed description thereof is omitted.

아울러, 상기 캐소드 전극도 본 발명의 애노드 전극과 동일한 전극 기재를 포함한다.In addition, the cathode electrode also includes the same electrode substrate as the anode electrode of the present invention.

본 발명의 전극을 포함하는 본 발명의 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다.The fuel cell system of the present invention including the electrode of the present invention includes at least one electricity generator, a fuel supply and an oxidant supply.

상기 전기 발생부는 고분자 전해질 막과 이 고분자 전해질 막 양면에 존재하는 본 발명의 전극을 포함하는 막-전극 어셈블리를 포함하고, 이 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터(바이폴라 플레이트)를 포함한다. 상기 전기 발생부는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The electricity generating unit includes a membrane-electrode assembly including a polymer electrolyte membrane and an electrode of the present invention on both sides of the polymer electrolyte membrane, and includes a separator (bipolar plate) positioned on both sides of the membrane-electrode assembly. The electricity generation unit serves to generate electricity through the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of the oxidant.

상기 고분자 전해질 막으로는 수소 이온 전도성이 우수한 고분자를 포함하며, 바람직하게는 플루오르계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole) 또는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 중에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 일반적으로 상기 고분자 막은 10 내지 200㎛의 두께를 갖는다.The polymer electrolyte membrane includes a polymer having excellent hydrogen ion conductivity, preferably a fluorine polymer, a polyamide polymer, a polyether polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, At least one hydrogen ion conductive polymer selected from polyphenylene sulfide polymer, polysulfone polymer, polyether sulfone polymer, polyether ketone polymer, polyether ether ketone polymer or polyphenylquinoxaline polymer More preferably, poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfided polyether ketone , Aryl ketone, poly (2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimid azole) or poly (2,5-benzimidazole) may be used, including one or more hydrogen ion conductive polymers, which generally have a thickness of 10 to 200 mu m.

상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다. 상기 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료를 의미하며, 대표적인 탄화수소 연료로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연 가스를 들 수 있다. 상기 산화제로는 산소 또는 공기를 들 수 있다.The fuel supply unit serves to supply fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit serves to supply an oxidant to the electricity generation unit. The fuel means hydrogen or hydrocarbon fuel in gas or liquid state, and typical hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas. Examples of the oxidant include oxygen or air.

본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 1에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1에 나타낸 구조는 연료 및 산화제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않고 삼투압 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.A schematic structure of the fuel cell system of the present invention is shown in FIG. 1, which will be described in more detail with reference to the following. Although the structure shown in FIG. 1 shows a system for supplying fuel and oxidant to an electric generator using a pump, the fuel cell system of the present invention is not limited to such a structure, and a fuel cell using an osmotic method without using a pump is shown. Of course, it can also be used for system architecture.

본 발명의 연료 전지 시스템(100)은 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(19)를 갖는 스택(7)과, 상기한 연료를 공급하는 연료 공급부(1)와, 산화제를 전기 발생부(19)로 공급하는 산화제 공급부(5)를 포함하여 구성된다.The fuel cell system 100 of the present invention supplies a stack 7 having at least one electricity generating unit 19 for generating electrical energy through a reaction of fuel oxidation and a reduction of oxidant, and the fuel described above. And an oxidant supply unit 5 for supplying an oxidant to the electricity generating unit 19.

또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급부(1)는 연료를 저장하는 연료 탱크(9)와, 연료 탱크(9)에 연결 설치되는 연료 펌프(11)를 구비한다. 상기한 연료 펌프(11)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(9)에 저장된 연료를 배출시키는 기능을 하게 된다.In addition, the fuel supply unit 1 for supplying the fuel includes a fuel tank 9 for storing fuel and a fuel pump 11 connected to the fuel tank 9. The fuel pump 11 serves to discharge the fuel stored in the fuel tank 9 by a predetermined pumping force.

상기 스택(7)의 전기 발생부(19)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(5)는 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하는 적어도 하나의 공기 펌프(13)를 구비한다.The oxidant supply unit 5 for supplying the oxidant to the electricity generating unit 19 of the stack 7 includes at least one air pump 13 which sucks air with a predetermined pumping force.

상기 전기 발생부(19)는 연료와 산화제를 산화/환원 반응시키는 막/전극 어셈블리(21)와 이 막/전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 세퍼레이터(바이폴라 플레이트)(23,25)로 구성된다.The electricity generator 19 is a membrane / electrode assembly 21 for oxidizing / reducing a fuel and an oxidant and a separator (bipolar plates) 23 and 25 for supplying fuel and an oxidant to both sides of the membrane / electrode assembly. It consists of.

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)(Example 1)

ZrO2 담체에 담지된 Ag 촉매, 폴리아세틸렌 전기 전도성 고분자, 폴리퍼플루오로설포네이트 바인더 및 이소프로필 알콜과 물의 혼합 용매를 혼합하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 이 촉매 슬러리를 탄소 페이퍼 전극 지지체에 도포하여, 연료 전지용 애노드 전극을 제조하였다.A catalyst slurry was prepared by mixing an Ag catalyst, a polyacetylene electrically conductive polymer, a polyperfluorosulfonate binder, and a mixed solvent of isopropyl alcohol and water supported on a ZrO 2 carrier. This catalyst slurry was applied to a carbon paper electrode support to prepare an anode electrode for a fuel cell.

5중량% 나피온/H2O/2-프로판올 용액, 디프로필렌 글리콜 및 탈이온수 및 Pt 블랙(Johnson Matthey, HiSpec 1000) 입자를 혼합하여 캐소드 촉매 슬러리를 제조한 후 테플론 필름 상에 스크린 프린팅하여 건조하여 연료 전지용 캐소드 전극을 제조하였다.A cathode catalyst slurry was prepared by mixing 5 wt% Nafion / H 2 O / 2-propanol solution, dipropylene glycol and deionized water and Pt black (Johnson Matthey, HiSpec 1000) particles, followed by screen printing on a Teflon film and drying To produce a cathode electrode for a fuel cell.

상기 연료 전지용 애노드 전극과 캐소드 전극을 나피온(퍼플루오로설폰산) 고분자 전해질 막 상에 각각 위치시킨 후, 200℃에서 200 kgf/㎠의 압력으로 3분간 열압착하여 고분자전해질 막 상에 각각 4 mg/㎠ 로딩량이 되도록 캐소드 및 애노드 전극을 형성하였다.The anode electrode and the cathode electrode for fuel cell were placed on the Nafion (perfluorosulfonic acid) polymer electrolyte membrane, respectively, and then thermally compressed for 3 minutes at 200 kgf / cm 2 at 200 ° C., respectively. Cathode and anode electrodes were formed to have a mg / cm 2 loading.

이어서, 상기 고분자 전해질 막이 가운데 위치하는 캐소드 전극 및 애노드 전극에 E-Tek사의 ELAT 전극 기재(기체 확산층: Gas diffusion layer)를 위치시키고, 결착하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다. Subsequently, an ELAT electrode substrate (gas diffusion layer) manufactured by E-Tek was placed on a cathode electrode and an anode electrode in which the polymer electrolyte membrane is located in the center, and the binder was manufactured to prepare a membrane-electrode assembly.

상기 제조된 막/전극 어셈블리를 폴리테트라플루오로에틸렌이 코팅된 유리 섬유(glass fiber) 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후, 일정 형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 바이폴라 플레이트에 삽입한 후, 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다.The prepared membrane / electrode assembly was inserted between polytetrafluoroethylene-coated glass fiber gaskets, and then inserted into two bipolar plates in which gas flow channels and cooling channels of a predetermined shape were formed. Subsequently, the unit cell was manufactured by pressing between copper end plates.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

탄소 페이퍼 전극 지지체에 탄소 담체에 담지된 PtRu 촉매(담지량: 60 중량%), 폴리퍼플루오로설포네이트 고분자 및 이소프로필알콜과 물의 혼합 용매를 혼합하여 제조된 촉매 슬러리를 도포하여 제조된 연료 전지용 애노드 전극 및 캐소드 전극을 각각 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 단위 전지를 제조하였다.Anode for a fuel cell prepared by applying a catalyst slurry prepared by mixing a PtRu catalyst (supporting amount: 60 wt%), a polyperfluorosulfonate polymer, and a mixed solvent of isopropyl alcohol and water supported on a carbon paper electrode support A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the electrode and the cathode electrode were used, respectively.

본 발명의 연료 전지용 전극은 탄화수소 연료의 산화 반응 활성이 크고, 피독 현상이 감소된 촉매를 포함하므로, 성능이 우수하고, 수명이 긴 연료 전지를 제공할 수 있다.Since the electrode for a fuel cell of the present invention includes a catalyst having a high oxidation reaction activity of a hydrocarbon fuel and a reduced poisoning phenomenon, it is possible to provide a fuel cell having excellent performance and a long service life.

도 1은 본 발명의 연료 전지 시스템의 구성을 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a configuration of a fuel cell system of the present invention.

Claims (10)

도전성 기재로 이루어진 전극 지지체;An electrode support made of a conductive substrate; 상기 전극 지지체에 형성되고, ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 Ag 또는 Au 촉매 및 도전재를 포함하는 촉매층A catalyst layer formed on the electrode support and including an Ag or Au catalyst and a conductive material supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier. 을 포함하는 연료 전지용 전극.Electrode for a fuel cell comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 담체는 ZrO2인 연료 전지용 전극.The carrier is a fuel cell electrode ZrO 2 . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 도전재는 전기전도성 고분자 또는 카본인 연료 전지용 전극.The conductive material is an electrically conductive polymer or carbon electrode for fuel cells. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 전기전도성 고분자는 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아센, 및 폴리아닐린으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료 전지용 전극.The electrically conductive polymer is a fuel cell electrode selected from the group consisting of polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyacene, and polyaniline. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극은 애노드 전극인 연료 전지용 전극.The electrode is a fuel cell electrode is an anode electrode. 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극, 및 상기 애노드와 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하는 적어도 하나 이상의 막/전극 어셈블리; 및 세퍼레이터를 포함하는 적어도 하나의 전기 발생부;At least one membrane / electrode assembly comprising an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode and the cathode electrode; And at least one electricity generating unit including a separator. 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및A fuel supply unit supplying fuel to the electricity generation unit; And 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부Oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generating unit 를 포함하고, Including, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는At least one of the anode electrode and the cathode electrode 도전성 기재로 이루어진 전극 지지체;An electrode support made of a conductive substrate; 상기 전극 지지체에 형성되고, ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 Ag 또는 Au 촉매 및 도전재를 포함하는 촉매층을 포함하는 것인It is formed on the electrode support, comprising a catalyst layer comprising an Ag or Au catalyst and a conductive material supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3 or TiO 2 carrier 연료 전지 시스템.Fuel cell system. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 담체는 ZrO2인 연료 전지 시스템.The carrier is ZrO 2 fuel cell system. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 도전재는 전기전도성 고분자 또는 카본인 연료 전지 시스템.The conductive material is an electrically conductive polymer or carbon fuel cell system. 제 6 항에 있어서, 상기 전기전도성 고분자는 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아센, 또는 폴리아닐린으로 이루어진 군에서 선택되는 것인연료 전지 시스템.7. The fuel cell system of claim 6, wherein the electrically conductive polymer is selected from the group consisting of polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, polyacene, or polyaniline. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 애노드 전극이The anode electrode 도전성 기재로 이루어진 전극 지지체;An electrode support made of a conductive substrate; 상기 전극 지지체에 형성되고, ZrO2, Fe2O3 또는 TiO2 담체에 담지된 Ag 또는 Au 촉매 및 도전재를 포함하는 촉매층을 포함하는 것인 연료 전지 시스템.And a catalyst layer formed on the electrode support and including an Ag or Au catalyst and a conductive material supported on a ZrO 2 , Fe 2 O 3, or TiO 2 carrier.
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