KR20070011943A - 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템 - Google Patents

연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템 Download PDF

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KR20070011943A
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Abstract

본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 상기 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 애노드 촉매층을 포함하는 애노드 전극, 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 캐소드 촉매층을 포함하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재에 접하는 제2 표면으로 갈수록 평균 기공도가 증가하는 것이다.
본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 고분자 전해질 막으로부터 전극 기재 방향으로 기공도를 증가시키면서 애노드 전극의 촉매층을 형성하여, 연료가 고분자 전해질 막을 통하여 캐소드 전극쪽으로 크로스오버되는 현상을 방지할 수 있어 고출력을 나타내는 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다.
DMFC,기공도,촉매층,구배

Description

연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템{MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM COMPRISING SAME}
도 1은 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리에서 촉매층의 기공도의 변화를 나타낸 모식도.
도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 막-전극 어셈블리를 사용한 직접 메탄올 연료 전지 시스템에서의 막-전극 어셈블리의 성능을 나타낸 그래프.
[산업상 이용 분야]
본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고출력을 나타낼 수 있는 연료 전지 시스템에 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. 이러한 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 단위 전지의 적층에 의한 스택 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4-10배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대전원으로 주목받고 있다.
연료 전지의 대표적인 예로는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane 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.
상기 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.
이에 반해 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지에 비해 에너지 밀도가 낮고, 출력이 낮으며, 많은 양의 전극 촉매를 사용하여야 하나, 액체 상태인 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮아, 상온에서 운전이 가능하며, 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.
이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈브리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화 전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일명 "공기극" 또는 "환원 전극"이라고 한다)이 위치하는 구조를 가진다.
연료 전지에서 전기를 발생시키는 원리는 연료가 연료극인 애노드 전극으로 공급되어 애노드 전극의 촉매에 흡착되고, 산화 반응에 의하여 연료가 이온화되고또한 전자가 발생하며, 이때 발생된 전자는 외부 회로에 따라 산화극인 캐소드 전극에 도달하며, 이온화된 연료는 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드 전극으로 전달된다. 캐소드 전극으로 산화제가 공급되고, 이 산화제, 이온화된 연료 및 전자가 캐소드 전극의 촉매 상에서 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키게 된다.
본 발명의 목적은 탄화수소 연료가 캐소드 전극으로 이동하는 현상을 방지할 수 있는 직접 산화 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고출력을 나타낼 수 있는 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 직접 산화 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 애노드 촉매층을 포함하는 애노드 전극 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 캐소드 촉매층을 포함하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재에 접하는 제2 표면으로 갈수록 평균 기공도가 증가하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터를 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부 및 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 탄화수소 연료를 사용하는 직접 산화형 연료 전지(direct oxidation fuel cell)용 막-전극 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 애노드 전극, 캐소드 전극과 이 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다. 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극은 전극 기재와 이 전극 기재에 형성된 촉매층을 각각 포함한다.
본 발명의 애노드 전극은 애노드 촉매층의 기공도를 변화시켜, 즉 기공도가 구배를 갖게 제조한 것으로서, 고분자전해질 막과 접하는 제1 표면으로부터 전극 기재에 접하는 제2 표면으로 갈수록 기공도가 증가하는 구성을 갖는다. 바람직하게는 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 전극 기재 방향으로 전체 두께의 0 내지 1/10까지는 평균 기공도가 10 내지 50%이고, 보다 바람직한 평균 기공도는 20 내지 40%이다. 또한, 전체두께의 1/10 내지 1/2까지는 평균기공도가 35 내지 85% 이고, 보다 바람직하게는 45 내지 80%이다. 아울러, 전체 두께의 1/2 내지 1까지는 평균 기공도가 50 내지 99%이며, 보다 바람직하게는 70 내지 95%이다. 즉, 도 1에 나타낸 것과 같이, 촉매층 두께가 전체 1이라고 할 때, 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면(0%)에서, 전극 기재쪽(1, 즉 100%)으로 갈수록 기공도가 점차 증가하는 양상을 나타낸다.
이와 같이, 애노드 전극의 촉매층이 고분자 전해질 막과 접하는 부분은 치밀한(dense) 구조를 가지고 있으며, 고분자 전해질 막에서 멀어짐에 따라 기공도가 증가하거나, 혹은 기공의 크기가 증가하므로 탄화수소 연료가 고분자 전해질 막으로의 침투를 저하시킬 수 있다. 즉, 종래 메탄올과 같은 탄화수소 연료를 사용하는 직접 산화 연료 전지의 경우, 탄화수소 연료가 용이하게 침투하여 반응할 수 있도록 다공성 애노드 전극을 사용하였으나, 이에 따라 고분자 전해질 막과 애노드 전극의 계면에 다량의 탄화수소 연료가 접촉하게 되어, 탄화수소 연료가 고분자 전해질 막을 통하여 캐소드 전극으로 넘어가는 크로스오버(crossover) 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 크로스오버 문제를 방지할 수 있으므로, 탄화수소 연료가 캐소드 전극 쪽으로 크로스오버되어, 캐소드 전극에서 탄화수소 연료가 산화되어 전류의 저하와 전압 강하를 일으켜 출력 밀도를 저하시키는 문제를 방지할 수 있으므로 고출력 연료 전지를 제공할 수 있다.
아울러, 촉매층의 기공도가 고분자 전해질 막에서 전극 기재 쪽으로 증가하므로, 애노드 전극에서 생성된 CO2 또는 물 등의 부생성물이 전극 기재 쪽으로 쉽게 빠져나갈 수 있다.
상기 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 애노드 전극과 캐소드 전극은 동일한 물질을 사용하여도 무방하나, 직접 산화 연료 전지에서는 애노드 전극 반응 중에서 발생되는 CO에 의한 촉매 피독 현상이 발생함에 따라 이를 방지하기 위하여, 백금-루테늄 합금 촉매가 애노드 전극 촉매로는 보다 바람직하다.
또한 이러한 금속 촉매는 금속 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 흑연과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 또는 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소가 널리 사용되고 있다.
상기 전극 기재는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 반응원을 확산시켜 촉매층으로 반응원이 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 금속천(섬유 상태의 금속천으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분바 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것(metalized polymer fiber)을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전극 기재에서의 기체 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 이 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본 파이버, 플러렌(fullerene) 또는 카본 나노 튜브를 포함할 수 있다. 상기 미세 기공층은 도전성 분말, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 기체 확산층에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알콜, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알콜, n-프로필알콜, 부틸알콜 등과 같은 알콜, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅 공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 애노드 전극은 촉매층의 기공도를 조절하여 형성할 수 있으면 어떠한 공정으로 형성하여도 무방하며, 일반적인 예로 스프레이 공정, 스크린 프린팅 공정, 슬롯 다이(slot die) 공정 또는 닥터 블레이딩 공정을 들 수 있다. 이러한 공정을 이용하여 촉매 조성물의 조성을 변화시키면서 기공도를 변화시키면서 전극 기재에 촉매층 형성할 수 있다. 즉, 고분자 전해질 막에 고농도의 촉매 조성물을 스프레이하면서, 점차 조성물의 농도를 감소시키면, 고분자 전해질 막에서 멀어질수록 촉매층의 기공도가 증가하게 할 수 있다.
이를 보다 자세하게 설명하면, 먼저 고분자 전해질 막에 고형분의 농도(예를 들어, 촉매와 바인더)가 10 내지 30%의 범위인 제1 촉매 조성물을 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 전체 두께의 1/10까지의 촉매층을 형성하고, 다시 고형분의 농도가 5 내지 20%의 범위인 제2 촉매 조성물을 사용하여 전체 두께의 1/10 내지 1/2까지의 촉매층을 형성하고, 다시 고형분 농도가 2 내지 15%의 범위인 제3 촉매 조성물을 사용하여 전체 두께의 1/2에서 1까지의 촉매층을 형성한다.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 연료 전지 시스템은 본 발명의 막-전극 어셈블 및 세퍼레이터를 포함하는 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다.
상기 전기 발생부는 연료와 산화제의 전기화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 하며, 상기 연료 공급부는 수소를 함유한 연료, 또는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올과 같은 탄화수소 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.
본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 2에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2에 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 확산 방식, 예를 들어 삼투압 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.
본 발명의 연료 전지 시스템(100)은 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(19)와, 상기한 연료 를 공급하는 연료 공급부(1)와, 산화제를 상기 전기 발생부(19)로 공급하는 산화제 공급부(5)를 포함하여 구성된다.
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.
상기 전기 발생부(19)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(5)는 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하는 적어도 하나의 공기 펌프(13)를 구비한다.
상기 전기 발생부(19)는 연료와 산화제를 산화/환원 반응시키는 막/전극 어셈블리(21)와 이 막/전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 바이폴라 플레이트(23,25)로 구성된다.
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)
백금-루테늄 블랙 촉매 20 중량% 및 나피온(퍼플루오로설포네이트) 바인더 2.4 중량%, 이소프로필알코올 77.6 중량%를 혼합하여 애노드 전극용 제1 촉매 조성물을 제조하였다.
백금-루테늄 블랙 촉매 10 중량% 및 나피온 바인더 1.2 중량%, 이소프로필알코올 88.8 중량%를 혼합하여 애노드 전극용 제2 촉매 조성물을 제조하였다.
백금-루테늄 블랙 촉매 5 중량% 및 나피온 바인더 0.6중량%, 이소프로필알코올 94.4 중량%를 혼합하여 애노드 전극용 제3 촉매 조성물을 제조하였다.
상기 제1 촉매 조성물을 상업용 Nafion 115(퍼플루오로설포네이트) 고분자 전해질 막에 스프레이하여 평균 기공도가 30%이고, 1㎛ 두께의 제1 촉매층을 제조하였다. 상기 제1 촉매층에 제2 촉매 조성물을 스프레이하여 평균 기공도가 60%이고, 9㎛(즉, 고분자 전해질 막부터의 두께는 10㎛) 두께의 제2 촉매층을 제조하였다.
이어서, 상기 제2 촉매층에 제3 촉매 조성물을 스프레이하여 평균 기공도가 85%이고, 40㎛(즉, 고분자 전해질 막부터의 두께는 50㎛) 두께의 제3 촉매층을 제조하였다. 결과적으로, 애노드 촉매층의 기공도가 구배를 갖는 애노드 전극이 상기 고분자 전해질 막에 형성되었다.
백금-블랙 촉매 10 중량% 및 나피온 바인더 1.2 중량%, 이소프로필알코올 88.8 중량%를 혼합하여 캐소드 촉매층용 조성물을 제조하여, 상기 애노드 전극이 형성된 고분자 전해질 막의 반대면에 캐소드 촉매층을 스프레이 코팅하여 캐소드 전극을 형성하였다.
코팅된 애노드의 촉매량은 4mg/cm2였으며, 캐소드의 코팅된 촉매량으 4mg/cm2였다. 캐소드 전극에 SGL사의 31BC 탄소 페이퍼 전극 기재를 부착시키고 애노드 전극에 SGL사의 31AA 탄소 페이퍼 전극 기재를 부착시켜 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
(비교예 1)
백금-루테늄 블랙 촉매 10 중량% 및 나피온 바인더 1.2 중량%, 이소프로필알코올 88.8 중량%를 혼합하여 애노드 전극용 촉매 조성물을 제조하여, 상업용 Nafion 115(퍼플루오로설포네이트, 전체 두께 100㎛) 고분자 전해질 막에 스프레이 코팅하여 애노드 전극을 형성하였다.
백금-블랙 촉매 10 중량% 및 나피온 바인더 1.2 중량%, 이소프로필알코올 88.8 중량%를 혼합하여 캐소드 촉매층용 조성물을 제조하여, 상기 애노드 전극이 형성된 고분자 전해질 막의 반대면에 캐소드 촉매층을 스프레이 코팅하여 캐소드 전극을 형성하였다.
코팅된 애노드의 촉매량은 4mg/cm2였으며, 캐소드의 코팅된 촉매량으 4mg/cm2였다. 캐소드 전극에 SGL사의 31BC 카본 페이퍼 전극 기재를 부착시키고 애노드 전극에 SGL사의 31AA 카본 페이퍼 전극 기재를 부착시켜 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 막-전극 어셈블리를 사용한 직접 메탄올 연료 전지 시스템에 있어서, 막-전극 어셈블리의 성능을 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 이때, 연료로는 1M 메탄올을 사용하고, 산화제로는 공기를 사용하였다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 50℃에서 측정된 전압-전류 곡선을 비교하면 애노드 촉매층의 기공도가 구배를 갖게 제조된 실시예 1의 경우가 기공도의 구배가 존재하지 않는 비교예 1에 비해 높은 출력밀도를 나타냄을 확인할 수 있다.
또한, OCV(Open Curcuit Volatage) 상태에서의 메탄올 크로스 오버에 의한 캐소드 전극에서의 메탄올 산화전류량을 선형 스윕 볼타메트리(Linear sweep voltammetry)법에 의해 측정한 결과 실시예 1은 57mA/cm2, 비교예 1은 89mA/cm2가 측정되었다. 메탄올 산화전류량은 크로스오버된 메탄올의 양에 비례하므로 기공도의 구배가 존재하는 실시예 1의 애노드 전극에 의해 메탄올 크로스 오버가 감소하게 됨을 확인할 수 있다.
본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 고분자 전해질 막으로부터 전극 기재 방향으로 기공도를 증가시키면서 애노드 전극의 촉매층을 형성하여, 연료가 고분자 전해질 막을 통하여 캐소드 전극쪽으로 크로스오버되는 현상을 방지할 수 있어 고출력을 나타내는 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 애노드 촉매층을 포함하는 애노드 전극;
    전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 캐소드 촉매층을 포함하는 캐소드 전극; 및
    상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고,
    상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재에 접하는 제2 표면으로 갈수록 평균 기공도가 증가하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체 두께의 1/10까지의 평균 기공도가 10 내지 50%인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체 두께의 1/10 내지 1/2까지의 평균 기공도가 35 내지 85%인 연료 전지용 막-전극 어셈블리
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체 두께의 1/2 내지 1까지의 평균 기공도가 50 내지 99%인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금 촉매를 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.
  7. 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 애노드 촉매층을 포함하는 애노드 전극 전극 기재 및 이 전극 기재에 형성된 캐소드 촉매층을 포함하는 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재에 접하는 제2 표면으로 갈수록 평균 기공도가 증가하는 것인 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터를 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및
    산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부
    를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 상기 고분자 전해질 막과 접하는 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체두께의 1/10까지의 평균 기공도가 10 내지 50%인 연료 전지 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체 두께의 1/10 내지 1/2까지의 평균 기공도가 35 내지 85%인 연료 전지 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 제1 표면에서 상기 전극 기재 방향으로 전체두께의 1/2 내지 1까지의 평균 기공도가 50 내지 99%인 연료 전지 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것인 연료 전지 시 스템.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 애노드 촉매층은 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금 촉매를 포함하는 것인 연료 전지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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