KR20070013855A - Membrane/electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 개략적 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention.
도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 스택의 분해 사시도.2 is an exploded perspective view of a stack of a fuel cell system of the present invention.
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 이온 전도성이 우수하면서도 내열성 및 기계적 물성이 우수한 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell membrane-electrode assembly and a fuel cell including the same, and more particularly, to a fuel cell membrane-electrode assembly having excellent hydrogen ion conductivity and excellent heat resistance and mechanical properties, and a fuel cell including the same. .
[종래기술][Private Technology]
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로 작동되는 온도에 따라 고온형 연료 전지와 저온형 연 료 전지로 분류한다.The fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxidant contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. It is classified as a low temperature fuel cell.
이중에서 상기 저온형 연료 전지로는 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 산화 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)를 들 수 있다. 상기 직접 산화 연료 전지에서 연료로 메탄올을 사용하는 경우는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)라 한다. 상기 고분자 전해질 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 low temperature fuel cell may include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a 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). 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 연료 가스인 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 advantages of high energy density and high output, but it is necessary to pay attention to the 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 액체를 연료로 사용하는 직접 산화형 연료 전지는 반응속도가 느려서 고분자 전해질형에 비해 에너지 밀도가 낮고, 출력이 낮으며, 많은 양의 전극 촉매를 사용하여야 하나, 액체 상태인 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮으며 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.On the other hand, direct oxidation fuel cells using liquid as fuel have lower energy density, lower output, and a larger amount of electrode catalyst than polymer electrolyte type due to the slow reaction rate. It is advantageous in that it is easy and the operating temperature is low and especially no fuel reformer is required.
이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate))로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원 전극"이라고 한다)이 접착된 구조를 가진다.In such fuel cell systems, the stack that substantially generates electricity may comprise several to tens of unit cells consisting of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (or bipolar plate). It has a laminated structure. The membrane-electrode assembly is called an anode electrode (also called "fuel electrode" or "oxide electrode") and a cathode electrode (also called "air electrode" or "reduction electrode") with a polymer electrolyte membrane including a hydrogen ion conductive polymer therebetween. Has a bonded structure.
상기 막-전극 어셈블리에서 전해질의 역할을 하는 고분자 전해질막으로는 퍼플루오로술폰산 아이오노머막(perfluorosulfonic acid ionomer membrane) 등의 불소계 전해질막이 많이 사용되고 있다. As the polymer electrolyte membrane serving as an electrolyte in the membrane-electrode assembly, a fluorine-based electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid ionomer membrane is widely used.
그러나, 상기 불소계 고분자 전해질막은 흡습성이 낮고 고온에서 사용 불능인 문제점이 있다. However, the fluorine-based polymer electrolyte membrane has a problem of low hygroscopicity and inability to use at high temperatures.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수소 이온 전도성이 우수하면서도 내열성 및 기계적 물성이 우수한 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell having excellent hydrogen ion conductivity and excellent heat resistance and mechanical properties.
본 발명의 다른 목적은 상기 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell comprising the membrane-electrode assembly for the fuel cell.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향하여 위치하는 애노드 및 캐소드 전극과 상기 애노드 및 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하고, In order to achieve the above object, the present invention includes an anode and a cathode electrode located opposite each other and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode and the cathode electrode,
상기 고분자 전해질막은 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.The polymer electrolyte membrane provides a fuel cell membrane-electrode assembly including a polymer represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 X1 내지 X8는 수소 및 하기 화학식 2로 표시되는 작용기로 이루어진 군에서 선택되고, 이들 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표시되는 작용기이다. n은 중합도를 나타내는데, n은 100 내지 10000의 범위에 있는 정수이다.In the formula, X 1 to X 8 is selected from the group consisting of hydrogen and a functional group represented by the following formula (2), at least one of these is a functional group represented by the formula (2). n represents the degree of polymerization, where n is an integer in the range of 100 to 10000.
[화학식 2] [Formula 2]
상기 식에서 Y1 또는 Y2는 각각 독립적으로 할로겐 원소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고, n1은 1 내지 10의 범위에 있는 정수이고 n2는 1 내지 10의 범위에 있는 정수이다. Wherein Y 1 or Y 2 are each independently selected from the group consisting of halogen elements and hydrogen, n 1 is an integer in the range of 1 to 10 and n 2 is an integer in the range of 1 to 10.
본 발명은 또한, 상기 막-전극 어셈블리 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터를 포함하고, 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부, 상기 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부, 및 상기 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공 급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공한다.The invention also includes a separator disposed on both sides of the membrane-electrode assembly and the membrane-electrode assembly, at least one electricity generating unit for generating electricity through the electrochemical reaction of the fuel and the oxidant, the fuel Provided is a fuel cell system including a fuel supply unit for supplying to the electricity generator, and an oxidant supply unit for supplying the oxidant to the electricity generator.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention.
도 1를 참고하면, 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리(10)는 고분자 전해질막(110) 및 상기 고분자 전해질막(110)의 양면에 각각 배치되는 상기 연료 전지용 전극(100, 100')을 포함한다. 상기 전극은 전극기재(102, 102')와 상기 전극기재의 표면에 형성된 촉매층(104, 104')을 포함한다.Referring to FIG. 1, the fuel cell membrane-
상기 막-전극 어셈블리(10)에서, 고분자 전해질막(110)의 일면에 배치되는 전극(100)을 애노드 전극(또는 캐소드 전극)이라 하고, 다른 일면에 배치되는 전극(100')을 캐소드 전극(또는 애노드 전극)이라 한다. 애노드 전극은 전극기재를 지나 촉매층으로 전달된 연료로부터 수소 이온과 전자를 생성시키는 산화 반응을 일으키고, 고분자 전해질막은 상기 애노드 전극에서 발생한 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키며, 캐소드 전극은 상기 고분자 전해질막을 통해 공급받은 수소 이온과 전극기재를 지나 촉매층으로 전달된 산화제로부터 물을 생성시키는 환원반응을 일으킨다. In the membrane-
상기 고분자 전해질막으로는 일반적으로 퍼플루오로술폰산 아이오노머막(perfluorosulfonic acid ionomer membrane) 등의 불소계 전해질막이 많이 사용되고 있다. 그런데, 상기 불소계 고분자 전해질막은 -SO3H가 수화되어야 수소 이온 전 도성이 나타나는데, 흡습성이 낮고 고온에서 사용 불능인 문제점이 있다.In general, as the polymer electrolyte membrane, a fluorine-based electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid ionomer membrane is used. However, the fluorine-based polymer electrolyte membrane has a hydrogen ion conductivity when -SO 3 H is hydrated, but has a problem of low hygroscopicity and inability to use at high temperatures.
이에 본 발명에서는 내열성 및 강인성, 내약품성 등의 기계적 물성이 우수한 것으로 알려진 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 주쇄에 수소 이온 전도성이 우수한 작용기를 도입한 중합체를 연료 전지용 고분자 전해질 막의 소재로 함으로써, 내열성이 우수하면서도 수소 이온 전도성이 우수한 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.Accordingly, in the present invention, a polymer having a functional group having excellent hydrogen ion conductivity in a polyether ether ketone (PEEK) backbone, which is known to have excellent mechanical properties such as heat resistance, toughness, and chemical resistance, is used as a material of a polymer electrolyte membrane for fuel cells, thereby providing excellent heat resistance. In addition, the present invention provides a fuel cell membrane-electrode assembly having excellent hydrogen ion conductivity.
본 발명에서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 고분자 전해질막의 수소 이온 전도성을 높이기 위해, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)의 X1 내지 X8 중 적어도 하나의 위치에 상기 화학식 2로 표시되는 작용기를 도입한다.In the present invention, in order to increase the hydrogen ion conductivity of the polyether ether ketone (PEEK) polymer electrolyte membrane, a functional group represented by Formula 2 is introduced at at least one position of X 1 to X 8 of the polyether ether ketone (PEEK).
상기 화학식 2의 작용기에서 술폰산기(-SO3H)가 수소 이온 전도성을 갖는데, 술폰산기의 산도를 증가시킴으로서 수소 이온 전도성을 높일 수 있다. 본 발명에서는 아마이드 구조(-CONH)에 술폰산기를 붙여 산도를 증가시킴으로써 수소 이온 전도성을 향상시킨다.In the functional group of Formula 2, the sulfonic acid group (-SO 3 H) has hydrogen ion conductivity, and the hydrogen ion conductivity may be increased by increasing the acidity of the sulfonic acid group. In the present invention, hydrogen ionic conductivity is improved by attaching a sulfonic acid group to the amide structure (-CONH) to increase the acidity.
상기 화학식 2에서 Y1 또는 Y2는 각각 독립적으로 할로겐 원소 또는 수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 원소인데, 이중에서 플루오르(F) 또는 수소(H)인 것이 바람직하다. In Formula 2, Y 1 or Y 2 are each independently one element selected from the group consisting of halogen elements or hydrogen, and among them, fluorine (F) or hydrogen (H) is preferable.
상기 화학식2에서 n1은 1 내지 10의 범위에 있는 정수인데, 1 내지 3의 범위에 있는 정수인 것이 바람직하고, 1 내지 2인 것이 더 바람직하다. In Formula 2, n1 is an integer in the range of 1 to 10, preferably an integer in the range of 1 to 3, and more preferably 1 to 2.
또한, 상기 화학식2에서 n2는 1 내지 10의 범위에 있는 정수인데, 1 내지 3 의 범위에 있는 정수인 것이 바람직하고, 1 내지 2인 것이 더 바람직하다.In addition, n2 in the formula (2) is an integer in the range of 1 to 10, preferably an integer in the range of 1 to 3, more preferably 1 to 2.
상기 화학식 1을 가지는 중합체 중에서 하기 화학식 3의 중합체가 바람직하게 사용될 수 있다.Of the polymers having Formula 1, a polymer of Formula 3 may be preferably used.
[화학식 3] [Formula 3]
상기 식에서 n은 중합도를 나타내는데, n은 100 내지 10000 범위에 있는 정수이며, n은 1000 내지 7000 범위에 있는 정수인 것이 바람직하다Wherein n represents the degree of polymerization, where n is an integer in the range from 100 to 10000, and n is preferably an integer in the range from 1000 to 7000.
본 발명의 중합체는 캐스팅, 또는 전기적 방사(electrospining)법에 의하여 필름상으로 제조하여 고분자막으로 제조할 수 있다. The polymer of the present invention can be prepared into a film by casting or electrospining to produce a polymer film.
상기 중합체로 제조된 고분자 막을 전극 사이에 게재하여 막-전극 어셈블리를 제조한다. 상기 전극은 전극 기재에 촉매층이 형성된 것이다.A polymer membrane made of the polymer is placed between electrodes to prepare a membrane-electrode assembly. The electrode is a catalyst layer formed on the electrode substrate.
상기 촉매층은 관련 반응(연료의 산화 및 산화제의 환원)을 촉매적으로 도와주는 이른바 금속 촉매를 포함하는 것으로서, 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 catalyst layer comprises a so-called metal catalyst which catalyzes the related reaction (oxidation of fuel and reduction of oxidant), and includes platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy or platinum -M alloy preferably comprises at least one catalyst selected from the group consisting of at least one transition metal selected from the group consisting of Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn It is more preferable to include at least one catalyst selected from among platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-cobalt alloy or platinum-nickel.
또한 일반적으로 상기 금속 촉매로는 담체에 지지된 것이 사용된다. 상기 담체로는 덴카 블랙, 활성 탄소, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연과 같은 탄소를 사용할 수도 있고, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화되어 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. In general, as the metal catalyst, those supported on a carrier are used. The carrier may be carbon such as denka black, activated carbon, Ketjen black, acetylene black, graphite, or inorganic fine particles such as alumina, silica, titania, zirconia, or the like. 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 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 descriptions thereof will be readily understood by those skilled in the art even if the detailed description is omitted.
상기 전극 기재는 연료 또는 산화제의 확산 작용을 하는 연료 확산층으로서의 역할을 하며, 촉매층에서 생성되는 전자를 전달하는 역할을 한다. 따라서, 상기 전극 기재는 전자 전도성이 있는 도전성 물질로 이루어지는데, 탄소천(carbon cloth), 탄소지(carbon paper), 금속천 등인 것이 바람직하다.The electrode substrate serves as a fuel diffusion layer that diffuses fuel or an oxidant and transfers electrons generated in the catalyst layer. Accordingly, the electrode substrate is made of a conductive material having electronic conductivity, and is preferably a carbon cloth, a carbon paper, a metal cloth, or the like.
상기 전극 기재와 촉매층 사이에 연료 또는 산화제의 균일한 확산을 위해 미세기공층이 더 위치할 수 있다. 상기 미세기공층(MPL)은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 탄소나노혼 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되 는 1종 이상의 도전성 탄소를 포함하는 것이 바람직하다.A microporous layer may be further positioned between the electrode substrate and the catalyst layer for uniform diffusion of fuel or oxidant. The microporous layer (MPL) preferably comprises at least one conductive carbon selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes (CNT), fullerenes (C60), activated carbon, carbon nanohorn and carbon black.
본 발명의 막-전극 어셈블리를 포함하는 본 발명의 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다.The fuel cell system of the present invention comprising the membrane-electrode assembly of the present invention includes at least one electricity generator, a fuel supply and an oxidant supply.
상기 막-전극 어셈블리의 양면에는 세퍼레이터가 배치되어 촉매층에 연료와 산화제를 공급함으로써 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부를 형성한다. 상기 전기 발생부는 적어도 하나 이상 적층되어 스택을 이룬다. Separators are disposed on both sides of the membrane-electrode assembly to supply fuel and oxidant to the catalyst layer, thereby forming at least one electricity generating unit for generating electricity through an electrochemical reaction between the fuel and the oxidant. At least one electricity generating unit is stacked to form a stack.
도 2는 이러한 스택의 분해 사시도이다. 2 is an exploded perspective view of this stack.
도 2을 참고하면, 상기 스택(1)은 상기 연료 전지용 전극을 포함하는 막-전극 어셈블리(10) 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터(20)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the stack 1 includes a membrane-
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는 상기 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 상기 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.In the fuel cell system of the present invention, the fuel supply unit serves to supply the hydrogen-containing fuel to the electricity generator, and the oxidant supply unit serves to supply the oxidant to the electricity generator.
본 발명의 연료 전지 시스템은 인산형, 고분자 전해질형, 직접 산화형 및 알칼리형 연료 전지에도 채용될 수 있는데, 특별히 고분자 전해질형 또는 직접 산화형 연료 전지에 채용되는 것이 바람직하다. 상기 직접 산화형 연료 전지의 바람직한 예로는 직접 메탄올형 연료 전지가 있다.The fuel cell system of the present invention can be employed in a phosphoric acid type, polymer electrolyte type, direct oxidation type and alkali type fuel cells, but is preferably employed in a polymer electrolyte type or direct type oxidation type fuel cell. Preferred examples of the direct oxidation fuel cell include a direct methanol fuel cell.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아 니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예) (Example)
실시예 1Example 1
평균 중합도가 5000인 화학식 3의 폴리에테르에테르케톤을 이소프로필알코올에 분산시킨 후 압출하여 필름상의 고분자막을 제조하였다. A polyether ether ketone of Formula 3 having an average degree of polymerization of 5000 was dispersed in isopropyl alcohol and extruded to prepare a polymer film.
이 고분자 전해질 막을 캐소드 및 애노드 전극 사이에 넣고 100℃에서 1분간 소성한 후, 열간압연하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다. 상기 캐소드와 애노드는 탄소 분말에 담지된 백금 촉매(Pt/C), 평균 중합도가 5000인 화학식 3의 폴리에테르에테르케톤 바인더 및 이소프로필알코올 용매를 혼합하여 제조한 촉매 슬러리를 탄소 페이퍼에 코팅하여 제조하였다. 이 경우 촉매층의 촉매량은 0.4mg/cm2로 고정하였다.The polymer electrolyte membrane was placed between the cathode and the anode electrode and calcined at 100 ° C. for 1 minute, followed by hot rolling to prepare a membrane-electrode assembly. The cathode and the anode are prepared by coating a carbon slurry on a carbon paper, a catalyst slurry prepared by mixing a platinum catalyst (Pt / C) supported on carbon powder, a polyether ether ketone binder of Formula 3 having an average degree of polymerization of 5000, and an isopropyl alcohol solvent. It was. In this case, the catalyst amount of the catalyst layer was fixed at 0.4 mg / cm 2 .
상기 제조된 막-전극 어셈블리를 가스켓(gasket) 사이에 삽입한 후, 일정 형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 세퍼레이터에 삽입한 후, 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단위 전지를 제조하였다.After inserting the prepared membrane-electrode assembly between the gasket (gasket), and inserted into the two separator gas channel channel and the cooling channel formed of a predetermined shape, and then compressed between the copper end (end) plate unit cell Prepared.
비교예 1 Comparative Example 1
퍼플루오로설폰산 (Nafion 112)을 고분자 전해질 막으로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 막-전극 어셈블리 및 단위 전지를 제조하였다.A membrane-electrode assembly and a unit cell were prepared in the same manner as in Example 1 except that perfluorosulfonic acid (Nafion 112) was used as the polymer electrolyte membrane.
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 연료 전지에 대해 각각 온도를 변화시 키면서 전류밀도 특성을 평가한 결과, 실시예 1의 연료 전지는 저온에서 비교예 1의 연료 전지에 유사한 정도의 전류밀도 특성을 나타내며, 고온에서는 비교예 1의 연료 전지에 비해 훨씬 양호한 전류 밀도 특성을 나타냄을 확인하였다.As a result of evaluating the current density characteristics of the fuel cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 while varying the temperature, the fuel cell of Example 1 was similar in current to the fuel cell of Comparative Example 1 at low temperature. It was confirmed that the density characteristics were shown, and at a high temperature, the current density characteristics were much better than those of the fuel cell of Comparative Example 1.
본 발명의 막-전극 어셈블리는 수소 이온 전도성이 우수하며, 내열성이 우수하여 고온에서도 사용 가능하며, 기계적 물성 또한 우수한 장점이 있다.The membrane-electrode assembly of the present invention has excellent hydrogen ion conductivity, excellent heat resistance, can be used at high temperatures, and mechanical properties are also excellent.
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