KR20080045455A - Adhesive composition for fuel cell, fuel cell manufactured therefrom and method for preparing fuel cell using same - Google Patents

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KR20080045455A
KR20080045455A KR1020060114594A KR20060114594A KR20080045455A KR 20080045455 A KR20080045455 A KR 20080045455A KR 1020060114594 A KR1020060114594 A KR 1020060114594A KR 20060114594 A KR20060114594 A KR 20060114594A KR 20080045455 A KR20080045455 A KR 20080045455A
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Abstract

An adhesive composition for a fuel cell is provided to improve an adhesion between separators and to minimize a deformation of a membrane-electrode assembly by providing a movable space for separators upon an increase in internal pressure of a fuel cell. An adhesive composition for a fuel cell includes an adhesive resin and a hardener. The adhesive resin is selected from the group comprising nitrile-based rubbers, acrylic resins, epoxy-based resins, and mixtures thereof. A fuel cell(110) includes: a membrane-electrode assembly(112); separators(116) placed on both surfaces of the membrane-electrode assembly; and at least one electricity generator(111) having a sealing part(118) that is interposed between the membrane-electrode assembly and both separators and maintains airtightness between the membrane-electrode assembly and separators. The sealing part is formed by the adhesive composition.

Description

연료 전지용 접착제 조성물, 이로부터 제조된 연료전지, 및 이를 이용한 연료전지의 제조방법{ADHESIVE COMPOSITION FOR FUEL CELL, FUEL CELL MANUFACTURED THEREFROM AND METHOD FOR PREPARING FUEL CELL USING SAME}Adhesive composition for fuel cell, fuel cell manufactured therefrom, and method for manufacturing fuel cell using same {ADHESIVE COMPOSITION FOR FUEL CELL, FUEL CELL MANUFACTURED THEREFROM AND METHOD FOR PREPARING FUEL CELL USING SAME}

도 1은 본 발명의 연료전지용 스택의 일 예를 모식적으로 나타낸 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing an example of a stack for a fuel cell of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 막-전극 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of a membrane-electrode assembly according to another embodiment of the present invention.

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 연료 전지용 접착제 조성물, 이로부터 제조된 연료전지, 및 이를 이용한 연료전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 접착성 및 탄성을 지녀 세퍼레이터간의 접착력을 향상시키고, 또한 연료전지 내부 압력증가시 세퍼레이터가 움직일 수 있는 공간을 제공하여 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화할 수 있는 연료 전지용 접착제 조성물, 이로부터 제조된 연료전지, 및 이를 이용한 연료전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adhesive composition for a fuel cell, a fuel cell manufactured therefrom, and a method for manufacturing a fuel cell using the same, and more particularly, has excellent adhesion and elasticity, thereby improving adhesion between separators, and further, internal pressure of the fuel cell. The present invention relates to an adhesive composition for a fuel cell, a fuel cell manufactured therefrom, and a method for manufacturing a fuel cell using the same, which can provide a space in which the separator can move to minimize the deformation of the membrane-electrode assembly.

[종래 기술][Prior art]

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. 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.

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. This fuel cell is a clean energy source that can replace fossil energy, and has the advantage of generating a wide range of outputs by stacking unit cells, and having an energy density of 4-10 times that of a small lithium battery. It is attracting attention as a compact and mobile portable power source.

연료 전지의 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 경우를 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)라 한다. Representative examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a direct oxidation fuel cell (Direct Oxidation Fuel Cell). The use of methanol as fuel in the direct oxidation fuel cell is called a direct methanol fuel cell (DMFC).

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.The polymer electrolyte fuel cell has an advantage of having a high energy density and a high output, but requires attention to handling hydrogen gas and reforms fuel for reforming methane, methanol, natural gas, etc. to produce hydrogen as fuel gas. There is a problem that requires additional equipment such as a device.

이에 반해 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지에 비해 에너지 밀도는 낮으나 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮아, 상온에서 운전이 가능하며, 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.On the other hand, the direct oxidation fuel cell has a lower energy density than the polymer electrolyte fuel cell, but it is easy to handle fuel and has a low operating temperature, so that it can be operated at room temperature, in particular, it does not require a fuel reformer.

이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고도 함)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 "산화전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일면 "공기극" 또는 "환원 전극"이라 한다)이 위치하는 구조를 가진다.In such fuel cell systems, the stack that substantially generates electricity comprises several unit cells consisting of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (also called a bipolar plate). It has a structure laminated to several tens. The membrane-electrode assembly is called an anode electrode (also called a “fuel electrode” or an “oxide electrode”) and a cathode electrode (one side “air electrode” or “reduction electrode”) with a polymer electrolyte membrane including a hydrogen ion conductive polymer therebetween. ) Is located.

연료 전지에서 전기를 발생시키는 원리는 연료가 연료극인 애노드 전극으로 공급되어 애노드 전극의 촉매에 흡착되고, 연료가 산화되어, 수소 이온과 전자를 생성시키고, 이때 발생된 전자는 외부 회로에 따라 환원극인 캐소드 전극에 도달하며, 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드 전극으로 전달된다. 캐소드 전극으로 산화제가 공급되고, 상기 산화제, 수소 이온 및 전자가 캐소드 전극의 촉매 상에서 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키게 된다. The principle of generating electricity in a fuel cell is that fuel is supplied to an anode electrode, which is a fuel electrode, adsorbed to a catalyst of the anode electrode, and the fuel is oxidized to generate hydrogen ions and electrons. Reaching the cathode electrode, hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane and are delivered to the cathode electrode. An oxidant is supplied to the cathode, and the oxidant, hydrogen ions, and electrons react on the catalyst of the cathode to generate electricity while generating water.

본 발명의 목적은 우수한 접착성 및 탄성을 가져 연료전지내 세퍼레이터 사이의 접착력을 향상시키고, 또한 연료전지 내부의 압력증가시 세퍼레이터가 움직일 수 있는 공간을 제공하여 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화할 수 있는 연료전지용 접착제 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to improve the adhesion between the separator in the fuel cell by having excellent adhesion and elasticity, and also to provide a space for the separator to move when the pressure inside the fuel cell increases, thereby minimizing the deformation of the membrane-electrode assembly. It is to provide an adhesive composition for a fuel cell.

본 발명의 다른 목적은 상기 연료전지용 접착제 조성물로부터 형성된 실링부를 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a fuel cell comprising a sealing portion formed from the adhesive composition for a fuel cell.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 연료전지용 접착제 조성물을 이용하여 연료 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel cell using the adhesive composition for a fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 접착제 조성물은 접착성 수지 및 경화제를 포함하며, 상기 접착성 수지는 니트릴계 고무, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.In order to achieve the above object, the adhesive composition for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an adhesive resin and a curing agent, wherein the adhesive resin is a nitrile rubber, an acrylic resin, an epoxy resin, and a mixture thereof. It is selected from the group consisting of.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 막-전극 어셈블리, 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터, 및 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되어 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함하는 적어도 하나의 전기발생부를 포함하는 연료전지를 제공한다. 상기 실링부는 상기 접착제 조성물로부터 형성된다. According to another embodiment of the present invention, a membrane-electrode assembly, a separator located on both sides of the membrane-electrode assembly, and an airtight portion between the membrane-electrode assembly and the separator interposed at an edge portion between the membrane-electrode assembly and both separators. It provides a fuel cell comprising at least one electricity generating unit including a sealing unit for maintaining. The sealing portion is formed from the adhesive composition.

본 발명은 또한 상기 접착제 조성물을 이용하여 막-전극 어셈블리 양면에 세퍼레이터의 일면을 접착시키고, 열처리 또는 광조사하여 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 실링하는 단계를 포함하는 연료전지의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a fuel cell comprising bonding one surface of a separator to both sides of a membrane-electrode assembly using the adhesive composition, and heat-treating or irradiating light to seal the membrane-electrode assembly and the separator. .

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

일반적으로 스택의 체결시 각 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 실링제로 1차 실링을 한 후 볼트와 너트를 이용하여 2차 체결하는 방법을 사용하고 있다. 이때 실링제 단독 사용에 의한 실링시 낮은 접착력으로 인해 실링이 불완전하고, 또한 볼트와 너트를 이용한 체결 방법은 과도한 체결 압력으로 인하여 막-전극 어셈블리의 변형 및 세퍼레이터의 유로 막힘을 초래하고, 그 결과 연료 전지의 성능이 저하되는 문제가 있었다.In general, when the stack is fastened, each membrane-electrode assembly and the separator are first sealed with a sealing agent, and then a second fastening method is performed using bolts and nuts. At this time, the sealing is incomplete due to the low adhesive strength when the sealing agent is used alone, and the fastening method using bolts and nuts also causes deformation of the membrane-electrode assembly and blockage of the flow path of the separator due to excessive fastening pressure. There was a problem that the performance of the battery is reduced.

이에 대해 본 발명에서는 우수한 접착성 및 탄성을 갖는 고분자 수지를 포함하는 접착제 조성물을 사용하여 연료전지의 각 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 실링함으로써, 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 및 세퍼레이터와 세퍼레이터 사이의 접착력을 향상시키고, 또한 연료전지 내부 압력증가시 세퍼레이터가 움직일 수 있는 공간을 제공하여 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화하며, 이로부터 또한 연료 전지의 성능을 향상시킬 수 있었다.In contrast, the present invention seals each membrane-electrode assembly and separator of a fuel cell using an adhesive composition comprising a polymer resin having excellent adhesion and elasticity, thereby improving adhesion between the membrane-electrode assembly, the separator, and the separator and the separator. In addition, it provides a space for the separator to move when the pressure inside the fuel cell increases, thereby minimizing the deformation of the membrane-electrode assembly, thereby improving the performance of the fuel cell.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 접착제 조성물은 접착성 수지 및 경화제를 포함한다.That is, the adhesive composition for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an adhesive resin and a curing agent.

상기 접착성 수지는 접착제 조성물에 열경화성 및 접착력을 부여하는 것으로서, 니트릴계 고무, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 접착성 수지로는 메탄올과 같은 탄화수소계 연료 및 카르복시산 등의 상기 연료에 대한 산 첨가제에 대하여 내약품성을 갖는 니트릴계 고무, 에폭시계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 좋다.The adhesive resin is to impart thermosetting and adhesion to the adhesive composition, it is preferable to use one selected from the group consisting of nitrile rubber, acrylic resin, epoxy resin, and mixtures thereof. More preferably, the adhesive resin is selected from the group consisting of nitrile rubbers, epoxy resins, and mixtures thereof having chemical resistance to hydrocarbon additives such as methanol and acid additives to the fuels such as carboxylic acids. It is good to use.

상기 경화제는 상기 접착제 조성물을 경화시키는 역할을 하는 것으로, 구체적으로는 폴리아민계 수지; 폴리아미드수지; 산무수물; 옥사졸리딘, 케치민 또는 알디민과 같은 잠재성 경화제 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로는 아미도-폴리아민, 옥사졸리딘, 케치민, 알디민 등을 들 수 있다.The curing agent serves to cure the adhesive composition, specifically, a polyamine resin; Polyamide resins; Acid anhydrides; Latent curing agents such as oxazolidine, ketamine or aldimine and mixtures thereof can be used. Specific examples thereof include amido-polyamine, oxazolidine, ketamine, and aldimine.

상기 경화제는 수지의 관능기에 대한 당량비에 따라 적절히 첨가할 수 있으 며, 바람직하게는 접착성 수지 100중량부에 대하여 10 내지 50중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 내지 50중량부로 포함될 수 있다. The curing agent may be appropriately added according to the equivalent ratio to the functional group of the resin, preferably 10 to 50 parts by weight, more preferably 30 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive resin. Can be.

상기 성분외에도 상기 접착제 조성물은 각각의 목적에 따라 보강제, 유연화제 등의 첨가제를 선택적으로 더 포함할 수 있다. In addition to the above components, the adhesive composition may optionally further include additives such as a reinforcing agent and a softening agent according to each purpose.

상기 보강제(reinforcing filler)로는 접착성 수지보다 탄성률이 높고 전기 절연성인 것이라면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 예를 들면 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 활석, 알루미나, 마그네시아, 실리카, 이산화티탄, 규산칼슘, 규산알루미늄, 탄산칼슘, 클레이, 질화규소, 탄화규소, 붕산알루미늄, 합성 운모 등의 분말상 보강제; 유리, 석면, 암면, 아라미드 등의 단섬유상의 보강제; 또는 탄화규소, 알루미나, 붕산 알루미늄 등의 휘스커 등을 사용할 수 있다.The reinforcing filler may be used as long as the elastic modulus is higher than that of the adhesive resin and is electrically insulating. Powdered reinforcing agents such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, talc, alumina, magnesia, silica, titanium dioxide, calcium silicate, aluminum silicate, calcium carbonate, clay, silicon nitride, silicon carbide, aluminum borate, synthetic mica; Short-fiber reinforcing agents such as glass, asbestos, rock wool and aramid; Or whiskers such as silicon carbide, alumina and aluminum borate.

상기 보강제는 접착성 수지 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 보강제의 함량이 5중량부 미만이면 그 효과가 미미하여 바람직하지 않고 30중량부를 초과하면 침출(leaching)되어 나오거나 응집으로 인한 불규일한 분산으로 바람직하지 않다.The reinforcing agent is preferably included in 5 to 30 parts by weight, more preferably 10 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the adhesive resin. If the content of the reinforcing agent is less than 5 parts by weight, the effect is insignificant and undesirable. If the content of the reinforcing agent is more than 30 parts by weight, it is not preferable because of leaching or non-uniform dispersion due to aggregation.

또한 상기 유연화제(flexibilizer)는 접착제 조성물에 탄성을 부여하는 역할을 하는 것으로, 구체적으로는 글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 폴리에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.In addition, the flexibilizer serves to impart elasticity to the adhesive composition, and specifically, one or more selected from the group consisting of glycerol, 2-butene-1,4-diol, and polyethylene glycol may be used. .

상기 유연화제는 접착성 수지 100중량부에 대하여 3 내지 15중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 유연 화제의 함량이 3중량부 미만이면 그 효과가 미미하여 바람직하지 않고 15중량부를 초과하면 낮은 표면에너지로 인하여 마이그레이션(migration)의 우려가 있다. The softening agent is preferably included in 3 to 15 parts by weight, more preferably 5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the adhesive resin. If the content of the softening agent is less than 3 parts by weight, the effect is negligible, and if it exceeds 15 parts by weight, there is a fear of migration due to low surface energy.

상기와 같은 조성을 갖는 접착제 조성물은, 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 실링부에 도포된 후 경화됨으로써 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시킬 수 있다.The adhesive composition having the composition as described above can be cured after being applied to a sealing portion interposed between the membrane-electrode assembly and the separator between the separators, thereby maintaining airtightness between the membrane-electrode assembly and the separator.

상기 접착제 조성물은 용매를 포함하고 있지 않아 실링시 작업성이 용이하고, 열처리 또는 광조사에 의해 경화됨으로써 접착 공정이 신속하며, 또한 우수한 접착력을 제공할 수 있다. 또한 상기 접착제 조성물은 탄성을 지녀 연료전지 내부 압력증가시 세퍼레이터가 움직일 수 있는 공간을 제공하여 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화할 수 있다. 이에 따라 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.Since the adhesive composition does not contain a solvent, it is easy to work when sealing and is cured by heat treatment or light irradiation, so that the adhesion process may be rapid and excellent adhesion may be provided. In addition, the adhesive composition may have elasticity to provide a space for the separator to move when the pressure inside the fuel cell increases, thereby minimizing deformation of the membrane-electrode assembly. As a result, the performance of the fuel cell can be improved.

본 발명은 또한 상기 접착제 조성물로부터 제조된 실링부를 포함하는 연료전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell comprising a sealing portion made from the adhesive composition.

즉, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연료 전지는, 막-전극 어셈블리; 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터; 및 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함하는 적어도 하나의 전기발생부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 연료전지용 접착제 조성물에 의해 형성된다.That is, the fuel cell according to another embodiment of the present invention, the membrane-electrode assembly; Separators on both sides of the membrane-electrode assembly; And at least one electricity generating part interposed at an edge portion between the membrane-electrode assembly and both separators to maintain an airtight between the membrane-electrode assembly and the separator, wherein the sealing part comprises the adhesive composition for the fuel cell. Is formed by.

보다 바람직하게는, 상기 실링부는 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓, 및 상기 가스켓과 세퍼레이터 사이, 및 가스켓과 막전극 어셈블리 사이에 개재되어 형성되는 실링막을 포함할 수 있다.More preferably, the sealing part may include a gasket interposed between the membrane-electrode assembly and the separator, and a sealing film interposed between the gasket and the separator and between the gasket and the membrane electrode assembly.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 모식적으로 나타낸 분해사시도이다. 1 is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(110)는 수소 기체와 산소의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 발생시키는 단수 또는 복수의 전기발생부(111)을 포함한다. 상기 전기발생부(111)은 필요에 따라 하나 또는 둘 이상이 적층된 상태로 연료전지에 포함될 수 있으며, 적층되는 전기발생부의 갯수는 필요한 출력전압에 따라 조절할 수 있다. Referring to FIG. 1, a fuel cell 110 according to an embodiment of the present invention may include a single or a plurality of electricity generating units 111 that generate electric energy by inducing oxidation / reduction reaction of hydrogen gas and oxygen. Include. The electricity generating unit 111 may be included in the fuel cell in a state where one or two or more are stacked as needed, and the number of the stacked electrical generating units may be adjusted according to the required output voltage.

각각의 상기 전기발생부(111)은 수소 기체와 공기 중의 산소를 산화/환원시키는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: 막-전극 어셈블리)(이하 '막-전극 어셈블리'라 칭한다.)(112), 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 접하도록 위치하여 수소 기체와 산소를 막-전극 어셈블리(112)로 공급하는 세퍼레이터(116), 및 상기 막-전극 어셈블리(112)와 양 세퍼레이터(116) 사이의 가장자리 부분에 개재되어 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 기밀을 유지시키는 실링부(118)을 포함한다. Each of the electric generators 111 is a membrane electrode assembly (membrane-electrode assembly) for oxidizing / reducing hydrogen gas and oxygen in air (hereinafter, referred to as a membrane-electrode assembly). A separator 116 positioned to contact both surfaces of the membrane electrode assembly and supplying hydrogen gas and oxygen to the membrane electrode assembly 112, and between the membrane electrode assembly 112 and both separators 116. It includes a sealing portion 118 interposed at the edge portion to maintain the airtight between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116.

상기 실링부(118)는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 조성물에 의해 제조된 실링막(117)을 포함하며, 또한 선택적으로 상기 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 가장자리 부분에 개재되며, 상기 실링막(117)에 의하여 상기 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116)에 접착되어 개재된 가스켓(gasket)(119)을 포함할 수도 있다. The sealing portion 118 includes a sealing film 117 made by an adhesive composition according to an embodiment of the present invention, and optionally also an edge portion between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116. A gasket 119 may be interposed between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116 by the sealing layer 117.

상기 막-전극 어셈블리(112)는 또한 연료전지용 고분자 전해질 막(도시하지 않음)과, 상기 고분자 전해질 막의 바깥 테두리로부터 안쪽으로 간격을 두고 일면에 형성된 애노드 전극 및 다른 일면에 형성된 캐소드 전극(도시하지 않음)을 포함한다. The membrane-electrode assembly 112 also includes a polymer electrolyte membrane (not shown) for fuel cells, an anode electrode formed on one surface and an cathode electrode formed on the other surface at intervals inwardly from an outer edge of the polymer electrolyte membrane. ).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 막-전극 어셈블리(112)는 서로 대향하는 캐소드 전극(20) 및 애노드 전극(20')을 포함하며, 이 캐소드 전극(20)과 애노드 전극(20') 사이에 위치하는 고분자 전해질 막(10)을 포함한다.2 is a view schematically showing the structure of a membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the membrane-electrode assembly 112 includes a cathode electrode 20 and an anode electrode 20 ′ facing each other, and between the cathode electrode 20 and the anode electrode 20 ′. It comprises a polymer electrolyte membrane (10) located.

상기 캐소드 전극(20) 및 애노드 전극(20')은 각각 전극 기재(40, 40')와 촉매층(30, 30')을 포함한다. The cathode electrode 20 and the anode electrode 20 'include an electrode substrate 40 and 40' and a catalyst layer 30 and 30 ', respectively.

상기 전극 기재(40, 40')는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층(30, 30')으로 연료 및 산화제를 확산시켜 촉매층으로 연료 및 산화제가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. The electrode substrates 40 and 40 'serve to support the electrode and diffuse fuel and oxidant to the catalyst layers 30 and 30', thereby easily accessing the fuel and oxidant to the catalyst layer.

상기 전극 기재(40, 40')로는 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 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As the electrode substrates 40 and 40 ', conductive substrates are used, and representative examples thereof include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth (porous material composed of metal cloth in fiber state). It means that the metal film is formed on the surface of the film or the cloth formed of polymer fibers) may be used, but is not limited thereto.

또한 상기 전극 기재(40, 40')로는 불소 계열 수지로 발수 처리된 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 캐소드 전극의 촉매층에서 전기 화학적으로 발생되는 물에 의하여 반응물 확산 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 상기 불소 계열 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르, 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드알콕시비닐 에테르, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 또는 이들의 공중합체를 사용할 수 있다.In addition, using the water-repellent treatment with a fluorine-based resin as the electrode substrates 40 and 40 'can prevent the reactant diffusion efficiency from being lowered by the electrochemically generated water in the catalyst layer of the cathode when the fuel cell is driven. It is preferable. Examples of the fluorine-based resin include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, polyperfluorosulfonyl fluoride alkoxy vinyl ether, and fluorinated ethylene propylene ( Fluorinated ethylene propylene), polychlorotrifluoroethylene or copolymers thereof can be used.

상기 전극 기재(40, 40')에는 촉매층(30, 30')이 위치한다.Catalyst layers 30 and 30 'are positioned on the electrode substrates 40 and 40'.

상기 촉매층(30, 30')은 관련 반응(연료의 산화 및 산화제의 환원)을 촉매적으로 도와주는 것으로, 촉매를 포함한다.The catalyst layers 30 and 30 'catalyze the associated reactions (oxidation of fuel and reduction of oxidant) and include a catalyst.

상기 촉매로는 연료 전지의 반응에 참여하여, 촉매로 사용가능한 것은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 백금계 촉매를 사용할 수 있다. 상기 백금계 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 촉매를 사용할 수 있다. 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. 구체적인 예로는 Pt, Pt/Ru, Pt/W, Pt/Ni, Pt/Sn, Pt/Mo, Pt/Pd, Pt/Fe, Pt/Cr, Pt/Co, Pt/Ru/W, Pt/Ru/Mo, Pt/Ru/V, Pt/Fe/Co, Pt/Ru/Rh/Ni, Pt/Ru/Sn/W, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.As the catalyst, any one that can be used as a catalyst may participate in the reaction of the fuel cell, and as a representative example, a platinum-based catalyst may be used. As the platinum-based catalyst, platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Transition metals selected from the group consisting of Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, and combinations thereof), and mixtures thereof. As described above, the anode electrode and the cathode electrode may use the same material, but in order to prevent the catalyst poisoning caused by CO generated during the anode electrode reaction in the direct oxidation fuel cell, a platinum-ruthenium alloy catalyst is used as the anode. It is more preferable as an electrode catalyst. Specific examples include Pt, Pt / Ru, Pt / W, Pt / Ni, Pt / Sn, Pt / Mo, Pt / Pd, Pt / Fe, Pt / Cr, Pt / Co, Pt / Ru / W, Pt / Ru / Mo, Pt / Ru / V, Pt / Fe / Co, Pt / Ru / Rh / Ni, Pt / Ru / Sn / W, and mixtures thereof may be used.

또한 이러한 촉매는 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 흑연, 덴카블랙, 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 카본나노튜브, 카본나노파이버, 카본나노와이어, 카본나노볼, 또는 활성탄소 등의 탄소계 물질을 사용할 수도 있고, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 또는 티타니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소계 물질이 사용되고 있다.In addition, such a catalyst may be used as the catalyst itself (black), or may be used on a carrier. As the carrier, carbon-based materials such as graphite, denka black, ketjen black, acetylene black, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanowire, carbon nanoball, or activated carbon may be used, and alumina, silica, zirconia, Or inorganic fine particles such as titania may be used, but carbon-based materials are generally used.

상기 촉매층(30, 30')은 또한 촉매층의 접착력 향상 및 수소 이온의 전달을 위하여 바인더 수지를 더 포함할 수도 있다. The catalyst layers 30 and 30 'may further include a binder resin to improve adhesion of the catalyst layer and transfer of hydrogen ions.

상기 바인더 수지로는 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지는 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수소 이온 전도성 고분자를 사용할 수 있다. 보다 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), 폴리(2,5-벤즈이미다졸), 및 이들이 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수소 이온 전도성 고분자를 사용할 수 있다. It is preferable to use a polymer resin having hydrogen ion conductivity as the binder resin, more preferably a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid group, carboxylic acid group, phosphoric acid group, phosphonic acid group and derivatives thereof in the side chain. Any polymer resin which has can be used. Preferably, a fluorine polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer, a polyether ketone polymer, a polyether A hydrogen ion conductive polymer selected from the group consisting of ether ketone polymers, polyphenylquinoxaline polymers, and combinations thereof can be used. More preferably poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfided polyether ketones, aryl ketones, Poly (2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole), poly (2,5- Benzimidazole), and a hydrogen ion conductive polymer selected from the group consisting of these may be used.

상기 바인더 수지는 단일물 또는 혼합물 형태로 사용가능하며, 또한 선택적으로 고분자 전해질 막과의 접착력을 보다 향상시킬 목적으로 비전도성 화합물과 함께 사용될 수도 있다. 그 사용량은 사용 목적에 적합하도록 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.The binder resin may be used in the form of a single substance or a mixture, and may also be optionally used with a nonconductive compound for the purpose of further improving adhesion to the polymer electrolyte membrane. It is preferable to adjust the usage-amount so that it may be suitable for a purpose of use.

상기 비전도성 화합물로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라 플루오로에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로 알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 에틸렌/테트라플루오로에틸렌(ethylene/tetrafluoroethylene(ETFE)), 에틸렌클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP), 도데실벤젠술폰산, 소르비톨(Sorbitol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 보다 바람직하다.Examples of the non-conductive compound include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoro alkylvinylether copolymer (PFA), and ethylene / tetrafluoro Ethylene / tetrafluoroethylene (ETFE), ethylenechlorotrifluoro-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride, copolymer of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), dode More preferably, it is selected from the group consisting of silbenzenesulfonic acid, sorbitol, and combinations thereof.

또한, 본 발명에 따른 막-전극 어셈블리(110)는 전극 기재에서의 반응물의 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer: 미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 이 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본 파이버, 플러렌(fullerene), 카본 나노 튜브, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼(carbon nano-horn) 또는 카본 나노 링(carbon nano ring) 등을 포함할 수 있다. In addition, the membrane electrode assembly 110 according to the present invention may be further formed with a microporous layer (not shown) to enhance the diffusion effect of the reactants in the electrode substrate. These microporous layers are generally conductive powders having a small particle diameter, such as carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, fullerene, carbon nanotubes, carbon nanowires, and carbon nanohorns. -horn or carbon nano ring, and the like.

상기 미세 기공층은 도전성 분말, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 전극 기재에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로 에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, 또는 N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅 공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드 등을 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The microporous layer is prepared by coating a composition comprising a conductive powder, a binder resin and a solvent on the electrode substrate. As the binder resin, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and the like may be preferably used. The solvent may be ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, or the like. Alcohol, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like can be preferably used. The coating process may be a screen printing method, a spray coating method or a coating method using a doctor blade or the like depending on the viscosity of the composition, but is not limited thereto.

상기와 같은 구조를 갖는 애노드 전극(20') 및 캐소드 전극(20) 사이에는 고분자 전해질 막(10)이 위치한다.The polymer electrolyte membrane 10 is positioned between the anode electrode 20 'and the cathode electrode 20 having the above structure.

상기 고분자 전해질 막은 애노드 전극의 촉매층에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극의 촉매층으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 하는 것으로, 일반적으로 연료 전지에서 고분자 전해질 막으로 사용되며, 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지로 제조된 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지를 들 수 있다. The polymer electrolyte membrane functions as an ion exchange to transfer hydrogen ions generated in the catalyst layer of the anode electrode to the catalyst layer of the cathode electrode, and is generally used as a polymer electrolyte membrane in a fuel cell and is made of a polymer resin having hydrogen ion conductivity. Anything can be used. Representative examples thereof include a polymer resin having a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid group, carboxylic acid group, phosphoric acid group, phosphonic acid group and derivatives thereof in the side chain.

상기 고분자 수지의 구체적인 예로는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 들 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산)(일반적으로 나피온으로 시판됨), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산 기를 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), 폴리(2,5-벤즈이미다졸), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 들 수 있다. Specific examples of the polymer resin include fluorine polymer, benzimidazole polymer, polyimide polymer, polyetherimide polymer, polyphenylene sulfide polymer, polysulfone polymer, polyether sulfone polymer, polyether ketone Polymers, polyether-etherketone-based polymers, polyphenylquinoxaline-based polymers, copolymers thereof, and mixtures thereof, and more preferably poly (perfluorosulfonic acid) (generally Nafion). Commercially available), poly (perfluorocarboxylic acid), copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinylethers containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfided polyetherketones, aryl ketones, poly (2,2'-m -Phenylene) -5,5'-bibenzimidazole (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole), poly (2,5-benzimidazole), their air In coalescing and mixtures thereof It can be given that choice.

또한, 이러한 수소 이온 전도성 고분자의 양이온 교환기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 수소 이온 전도성 고분자의 양이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 NaOH를, 테트라부틸암모늄으로 치환하는 경우에는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 사용하여 치환하며, K, Li 또는 Cs도 적절한 화합물을 사용하여 치환할 수 있다. 이 치환 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.It is also possible to substitute H with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium in the cation exchanger of such a hydrogen ion conductive polymer. In the cation exchanger of the hydrogen-ion conductive polymer, NaOH is substituted when H is replaced with Na, and tetrabutylammonium hydroxide is substituted when replacing with tetrabutylammonium, and K, Li or Cs may be substituted with an appropriate compound. It can be substituted. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 막-전극 어셈블리(112)의 양측에는 세퍼레이터(116)가 위치한다. The separator 116 is positioned at both sides of the membrane-electrode assembly 112 having the above configuration.

상기 세퍼레이터(116)는 막-전극 어셈블리(112)를 사이에 두고 서로 밀착 배치되며, 막-전극 어셈블리(112)의 양측에 각각 수소통로(116a)와 공기통로(116b)를 포함하고 있다. 상기 수소통로(116a)는 막-전극 어셈블리(112)의 애노드 전극 측에 위치하고, 공기통로(116b)는 막-전극 어셈블리(112)의 캐소드 전극 측에 위치한다. 이러한 세퍼레이터(116)는 막-전극 어셈블리(112)로 수소 가스와 공기 중의 산소를 공급하는 기능 외에, 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 하게 된다. 그리고 상기 세퍼레이터(116)는 막-전극 어셈블리와 대응하여 그 몸체의 일면에 대하여 수소통로(116a)와 공기통로(116b)를 형성하는 제1 영역(A)과, 제1 영역(A) 외측의 가장자리 부분에 해당하는 제2 영역(B)으로 구분할 수 있다.The separator 116 is disposed in close contact with each other with the membrane-electrode assembly 112 interposed therebetween, and includes a hydrogen passage 116a and an air passage 116b on both sides of the membrane-electrode assembly 112, respectively. The hydrogen passage 116a is located on the anode electrode side of the membrane-electrode assembly 112, and the air passage 116b is located on the cathode electrode side of the membrane-electrode assembly 112. The separator 116 functions as a conductor that connects the anode electrode and the cathode electrode in series in addition to supplying hydrogen gas and oxygen in the air to the membrane electrode assembly 112. In addition, the separator 116 corresponds to the membrane-electrode assembly, and includes a first region A that forms a hydrogen passage 116a and an air passage 116b with respect to one surface of the body, and an outside of the first region A. It may be divided into a second area (B) corresponding to the edge of.

상기 세퍼레이터로는 스테인레스 스틸(303, 310, 316, 316L, 904L), 알루미늄 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 금속 기재를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 연료전지 제조시 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 접착력을 높이기 위하여 세퍼레이터의 표면에 대해 방사선 조사(radiation)을 통한 극성화(polar), 샌드페이퍼링법, 코로나 처리법, 러빙법, 프레스법, 플라즈마 조사, 메쉬 등으로 눌러 조도 형성하는 레플리카(replica) 등의 방법에 의한 표면 처리로 표면 조도를 증가시킬 수도 있다.The separator may be a metal substrate such as stainless steel 303, 310, 316, 316L or 904L, an aluminum alloy, titanium, or a titanium alloy, but is not limited thereto. In addition, in order to increase adhesion between the membrane-electrode assembly and the separator in fuel cell manufacturing, polarization, sand papering, corona treatment, rubbing, pressing, plasma irradiation, The surface roughness may be increased by surface treatment by a method such as a replica which presses with a mesh to form roughness.

또한 연료전지(110)의 최외곽에는 상기한 복수의 전기발생부(111)을 밀착시키고, 전기발생부(111)들을 체결시키는 별도의 가압 플레이트(113)를 설치할 수도 있다. 또한 선택적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(110)는 상기한 가압 플레이트(113)를 배제하고, 전기발생부(111)의 최외곽에 위치하는 세퍼레이터(116)가 상기 가압 플레이트의 역할을 대신하도록 구성할 수도 있다. 또한 가압 플레이트(113)가 복수의 전기발생부(111)을 밀착시키는 기능 외에, 세퍼레이터(116)의 고유한 기능을 갖도록 구성할 수도 있다. In addition, the outermost portion of the fuel cell 110 may be in contact with the plurality of electricity generating units 111, and a separate press plate 113 may be installed to fasten the electricity generating units 111. Also, optionally, the fuel cell 110 according to the embodiment of the present invention excludes the pressurizing plate 113, and the separator 116 located at the outermost part of the electricity generating unit 111 may include the pressurizing plate. It can also be configured to take on a role. In addition, the pressure plate 113 may be configured to have a function unique to the separator 116 in addition to the function of bringing the plurality of electricity generating units 111 into close contact.

상기 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116) 사이에는 실링부(118)가 형성된다.A sealing unit 118 is formed between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116.

상기 실링부(118)는 막-전극 어셈블리(112)와 양 세퍼레이터(116) 사이의 가장자리 부분에 개재되어 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 기밀을 유지시키는 역할을 한다. 상기 실링부(118)은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 조성물에 의해 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 실링부는 상기 막-전극 어셈블리(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓(119), 및 상기 가스켓의 양면에 형성되는 실링막(117)을 포함한다.The sealing part 118 is interposed between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116 and serves to maintain the airtight between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116. The sealing part 118 may be formed by an adhesive composition according to an embodiment of the present invention, and more preferably, the sealing part is interposed at an edge portion between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116. The gasket 119, and a sealing film 117 formed on both sides of the gasket.

상기 실링막(117)은 막-전극 어셈블리의 양측에 형성되는 각 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)에 또는 세퍼레이터와 밀착되는 가스켓(119)의 표면에 형성될 수 있다. 상기 실링막(117)은 상기 접작체 조성물을 세퍼레이터의 제2영역(B) 또는 가스켓(119)의 표면에 일정한 두께로 도포한 후 열처리 또는 광조사하여 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 실링막(117)은 막-전극 어셈블리(112)를 중심에 두고 양 세퍼레이터(116)를 가압하여 이들을 서로 밀착시킬 때, 상기 실링막(117)이 양 세퍼레이트(116)의 표면, 또는 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)과 가스켓(119)의 표면에 접착되어 세퍼레이터(116)간, 또는 세퍼레이터(116)와 가스켓(119)의 밀착성을 향상시키며, 양 세퍼레이터(116)의 가압력 차이에 의해 발생될 수 있는 양 세퍼레이터(116) 사이의 틈새, 또는 세퍼레이터(116)와 가스켓(119) 사이의 틈새를 밀봉하는 기능을 한다. 또한 세퍼레이터(116)에 가해지는 가압력이 균일하지 않더라도 실링막(117)이 가스켓(119)의 밀착면과 세퍼레이터(116)의 밀착면에 밀착되기 때문에, 세퍼레이터(116)에 가해지는 가압력을 가스켓(119)으로 균일하게 분산시키면서 가스켓(119)과 세퍼레이터(116) 사이를 밀봉하게 되어 막-전극 어셈블리(112)와 양 세퍼레이터(116) 간의 기밀 유지를 향상시킬 수 있다.The sealing film 117 may be formed in the second region B of each separator 116 formed on both sides of the membrane-electrode assembly or on the surface of the gasket 119 in close contact with the separator. The sealing film 117 may be formed by applying the complex composition to the surface of the second region (B) or the gasket 119 of the separator to a predetermined thickness and then curing by heat treatment or light irradiation. When the sealing film 117 formed as described above is pressed against both separators 116 with the membrane-electrode assembly 112 at the center to bring them into close contact with each other, the sealing film 117 is formed on the surface of both separators 116, or It is adhered to the surface of the second region B of the separator 116 and the gasket 119 to improve the adhesion between the separators 116 or the separator 116 and the gasket 119, and the pressing force of both separators 116 It serves to seal a gap between both separators 116 or a gap between separator 116 and gasket 119 that may be caused by a difference. In addition, even if the pressing force applied to the separator 116 is not uniform, the sealing film 117 is in close contact with the contact surface of the gasket 119 and the contact surface of the separator 116, so that the pressure applied to the separator 116 is applied to the gasket (116). The gasket 119 and the separator 116 may be sealed while being uniformly dispersed in the 119, thereby improving airtightness between the membrane-electrode assembly 112 and the separator 116.

상기 가스켓(119)은 상기 실링막(117)에 의해 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)에 밀착되어 세퍼레이터(116)의 통로(116a, 116b)를 통해 막-전극 어셈블리(112)로 공급되는 수소 가스와 공기가 외부로 누출되거나 서로 섞이는 것을 방지하는 기능을 하게 된다. 이러한 가스켓(119)은 탄성 재료인 고무 소재 예컨대, 실리콘계, 불소계 또는 올레핀계 고무 소재로 이루어지고, 막-전극 어셈블리(112)의 가장자리 부분과 연결되도록 구성된다. 따라서 복수의 전기발생부(111)을 가압 플레이트(113)를 통해 밀착시켜 연료전지(110)를 형성하는 과정에서, 가스켓(119)의 표면이 양 세퍼레이터(116)의 압축력을 받게 되면 탄성영역 내에서 적절히 수축하여 세퍼레이터(116)와 막-전극 어셈블리(112) 사이의 가스 밀봉에 필요한 면압을 유지함으로써 스택(110)의 운전 중 가스 누설을 예방할 수 있다. The gasket 119 is in close contact with the second region B of the separator 116 by the sealing film 117 and is supplied to the membrane-electrode assembly 112 through the passages 116a and 116b of the separator 116. It prevents hydrogen gas and air from leaking out or mixing with each other. The gasket 119 is made of a rubber material, for example, silicone, fluorine, or olefin rubber material, which is an elastic material, and is configured to be connected to the edge portion of the membrane-electrode assembly 112. Therefore, in the process of forming the fuel cell 110 by bringing the plurality of electricity generating parts 111 into close contact with each other through the pressure plate 113, when the surface of the gasket 119 receives the compressive force of both separators 116, the elastic region is in the elastic region. By properly contracting at and maintaining a surface pressure necessary for gas sealing between the separator 116 and the membrane-electrode assembly 112, it is possible to prevent gas leakage during operation of the stack 110.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지는 가압 플레이트를 통해 복수의 전기발생부를 밀착시킴과 동시에 이들을 체결하여 형성된다. 따라서 개질기로부터 공급되는 수소 가스와 공기 펌프에 의해 흡입되는 공기를 연료전지의 전기발생부로 공급하게 되면, 상기 전기발생부에서는 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기와 물 그리고 열을 발생시키게 된다. The fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above is formed by bringing a plurality of electricity generating units into close contact with each other through a pressure plate and fastening them. Therefore, when the hydrogen gas supplied from the reformer and the air sucked by the air pump are supplied to the electricity generator of the fuel cell, the electricity generator generates electricity, water, and water through an electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen contained in the air. It generates heat.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기와 같은 구성을 갖는 연료전지의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell having the above configuration.

즉, 상기 연료전지의 제조방법은 접착제 조성물을 이용하여 막-전극 어셈블리 양면에 세퍼레이터의 일면을 접착하고, 열처리 또는 광조사하여 막-전극 어셈블 리와 세퍼레이터를 실링하는 단계를 포함한다.That is, the method of manufacturing the fuel cell includes bonding one surface of the separator to both sides of the membrane-electrode assembly using an adhesive composition, and sealing the membrane-electrode assembly and the separator by heat treatment or light irradiation.

먼저, 막-전극 어셈블리 양면에 세퍼레이터를 각각 위치시킨 후, 세퍼레이터의 막-전극 어셈블리와 대응하는 영역의 외측 가장자리 부분에 상기 접착제 조성물을 도포하여 양 세퍼레이터를 접합시킨다.First, the separators are positioned on both sides of the membrane-electrode assembly, and then the adhesive composition is applied to the outer edge portion of the region corresponding to the membrane-electrode assembly of the separator to bond both separators.

상기 접착제 조성물 및 세퍼레이터는 앞서 설명된 바와 동일하다. 다만 상기 세퍼레이터는 상기 접착제 조성물의 도포에 앞서 세퍼레이터간의 접착 강도를 증가시키기 위하여 세퍼레이터의 표면에 대해 방사선 조사(radiation)을 통해 극성화(polar)되거나, 샌드페이퍼링법, 샌드블라스팅법, 코로나 처리법, 러빙법, 프레스법, 플라즈마 조사등의 방법에 의해 표면 처리될 수 있다.The adhesive composition and the separator are the same as described above. However, the separator may be polarized by radiation to the surface of the separator in order to increase the adhesive strength between the separators prior to the application of the adhesive composition, or may be sand papered, sandblasted, corona treated, or rubbed. It can be surface-treated by a method such as a pressing method or a plasma irradiation.

상기 도포 공정은 분사법, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법, 및 슬롯다이(slot die)법으로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 실시될 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다. The coating process is selected from the group consisting of a spray method, a screen printing method, a spray coating method, a coating method using a doctor blade, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, a painting method, and a slot die method. It may be carried out by the method, but is not limited to these.

다음으로 접합된 양 세퍼레이터에 대하여 열처리 또는 광조사하여 실링하여 연료전지를 제조한다. 이와 같은 열처리 또는 광조사에 의하여 접착제 조성물이 경화되어 실링부를 형성하게 된다.Next, the bonded separators are heat treated or irradiated with light to produce a fuel cell. The adhesive composition is cured by such heat treatment or light irradiation to form a sealing portion.

먼저 열처리할 경우 10 내지 190℃에서 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80 내지 100℃에서 실시할 수 있다. 열처리 온도가 10미만이면 용제등이 잔류하여 바람직하지 않고, 130 ℃를 초과하면 경화율이 급격하게 증가하여 최적의 경화에 도달하지 못하여 바람직하지 않다.When heat-processing first, it is preferable to carry out at 10-190 degreeC, More preferably, it can carry out at 80-100 degreeC. If the heat treatment temperature is less than 10, solvents and the like remain undesirably. If the heat treatment temperature exceeds 130 ° C, the curing rate rapidly increases and the optimum curing is not reached, which is not preferable.

광조사를 할 경우 광원으로는 할로겐 램프, 고압 수은등, 레이저광, 메탈할로겐 램프, 블랙 램프, 무전극 램프 등을 사용할 수 있다. In the case of light irradiation, a halogen lamp, a high pressure mercury lamp, a laser light, a metal halogen lamp, a black lamp, an electrodeless lamp, etc. may be used as the light source.

또한 상기 연료전지가 가스켓을 포함할 경우, 세퍼레이터의 접착에 앞서 막-전극 어셈블리의 양면에 가스켓을 접착시키는 단계를 포함할 수 있다. In addition, when the fuel cell includes a gasket, the method may include adhering the gasket to both sides of the membrane-electrode assembly prior to the adhesion of the separator.

이때 상기 막-전극 어셈블리와 가스켓, 가스켓과 세퍼레이터의 접착 순서는 특별히 제한되지 않으며, 막-전극 어셈블리와 가스켓을 먼저 접착시킨 후, 분리판을 접착시키거나, 가스켓과 분리판을 먼저 접착시킨 후, 막-전극 어셈블리와 가스켓을 접착시킬 수 있다. 또한 실링 공정도 각각의 접합 공정 후에 실시할 수도 있고, 막-전극 어셈블리에 가스켓 및 세퍼레이터를 접합 시킨 후 한번에 열처리 또는 광조사하여 실링할 수도 있다. At this time, the order of adhesion of the membrane-electrode assembly and the gasket, the gasket and the separator is not particularly limited, and the membrane-electrode assembly and the gasket are first adhered to each other and then the separator is adhered to each other, The membrane-electrode assembly and the gasket may be bonded. In addition, the sealing process may be carried out after each bonding process, or the gasket and the separator may be bonded to the membrane-electrode assembly, and may be sealed by heat treatment or light irradiation at a time.

또한 막-전극 어셈블리와 가스켓을 접착시킬 때에는 상기 막-전극 어셈블리의 애노드 전극 또는 캐소드 전극과 가스켓이 겹쳐지지 않도록 하여, 막-전극 어셈블리의 테두리에 노출된 고분자 전해질 막의 양면에 가스켓의 일면을 상기 접착제 조성물로 접착시키는 것이 바람직하다.Also, when the membrane electrode assembly and the gasket are bonded to each other, the gasket may not overlap with the anode electrode or the cathode electrode of the membrane electrode assembly, and one surface of the gasket may be attached to both sides of the polymer electrolyte membrane exposed at the edge of the membrane electrode assembly. It is preferable to adhere with the composition.

상기와 같이 접착제 조성물을 이용하여 제조된 연료전지는 세퍼레이터간 접착력이 우수하고, 세퍼레이터내 실링부의 탄성으로 인해 스택내 내부 압력 증가에 의한 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화할 수 있다. 이에 따라 연료전지의 성능도 향상된다.The fuel cell manufactured using the adhesive composition as described above has excellent adhesion between the separators and minimizes deformation of the membrane-electrode assembly due to an increase in internal pressure in the stack due to elasticity of the sealing portion in the separator. As a result, the performance of the fuel cell is also improved.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples 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 1]  Example 1

에폭시 수지 100중량부에 대해, 실리카 분말 15 중량부, 2-부텐-1,4-디올 10중량부, 및 아미도폴리아민 10중량부를 혼합하여 연료전지용 접착제 조성물을 제조하였다.To 100 parts by weight of epoxy resin, 15 parts by weight of silica powder, 10 parts by weight of 2-butene-1,4-diol, and 10 parts by weight of amidopolyamine were mixed to prepare an adhesive composition for a fuel cell.

2장의 탄소천(carbon cloth) 위에 백금 촉매를 포함하는 캐소드 전극층과 애노드 전극층을 각각 형성시킨 후, 폴리(퍼플루오로술폰산)막(DuPont사의 NAFIONTM)의 양면에 상기 캐소드 전극층과 애노드 전극층이 각각 접하도록 적층하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다. After forming a cathode electrode layer and an anode electrode layer each containing a platinum catalyst on two carbon cloths, the cathode electrode layer and the anode electrode layer were respectively formed on both sides of a poly (perfluorosulfonic acid) film (NAFION TM manufactured by DuPont). The membrane-electrode assembly was prepared by laminating them in contact with each other.

미리 준비한 2개의 가스켓의 일면에 각각 상기 접착제 조성물을 도포하고, 상기 제조된 막-전극 어셈블리의 바깥쪽 테두리의 고분자 전해질 막에 상기 2개의 가스켓을 양면으로 접착시켰다. 또한, 상기 가스켓의 다른 일면에 각각 상기 제조된 접착제 조성물을 도포하고, 상기 가스켓이 접착된 막-전극 어셈블리의 양 면에, 유로가 형성된 세퍼레이터를 적합하였다. 이때 상기 세퍼레이터는 방사선 조사를 통해 극성화시킨 것을 사용하였다.The adhesive composition was applied to one surface of two previously prepared gaskets, and the two gaskets were adhered to both sides of a polymer electrolyte membrane on the outer edge of the prepared membrane-electrode assembly. In addition, each of the other side of the gasket was applied to the adhesive composition prepared, and the separator is formed on both sides of the membrane-electrode assembly to which the gasket is adhered. At this time, the separator was polarized by irradiation.

다음으로 120℃에서 열처리하여 실링하여 연료 전지를 제조하였다.Next, a heat treatment was performed at 120 ° C. to seal the fuel cell.

[실시예 2]Example 2

에폭시 수지 100중량부에 대해, 단섬유상의 암면 분말 5 중량부, 글리세롤 5중량부, 및 옥사졸리딘 10중량부를 혼합하여 제조한 연료전지용 접착제 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 연료전지를 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of epoxy resin, the same as in Example 2 except for using a fuel cell adhesive composition prepared by mixing 5 parts by weight of short-fiber rock wool powder, 5 parts by weight of glycerol, and 10 parts by weight of oxazolidine The fuel cell was manufactured by the method.

[실시예 3] Example 3

폴리메틸메타크릴레이트 100중량부에 대해, 탄화규소 분말 30 중량부, 글리세롤 10중량부, 및 아미도폴리아민 30중량부를 혼합하여 제조한 연료전지용 접착제 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 연료전지를 제조하였다.With respect to 100 parts by weight of polymethyl methacrylate, except for using an adhesive composition for a fuel cell prepared by mixing 30 parts by weight of silicon carbide powder, 10 parts by weight of glycerol, and 30 parts by weight of amidopolyamine, A fuel cell was prepared in the same manner.

[실시예 4]Example 4

니트릴 고무 100중량부에 대해, 알루미나 분말 10 중량부, 글리세롤 3중량부, 및 아미도폴리아민 17중량부를 혼합하여 제조한 연료전지용 접착제 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 연료전지를 제조하였다.The fuel cell adhesive composition prepared by mixing 10 parts by weight of alumina powder, 3 parts by weight of glycerol, and 17 parts by weight of amidopolyamine with respect to 100 parts by weight of the nitrile rubber was used in the same manner as in Example 2. To produce a fuel cell.

[실시예 5]Example 5

아크릴 수지 100중량부에 대해, 질화규소 분말 20 중량부, 글리세롤 15중량부, 및 폴리아미드 수지 50중량부를 혼합하여 제조한 연료전지용 접착제 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 연료전지를 제조하였다.It carried out by the same method as Example 2 except having used the adhesive composition for fuel cells manufactured by mixing 20 weight part of silicon nitride powders, 15 weight part of glycerol, and 50 weight part of polyamide resins with respect to 100 weight part of acrylic resins. To produce a fuel cell.

[비교예 1] Comparative Example 1

2장의 탄소천(carbon cloth)위에 백금 촉매를 포함하는 캐소드 전극층과 애 노드 전극층을 각각 형성시킨 후, 폴리(퍼플루오로술폰산)막(DuPont사의 NAFIONTM)의 양면에 상기 캐소드 전극층과 애노드 전극층이 각각 접하도록 적층하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다. After forming a cathode electrode layer and an anode electrode layer each containing a platinum catalyst on two carbon cloths, the cathode electrode layer and the anode electrode layer were formed on both sides of a poly (perfluorosulfonic acid) film (NAFION TM manufactured by DuPont). Each of them was laminated so as to contact each other to prepare a membrane-electrode assembly.

미리 준비한 2개의 가스켓의 일면에 각각 2-시아노아크릴레이트를 도포하고, 상기 제조된 막-전극 어셈블리의 바깥쪽 테두리의 전해질막에 상기 2개의 가스켓을 양면으로 접착시켰다. 또한, 상기 가스켓의 다른 일면에 각각 2-시아노아크릴레이트를 바르고, 상기 가스켓이 접착된 막-전극 어셈블리의 양 면에, 유로가 형성된 세퍼레이터를 적층하여 연료전지를 제조하였다. 이때 상기 세퍼레이터는 방사선 조사를 통해 극성화시킨 것을 사용하였다.2-cyanoacrylate was applied to one surface of two previously prepared gaskets, and the two gaskets were adhered to both sides of an electrolyte membrane of an outer edge of the prepared membrane-electrode assembly. In addition, 2-cyano acrylate was applied to the other side of the gasket, and a separator having a flow path was laminated on both sides of the membrane-electrode assembly to which the gasket was bonded to manufacture a fuel cell. At this time, the separator was polarized by irradiation.

또한 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 연료 전지에 메탄올과 공기(ambient air)를 유입한 상태에서 전지 온도와 메탄올 농도에 따른 단위 전지의 출력 변화를 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In addition, the output change of the unit cell according to the battery temperature and the methanol concentration was measured in the state in which methanol and air were introduced into the fuel cells prepared according to Example 1 and Comparative Example 1. The measurement results are shown in Table 1 below.

출력밀도 at 60℃ (mW/cm2 at 0.4 V)Power density at 60 ℃ (mW / cm 2 at 0.4 V) 실시예 1Example 1 110110 비교예 1Comparative Example 1 8585

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 접착제 조성물에 의해 실링된 실시예 1의 연료 전지는 비교예 1의 연료전지에 비해 우수한 출력 밀도를 나타내었다. 이는 실시예 1의 접착제 조성물이 우수한 접착성 및 탄성으로 인해 세퍼레이터간 접착력이 향상되고, 또한 스택내 내부 압력 증가에 의한 막-전극 어셈블리의 변형이 방지되었기 때문으로 생각된다.As shown in Table 1, the fuel cell of Example 1 sealed by the adhesive composition according to the present invention showed an excellent power density compared to the fuel cell of Comparative Example 1. This is considered to be because the adhesive composition of Example 1 has improved adhesion between the separators due to excellent adhesion and elasticity, and also prevents deformation of the membrane-electrode assembly due to increased internal pressure in the stack.

상기 실시예 2-5에서의 연료전지에 대해서도 상기와 동일한 방법으로 실시하여 출력특성을 평가하였다.The fuel cell in Example 2-5 was also subjected to the same method as described above to evaluate the output characteristics.

결과 실시예 1의 연료전지의 출력특성과 동등 수준의 출력 밀도를 나타내었다.As a result, an output density equivalent to that of the fuel cell of Example 1 was shown.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

본 발명에 따른 연료전지용 접착제 조성물에 의해 연료전지를 실링함으로써 세퍼레이터간 접착력을 향상시킬 수 있고 또한 접착제 조성물이 지닌 탄성으로 인해 연료전지 내부 압력 증가에 의한 막-전극 어셈블리의 변형을 최소화할 수 있다. 이에 따라 연료전지의 성능도 향상시킬 수 있다.By sealing the fuel cell with the fuel cell adhesive composition according to the present invention, the adhesion between the separators can be improved and the elasticity of the adhesive composition can minimize the deformation of the membrane-electrode assembly due to the pressure increase in the fuel cell. As a result, the performance of the fuel cell can be improved.

Claims (19)

접착성 수지 및 경화제를 포함하며,Comprising an adhesive resin and a curing agent, 상기 접착성 수지는 니트릴계 고무, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The adhesive resin is a fuel cell adhesive composition selected from the group consisting of nitrile rubber, acrylic resin, epoxy resin, and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접착성 수지는 니트릴계 고무, 에폭시계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물. The adhesive resin is a fuel cell adhesive composition selected from the group consisting of nitrile rubber, epoxy resin and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 경화제는 폴리아민계 수지, 폴리아미드수지, 산무수물, 잠재성 경화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.Wherein the curing agent is selected from the group consisting of polyamine-based resins, polyamide resins, acid anhydrides, latent curing agents and mixtures thereof. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 잠재성 경화제는 옥사졸리딘, 케치민, 알디민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The latent curing agent is an adhesive composition for a fuel cell is selected from the group consisting of oxazolidine, ketamine, aldimine and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화제는 접착성 수지 100중량부에 대하여 10 내지 50중량부로 포함되 는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The curing agent is a fuel cell adhesive composition is contained in 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive resin. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접착제 조성물은 에폭시 수지 및 잠재성 경화제를 포함하는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The adhesive composition is a fuel cell adhesive composition comprising an epoxy resin and a latent curing agent. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접착제 조성물은 보강제, 유연화제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The adhesive composition further comprises an additive selected from the group consisting of reinforcing agents, softening agents, and mixtures thereof. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 보강제는 접착성 수지 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부로 포함되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The reinforcing agent is an adhesive composition for a fuel cell is included in 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive resin. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 보강제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 활석, 알루미나, 마그네시아, 실리카, 이산화티탄, 규산칼슘, 규산알루미늄, 탄산칼슘, 클레이, 질화규소, 탄화규소, 붕산알루미늄, 합성 운모, 유리, 석면, 암면, 아라미드 탄화규소, 알루미나, 붕산 알루미늄, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물. The reinforcing agent is aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, talc, alumina, magnesia, silica, titanium dioxide, calcium silicate, aluminum silicate, calcium carbonate, clay, silicon nitride, silicon carbide, aluminum borate, synthetic mica, glass, asbestos, rock wool, aramid carbide Adhesive composition for a fuel cell which is selected from the group consisting of silicon, alumina, aluminum borate, and mixtures thereof. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 유연화제는 접착성 수지 100중량부에 대하여 3 내지 15중량부로 포함되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The softening agent is an adhesive composition for a fuel cell that is contained in 3 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the adhesive resin. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 유연화제는 글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 폴리에틸렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 연료전지용 접착제 조성물.The softener is selected from the group consisting of glycerol, 2-butene-1,4-diol, polyethylene glycol, and mixtures thereof. 막-전극 어셈블리; Membrane-electrode assembly; 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터; 및 Separators on both sides of the membrane-electrode assembly; And 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되어 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함하는 적어도 하나의 전기발생부를 포함하고,At least one electricity generating portion interposed at an edge portion between the membrane electrode assembly and both separators and including a sealing portion for maintaining airtightness between the membrane electrode assembly and the separator; 상기 실링부는 제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 따른 접착제 조성물에 의해 형성된 것인 연료전지.The sealing unit is a fuel cell formed by the adhesive composition according to any one of claims 1 to 11. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리와 대응하는 부분의 제1영역과, 상기 제1 영역의 외측 가장자리 부분에 해당하는 제2영역을 포함하고, The separator includes a first region of a portion corresponding to the membrane-electrode assembly, and a second region of an outer edge portion of the first region, 상기 실링부는 양 세퍼레이터의 제2영역 사이에 형성되는 것인 연료전지.And the sealing portion is formed between the second regions of both separators. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 실링부는 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓, 및 상기 가스켓과 세퍼레이터 사이 및 가스켓과 막-전극 어셈블리 사이에 개재되어 형성되는 실링막을 포함하는 것인 연료전지. And the sealing part includes a gasket interposed between the membrane-electrode assembly and the separator, and a sealing film interposed between the gasket and the separator and between the gasket and the membrane-electrode assembly. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 따른 접착제 조성물을 이용하여 막-전극 어셈블리 양면에 세퍼레이터의 일면을 접착시킨 후 열처리 또는 광조사하여 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 실링하는 단계를 포함하는 연료전지의 제조 방법. A fuel cell comprising the step of adhering one side of a separator to both sides of the membrane-electrode assembly using the adhesive composition according to any one of claims 1 to 11, followed by heat treatment or light irradiation to seal the membrane-electrode assembly and the separator. Method of preparation. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 접착제 조성물은 세퍼레이터의 막-전극 어셈블리와 대응하는 영역의 외측 가장자리 부분에 도포되는 것인 연료전지의 제조방법. Wherein the adhesive composition is applied to the outer edge portion of the region corresponding to the membrane-electrode assembly of the separator. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 세퍼레이터는 방사선 조사, 샌드페이퍼링법, 샌드블라스팅법, 코로나 처리법, 러빙법, 프레스법, 플라즈마 조사, 레플리카(replica) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 표면처리된 것인 연료전지의 제조 방법.The separator is surface-treated by a method selected from the group consisting of radiation, sand papering, sandblasting, corona treatment, rubbing, pressing, plasma irradiation, replica and combinations thereof. Way. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 세퍼레이터의 접착전 막-전극 어셈블리의 양면에 가스켓을 접착시키는 단계를 더 포함하는 연료전지의 제조방법.And bonding a gasket to both surfaces of the membrane-electrode assembly before adhesion of the separator. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 열처리 공정은 10 내지 190℃에서 실시되는 것인 연료전지의 제조방법. The heat treatment process is a manufacturing method of a fuel cell that is carried out at 10 to 190 ℃.
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