KR20080092574A - 직접액체 연료전지용 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및직접액체 연료전지 - Google Patents

직접액체 연료전지용 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및직접액체 연료전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직접액체 연료전지용 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및 직접액 체 연료전지에 관한 것이다. 본 발명의 직접액체 연료전지용 애노드 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매; 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 직접액체 연료전지용 막-전극 접합체는 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하며, 상기 애노드 전극의 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층은 블랙 촉매 및 담지 촉매를 함께 사용하고 이들의 사용량을 최적화함으로써, 촉매의 사용량을 최소화하면서도 연료의 산화 반응에 대한 활성이 우수하고, 뛰어난 촉매 안정성 및 내구성을 나타낸다.
직접액체 연료전지, 막-전극 접합체, 애노드, 촉매층, 블랙 촉매, 담지 촉매

Description

직접액체 연료전지용 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및 직접액체 연료전지{Anode catalyst layer and membrane-electrode assembly of direct liquid feed fuel cell and direct liquid feed fuel cell}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1~3의 전류-전압 특성을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1~3의 정전류에서의 장기성능을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및 직접액체연료전지에 관한 것으로, 촉매 이용량을 최소화하면서도 우수한 활성을 나타내고 촉매 안정성 및 내구성이 뛰어난 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층, 막-전극 접합체 및 직접액체연료전지에 관한 것이다.
최근의 모바일 기기의 발전은 더욱 높은 출력과 저장용량의 전원을 필요로 하고 있으며, 그러한 전원으로서 충방전이 가능한 리튬 이차전지의 사용이 보편화되어 있다. 그러나, 리튬 이차전지는 상대적으로 대용량의 전자기기들의 성능을 충분히 그리고 장시간에 걸쳐 발휘하기에는 적지 않은 문제점들을 가지고 있다. 즉, 대용량의 리튬 이차전지를 제조하기 위해서는, 그것을 구성하는 재료의 특성상 제조 비용이 매우 높고, 안전성이 취약하며, 충전에 장시간이 요구되는 등의 한계를 가지고 있다.
따라서, 리튬 이차전지가 가지는 한계를 극복하면서 상기에서와 같은 요구를 만족시킬 수 있는 새로운 발전 시스템의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 이러한 발젼 시스템의 하나로 높은 성능의 전력을 장시간에 걸쳐 제공할 수 있는 연료전지에 대한 관심이 집중되고 있다.
연료전지는 수소, 메탄올 등의 연료를 전기화학적 반응을 통해 물로 변화시킬 때 전기를 발생시키는 전지로서, 상기 리튬 이차전지의 단점을 해소할 수 있으며 환경 친화적인 에너지원으로서 주목받고 있다.
연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막-전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막과 전해질막 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드 전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드 전극으로 이동하며, 캐소드 전극에서는 산소(산화제)와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.
이러한 연료전지의 대표적인 예로서, 기상의 연료를 사용하는 수소 연료전지와, 액상의 연료를 사용하는 직접 액체 연료전지 등에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 이들의 일부는 상용화 단계에 있다.
특히, 최근에는 개질기를 사용할 필요가 없으며, 액체를 연료로 사용함으로써 연료의 휴대, 수송 편이성이 우수하며 연료 제조 가격도 저렴한 직접액체 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 직접액체 연료전지의 대표적인 예로 메탄올을 연료로 사용하는 직접메탄올 연료전지(DMFC)가 있다.
이러한 직접액체 연료전지의 애노드(연료극) 촉매층에는 일반적으로 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙(black) 촉매를 사용하는데 블랙 촉매의 경우 사용량이 4mg/cm2 정도로 많고 시간이 경과하면 촉매의 입자 성장으로 인한 반응 면적의 감소와 메탄올 용액에 의한 촉매 유실로 성능 저하가 급격하게 이루어졌다 이를 해결하기 위해 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd을 탄소계 물질에 담지시킨 담지 촉매가 사용되었으나, 이 경우에 는 촉매의 안정성이 향상되어 시간의 따른 성능 감소는 줄일 수 있으나 사용량을 줄일 경우 블랙 촉매에 비해 반응 활성도가 떨어지고 사용량이 많으면 물질 전달 저항이 커져 성능이 블랙 촉매에 비해 낮았다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 촉매의 사용량을 최소화하면서도 연료의 산화 반응에 대한 활성이 우수하고 촉매 안정성 및 내구성이 우수한 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층과 이를 포함하는 막-전극 접합체 및 직접액체 연료전지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매; 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층을 제공한다.
상기 애노드 촉매층에 포함되는 상기 블랙 촉매의 량과 상기 담지 촉매 총 중량에서 담체의 량을 제외한 량의 비는 75:25~25:75인 것이 바람직하다.
상기 탄소계 담체로는 대표적으로 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브, 카본화이버, 또는 카본 나노볼 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하며, 상기 애노드 전극의 촉매층은 Pt-Ru 혹 은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체를 제공한다.
상기 전해질막은 대표적으로 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰 또는 이들의 산 또는 염기를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 캐소드 전극의 촉매층은 대표적으로 백금 또는 백금-전이금속 합금 촉매를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어지며, 도전성 기재로는 대표적으로 탄소페이퍼, 탄소천 또는 탄소펠트가 대표적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 기체확산층은 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 더 포함하여 이루어질 수 있다
본 발명은 또한, 하나 또는 둘 이상의 상기 막-전극 접합체와 상기 막-전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택; 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및 산화제를 상기 전기발생부로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지를 제공한다.
상기 연료로는 대표적으로 메탄올, 개미산, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스 등이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하여 이루어진다. 상기 애노드 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 혼합하여 사용함으로써, 촉매의 사용량을 최소화하면서도 연료의 산화 반응에 대한 활성이 우수하고, 뛰어난 촉매 안정성 및 내구성을 갖는다.
상기 애노드 촉매층에 포함되는 상기 블랙 촉매의 량과 상기 담지 촉매 총 중량에서 담체의 량을 제외한 량의 비는 75:25~25:75인 것이 바람직한데, 블랙 촉매의 양이 지나치게 많아져 상기 범위를 벗어날 경우 시간이 경과함에 따라 블랙촉매의 입자 성장으로 인한 반응면적의 감소와 메탄올 용액에 의한 촉매 유실, Ru 혹은 Pd의 캐소드로의 전이 등이 발생하여 장기 성능이 감소하는 문제가 있고, 담지 촉매의 양이 지나치게 많아져 상기 범위를 벗어날 경우 블랙촉매에 비해 반응활성도가 떨어지고 사용량이 많으면 물질 전달 저항이 커져 성능이 감소하는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
상기 담지 촉매에 사용되는 탄소계 담체로는 대표적으로 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브, 카본화이버, 또는 카본 나노볼 등이 사용될 수 있다.
상기 애노드 촉매층의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 대표적으로 Pt-Ru 블랙 촉매, Pt-Ru 담지 촉매, 폴리머 이오노머(polymer ionomer) 및 용매를 포함하여 이루어지는 촉매 잉크를 제조하고, 촉매 잉크를 전해질막 또는 기체확산층 에 도포함에 의해 형성될 수 있다. 상기 촉매 잉크의 도포는 대표적으로 스프레이 코팅, 테이프 캐스팅, 스크린 프린팅, 블레이드 코팅, 다이 코팅 또는 스핀 코팅 방법에 의해 이루어질 수 있다.
폴리머 이오노머는 수소나 메탄올과 같은 연료와 촉매간의 반응에 의하여 생성된 이온이 전해질 막으로 이동하기 위한 통로를 제공해주는 역할을 하는데, 그 예로는 나피온 이오노머, 술포네이티드 폴리트리플루오르스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
사용 가능한 용매의 예로는 물, 부탄올, 이소프로판올(iso propanol), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 등이 있고, 이들 용매를 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체는 앞서 설명한 바와 같은 애노드 촉매층을 포함하여 이루어진다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체를 모식적으로 나타낸 도 2를 참고로 본 발명의 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체를 설명한다.
본 발명의 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체는 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하며, 상기 애노드 전극의 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질막은 애노드 전극에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시킬 수 있는 이온전도성 막으로서, 대표적으로 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰 또는 이들의 산 또는 염기를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 캐소드 전극은 산화제, 대표적으로 산소를 환원시키는 전극으로서 그 촉매층은 대표적으로 백금 또는 백금-전이금속 합금 촉매를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 촉매들은 그 자체로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 담체에 담지되어 사용될 수 있다. 대표적인 담체로는 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브, 카본화이버, 또는 카본 나노볼 등이 있다. 캐소드 촉매층의 형성 역시 상기 설명한 애노드 촉매층의 형성방법과 동일한 방법에 의해 이루어질 수 있다.
상기 기체확산층은 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물의 이동 통로가 되는 것으로, 다공성의 구조를 가진다. 상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어지며, 도전성 기재로는 대표적으로 탄소페이퍼, 탄소천 또는 탄소펠트가 대표적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 기체확산층은 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 본 발명의 막-전극 접합체를 포함하는 직접액체 연료전지를 제공한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접액체 연료전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 직접액체 연료전지는 스 택(200), 연료공급부(400) 및 산화제공급부(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 스택(200)은 본 발명의 막-전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막-전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다 상기 세퍼레이터는 막-전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막-전극 접합체로 전달하는 역할과 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜주는 전도체의 역할을 한다.
상기 연료 공급부(400)는 연료를 상기 스택으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(410) 및 연료탱크(410)에 저장된 연료를 스택(200)으로 공급하는 펌프(420)로 구성될 수 있다. 상기 연료로는 대표적으로 메탄올, 개미산, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스 등의 액상 연료가 사용될 수 있다.
상기 산화제 공급부(300)는 산화제를 상기 스택으로 공급하는 역할을 한다　 상기 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 펌프(300)로 주입하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
연료극에 사용할 Pt-Ru 블랙 촉매와 Pt-Ru/C 담지 촉매를 혼합한 후 나피온 파우더와 혼합기에서 충분히 믹싱하였다. 이 때, 블랙 촉매의 양과 담지 촉매 중량에서 담체의 양을 제외한 양의 비는 1:1 비율로 하였다. 담지 촉매의 담체는 카본 블랙이 사용되었으며 촉매와 나피온 파우더 혼합시에 나피온 파우더는 전체 촉매량 의 30 wt%를 첨가하였으며 용매로는 물, 이소프로판올, n-프로판올, n-부틸아세테이트를 혼합하여 사용하였다. 상기 촉매를 건(gun)에 장치한 후 가스확산층 표면에 건식 분사 코팅을 행하였다. 단위면적당 촉매의 도포량을 2 mg/cm2으로 조절하였다. 케소드 촉매층에는 기존과 같이 Pt 블랙 촉매를 사용하여 같은 방법으로 가스확산층에 코팅을 행하였다. 이들을 약 125 ㎛ 두께의 나피온계 고분자 전해질 막과 함께 핫 프레싱(hot pressing) 공정에 의해 접합한 후 전류-전압 곡선과 정전류에서의 장기성능을 측정하였다. 그 결과가 도 4와 도 5에 개시되어 있다.
비교예 1
연료극에 Pt-Ru/C 담지 촉매를 사용하지 않고 Pt-Ru 블랙 촉매만 4 mg/cm2을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 막-전극 접합체를 제조하였고, 전류-전압 곡선과 정전류에서의 장기성능의 측정 결과를 도 4와 도 5에 나타내었다.
도 4와 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 직접 메탄올 연료전지용 막-전극 접합체는 비교예 1의 막-전극 접합체와 비교하여 전류-전압 곡선은 촉매량을 절반으로 줄였음에도 불구하고 동일한 초기 성능을 보이고 시간이 지남에 따라 정전류에서의 장기성능이 더 우수함을 확인할 수 있다. 이는 초기에는 담지 촉매의 표면적이 넓기 때문에 촉매량을 줄여도 동일한 성능을 나타낼 수 있으며 시간이 경과한 후에는 담지 촉매가 블랙 촉매의 입자 성장으로 인한 반응 면적의 감소를 막고 메탄올 용액에 의한 블랙 촉매의 유실을 막아 성능을 유지시켜 주기 때 문인 것으로 추측된다.
비교예 2
연료극에 사용할 Pt-Ru 블랙 촉매와 Pt-Ru/C 담지 촉매를 혼합한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 막-전극 접합체를 제조하였다. 이 때, 블랙 촉매의 양과 담지 촉매 중량에서 담체의 양을 제외한 양의 비는 90:10의 비율로 하였다. 비교예 2의 막-전극 접합체에 대한 전류-전압 곡선과 정전류에서의 장기성능의 측정 결과를 도 4와 도 5에 나타내었다.
도 4와 5에서 보는 바와 같이 비교예 2의 막-전극 접합체의 경우도 전류-전압 곡선은 촉매량을 절반으로 줄였음에도 불구하고 동일한 초기 성능을 보이나 시간이 지남에 따라 정전류에서의 장기성능은 감소함을 볼 수 있다. 이는 시간이 경과함에 따라 블랙촉매의 입자성장으로 인한 반응면적의 감소와 메탄올 용액에 의한 촉매 유실, Ru 혹은 Pd의 캐소드로의 전이 등이 발생하여 장기 성능이 감소하기 때문인 것으로 추측된다.
비교예 3
연료극에 사용할 Pt-Ru 블랙 촉매와 Pt-Ru/C 담지 촉매를 혼합한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 막-전극 접합체를 제조하였다. 이 때, 블랙 촉매의 양과 담지 촉매 중량에서 담체의 양을 제외한 양의 비는 10:90의 비율로 하였다. 비교예 3의 막-전극 접합체에 대한 전류-전압 곡선과 정전류에서의 장기성능의 측정 결과를 도 4와 도 5에 나타내었다.
도 4에서 보는 바와 같이 비교예 3의 막-전극 접합체가 보여주는 전류-전압 곡선은 촉매량을 절반으로 줄였을 때 초기 성능이 감소한다. 이는 담지 촉매가 블랙 촉매에 비해 반응활성도가 떨어지기 때문인 것으로 추측된다. 도 5에서 보면 비교예 3의 막-전극 접합체가 정전류에서의 장기 성능 감소도는 실시예와 비슷하나 초기 성능이 실시예보다 떨어지기 때문에 전반적인 성능이 실시예보다 나쁜 것을 알 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층은 블랙 촉매 및 담지 촉매를 함께 사용하고 이들의 사용량을 최적화함으로써, 촉매의 사용량을 최소화하면서도 연료의 산화 반응에 대한 활성이 우수하고, 뛰어난 촉매 안정성 및 내구성을 나타낸다.

Claims (15)

  1. Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매; 및
    Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 촉매층에 포함되는 상기 블랙 촉매의 량과 상기 담지 촉매 총 중량에서 담체의 량을 제외한 량의 비는 75:25~25:75인 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 담체는 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브, 카본화이버, 또는 카본 나노볼로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층.
  4. 제1항에 있어서,
    Pt-Ru 블랙 촉매, Pt-Ru 담지 촉매, 폴리머 이오노머(polymer ionomer) 및 용매를 포함하여 이루어지는 촉매 잉크를 전해질막 또는 기체확산층에 도포함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 촉매 잉크의 도포는 스프레이 코팅, 테이프 캐스팅, 스크린 프린팅, 블레이드 코팅, 다이 코팅 및 스핀 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 도포 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 애노드 촉매층.
  6. 전해질막; 및
    상기 전해질막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고,
    상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하며,
    상기 애노드 전극의 촉매층은 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 블랙 촉매 및 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd이 탄소계 담체에 담지되어 이루어지는 Pt-Ru 혹은 Pt-Pd 담지 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 애노드 촉매층에 포함되는 상기 블랙 촉매의 량과 상기 담지 촉매 총 중량에서 담체의 량을 제외한 량의 비는 75:25~25:75인 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탄소계 담체는 카본블랙, 그라파이트, 카본나노튜브, 카본화이버, 또는 카본 나노볼로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전해질막은 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 캐소드 전극의 촉매층은 백금 또는 백금-전이금속 합금 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도전성 기재는 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기체확산층은 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지의 막-전극 접합체.
  14. 하나 또는 둘 이상의 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 막-전극 접합체와 상기 막-전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택;
    연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및
    산화제를 상기 전기발생부로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연료는 메탄올, 개미산, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 천연가스로 이루어진 군에서 선택되는 액상 연료인 것을 특징으로 하는 직접액체 연료전지.
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