KR20080103123A - Analysis method of membrane-electrode assembly using scanning electron microscope - Google Patents

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Abstract

An analytical method of the membrane electrode assembly using the scanning electron microscope is provided to perform the structure and section analysis of the membrane electrode assembly accurately. An analytical method of the membrane electrode assembly using the scanning electron microscope includes the step of collection of the specimen by using the sawing machine; the step for cutting the specimen which collects in the state that cools by using the liquid nitrogen; the step for coating the conductive metal using the coating equipment in the surface of the specimen cut; the step for analyzing the specimen which is kept in the space blocked with the external air by using the scanning electron microscope.

Description

주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법{Analysis method of membrane-electrode assembly using scanning electron microscope}Analysis method of membrane-electrode assembly using scanning electron microscope

도 1은 연료전지 스택 내 막-전극 접합체의 기본 반응 모식도,1 is a schematic diagram of a basic reaction of a membrane-electrode assembly in a fuel cell stack;

도 2는 본 발명에 따른 시편 제조 및 분석 과정을 나타낸 순서도,2 is a flow chart showing a specimen preparation and analysis process according to the present invention,

도 3과 도 4, 도 5는 종래의 방법에 따라 제조한 MEA 시편의 구조를 관찰한 사진,3, 4 and 5 are photographs observing the structure of the MEA specimen prepared according to the conventional method,

도 6, 7, 8, 9는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조한 MEA 시편의 구조를 관찰한 사진.6, 7, 8 and 9 are photographs observing the structure of the MEA specimen prepared according to the method according to the invention.

본 발명은 막-전극 접합체(MEA)의 분석 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주사전자현미경을 이용하여 연료전지 스택 내 막-전극 접합체를 분석하기 위한 시편 제조 및 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing a membrane-electrode assembly (MEA), and more particularly, to a specimen preparation and analysis method for analyzing a membrane-electrode assembly in a fuel cell stack using a scanning electron microscope.

일반적으로 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전지 내에서 전기화학적으로 직접 전기에너지로 바꾸는 장치이며, 최근 관심 있게 연구되는 무공해 발전장치이다. In general, a fuel cell is a device that converts chemical energy of a fuel into electrochemical energy directly in a cell without being converted into heat by combustion, and is a pollution-free power generation device that has been recently studied with interest.

연료전지에서는 연료와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하게 되며, 이러한 연료전지는 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력의 공급뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력공급에도 적용될 수 있다. Fuel cells produce electrical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen. These fuel cells can be applied not only to supply power for industrial, domestic and vehicle driving, but also for power supply of small electrical / electronic products, especially portable devices. Can be.

첨부한 도 1은 연료전지 스택 내 막-전극 접합체(MEA)의 기본 반응 모식도로서, PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)에서 실제로 일어나는 반응을 보여주고 있다.1 is a schematic diagram illustrating a basic reaction of a membrane-electrode assembly (MEA) in a fuel cell stack, and illustrates a reaction that actually occurs in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC).

애노드(anode)에 수소가 들어오면 프로톤과 전자가 발생하는데, 프로톤은 가운데 있는 수소 이온 전도막을 통해 흐르고, 전자는 외부 도선을 통해 흘러서 캐소드(cathode)에 산소가 들어오면 반응을 하며, 이러한 반응이 일어나는 곳을 막-전극 접합체(Membrane-Electrode Assembly; MEA)라 한다. When hydrogen enters the anode, protons and electrons are generated. Protons flow through the central hydrogen-conducting membrane, and electrons flow through the outer conductor, reacting when oxygen enters the cathode. Where this happens is called the membrane-electrode assembly (MEA).

상기 막-전극 접합체에서 전극(애노드 및 캐소드)은 상기와 같이 반응이 일어나는 장소이고, 막은 프로톤을 전달해주는 통로 역할을 하게 된다.In the membrane-electrode assembly, electrodes (anode and cathode) are places where the reaction occurs as described above, and the membrane serves as a passage for delivering protons.

한편, 막-전극 접합체(이하, MEA라 칭함)의 단면구조(애노드, 캐소드, 전극의 두께 및 형상, 성분)는 성능에 많은 영향을 주기 때문에 MEA의 단면에 대한 정확한 분석은 매우 중요하다.On the other hand, since the cross-sectional structure of the membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) (anode, cathode, electrode thickness and shape, components) has a great effect on performance, accurate analysis of the cross-section of the MEA is very important.

MEA을 분석하기 위해 주사전자현미경을 이용할 수 있는데, 지금까지 MEA의 주사전자현미경용 시편 제조 방법은 일정한 방법으로 표준화되어 있지 않으며, 따라서 주사전자현미경을 이용한 분석을 위하여 MEA의 시편은 분석자의 경험과 추측 에 의해 제조하여 왔다. Scanning electron microscopy can be used to analyze the MEA. Until now, the method for preparing the scanning electron microscope specimens of MEA has not been standardized in some way. It has been manufactured by speculation.

여기서, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)에 대해 설명하면 다음과 같다.Here, the scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy; SEM) is described as follows.

주사전자현미경이란, 10-3Pa 이상의 진공 중에 놓인 시편 표면을 1 ~ 100nm 정도의 미세한 전자선으로 x-y의 이차원 방향으로 주사하여, 시편 표면에서 발생하는 2차 전자, 반사전자, 투과전자, 가시광선, 적외선, X선, 내부 기전력 등의 신호를 검출하여 음극선관(브라운관) 화면상에 확대화상을 표시하거나 기록하여 시편의 형태, 미세구조의 관찰이나 구성원소의 분포, 정성, 정량 등의 분석을 행하는 장치이다. Scanning electron microscopy refers to the surface of a specimen placed in a vacuum of 10 -3 Pa or more in a two-dimensional direction of xy with a fine electron beam of about 1 to 100 nm, and generates secondary electrons, reflected electrons, transmission electrons, visible light, Detects signals such as infrared rays, X-rays, internal electromotive force, etc. and displays or records magnified images on the cathode ray tube (Brown tube) screen to analyze the shape of specimen, microstructure, distribution of members, qualitative and quantitative analysis. Device.

주로 2차 전자가 시편의 형태 관찰에 사용되고, 반사전자나 X선은 성분분석에 사용된다. Secondary electrons are mainly used to observe the shape of the specimen, and reflected electrons or X-rays are used for the component analysis.

전자선은 전자총부의 원통 내의 음극(filament)을 가열하여 발생한 전자가 양극으로 가속되어지는데, 통상 0.5 ~ 30kV로 가속된 전자선은 집속 렌즈와 대물 렌즈의 전자 렌즈의 작용으로 최종적으로 3 ~ 100nm의 직경까지 미세해진 뒤 시편 표면에 조사된다. The electron beam is heated by the cathode in the cylinder of the electron gun, and electrons are accelerated to the anode. Usually, the electron beam accelerated to 0.5 to 30 kV is the diameter of 3 to 100 nm due to the action of the focusing lens and the electron lens of the objective lens. After being fined down to the surface of the specimen.

이렇게 미세해진 전자선을 전자 프로우브(probe)라고 부르는데, 전자 프로우브는 주사 코일에 의해 전자 표면상의 X와 Y의 2차원 방향으로(통상의 Television) 새롭게 설정된 면적을 주사시킨다. This finer electron beam is called an electron probe, which scans a newly set area in the two-dimensional direction (normal television) of X and Y on the electron surface by the scanning coil.

전자 프로우브의 주사와 동기된 브라운관 화면상에 시편으로부터 발생한 신 호를 각각의 신호로 변환시킨 검출기에서 검출, 증폭하여 영상으로 보여주며, 전자 프로우브를 주사하지 않고 시편상의 한 점에 고정하여 얻어지는 X선을 사용하여 조사점의 원소분석이 가능하다.On the CRT screen synchronized with the scanning of the electron probe, the signal generated from the specimen is detected and amplified by the detector converted into the respective signals and displayed as an image.The result obtained by fixing to a point on the specimen without scanning the electron probe is obtained. Elemental analysis of irradiation points is possible using X-rays.

주사전자현미경으로 금속, 광물, 무기물, 세라믹, 시멘트, 유리, 플라스틱, 고무, 석유, 도료, 의생물, 반도체 IC, 집적회로, 전자부품 등의 형태 관찰 혹은 품질관리에 2차 전자상, 원소분석에 반사전자상이나 X선 화상으로 응용이 가능하다.Scanning electron microscope for secondary electron image and elemental analysis for quality observation or quality control of metals, minerals, minerals, ceramics, cement, glass, plastics, rubber, petroleum, paints, biologics, semiconductor ICs, integrated circuits and electronic components It can be applied to reflected electron image or X-ray image.

한편, 이러한 주사전자현미경을 이용하여 MEA를 분석함에 있어서, MEA의 단면구조(애노드, 캐소드, 전극의 두께 및 형상, 성분)가 성능에 많은 영향을 주기 때문에 MEA의 단면에 대한 정확한 분석은 매우 중요하며, MEA가 비전도성 재료(테플론 계열)이기 때문에 전도를 위하여 전도성 금속을 코팅(coating)해야 한다.On the other hand, in analyzing the MEA using such a scanning electron microscope, since the cross-sectional structure of the MEA (anode, cathode, electrode thickness, shape, composition) has a great effect on performance, accurate analysis of the cross section of the MEA is very important. In addition, since MEA is a non-conductive material (teflon-based), a conductive metal must be coated for conduction.

이유는 2차 전자의 방출률을 높이기 위해서이다.The reason is to increase the emission rate of secondary electrons.

2차 전자의 방출이 이루어지지 않으면 상을 정확히 볼 수 없으며, 또한 전도성 금속 코팅층을 적당히 형성시켜야 깨끗하고 선명한 상과 정확한 구조 및 파면을 분석할 수 있다.If the secondary electrons are not emitted, the phase cannot be seen accurately, and the conductive metal coating layer must be properly formed so that a clear and clear phase and accurate structure and wavefront can be analyzed.

코팅을 하지 않았을 경우에 고진공에서는 차징(chargeing) 발생으로 인해 분석이 불가능하며, 저진공에서 관찰할 수도 있으나 고진공보다는 해상도가 떨어져서 정확한 분석이 불가능하다.If the coating is not performed in the high vacuum it is impossible to analyze due to the charging (charging), it can be observed in the low vacuum, but the resolution is lower than the high vacuum, the accurate analysis is impossible.

그리고, MEA의 단면구조 및 막을 관찰하고 분석하고자 할 경우에 MEA를 절단해야 하는데, 이때 상온에서의 절단은 어려우며, 얇은 막의 형태로 되어 있기 때문 에 칼로 절단시에 단면의 훼손과 각 층의 상태 변형이 발생하게 되어 정확한 관찰이 불가능하다.In addition, in order to observe and analyze the cross-sectional structure and film of MEA, the MEA should be cut. At this time, it is difficult to cut at room temperature, and since it is in the form of a thin film, the cut of the cross section and the state deformation of each layer are cut when cutting with a knife. This occurs and accurate observation is impossible.

이와 같이 주사전자현미경을 이용해 MEA를 분석하는 데는 여러 어려움이 있으며, 시편 제조 및 분석 과정이 일정한 방법으로 표준화되어 있지 않기 때문에 통상 분석자의 경험과 추측에 의존하여 실시하므로 정확한 분석이 어려운 실정이다. As described above, there are various difficulties in analyzing the MEA using the scanning electron microscope, and since the specimen preparation and analysis process are not standardized in a certain way, it is usually difficult to perform accurate analysis because it is carried out depending on the experience and speculation of the analyst.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 주사전자현미경을 이용하여 막-전극 접합체를 분석함에 있어서, 시편의 제조 및 준비 과정의 모든 사항을 정립하여 시편의 제조 및 분석을 위한 전체 과정을 각 단계별로 구분 및 체계화함으로써, 분석자의 경험과 추측에 의존하지 않고 종래에 비해 막-전극 접합체의 구조 및 단면 분석을 좀더 정확하게 수행할 수 있는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above problems, and in analyzing the membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, all the matters of the preparation and preparation of the specimen were established to prepare and analyze the specimen. By separating and organizing the whole process for each step, the structure of the membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope can be more accurately compared to the conventional structure and cross-sectional analysis of the membrane-electrode assembly without depending on the analyst's experience and speculation. The purpose is to provide analytical methods.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, (a) 주사전자현미경용 막-전극 접합체 시편을 제조하기 위하여 분석 대상이 되는 막-전극 접합체로부터 시편을 절단 장비를 이용해 1차로 절단하여 채취하는 단계와; (b) 채취한 시편을 액체 질소를 이용해 냉각한 상태에서 절단하는 단계와; (c) 절단한 시편의 표면에 코팅 장비를 이용해 전도성 금속을 코팅하는 단계와; (d) 전도성 금속을 코팅한 시편을 외부의 공기와 차단된 공간에 보관한 뒤 주사전자현미경을 이용해 분석하는 단계;를 포함하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, (a) a step of first cutting the specimen from the membrane-electrode assembly to be analyzed using a cutting equipment to prepare a membrane-electrode assembly specimen for scanning electron microscope Wow; (b) cutting the collected specimen while cooled with liquid nitrogen; (c) coating the conductive metal on the surface of the cut specimen using coating equipment; It provides a method for analyzing a membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, comprising: (d) storing the specimen coated with a conductive metal in a space separated from the outside air and analyzing it using a scanning electron microscope.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 시편 제조 및 분석 과정을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a specimen preparation and analysis process according to the present invention.

본 발명에 따른 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법은, 주사전자현미경용 막-전극 접합체 시편을 제조하기 위하여 분석 대상이 되는 막-전극 접합체로부터 시편을 채취하는 단계와, 채취한 시편을 액체 질소를 이용하여 냉각한 뒤 절단하는 단계와, 절단한 시편의 표면에 전도성 금속을 코팅하는 단계와, 전도성 금속을 코팅한 시편을 외부의 공기와 차단된 공간에 보관하고 주사전자현미경을 이용해 분석하는 단계를 포함하여 이루어진다.In the method of analyzing a membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope according to the present invention, in order to prepare a membrane-electrode assembly specimen for a scanning electron microscope, a step of collecting a specimen from the membrane-electrode assembly to be analyzed and the collected specimen After cooling with liquid nitrogen and cutting, coating the conductive metal on the surface of the cut specimen, and storing the conductive metal coated specimen in a space isolated from outside air and using a scanning electron microscope And analyzing.

우선, 시편 채취 공정에서는 절단 장비, 즉 커팅 머신을 이용하여 관찰 및 분석 목적에 따라 분석하고자 하는 막-전극 접합체로부터 시편을 1차로 커팅하여 채취하며, 이때 막-전극 접합체로부터 주사전자현미경의 챔버 내에 들어갈 수 있는 크기, 예컨대 가로 50mm 이하, 세로 50mm 이하, 높이 70mm 이하의 크기로 절단하여 채취한다.First, in the specimen collection process, the specimen is first cut from the membrane-electrode assembly to be analyzed according to the purpose of observation and analysis using a cutting device, that is, a cutting machine, and is collected from the membrane-electrode assembly in the chamber of the scanning electron microscope. It is collected by cutting to a size that can fit, such as 50 mm or less in width, 50 mm or less in height, and 70 mm or less in height.

다음으로, 절단 공정에서는 액체 질소에서 냉각한 상태에서 관찰 및 분석 목적에 따라 시편을 적당한 크기로 절단한다.Next, in the cutting process, the specimen is cut into an appropriate size in accordance with the purpose of observation and analysis while cooled in liquid nitrogen.

절단 공정에서는 분석 및 관찰부를 절단이 용이하도록 우선 표면에 1mm 이하 정도의 흠집을 내고, 2리터용 스테인리스 용기에 액체 질소를 50% 정도 채운 뒤 그 속에 시편을 넣은 다음, 액체 질소에서 15 ~ 20분간 유지한 뒤 냉각된 시편을 집게를 이용해 양쪽을 잡고 절단한다. In the cutting process, scratches of about 1mm or less are first scratched on the surface for easy cutting of the analysis and observation parts, and 50% of liquid nitrogen is filled in a 2-liter stainless steel container, and the specimen is placed therein, followed by 15 to 20 minutes in liquid nitrogen. After holding, hold the cooled specimen by both sides with forceps and cut it.

이때, 액체 질소에 담겨있는 상태에서 절단해야 하며, 액체 질소에서 충분히 냉각하여 시편을 절단하는 것이 시편 단면에 손상이 발생하지 않아 관찰이 용이해진다.At this time, the cutting should be carried out in the state of the liquid nitrogen, cutting the specimen by cooling sufficiently in liquid nitrogen does not cause damage to the cross section of the specimen is easy to observe.

다음으로, 전도성 금속 코팅 공정에서는 상기와 같이 절단 후 건조시킨 시편의 표면에 코팅 장비를 이용하여 전도성 금속을 코팅하게 된다.Next, in the conductive metal coating process, the conductive metal is coated on the surface of the dried specimen after cutting as described above using a coating equipment.

전도성 금속 코팅 공정에서, 시편의 표면에 코팅되는 전도성 금속으로는 전도성이 우수한 순도 99.99% 이상의 금(Au)을 사용하는 것이 바람직하다.In the conductive metal coating process, it is preferable to use gold (Au) having a purity of 99.99% or more with excellent conductivity as the conductive metal coated on the surface of the specimen.

그리고, 코팅 과정에서, 코팅 장비의 시편장착부를 열어준 뒤 시편장착부에 시편을 장착하는데, 이때 시편과 금과의 거리는 5 ~ 6 ㎝의 거리를 두고 장착한다.Then, in the coating process, after opening the specimen mounting portion of the coating equipment is mounted on the specimen mounting portion, wherein the distance between the specimen and gold is mounted at a distance of 5 ~ 6 cm.

여기서, 장착 거리가 적당하지 않으면 코팅 상태가 불안정해진다.Here, if the mounting distance is not appropriate, the coating state becomes unstable.

그리고, 상기와 같이 장착을 완료한 뒤 진공도가 1×10-1 mbar 조성이 되면 코팅을 하는데, 코팅 시간은 200 ~ 250 sec로 하며, 이때 전류 세기는 20 ~ 25 ㎃ 로 한다.Then, the coating is completed when the vacuum is 1 × 10 -1 mbar after the installation as described above, the coating time is 200 ~ 250 sec, the current strength is 20 ~ 25 ㎃.

여기서, 코팅 시간이 250 sec를 초과하여 지나치게 길어지면 코팅층의 두께가 두꺼워져 EDX 결과에 영향을 미치므로 시간 조절에 주의한다.Here, if the coating time is too long exceeding 250 sec, the thickness of the coating layer becomes thick, affecting the EDX results, so pay attention to the time adjustment.

코팅이 완료되면 진공을 해제하고 시편장착부를 열어 금이 코팅된 상태를 확인한 후 시편을 꺼내게 된다.When the coating is completed, the vacuum is released and the specimen mounting part is opened to check the coated state of gold, and then the specimen is taken out.

상기의 조건으로 코팅하게 되면 시편의 표면에 약 70 ~ 80 Å 두께의 코팅층이 형성되는데, 금 코팅층이 100 Å 이상이 되면 도상구조현상이 발생하므로 주의한다.When the coating is performed under the above conditions, a coating layer having a thickness of about 70 to 80 Å is formed on the surface of the specimen. When the gold coating layer is 100 Å or more, the image structure phenomenon occurs.

도상구조현상에 의하면 오버 코트된 금(Au) 막이 시편 박판 가운데로 스며들기 때문에 측정치가 작게 나오는 경향이 있다.In the phase structure, the measured value tends to be small because the overcoated Au film penetrates into the center of the specimen sheet.

다음으로, 보관 공정에서는 전도성 금속이 코팅된 시편을 표면이 오염되지 않도록 시편의 이력을 기록하여 외부의 공기와 차단된 테시케이터에 보관한다.Next, in the storage process, the specimen is coated with a conductive metal so that the surface of the specimen is recorded so that it is stored in a tessellator blocked from outside air.

이와 같이 시편을 외부의 공기와 차단된 데시케이터에 보관함으로써, 습도 및 온도의 영향을 배제할 수 있고, 대기에 의한 오염을 방지할 수 있게 된다.In this way, by storing the specimen in a desiccator blocked from the outside air, it is possible to eliminate the influence of humidity and temperature, and to prevent contamination by the atmosphere.

다음으로, 분석시에는 데시케이터에 보관된 시편을 주사전자현미경을 이용하여 관찰 및 분석하게 되는데, 시편을 챔버 내 스테이지(stage)에 장착한 후 1.17 × 10-4 Torr 이하의 고진공을 걸어준다. Next, during the analysis, the specimen stored in the desiccator is observed and analyzed by using a scanning electron microscope. The specimen is mounted on a stage in the chamber, and a high vacuum of 1.17 × 10 -4 Torr or less is applied. .

그리고, 빔(beam)을 켠 후 단면 형상 및 각 층 성분을 분석하며, 이때 가속전압 20kV 이상, 스폿 사이즈 4.5 이상으로 한다. After the beam is turned on, the cross-sectional shape and each layer component are analyzed, and at this time, the acceleration voltage is 20 kV or more and the spot size is 4.5 or more.

첨부한 도 3과 도 4는 종래의 방법에 따라 제조한 MEA 시편의 구조를 관찰한 사진(2000배)으로, 전도성 금속을 코팅하지 않고 상온에서 칼을 이용해 절단한 시편의 사진이다.3 and 4 are photographs (2000 times) of the structure of the MEA specimen prepared according to the conventional method, and are photographs of the specimen cut using a knife at room temperature without coating a conductive metal.

분석 장비로는 주사전자현미경(모델명: FEI INSPECT)을 이용하였으며, 분석 조건은 아래와 같다.Scanning electron microscope (model name: FEI INSPECT) was used as the analysis equipment, and the analysis conditions are as follows.

- 진공도: 6.52×10-2 TorrVacuum degree: 6.52 × 10 -2 Torr

- 가속전압: 25kVAcceleration voltage: 25 kV

- 스폿 사이즈: 4.5Spot size: 4.5

- 빔 형태: SE(Secondary Electron)Beam type: SE (Secondary Electron)

도 3과 도 4의 사진을 살펴보면, 시편 단면의 상측에 위치한 전극층이 전해질층으로 밀려 내려와서 단면 구조의 관찰이 불가하였으며, 또한 저진공에서 분석하여 명확하게 층을 구분하기가 힘들어 정확한 해석이 불가능하였다.3 and 4, the electrode layer located on the upper side of the specimen section was pushed down into the electrolyte layer to observe the cross-sectional structure, and it was difficult to clearly distinguish the layers by analyzing in low vacuum, and thus accurate interpretation was impossible. It was.

첨부한 도 5는 종래의 방법에 따라 제조한 MEA 시편의 구조를 관찰한 사진(1200배)으로, 고진공에서 전도성 금속을 코팅하였지만 상온에서 칼을 이용해 절단한 시편의 사진이다.FIG. 5 is a photograph (1200 times) of the structure of the MEA specimen prepared according to the conventional method. The conductive metal is coated at a high vacuum, but the specimen is cut using a knife at room temperature.

이를 참조하면, 상온에서 칼을 이용해 시편을 절단하였으므로 시편 단면의 층이 밀려나서 구조를 명확하게 구분하기가 힘들었으며, 이로 인해 정확한 해석이 불가능하였다.Referring to this, since the specimen was cut at room temperature with a knife, it was difficult to clearly distinguish the structure because the layer of the cross section of the specimen was pushed out, which made it impossible to accurately interpret the specimen.

한편, 첨부한 도 6, 7, 8, 9는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조한 MEA 시편의 구조를 관찰한 사진(2000배)이다.6, 7, 8, and 9 are photographs (2000 times) of observing the structure of the MEA specimen prepared according to the method according to the present invention.

분석 장비로는 주사전자현미경(모델명: FEI INSPECT)을 이용하였으며, 분석 조건은 아래와 같다.Scanning electron microscope (model name: FEI INSPECT) was used as the analysis equipment, and the analysis conditions are as follows.

- 진공도: 1.17×10-4 TorrVacuum degree: 1.17 × 10 -4 Torr

- 가속전압: 25kVAcceleration voltage: 25 kV

- 스폿 사이즈: 4.5Spot size: 4.5

- 빔 형태: SE(Secondary Electron)Beam type: SE (Secondary Electron)

도 6 ~ 9를 참조하면, 전도성 금속의 코팅상태가 매우 양호하고, 액체 질소에서 시편을 냉각시킨 상태로 절단하였으므로 소재의 단면이 훼손되지 않고 전극층과 전해질층의 상태를 명확하게 구분하기가 용이하였다.6 to 9, since the coating state of the conductive metal was very good and the specimen was cut in a state of cooling with liquid nitrogen, the cross section of the material was not damaged and it was easy to clearly distinguish the state of the electrode layer and the electrolyte layer. .

따라서, 구조의 상태를 정확히 관찰 및 평가할 수 있었으며, 시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.Therefore, the state of the structure could be accurately observed and evaluated, and the reliability of the test could be improved.

도 8 및 도 9의 경우에는 단면 형상이 뚜렷하게 관찰되므로 층의 두께 측정이 가능하였으며, 줄어든 캐소드층의 상태를 확인하여 성능 평가에 적용할 수 있었다. In the case of FIGS. 8 and 9, the cross-sectional shape is clearly observed, and thus the thickness of the layer may be measured, and the reduced cathode layer may be confirmed and applied to performance evaluation.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 막-전극 접합체의 분석 방법에 의하면, 주사전자현미경을 이용한 분석을 위해 시편을 제조하는 과정에서, 막-전극 접합체로부터 절단 장비를 이용해 시편을 1차로 커팅하여 채취하고, 단면을 보기 위해 관찰 시편을 액체 질소에 넣어 냉각한 상태로 절단한 뒤, 절단된 시편의 표면에 전도성 금속을 코팅하여 제조하는 것으로서, 시편의 제조 및 준비 과정의 모든 사항을 정립하여 시편의 제조 및 분석을 위한 전체 과정을 각 단계별로 구분 및 체계화함으로써, 분석자의 경험과 추측에 의존하지 않고 종래에 비해 막-전극 접합체의 구조 및 단면 분석을 좀더 정확하게 수행할 수 있고, 시료 제조자의 경험 및 숙련도 차이에 따른 방법의 상이성을 배제하여 단면 및 조직 관찰시 해석의 오차를 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, according to the analysis method of the membrane-electrode assembly according to the present invention, in the process of manufacturing a specimen for analysis using a scanning electron microscope, by cutting the specimen from the membrane-electrode assembly by using a cutting equipment The specimen is placed in liquid nitrogen and cooled in order to see the cross section, and then manufactured by coating a conductive metal on the surface of the cut specimen. By dividing and organizing the whole process for the preparation and analysis of each step by step, it is possible to perform the structure and cross-sectional analysis of the membrane-electrode assembly more accurately than the conventional one without relying on the analyst's experience and speculation, And by excluding the difference of the method according to the proficiency difference can reduce the error of interpretation when observing the cross section and structure Will be.

Claims (5)

(a) 주사전자현미경용 막-전극 접합체 시편을 제조하기 위하여 분석 대상이 되는 막-전극 접합체로부터 시편을 절단 장비를 이용해 1차로 절단하여 채취하는 단계와;(a) firstly cutting the specimen from the membrane-electrode assembly to be analyzed using a cutting device to prepare the membrane-electrode assembly specimen for the scanning electron microscope; (b) 채취한 시편을 액체 질소를 이용해 냉각한 상태에서 절단하는 단계와;(b) cutting the collected specimen while cooled with liquid nitrogen; (c) 절단한 시편의 표면에 코팅 장비를 이용해 전도성 금속을 코팅하는 단계와;(c) coating the conductive metal on the surface of the cut specimen using coating equipment; (d) 전도성 금속을 코팅한 시편을 외부의 공기와 차단된 공간에 보관한 뒤 주사전자현미경을 이용해 분석하는 단계;(d) storing the specimen coated with the conductive metal in a space isolated from outside air and analyzing the sample using a scanning electron microscope; 를 포함하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법.Analysis method of a membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 (b) 단계에서, 절단이 용이하도록 상기 (a) 단계에서 채취한 시편의 표면에 1mm 이하의 흠집을 내고, 이어 액체 질소 속에서 15 ~ 20분 유지시킨 뒤, 시편을 집게를 이용해 양쪽을 잡고 절단하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법.In step (b), scratches of 1 mm or less are made on the surface of the specimen taken in step (a) to facilitate cutting, and then maintained in liquid nitrogen for 15 to 20 minutes, and then the specimen is clamped on both sides with forceps. Analysis method of a membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, characterized in that the holding and cutting. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 (c) 단계에서, 상기 (b) 단계에서 절단한 시편의 표면에 상기 전도성 금속으로서 금을 코팅하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법.In the step (c), the method of analyzing the membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, characterized in that the coating of gold as the conductive metal on the surface of the specimen cut in the step (b). 청구항 3에 있어서, The method according to claim 3, 상기 (c) 단계의 코팅 공정에서, 시편과 금의 거리는 5 ~ 6 ㎝의 거리를 두고, 진공도 1×10-1 mbar, 코팅 시간 200 ~ 250 sec, 사용 전류 20 ~ 25 ㎃, 코팅 두께 70 ~ 80 Å로 코팅하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법.In the coating process of step (c), the distance between the specimen and the gold is 5 ~ 6 cm, vacuum degree 1 × 10 -1 mbar, coating time 200 ~ 250 sec, working current 20 ~ 25 20, coating thickness 70 ~ Analysis method of the membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, characterized in that the coating with 80 kHz. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 (d) 단계에서, 시편을 주사전자현미경의 챔버 내 스테이지에 장착한 후 1.17 × 10-4 Torr 이하의 고진공을 걸어준 상태에서 관찰하는 것을 특징으로 하는 주사전자현미경을 이용한 막-전극 접합체의 분석 방법.In the step (d), after mounting the specimen on the stage in the chamber of the scanning electron microscope of the membrane-electrode assembly using a scanning electron microscope, characterized in that the observation under a high vacuum of 1.17 × 10 -4 Torr Analytical Method.
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