KR20090053096A - Membrane-electrode assembly for fuel cell and method of producing same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 막-전극 어셈블리는 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 3 내지 30nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 40m2/g인 촉매층을 포함한다. The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method for manufacturing the membrane, wherein the membrane-electrode assembly includes: an anode electrode and a cathode electrode positioned to face each other; And a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, wherein at least one of the anode electrode and the cathode electrode includes pores having an average pore size of 3 to 30 nm, and a specific surface area of 25 to 40 m 2 / g, the catalyst layer.

본 발명의 막-전극 어셈블리는 평균 크기가 큰 기공이 균일하게 형성되어 있어 반응물의 크로스오버를 방지하고 전지 성능을 향상시킬 수 있다.In the membrane-electrode assembly of the present invention, pores having a large average size are uniformly formed, thereby preventing crossover of reactants and improving battery performance.

전극,전사,기공,촉매활용 Electrode, transfer, pore, catalyst utilization

Description

연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 그의 제조 방법{MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND METHOD OF PRODUCING SAME}Membrane-electrode assembly for fuel cell and method for manufacturing same {MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND METHOD OF PRODUCING SAME}

본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평균 크기가 큰 기공이 균일하게 형성되어 있어 반응물의 크로스오버를 방지하고 전지 성능을 향상시킬 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fuel cell membrane having a pore having a large average size uniformly formed to prevent crossover of reactants and improving battery performance. It relates to an electrode assembly.

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.The 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.

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 경우는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)이라 한다. Representative examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a direct oxidation fuel cell (Direct Oxidation Fuel Cell). When methanol is used as a fuel in the direct oxidation fuel cell, it is called a direct methanol fuel cell (DMFC).

상기 고분자 전해질형 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 출력 밀도 및 에너지 전환 효율이 높고, 상온에서 작동이 가능하며 소 형화 및 밀폐화가 가능하므로 무공해 자동차, 가정용 발전 시스템, 이동통신 장비의 휴대용 전원, 군사용 장비 등의 분야에 폭??게 사용이 가능하다.The polymer electrolyte fuel cell is a clean energy source that can replace fossil energy, and has a high power density and energy conversion efficiency, can be operated at room temperature, and can be miniaturized and encapsulated. It can be widely used in fields such as portable power supply of military equipment and military equipment.

상기 고분자 전해질형 연료 전지는 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료 가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.The polymer electrolyte fuel cell has the advantages of high energy density and high output, but requires attention to handling hydrogen gas and reforms fuel for reforming methane, methanol, natural gas, etc. to produce hydrogen, which is 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 특성에 기인하여, 소형 및 범용 이동용 전원으로서 적합한 시스템으로 인정되고 있다. 또한 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 새로운 휴대전원으로 주목받고 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, and thus can be operated at room temperature. It is recognized as a suitable system for small and general purpose mobile power supplies. In addition, the stack configuration by stacking unit cells has the advantage that can produce a wide range of output, it is attracting attention as a new portable power source because it shows an energy density of 4-10 times compared to a small lithium battery.

본 발명의 목적은 평균 입경 크기가 큰 기공을 균일한 분포로 형성시켜 반응물의 크로스오버를 방지하고 전지 성능을 향상시킬 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell that can form pores with a large average particle size in a uniform distribution to prevent crossover of reactants and improve cell performance.

본 발명의 다른 목적은 상기 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the membrane-electrode assembly for a fuel cell.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 3 내지 30nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 40m2/g인 촉매층을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is an anode electrode and a cathode electrode located opposite each other; And a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, wherein at least one of the anode electrode and the cathode electrode includes pores having an average pore size of 3 to 30 nm, and a specific surface area of 25 to 40 m 2 / It provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a catalyst layer that is g.

본 발명은 또한 켑톤(kepton) 이형 기재에 촉매층 조성물을 도포하여 제1 촉매층을 형성하고; 상기 이형 기재의 제1 촉매층과 마주보도록 고분자 전해질 막을 위치시키고; 상기 제1 촉매층과 고분자 전해질 막을 압연하고 상기 압연 생성물에 서 이형 기재를 제거하여 고분자 전해질 막 및 이 고분자 전해질 막에 형성된 제2 촉매층을 형성하고; 상기 제2 촉매층에 전극 기재를 위치시키는 공정을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.The present invention also applies a catalyst layer composition to a kepton release substrate to form a first catalyst layer; Positioning a polymer electrolyte membrane so as to face the first catalyst layer of the release substrate; Rolling the first catalyst layer and the polymer electrolyte membrane and removing a release substrate from the rolled product to form a polymer electrolyte membrane and a second catalyst layer formed on the polymer electrolyte membrane; It provides a method for producing a fuel cell membrane-electrode assembly comprising the step of placing an electrode substrate in the second catalyst layer.

본 발명의 막-전극 어셈블리의 제조 방법은 기공을 균일하게 형성시켜 반응물의 크로스오버를 방지하고 전지 성능을 향상시킬 수 있다.The method of manufacturing the membrane-electrode assembly of the present invention can uniformly form pores to prevent crossover of reactants and improve battery performance.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

연료 전지용 스택이란 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십개 적층된 구조를 말한다. 상기 막-전극 어셈블리는 애노드 전극 및 캐소드 전극과, 이 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다. 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 전극 기재와 이 전극 기재에 형성된 촉매층을 포함한다. 또한 상기 세퍼레이터에는 유로가 형성되어 있어 연료 전지의 반응에 필요한 연료와 산화제를 공급하는 통로의 역할을 한다.The fuel cell stack refers to a structure in which several to tens of unit cells including a membrane-electrode assembly and a separator are stacked. The membrane-electrode assembly includes an anode electrode and a cathode electrode, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. The anode electrode and the cathode electrode include an electrode substrate and a catalyst layer formed on the electrode substrate. In addition, the separator has a flow path, which serves as a passage for supplying fuel and oxidant required for the reaction of the fuel cell.

상기 막-전극 어셈블리를 제조하는 방법 중 하나로 이형 기재에 촉매층 조성물을 코팅한 후, 이형 기재를 코팅층을 전사시킬 고분자 전해질 막에 코팅층이 접촉하도록 위치시킨 후, 압연 등으로 코팅층을 전사하는 방법이 있다.One method of manufacturing the membrane-electrode assembly includes coating a catalyst layer composition on a release substrate, placing the release substrate on a polymer electrolyte membrane for transferring the coating layer, and then transferring the coating layer by rolling or the like. .

그러나 이 방법은 압연 공정에서 약 130℃의 온도로 100kgf/cm2의 압력을 3 내지 5분간 인가하는 공정을 실시함에 따라, 또한, 일반적으로 바코터(bar coater) 공정으로 실시함에 따라 촉매층이 너무 치밀해져 연료 및 산화제의 확산이 어려운 문제가 있었다. However, this method is performed by applying a pressure of 100 kgf / cm 2 at a temperature of about 130 ° C. for 3 to 5 minutes in the rolling process, and generally by a bar coater process. There has been a problem in that the diffusion of fuel and oxidant has become difficult.

본 발명은 이러한 치밀한 촉매층 형성에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 제조 방법으로 형성된 촉매층은 기공이 형성되어 있으며 또한 그 기공이 균일한 분포로 크기가 크게 형성되어 있음에 따라 연료 및 산화제의 반응물이 쉽게 확산될 수 있어 연료 및 산화제를 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 본 발명에서는 기공 크기 및 분포를 적절하게 조절하여, 반응물은 쉽게 확신시키면서, 연료가 크로스오버되는 문제는 일어나지 않도록 하여 성능 향상(mixed potential 감소), 내구성 증가, 연비의 증가 등의 효과가 있다. 또한 연료로 탄화수소 연료와 물을 혼합하여 사용하는 경우 물이 크로스오버되어 캐소드 전극에서 물이 범람(water flooding)하는 문제를 방지할 수 있고 또한 연료 전지 시스템에서 캐소드 전극에서 발생되는 적은 양의 물을 순환시킴으로 인하여 적은 부피의 컨덴서를 사용해도 되므로 연료 전지 시스템의 전체 부피를 감소시킬 수 있다. The present invention is to solve the problems caused by the formation of this dense catalyst layer. That is, as the catalyst layer formed by the production method of the present invention has pores and the pores are large in size with a uniform distribution, the reactants of the fuel and the oxidant can be easily diffused to efficiently use the fuel and the oxidant. Can be. In the present invention, by appropriately adjusting the pore size and distribution, the reactant is easily convinced, and the problem of fuel crossover does not occur, thereby improving performance (reducing mixed potential), increasing durability, and increasing fuel economy. In addition, when a mixture of hydrocarbon fuel and water is used as a fuel, water crossover can be prevented and water flooding can be prevented at the cathode electrode. Also, a small amount of water generated at the cathode electrode in the fuel cell system is prevented. Due to the circulation, a smaller volume of capacitors can be used, thereby reducing the overall volume of the fuel cell system.

이하, 본 발명의 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the manufacturing method of the membrane-electrode assembly of the present invention will be described in detail.

먼저, 폴리이미드 이형 기재에 촉매, 바인더 및 용매를 포함하는 촉매 조성물을 도포하여 제1 촉매층을 형성한다.First, a catalyst composition including a catalyst, a binder, and a solvent is applied to a polyimide release substrate to form a first catalyst layer.

상기 폴리이미드 이형 기재는 상품명 캡톤(kapton)으로 시판되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polyimide release substrate may be one commercially available under the trade name Kapton, but is not limited thereto.

상기 도포 공정은 상기 이형 기재를 가열 플레이트(heating plate) 위에 위치시킨 후 실시하는 것이 도포 및 건조 공정을 동시에 실시할 수 있어서 바람직하다. 상기 가열 플레이트의 온도는 40 내지 50℃가 용매를 빠르게 휘발시키면서 촉매의 물성을 열화시키지 않아 바람직하다. The coating step is preferably performed after placing the release substrate on a heating plate, so that the coating and drying steps can be performed simultaneously. The temperature of the heating plate is preferable because 40 to 50 ° C. rapidly evaporates the solvent and does not deteriorate the physical properties of the catalyst.

상기 촉매로는 연료 전지의 애노드 및 캐소드 전극에 사용되는 것은 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh 및 Ru으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이 금속)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 들 수 있다.The catalyst may be used for both the anode and the cathode of the fuel cell, and representative examples thereof include platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-M alloy (M Silver, at least one transition metal selected from the group consisting of Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh and Ru) The above catalyst is mentioned.

또한 이러한 금속 촉매는 금속 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 흑연, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 볼 또는 활성 탄소 등의 탄소계 물질을 사용할 수도 있고, 또는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소계 물질이 널리 사용되고 있다. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도, 당해 분야에 종사하는 사람들에게 쉽게 이해될 수 있는 내용이다.In addition, such a metal catalyst may be used as the metal catalyst (black) itself, or may be supported on a carrier. As the carrier, carbonaceous materials such as graphite, denka black, ketjen black, acetylene black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanoballs or activated carbon may be used, or alumina, silica, titania, Inorganic fine particles such as zirconia may also be used, but in general, carbon-based materials are widely used. In the case of using the noble metal supported on the carrier as a catalyst, a commercially available commercially available product may be used, or the noble metal supported on the carrier may be prepared and used. Since the process of supporting the precious metal on the carrier is well known in the art, detailed descriptions thereof will be readily understood by those skilled in the art even if the detailed description is omitted.

상기 바인더로는 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 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸[poly(2,2'-m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole] 또는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 중에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 것을 사용할 수 있다. It is preferable to use a polymer resin having hydrogen ion conductivity as the binder, and more preferably have 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 present 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 One or more hydrogen ion conductive polymers selected from ether ketone polymers or polyphenylquinoxaline polymers, more preferably poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), Copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, sulfide polyether ketones, aryl ketones, poly (2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazoles [poly ( 2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole] or poly (2,5-benzimidazole) may be used including one or more hydrogen ion conductive polymers.

상기 수소 이온 전도성 고분자는 측쇄 말단의 양이온 교환기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 촉매 조성물 제조시 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.The hydrogen ion conductive polymer may replace H with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium in a cation exchanger at the side chain terminal. In case of replacing H with Na in the side chain terminal ion exchanger, NaOH is substituted for the preparation of the catalyst composition, and tetrabutylammonium hydroxide is substituted for tetrabutylammonium, and K, Li or Cs may be substituted with appropriate compounds. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

상기 바인더 수지는 단일물 또는 혼합물 형태로 사용가능하며, 또한 선택적으로 고분자 전해질 막과의 접착력을 보다 향상시킬 목적으로 비전도성 고분자와 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 polymer 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 고분자로는 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 및 소르비톨(Sorbitol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것이 보다 바람직하다.Examples of the nonconductive polymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoro alkylvinyl ether copolymer (PFA), and ethylene / tetrafluoro Ethylene / tetrafluoroethylene (ETFE), ethylenechlorotrifluoro-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride, copolymer of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), dode At least one selected from the group consisting of silbenzenesulfonic acid and sorbitol is more preferred.

상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다. As the solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like may be preferably used.

이어서, 연료 전지의 고분자 전해질 막을 상기 제1 촉매층과 마주보도록 위치시킨 후, 압연한다.Next, the polymer electrolyte membrane of the fuel cell is positioned to face the first catalyst layer and then rolled.

상기 압연 공정은 100 내지 140℃의 온도에서, 1 내지 7t(metric ton)의 압력 조건 하에 2 내지 10분간 실시할 수 있다.The rolling process may be performed at a temperature of 100 to 140 ° C. for 2 to 10 minutes under a pressure condition of 1 to 7 t (metric ton).

상기 고분자 전해질 막으로는 일반적으로 연료 전지에서 고분자 전해질 막으로 사용되며, 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지로 제조된 것은 어떠한 것도 사 용할 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 is generally used as a polymer electrolyte membrane in a fuel cell, and any one made of a polymer resin having hydrogen ion conductivity may 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 대표적인 예로는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산)(일반적으로 나피온으로 시판됨), 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] 또는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. Representative examples of the polymer resin include a fluorine polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer and a polyether ketone It may include one or more selected from polymers, polyether-etherketone-based polymers or polyphenylquinoxaline-based polymers, more preferably poly (perfluorosulfonic acid) (generally marketed as Nafion), poly (Perfluorocarboxylic acid), copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfide polyether ketones, aryl ketones, poly (2,2'-m-phenylene)- And at least one selected from 5,5'-bibenzimidazole [poly (2,2'-m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole] or poly (2,5-benzimidazole). .

또한, 이러한 수소 이온 전도성 고분자의 수소 이온 전도성기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 촉매 조성물 제조시 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.In the hydrogen ion conductive group of the hydrogen ion conductive polymer, H may be substituted with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium. In case of replacing H with Na in the side chain terminal ion exchanger, NaOH is substituted for the preparation of the catalyst composition, and tetrabutylammonium hydroxide is substituted for tetrabutylammonium, and K, Li or Cs may be substituted with appropriate compounds. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

얻어진 압연 생성물에서 이형 기재를 이형 기재를 제거한다. 이 공정에 따 라 이형 기재에 형성된 촉매층이 고분자 전해질 막으로 전사되어, 연료 전지용 막-전극 어셈블리가 제조된다. 상기 촉매층에 전극 기재를 위치시키는 통상의 공정을 더욱 실시할 수도 있다.The release substrate is removed from the obtained rolled product. According to this process, the catalyst layer formed on the release substrate is transferred to the polymer electrolyte membrane, thereby producing a fuel cell membrane-electrode assembly. The usual step of placing the electrode substrate in the catalyst layer may be further performed.

본 발명에서, 상기 촉매층은 3 내지 30nm, 바람직하게는 3 내지 11nm 크기의 기공을 갖는다. 이와 같이 본 발명의 촉매층은 압연 공정 전후, 즉 전사 공정 전후에 동일한 크기의 기공을 갖는다. 따라서, 종래 전사 방법으로 형성되는 촉매층의 경우 매우 치밀하여 거의 기공이 형성되지 않거나 형성된다 하더라도 그 크기가 약 4nm로서 너무 작아 반응물의 확산이 거이 이루어지지 않는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 본 발명의 촉매층은 반응물이 너무 과도하게 이동하는 크로스오버를 효과적으로 방지할 수 있으면서도 반응물의 확산을 용이하게 할 수 있는 최적의 기공 크기를 갖는 것이다.In the present invention, the catalyst layer has pores of 3 to 30nm, preferably 3 to 11nm size. As such, the catalyst layer of the present invention has pores of the same size before and after the rolling process, that is, before and after the transfer process. Therefore, the catalyst layer formed by the conventional transfer method is very dense, even if almost no pores are formed or formed, the size is about 4nm is too small to solve the problem that the diffusion of the reaction is hardly made. That is, the catalyst layer of the present invention has an optimum pore size that can effectively prevent crossovers in which the reactants are excessively moved, while facilitating the diffusion of the reactants.

이때 상기 형성된 촉매층의 두께는 10 내지 13㎛가 바람직하다. 촉매층의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 전극 내의 저항이 증가하여, 전지 성능이 저하되어 바람직하지 않다. 또한 촉매층은 매우 균일하게 형성된다. 이는 종래 촉매 조성물을 전극 기재에 직접 코팅하여 형성시키는 방법(CCS: Catalyst Coated Substrate)이 기공은 크게 형성시킬 수 있으나 촉매층이 불균일하게 형성됨에 따른 문제를 해결할 수 있다.At this time, the thickness of the formed catalyst layer is preferably 10 to 13㎛. If the thickness of the catalyst layer is out of the above range, the resistance in the electrode is increased and the battery performance is lowered, which is not preferable. In addition, the catalyst layer is formed very uniformly. This is because the conventional method for coating the catalyst composition directly on the electrode substrate (CCS: Catalyst Coated Substrate) can form large pores, but can solve the problem caused by the non-uniformly formed catalyst layer.

상기 전극 기재는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 연료 및 산화제를 확산시켜 촉매층으로 연료 및 산화제가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 상기 전극 기재로는 도전성 기재를 사용하며 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 또는 금속천(섬유 상태의 금속으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode substrate plays a role of supporting the electrode and diffuses the fuel and the oxidant to the catalyst layer, thereby serving to easily access the fuel and the oxidant to the catalyst layer. The electrode substrate is a conductive substrate, and representative examples thereof include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth (porous film or polymer fiber composed of metal in a fibrous state). The metal film is formed on the surface of the formed cloth) may be used, but is not limited thereto.

또한 상기 전극 기재는 불소 계열 수지로 발수 처리한 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 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 코폴리머를 사용할 수 있다. In addition, it is preferable to use a water-repellent treatment with a fluorine-based resin as the electrode base material because it can prevent the reactant diffusion efficiency from being lowered by water generated when the fuel cell is driven. 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.

또한, 상기 전극 기재에서의 반응물 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 이 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본 파이버, 플러렌(fullerene), 카본 나노 튜브, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼(carbon nano-horn) 또는 카본 나노 링(carbon nano ring)을 포함할 수 있다. In addition, a microporous layer may be further included to enhance the reactant diffusion effect 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.

상기 미세 기공층은 도전성 분말, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 전극 기재에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르, 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드, 알콕시비닐 에테르, 폴리비닐알 코올, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅 공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The microporous layer is prepared by coating a composition comprising a conductive powder, a binder resin and a solvent on the electrode substrate. The binder resin may be polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, polyperfluorosulfonyl fluoride, alkoxy vinyl ether, polyvinyl alcohol, cellulose Acetate and the like can be preferably used. As the solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, and the like, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like can be preferably used. The coating process may be screen printing, spray coating, or coating using a doctor blade according to the viscosity of the composition, but is not limited thereto.

상술한 공정으로 제조된 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고, 이 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다.The membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention manufactured by the above-described process includes an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite each other, and includes a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode.

이때, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 3 내지 30nm의 평균 기공 크기를 갖는 기공이 형성되어 있고, 또한 그 비표면적이 25 내지 40m2/g인 촉매층을 포함한다. 보다 바람직한 평균 기공 크기는 3 내지 11nm이고, 보다 바람직한 비표면적은 25 내지 30m2/g이다. 상기 평균 기공을 갖는 기공 및 비표면적을 갖는 촉매층은 반응물이 너무 과도하게 이동하는 크로스오버를 효과적으로 방지할 수 있으면서도 반응물의 확산을 용이하게 할 수 있다.In this case, at least one of the anode electrode and the cathode electrode includes a catalyst layer having pores having an average pore size of 3 to 30 nm and a specific surface area of 25 to 40 m 2 / g. More preferred average pore size is 3 to 11 nm and more preferred specific surface area is 25 to 30 m 2 / g. The catalyst layer having the average pore and the specific surface area can facilitate the diffusion of the reactant while effectively preventing the crossover of the reactant from moving excessively.

이와 같이, 본 발명의 촉매층은 평균 입경 크기가 3 내지 30nm가 균일하게 형성되어 있어, 종래 촉매 조성물을 전극 기재에 직접 코팅하여 형성시키는 방법(CCS: Catalyst Coated Substrate)으로 형성되는 평균 입경 크기 10 내지 50nm에 비하여 기공 분포도가 좁으므로, 넓은 기공 분포도에 따른 촉매층이 불균일하게 형 성됨에 따른 문제를 해결할 수 있다.As such, the catalyst layer of the present invention has an average particle size of 3 to 30 nm uniformly, and the average particle size of 10 to 10 is formed by a method of coating a conventional catalyst composition directly on an electrode substrate (CCS: Catalyst Coated Substrate). Since the pore distribution is narrower than that of 50 nm, it is possible to solve the problem that the catalyst layer is formed nonuniformly according to the wide pore distribution.

또한, 촉매층을 고분자 전해질 막에 형성시키는 방법(CCM: Catalyst Coated Membrane), 일반적으로 전사 방법으로 형성되는 방법으로는 거의 4nm 정도의 기공으로만 형성되어 있어, 기공 크기가 너무 작아 반응물이 거의 확산되지 않아 전지 출력이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.In addition, a method of forming a catalyst layer on a polymer electrolyte membrane (CCM: Catalyst Coated Membrane), which is generally formed by a transfer method, is formed with only about 4 nm of pores, so that the pore size is so small that the reactants hardly diffuse. This can solve the problem that the battery output is lowered.

또한, 본 발명의 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다.In addition, the fuel cell system of the present invention includes at least one electricity generating portion, a fuel supply portion and an oxidant supply portion.

상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터(바이폴라 플레이트라고도 함)을 포함한다. 상기 막-전극 어셈블리는 고분자 전해질 막과 이 고분자 전해질 막 양면에 존재하는 캐소드 및 애노드 전극을 포함한다. 상기 전기 발생부는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The electricity generating portion includes a membrane-electrode assembly and a separator (also called bipolar plate). The membrane-electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane and cathode and anode electrodes existing on both sides of the polymer electrolyte membrane. The electricity generation unit serves to generate electricity through the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of the oxidant.

상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산소 또는 공기와 같은 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The fuel supply unit serves to supply fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit serves to supply an oxidant such as oxygen or air to the electricity generation unit.

본 발명에서 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 연료의 대표적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연 가스를 들 수 있다.In the present invention, the fuel may include hydrogen or hydrocarbon fuel in gas or liquid state. Representative examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 1에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1에 나타낸 구조는 연료 및 산화 제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않는 확산 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.A schematic structure of the fuel cell system of the present invention is shown in FIG. 1, which will be described in more detail with reference to the following. Although the structure shown in FIG. 1 shows a system for supplying fuel and oxidant to an electric generator using a pump, the fuel cell system of the present invention is not limited to such a structure, and a fuel using a diffusion method without using a pump is shown. Of course, it can also be used in the battery system structure.

본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 1에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1에 나타낸 구조는 연료 및 산화제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않는 확산 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.A schematic structure of the fuel cell system of the present invention is shown in FIG. 1, which will be described in more detail with reference to the following. Although the structure shown in FIG. 1 shows a system for supplying fuel and oxidant to an electric generator using a pump, the fuel cell system of the present invention is not limited to such a structure, and a fuel cell using a diffusion method without using a pump is shown. Of course, it can also be used for system architecture.

본 발명의 연료 전지 시스템(1)은 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(3)와, 상기한 연료를 공급하는 연료 공급부(5)와, 산화제를 상기 전기 발생부(3)로 공급하는 산화제 공급부(7)를 포함하여 구성된다.The fuel cell system 1 of the present invention includes at least one electricity generation unit 3 for generating electrical energy through an oxidation reaction of a fuel and a reduction reaction of an oxidant, a fuel supply unit 5 for supplying the fuel, And an oxidant supply unit 7 for supplying an oxidant to the electricity generation unit 3.

또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급부(5)는 연료를 저장하는 연료 탱크(9), 연료 탱크(9)에 연결 설치되는 연료 펌프(11)를 구비할 수 있다. 상기한 연료 펌프(11)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(9)에 저장된 연료를 배출시키는 기능을 하게 된다.In addition, the fuel supply unit 5 for supplying the fuel may include a fuel tank 9 storing fuel and a fuel pump 11 connected to the fuel tank 9. The fuel pump 11 serves to discharge the fuel stored in the fuel tank 9 by a predetermined pumping force.

상기 전기 발생부(3)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(7)는 소정의 펌핑력으로 산화제를 흡입하는 적어도 하나의 산화제 펌프(13)를 구비한다.The oxidant supply unit 7 for supplying the oxidant to the electricity generating unit 3 includes at least one oxidant pump 13 for sucking the oxidant with a predetermined pumping force.

상기 전기 발생부(3)는 연료와 산화제를 산화 및 환원 반응시키는 막-전극 어셈블리(17)와 이 막-전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 세퍼레이터(19,19')로 구성되며, 이러한 전기 발생부(17)가 적어도 하나 모여 스택(15)을 구성한다. The electricity generator 3 is composed of a membrane-electrode assembly 17 for oxidizing and reducing a fuel and an oxidant, and a separator 19 and 19 'for supplying fuel and an oxidant to both sides of the membrane-electrode assembly. At least one of these electricity generating units 17 constitutes a stack 15.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 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)

45℃ 가열 플레이트에 위치한 켑톤 이형 필름에 탄소 담체에 담지된 Pt-Ru 촉매, 퍼플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 포함하는 애노드 촉매 조성물을 도포하여 애노드 촉매층을 형성하였다. 이때, 상기 촉매 및 바인더의 혼합 비율은 93 : 7 중량%로 하였다. 상기 애노드 촉매층의 촉매 담지량(loading)은 6mg/cm2였다.An anode catalyst layer was formed by applying an anode catalyst composition comprising a Pt-Ru catalyst, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder, and an isopropyl alcohol solvent, supported on a Cettone release film placed on a 45 ° C. heating plate. . At this time, the mixing ratio of the catalyst and the binder was 93: 7 wt%. The catalyst loading of the anode catalyst layer was 6 mg / cm 2 .

탄소 담체에 담지된 Pt 촉매, 퍼플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 혼합하여 캐소드 촉매 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 촉매, 바인더 및 용매의 혼합 비율은 93 : 7 중량%로 하였다. 상기 캐소드 촉매 조성물을 탄소지 전극 기재(SGL사 10DA)에 도포하여 캐소드 전극을 제조하였다.A cathode catalyst composition was prepared by mixing a Pt catalyst, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder, and an isopropyl alcohol solvent supported on a carbon carrier. At this time, the mixing ratio of the catalyst, the binder and the solvent was 93: 7 wt%. The cathode catalyst composition was applied to a carbon paper electrode substrate (10DA of SGL Corporation) to prepare a cathode.

이어서, 상업용 Nafion 115(퍼플루오로설폰산) 고분자 전해질 막과 상기 이 형 필름을 상기 애노드 촉매층이 고분자 전해질 막 쪽으로 위치하도록 마주보게 위치시킨 후, 135℃의 온도에서 6.5톤(metric ton)의 압력으로 10분간 압연하여 고분자 전해질 막의 일면에 애노드 촉매층이 전사되도록 하였다. 고분자 전해질 막과 접하지 않는 애노드 촉매층에 카본지 전극 기재(SGL사 10AA)를 위치시키고, 상기 캐소드 전극을 애노드 촉매층이 전사되지 않은 고분자 전해질의 다른 일면에 위치시킨 후, 125℃의 온도에서 2톤(metric ton)의 압력으로 3분간 핫-프레싱하여, 막-전극 어셈블리인, 단위 전지를 제조하였다.Subsequently, a commercial Nafion 115 (perfluorosulfonic acid) polymer electrolyte membrane and the release film were positioned to face the anode catalyst layer toward the polymer electrolyte membrane, followed by a pressure of 6.5 tons at a temperature of 135 ° C. After rolling for 10 minutes, the anode catalyst layer was transferred to one surface of the polymer electrolyte membrane. The carbon electrode base (10 GL) was placed on the anode catalyst layer not in contact with the polymer electrolyte membrane, and the cathode was placed on the other side of the polymer electrolyte to which the anode catalyst layer was not transferred. The unit cell, which is a membrane-electrode assembly, was prepared by hot-pressing at a pressure of metric ton for 3 minutes.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

탄소 담체에 담지된 Pt-Ru 촉매, 퍼플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 포함하는 촉매 조성물을 카본지 전극 기재(SGL사 10AA)에 도포하여 애노드 전극을 제조하였다. 촉매층을 형성하였다. 이때, 상기 촉매 및 바인더의 혼합 비율은 93: 7 중량%로 하였다.An anode electrode was prepared by applying a catalyst composition comprising a Pt-Ru catalyst supported on a carbon carrier, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder, and an isopropyl alcohol solvent to a carbon paper electrode base (10 GL). A catalyst layer was formed. At this time, the mixing ratio of the catalyst and the binder was 93: 7 wt%.

탄소 담체에 담지된 Pt 촉매, 퍼플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 포함하는 촉매 조성물을 카본지 전극 기재(SGL사 10DA)에 도포하여 캐소드 전극을 제조하였다. 이때, 상기 촉매 및 바인더의 혼합 비율은 93 : 7 중량%로 하였다.A cathode electrode was prepared by applying a catalyst composition comprising a Pt catalyst supported on a carbon carrier, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder, and an isopropyl alcohol solvent to a carbon paper electrode substrate (10DA of SGL). At this time, the mixing ratio of the catalyst and the binder was 93: 7 wt%.

상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극과 상기 실시예 1에서 사용한 고분자 전해질 막을 이용하여 막-전극 어셈블리인, 단위 전지를 제조하였다.A unit cell, which is a membrane-electrode assembly, was manufactured using the anode electrode, the cathode electrode, and the polymer electrolyte membrane used in Example 1.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

폴리테트라플루오로에틸렌 이형 필름에 탄소 담체에 담지된 Pt-Ru 촉매, 퍼 플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 포함하는 애노드 촉매 조성물을 도포하여 애노드 촉매층을 형성하였다. 이때, 상기 촉매, 바인더 및 용매의 혼합 비율은 93 : 7 중량%로 하였다.An anode catalyst layer was applied to a polytetrafluoroethylene release film by applying an anode catalyst composition comprising a Pt-Ru catalyst supported on a carbon carrier, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder, and an isopropyl alcohol solvent. At this time, the mixing ratio of the catalyst, the binder and the solvent was 93: 7 wt%.

폴리테트라플루오로에틸렌 이형 필름에 탄소 담체에 담지된 Pt 촉매, 퍼플루오로설포네이트(상품명: Nafion) 바인더 및 이소프로필 알코올 용매를 포함하는 캐소드 촉매 조성물을 도포하여 캐소드 촉매층을 형성하였다. 이때, 상기 촉매 및 바인더의 혼합 비율은 93 : 7 중량%로 하였다.To the polytetrafluoroethylene release film was applied a cathode catalyst composition comprising a Pt catalyst, a perfluorosulfonate (trade name: Nafion) binder and an isopropyl alcohol solvent supported on a carbon carrier to form a cathode catalyst layer. At this time, the mixing ratio of the catalyst and the binder was 93: 7 wt%.

이어서, 상업용 Nafion 115(퍼플루오로설폰산) 고분자 전해질 막의 양면에 상기 애노드 촉매층 및 캐소드 촉매층이 접하게 위치시킨 후, 125℃의 온도에서 2톤(metric ton)의 압력으로 3분간 핫-프레싱하여 애노드 촉매층 및 캐소드 촉매층을 상기 고분자 전해질 막으로 전사시킨 후, 고분자 전해질 막과 접하지 않는 양면에 전극 기재(애노드 SGL사 10AA, 캐소드 SGL사 10DA)를 위치시켜 막-전극 어셈블리인, 단위 전지를 제조하였다.Subsequently, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer were placed on both sides of a commercial Nafion 115 (perfluorosulfonic acid) polymer electrolyte membrane, followed by hot-pressing for 3 minutes at a pressure of 2 tons (metric ton) at a temperature of 125 ° C. After the catalyst layer and the cathode catalyst layer were transferred to the polymer electrolyte membrane, an electrode substrate (anode SGL 10AA, cathode SGL 10DA) was placed on both surfaces not in contact with the polymer electrolyte membrane to prepare a unit cell as a membrane-electrode assembly. .

상기 비교예 1에 따라 제조된 전지를 연료로 1M 메탄올을 사용하여 50℃에서0.4V로 10일간 작동시킨 후, 매일 출력 밀도를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한 4일째되는 날에는 60℃ 및 70℃(도 2에서 각각 출력 밀도 71mW/cm2 및 87mW/cm2)에서도 각각 측정하여 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 것과 같이, 10일간 작동시킨 후의 출력 밀도는 3일간 작동시킨 후 얻어지는 출력 밀도에서 약 9%가 감소되었음을 알 수 있다.The cell prepared according to Comparative Example 1 was operated at 0.4V at 50 ° C. for 10 days using 1M methanol as fuel, and then the daily output density was measured. The results are shown in FIG. 2. In addition, on day 4, measurements were also performed at 60 ° C. and 70 ° C. (output densities 71 mW / cm 2 and 87 mW / cm 2 in FIG. 2, respectively). As shown in FIG. 2, it can be seen that the output density after operating for 10 days is reduced by about 9% in the output density obtained after operating for 3 days.

아울러, 상기 실시예 1에 따라 제조된 단위 전지 10개를 1M 메탄올 연료를 사용하여 50℃에서 0.4V로 7일간 작동시킨 후, 매일 출력 밀도를 측정하여 그 결과를 도 3에 1, 2. 10으로 각각 나타내었다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 연료 전지는 여러 번 실험하여도 균일한 성능을 나타내고 있으므로 신뢰성이 우수한 전지임을 알 수 있다.In addition, 10 unit cells prepared according to Example 1 were operated at 0.4V at 50 ° C. for 7 days using 1M methanol fuel, and then the daily output density was measured. The results are shown in FIGS. Respectively. As shown in FIG. 3, the fuel cell of Example 1 exhibits uniform performance even after several experiments, and it can be seen that the battery has excellent reliability.

도 3에 나타낸 번호 1 내지 10의 전지에 대한 IV 특성 및 CV 특성(정전압에서 전류 밀도 측정)을 측정하여 그 결과를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다. 도 4 및 도 5에 나타낸 것과 같이, 번호 1 내지 10의 전지 결과가 매우 유사하게 나타났으므로, 실시예 1의 연료 전지는 균일한 결과가 얻어진다는 신뢰성을 확실하게 알 수 있다.IV characteristics and CV characteristics (current density measurement at constant voltage) of the batteries of numbers 1 to 10 shown in FIG. 3 were measured, and the results are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. As shown in Figs. 4 and 5, the cell results of Nos. 1 to 10 appeared very similarly, so that the fuel cell of Example 1 can reliably know that a uniform result is obtained.

번호 3, 6, 8 및 10의 전지를 1M 메탄올 연료를 사용하여 50℃에서 0.4V로 13일간 작동시킨 후, 매일 출력 밀도를 측정하여 그 결과를 도 6에 각각 나타내었다. 이 결과로부터 성능 저하율(Performance Decay Rate: PDR)을 측정하여, 장시간 사용시 성능 저하율을 알아보았다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 번호 6, 8 및 10의 전지는 성능이 저하되지 않고 오히려 향상되었음을 알 수 있다(성능 저하율이므로, "-"값은 성능이 오히려 향상됨을 의미함). 또한 번호 3의 전지는 성능이 4.2% 정도 감소되었으나, 이는 도 2에 나타낸 비교예 1의 전지의 경우 약 9% 성능 감소에 비하면 매우 낮은 값이다. 따라서, 실시예 1의 연료 전지는 장시간 사용시 성능이 저하되지 않으므로 장시간 사용이 가능함을 알 수 있다.The cells of Nos. 3, 6, 8, and 10 were operated for 13 days at 0.4V at 50 ° C using 1M methanol fuel, and then the daily power densities were measured and the results are shown in Fig. 6, respectively. From this result, the performance decay rate (PDR) was measured, and the performance deterioration rate during long time use was determined. As shown in Fig. 6, it can be seen that the batteries of Nos. 6, 8, and 10 of Example 1 did not deteriorate, but rather improved (because of the deterioration rate, the value "-" means that the performance rather improved). In addition, the battery of No. 3 had a decrease in performance by about 4.2%, which is very low compared to the reduction of about 9% in the case of the battery of Comparative Example 1 shown in FIG. 2. Therefore, it can be seen that the fuel cell of Example 1 can be used for a long time because its performance does not decrease when used for a long time.

상기 실시예 1에 따라 제조된 두 개의 전지(번호 11 및 12)의 전지에 대하여 고온에서의 경시 변화를 관찰하기 위한 실험을 실시하였다. 즉, 번호 11 및 12의 전지를 3일간 50℃에서 출력 밀도를 측정하고, 4일째부터는 50℃, 60℃ 및 70℃의 출력 밀도를 하루동안 모두 측정하는 실험을 실시하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타낸 것과 같이, 고온(70℃)에서 9일간 작동시켜도 출력 밀도 저하가 거의 없음을 알 수 있다.Experiments for observing changes over time at high temperatures were performed on the cells of two batteries (No. 11 and 12) prepared according to Example 1 above. That is, the batteries of Nos. 11 and 12 were measured at 50 ° C. for 3 days, and from Day 4, the experiments were performed to measure the output densities of 50 ° C., 60 ° C., and 70 ° C. for one day, and the results are shown in FIG. 7. Indicated. As shown in Fig. 7, it can be seen that there is almost no decrease in the output density even when operating at high temperature (70 ° C) for 9 days.

이에 대하여 비교예 2의 전지를 실시예 1과 동일하게 고온에서의 경시 변화를 관찰하기 위한 실험을 실시하여 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타낸 것과 같이, 고온에서는 작동 시간이 지날수록 출력 밀도가 저하됨을 알 수 있다.On the other hand, the battery of Comparative Example 2 was tested in the same manner as in Example 1 to observe the change over time at high temperature, and is shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, it can be seen that the output density decreases as the operating time passes at a high temperature.

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 단위 전지의 메탄올 크로스오버, 물 크로스오버 및 메탄올 전류 전환율(methanol-electricity conversion)을 측정하여 그 결과를 도 9에 각각 나타내었다. 도 9에 나타낸 결과는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 방법으로 각각 전지를 10개씩 제조한 후, 그 전지로 각각 메탄올 크로스오버, 물 크로스오버 및 메탄올 전류 전환율 실험을 모두 실시하여 그 최대값과 최소값을 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 것과 같이, 실시예 1에 따라 제조된 단위 전지의 경우 메탄올 크로스오버는 최대값, 최소값 모두 비교예 2와는 동등 수준을 보이나, 비교예 1보다는 20 내지 30% 감소하였으며, 물 크로스오버는 비교예 1 및 2에 비하여 현저하게 감소되었음을 알 수 있다. 또한, 메탄올 전류 전환율은 비교예 1 및 2에 비하여 향상되었으며, 특히 비교예 1에 비하여 약 40% 향상되었으므로 적은 양의 연료를 사용하고도 높은 출력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.Methanol crossover, water crossover and methanol-electricity conversion of unit cells prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the results are shown in FIG. 9. The results shown in FIG. 9 show that 10 cells were produced by the method of Example 1, Comparative Examples 1 and 2, respectively, and then the methanol crossover, water crossover, and methanol current conversion experiments were respectively performed on the cells, and the maximum values thereof were obtained. And the minimum value. As shown in FIG. 9, in the unit cell manufactured according to Example 1, the methanol crossover showed the same level as that of Comparative Example 2 in both the maximum value and the minimum value, but was reduced by 20 to 30% compared to that of Comparative Example 1, and the water crossover It can be seen that is significantly reduced compared to Comparative Examples 1 and 2. In addition, the methanol current conversion was improved compared to Comparative Examples 1 and 2, and in particular about 40% compared to Comparative Example 1, it can be seen that a high output can be obtained even using a small amount of fuel.

아울러, 실시예 1의 애노드 전극의 촉매층의 표면적을 알아보기 위한 질소 흡착 실험을 실시하여, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 또한, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 애노드 전극의 촉매층의 기공 크기 분포를 알아보기 위한 질소 흡착 실험을 실시하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 질소 흡착 실험은 45℃ 캡톤 필름 40cm2에 실시예 1에서 제조된 애노드 촉매 조성물을 6mg/cm2의 양으로 도포하여 촉매층을 제조한 후, 핫-프레싱한 후, 질소 흡착을 측정하는 시험관에 넣고, 120℃에서 건조하여 수분을 제거한 후, ASAP2010 방법으로 실시하였다.In addition, a nitrogen adsorption experiment was conducted to determine the surface area of the catalyst layer of the anode electrode of Example 1, and the results are shown in FIG. 10. In addition, nitrogen adsorption experiments were conducted to determine the pore size distribution of the catalyst layers of the anode electrodes of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and the results are shown in FIG. 11. Nitrogen adsorption tests were prepared a catalyst layer by applying an anode catalyst composition prepared in Example 1 in 45 ℃ Kapton film, 40cm 2 in an amount of 6mg / cm 2, the hot-after pressing, into a test-tube to measure the nitrogen adsorption After drying at 120 ° C to remove moisture, it was carried out by the ASAP2010 method.

도 10에서 CCFL Ads(adsorption)는 촉매층에 압력을 인가하면서 흡착량을 측정한 것이고, CCFL Des(desorption)은 촉매층으로부터 압력을 제거하면서 흡착량을 측정한 것이다. 도 10에 나타낸 것과 같이, 비표면적이 거의 30.97m2/g임을 알 수 있다. 또한 도 11에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 경우 형성된 기공은 약 3 내지 11nm의 범위에서 거의 분포하고 있으나, 이에 대하여 비교예 1의 경우에는 10 내지 50nm 범위로 분포하고, 비교예 2의 경우에는 거의 4nm로 분포하고 있음을 알 수 있다.In FIG. 10, CCFL Ads (adsorption) is a measure of adsorption while applying pressure to the catalyst bed, and CCFL Des (desorption) is a measure of adsorption while removing pressure from the catalyst bed. As shown in FIG. 10, it can be seen that the specific surface area is almost 30.97 m 2 / g. In addition, as shown in FIG. 11, the pores formed in Example 1 were almost distributed in the range of about 3 to 11 nm, whereas in Comparative Example 1, the pores were distributed in the range of 10 to 50 nm, and in the case of Comparative Example 2 It can be seen that the distribution is almost 4nm.

도 10에 나타낸 실시예 1의 비표면적 및 도 11에 나타낸 기공 크기를 정리하여 하기 표 1에 나타내었으며, 또한 비교예 1 및 2에 대하여도 실시예 1과 동일하게 질소 흡착 실험을 실시하여 비표면적을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 아울러, 실시예 1, 비교예 1 및 2의 기공 부피도 하기 표 1에 나타내었다.The specific surface area of Example 1 shown in FIG. 10 and the pore size shown in FIG. 11 are summarized in Table 1 below. Also, Comparative Examples 1 and 2 were subjected to nitrogen adsorption experiments in the same manner as in Example 1, and thus the specific surface area. The results are shown in Table 1 below. In addition, the pore volumes of Example 1, Comparative Examples 1 and 2 are also shown in Table 1 below.

비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 실시예 1Example 1 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 3.423.42 19.2119.21 30.9730.97 기공 부피(cm3/g)Pore Volume (cm 3 / g) 0.01280.0128 0.02080.0208 0.04540.0454 기공 크기(nm)Pore size (nm) 10-5010-50 44 3-113-11

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 애노드 촉매층은 비표면적이 크고, 특히 비교예 1에 비하여 비표면적이 매우 크므로, 반응할 수 있는 면적이 넓어, 연료 전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 예측할 수 있다. 또한, 3 내지 11nm의 기공이 분포하고 있어, 실시예 1에 따라 제조되는 애노드 촉매층은 기공 크기가 3 내지 11nm로서, 비교예 2에 비하면 기공 크기가 커서 반응물 확산이 용이할 것을 예측할 수 있다.As shown in Table 1, the anode catalyst layer of Example 1 has a large specific surface area, and in particular, the specific surface area is very large as compared with Comparative Example 1, so that the reaction area is large, so that the performance of the fuel cell can be improved. Can be predicted. In addition, since the pores of 3 to 11nm are distributed, the anode catalyst layer prepared according to Example 1 has a pore size of 3 to 11nm, and the pore size is larger than that of Comparative Example 2, so that it is easy to predict the diffusion of reactants.

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.

도 1은 연료 전지 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.1 schematically illustrates the structure of a fuel cell system;

도 2는 비교예 1에 따라 제조된 전지를 연료로 1M 메탄올을 사용하여 50℃에서 0.4V로 10일간 작동시킨 후, 출력 밀도를 측정하여 나타낸 그래프.FIG. 2 is a graph showing the output density after measuring a cell prepared according to Comparative Example 1 using 0.4 M fuel at 10 ° C. for 10 days using 1 M methanol as fuel.

도 3은 본 발명의 상기 실시예 1에 따라 제조된 단위 전지를 1M 메탄올연료를 사용하여 50℃에서 0.4V로 작동시킨 후, 출력 밀도를 측정하여 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the unit cell prepared according to Example 1 of the present invention after operating the 0.4V at 50 ℃ using 1M methanol fuel, measuring the output density.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 단위 전지에 대한 IV 특정을측정하여 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the measurement of IV specific for the unit cell prepared according to Example 1 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 단위 전지에 대한 CV 특성을측정하여 나타낸 그래프. Figure 5 is a graph showing the measured CV characteristics for the unit cell prepared according to Example 1 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전지의 성능 저하율을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the performance degradation rate of the battery prepared according to Example 1 of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전지의 고온 경시 변화를 알아보기 위한 그래프.7 is a graph for checking the change over time of the high temperature of the battery prepared according to Example 1 of the present invention.

도 8은 비교예 2에 따라 제조된 전지의 고온 경시 변화를 알아보기 위한 그래프.8 is a graph for determining the change over time of the high temperature of the battery prepared according to Comparative Example 2.

도 9는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 단위 전지의 메탄올 크로스오버, 물 크로스오버 및 메탄올 전류 전환율(methanol-electricity conversion)을 측정하여 나타낸 그래프.FIG. 9 is a graph showing methanol crossover, water crossover, and methanol-electricity conversion of unit cells prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 1의 애노드 전극의 촉매층의 표면적을 측정하여 나타낸 그래프.10 is a graph showing the measurement of the surface area of the catalyst layer of the anode electrode of Example 1 of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 2의 애노드 전극의 촉매층의 기공 크기 분포를 측정하여 나타낸 그래프.11 is a graph showing the pore size distribution of the catalyst layers of the anode electrodes of Example 1, Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.

Claims (10)

서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극; 및An anode electrode and a cathode electrode located opposite each other; And 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고,A polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 At least one of the anode electrode and the cathode electrode 3 내지 30nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 40m2/g인 촉매층을 포함하는 것인It includes pores having an average pore size of 3 to 30nm, comprising a catalyst layer having a specific surface area of 25 to 40m 2 / g 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Membrane-electrode assembly for fuel cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매층은 3 내지 11nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 35m2/g인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The catalyst layer comprises a pore having an average pore size of 3 to 11nm, the specific surface area of the membrane-electrode assembly for a fuel cell is 25 to 35m 2 / g. 폴리이미드 이형 기재에 촉매층 조성물을 도포하여 촉매층을 형성하고;Applying a catalyst layer composition to a polyimide release substrate to form a catalyst layer; 상기 이형 기재의 촉매층과 마주보도록 고분자 전해질 막을 위치시키고;Positioning the polymer electrolyte membrane so as to face the catalyst layer of the release substrate; 상기 촉매층과 고분자 전해질 막을 압연하고;Rolling the catalyst layer and the polymer electrolyte membrane; 상기 압연 생성물에서 이형 기재를 제거하여 상기 촉매층을 상기 고분자전해질 막으로 전사시키는 Removing the release substrate from the rolled product to transfer the catalyst layer to the polymer electrolyte membrane 공정을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a step. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 촉매층은 3 내지 30nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공이 형성되고, 비표면적이 25 내지 40m2/g인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The catalyst layer has a pore having an average pore size of 3 to 30nm is formed, the specific surface area of 25 to 40m 2 / g manufacturing method of a fuel cell membrane electrode assembly. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 촉매층 형성 공정은 상기 이형 기재를 가열 플레이트에 위치시킨 후, 실시하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.And the first catalyst layer forming step is performed after the release substrate is placed on a heating plate. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 가열 플레이트의 온도는 40 내지 50℃인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The temperature of the heating plate is a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 압연 공정은 100 내지 140℃의 온도에서, 1 내지 7t(metric ton)의 압력 조건 하에 2 내지 10분간 실시하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The rolling process is a method for producing a fuel cell membrane-electrode assembly for 2 to 10 minutes at a temperature of 100 to 140 ℃ under a pressure condition of 1 to 7 t (metric ton). 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 촉매층은 10 내지 13㎛의 두께를 갖는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The catalyst layer is a method of producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell having a thickness of 10 to 13㎛. 막-전극 어셈블리를 포함하는 전기 발생부;An electricity generator including a membrane-electrode assembly; 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및A fuel supply unit supplying fuel to the electricity generation unit; And 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부Oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generating unit 를 포함하는 연료 전지 시스템으로서,A fuel cell system comprising: 상기 막-전극 어셈블리는, 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고,The membrane-electrode assembly includes an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite to each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 At least one of the anode electrode and the cathode electrode 3 내지 30nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 40m2/g인 촉매층을 포함하는 것인 연료 전지 시스템.A fuel cell system comprising pores having an average pore size of 3 to 30 nm and comprising a catalyst layer having a specific surface area of 25 to 40 m 2 / g. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 촉매층은 3 내지 11nm의 평균 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함하며, 비표면적이 25 내지 35m2/g인 것인 연료 전지 시스템.Wherein the catalyst layer comprises pores having an average pore size of 3 to 11 nm and has a specific surface area of 25 to 35 m 2 / g.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160118590A (en) * 2015-04-02 2016-10-12 주식회사 동진쎄미켐 Membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising the same

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