KR20090072453A - 두 종류의 친수성을 갖는 연료전지용 전극 및 그제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 - Google Patents
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- 유로가 형성된 세퍼레이터에 접하는 기체확산층 및 상기 기체확산층과 전해질막 사이에 개재되는 촉매층을 포함하는 연료전지용 전극에 있어서,친수성이 서로 다른 두 부분을 포함하는 촉매층을 갖는 연료전지용 전극으로서, 상기 촉매층에서 유로에 대향하는 부분이 유로에 대향하지 않는 부분보다 친수성이 높은 연료전지용 전극.
- 제1항에 있어서,상기 촉매층에서 유로에 대향하는 부분은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 TiO2, SiO2, 제올라이트, 지르코니아, 세리아, 산처리 된 세라믹 입자 또는 카본, 친수성 고분자 및 Al2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 친수성 향상제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- 제1항에 있어서,상기 촉매층에서 유로에 대향하지 않는 부분은 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매 및 폴리머 이오노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- 제2항에 있어서,상기 친수성 향상제의 함량은 금속촉매:친수성 향상제 = 1:0.05~1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 금속촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금, 백금-로듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 탄소계 지지체로는 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 폴리머 이오노머는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극.
- (S1) 제 1 촉매층 형성용 잉크 및 친수성 향상제를 포함하는 제 2 촉매층 형성용 잉크를 각각 제조하는 단계; 및(S2) 상기 제 1 촉매층 형성용 잉크 및 제 2 촉매층 형성용 잉크를 각각 잉크젯 방식으로 전해질막 또는 기체확산층에 분사하며, 상기 제 1 촉매층 형성용 잉크는 유로에 대향하지 않는 부분에 분사하고 상기 제 2 촉매층 형성용 잉크를 유로에 대향하는 부분에 분사하여 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제 1 촉매층 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 제 2 촉매층 형성용 잉크는 금속촉매 또는 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매; 폴리머 이오노머; TiO2, SiO2, 제올라이트, 지르코니아, 세리아, 산처리 된 세라믹 입자 또는 카본, 친수성 고분자 및 Al2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 친수성 향상제; 및 용매를 포함하는 것을 특 징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 친수성 향상제의 함량은 금속촉매:친수성 향상제 = 1:0.05~1의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 금속촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금, 백금-로듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 탄소계 지지체로는 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 폴리머 이오노머는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오 로스티렌인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,상기 용매는 물, 부탄올, 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 잉크의 분사는 열처리 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제8항에 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 고분자인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 기체확산층은 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택 되는 도전성 기재, 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
- 전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 형성되며, 각각 촉매층 및 기체확산층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하는 연료전지용 막전극 접합체에 있어서,상기 전극은 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 연료전지용 전극인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극 접합체.
- 하나 또는 둘 이상의 제19항에 따른 막전극 접합체와 상기 막전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택;연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및산화제를 상기 스택으로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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