KR20110078903A - Direct methanol fuel cell having micro-perforated carbon papers as diffusion layers - Google Patents

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이대근
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백동현
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한국에너지기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A direct methanol fuel cell including a carbon paper diffusion layer having micropores is provided to maximize the output and efficiency of a battery by rapidly discharging by-products and smoothing the supply of fuel and oxidizing agents by forming micropores on a carbon paper constituting a diffusion layer. CONSTITUTION: A direct methanol fuel cell including a carbon paper diffusion layer having micropores comprises: an electrolyte film in which a catalyst layer and a diffusion layer are successively arranged on one side of the electrolyte film; a fuel electrode to which a methanol solution is supplied as fuel; and an air electrode supplied with oxidation gas in which a catalyst layer and a diffusion layer are successively arranged on the other side of the electrolyte film.

Description

미세 천공이 형성된 탄소종이 확산층을 포함하는 직접 메탄올 연료 전지{Direct methanol fuel cell having micro-perforated carbon papers as diffusion layers}Direct methanol fuel cell having micro-perforated carbon papers as diffusion layers

본 발명은 직접 메탄올 연료 전지에 관한 것으로, 연료극과 공기극의 확산층으로서 미세천공이 형성된 탄소 종이를 사용하는 직접 메탄올 연료 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct methanol fuel cell, and more particularly, to a direct methanol fuel cell using carbon paper in which micropores are formed as diffusion layers of an anode and a cathode.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지 이용 발전기술의 하나로서 연료전지는 기존 발전기술 대비 효율이 높고, 조용하며, 질소산화물 또는 황산화물과 같은 공해 물질을 배출하지 않는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다.Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of such alternative energy-use power generation technologies, fuel cells are particularly attracting attention due to their advantages such as higher efficiency, quieter, and no emission of pollutants such as nitrogen oxides or sulfur oxides.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소 또는 메탄올, 메탄, 부탄 등과 같은 탄화수소 연료가 주로 사용되며, 산화제로는 공기가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system for converting chemical reaction energy of fuel and oxidant into electrical energy. Hydrogen or hydrocarbon fuel such as methanol, methane, butane, etc. is mainly used as fuel, and air is typically used as oxidant.

이 중에서 메탄올을 연료로서 사용하는 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell/DMFC)는 수소를 직접 사용하는 연료전지보다는 전극 작용이 미약하여 출력밀도(power density)는 낮지만, 연료인 메탄올의 에너지밀도가 높고 저장이 용이하여 저출력 및 장시간 사용에는 매우 유리하다. 이러한 장점을 활용하여 직접 메탄올 연료전지를 모바일 기기의 전원으로 개발하여 기존의 2차 전지를 대체하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 직접 메탄올 연료전지의 연료극과 공기극에서 각각 발생하는 CO2와 물이 연료와 공기의 촉매층으로의 확산을 저해하여 출력을 감소시키는데, 이러한 현상은 고 출력밀도(power density) 운전시 현저하게 나타난다. Among them, the direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as fuel has a lower electrode density than the fuel cell using hydrogen directly, so the power density is lower, but the energy density of methanol as fuel is lower. It is high and easy to store, which is very advantageous for low power and long time use. Taking advantage of these advantages, the development of direct methanol fuel cell as a power source for mobile devices has been actively conducted to replace existing secondary batteries. However, CO 2 and water from the anode and cathode of the direct methanol fuel cell, respectively, inhibit the diffusion of fuel and air into the catalyst layer, which reduces the output. This phenomenon is remarkable in high power density operation.

직접 메탄올 연료전지의 연료극 및 공기극 촉매층에서 발생하는 전기화학반응을 살펴보면 다음과 같다.The electrochemical reactions occurring in the anode and cathode catalyst layers of a direct methanol fuel cell are as follows.

연료극: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- Anode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e -

공기극: 3/2 O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O Cathode: 3/2 O 2 + 6H + + 6e - → 3H 2 O

전체 반응: CH3OH + H2O → CO2 + 3H2OTotal reaction: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 O

연료극에서 액상(liquid phase)의 메탄올 수용액이 공급될 때 기상(gas phase)의 CO2가 부산물로서 발생하고, 반대로 공기극에서는 기상의 공기에 대해 (포 화상태일 경우) 액상의 물이 생성된다. 따라서 연료와 공기를 촉매층으로 전달하고 각각의 부산물인 CO2와 물을 유로로 배출시키는 두 확산층(diffusion layer)에서는 액상과 기상간의 계면(interface)이 존재하게 되고, 이 계면이 연료와 공기의 공급을 저해하게 된다. 상기의 계면에 의한 반응물(연료와 공기) 공급 저해 현상은, 상기 부산물의 단위 촉매층 면적당 생성량이 전류밀도(current density)에 비례하므로, 높은 전류밀도 조건에서 운전할 때 더욱 현저하게 나타난다. When the liquid phase methanol aqueous solution is supplied from the anode, CO 2 in the gas phase is generated as a by-product, and conversely, in the cathode, liquid water is produced (when bubbling) to the air in the gas phase. Therefore, in the two diffusion layers that deliver fuel and air to the catalyst layer and discharge the by-product CO 2 and water into the flow path, there is an interface between the liquid phase and the gas phase, and this interface provides the fuel and air supply. Will be inhibited. The inhibition of reactant (fuel and air) supply due to the interface is more marked when operating at high current density conditions because the amount of by-products produced per unit catalyst layer area is proportional to the current density.

따라서 상기 부산물의 배출이 원활하지 못할 경우, 공기극 촉매층은 공기극 부산물인 물로 뒤덮여서 공기의 공급이 원활하지 못하게 되는 공기극 홍수(cathode flooding)가 발생하게 되고, 연료극 촉매층은 연료극 부산물인 CO2 기포가 연료의 공급을 차단하게 되는 연료 결핍(anode starving)이 발생하여 출력이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, when the discharge of the by-products not smooth, an air electrode catalyst layer becomes a cathode flooding (cathode flooding) that prevent smooth supply of the air standing covered with water, the air electrode by-product generation, the fuel electrode catalyst layer is the fuel electrode by-product CO 2 bubbles to the fuel Fuel starvation (anode starving) to cut off the supply of a problem occurs that the output is lowered.

도 1은 일반적인 직접 메탄올 연료 전지에 대한 단면도로서, 이하 상세히 설명한다.1 is a cross-sectional view of a typical direct methanol fuel cell, which will be described in detail below.

도 1에 도시된 바와 같이 직접 메탄올 연료전지는 일반적으로, 하나의 전해질막(electrolyte membrane)과, 두 개의 촉매층(catalyst layer)과, 두 개의 확산층(diffusion layer)으로 이루어진 단위 셀(single cell)을 적층하여 구성한 스택(stack)으로 이루어지며, 단위 셀의 사이사이에는 유로 제공 및 전극 연결을 위한 분리판(separator, bipolar plate)이 삽입되는 구조로 되어 있다. 따라서 최종적인 제품은 단위 셀로 이루어진 스택이다.As shown in FIG. 1, a direct methanol fuel cell generally includes a unit cell composed of one electrolyte membrane, two catalyst layers, and two diffusion layers. The stack is formed by stacking, and a separator (bipolar plate) for inserting a flow path and connecting electrodes is inserted between unit cells. The final product is therefore a stack of unit cells.

단위 셀은 막상 전극 유닛을 포함하는데, 프레임 상의 실(seal)재, 연료용 유로판 및 집전판의 순서대로 막상 전극 유닛을 한편에 적층 배열되어 있고, 상기와 같은 구조의 적층 배열이 막상 전극 유닛의 반대편에 형성된다. 상기 막상 전극 유닛은 연료가 공급되는 연료극, 산화성 가스가 공급되는 공기극 및 상기 극간에 개재되는 전해질막이 형성되어 있다. 상기 연료극은 전해질막에 접하는 촉매층과 상기 촉매층에 적층되는 탄소종이를 가지는 확산층으로 구성되며, 상기 공기극은 상기 전해질막에 접하는 촉매층 및 상기 촉매층에 적층되는 탄소종이를 가지는 확산층으로 구성된다. The unit cell includes a membrane electrode unit, in which a membrane electrode unit is stacked on one side in the order of a seal member on a frame, a fuel flow path plate and a current collector plate, and the stacked arrangement of the structure described above is a membrane electrode unit. Is formed on the opposite side of the. The membrane electrode unit is provided with a fuel electrode supplied with fuel, an air electrode supplied with an oxidizing gas, and an electrolyte membrane interposed between the electrodes. The anode includes a catalyst layer in contact with an electrolyte membrane and a diffusion layer having carbon paper stacked on the catalyst layer, and the cathode includes a catalyst layer in contact with the electrolyte membrane and a diffusion layer having carbon paper stacked on the catalyst layer.

전술한 바와 같이 상기의 직접 메탄올 연료전지에 있어서, 상기의 연료극과 공기극에서 각각 부산물로서 발생되는 CO2 기포와 물은 각각의 확산층 내부에서 계면을 형성하여, 반응물인 메탄올과 공기의 공급을 저해한다. 따라서 상기 부산물의 원활한 배출을 도모함으로써 연료전지의 출력 향상을 기대할 수 있으며, 이를 위해서는 부산물의 배출 메커니즘에 대한 보다 상세한 고려가 필요하다.As described above, in the direct methanol fuel cell, CO 2 bubbles and water generated as by-products in the anode and the cathode, respectively, form an interface inside each diffusion layer, thereby inhibiting the supply of reactant methanol and air. . Therefore, by improving the discharge of the by-products can be expected to improve the output of the fuel cell, this requires more detailed consideration of the discharge mechanism of the by-products.

직접 메탄올 연료 전지에 있어서 상기 부산물의 배출과정은 확산층 내부를 통한 이동과, 확산층 표면으로부터의 탈착의 두 단계로 이루어지며, 탈착 이후의 부산물은 유로를 따라 이동하게 된다. In the direct methanol fuel cell, the process of discharging the by-products consists of two stages: movement through the inside of the diffusion layer and desorption from the surface of the diffusion layer, and the by-products after desorption move along the flow path.

먼저 상기 확산층 표면으로부터의 탈착은, 확산층의 표면이 메탄올 또는 공기가 촉매층으로 확산해 들어가는 입구에 해당하므로, 연료극과 공기극 확산층 표면에 각각 부착된 CO2 기포와 물 액적(droplet)이 적절히 탈착되지 못한다면 반응물 의 공급 부족에 따른 출력저하가 발생할 것이다. 상기 기포와 액적의 부착은 표면장력에 의한 것이며, 이들의 탈착은 유로를 따라 흐르는 유체에 의해 상기 기포 또는 액적에 작용하는 항력(drag force)에 의한 것이다. 따라서 상기 확산층 표면의 젖음성(wettability), 즉 친수성(hydrophilicity)과 소수성(hydrophobicity)을 제어함으로써 표면장력을 줄이거나, 유로 설계를 통해 항력을 증가시킴으로써 탈착을 제어할 수 있을 것이다. First, since the desorption from the surface of the diffusion layer corresponds to an inlet through which methanol or air diffuses into the catalyst layer, the CO 2 bubbles and water droplets respectively attached to the surface of the anode and the cathode diffusion layer are not properly desorbed. A decrease in output will occur due to a shortage of reactants. Attachment of the bubbles and droplets is by surface tension, and their desorption is by drag force acting on the bubbles or droplets by the fluid flowing along the flow path. Therefore, the desorption can be controlled by reducing the surface tension by controlling the wettability of the surface of the diffusion layer, that is, hydrophilicity and hydrophobicity, or increasing drag through the flow path design.

반면에 상기 확산층 내부를 통한 부산물의 이동은, 탄소종이 확산층을 이루는 탄소 섬유가 층상 구조(layered structure)를 이루면서 형성하는, 부정형이며 서로 복잡하게 연결된 미세 모세관 구조의 내부에 기상/액상 계면이 형성되고, 그것이 확산층의 외부 방향(즉 유로 방향)으로 전진함으로써 상기 부산물의 배출이 이루어지는 것이다. 따라서, 상기 모세관 내부의 탄소 섬유와 계면 사이에 작용하는 표면장력이 부산물의 배출을 방해하는 힘으로 작용하며, 상기 확산층에 접하는 촉매층에서 지속적으로 생성되는 부산물이 축적됨에 따라 계면상의 부산물 측 압력이 증가하게 되고, 이 압력이 부산물을 배출시키는 힘으로서 작용한다. On the other hand, the movement of the by-products through the diffusion layer is formed in a gaseous phase / liquid interface inside an amorphous and complex microcapillary structure in which carbon fibers forming a diffusion layer of carbon species form a layered structure. The by-products are discharged by advancing in the outward direction of the diffusion layer (ie flow path direction). Therefore, the surface tension acting between the carbon fiber inside the capillary and the interface acts as a force to prevent the discharge of by-products, and the by-product pressure on the interface increases as the by-products continuously generated in the catalyst layer in contact with the diffusion layer accumulate. This pressure acts as a force to discharge the byproduct.

따라서, 표면장력 제어를 통해 상기 확산층 표면으로부터 부산물의 탈착을 용이하기 할 수 있는 것처럼, 확산층 내부의 탄소섬유 표면이 친수성 혹은 소수성을 갖도록 처리함으로써 부산물의 보다 용이한 배출을 도모할 수 있다. 그러나 상기의 방법보다 저렴하고 용이한 방법은 본 발명이 제시하는 방법과 같이, 상기 확산층 내부에 형성된 계면이 전진하는데 필요한 최소한의 힘, 즉 임계 압력(critical pressure)을 물리적인 방법을 통해 낮춤으로써 손쉽게 달성할 수 있 다.Therefore, the surface tension control can facilitate the desorption of the by-product from the surface of the diffusion layer, so that the carbon fiber surface inside the diffusion layer can be hydrophilic or hydrophobic to facilitate the discharge of the by-product. However, the method is cheaper and easier than the above method by easily reducing the minimum force, that is, critical pressure, required by the physical method to advance the interface formed in the diffusion layer, as in the method of the present invention. It can be achieved.

도 2는 직접 메탄올 연료전지의 확산층을 이루는 탄소종이를 확대한 표면 사진과 단면 사진으로, 불규칙적으로 층상 배열된 탄소섬유가 적층된 구조를 확인할 수 있다. 각 층을 이루는 탄소 섬유들이 만들어 내는 격자 구조들이 층과 층 사이에 연결되어, 부정형이며 복잡하게 서로 연결된 모세관을 형성한다. 따라서 상기의 탄소종이가 확산층으로 사용된 직접 메탄올 연료전지에서 부산물의 이동은, 촉매층과 접하는 확산층의 한쪽 면 상의 부산물의 생성 지점으로부터, 유로측으로 노출된 확산층의 반대쪽 면 상의 배출 지점까지, 최단 직선거리로 이동하지 못하고 높은 굴곡도(tortuosity, τ=L/C, L은 두 지점을 잇는 곡선의 길이, C는 두 지점 간의 직선 거리)를 가지는 모세관을 따라 이동하게 된다.FIG. 2 is an enlarged surface photograph and a cross-sectional photograph of carbon paper forming a diffusion layer of a direct methanol fuel cell, and shows a structure in which irregularly arranged carbon fibers are stacked. The lattice structures produced by the carbon fibers that make up each layer are connected between layers, forming irregular and complex interconnected capillaries. Therefore, in the direct methanol fuel cell in which the carbon paper is used as the diffusion layer, the movement of the by-product is the shortest linear distance from the point of generation of the by-product on one side of the diffusion layer in contact with the catalyst layer to the discharge point on the opposite side of the diffusion layer exposed to the flow path side. It does not move to, but moves along a capillary tube with high tortuosity ( τ = L / C , where L is the length of the curve connecting two points, and C is the linear distance between the two points).

예를 들어 층상구조의 한 층에 (또는 여러 층에 걸쳐) 부산물의 계면이 위치하고, 지속적인 부산물 생성으로 인해 부산물 측의 압력이 증가하여 계면이 다음 층으로 이동하도록 하는 힘이 작용할 때, 부정형의 격자구조로 인해 다음 층의 격자는 계면의 이동을 가로막는 방해물로 작용하게 된다. 따라서 다음 층으로의 계면의 이동은, 가로막고 있는 격자에 의해 계면이 둘로 나뉘거나, 양분된 방향 중 한쪽 방향으로만 부산물이 빠져나감으로써 가능하며, 이를 위해서는 부산물 측에 작용하는 압력이 가로막는 격자가 없을 때보다 높아야 하고, 이러한 높은 압력이 형성되기 위해서는 보다 많은 양의 부산물이 촉매층 영역에 축적되어야 하므로, 결국 부산물의 배출이 원활히 이루어지지 못하게 되는 것이다.For example, when an interface of by-products is located in one layer (or several layers) of a layered structure, and the pressure on the by-product side increases due to continuous by-product generation, a force acts to force the interface to move to the next layer. Due to the structure, the lattice of the next layer acts as an obstacle to the movement of the interface. Therefore, the movement of the interface to the next layer can be performed by dividing the interface into two by the intersecting lattice, or by-products exiting only in one of the divided directions. It must be higher than usual, and in order for such a high pressure to be formed, a larger amount of by-products must be accumulated in the catalyst bed region, and thus, by-products are not discharged smoothly.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료극과 공기극의 확산층을 구성하는 탄소 종이에 다수의 미세 천공을 형성함으로써 상기 부산물의 배출을 원활히 하고, 이를 통해 전지의 출력을 극대화 시킬 수 있는 직접 메탄올 연료 전지를 제공한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by forming a plurality of fine perforations in the carbon paper constituting the diffusion layer of the anode and the cathode to facilitate the discharge of the by-product, thereby maximizing the output of the battery A direct methanol fuel cell can be provided.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

전해질막과 상기 전해질막의 한편의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 메탄올 수용액이 연료로서 공급되는 연료극과, 상기 전해질막의 다른 방향의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 산화성 가스가 공급되는 공기극을 포함하는 전극 유니트를 가지는 직접 메탄올 연료전지에 있어서, 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 미세 천공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지를 제공한다.A catalyst layer and a diffusion layer are sequentially arranged on one surface of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane, a fuel electrode supplied with an aqueous methanol solution as a fuel, and a catalyst layer and a diffusion layer are sequentially arranged on the surface of the electrolyte membrane in the other direction, and an air electrode supplied with an oxidizing gas. A direct methanol fuel cell having an electrode unit comprising: a direct methanol fuel cell, wherein fine perforations are formed in the carbon paper constituting the diffusion layer.

상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 PTFE(polytetrafluoroethylene)가 함침되어 있거나, 탄소 종이의 한쪽 면에 카본 또는 그라파이트 분말로 이루어진 MPL(micro-porous layer)이 부착되어 있는 것이 바람직하다.Preferably, PTFE (polytetrafluoroethylene) is impregnated in the carbon paper constituting the diffusion layer, or a micro-porous layer (MPL) made of carbon or graphite powder is attached to one side of the carbon paper.

본 발명에 따른 상기 확산층에 미세 천공은, 50~500㎛ 두께의 스테인레스 판을 여러 장 겹친 후, 와이어 커팅법을 이용하여 쐐기 모양을 형성하고, 상기 쐐기 모양이 형성된 각각의 스테인레스 판의 사이사이에 일정 간격이 유지될 수 있도록 판형 부재를 삽입하고, 정렬 및 고정함으로써 다수의 쐐기 모양이 일정 간격으로 형성되도록 한 천공장치를 이용하여 형성하고, 상기 쐐기 모양의 스테인레스 판에서 쐐기 모양은 화학적 에칭 방법을 사용할 수 있다.Fine perforation in the diffusion layer according to the present invention, after overlapping a number of stainless steel plate of 50 ~ 500㎛ thickness, forming a wedge by using a wire cutting method, between the respective wedge-shaped stainless plate between Inserting, aligning, and fixing the plate-shaped member to maintain a constant spacing is formed using a fabric mill to form a plurality of wedges at regular intervals, the wedge shape in the wedge-shaped stainless plate is a chemical etching method Can be used.

또한, 본 발명은 일정한 두께의 스테인레스 판을 여러 장으로 겹쳐 준비하는 단계; 상기 겹쳐진 스테인레스 판을 와이어 커팅법을 이용하여 일정한 간격으로 쐐기모양을 형성하는 단계; 상기 겹쳐진 스테인레스 판들 사이에 일정한 두께를 가진 판형 부재를 삽입하고 정렬하여 다수의 쐐기 모양이 형성된 천공장치를 제작하는 단계; 및 상기 천공장치에 탄소종이와 함께 그라파이트 시트를 겹쳐서 배치하고, 롤 프레스 방법으로 한번에 다수의 미세천공을 탄소종이에 형성하는 단계를 포함하는 미세천공을 가지는 탄소종이 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a plurality of sheets of stainless steel plate of a constant thickness; Forming a wedge shape at regular intervals on the overlapped stainless plate using a wire cutting method; Inserting and aligning a plate-shaped member having a constant thickness between the overlapping stainless plates to produce a fabric mill having a plurality of wedge shapes; And arranging the graphite sheet together with the carbon paper in the punching device, and forming a plurality of microperforations on the carbon paper at a time by a roll press method.

상기 겹쳐진 스테인레스 판에 형성된 쐐기모양은 와이어 커팅법 또는화학적 에칭 방법을 사용하여 형성될 수 있다.The wedge shape formed on the overlapping stainless plate may be formed using a wire cutting method or a chemical etching method.

본 발명에 따르면, 직접 메탄올 연료 전지에서 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 미세 천공을 형성함으로써 부산물이 신속하게 배출되고, 이를 통해 연료 및 산화제의 공급이 원활하게 되어, 전지의 출력 및 효율이 극대화되는 효과가 있다.According to the present invention, by forming fine perforations in the carbon paper constituting the diffusion layer in a direct methanol fuel cell, by-products are quickly discharged, thereby smoothly supplying fuel and oxidant, thereby maximizing output and efficiency of the cell. It works.

본 발명은 전해질막과 상기 전해질막의 한편의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 메탄올 수용액이 연료로서 공급되는 연료극과, 상기 전해질막의 다른 방향의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 공기가 공급되는 공기극을 포함하는 전극 유니트를 가지는 직접 메탄올 연료전지에 있어서, 상기 두 확산층을 구성하는 탄소 종이에는 미세 천공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지를 제공한다.The present invention sequentially arranges the catalyst layer and the diffusion layer on one surface of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane, arranges the anode in which the aqueous methanol solution is supplied as a fuel, and arranges the catalyst layer and the diffusion layer on the surface of the electrolyte membrane in the other direction, and supplies air. In a direct methanol fuel cell having an electrode unit including a cathode, the direct methanol fuel cell is characterized in that fine perforations are formed in the carbon paper constituting the two diffusion layers.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings show exemplary forms of the present invention, which are provided to explain the present invention in more detail, and the technical scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명은 기존 메탄올 연료전지에 있어서,이러한 부산물의 배출을 위해 필요한 최소 임계 압력을 낮추기 위해 고안된 것으로서, 부정형으로 적층되어 층상 격자구조를 이루는 확산층 탄소종이 내부에 그것의 수직 방향으로 굴곡도τ=1의 미세한 구멍이 다수 형성되도록 함으로써, 부산물이 촉매층과 접하는 생성 지점으로부터 유로와 접하는 배출 지점까지 최단거리를 따라 이동하도록 하고, 또한 천공된 구멍을 따라 부산물 계면의 전진을 막는 탄소 섬유 격자 구조를 제거함으로써, 부산물의 전진에 필요한 압력을 낮추고, 이를 통해 궁극적으로 직접 메탄올 연료전지의 출력 및 효율을 높이고자 하는 것이다.The present invention is designed to reduce the minimum critical pressure required for the discharge of these by-products in the existing methanol fuel cell, the degree of bending in the vertical direction of the diffusion layer carbon paper stacked in an irregular shape to form a layered lattice structure τ = 1 By forming a large number of fine pores, the by-products move along the shortest distance from the formation point in contact with the catalyst layer to the discharge point in contact with the flow path, and also by removing the carbon fiber lattice structure that prevents the advance of the by-product interface along the perforated holes. The aim is to reduce the pressure needed to advance the by-products and ultimately increase the output and efficiency of the direct methanol fuel cell.

먼저, 확산층을 구성하는 탄소종이에 미세천공을 형성하는 과정 및 천공장치에 대해서 설명한다. 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 PTFE(polytetrafluoroethylene)가 함침되어 있거나, 탄소 종이의 한쪽 면에 카본 또는 그라파이트 분말로 이루어진 MPL(micro-porous layer)이 부착되어 있는 것이 바람직하다.First, a process and a puncturing apparatus for forming a microperforation on the carbon paper constituting the diffusion layer will be described. Preferably, PTFE (polytetrafluoroethylene) is impregnated in the carbon paper constituting the diffusion layer, or a micro-porous layer (MPL) made of carbon or graphite powder is attached to one side of the carbon paper.

상기의 확산층에 수행하게 되는 미세 천공의 크기와 관련하여, 그 크기가 너무 클 경우, 촉매층의 촉매가 씻겨 나가거나, 촉매층과 확산층의 접촉 면적이 감소하여 전기 전도도가 떨어질 우려가 있다. 반대로, 상기 천공의 크기가 확산층을 이루는 탄소섬유 격자의 크기 정도 이거나 그보다 작을 경우, 천공의 효과는 거의 나타나지 않는다. 따라서 상기 미세 천공의 크기는 수 십 ㎛ 이상이며 수 백 ㎛ 이하인 것이 적당하다.Regarding the size of the fine perforations to be performed in the diffusion layer, if the size is too large, the catalyst of the catalyst layer may be washed away, or the contact area between the catalyst layer and the diffusion layer may decrease, resulting in a drop in electrical conductivity. On the contrary, when the size of the perforation is about or smaller than the size of the carbon fiber lattice constituting the diffusion layer, the effect of the perforation is hardly shown. Therefore, the size of the microperforation is preferably several tens of micrometers or more and several hundred micrometers or less.

또한, 미세 천공의 개수와 관련하여, 그 개수는 충분히 많아야 한다. 왜냐하면 천공의 개수가 적을 경우, 촉매층의 부산물 생성지점으로부터 천공 지점까지의 평균 거리가 증가하게 되고, 그로 인해 천공으로 인한 임계압력 저하의 효과가 그리 크지 않을 것이기 때문이다. 물론 천공의 개수가 너무 많아지면, 확산층 구조물이 붕괴될 수 있으므로 유의해야 한다. 따라서, 확산층에 수행하는 미세 천공의 크기 및 개수와 관련하여, 상기된 크기의 천공을 전체 면적에 걸쳐 충분히 생성시키는 것이 필요하며, 이를 위해 본 발명에서는 저렴한 비용으로 다수의 천공을 한번에 수행할 수 있는 방법을 고안하였다.In addition, with respect to the number of fine perforations, the number should be large enough. This is because, if the number of perforations is small, the average distance from the by-product generation point of the catalyst layer to the perforation point increases, so that the effect of the critical pressure drop due to the perforation will not be so great. Of course, if the number of perforations is too large, it should be noted that the diffusion layer structure may collapse. Therefore, with respect to the size and number of fine perforations to be performed on the diffusion layer, it is necessary to sufficiently generate the above-described perforations over the entire area, and for this purpose, in the present invention, a plurality of perforations can be performed at a low cost. The method was devised.

상기 확산층의 미세 천공을 위하여 도 3과 같은 천공장치를 제작하였다. 이 를 위하여, 먼저 100㎛ 두께의 스테인레스 판 여러 장을 겹친 후, 와이어 커팅(wire cutting)법을 이용하여 각각의 스테인레스 판이 원하는 크기의 사각판이 되도록 겹쳐진 채로 한번에 절단한 다음, 상기 겹쳐진 사각판의 한쪽 면을 따라 일정 간격의 쐐기 모양을 와이어 커팅법 또는 화학적 에칭 방법을 통하여 형성한다. 그 다음, 각각의 판을 분리하고, 판과 판 사이에 일정 간격이 형성될 수 있도록 쐐기 가공을 하지 않은 적정 두께의 판을 삽입하고, 적절히 정렬하면 도 3과 같은 천공 장치를 제작할 수 있다. 도 3에서 보듯이, 본 발명의 천공장치에서는 각 판의 적절한 정렬을 위하여, 각 판의 내부에 두 개의 원형 구멍을 동일한 위치에 형성시켜 놓았고, 그 내부를 통해 원형의 봉을 삽입함으로써 정렬이 이루어지도록 하였다.In order to finely perforate the diffusion layer, a fabric mill was prepared as shown in FIG. 3. To this end, first, several sheets of 100 μm-thick stainless plates are overlapped, and then each wire is cut at a time by overlapping each stainless plate to a square plate of a desired size by using a wire cutting method, and then one side of the overlapping square plate The wedge shape at regular intervals along the surface is formed by a wire cutting method or a chemical etching method. Then, each plate is separated, and a plate having an appropriate thickness without a wedge process is inserted so that a predetermined gap is formed between the plate and the plate, and properly aligned, a perforation device as shown in FIG. 3 can be manufactured. As shown in Figure 3, in the punching device of the present invention, for proper alignment of each plate, two circular holes are formed in the same position in each plate, and alignment is made by inserting a circular rod through the inside. To lose.

도 4a 내지 4f는 상기 도 3의 천공장치를 사용하여 탄소종이에 미세천공을 형성하는 공정을 도시한 것으로, 먼저 상기의 천공장치 위에 탄소 종이와 적정 두께의 그라파이트 시트를 겹쳐서 올려 놓은 후(도 4a, 4b, 4c), 원형 롤러가 상기의 탄소 종이와 그라파이트 시트를 누르면서 천공장치 위를 지나가도록 하여(도 4d, 도 4e), 최종적으로 탄소종이에 미세 천공이 형성(도 4f)되도록 하였다. 여기서 그라파이트 시트를 사용하는 이유는, 상기 롤러가 지나갈 때 그라파이트 시트가 탄소종이를 깊숙이 눌러주어서, 결과적으로 탄소종이에 두께 방향으로 완전하게 뚫려있는 구멍이 형성될 수 있도록 하기 위함이다. 또한 그라파이트 시트의 두께와 롤러의 높이를 적절히 조절함으로써 천공되는 구멍의 크기를 원하는 대로 조절할 수 있는 잇점도 있다.4A to 4F illustrate a process of forming a microperforation on carbon paper using the punching mill of FIG. 3, and first stacking a carbon paper and a graphite sheet having an appropriate thickness on the punching device (FIG. 4A). , 4b, 4c), the circular roller was passed over the punching device while pressing the carbon paper and graphite sheet (Fig. 4d, 4e), finally to form a fine perforation on the carbon paper (Fig. 4f). The reason why the graphite sheet is used is that the graphite sheet deeply presses the carbon paper when the roller passes, so that a hole completely formed in the thickness direction in the carbon paper can be formed. There is also an advantage in that the size of the hole to be drilled can be adjusted as desired by appropriately adjusting the thickness of the graphite sheet and the height of the roller.

도 5는 상기의 천공 장치와 천공 방법을 이용하여 제작한, 미세 천공이 형성된 탄소종이 확산층의 사진으로, 약 0.3 mm2의 면적당 하나의 구멍이 형성되도록 하였으며, LCD 모니터를 백 라이트로 하여 촬영하였다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 상기 확산층에는 100㎛ 정도 크기를 가지는 수 천개의 구멍이 확산층의 두께방향으로 완전하게 형성되어 있음을 알 수 있다. FIG. 5 is a photograph of a carbon paper diffused layer having fine perforations formed by using the above-described puncturing apparatus and the puncturing method, so that one hole is formed per area of about 0.3 mm 2 , and the LCD monitor was photographed using a backlight. . As can be seen in FIG. 5, it can be seen that thousands of holes having a size of about 100 μm are completely formed in the thickness direction of the diffusion layer in the diffusion layer.

상기의 방법으로 천공을 수행한 탄소종이를 연료극과 공기극의 확산층으로 사용한 직접 메탄올 연료전지를 도 6에 도시하였다. 도 1에 도시된 기존의 직접 메탄올 연료전지에서 연료극과 공기극의 확산층 만을 천공이 수행된 확산층으로 대치한 것이며, 기존의 연료전지에 용이하게 적용될 수 있음을 알 수 있다.6 illustrates a direct methanol fuel cell using carbon paper punched by the above method as a diffusion layer between the anode and the cathode. In the conventional direct methanol fuel cell illustrated in FIG. 1, only the diffusion layers of the anode and the cathode are replaced with the diffusion layers in which the perforations are performed, and it can be seen that the present invention can be easily applied to the existing fuel cells.

이하 본 발명을 아래와 같은 실시 예에 의거하여 상세하게 설명하며, 단 아래의 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 이에 한정하지 않으며, 본 발명의 실시 예에서 산물의 분석은 다음과 같은 방법으로 실시했다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are not limited to the present invention only, and the analysis of the product in the embodiments of the present invention is performed by the following method. did.

실험에 사용된 전해질은 Nafion 115이며, 연료극 및 공기극의 촉매로는 각각 PtRu/C(Johnson Matthey, HISPEC 12100, Pt loading 1.8~2㎎/㎠), Pt/C(HISPEC 13100, Pt loading 1.5~1.6㎎/㎠)를 사용하였으며, 활성면적(active area) 3.1×3.2㎠의 CCM(catalyst coated membrane)으로 제작하였다. 상기의 CCM의 양쪽 면에 탄소종이 확산층을 부착함으로써 MEA(membrane electrode assembly)를 제작하게 되는데, 본 실험에서는 천공을 수행하지 않은 보통의 탄소종이를 확산층으로 사용한 경우와, 천공을 수행한 탄소종이를 확산층으로 사용한 경우를 비교 대상으로 하였 다. 상기의 두 경우에 대해 각기 서로 다른 CCM을 사용할 경우 전해질 및 촉매 코팅에 의한 영향을 배제할 수 없으므로, 하나의 CCM에 대해 확산층 만을 변경하여 실험하고 그 결과를 비교하였다. 연료극 확산층에는 Toray 060을 사용하였고, 공기극 확산층에는 한쪽 면에 MPL(micro porous layer)이 부착되어 있고 5wt% PTFE(polytetrafluoroethylene)가 함유된 25BC(SGL Carbon)를 사용하였다.The electrolyte used in the experiment was Nafion 115, and PtRu / C (Johnson Matthey, HISPEC 12100, Pt loading 1.8 ~ 2mg / ㎠), Pt / C (HISPEC 13100, Pt loading 1.5 ~ 1.6 Mg / cm 2) was used as the active area (catalyst coated membrane) of 3.1 × 3.2 cm 2. By attaching the diffusion layer of carbon paper on both sides of the CCM, a MEA (membrane electrode assembly) is manufactured. In this experiment, ordinary carbon paper without perforation was used as the diffusion layer, and carbon paper with perforation was used. The case where it used as a diffusion layer was made into the comparison object. In the case of using the two different CCM for the above two cases can not be excluded the effect of the electrolyte and catalyst coating, the experiment was performed by changing only the diffusion layer for one CCM and compared the results. Toray 060 was used for the anode diffusion layer, and 25BC (SGL Carbon) containing 5 wt% polytetrafluoroethylene (PTFE) was attached to the cathode diffusion layer with a micro porous layer (MPL) attached to one side.

다음으로, 상기의 CCM과 천공이 수행된 공기극과 연료극 확산층을 사용하여 단전지를 제작하였으며, 기포와 액적의 거동을 관찰하기 위해 가시화가 가능한 셀로 제작하여 사용하였다. 단면적이 1×1㎟인 serpentine 유로가 형성된 두 집전판 사이에 CCM과 개스킷 및 확산층을 위치한 후, 두께 3㎝의 아크릴 판으로 양쪽을 덮은 후 6M 나사를 이용 50~70kgf/cm의 토크로 결합하였다. 상기 단전지의 외부로 연장된 집전판에는 5W의 필름 히터(Watlow Kapton heater) 4개를 부착하여 승온된 상태의 실험이 가능하도록 하였다. 연료로는 1몰 농도의 메탄올 수용액을 사용하였고, 질소로 가압되는 밀폐용기 내에 담은 후 액체용 MFC를 이용하여 4.2cc/min의 유량으로 정량 공급하였다. 산화제로는 공기를 사용하였으며, 가스용 MFC를 사용하여 474cc/min의 유량으로 정량 공급하였다. 한편 상기 가시화 단전지의 외부에서 관찰 가능한 기포와 액적의 거동은 고해상도 CCD 카메라를 이용하여 관찰하였다.Next, a single cell was manufactured using the cathode and the anode diffusion layer on which the CCM and the perforation were performed, and the cell was made of a visible cell to observe the behavior of bubbles and droplets. Place the CCM, the gasket and the diffusion layer between two current collector plates with serpentine flow paths with a cross-section of 1 × 1 mm2, cover them with acrylic plates with a thickness of 3 cm, and combine them with a torque of 50-70 kg f / cm using 6M screws. It was. The 5W film heater (Watlow Kapton heater) was attached to the current collector plate extended to the outside of the unit cell to allow the experiment in the elevated temperature state. Methanol aqueous solution of 1 mol concentration was used as a fuel, and was placed in a sealed container pressurized with nitrogen and then quantitatively supplied at a flow rate of 4.2 cc / min using a liquid MFC. Air was used as the oxidizing agent, and the MFC for gas was supplied quantitatively at a flow rate of 474 cc / min. Meanwhile, bubble and droplet behaviors that can be observed from the outside of the visualization unit were observed using a high resolution CCD camera.

전술한 바와 같이, 천공을 수행하지 않은 확산층을 사용한 단전지와 천공을 수행한 확산층을 사용한 단전지를 비교함에 있어서 하나의 CCM 만을 사용하였으며, 연료전지의 wetting 시간에 따른 성능 변화의 영향을 배제하기 위해 동일 시간 동 안 wetting 과정을 수행한 후 I(전류)-V(전압) 계측을 수행하였다. 보다 상세하게는, 연료와 공기의 공급과 동시에 OCV(open circuit voltage) 계측을 수행한 후 I=0.5A 조건에서 30분(상온 운전시) 내지 1시간(승온 운전시) 동안 운전한 후 CC(constant current) 모드로 I-V 계측을 수행하였다.As described above, only one CCM was used in comparing a single cell using a diffusion layer without perforation and a single diffusion cell using a perforation diffusion layer, and to exclude the effect of performance change with the wetting time of the fuel cell. During the same time, wetting was performed and then I (current) -V (voltage) measurements were performed. More specifically, OCV (open circuit voltage) measurement is performed simultaneously with the supply of fuel and air, and then operated for 30 minutes (at room temperature) to 1 hour (at elevated temperature) under I = 0.5A and then CC ( I - V measurements were performed in constant current mode.

상기의 방법을 통해 계측한, 확산층 천공을 수행하지 않은 연료전지와 확산층 천공을 수행한 연료전지의 출력 결과를 도 7과 도 8에 나타내었다. 먼저, 도 7은 상기 집전판에 부착된 필름히터에 일정 전압을 인가하여 연료전지를 승온시킨 후 계측한 결과로서, 50mA/cm2 이하의 낮은 전류밀도 영역에서는 큰 차이를 보이지 않으나, 그 이상의 전류밀도 영역에서는 천공을 수행한 연료전지가 보다 큰 출력 밀도를 보임을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 전류밀도가 증가할수록 그에 비례하여 부산물의 생성이 증가하므로, 고 전류밀도 영역에서 천공을 통한 신속한 부산물의 배출이 효과적으로 작용하고 있음을 보여준다. 한편 도 7의 결과에서 천공을 수행한 연료전지의 최대 출력은 천공을 수행하지 않은 연료전지에 비해 21.3% 증가하였다.7 and 8 show the output results of the fuel cell without diffusion layer drilling and the fuel cell with diffusion layer drilling measured through the above method. First, FIG. 7 is a result of measuring the temperature of a fuel cell by applying a constant voltage to the film heater attached to the current collector plate, and measuring the result. In the low current density region of 50 mA / cm 2 or less, there is no significant difference. In the density region, it can be seen that the fuel cell subjected to the perforation shows a higher power density. As described above, since the production of by-products increases in proportion to the increase in current density, it shows that the rapid by-products are discharged through the perforation in the high current density region. Meanwhile, in the results of FIG. 7, the maximum output of the fuel cell that performed the puncture was increased by 21.3% compared to the fuel cell that did not perform the puncture.

다음으로 도 8은 상온에서 운전한 결과를 보여주는데, 도 7의 결과와 마찬가지로 고 전류밀도 영역으로 갈수록 천공을 수행한 연료전지의 출력이 더 크게 나타남을 알 수 있으며, 최대 출력은 천공을 수행하지 않은 연료전지에 비해 3.8% 증가하였다.Next, FIG. 8 shows the results of operating at room temperature. As shown in FIG. 7, it can be seen that the output of the fuel cell that performs the puncturing is higher as the result of the high current density region, and the maximum output is not performed. 3.8% increase over the fuel cell.

이상과 같이, 확산층에 천공을 수행한 연료전지와 수행하지 않은 연료전지의 승온 및 상온 실험을 통해, 확산층에 천공을 수행한 직접메탄올 연료전지가 작동 온도에 관계없이 보다 높은 출력을 제공함을 알 수 있었으며, 이것은 확산층을 통한 부산물의 배출을 원활히 함으로써 연료전지의 출력과 효율을 향상시키고자 확산층에 미세 천공을 수행하도록 한 본 발명이 매우 효과적으로 작용하고 있음을 보여주는 증거이다. 결과적으로 본 발명을 적용함으로써, 직접 메탄올 연료전지의 출력 저하의 주된 요인이 되는 물질전달손실(mass transport polarization)을 줄일 수 있으며, 이를 통해 연료전지의 출력을 향상시킬 수 있다.As described above, it can be seen that the direct methanol fuel cell having a perforation in the diffusion layer provides a higher output regardless of the operating temperature through the temperature raising and the room temperature experiments of the fuel cell having the perforation in the diffusion layer and the fuel cell not performing the diffusion layer. This is evidence that the present invention, which performs fine perforation in the diffusion layer to improve the output and efficiency of the fuel cell by smoothly discharging the by-products through the diffusion layer, is working effectively. As a result, by applying the present invention, it is possible to reduce mass transport polarization, which is a major factor in directly lowering the output of the methanol fuel cell, thereby improving the output of the fuel cell.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

도 1은 일반적인 직접 메탄올 연료 전지에 대한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a typical direct methanol fuel cell.

도 2는 직접 메탄올 연료전지의 확산층으로 사용되는 탄소종이의 표면사진과 단면사진이다.으로서, 불규칙적으로 층상 배열된 탄소섬유가 적층되어 있는 구조를 볼 수 있다.2 is a surface photograph and a cross-sectional photograph of carbon paper directly used as a diffusion layer of a methanol fuel cell. As shown in FIG. 2, a structure in which irregularly arranged carbon fibers are stacked is shown.

도 3은 탄소종이에 미세 천공을 형성하기 위한 천공 장치를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing a perforation apparatus for forming a fine perforation on carbon paper.

도 4a 내지 4f는 상기 도 3의 천공장치를 사용하여 탄소종이에 미세천공을 형성하는 과정을 나타내는 단계도이다.4A to 4F are step views illustrating a process of forming micropores on carbon paper using the fabricator of FIG. 3.

도 5는 상기 도 3의 천공장치와 상기 도 4의 천공방법을 사용하여 천공을 수행한 탄소종이의 사진이다.FIG. 5 is a photograph of carbon paper that is punched using the punching device of FIG. 3 and the punching method of FIG. 4.

도 6은 상기 도 3의 천공장치와 상기 도 4의 천공방법을 사용하여 천공을 수행한 탄소종이를 연료극과 공기극의 확산층으로 사용한 직접 메탄올 연료 전지의 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view of a direct methanol fuel cell using carbon paper obtained by drilling using the drilling device of FIG. 3 and the drilling method of FIG. 4 as a diffusion layer of an anode and a cathode.

도 7은 상기 도 3의 천공장치와 상기 도 4의 천공방법을 사용하여 천공을 수행한 탄소종이를 연료극과 공기극의 확산층으로 사용하여 제작한 단전지를 승온된 상태에서 운전한 결과이다.FIG. 7 illustrates a result of operating a single cell fabricated using the carbon paper obtained by using the drilling device of FIG. 3 and the drilling method of FIG. 4 as a diffusion layer of an anode and a cathode.

도 8은 상기 도 3의 천공장치와 상기 도 4의 천공방법을 사용하여 천공을 수행한 탄소종이를 연료극과 공기극의 확산층으로 사용하여 제작한 단전지를 상온 상태에서 운전한 결과이다.FIG. 8 illustrates a result of operating a single cell fabricated using carbon paper obtained by using the drilling device of FIG. 3 and the drilling method of FIG. 4 as a diffusion layer of a fuel electrode and an air electrode at room temperature.

Claims (8)

전해질막과 상기 전해질막의 한편의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 메탄올 수용액이 연료로서 공급되는 연료극과, 상기 전해질막의 다른 방향의 면에 촉매층 및 확산층을 차례로 배치하고, 산화성 가스가 공급되는 공기극을 포함하는 전극 유니트를 가지는 직접 메탄올 연료전지에 있어서,A catalyst layer and a diffusion layer are sequentially arranged on one surface of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane, a fuel electrode supplied with an aqueous methanol solution as a fuel, and a catalyst layer and a diffusion layer are sequentially arranged on the surface of the electrolyte membrane in the other direction, and an air electrode supplied with an oxidizing gas. In a direct methanol fuel cell having an electrode unit comprising: 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 미세 천공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지.Direct methanol fuel cell, characterized in that fine perforation is formed on the carbon paper constituting the diffusion layer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이에 PTFE(polytetrafluoroethylene)가 함침되어 있고, 미세 천공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지.A direct methanol fuel cell, wherein the carbon paper constituting the diffusion layer is impregnated with PTFE (polytetrafluoroethylene) and fine pores are formed. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 확산층을 구성하는 탄소 종이의 한쪽 면에 카본 또는 그라파이트 분말로 이루어진 MPL(micro-porous layer)이 부착되어 있고, 미세 천공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지.A direct methanol fuel cell, characterized in that a micro-porous layer (MPL) made of carbon or graphite powder is attached to one surface of the carbon paper constituting the diffusion layer, and micropores are formed. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 확산층에 미세 천공은을 수행함에 있어서, 50~500㎛ 두께의 스테인레스 판을 여러 장 겹친 후, 와이어 커팅법을 이용하여 쐐기 모양을 형성하고, 상기 쐐기 모양이 형성된 각각의 스테인레스 판의 사이사이에 일정 간격이 유지될 수 있도록 판형 부재를 삽입하고, 정렬 및 고정함으로써 다수의 쐐기 모양이 일정 간격으로 형성되도록 한 천공장치를 이용하여 형성한 것을하여 확산층에 천공을 수행하고, 상기 천공된 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지.In performing the fine perforation on the diffusion layer, a plurality of 50 ~ 500㎛ thick stainless plate is overlapped, and then a wedge shape is formed by a wire cutting method, and the wedge shape is formed between each of the stainless plate formed. Inserting a plate member to maintain a predetermined interval, and by forming and aligning by fixing a plurality of wedge shape by using a milling machine to be formed at a predetermined interval to perform a perforation in the diffusion layer, and includes the perforated diffusion layer Direct methanol fuel cell, characterized in that. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 쐐기 모양의 스테인레스 판에서 쐐기 모양은을 제공하기 위하여, 화학적 에칭 방법을 사용한 으로 다수의 쐐기 모양을 형성시키고, 제 4항과 동일한 방법으로 천공장치를 제작한 후, 천공을 수행한 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료전지.In order to provide the wedge-shaped silver in the wedge-shaped stainless plate, by forming a plurality of wedges by using a chemical etching method, after fabricating the fabricator in the same manner as in claim 4, and comprises a diffusion layer for performing the perforation Direct methanol fuel cell, characterized in that. 일정한 두께의 스테인레스 판을 여러 장으로 겹쳐 준비하는 단계;Preparing a plurality of sheets of stainless steel plate of constant thickness; 상기 겹쳐진 스테인레스 판을 와이어 커팅법을 이용하여 일정한 간격으로 쐐기모양을 형성하는 단계;Forming a wedge shape at regular intervals on the overlapped stainless plate using a wire cutting method; 상기 겹쳐진 스테인레스 판들 사이에 일정한 두께를 가진 판형 부재를 삽입하고 정렬하여 다수의 쐐기 모양이 형성된 천공장치를 제작하는 단계; 및Inserting and aligning a plate-shaped member having a constant thickness between the overlapping stainless plates to produce a fabric mill having a plurality of wedge shapes; And 상기 천공장치에 탄소종이와 함께 그라파이트 시트를 겹쳐서 배치하고, 롤 프레스 방법으로 한번에 다수의 미세천공을 탄소종이에 형성하는 단계를 포함하는 미세천공을 가지는 탄소종이 제조방법.The method of manufacturing a carbon paper having a fine perforation comprising the step of superimposing the graphite sheet with carbon paper in the perforating device, and forming a plurality of microperforations on the carbon paper at a time by a roll press method. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 겹쳐진 스테인레스 판에 형성된 쐐기모양은 와이어 커팅법을 이용한 것을 특징으로 하는 미세천공을 가지는 탄소종이 제조방법.The wedge shape formed on the overlapping stainless plate is a carbon paper manufacturing method having a fine perforation, characterized in that using a wire cutting method. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 겹쳐진 스테인레스 판에 형성된 쐐기모양은 화학적 에칭 방법을이용한 것을 특징으로 하는 미세천공을 가지는 탄소종이 제조방법.The wedge shape formed on the overlapping stainless plate is a carbon paper manufacturing method having a fine perforation, characterized in that using a chemical etching method.
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US20170162878A1 (en) * 2014-09-29 2017-06-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas diffusion layer for fuel cell, fuel cell, and formation method for gas diffusion layer for fuel cell

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