KR20110139080A - Electrocatalyst layer for inhibiting carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells, membrane-electrode assembly comprising the same and method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An electrode catalyst layer for a fuel cell, a membrane-electrode assembly including thereof, and a producing method thereof are provided to prevent the carbon corrosion of cathode and anode catalyst layers by water. CONSTITUTION: An electrode catalyst layer for a fuel cell comprises a carbon-supported platinum catalyst, and a water electrolysis catalyst capable of decomposing water inserted to the catalyst layer when the voltage over 1.4V is applied. A carbon carrier for the carbon-supported platinum catalyst is selected from carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon nanocage.

Description

탄소부식 억제를 위한 연료전지용 촉매층, 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체 및 그 제조방법 {electrocatalyst layer for inhibiting carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells, membrane-electrode assembly comprising the same and method of the same}Catalyst layer for fuel cell for inhibiting carbon corrosion, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising the same and method for manufacturing the same {electrocatalyst layer for inhibiting carbon corrosion in polymer electrolyte membrane fuel cells, membrane-electrode assembly comprising the same and method of the same}

본 발명은 연료전지용 전극 촉매층에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 전압을 인가하는 경우에도 캐소드 및 애노드 촉매층에서 물에 의한 탄소 부식을 방지할 수 있는 연료 전지용 전극 촉매층에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode catalyst layer for a fuel cell, and more particularly to an electrode catalyst layer for a fuel cell that can prevent carbon corrosion by water in the cathode and anode catalyst layer even when a high voltage is applied.

연료전지는 연료인 수소와 공기 중의 산소를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 연료전지의 주요 구성품인 전극막 접합체 (MEA : Membrane Electrode Assembly)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질 막과 전해질 막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있는 촉매층이 도포되어 있다. 연료전지 촉매층에 사용되는 촉매는 백금이 주로 사용되며, 촉매의 활성을 높이기 위해 백금을 나노 크기로 제조하여 탄소 담지체에 고분산 고비율로 담지하는 방식을 채택하고 있다.A fuel cell is a device that generates electricity by using hydrogen as fuel and oxygen in air. Membrane Electrode Assembly (MEA), which is a major component of fuel cells, is coated with an electrolyte membrane capable of transporting hydrogen cations and a catalyst layer capable of reacting hydrogen and oxygen on both sides of the electrolyte membrane. Platinum is mainly used for the catalyst used in the fuel cell catalyst layer, and in order to increase the activity of the catalyst, platinum is manufactured in nano size, and the carbon carrier is supported on a high dispersion high ratio.

일반적으로, 상기 담지체로는 카본 블랙(Carbon Black)이 사용되고 있다. 그러나, 카본 블랙을 담지체로 사용한 경우에는 연료전지 자동차와 같이 연료전지의 시동 및 중지의 반복으로 발생하는 비정상 운전시 탄소의 부식으로 인한 내구성이 저하되고 이로 인하여 연료전지의 수명이 감소되는 문제점이 있다.In general, carbon black is used as the carrier. However, when carbon black is used as a support, durability of carbon corrosion may be degraded during abnormal operation caused by repeated starting and stopping of a fuel cell such as a fuel cell vehicle, thereby reducing the life of the fuel cell. .

이 경우 연료극에 공기와 수소의 경계층이 형성되고 이로 인하여 공기극의 전압이 부분적으로 1.4V이상으로 상승한다. 이러한 높은 전압에서는 촉매 담지체로 사용되는 탄소가 물과 반응하여 이산화탄소가 되는 탄소가스화 반응이 진행된다. 이와 같은 탄소 부식은 촉매층 내의 물의 존재 여부가 큰 영향을 미친다고 최근 보고되었다. (J. Power Sources, 193, 575)In this case, a boundary layer of air and hydrogen is formed in the anode, and the voltage of the cathode rises to 1.4 V or more in part. At such a high voltage, carbon gasification reaction in which carbon used as a catalyst carrier reacts with water and becomes carbon dioxide is performed. Such carbon corrosion has recently been reported to have a great influence on the presence of water in the catalyst layer. (J. Power Sources, 193, 575)

이러한 문제점을 해결하기 위하여 발수성이 높아 내부식성이 좋은 결정성 탄소인 CNT나 CNF를 담지체로 사용한 연료전지 촉매 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. (J. Power Sources, 158, 154) 또한, 최근에는 결정성뿐만 아니라 발수성이 큰 카본 나노케이지 (Carbon Nanocage, CNC)를 담지체로 사용하여 탄소와 물의 반응을 억제시킨 연료전지 촉매가 연구되었다. 그러나, 이러한 결정성 탄소를 사용한 촉매의 경우에도 1.4V까지는 탄소의 부식이 억제되나 1.4V이상의 더 높은 전압에서는 여전히 탄소가 부식되어 탄소의 발수성만으로는 물과 탄소의 반응을 완전히 억제시키지 못해 탄소 부식 억제 효과가 완전하지 못한 한계점을 가지고 있다.In order to solve this problem, studies on fuel cell catalysts using CNT or CNF, which are crystalline carbon having high water repellency and good corrosion resistance, are being actively conducted. (J. Power Sources, 158, 154) In recent years, fuel cell catalysts that inhibit carbon and water reaction using carbon nanocage (CNC), which has not only crystallinity but also high water repellency, have been studied. However, even in the case of the catalyst using such crystalline carbon, the corrosion of carbon is suppressed up to 1.4V, but at higher voltages above 1.4V, the carbon is still corroded, and the water repellency of carbon does not completely inhibit the reaction of water and carbon. The effect is not complete.

또한, 부식저항이 큰 재료인 Ti 계열의 메탈 담지체에 의해서 내부식성을 향상시키기 위한 연구가 있으나, 이러한 담지체를 사용한 경우에는 담지체의 표면적이 작아 백금촉매의 담지량을 증가시키기 어렵고 고전압에서 산화막 형성에 의한 저항의 증가로 연료전지 성능이 감소하는 문제점이 있다.In addition, there are studies to improve the corrosion resistance by Ti-based metal carriers, which have high corrosion resistance. However, when these carriers are used, the surface area of the carriers is small and it is difficult to increase the amount of platinum catalyst supported and the oxide film at high voltage. There is a problem in that fuel cell performance decreases due to an increase in resistance due to formation.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매 담지체로 사용되는 탄소의 전기화학적 부식을 억제하기 위한 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매층을 제공하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to provide a catalyst layer of a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises a catalyst for suppressing the electrochemical corrosion of carbon used as a catalyst carrier of the membrane-electrode assembly for fuel cells will be.

본 발명이 해결하고 하는 두 번째 과제는 상기 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매층을 포함하는 연료 전지용 막-전극 접합체를 제공하는 것이다.A second problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell membrane electrode assembly including a catalyst layer of the fuel cell membrane electrode assembly.

본 발명이 해결하고 하는 세 번째 과제는 상기 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매층을 포함하는 연료 전지용 막-전극 접합체의 제조방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including the catalyst layer of the fuel cell membrane electrode assembly.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the first object,

기존의 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매층에 있어서, 결정성 탄소담지 백금촉매에 1.4V이상의 전압이 인가되는 경우 촉매층에 유입되는 물을 분해할 수 있는 수전해 촉매가 첨가된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 막-전극 접합체의 촉매층을 제공한다.In the catalyst layer of the conventional fuel cell membrane-electrode assembly, a fuel cell for a fuel cell, characterized in that a hydrolytic catalyst capable of decomposing water flowing into the catalyst layer is added when a voltage of 1.4 V or more is applied to the crystalline carbon supported platinum catalyst. A catalyst layer of a membrane-electrode assembly is provided.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 탄소담지 백금촉매의 탄소 담지체는 발수성이 강한 결정성을 지닌 카본나노튜브(CNT), 카본나노섬유(CNF) 및 카본나노케이지(CNC) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon carrier of the carbon supported platinum catalyst is selected from carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF) and carbon nano cages (CNC) having strong water repellency It can be either.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 수전해 촉매는 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 이들의 산화물(IrOx , RuOx), 이들의 합금(IrRu) 및 이들의 산화물(IrRuOx)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 수전해 촉매가 이리듐 산화물, 이리듐, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물인 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the hydroelectrolytic catalyst is iridium (Ir), ruthenium (Ru), their oxides (IrO x , RuO x ), their alloys (IrRu) and their oxides (IrRuO x ) It may be at least one selected from the group consisting of, and it is preferable that the electrolytic catalyst is iridium oxide, iridium, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide.

본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 상기 수전해 촉매는 탄소담지 백금촉매 대비 0.1중량% ~ 20중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는 2중량% ~ 5중량%일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the electrolytic catalyst may be 0.1% to 20% by weight, more preferably 2% to 5% by weight relative to the carbon supported platinum catalyst.

본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 의하면, 상기 수전해 촉매는 상기 백금촉매와 물리적 혼합, 상기 백금촉매에 담지 또는 상기 백금촉매와 합금의 형태로 촉매층을 형성할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydroelectrolytic catalyst may form a catalyst layer in the form of physical mixing with the platinum catalyst, supported on the platinum catalyst, or an alloy with the platinum catalyst.

상기 수전해 촉매가 상기 탄소담지 백금촉매에 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 수전해 촉매의 담지량이 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있다.When the hydroelectrolyte catalyst is mixed with the carbon supported platinum catalyst to form a catalyst layer, the amount of supported electrolytic catalyst may be 0.0008 mg / cm 2 to 0.16 mg / cm 2.

본 발명의 실시예에 따라, 백금 사용량이 0.4㎎/㎠이고, 카본에서 백금담지율이 50%인 경우 탄소담지 백금 촉매량이 0.8㎎/㎠이 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the amount of platinum used is 0.4 mg / cm 2 and the platinum loading rate in carbon is 50%, the amount of platinum catalyst supported on carbon may be 0.8 mg / cm 2.

수전해 촉매량은 탄소담지 백금촉매 대비 0.1중량% ~ 20중량%이고 더욱 바람직하게는 2중량% ~ 5중량%일 수 있으므로, 상기 수전해 촉매의 담지량은 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.016㎎/㎠~0.04㎎/㎠일 수 있다.Since the amount of the electrolytic catalyst may be 0.1 wt% to 20 wt% and more preferably 2 wt% to 5 wt% with respect to the carbon supported platinum catalyst, the amount of the electrolytic catalyst may be 0.0008 mg / cm 2 to 0.16 mg / cm 2 And more preferably 0.016 mg / cm 2 to 0.04 mg / cm 2.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여,According to another aspect of the present invention,

전해질막 및 상기 전해질막을 사이에 두고 형성되며, 각각 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 연료 전지용 막-전극 접합체에 있어서,In the fuel cell membrane-electrode assembly formed between the electrolyte membrane and the electrolyte membrane, and including an anode electrode and a cathode electrode each comprising a catalyst layer and a gas diffusion layer,

상기 애노드 전극 또는 캐소드 전극의 촉매층이 상기 고결정성 탄소 담지 백금촉매 및 수전해 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 막-전극 접합체를 제공한다.Provided is a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the catalyst layer of the anode electrode or the cathode electrode comprises the high crystalline carbon supported platinum catalyst and the hydroelectrolyte catalyst.

본 발명은 상기 세 번째 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the third object,

(1) 이리듐 전구체, 루테늄 전구체 또는 이리듐루테늄 전구체를 알코올에 용해시키고, 질산나트륨 또는 수산화나트륨을 첨가하고 혼합하여 제조되는 용액을 건조시켜 열처리하여 각각 이리듐 산화물, 루테늄 산화물, 이리듐 루테늄 산화물을 제조하는 단계, 또는 이리듐 전구체와 테트라데실트리메틸암모늄(tetradecyl trimethyl ammonium bromide, TTAB)를 1 : 100의 몰비로 물에 녹여 교반한 후 수소화붕소나트륨(sodium borohydride)에 의해서 이리듐을 환원시켜 이리듐을 제조하는 단계와, (2) 상기 (1) 단계에서 제조된 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐을 탄소담지 백금촉매에 첨가하고, 알코올을 혼합하여 촉매슬러리를 제조하는 단계와, (3) 상기 (2) 단계에서 촉매 슬러리를 전해질막 또는 기체 확산층에 코팅하고 건조시켜 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법을 제공한다.(1) dissolving an iridium precursor, ruthenium precursor or iridium ruthenium precursor in alcohol, adding sodium nitrate or sodium hydroxide, and mixing and drying the solution prepared to heat to prepare iridium oxide, ruthenium oxide and iridium ruthenium oxide, respectively. Or dissolving iridium precursor and tetradecyl trimethyl ammonium bromide (TTAB) in water at a molar ratio of 1: 100, stirring and reducing iridium with sodium borohydride to prepare iridium, (2) adding iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium prepared in step (1) to a carbon supported platinum catalyst and mixing alcohol to prepare a catalyst slurry, and (3) (2) In the step, the catalyst slurry is coated on the electrolyte membrane or the gas diffusion layer and dried to form a catalyst layer. A membrane for fuel cells comprising the steps - providing a method of manufacturing a membrane electrode assembly.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 (1) 단계 및 (2) 단계의 용매는 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, n-프로판올 및 부탄올로부터 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 보다 바람직하게는 용매가 에탄올과 이소프로판올로 이루어지고, 에탄올과 이소프로판올이 1:2 ~ 2:1 부피비로 혼합된 용매일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the solvent of step (1) and (2) is characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of ethanol, isopropanol, methanol, n-propanol and butanol More preferably, the solvent may be ethanol and isopropanol, and ethanol and isopropanol may be a solvent mixed in a volume ratio of 1: 2 to 2: 1.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계에서 상기 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐은 상기 탄소담지 백금촉매 중량 대비 0.1중량% ~ 20중량%일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the step (2), the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium may be 0.1% to 20% by weight relative to the weight of the carbon supported platinum catalyst.

또한, 상기 (2)단계에서 촉매 슬러리를 제조하는 경우에 아이오노머 바인더를 더 포함하여 촉매 슬러리를 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 나피온 아이오노머 바인더(Nafion sol.)를 사용하여 촉매 슬러리를 제조하였다.In addition, when preparing the catalyst slurry in the step (2) it may further comprise an ionomer binder to prepare a catalyst slurry. In one embodiment of the present invention, a catalyst slurry was prepared using a Nafion ionomer binder (Nafion sol.).

본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법에 의하면, 상기 (2) 단계에서 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐은 상기 백금촉매와 물리적 혼합, 상기 백금촉매에 담지 또는 상기 백금촉매와 합금의 형태로 촉매층을 형성할 수 있다.According to the method of manufacturing a fuel cell membrane-electrode assembly according to the present invention, in step (2), the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is physically mixed with the platinum catalyst, supported on the platinum catalyst or the platinum catalyst The catalyst layer can be formed in the form of an alloy.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐이 상기 탄소담지 백금촉매에 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐의 담지량이 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is mixed with the carbon supported platinum catalyst to form a catalyst layer, the supported amount of iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium 0.0008 mg / cm 2 to 0.16 mg / cm 2.

본 발명의 실시예에 따라, 백금 사용량이 0.4㎎/㎠이고, 카본에서 백금담지율이 50%인 경우 탄소담지 백금촉매량이 0.8㎎/㎠이 될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the amount of platinum used is 0.4 mg / cm 2 and the platinum supporting ratio in carbon is 50%, the amount of platinum supported carbon catalyst may be 0.8 mg / cm 2.

수전해 촉매량은 탄소담지 백금촉매 대비 0.1중량% ~ 20중량%이고 더욱 바람직하게는 2중량% ~ 5중량%일 수 있으므로, 상기 수전해 촉매의 담지량은 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.016㎎/㎠~0.04㎎/㎠일 수 있다.Since the amount of the electrolytic catalyst may be 0.1 wt% to 20 wt% and more preferably 2 wt% to 5 wt% with respect to the carbon supported platinum catalyst, the amount of the electrolytic catalyst may be 0.0008 mg / cm 2 to 0.16 mg / cm 2 And more preferably 0.016 mg / cm 2 to 0.04 mg / cm 2.

본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지에 따르면, 1.4V이상의 고전압 인가에서도 탄소담지 백금촉매에 첨가된 수전해 촉매에 의해서 촉매층 내의 물이 분해되어 제거됨으로써, 촉매층 내에서 물로 인한 탄소의 부식을 억제할 수 있고 연료전지의 내구성이 향상된다.According to the fuel cell including the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, the water in the catalyst layer is decomposed and removed by a hydroelectrolyte catalyst added to the carbon-supported platinum catalyst even when a high voltage of 1.4 V or higher is applied, thereby resulting from water in the catalyst layer. Corrosion of carbon can be suppressed and fuel cell durability is improved.

또한, 본 발명에 따르면, 종래 수전해 촉매가 첨가되지 않은 막-전극 접합체에 비하여 전류밀도가 일정하고, 막저항 및 전하전달저항이 낮으며, 백금 촉매의 활성화 면적이 일정하고, 1.4V이상의 고전압에서도 탄소부식이 억제되는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조가 가능하다.Further, according to the present invention, the current density is constant, the membrane resistance and the charge transfer resistance are low, the activation area of the platinum catalyst is constant, and the high voltage of 1.4 V or more, as compared with the membrane-electrode assembly to which the conventional electrolytic catalyst is not added. It is also possible to manufacture a membrane-electrode assembly for a fuel cell in which carbon corrosion is suppressed.

도 1은 본 발명에 따른 탄소부식 억제를 위한 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가를 위하여 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프로서,
도 1a는 수전해 촉매가 첨가되지 않은 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 1b는 이리듐산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 1c는 이리듐산화물이 5wt% 첨가된 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 1d는 루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 1e는 이리듐루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 1f는 이리듐이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 전류밀도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소부식 억제를 위한 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가를 위하여 부식 전후 임피던스의 변화를 나타낸 그래프로서,
도 2a는 수전해 촉매가 첨가되지 않은 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 이리듐산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 2c는 이리듐산화물이 5wt% 첨가된 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 2d는 루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 2e는 이리듐루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 2f는 이리듐이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 막 저항과 전하전달 저항의 임피던스 측정을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소부식 억제를 위한 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가를 위하여 부식 전후 백금 활성의 표면적의 변화를 나타낸 그래프로서,
도 3a는 이리듐산화물이 첨가되지 않은 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 3b는 이리듐산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 3c는 이리듐산화물이 5wt% 첨가된 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 3d는 루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 3e는 이리듐루테늄산화물이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 3f는 이리듐이 2wt% 첨가된 경우 부식 전후 CV(Cyclic Voltammgram) 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소부식 억제를 위한 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가를 위하여 부식 전후 발생한 CO2의 양을 질량분석장치(Mass spectrometry)를 사용하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소부식 억제를 위한 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가를 위하여 공기극에 1.6VSHE의 일정 전위를 30분 동안 공급하면서 물이 산화반응을 통해 분해되면서 발생하는 산화전류를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 이리듐 산화물 촉매와 백금 촉매의 수전해 성능 비교를 위해 1.24VSHE부터 1.84VSHE까지 5mV/s의 속도로 전위를 증가시키면서 산화전류를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing current density performance before and after corrosion for evaluation of corrosion resistance of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cell for inhibiting carbon corrosion according to the present invention.
Figure 1a is a graph showing the current density performance before and after corrosion when no electrolytic catalyst is added.
Figure 1b is a graph showing the current density performance before and after corrosion when 2wt% of iridium oxide is added.
Figure 1c is a graph showing the current density performance before and after corrosion when iridium oxide is added 5wt%.
Figure 1d is a graph showing the current density performance before and after corrosion when ruthenium oxide is added 2wt%.
FIG. 1E is a graph showing current density performance before and after corrosion when 2 wt% of iridium ruthenium oxide is added.
Figure 1f is a graph showing the current density performance before and after corrosion when iridium is added 2wt%.
FIG. 2 is a graph illustrating changes in impedance before and after corrosion for evaluation of corrosion resistance of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cell for inhibiting carbon corrosion according to the present invention.
Figure 2a is a graph showing the measurement of the impedance of the membrane resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when no electrolytic catalyst is added.
Figure 2b is a graph showing the measurement of the impedance of the film resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when iridium oxide 2wt% is added.
Figure 2c is a graph showing the measurement of the impedance of the film resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when iridium oxide is added 5wt%.
Figure 2d is a graph showing the measurement of the impedance of the film resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when ruthenium oxide is added 2wt%.
FIG. 2E is a graph illustrating impedance measurements of film resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when 2 wt% of iridium ruthenium oxide is added.
Figure 2f is a graph showing the measurement of the impedance of the film resistance and charge transfer resistance before and after corrosion when iridium is added 2wt%.
3 is a graph showing changes in the surface area of platinum activity before and after corrosion for evaluation of corrosion resistance of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cell for inhibiting carbon corrosion according to the present invention.
Figure 3a is a graph (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when iridium oxide is not added.
Figure 3b is a graph (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when 2wt% of iridium oxide is added.
Figure 3c is a graph (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when 5 wt% of iridium oxide is added.
Figure 3d is a graph (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when ruthenium oxide is added 2wt%.
3E is a graph of CV (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when 2 wt% of iridium ruthenium oxide is added.
Figure 3f is a graph (Cyclic Voltammgram) before and after corrosion when 2wt% of iridium is added.
4 is a result of measuring the amount of CO 2 generated before and after corrosion by using a mass spectrometry to evaluate the corrosion resistance of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cells for inhibiting carbon corrosion according to the present invention. Is a graph.
FIG. 5 illustrates that water is decomposed through an oxidation reaction while supplying a constant potential of 1.6 V SHE to the cathode for 30 minutes to evaluate corrosion resistance of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cell according to the present invention. It is a graph showing the result of measuring the oxidation current generated.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring the oxidation current while increasing the potential at a rate of 5mV / s from 1.24V SHE to 1.84V SHE for the comparison of the electrolytic performance of the iridium oxide catalyst and platinum catalyst according to the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

일반적으로 연료 전지는 정상 구동시 전압이 1V이상으로 상승하지 않아 탄소부식이 심각하지 않으나, 연료전지의 ON/OFF시 수초에서 수분 이내의 짧은 시간의 비정상상태 동안에는 전압이 1V이상으로 급격하게 상승되어 탄소 부식이 가속화된다.In general, the fuel cell is not severely corroded because the voltage does not rise above 1V during normal operation.However, when the fuel cell is turned on or off, the voltage rises rapidly above 1V during the abnormal state of a few seconds to several seconds. Carbon corrosion is accelerated.

1.4V이하에서는 종래의 연료전지에 사용되는 결정성 탄소 담지체에 의해서 부식을 억제할 수 있으나 1.4V이상에서는 결정성 탄소 담지체만으로는 촉매층의 수분에 의한 탄소부식을 완전히 억제할 수 없다.Below 1.4 V, corrosion can be suppressed by the crystalline carbon carrier used in a conventional fuel cell. However, above 1.4 V, the crystalline carbon carrier alone cannot completely inhibit carbon corrosion due to moisture in the catalyst layer.

따라서, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 의하면, 연료전지 촉매층에 결정성 카본을 담지체로 한 탄소담지 백금촉매와, 1.4V이상의 전압이 인가되는 경우에 촉매층의 물을 분해할 수 있는 수전해 촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다.Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, a carbon supported platinum catalyst having crystalline carbon as a support for the fuel cell catalyst layer, and a hydroelectrolyte catalyst capable of decomposing water in the catalyst layer when a voltage of 1.4 V or more is applied to the fuel cell catalyst layer It is characterized by including.

또한, 본 발명에 바람직한 구현예에 의하면, 1.4V이내의 전압에서는 결정성 탄소 담지체가 탄소의 부식을 억제하는 역할을 하고, 1.4V이상의 전압이 인가되는 경우에는 수전해 촉매가 물을 분해하여 탄소의 부식을 억제하는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, at a voltage of 1.4V or less, the crystalline carbon carrier serves to inhibit the corrosion of carbon, and when a voltage of 1.4V or more is applied, a hydroelectrolytic catalyst decomposes water and It is characterized in that it serves to suppress the corrosion of.

짧은 비정상상태를 지나 정상상태에 도달하면, 전압은 1V이하로 내려오게 되고 수전해 촉매는 더 이상 물을 분해하지 않기 때문에 연료전지 구동에 필수적인 물의 농도는 다시 증가하게 되어 연료전지를 구동시킬 수 있어 본 발명에 따른 촉매층을 포함하는 연료 전지는 탄소부식이 억제되고 연료전지의 내구성이 향상된다.When the steady state is reached after a short abnormal state, the voltage drops below 1V and since the electrolytic catalyst no longer decomposes water, the concentration of water necessary for driving the fuel cell is increased again, thereby driving the fuel cell. In the fuel cell including the catalyst layer according to the present invention, carbon corrosion is suppressed and durability of the fuel cell is improved.

상기 정상상태란 연료극에 산소가 존재하지 않고 수소만 존재하는 상태를 말한다.The steady state refers to a state in which only hydrogen is present without oxygen in the anode.

상기 수전해 촉매라 하면, 전기화학 반응을 통해 물을 분해하여 산소를 발생 시킬 때, 반응을 촉진하는 역할을 하는 촉매를 말한다.The electrolytic catalyst refers to a catalyst that serves to promote the reaction when generating oxygen by decomposing water through an electrochemical reaction.

상기 수전해 촉매는 하기 반응 메카니즘에 의해서 촉매층에 유입되는 수분과 전기화학적 산화 반응에 의해서 수분을 분해할 수 있다.The hydrocatalytic catalyst can decompose water by the electrochemical oxidation reaction with water introduced into the catalyst layer by the following reaction mechanism.

S + H2O S-OHad + H+ + e- (식 1) S + H 2 O S-OH ad + H + + e - ( formula 1)

S-OHad S-Oad + H+ +e- (식 2) S-OH ad SO ad + H + + e - ( Equation 2)

S-Oad + S-Oad 2S + O2 (식 3)SO ad + SO ad 2S + O 2 (Equation 3)

상기 식에서, S는 수전해 촉매를 나타내고, OHad는 수전해 촉매 표면에 흡착된 수산화기, Oad는 수전해 촉매 표면에 흡착된 산소 원자를 나타낸다. 상기 식의 평형전위는 1.23V 이다.In the above formula, S represents a hydroelectrolyte catalyst, OH ad represents a hydroxyl group adsorbed on the surface of the electrolytic catalyst, and O ad represents an oxygen atom adsorbed on the surface of the electrolytic catalyst. The equilibrium potential of the above equation is 1.23V.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 탄소 담지 백금촉매의 탄소 담지체는 그 자체로 수분과의 접촉을 방지할 수 있는 발수성이 강한 결정성을 지닌 카본나노튜브(CNT), 카본나노섬유(CNF),카본 나노케이지(CNC)등이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon carrier of the carbon-supported platinum catalyst is itself carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF) having a strong water repellency that can prevent contact with water itself ), Carbon nanocage (CNC) and the like are preferable.

또한, 수전해 촉매는 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 이리듐 산화물(IrOx), 루테늄 산화물(RuOx), 이리듐루테늄(IrRu) 및 이리듐루테늄산화물(IrRuOx)중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.In addition, the electrolytic catalyst may be at least one selected from iridium (Ir), ruthenium (Ru), iridium oxide (IrO x ), ruthenium oxide (RuO x ), iridium ruthenium (IrRu), and iridium ruthenium oxide (IrRuO x ). desirable.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 수전해 촉매가 상기 백금촉매와 물리적 혼합, 상기 백금촉매에 담지 또는 상기 백금촉매와 합금의 형태로 촉매층을 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic catalyst may be physically mixed with the platinum catalyst, supported on the platinum catalyst, or the catalyst layer may be formed in the form of the platinum catalyst and the alloy.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 탄소담지 백금촉매에 혼합되는 수전해 촉매의 중량은 백금촉매 중량 대비 0.1중량% ~ 20중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는 수전해 촉매의 중량이 2중량% ~ 5중량%일 수 있으며, 이에 따라 수전해 촉매의 담지량은 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.016㎎/㎠~0.04㎎/㎠일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the weight of the electrolytic catalyst mixed in the carbon supported platinum catalyst may be 0.1% to 20% by weight relative to the weight of the platinum catalyst, more preferably 2% by weight of the electrolytic catalyst It may be ~ 5% by weight, and thus the amount of the electrolytic catalyst loaded may be 0.0008 mg / cm 2 ~ 0.16 mg / cm 2, more preferably 0.016 mg / cm 2 ~ 0.04 mg / cm 2.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 수전해 촉매를 제조하는 단계와, 탄소담지 백금촉매에 수전해 촉매을 첨가하고 아이오노머 바인더 및 용매를 혼합하여 이루어지는 촉매 슬러리를 제조하는 단계와, 전해질 막에 촉매 슬러리를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing an electrolytic catalyst, a catalyst slurry comprising adding an electrolytic catalyst to a carbon supported platinum catalyst and mixing an ionomer binder and a solvent; It may include the step of applying.

상기 이리듐 산화물(IrOx), 루테늄 산화물(RuOx), 이리듐루테늄 산화물(IrRuOx)을 제조하는 단계에서는 각각의 이리듐 전구체, 루테늄 전구체, 이리듐루테늄 전구체를 에탄올과 이소프로판올 혼합 용매에 용해시키고, NaNO3 또는 NaOH를 첨가하여 복합물(Iridium complex)을 형성한 후에 N2+O2, O2, Ar+O2 가스 중 선택된 어느 하나의 산소 가스 분위기 하에서 300~900에서 30분~2시간 동안 열처리하여 합성할 수 있다. 상기 에탄올과 이소프로판올 혼합 용매는 에탄올과 이소프로판올의 부피비가 1:2 ~ 2:1인 것이 바람직하다.In the step of preparing the iridium oxide (IrO x ), ruthenium oxide (RuO x ), iridium ruthenium oxide (IrRuO x ), each of the iridium precursor, ruthenium precursor, iridium ruthenium precursor is dissolved in a mixed solvent of ethanol and isopropanol, NaNO 3 Alternatively, NaOH is added to form a complex (Iridium complex), and then synthesized by heat treatment at 300 to 900 for 30 minutes to 2 hours in an oxygen gas atmosphere selected from N 2 + O 2 , O 2 , and Ar + O 2 gases. can do. In the ethanol and isopropanol mixed solvent, the volume ratio of ethanol and isopropanol is preferably 1: 2 to 2: 1.

상기 이리듐(Ir)을 제조하는 단계는 이리듐과 테트라데실트리메틸암모늄 브로마이드 (tetradecyltrimethyl ammonium bromide, TTAB)를 1 : 100의 몰비로 물에 녹여 교반한 후에, 가열 후 환원제인 NaBH4를 넣고 이리듐을 환원시킨 후 이리듐을 제조할 수 있다.The step of preparing the iridium (Ir) is dissolved in water in a molar ratio of 1: 100 iridium and tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) in a molar ratio, and stirred, and after heating, added NaBH 4 reducing agent and reduced the iridium Post iridium can be prepared.

상기 촉매 슬러리를 제조하는 단계에서 촉매 슬러리의 형성 방법에 제한에 없으나, 바람직하게는 이리듐 산화물(IrOx), 루테늄 산화물(RuOx), 이리듐루테늄 산화물(IrRuOx), 이리듐(Ir)을 백금 촉매에 첨가하여 촉매 슬러리를 형성할 수 있다.In the step of preparing the catalyst slurry is not limited to the method of forming the catalyst slurry, preferably, iridium oxide (IrO x ), ruthenium oxide (RuO x ), iridium ruthenium oxide (IrRuO x ), iridium (Ir) platinum catalyst Can be added to form a catalyst slurry.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 탄소담지 백금촉매에 혼합되는 수전해 촉매의 중량은 백금촉매 중량 대비 0.1중량% ~ 20중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는 수전해 촉매의 중량이 2중량% ~ 5중량%일 수 있으며, 이에 따라 수전해 촉매의 담지량은 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.016㎎/㎠~0.04㎎/㎠일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the weight of the electrolytic catalyst mixed in the carbon supported platinum catalyst may be 0.1% to 20% by weight relative to the weight of the platinum catalyst, more preferably 2% by weight of the electrolytic catalyst It may be ~ 5% by weight, and thus the amount of the electrolytic catalyst loaded may be 0.0008 mg / cm 2 ~ 0.16 mg / cm 2, more preferably 0.016 mg / cm 2 ~ 0.04 mg / cm 2.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 탄소담지 백금촉매는 공기극에는 결정성 탄소담지를 사용한 상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)를 연료극에는 카본블랙 탄소 담지체를 사용한 40중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Johnson Matthey 40wt% Pt/C)를 사용하였고, 아이오노머 바인더는 5중량%의 나피온 아이오노머(Nafion sol.)를 사용하였다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon supported platinum catalyst is a commercially available 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C) using crystalline carbon supported on the cathode, and carbon black on the anode. 40 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Johnson Matthey 40 wt% Pt / C) using a carbon carrier was used, and 5 wt% Nafion ionomer (Nafion sol.) Was used as the ionomer binder.

상기 촉매 슬러리를 도포하는 단계에서는 본 발명에서 제조된 촉매 슬러리를 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기 극면에 도포하여 막-전극 접합체를 제조하였고, 이에 의해서 후술할 본 발명에 따른 연료전지 공기극 촉매의 내부식성 평가를 하였다.In the applying of the catalyst slurry, the catalyst slurry prepared in the present invention was applied to the air surface of the Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) to prepare a membrane-electrode assembly, whereby a fuel cell cathode catalyst according to the present invention will be described later. The corrosion resistance of was evaluated.

수전해 촉매가 첨가되지 않은 상용의 내부식성 촉매로 이루어진 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지의 경우에는 1.6V 전압 인가에서 44.9%의 성능이 감소하여 탄소 내부식성 효과가 떨어지나, 본 발명에 따른 수전해 촉매를 첨가한 연료전지는 내부식성이 우수하여 연료 전지의 내구성이 향상된다.
In the case of a fuel cell including a membrane-electrode assembly composed of a commercially available corrosion resistant catalyst without addition of a hydrolytic catalyst, the performance of 44.9% decreases at the application of a 1.6V voltage, thereby reducing the carbon corrosion resistance effect. The fuel cell to which the catalyst is added is excellent in corrosion resistance and the durability of the fuel cell is improved.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.

<< 제조예Manufacturing example 1> 이리듐 산화물( 1> iridium oxide ( IrOxIrOx )의 제조Manufacturing

이리듐 전구체(H2IrCl6xH2O)를 에탄올(ethanol)과 이소프로판올(Isopropanol) 혼합 용매에 넣고 충분히 교반시켜 녹인 후, 일정량의 질산나트륨(NaNO3)을 첨가하여 교반하였다. 그리고 60℃로 가열하여 용매인 에탄올과 이소프로판올을 모두 증발시켜 건조시킨 후, 80℃ 오븐에서 30여분 추가로 건조시켰다. 건조된 파우더를 보트에 고르게 올려 전기로에 넣고 산소를 포함하는 가스를 흘려주고, 500℃에서 30분간 가열하였다. 열처리 과정을 거친 파우더를 3차수로 여러 번 씻어낸 다음, 씻어낸 파우더를 80℃ 오븐에서 30여분 건조하여 이리듐 산화물을 제조하였다.
Iridium precursor into the (H 2 IrCl 6 xH 2 O ) in ethanol (ethanol) and isopropanol (Isopropanol) mixed solvent were dissolved by stirring well, the mixture was stirred by adding a certain amount of sodium nitrate (NaNO 3). After heating to 60 ° C. to evaporate and dry both ethanol and isopropanol as solvents, the mixture was further dried for 30 minutes in an 80 ° C. oven. The dried powder was evenly placed on a boat and placed in an electric furnace, flowing a gas containing oxygen, and heated at 500 ° C. for 30 minutes. After washing the powder after the heat treatment several times in a third order, the washed powder was dried for 30 minutes in an 80 ℃ oven to prepare an iridium oxide.

<< 제조예Manufacturing example 2> 루테늄 산화물( 2> ruthenium oxide ( RuOxRuOx )의 제조Manufacturing

루테늄 전구체(RuCl3xH2O)를 에탄올(ethanol)과 이소프로판올 (Isopropanol) 혼합 용매에 넣고 충분히 교반시켜 녹인 후, 일정량의 질산나트륨(NaNO3)을 첨가하여 교반하였다. 그리고 60℃로 가열하여 용매인 에탄올과 이소프로판올을 모두 증발시켜 건조시킨 후, 80℃ 오븐에서 30여분 추가로 건조시켰다. 건조된 파우더를 보트에 고르게 올려 전기로에 넣고 산소를 포함하는 가스를 흘려주고, 500℃에서 30분간 가열하였다. 열처리 과정을 거친 파우더를 3차수로 여러 번 씻어낸 다음, 씻어낸 파우더를 80℃ 오븐에서 30여분 건조하여 루테늄 산화물을 제조하였다.
Ruthenium precursor (RuCl 3 xH 2 O) was added to a mixed solvent of ethanol and isopropanol, and the mixture was sufficiently stirred to dissolve, followed by addition of a certain amount of sodium nitrate (NaNO 3 ). After heating to 60 ° C. to evaporate and dry both ethanol and isopropanol as solvents, the mixture was further dried for 30 minutes in an 80 ° C. oven. The dried powder was evenly placed on a boat and placed in an electric furnace, flowing a gas containing oxygen, and heated at 500 ° C. for 30 minutes. The powder subjected to the heat treatment was washed several times with third order, and then the washed powder was dried in an oven at 80 ° C. for 30 minutes to prepare ruthenium oxide.

<< 제조예Manufacturing example 3> 이리듐루테늄 산화물( 3> Iridium Ruthenium Oxide ( IrRuOxIrRuOx )의 제조Manufacturing

이리듐과 루테늄을 1 : 1의 몰비로 이리듐전구체 (H2IrCl6xH2O)와 루테늄전구체(RuCl3xH2O)를 에탄올(ethanol)과 이소프로판올(Isopropanol) 혼합 용매에 넣고 충분히 교반시켜 녹인 후, 일정량의 질산나트륨(NaNO3)을 첨가하여 교반하였다. 그리고 60℃로 가열하여 용매인 에탄올과 이소프로판올을 모두 증발시켜 건조시킨 후, 80℃ 오븐에서 30여분 추가로 건조시켰다. 건조된 파우더를 보트에 고르게 올려 전기로에 넣고 산소를 포함하는 가스를 흘려주고, 500℃에서 30분간 가열하였다. 열처리 과정을 거친 파우더를 3차수로 여러 번 씻어낸 다음, 씻어낸 파우더를 80℃ 오븐에서 30여분 건조하여 이리듐루테늄 산화물을 제조하였다.
Iridium and ruthenium were dissolved in a mixed solvent of iridium precursor (H 2 IrCl 6 xH 2 O) and ruthenium precursor (RuCl 3 xH 2 O) in a mixed solvent of ethanol and isopropanol at a molar ratio of 1: 1. A certain amount of sodium nitrate (NaNO 3 ) was added and stirred. After heating to 60 ° C. to evaporate and dry both ethanol and isopropanol as solvents, the mixture was further dried for 30 minutes in an 80 ° C. oven. The dried powder was evenly placed on a boat and placed in an electric furnace, flowing a gas containing oxygen, and heated at 500 ° C. for 30 minutes. The powder after the heat treatment was washed several times with third order, and then the washed powder was dried in an oven at 80 ° C. for 30 minutes to prepare iridium ruthenium oxide.

<< 제조예Manufacturing example 4> 이리듐의 제조 4> Preparation of Iridium

이리듐과 테트라데실트리메틸암모늄 브로마이드(tetradecyltrimethyl ammonium bromide, TTAB)를 1 : 100 몰비로 이리듐 전구체(H2IrCl6xH2O)와 TTAB을 바이알에 물과 같이 넣고 충분히 교반하여 TTAB을 녹였다. 그리고 50℃로 가열한 뒤 NaBH4를 넣고 이리듐을 환원시켰다. 바이알 뚜껑을 막고 작은 구멍을 뚫어 생성되는 수소가스를 10여분 날려 보낸 뒤 구멍을 막고 밀봉하였고, 그 후 50℃에서 6~7시간 가열한 뒤 용액을 2~3회 정도 원심분리하여 덴드라이트(dendrite)모양을 갖는 이리듐을 제조하였다.
Iridium and tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) were added in a 1: 100 molar ratio of iridium precursor (H 2 IrCl 6 x H 2 O) and TTAB together with water to stir to dissolve TTAB. After heating to 50 ° C., NaBH 4 was added thereto, and iridium was reduced. Closing the vial cap and punched a small hole, the hydrogen gas was blown out for about 10 minutes, the hole was blocked and sealed, and then heated at 50 ° C. for 6 to 7 hours, followed by centrifugation of the solution 2-3 times. Iridium in the shape of) was prepared.

<< 실시예Example 1> 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 단위전지의 제조 1> Fabrication of fuel cell membrane-electrode assembly and unit cell including same

상용의 40중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Johnson Matthey 40wt% Pt/C)를 5중량%의 나피온 아이오노머(Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 연료극면에 백금 0.4m㎎/㎠의 담지량으로 도포하여 연료극 촉매층을 제조하였다.A commercially prepared 40 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Johnson Matthey 40 wt% Pt / C) was mixed with 5 wt% Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol and sonicated to prepare a catalyst slurry. The prepared catalyst slurry was applied to the anode surface of the Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) in a loading amount of platinum 0.4mmg / cm 2 to prepare a cathode catalyst layer.

상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)에 상기 <제조예 1>에 제조된 이리듐 산화물(IrOx)을 Pt/C 중량 대비 2중량%로 첨가하고, 5중량%의 나피온 아이오노머(Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 백금 0.4㎎/㎠의 담지량으로 도포하였다. 그 결과 촉매층에는 백금 0.4㎎/㎠을, 이리듐 산화물 0.016m㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지 셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
To commercial 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C), iridium oxide (IrO x ) prepared in Preparation Example 1 was added at 2 wt% based on Pt / C weight. , 5% by weight of Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol mixed with ultrasonic treatment to prepare a catalyst slurry. The prepared catalyst slurry was coated on a cathode surface of a Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) with a supporting amount of platinum 0.4 mg / cm 2. As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 and iridium oxide 0.016 mg / cm 2 were applied to the catalyst layer. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<< 실시예Example 2> 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 단위전지의 제조 2> Fabrication of fuel cell membrane-electrode assembly and unit cell including the same

연료극 촉매층은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법으로 제조하였다.The anode catalyst layer was prepared in the same manner as in <Example 1>.

상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)에 상기 <제조예 1>에 제조된 이리듐 산화물(IrOx)을 Pt/C 중량 대비 5중량%로 첨가하고, 5중량%의 나피온 아이오노머 (Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 백금 0.4㎎/㎠의 담지량으로 도포하였다. 그 결과, 촉매층에는 백금 0.4㎎/㎠을, 이리듐 산화물 0.04㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지 셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
To commercial 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C), iridium oxide (IrO x ) prepared in Preparation Example 1 was added at 5 wt% based on Pt / C weight. , 5% by weight of Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol mixed with ultrasonication to prepare a catalyst slurry. The prepared catalyst slurry was coated on a cathode surface of a Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) with a supporting amount of platinum 0.4 mg / cm 2. As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 and iridium oxide 0.04 mg / cm 2 were applied to the catalyst layer. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<< 실시예Example 3> 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 단위전지의 제조 3> Manufacture of membrane-electrode assembly for fuel cell and unit cell comprising same

연료극 촉매층은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법으로 제조하였다.The anode catalyst layer was prepared in the same manner as in <Example 1>.

상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)에 상기 <제조예 2>에 제조된 루테늄 산화물(RuOx)을 Pt/C 중량 대비 2중량%로 첨가하고, 5중량%의 나피온 아이오노머 (Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 백금 0.4㎎/㎠의 담지량으로 도포하였다. 그 결과, 촉매층에는 백금 0.4㎎/㎠을, 루테늄 산화물 0.016㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
To a commercial 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C), ruthenium oxide (RuOx) prepared in Preparation Example 2 was added at 2 wt% based on Pt / C weight, A catalyst slurry was prepared by sonicating 5% by weight of Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol. The prepared catalyst slurry was coated on a cathode surface of a Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) with a supporting amount of platinum 0.4 mg / cm 2. As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 and ruthenium oxide 0.016 mg / cm 2 were applied to the catalyst layer. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<< 실시예Example 4> 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 단위전지의 제조 4> Fabrication of fuel cell membrane-electrode assembly and unit cell including same

연료극 촉매층은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법으로 제조하였다.The anode catalyst layer was prepared in the same manner as in <Example 1>.

상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)에 상기 <제조예 3>에서 제조된 이리듐루테늄 산화물(IrRuOx)을 Pt/C 중량 대비 2중량%로 첨가하고, 5중량%의 나피온 아이오노머 (Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 백금 0.4㎎/㎠의 담지량으로 도포하였다. 그 결과, 촉매층에는 백금 0.4㎎/㎠을, 이리듐루테늄 산화물 0.016㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
To commercial 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C), iridium ruthenium oxide (IrRuOx) prepared in Preparation Example 3 was added at 2 wt% based on Pt / C weight. , 5% by weight of Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol mixed with ultrasonication to prepare a catalyst slurry. The prepared catalyst slurry was coated on a cathode surface of a Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) with a supporting amount of platinum 0.4 mg / cm 2. As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 was applied to the catalyst layer and 0.016 mg / cm 2 of iridium ruthenium oxide. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<< 실시예Example 5> 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 단위전지의 제조 5> Manufacture of membrane-electrode assembly for fuel cell and unit cell comprising same

연료극 촉매층은 상기 <실시예 1>과 동일한 방법으로 제조하였다.The anode catalyst layer was prepared in the same manner as in <Example 1>.

상용의 50중량% 탄소담지 백금촉매 Pt/C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt/C)에 상기 <제조예 4>에 제조된 이리듐(Ir)을 Pt/C 중량 대비 2중량%로 첨가하고, 5중량%의 나피온 아이오노머 (Nafion sol.)와 이소프로판올과 섞어 초음파 처리하여 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 백금 0.4㎎/㎠의 담지량으로 도포하였다. 그 결과, 촉매층에는 백금 0.4㎎/㎠을, 이리듐 0.016㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
To commercial 50 wt% carbon supported platinum catalyst Pt / C (Tanaka corrosion resistance 50wt% Pt / C), iridium (Ir) prepared in Preparation Example 4 was added at 2 wt% based on Pt / C weight, and 5 A catalyst slurry was prepared by sonication of Nafion ionomer (Nafion sol.) And isopropanol by weight. The prepared catalyst slurry was coated on a cathode surface of a Nafion membrane (N212 Nafion Membrane) with a supporting amount of platinum 0.4 mg / cm 2. As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 and iridium 0.016 mg / cm 2 were applied to the catalyst layer. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<< 비교예Comparative example 1> 1>

연료극 촉매층은 상기 <실시예 1 내지 2>와 동일한 방법으로 제조하였다.The anode catalyst layer was prepared in the same manner as in <Examples 1 to 2>.

수전해 촉매를 탄소담지 백금촉매에 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 <실시예 1 내지 2>와 동일한 제조방법으로 촉매 슬러리를 제조하였다. 제조한 촉매 슬러리는 나피온 멤브레인(N212 Nafion Membrane)의 공기극면에 도포하였다. 그 결과, 촉매층에 백금 0.4㎎/㎠을 도포하였다. 위와 같이 제조된 전극막 접합체는 기체확산층과 가스켓을 적층하여 단위전지 셀을 제조하였고, 이 단위전지 셀에 일정 압력을 가하여 각 구성들을 체결하였고, 체결된 단위전지 셀을 소정의 스테이션에 연결하였다.
A catalyst slurry was prepared in the same manner as in <Examples 1 to 2>, except that the electrolytic catalyst was not added to the carbon supported platinum catalyst. The prepared catalyst slurry was applied to the cathode surface of the Nafion membrane (N212 Nafion Membrane). As a result, platinum 0.4 mg / cm 2 was applied to the catalyst layer. In the electrode membrane assembly prepared as described above, a gas diffusion layer and a gasket were laminated to manufacture a unit battery cell, and the respective unit cells were fastened by applying a predetermined pressure to the unit battery cell, and the fastened unit battery cell was connected to a predetermined station.

<실시예 1 내지 5> 및 <비교예 1> 따른 공기극 전극 촉매층의 구성은 하기 [표 1]에 나타난 바와 같다.The structure of the cathode electrode catalyst layer according to <Examples 1 to 5> and <Comparative Example 1> is as shown in the following [Table 1].

구분division 백금담지량
(㎎/㎠)
Platinum loading
(Mg / cm 2)
탄소담지량
(㎎/㎠)
Carbon loading
(Mg / cm 2)
사용된 수전해촉매Used Hydrocatalyst 수전해촉매 담지량
(㎎/㎠)
Hydrolytic Catalyst Support
(Mg / cm 2)
Pt/C 중량대비
수전해촉매
중량 비율(%)
Pt / C weight
Hydrolysis Catalyst
% By weight
실시예1Example 1 0.40.4 0.40.4 이리듐산화물Iridium Oxide 0.0160.016 22 실시예2Example 2 0.40.4 0.40.4 이리듐산화물Iridium Oxide 0.040.04 55 실시예3Example 3 0.40.4 0.40.4 루테늄산화물Ruthenium oxide 0.0160.016 22 실시예4Example 4 0.40.4 0.40.4 이리듐루테늄산화물Iridium Ruthenium Oxide 0.0160.016 22 실시예5Example 5 0.40.4 0.40.4 이리듐Iridium 0.0160.016 22 비교예1Comparative Example 1 0.40.4 0.40.4 -- 00 00

이하, 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연료전지용 막-전극 접합체를 포함하는 단위전지의 내부식성 평가예와 도면을 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to corrosion resistance evaluation examples and drawings of a unit cell including a membrane-electrode assembly for fuel cells manufactured according to Examples and Comparative Examples.

<< 평가예Evaluation example > 연료전지 > Fuel Cell 공기극Air cathode 촉매의  Catalytic 내부식성Corrosion resistance 평가 evaluation

본 발명에 따라 제조된 실시예 1 내지 5와 비교예 1의 단위전지 셀을 부식 평가를 실시하는바, 하기와 같은 부식 평가 방법에 의해 부식 평가를 진행하였다.Corrosion evaluation was performed on the unit battery cells of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 prepared according to the present invention, and the corrosion evaluation was performed by the following corrosion evaluation method.

공기극 촉매 부식 평가 단계에서, 연료극에 수소를 20ccm 흘려주고, 공기극에 질소를 30ccm 흘려주며, 이때 단위전지의 온도를 70℃로, 그리고 가습 온도도 70℃로 유지시켜주었다. 그 후, 공기극에 1.6VSHE의 일정 전압을 30분 동안 공급하여 인위적으로 공기극 촉매를 부식 시켰다. 이에, 단위전지의 공기극 출구에 연결시킨 질량분석장치(Mass spectrometry)를 이용하여, 부식 평가 중 발생하는 이산화탄소(CO2)의 양을 측정하였다.In the cathode catalyst corrosion evaluation step, 20ccm of hydrogen was flowed into the anode and 30ccm of nitrogen was flowed into the cathode, and the temperature of the unit cell was maintained at 70 ° C and the humidification temperature was also 70 ° C. Thereafter, a constant voltage of 1.6 V SHE was supplied to the cathode for 30 minutes to artificially corrode the cathode catalyst. Thus, the mass of carbon dioxide (CO 2 ) generated during corrosion evaluation was measured using a mass spectrometry connected to the cathode outlet of the unit cell.

상기 단계 종료한 후, 부식 전후의 측정 수치인 단위전지의 성능 감소율, CV 테스트를 통해 측정된 백금의 유효 활성 표면적 (Spt) 감소율, 임피던스를 통해 측정된 저항 증가율, 그리고 질량분석법(Mass spectrometry)을 통해 측정된 이산화탄소(CO2)의 발생량을 비교하여 촉매의 내부식성을 평가하였다. 표면적(Spt) 감소율이 적을수록, 임피던스를 통해 측정된 저항 증가율이 적을수록, 그리고 질량분석법(Mass spectrometry)을 통해 측정된 이산화탄소(CO2)의 발생량이 적을수록 내부식성에 강한 촉매이다.
After completion of the above steps, the reduction rate of the unit cell, which is measured before and after corrosion, the reduction rate of effective active surface area (Spt) of platinum measured by the CV test, the increase rate of resistance measured through impedance, and the mass spectrometry were measured. The corrosion resistance of the catalyst was evaluated by comparing the amount of carbon dioxide (CO 2 ) measured through. The smaller the surface area (Spt) reduction rate, the smaller the resistance increase rate measured through the impedance, and the smaller the amount of carbon dioxide (CO 2 ) measured by mass spectrometry, the stronger the corrosion resistance catalyst.

[[ 평가예Evaluation example 1] 부식 전후 단위 전지의 전류 밀도 성능 감소도 1] Reduction of current density performance of unit cell before and after corrosion

도 1은 부식 전후의 단위전지 성능을 나타낸 것으로, 부식 전 성능은 0.6V에서 <비교예 1>은 1.73A/㎠, <실시예 1>은 1.74A/㎠, <실시예 2>는 1.69A/㎠, <실시예 3>은 1.68A/㎠, <실시예 4>는 1.75A/㎠, <실시예 5>는 1.74A/㎠으로서, 부식 전 성능에는 큰 차이를 보이지 않았다.Figure 1 shows the unit cell performance before and after corrosion, the performance before corrosion is 1.73A / ㎠ in <Comparative Example 1>, 1.74A / ㎠ in <Example 1>, 1.69A in <Example 2> / Cm <2>, <Example 3> is 1.68A / cm <2>, <Example 4> is 1.75A / cm <2>, and <Example 5> is 1.74A / cm <2>, and there was no big difference in the performance before corrosion.

상기와 같이 공기극에 1.6VSHE의 인위적인 전위를 공급하여 공기극 촉매를 부식 시켰는바, 부식 후의 단위전지 성능 변화는 도 1a에 나타낸 바와 같이 <비교예 1>에 따른 막-전극 접합체의 경우 0.6V에서 44.9%의 성능 감소를 보였고, 도 1b에 나타낸 바와 같이 본 발명의 <실시예 1>에 따른 막-전극 접합체는 4.0%, 도 1c의 <실시예 2>에 따른 막-전극 접합체는 0.6%, 도 1d의 <실시예 3>에 따른 막-전극 접합체는 18.5%, 도 1e의 <실시예 4>에 따른 막-전극 접합체는 32.6%, 도 1f의 <실시예 5>에 따른 막-전극 접합체는 1.7%의 성능 감소를 보임을 알 수 있다.As described above, the cathode catalyst was corroded by supplying an artificial potential of 1.6 V SHE to the cathode. As shown in FIG. 1A, the change in unit cell performance was 0.6 V in the case of the membrane-electrode assembly according to <Comparative Example 1>. As shown in FIG. 1B, the membrane-electrode assembly according to Example 1 of the present invention was 4.0%, the membrane-electrode assembly according to <Example 2> of FIG. 1C was 0.6%, The membrane-electrode assembly according to <Example 3> of FIG. 1D is 18.5%, the membrane-electrode assembly according to <Example 4> of FIG. 1E, and 32.6% of the membrane-electrode assembly according to <Example 5> of FIG. 1F. Shows a 1.7% reduction in performance.

<비교예 1>에 따른 막-전극 접합체는 결정성 탄소를 담지체로 사용하였음에도 1.6VSHE의 인위적인 전위 조건 하에서 부식에 취약한 것으로 평가되어 결정성 탄소 담지체만으로는 탄소 부식 억제효에 한계가 있음을 알 수 있다.The membrane-electrode assembly according to <Comparative Example 1> was evaluated to be susceptible to corrosion under artificial dislocation conditions of 1.6 V SHE even though crystalline carbon was used as a carrier, and it was found that the crystalline carbon carrier alone has a limit on the inhibition of carbon corrosion. Can be.

본 발명의 <실시예 1 내지 5>에 따른 막-전극 접합체는 수전해 촉매의 첨가로 인해 촉매층 내의 수분이 제거되어 내부식성이 증가된 것으로 평가되어 본 발명에 따른 막-전극 접합체는 수전해 촉매의 첨가 없이 결정성 탄소를 담지체로 사용한 종래의 막-전극 접합체에 비하여 내부식성이 매우 우수함을 알 수 있다.
The membrane-electrode assembly according to <Examples 1 to 5> of the present invention was evaluated to have increased corrosion resistance due to the removal of water in the catalyst layer due to the addition of the hydroelectrolyte catalyst. It can be seen that the corrosion resistance is very excellent compared to the conventional membrane-electrode assembly using crystalline carbon as a support without the addition of.

[[ 평가예Evaluation example 2] 부식 전후  2] before and after corrosion 막저항과Membrane resistance 전하전달 저항 변화 Change in charge transfer resistance

도 2는 단위전지의 부식 전후 임피던스를 측정하여 막 저항과 전하 전달(Charge transfer) 저항 변화를 측정한 결과 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing measurement results of changes in membrane resistance and charge transfer resistance by measuring impedance before and after corrosion of a unit cell.

도 2a에 나타낸 바와 같이 <비교예 1>에 따른 막-전극 접합체는 부식 후에 막저항이 1.4%, 전하 전달 저항이 97.9% 증가한 반면, 첨부한 도 2b에 나타낸 바와 같이 본 발명의 <실시예 1>은 막저항이 1.4%, 전하 전달 저항이 11.6% 감소하였고, 도 2c에 나타낸 바와 같이 본 발명의 <실시예 2>는 막저항이 0%, 전하 전달 저항이 19.5% 감소하였고, 도 2d에 나타난 바와 같이 본 발명의 <실시예 3>은 막저항이 0.7%, 전하 전달 저항이 12.6% 증가하였고, 도 2e에 나타난 바와 같이 본 발명의 <실시예 4>는 막저항이 3.57%, 전하 전달 저항이 44.4% 증가하였고, 도 2f에 나타난 바와 같이 본 발명의 <실시예 5>는 막저항이 3.57%, 전하 전달 저항이 1.6% 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 2A, the membrane-electrode assembly according to Comparative Example 1 has a 1.4% increase in film resistance and a 97.9% increase in charge transfer resistance after corrosion, whereas as shown in FIG. > Is 1.4% in film resistance, 11.6% in charge transfer resistance is reduced, as shown in Figure 2c <Example 2> of the present invention is reduced in film resistance of 0%, 19.5% in charge transfer resistance, as shown in Figure 2d As shown in Example 3 of the present invention, the film resistance increased by 0.7% and the charge transfer resistance increased by 12.6%. As shown in FIG. The resistance increased by 44.4%, and as shown in FIG. 2F, it can be seen that in Example 5 of the present invention, the film resistance increased by 3.57% and the charge transfer resistance increased by 1.6%.

본 발명에 따른 수전해 촉매가 첨가된 막-전극 접합체는 부식 전후 임피던스의 변화가 작아 내부식성이 매우 우수함을 알 수 있다.
It can be seen that the membrane-electrode assembly to which the electrolytic catalyst according to the present invention is added has a small change in impedance before and after corrosion and is excellent in corrosion resistance.

[[ 평가예Evaluation example 3] 부식 전후 백금 촉매의 활성 표면적 변화 3] Changes in active surface area of platinum catalysts before and after corrosion

도 3은 <비교예 1>과 <실시예 1 내지 5>의 부식 전후 CV 그래프를 나타낸 것이다.3 shows a CV graph before and after corrosion of <Comparative Example 1> and <Examples 1 to 5>.

도 3a에 나타낸 바와 같이 <비교예 1>에 따른 막-전극 접합체의 부식 전후 백금 활성 표면적 변화는 31.6㎡/g에서 21.2㎡/g으로 32.9% 감소하였고, 첨부한 도 3b에 나타낸 바와 같이 <실시예 1>에 따른 막-전극 접합체는 36.7㎡/g에서 31.6㎡/g로 13.9%, 도 3c에 나타난 <실시예 2>에 따른 막-전극 접합체는 29.4㎡/g에서 26.4㎡/g로 10.2%, 도 3d에 나타난 <실시예 3>에 따른 막-전극 접합체는 26.4㎡/g에서 20.8㎡/g로 21.2%, 도 3e에 나타난 <실시예 4>에 따른 막-전극 접합체는 31.5㎡/g에서 23.6㎡/g로 25.1%, 도 3f에 나타난 <실시예 5>에 따른 막-전극 접합체는 33.7㎡/g에서 31.6㎡/g로 6.2% 감소함을 알 수 있다.As shown in FIG. 3A, the change in platinum active surface area before and after corrosion of the membrane-electrode assembly according to <Comparative Example 1> was reduced by 32.9% from 31.6 m 2 / g to 21.2 m 2 / g, as shown in FIG. 3b. The membrane-electrode assembly according to Example 1 was 13.9% from 36.7 m 2 / g to 31.6 m 2 / g, and the membrane-electrode assembly according to <Example 2> shown in FIG. 3C was 10.2 at 26.4 m 2 / g to 26.4 m 2 / g. %, The membrane-electrode assembly according to <Example 3> shown in FIG. 3D is 21.2% from 26.4 m 2 / g to 20.8 m 2 / g, and the membrane-electrode assembly according to <Example 4> shown in FIG. 3E is 31.5 m 2 / It can be seen that the membrane-electrode assembly according to <Example 5> shown in FIG. 3F at 23.6 m 2 / g in g, decreased 6.2% from 33.7 m 2 / g to 31.6 m 2 / g.

탄소가 부식하게 되면 백금촉매의 이탈과 뭉침 현상으로 백금 활성 표면적이 감소하게 된다. <실시예 1 내지 5>는 탄소부식이 억제되어 부식 실험 이후에도 백금활성 표면적의 변화가 적었다. 이에 반하여 <비교예 1>에 따른 막-전극 접합체는 부식에 매우 취약하며, 수전해 촉매를 첨가한 <실시예 1 내지 5>는 촉매층 내의 수분의 제거로 인해 내부식성이 증가됨을 재확인 할 수 있다.
When the carbon is corroded, the platinum active surface area decreases due to the detachment and agglomeration of the platinum catalyst. In Examples 1 to 5, the corrosion of carbon was suppressed and the change of platinum active surface area was small even after the corrosion test. On the contrary, the membrane-electrode assembly according to Comparative Example 1 is very vulnerable to corrosion, and Examples 1 to 5 to which the electrolytic catalyst is added can be reconfirmed that the corrosion resistance is increased due to the removal of water in the catalyst layer. .

[[ 평가예Evaluation example 4] 부식 전후 부식 생성물인 이산화탄소 발생량 4] The amount of carbon dioxide generated as a corrosion product before and after corrosion

도 4는 <비교예 1>과 <실시예 1 내지 2>에 따른 막-전극 접합체의 촉매층에서 담지체로 사용된 탄소의 부식 생성물인 이산화탄소를 질량분석장치를 사용하여 직접 측정한 결과이다.4 is a result of directly measuring carbon dioxide, which is a corrosion product of carbon used as a support in the catalyst layer of the membrane-electrode assembly according to Comparative Example 1 and Examples 1 and 2, using a mass spectrometer.

도 4에서 확인 할 수 있듯이, <비교예 1>에 따른 수전해 촉매가 첨가되지 않은 막-전극 접합체는 이산화탄소 발생량이 최고 1659ppm, 총량은 1018㎕ 측정되었다. 이에 반하여 <실시예 1>에 따른 2중량%의 수전해 촉매가 첨가된 막-전극 접합체는 이산화탄소 발생량이 최고 653ppm, 총량 248㎕가 측정되었고, <실시예 2>에 따른 5중량%의 수전해 촉매가 첨가된 막-전극 접합체는 이산화탄소 발생량이 최고 186ppm, 총량 34.84㎕가 측정되었는바, <비교예 1>이 <실시예 1 내지 2>보다 이산화탄소 발생량이 월등히 많음을 확인할 수 있다.As can be seen in Figure 4, in the membrane-electrode assembly without the addition of the electrolytic catalyst according to Comparative Example 1, the maximum amount of carbon dioxide generation was 1659 ppm, and the total amount was measured at 1018 μl. On the contrary, in the membrane-electrode assembly to which the 2 wt% electrolytic catalyst according to <Example 1> was added, carbon dioxide generation was measured at a maximum amount of 653 ppm and a total amount of 248 μl, and 5 wt% of the electrolytic electrolyte according to <Example 2>. In the membrane-electrode assembly to which the catalyst was added, a maximum amount of carbon dioxide generated was 186 ppm and a total amount of 34.84 μl was measured. Accordingly, it can be seen that Comparative Example 1 has a much higher amount of carbon dioxide than <Examples 1 to 2>.

상기 결과에 따라, 본 발명에 따른 수전해 촉매가 첨가된 <실시예 1 내지 2>의 막-전극 접합체가 촉매층 내의 수분 제거로 인해 내부식성이 증가되었음을 재확인할 수 있다.
According to the above results, it can be reconfirmed that the membrane-electrode assembly of <Examples 1 to 2> to which the electrolytic catalyst according to the present invention is added is increased in corrosion resistance due to water removal in the catalyst layer.

[[ 평가예Evaluation example 5] 부식 전후 발생한 산화  5] Oxidation before and after corrosion 전류값Current value

도 5는 <비교예 1>과 <실시예 1 내지 2>에 따른 본 발명의 전극 촉매층의 부식 평가를 위해 공기극에 1.6VSHE의 일정 전위를 30분 동안 공급하면서 발생한 전류 값을 측정한 결과이며, 전류값이 높게 나타날수록 산화 반응이 활발히 진행했음을 의미한다.5 is a result of measuring the current value generated while supplying a constant potential of 1.6V SHE to the cathode for 30 minutes to evaluate the corrosion of the electrode catalyst layer of the present invention according to <Comparative Example 1> and <Examples 1 to 2> The higher the current value, the more active the oxidation reaction.

<비교예 1>에 따른 수전해 촉매가 첨가되지 않은 막-전극 접합체는 산화 전류가 가장 적게 측정되었으며, 수전해 촉매가 첨가된 본 발명의 <실시예 1 내지 2>에 따른 막-전극 접합체는 <비교예 1>에 비해 월등히 높은 산화 전류값이 측정되어 산화 반응이 활발히 진행했음을 알 수 있었다.The membrane-electrode assembly without the electrolytic catalyst according to <Comparative Example 1> measured the least oxidation current, and the membrane-electrode assembly according to <Examples 1 to 2> of the present invention to which the electrolytic catalyst was added was Compared with <Comparative Example 1>, significantly higher oxidation current values were measured, indicating that the oxidation reaction was actively progressed.

<실시예 1 내지 2>에 따른 막-전극 접합체에서 발생한 높은 산화 전류는 수전해 촉매의 첨가에 따른 물이 산화 반응을 통해 분해되며 발생하는 산화 전류이며, 이를 통해 수전해 촉매의 첨가가 가습되어 공급되는 촉매층 내의 수분을 제거 할 수 있음을 알 수 있다.
The high oxidation current generated in the membrane-electrode assembly according to <Examples 1 and 2> is an oxidation current generated when water is decomposed through the addition of a hydroelectrolyte catalyst through an oxidation reaction, whereby the addition of the hydroelectrolyte catalyst is humidified. It can be seen that moisture in the catalyst layer supplied can be removed.

[[ 평가예Evaluation example 6] 이리듐 산화물 촉매와 백금 촉매의 수전해 성능 6] Electrolytic Performance of Iridium Oxide Catalysts and Platinum Catalysts

도 6은 본 발명에 사용된 이리듐 산화물의 수전해 성능을 백금 촉매와 비교 측정한 결과로, 질소 분위기의 0.5M 황산 용액에서 반응 전극을 1200rpm의 속도로 회전시키며 1.24V부터 1.84V까지 5mV/s의 속도로 전위를 증가시키며 발생한 전류값을 측정한 결과이다.FIG. 6 shows a comparison of the electrolytic performance of the iridium oxide used in the present invention with a platinum catalyst. The reaction electrode is rotated at a speed of 1200 rpm in a 0.5 M sulfuric acid solution in a nitrogen atmosphere, and 5 mV / s from 1.24 V to 1.84 V. This is the result of measuring the current value generated by increasing the potential at the speed of.

백금 촉매의 경우 1.6V이상의 전위에서부터 수전해 반응에 대한 활성을 보여 본 발명에서 부식 평가를 위해 진행된 1.6V의 전위에서는 수전해 반응이 거의 일어나지 않음을 알 수 있다. 반면, 이리듐 산화물 촉매의 경우 1.45V이상의 전위에서부터 수전해 반응에 대한 활성을 보이고 본 발명에서 부식평가를 위해 진행된 1.6V의 전위에서는 높은 활성을 나타내었다.In the case of the platinum catalyst shows an activity for the electrolytic reaction from the potential of 1.6V or more, it can be seen that the electrolytic reaction hardly occurs at the 1.6V potential advanced for corrosion evaluation in the present invention. On the other hand, in the case of the iridium oxide catalyst showed an activity for the electrolytic reaction from the potential of 1.45V or more and showed a high activity at the potential of 1.6V proceeded for the corrosion evaluation in the present invention.

이를 통해 본 발명에서 <비교예 1>에 따른 수전해 촉매가 첨가되지 않은 막-전극 접합체는 백금 촉매가 수전해 반응에 대한 낮은 활성을 보여 촉매층 내의 수분을 제거할 수 없지만, <실시예 1 내지 2>에 따른 막-전극 접합체는 첨가된 이리듐 산화물 촉매가 수전해 반응에 높은 활성을 보여 촉매층 내의 수분을 제거 할 수 있음을 알 수 있다.
Through this, in the present invention, the membrane-electrode assembly to which the electrolytic catalyst according to <Comparative Example 1 is not added is not able to remove water in the catalyst layer because the platinum catalyst shows low activity for the electrolytic reaction. In the membrane-electrode assembly according to 2>, it can be seen that the added iridium oxide catalyst exhibits high activity in the electrolytic reaction, thereby removing water in the catalyst layer.

상기 <평가예>의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 수전해 촉매가 첨가된 막-전극 접합체는 부식 전후 높은 산화전류가 발생하고, 이산화탄소의 발생량이 적으며, 백금촉매의 활성 면적과 막저항 및 전하전달저항, 그리고 전류밀도의 변화가 작아서 촉매층에 유입되는 수분과 수전해 촉매가 산화반응 통하여 수분을 분해하여 탄소 담지체가 수분과 접촉하는 것이 방지되어 탄소 담지체의 내부식성 효과가 종래의 막-전극 접합체에 비하여 월등히 뛰어나다.As can be seen from the results of <Evaluation Example>, the membrane-electrode assembly to which the electrolytic catalyst according to the present invention is added has a high oxidation current before and after corrosion, a small amount of carbon dioxide is generated, an active area of the platinum catalyst and a membrane The change in resistance, charge transfer resistance, and current density is small, so that the water flowing into the catalyst layer and the electrolytic catalyst decompose the water through oxidation reaction, thereby preventing the carbon carrier from contacting with the water, and thus the corrosion resistance effect of the carbon carrier is conventional. It is much superior to the membrane-electrode assembly.

본 발명에 따른 <비교예 1> 및 <실시예 1 내지 5>에 따른 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지 공기극 촉매의 상기 내부식성 평가 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.The corrosion resistance evaluation results of the fuel cell cathode catalyst including the membrane-electrode assembly according to <Comparative Example 1> and <Examples 1 to 5> according to the present invention are shown in Table 2 below.

samplesample MEA@0.6V
(A/㎠)
MEA@0.6V
(A / ㎠)
촉매활성면적
(㎡/gpt)
Catalytic activity area
(㎡ / g pt )
막 저항Membrane resistance 전하전달저항Charge transfer resistance CO2 발생량
(total/peak)
(㎕/ppm)
CO 2 Occurrence
(total / peak)
(Μl / ppm)
I'm after I'm after I'm after I'm after 비교예1Comparative Example 1 1.731.73 0.9540.954 31.631.6 21.221.2 0.01400.0140 0.01420.0142 0.04690.0469 0.09280.0928 1018/16591018/1659 -44.9%-44.9% -32.9%-32.9% +1.4%+ 1.4% +97.9%+ 97.9% 실시예1Example 1 1.741.74 1.671.67 36.736.7 31.631.6 0.01460.0146 0.01440.0144 0.04240.0424 0.03750.0375 248.03/653248.03 / 653 -4.0%-4.0% -13.9%-13.9% -1.4%-1.4% -11.6%-11.6% 실시예2Example 2 1.691.69 1.681.68 29.429.4 26.426.4 0.01500.0150 0.01500.0150 0.04350.0435 0.03640.0364 34.84/18634.84 / 186 -0.6%-0.6% -10.2%-10.2% 0%0% -19.5%-19.5% 실시예3Example 3 1.681.68 1.371.37 26.426.4 20.820.8 0.01420.0142 0.01430.0143 0.04140.0414 0.04660.0466 284/738284/738 -18.5%-18.5% -21.2%-21.2% +0.7%+ 0.7% +12.6%+ 12.6% 실시예4Example 4 1.751.75 1.181.18 31.531.5 23.623.6 0.01400.0140 0.01450.0145 0.04350.0435 0.06280.0628 418.4/783418.4 / 783 -32.6%-32.6% -25.1%-25.1% +3.57%+ 3.57% +44.4%+ 44.4% 실시예5Example 5 1.741.74 1.711.71 33.733.7 31.631.6 0.01400.0140 0.01450.0145 0.04310.0431 0.04380.0438 15.35/145.615.35 / 145.6 -1.7%-1.7% -6.2%-6.2% +3.57%+ 3.57% +1.6%+ 1.6%

상기 [표 2]에서, 본 발명에 따른 수전해 촉매를 사용한 막-전극 접합체는 1.6V 이상의 전압 인가에서 전류 밀도로 표현되는 단위 전지의 성능 감소량이 5%이하이고, 백금촉매의 활성면적 감소량이 15%이하이며, 막저항 및 전하전달 저항이 감소하고, 이산화탄소의 발생량이 현저히 감소됨을 알 수 있는 바, 본 발명에 따른 수전해 촉매를 사용한 막-전극 접합체는 탄소의 내부식성이 우수하고, 이를 포함하는 연료 전지는 내구성이 우수하다.In the above [Table 2], the membrane-electrode assembly using the hydroelectrolyte catalyst according to the present invention has a reduction of 5% or less in the performance of the unit cell expressed by the current density at a voltage of 1.6V or more, and the reduction of the active area of the platinum catalyst. It is 15% or less, it can be seen that the film resistance and charge transfer resistance is reduced, and the generation amount of carbon dioxide is significantly reduced, the membrane-electrode assembly using the electrolytic catalyst according to the present invention is excellent in corrosion resistance of carbon, The containing fuel cell is excellent in durability.

Claims (14)

연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층에 있어서,
상기 촉매층은 탄소담지 백금촉매 및 1.4V 이상의 전압이 인가되는 경우 촉매층에 유입되는 물을 분해할 수 있는 수전해 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
In the catalyst layer of the fuel cell membrane-electrode assembly,
The catalyst layer is a catalyst layer of a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises a carbon-supported platinum catalyst and a hydrolysis catalyst capable of decomposing water flowing into the catalyst layer when a voltage of 1.4 V or more is applied.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소담지 백금촉매의 탄소 담지체는 카본나노튜브, 카본 나노섬유 및 카본나노케이지 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
The method of claim 1,
The carbon carrier of the carbon supported platinum catalyst is any one selected from carbon nanotubes, carbon nanofibers and carbon nanocages, and a catalyst layer of a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
제 1 항에 있어서,
상기 수전해 촉매는 이리듐, 루테늄, 이리듐 산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 합금, 이리듐루테늄 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
The method of claim 1,
The electrolytic catalyst is a catalyst layer of a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of iridium, ruthenium, iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium alloy, iridium ruthenium oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 수전해 촉매는 탄소담지 백금촉매 대비 0.1중량% ~ 20중량%인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
The method of claim 1,
The electrolytic catalyst is a catalyst layer of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that 0.1% to 20% by weight relative to the carbon supported platinum catalyst.
제 1 항에 있어서,
상기 수전해 촉매는 상기 백금촉매와 물리적 혼합, 상기 백금촉매에 담지 또는 상기 백금촉매와 합금의 형태로 촉매층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
The method of claim 1,
The catalyst layer of the fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that the electrolytic catalyst is physically mixed with the platinum catalyst, supported on the platinum catalyst or to form a catalyst layer in the form of an alloy with the platinum catalyst.
제 5 항에 있어서,
상기 수전해 촉매가 상기 탄소담지 백금촉매에 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 수전해 촉매의 담지량이 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층.
The method of claim 5, wherein
The catalyst layer of the fuel cell membrane-electrode assembly, wherein the amount of the electrolytic catalyst supported is 0.0008 mg / cm 2 to 0.16 mg / cm 2 when the hydroelectrolyte catalyst is mixed with the carbon supported platinum catalyst to form a catalyst layer.
전해질막; 및 상기 전해질막을 사이에 두고 형성되며, 각각 촉매층 및 기체 확산층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체에 있어서,
상기 애노드 전극 또는 캐소드 전극의 촉매층은 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 연료전지용 막-전극 접합체의 촉매층인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.
Electrolyte membrane; And an anode electrode and a cathode electrode formed between the electrolyte membrane and having a catalyst layer and a gas diffusion layer, respectively.
The anode or cathode electrode catalyst layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that the catalyst layer of the fuel cell membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 6.
(1) 이리듐 전구체, 루테늄 전구체 또는 이리듐루테늄 전구체를 알코올에 용해시키고, 질산나트륨 또는 수산화나트륨을 첨가하고 혼합하여 제조되는 용액을 건조시켜 열처리하여 각각 이리듐 산화물, 루테늄 산화물, 이리듐 루테늄 산화물을 제조하는 단계;
또는 이리듐 전구체와 테트라데실트리메틸암모늄(tetradecyltrimethyl ammonium bromide, TTAB)를 1 : 100의 몰비로 물에 녹여 교반한 후 수소화붕소나트륨(sodium borohydride)에 의해서 이리듐을 환원시켜 이리듐을 제조하는 단계;
(2) 상기 (1) 단계에서 제조된 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐을 탄소담지 백금촉매에 첨가하고, 알코올을 혼합하여 촉매슬러리를 제조하는 단계; 및
(3) 상기 (2) 단계에서 촉매 슬러리를 전해질막 또는 기체 확산층에 코팅하고 건조시켜 촉매층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
(1) dissolving an iridium precursor, ruthenium precursor or iridium ruthenium precursor in alcohol, adding sodium nitrate or sodium hydroxide, and mixing and drying the solution prepared to heat to prepare iridium oxide, ruthenium oxide and iridium ruthenium oxide, respectively. ;
Or dissolving an iridium precursor and tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) in water at a molar ratio of 1: 100, stirring, and reducing iridium by sodium borohydride to prepare iridium;
(2) adding iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium prepared in step (1) to the carbon supported platinum catalyst and mixing alcohol to prepare a catalyst slurry; And
(3) forming a catalyst layer by coating and drying the catalyst slurry on the electrolyte membrane or the gas diffusion layer in the step (2); and a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it comprises a.
제 8 항에 있어서,
상기 (1) 단계 및 (2) 단계의 상기 알코올은 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, n-프로판올 및 부탄올로부터 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 8,
The alcohol of step (1) and (2) is a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of ethanol, isopropanol, methanol, n-propanol and butanol. .
제 9 항에 있어서,
상기 알코올은 에탄올과 이소프로판올로 이루어지고, 상기 에탄올과 이소프로판올이 1 : 2 ~ 2 : 1 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The alcohol is made of ethanol and isopropanol, the method of producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the ethanol and isopropanol is mixed in a 1: 2 to 2: 1 volume ratio.
제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 상기 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐은 상기 탄소담지 백금촉매 중량 대비 0.1중량% ~ 20중량%인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 8,
In the step (2), the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is 0.1 to 20% by weight based on the weight of the carbon supported platinum catalyst manufacturing method of the fuel cell membrane electrode assembly.
제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 상기 촉매 슬러리 제조시 아이오노머 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 8,
Method of producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that further comprising an ionomer binder when the catalyst slurry is prepared in the step (2).
제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 상기 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐은 상기 백금촉매와 물리적 혼합, 상기 백금촉매에 담지 또는 상기 백금촉매와 합금의 형태로 촉매층을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 8,
In the step (2), the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is physically mixed with the platinum catalyst, supported on the platinum catalyst or to form a catalyst layer in the form of the platinum catalyst and the alloy for a fuel cell, characterized in that Method for producing a membrane-electrode assembly.
제 13 항에 있어서,
상기 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐이 상기 탄소담지 백금촉매에 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 이리듐산화물, 루테늄 산화물, 이리듐루테늄 산화물 또는 이리듐의 담지량이 0.0008㎎/㎠~0.16㎎/㎠인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법.
The method of claim 13,
When the iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is mixed with the carbon supported platinum catalyst to form a catalyst layer, the supported amount of iridium oxide, ruthenium oxide, iridium ruthenium oxide or iridium is 0.0008 mg / cm 2 ~ 0.16 mg / cm 2 Method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that.
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