KR20120061233A - MEA for fuel cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A membrane-electrode assembly is provided to improve the junction structure between a polymer electrolyte membrane and a subgasket, thereby remarkably reducing the use amount of a polymer electrolyte membrane, maintaining the adhesion with a subgasket. CONSTITUTION: A membrane-electrode assembly comprises a polymer electrolyte membrane(10), and catalytic layers(12) formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane. All edges of the polymer electrolyte membrane are projected by minimum width capable of conjugating a gasket from the all edge ends of the catalytic layer. A large sized first subgasket(22) is conjugated to the top of the all edges, and a small sized second subgasket(24) to the bottom of the four edges, thereby minimizing unreacted region of the polymer electrolyte membrane projected into the first and the second subgasket.

Description

연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법{MEA for fuel cell and method for manufacturing the same}Membrane-electrode assembly for fuel cell and its manufacturing method {MEA for fuel cell and method for manufacturing the same}

본 발명은 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막-전극 어셈블리의 고분자 전해질막과 서브가스켓간의 접합 구조를 개선하여, 고가의 고분자 전해질막 사용량을 현격하게 줄일 수 있도록 한 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to improve the junction structure between the polymer electrolyte membrane and the sub-gasket of the membrane-electrode assembly, thereby significantly reducing the amount of the expensive polymer electrolyte membrane. It relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method of manufacturing the same.

종래의 연료전지용 막-전극 어셈블리(MEA)는 크게 5층(layer) 구조로 제조하는 방법과, 3층 구조로 제조하는 방법이 있다.Conventional fuel cell membrane-electrode assemblies (MEAs) have a large five-layer structure and a three-layer structure.

5층 구조의 경우, 고분자 전해질막을 중심으로 그 양편에 애노드 및 캐소드를 위한 촉매층이 형성되고, 애노드 및 캐소드의 바깥쪽에 가스확산층이 접합되어 총 5층 구조를 이루게 되는 바, 가스확산층에 촉매를 코팅하고, 이를 고분자 전해질막에 열압착하여 5층 구조로 제조된다.In the case of a five-layer structure, catalyst layers for anode and cathode are formed on both sides of the polymer electrolyte membrane, and a gas diffusion layer is bonded to the outside of the anode and the cathode to form a five-layer structure, and the catalyst is coated on the gas diffusion layer. Then, it is manufactured by a 5-layer structure by thermocompression bonding to the polymer electrolyte membrane.

3층 구조의 경우, 고분자 전해질막을 중심으로 그 양편에 애노드 및 캐소드를 위한 촉매층이 형성된 구조를 이루게 되며, 고분자 전해질 막에 촉매를 직접 코팅하거나, 이형지에 촉매를 코팅한 후, 이를 고분자 전해질막에 열압착하여 3층 구조로 제조된다.In the case of the three-layer structure, a catalyst layer for anode and cathode is formed on both sides of the polymer electrolyte membrane, and the catalyst is directly coated on the polymer electrolyte membrane or the catalyst is coated on a release paper, and then the polymer electrolyte membrane is coated on the polymer electrolyte membrane. It is manufactured by three-layer structure by thermocompression bonding.

이러한 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 상관 없이 모든 막-전극 어셈블리는 서브가스켓을 접합해야 한다.Regardless of how the membrane-electrode assembly is manufactured, all membrane-electrode assemblies must be bonded to the sub-gasket.

종래의 3층 구조 막-전극 어셈블리에 서브가스켓을 접합하는 공정을 첨부한 도 2a 내지 도 2c를 참조로 살펴보면 다음과 같다.Referring to Figures 2a to 2c attached to the process for bonding the sub-gasket to the conventional three-layer film-electrode assembly as follows.

도 2a에서 보듯이, 고분자 전해질막(10)을 중심으로 그 양편에 애노드 및 캐소드를 위한 촉매층(12)이 형성된 상태에서, 핫프레스에 의한 서브가스켓(20) 접합이 이루어진다.As shown in FIG. 2A, in the state where the catalyst layers 12 for the anode and the cathode are formed on both sides of the polymer electrolyte membrane 10, the sub-gasket 20 is formed by hot pressing.

즉, 도 2b에서 보듯이, 고분자 전해질막(10)의 양표면의 중앙영역에 촉매층(12)이 형성된 상태에서, 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리 영역에 핫프레스에 의한 서브가스켓(20)이 접합된다.That is, as shown in Figure 2b, in the state where the catalyst layer 12 is formed in the central region of both surfaces of the polymer electrolyte membrane 10, the sub-gasket 20 by hot pressing in the four edge regions of the polymer electrolyte membrane 10 Is bonded.

이때, 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리단 즉, 서브가스켓(20)이 접합되는 접합영역(14)의 폭은 서브가스켓(20)의 폭과 동일하게 형성된다.In this case, the widths of the four edge portions of the polymer electrolyte membrane 10, that is, the junction region 14 to which the sub-gasket 20 is bonded, are formed to be the same as the width of the sub-gasket 20.

따라서, 도 2c에서 보듯이, 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)은 서브가스켓(20)과 접합되는 영역이 될 뿐, 실질적으로 반응에 참여하지 않는 영역이 된다.Therefore, as shown in FIG. 2C, the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 becomes a region that is joined to the sub-gasket 20 and becomes a region that does not substantially participate in the reaction.

상기 서브가스켓(20)은 막-전극 어셈블리에 가스확산층 및 분리판을 적층할 때, 막-전극 어셈블리의 취급을 용이하게 하고, 분리판을 통해 공급되는 가스가 외부로 유출되는 것을 막아주는 역할을 한다.The sub-gasket 20 facilitates handling of the membrane-electrode assembly when the gas diffusion layer and the separator are stacked on the membrane-electrode assembly, and prevents the gas supplied through the separator from flowing out. do.

대개, 막-전극 어셈블리의 구성중 고분자 전해질막의 크기는 전극(촉매층)보다 크게 설계되는데, 그 이유는 서브가스켓용 필름을 고분자 전해질막에 붙이는데 용이하기 때문이다.Usually, the size of the polymer electrolyte membrane in the construction of the membrane-electrode assembly is designed to be larger than that of the electrode (catalyst layer) because the film for the sub-gasket is easily attached to the polymer electrolyte membrane.

이러한 막-전극 어셈블리에서의 가스 흐름을 보면, 수소가 애노드 전극에 공급되어 산화된 수소 이온은 고분자 전해질막을 통과하여 캐소드에서 환원되고, 이때 고분자 전해질막은 산화된 수소 이온을 선택적으로 캐소드 방향으로 이동시켜 주는 역할을 한다. In the gas flow in the membrane-electrode assembly, hydrogen is supplied to the anode electrode and the oxidized hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane to be reduced at the cathode, where the polymer electrolyte membrane selectively moves the oxidized hydrogen ions in the cathode direction. Role.

이때, 고분자 전해질막의 면적중 서브가스켓과 접합된 사방 테두리 부분은 촉매층(전극)과 붙어 있지 않아서 전극의 산화/환원 반응에 참여하지 않고, 단지 서브가스켓과의 용이한 접합을 위한 영역으로 활용될 뿐이다.At this time, the four edges of the polymer electrolyte membrane bonded to the sub-gasket do not participate in the oxidation / reduction reaction of the electrode because they are not attached to the catalyst layer (electrode), and are merely used as an area for easy bonding with the sub-gasket. .

즉, 고분자 전해질막의 면적중 서브가스켓과 접합되는 영역은 분리판을 통해 공급되는 가스의 산화/환원 반응에 참여하지 않는 부분이면서, 고가의 고분자 전해질막이 낭비되는 부분이지만, 현재 막-전극 어셈블리 제조 공정상 반응에 참여하지 않는 고분자 전해질막의 영역을 제거하는데 어려움이 있다.In other words, the area of the polymer electrolyte membrane bonded to the sub-gasket is a part that does not participate in the oxidation / reduction reaction of the gas supplied through the separator plate and is a part where the expensive polymer electrolyte membrane is wasted. It is difficult to remove regions of the polymer electrolyte membrane that do not participate in the phase reaction.

이에, 고분자 전해질막의 면적중 서브가스켓과의 접합 면적이 그대로 낭비되는 요인이 되어, 고가의 고분자 전해질막에 대한 활용도가 떨어지는 단점이 있다.
Thus, the bonding area with the sub-gasket in the area of the polymer electrolyte membrane is wasted as it is, and there is a disadvantage in that the utilization of the expensive polymer electrolyte membrane is inferior.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 고분자 전해질막의 면적중 서브가스켓이 붙는 영역은 수소 이온을 애노드에서 캐소드로 이동시키는 역할을 하지 못하므로, 고분자 전해질막의 서브가스켓과의 접합 부분을 대부분 제거하여 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있도록 함으로써, 고분자 전해질막의 제조 단가를 크게 절감할 수 있는 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the area of the polymer electrolyte membrane attached to the sub-gasket does not play a role of moving the hydrogen ions from the anode to the cathode, so as to the sub-gasket of the polymer electrolyte membrane It is an object of the present invention to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method of fabricating the membrane-electrode assembly, which can greatly reduce the manufacturing cost of the polymer electrolyte membrane by removing the junction part.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막의 양표면에 형성되는 촉매층을 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리에 있어서, 상기 고분자 전해질막의 사방 테두리단을 촉매층의 사방 테두리 끝으로부터 가스켓 접합이 가능한 최소폭으로 돌출시키고, 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 상면에 대면적의 제1서브가스켓을 접합시키는 동시에 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 저면에 소면적의 제2서브가스켓을 접합시켜서, 제1 및 제2서브가스켓내로 돌출되는 고분자 전해질막의 미반응 영역을 최소화시킨 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a polymer electrolyte membrane and a catalyst layer formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane, the four edges of the polymer electrolyte membrane The gasket is projected from the edge of the edge of the catalyst layer to the smallest possible width, and the first sub-gasket of the largest width is joined to the upper surface of the edge of the edge protruding from the minimum width. Provided is a fuel cell membrane-electrode assembly characterized by minimizing unreacted regions of polymer electrolyte membranes projecting into first and second sub-gaskets by bonding a second sub-gasket of an area.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 고분자 전해질막의 사방 테두리단의 돌출폭은 1~5mm 인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the protruding width of the four edges of the polymer electrolyte membrane is characterized in that 1 ~ 5mm.

특히, 상기 제1서브가스켓의 두께는 50~200㎛ 범위로서, 일반 서브가스켓에 비하여 2~3배 이상 두꺼운 것으로 채택된 것을 특징으로 한다.In particular, the thickness of the first sub-gasket is in the range of 50 ~ 200㎛, it is characterized in that it is adopted that is 2-3 times thicker than the general sub-gasket.

또한, 상기 제1 및 제2서브가스켓은 동일 재질로서, 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택된 것을 특징으로 한다.In addition, the first and second sub-gaskets are made of the same material and have a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C. or less.

또한, 상기 제2서브가스켓은 일반 접착제로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the second sub-gasket may be used as a general adhesive.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예로서, 고분자 전해질막의 사방 테두리단이 촉매층의 사방 테두리 끝으로부터 가스켓 접합이 가능한 최소폭으로 돌출되도록 고분자 전해질막의 양표면에 촉매층을 형성하는 단계와; 핫프레스 공정을 이용하여, 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 상면에 대면적의 제1서브가스켓을 접합시키는 동시에 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 저면에 소면적의 제2서브가스켓을 접합시키는 단계; 를 통하여, 제1 및 제2서브가스켓내로 돌출되는 고분자 전해질막의 미반응 영역을 최소화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제작 방법을 제공한다.As another embodiment of the present invention for achieving the above object, forming a catalyst layer on both surfaces of the polymer electrolyte membrane so that the four edges of the polymer electrolyte membrane protrudes from the four edges of the catalyst layer to the minimum width possible gasket bonding; By using a hot press process, the first sub-gasket of a large area is bonded to the upper surface of the four-sided edge projected to the minimum width, and the second sub-gasket of the small area is joined to the bottom of the four-edge edge projected to the minimum width. step; Through the present invention, there is provided a membrane-electrode assembly manufacturing method for a fuel cell, characterized in that to minimize the unreacted region of the polymer electrolyte membrane protruding into the first and second sub-gasket.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제1서브가스켓의 두께는 일반 서브가스켓의 두께에 비하여 2~3배 더 큰 것으로 채택하여, 고분자 전해질막과 그 양표면에 형성된 촉매층의 측면이 커버될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the thickness of the first sub-gasket is adopted to be 2-3 times larger than the thickness of the general sub-gasket, so that the side surfaces of the polymer electrolyte membrane and the catalyst layers formed on both surfaces thereof can be covered. It is characterized by one.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제1 및 제2서브가스켓을 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택하여, 고분자 전해질막의 사방 테두리단을 비롯하여 촉매층의 측면에 접착될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
In another embodiment of the present invention, the first and second sub-gaskets are adopted as a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C. or less, so as to be adhered to the side of the catalyst layer including the four edges of the polymer electrolyte membrane. It is characterized by one.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.

기존의 막-전극 어셈블리를 제작하기 위하여 고분자 전해질 막을 촉매층(전극)보다 30% 이상 큰 것으로 사용함에 따라, 서브가스켓과 접합되는 부분이 그대로 낭비되었지만, 이와 달리 본 발명에서는 고분자 전해질막의 크기를 촉매층(전극)보다 단지 1~5mm 큰 것으로 사용함에 따라, 서브가스켓과의 접합력은 그대로 유지되면서도 고가의 고분자 전해질막의 사용량을 50% 이상 줄일 수 있고, 이로 인하여 막-전극 어셈블리의 제작 단가를 크게 절감할 수 있다.
In order to fabricate the existing membrane-electrode assembly, since the polymer electrolyte membrane is used as 30% or more larger than the catalyst layer (electrode), the portion to be bonded to the sub-gasket is wasted as it is. In contrast, in the present invention, the size of the polymer electrolyte membrane is defined as the catalyst layer ( By using only 1 ~ 5mm larger than the electrode), the use of expensive polymer electrolyte membrane can be reduced by more than 50% while maintaining the bonding force with the sub-gasket, thereby greatly reducing the manufacturing cost of the membrane-electrode assembly have.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법을 나타내는 개략도,
도 2a 내지 도 2c는 종래의 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 그 제작 방법을 설명하는 개략도.1A to 1C are schematic views showing a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method of manufacturing the same according to the present invention;
2A to 2C are schematic views illustrating a conventional membrane-electrode assembly for a fuel cell and a manufacturing method thereof.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 고분자 전해질막(10)의 양표면에 애노드 및 캐소드 전극 즉, 촉매층(12)이 열압착에 의하여 형성되며, 특히 고분자 전해질막의 크기(면적)은 기존의 고분자 전해질막에 비하여 약 30% 이상 작은 것으로 채택되는 동시에 촉매층에 비하여 약간 큰 크기의 것으로 채택된다.As shown in FIG. 1, anode and cathode electrodes, that is, catalyst layer 12, are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 10 by thermocompression, in particular, the size (area) of the polymer electrolyte membrane is It is adopted to be at least about 30% smaller than the electrolyte membrane and at the same time slightly larger than the catalyst layer.

즉, 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리단이 촉매층(12)의 각 사방 테두리 끝으로부터 돌출되게 하되, 그 돌출폭은 서브가스켓이 접합될 수 있는 최소한의 폭으로 형성된다.That is, the four edges of the polymer electrolyte membrane 10 are protruded from each four edges of the catalyst layer 12, and the protrusion width is formed to the minimum width to which the sub-gasket can be bonded.

보다 상세하게는, 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리단은 후술하는 제1 및 제2서브가스켓(22,24)과 접합되는 접합영역(14)으로서, 그 폭은 제1 및 제2서브가스켓(22,24)이 접합될 수 있는 최소한의 폭으로 형성된다.More specifically, the four edges of the polymer electrolyte membrane 10 are junction regions 14 which are joined to the first and second sub-gaskets 22 and 24 which will be described later, and the width thereof is the first and second sub-gaskets. (22, 24) is formed to the minimum width that can be joined.

바람직하게는, 상기 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리단 즉, 접합영역(14)의 돌출폭은 1~5mm로서, 기존의 접합영역 폭에 비하여 30% 이상 감소된 폭으로 적용된다.Preferably, the protruding width of the four edges of the polymer electrolyte membrane 10, that is, the junction region 14 is 1 to 5 mm, and is applied in a width reduced by 30% or more compared with the width of the conventional junction region.

상기와 같이 고분자 전해질막(10)의 양표면에 촉매층(12)이 형성되고, 촉매측의 사방 테두리끝으로부터 고분자 전해질막(10)의 사방 테두리단인 접합영역(14)이 최소로 돌출된 상태에서, 핫프레스에 의한 제1 및 제2서브가스켓(22,24)의 접합 공정이 진행된다. As described above, the catalyst layers 12 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 10, and the junction region 14, which is the four edges of the polymer electrolyte membrane 10, protrudes from the four edges on the catalyst side to the minimum. In this step, the joining process of the first and second sub-gaskets 22 and 24 by hot press is performed.

즉, 통상의 핫프레스 공정에 의하여 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)의 상면에 분리판과 체결할 수 있는 크기의 제1서브가스켓(22)이 접합되는 동시에 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)의 저면에 소면적의 제2서브가스켓(22)이 접합되어, 제1 및 제2서브가스켓(22,24)내로 돌출되는 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14) 폭이 최소화됨과 함께 고분자 전해질막(10)의 미반응 영역을 최소화시킬 수 있고, 결국 고가의 고분자 전해질막의 사용량을 줄일 수 있다. That is, the first sub-gasket 22 having a size that can be fastened to the separator plate is bonded to the upper surface of the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 by a common hot press process, and the polymer electrolyte membrane 10 The second sub-gasket 22 having a small area is bonded to the bottom of the junction region 14 of the junction region 14, and the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 protrudes into the first and second sub-gaskets 22 and 24. In addition to minimizing the width, the unreacted region of the polymer electrolyte membrane 10 may be minimized, and thus, the amount of the expensive polymer electrolyte membrane may be reduced.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2서브가스켓(22,24)은 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택하여, 핫프레스 공정시 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)을 감싸며 몰딩하는 역할을 하도록 한다.Preferably, the first and second sub-gaskets 22 and 24 are adopted as a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C. or lower, and thus the bonding region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 during the hot press process. ) To wrap and mold.

이때, 상기 제2서브가스켓(22,24)은 PET 필름이나 PE 필름이 아닌 일반 접착제(일반적인 고분자 접착제)로도 사용될 수 있고, 그 폭이 고분자 전해질막의 접합영역(14)을 덮을 정도인 1~10mm 정도로 구비된다.In this case, the second sub-gaskets 22 and 24 may be used as general adhesives (general polymer adhesives) instead of PET films or PE films, and the widths of the second sub gaskets 22 and 24 cover the bonding region 14 of the polymer electrolyte membrane. It is provided to a degree.

특히, 상기 제1서브가스켓(22)은 50~200㎛ 두께를 갖는 일반 서브가스켓에 비하여 2~3배 이상 두꺼운 것으로 채택하여, 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)의 측면과 촉매층(12)의 측면이 제1서브가스켓(22)에 의하여 커버되며 기밀 유지되도록 한다.In particular, the first sub-gasket 22 is adopted to be two to three times thicker than a general sub-gasket having a thickness of 50 to 200 μm, and the side surface of the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 and the catalyst layer ( The side of 12) is covered by the first sub-gasket 22 and is kept airtight.

보다 상세하게는, 상기 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14) 상면에 접합영역(14)의 돌출폭보다 더 큰 폭을 갖는 제1서브가스켓(22)을 올리는 동시에 접합영역(14) 저면에 접합영역(14)의 돌출폭과 유사한 폭을 갖는 제2서브가스켓(24)을 받쳐지게 한 다음, 핫프레싱을 실시함으로써, 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택된 제1 및 제2서브가스켓(22,24)이 녹으면서 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)을 감싸며 열압착되는 상태가 되고, 결국 고분자 전해질막(10)의 접합영역(14)의 측면과 촉매층(12)의 측면이 제1서브가스켓(22)에 의하여 커버되며 기밀 유지되는 상태가 된다.More specifically, the first sub-gasket 22 having a width larger than the protruding width of the junction region 14 is placed on the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 and at the same time the bottom surface of the junction region 14 is raised. The second sub-gasket 24 having a width similar to the protrusion width of the bonding area 14 is supported, and then hot pressing is carried out, thereby adopting a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C. or less. As the first and second sub-gaskets 22 and 24 are melted, the first and second sub-gaskets 22 and 24 are melted to enclose the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10, and thus, the surface of the junction region 14 of the polymer electrolyte membrane 10 is finally pressed. The side surface of the catalyst layer 12 is covered by the first sub-gasket 22 and is in a gastight state.

이와 같이, 고분자 전해질막의 접합영역 폭을 촉매층의 끝단에서 약 1~5mm 돌출되는 정도로 형성하고, 돌출된 접합영역에 녹는점인 낮은 서브가스켓 필름을 핫프레싱 공정을 이용하여 접합시킴으로써, 서브가스켓 필름이 녹으면서 고분자 전해질막과 촉매측의 측면 등에 기밀 유지 가능하게 접합될 수 있고, 고분자 전해질막의 사용량을 현격하게 줄여서 막-전극 어셈블리의 제작단가를 크게 절감할 수 있다.
In this way, the bonding area width of the polymer electrolyte membrane is formed to protrude about 1 to 5 mm from the end of the catalyst layer, and the sub-gasket film is bonded by using a hot pressing process to bond a low sub-gasket film, which is a melting point, on the protruding bonding area. Melting can be bonded to the polymer electrolyte membrane and the side of the catalyst such that it can be kept airtight, significantly reducing the amount of the polymer electrolyte membrane can be used to significantly reduce the manufacturing cost of the membrane-electrode assembly.

10 : 고분자 전해질막
12 : 촉매층
14 : 고분자 전해질막의 접합영역
20 : 서브가스켓
22 : 제1서브가스켓
24 : 제2서브가스켓10: polymer electrolyte membrane
12: catalyst layer
14: junction region of the polymer electrolyte membrane
20: subgasket
22: first sub-gasket
24: 2nd sub gasket

Claims (8)

고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막의 양표면에 형성되는 촉매층을 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 사방 테두리단을 촉매층의 사방 테두리 끝으로부터 가스켓 접합이 가능한 최소폭으로 돌출시키고, 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 상면에 대면적의 제1서브가스켓을 접합시키는 동시에 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 저면에 소면적의 제2서브가스켓을 접합시켜서, 제1 및 제2서브가스켓내로 돌출되는 고분자 전해질막의 미반응 영역을 최소화시킨 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
In a fuel cell membrane-electrode assembly comprising a polymer electrolyte membrane and a catalyst layer formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane,
The four edges of the polymer electrolyte membrane are protruded from the four edges of the catalyst layer to the minimum width to which the gasket can be bonded, and the first sub-gasket of the large area is bonded to the upper surface of the four edges protruded to the minimum width and protruded to the minimum width. A second sub-gasket having a small area is bonded to the bottom surface of the four-sided edge to minimize unreacted regions of the polymer electrolyte membrane protruding into the first and second sub-gaskets.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 사방 테두리단의 돌출폭은 1~5mm 인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
The method according to claim 1,
A membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the protruding width of the four edges of the polymer electrolyte membrane is 1 ~ 5mm.
청구항 1에 있어서,
상기 제1서브가스켓의 두께는 50~200㎛ 범위로서, 일반 서브가스켓에 비하여 2~3배 이상 두꺼운 것으로 채택된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
The method according to claim 1,
The thickness of the first sub-gasket ranges from 50 to 200 μm, which is 2 to 3 times thicker than a general sub-gasket.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2서브가스켓은 동일 재질로서, 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
The method according to claim 1,
The first and second sub-gaskets are made of the same material and have a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C. or less.
청구항 1에 있어서,
상기 제2서브가스켓은 일반 접착제로 채택된 것임을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
The method according to claim 1,
The second sub-gasket is a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it is adopted as a general adhesive.
고분자 전해질막의 사방 테두리단이 촉매층의 사방 테두리 끝으로부터 가스켓 접합이 가능한 최소폭으로 돌출되도록 고분자 전해질막의 양표면에 촉매층을 형성하는 단계와;
핫프레스 공정을 이용하여, 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 상면에 대면적의 제1서브가스켓을 접합시키는 동시에 최소폭으로 돌출된 사방 테두리단의 저면에 소면적의 제2서브가스켓을 접합시키는 단계;
를 통하여, 제1 및 제2서브가스켓내로 돌출되는 고분자 전해질막의 미반응 영역을 최소화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제작 방법.
Forming catalyst layers on both surfaces of the polymer electrolyte membrane such that the four edges of the polymer electrolyte membrane protrude from the four edges of the catalyst layer to the minimum width to enable gasket bonding;
By using a hot press process, the first sub-gasket of a large area is bonded to the upper surface of the four-sided edge projected to the minimum width, and the second sub-gasket of the small area is joined to the bottom of the four-edge edge projected to the minimum width. step;
Through, the method for producing a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that to minimize the unreacted region of the polymer electrolyte membrane protruding into the first and second sub-gasket.
청구항 6에 있어서,
상기 제1서브가스켓의 두께는 일반 서브가스켓의 두께에 비하여 2~3배 더 큰 것으로 채택하여, 고분자 전해질막과 그 양표면에 형성된 촉매층의 측면이 커버될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제작 방법.
The method of claim 6,
The thickness of the first sub-gasket is 2 to 3 times larger than the thickness of the general sub-gasket, so that the side surface of the polymer electrolyte membrane and the catalyst layer formed on both surfaces thereof can be covered. -Electrode assembly manufacturing method.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 및 제2서브가스켓을 녹는점이 100℃ 이하인 저 분자량의 PET 필름이나 PE 필름으로 채택하여, 고분자 전해질막의 사방 테두리단을 비롯하여 촉매층의 측면에 접착될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리 제작 방법.The method of claim 6,
Membrane for fuel cell, characterized in that the melting point of the first and second sub-gasket is adopted as a low molecular weight PET film or PE film having a melting point of 100 ° C or less, and can be attached to the side of the catalyst layer including the four edges of the polymer electrolyte membrane. -Electrode assembly manufacturing method.
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