KR20140113939A - 양성자 교환막용 다공성 전극 - Google Patents

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KR20140113939A
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레미 뱅쌩
에릭 마이유쓰
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은 촉매 전극을 제작하는 공정에 관한 것으로서, 지지체(4)에 전기촉매 잉크(6)를 도포하는 단계 - 여기서 잉크는 전기촉매 물질과, 양성자 전도성 폴리머로 만들어진 중합성 산물을 포함함; 상기 전기촉매 잉크(6)를 고형화하여 전극을 형성하는 단계; 그리고 형성된 전극과 지지체(4)를 분리하는 단계로 구성된다.

Description

양성자 교환막용 다공성 전극{POROUS ELECTRODE FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE}
본 발명은 전기분해에 의한 기체의 생성에 관한 것으로서, 특히 저온에서의 물의 전기분해를 위해서 양성자 교환막을 사용하여 수소를 생성하는 장치에 관한 것이다.
연료 전지는, 미래의 양산형 자동차에 전력을 공급하기 위한, 그리고 다른 많은 응용을 위한 시스템으로서 고려되고 있다. 연료 전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접적으로 변환하는 전기화학 장치이다. 연료 전지에는 2수소(dihydrogen)가 연료로 사용된다. 전지의 한 전극에서는 2수소가 산화되고, 다른 전극에서는 공기로부터의 2산소(dioxygen)가 환원된다. 이러한 화학 반응에 의해 물이 생성된다. 연료 전지의 큰 장점은 전기 발생시에 대기 오염 물질이 방출되지 않는다는 것이다.
이러한 연료 전지의 발전에 직면한 주된 난점 중 하나는 2수소의 합성 및 공급에 관한 것이다. 지구상에서, 수소는 산소(물의 형태로), 황(황화수소), 질소(암모니아), 또는 탄소(천연 가스나 원유 등의 화석 연료)와 결합된 상태로만 대량 존재한다. 따라서, 2수소의 생산은 물을 열적 또는 전기화학적으로 분해하여 이를 얻기위해, 화석 연료가 소비되거나 상당한 양의 저렴한 에너지가 사용가능할 것을 필요로 한다.
따라서, 물로부터 수소를 발생시키기 위한 가장 일반적인 공정은 전기분해 원리를 이용하는 것이다. 상기 공정을 수행하기 위해, 양성자 교환막(PEM: proton exchange membrane)이 설치된 전해조(electrolyzer)가 공지되어 있다. 상기 전해조에서 양극과 음극은 양성자 교환막의 양측에 고정되고(이로써 막/전극 어셈블리가 구성됨) 물에 접촉된다. 양극과 음극 사이에 전위차가 인가되면, 물의 산화에 의해서 양극에서 산소가 생성된다. 또한, 양극에서의 산화는 H+ 이온을 생성하고 이는 양성자 교환막을 통과하여 음극으로 이동하고, 전자는 전력 공급원에 의해서 음극에 공급된다. 음극에서는 H+ 이온이 환원되어 2수소가 생성된다.
실제로, 이러한 전해조는 일반적으로, 막/전극 어셈블리의 양측에 배치되는 공급판을 포함한다. 공급판과 막/전극 어셈블리 사이에는 전류 컬렉터가 배치된다.
이러한 전기분해 장치에서는 바람직하지 않은 효과가 일어난다. 양성자 교환막 전해조에 관한 한 가지 이슈는, 그 효율과 수명을 증가시키고 그 제조 비용을 감소시키며 높은 안전성을 보장하는 것이다. 그런데, 상기 파라미터들은 전극의 제조 공정에 크게 의존한다.
전극 제작 공정의 제1유형에서는, 촉매 잉크를 전류 컬렉터에 층상으로 도포한다. 양극 측에서는, 물의 전기 산화를 위해서 높은 과전압을 필요로 한다. 따라서, 전해조의 양극 전위는 일반적으로 매우 높다(> 1.6 VSHE). 따라서 탄소 함유 물질, 특히, 탄소로 만들어진 확산 층(펠트, 페이퍼, 탄소 직물)을 사용하는 것은 불가능한(CO2의 부식) 반면에, 이러한 재료는 음극 측에는 널리 이용된다. 양극 측의 전류 컬렉터는 일반적으로 다공성 티타늄 또는 티타늄 메쉬로 만들어진 소결체의 형태를 취한다.
이러한 컬렉터에 전기촉매 잉크를 도포하는 것은 물에 대한 이의 다공성이 감소된다는 주된 단점을 갖는다. 따라서, 물의 촉매로의 이동이 제한된다. 또한, 촉매 물질의 일부는 촉매 반응에 참여하지 않는데(따라서, 이들의 양은 불필요하게 많음), 그 이유는 이들이 전류 컬렉터의 공극 내에 위치하게 되기 때문이다. 또한, 전극의 유효 표면적이 작기 때문에, 전극/막 계면이 상대적으로 부족하다. 따라서, 전해조의 성능이 다소 제한적이 된다. 또한, 전류 컬렉터의 공극 내에 촉매 물질이 위치하게 됨에 따라 촉매의 재활용이 어려워진다. 그 이유는 전극 및 전류 컬렉터에서 귀금속 물질을 분리하는 것이 특히 곤란하기 때문이다. 또한, 이러한 전류 컬렉터를 제조하기 위해서는 일반적으로, 고가의 정밀한 가공 작업을 필요로 한다.
이러한 단점의 일부를 해결하기 위하여, 제2유형의 제조 공정에서는 양성자 교환막 위에 전기촉매 잉크를 직접 도포하여 전극 층을 형성하는 것을 포함한다.
이러한 공정에서는, 잉크의 도포 동안에 막이 수분을 흡수하고, 이에 따라 팽창 및 변형된다. 또한, 건조시의 수축에 의해서도 변형이 된다. 이러한 변형은 무시할 수 없으며 도포층에 기계적 스트레스를 일으켜서, 형성된 전기 활성 층에 균열을 야기할 수 있다. 이러한 균열은 전극의 전자적 삼투 작용(electronic percolation)을 저하시키고, 따라서 전기 전도도를 감소시킨다. 또한, 균열에 의해 전극과 막 사이의 응집력이 감소될 수 있다. 또한, 동작에 있어서, 막이 완전히 물에 잠기게 되어 그 팽창 정도가 최대로 된다. 따라서, 전극과 막 사이의 계면에서의 기계적 스트레스가 최대화되어서 전극의 열화가 추가된다. 전극의 열화는 전해조의 에너지 효율과 그 수명을 감소시킨다.
막에 촉매를 도포시켜서 전극을 형성할 때의 또 다른 문제는, 잉크 내에 존재하는 용매(예컨대, 에탄올 또는 이소프로판올)에 의해서 막이 손상되는 것이다. 또 한편, 상기 용매는 기체에 대한 막의 투과성을 증가시킨다. 따라서 양극 및 음극에서 생성된 기체의 일부는 양성자 교환막을 통해서 확산된다. 이는 생성 기체의 순도에 관한 문제뿐만 아니라 안전에 관한 문제를 야기한다. 구체적으로, 산소 내의 수소의 비율은 4%를 초과하지 않아야 하는데, 이 비율은 산소 내 수소의 폭발을 제한하는 하한치이다. 한편, 용매에 의한 막의 손상에 의해서 그 수명이 줄어든다.
본 발명은 상기 단점들 중 하나 이상을 해결하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 본 발명은 청구범위 제1항에 기재된 촉매전극의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구범위 제12항에 정의된 전기화학 전지에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 전기분해 장치의 도식적인 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 상기 전기분해 장치를 위한 예시적인 전극의 제조방법의 다양한 단계를 도시한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은, 완전히 비제한적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 이하에 기재한 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른, 두 개의 전극을 포함하는 예시적인 전기분해 장치(1)의 도식적인 단면도이다. 도시된 전기분해 장치(1)는 양성자 교환막(30)을 갖추고 있다. 양극(32) 및 음극(31)이 양성자 교환막(30)의 양측에 고정되어 있다. 또한, 전기분해 장치(1)는 각각 음극(31) 및 양극(32)과 접촉하는 다공성의 전류 컬렉터(35,36)를 포함한다. 또한, 전기분해 장치(1)는 전류 컬렉터(35,36)와 각각 접촉하는 전기공급판(33,34)을 포함한다. 따라서, 전류 컬렉터(35)는 전기공급판(33)과 음극(31) 사이에 위치되고, 전류 컬렉터(36)은 전기공급판(34)와 양극(32) 사이에 위치된다. 이와 같은 경우, 상기 전기분해 장치(1)는 적절한 씰(37)과 연결된 절연성 체결판(clamping plate)에 의해 밀봉된다.
전기공급판(33)은 다공성 전류 컬렉터(35)를 통해 음극(31)과 연통하는 급수 덕트(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 전기공급판(33)은 다공성 전류 컬렉터(35)를 통해 음극(31)과 연통하여, 2수소를 제거하기 위한 덕트(도시하지 않음)를 포함한다.
전기공급판(34)는 다공성 전류 컬렉터(36)을 통해 양극(32)과 연통하는 급수 덕트(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 전기공급판(34)는 다공성 전류 컬렉터(36)을 통해 양극(32)과 연통하여, 2산소를 제거하기 위한 덕트(도시하지 않음)를 포함한다.
양성자 교환막(30)은, 양성자가 양극(32) 및 음극(31) 사이에서 전달되도록 하는 역할을 하고 생성된 기체를 분리하는 역할을 한다. 또한, 양성자 교환막(30)은 양극(32)과 음극(31) 사이에서 전자 절연체로서 작용한다. 양성자 교환막(30)은 예를 들어 퍼플루오로 술폰산 폴리머(perfluorosulfonic acid polymer) 막으로 제조될 수 있다. 상기 재료는 특히, 듀폰사에서 상표명 Nafion으로 시판 중에 있다. 상기 막은 주로 약 100 μm의 두께를 갖는다.
양극(32) 및 음극(31)은 물과 접촉하게 된다. 전원(2)을 통해서 양극(32) 및 음극(31) 사이에 전위차가 인가된다. 전압원(2)은 공급판(33,34)에서 전류 밀도가 일반적으로 10 내지 40,000 A/m2가 되도록, 일반적으로 1.3V 내지 3.0V의 DC 전압을 인가하도록 구성된다.
이러한 전압이 인가되는 경우, 다음과 같은 반응이 양극(32)에서 일어난다:
2H2O → 4H+ + 4e- + O2 .
양극(32)에서의 물의 산화 반응에 의해 2산소가 생성된다. 또한, 양극(32)에서의 산화에 의해 H+ 이온이 생성되어 양성자 교환막(30)을 통과하여 음극(31)에 이르고, 전자는 전원(2)에 의해서 다시 음극(31)로 되돌려진다. 음극(31)에서는 H+ 이온이 환원되어 2수소를 발생시킨다.
따라서 음극(31)에서의 반응은 다음과 같다:
2H+ + 2e- → H2
본 발명에 따르면, 음극(31) 및/또는 양극(32)은, 막(30)에 안착되는 코팅을 형성하는 것도 아니고 전류 컬렉터(35,36)에 안착되는 코팅을 형성하는 것도 아닌 층으로 이루어진다. 따라서, 음극(31)과 양극(32)은 각자 기계적으로 자체를 지지하는 층(self-supporting layer)으로 구성된다.
따라서, 전류 컬렉터(35, 36)의 물에 대한 다공성은 보존된다. 전극(31,32)으로는 촉매 재료를 사용하는 것이 최적이며, 이로써 전기분해 장치(1)의 성능이 개선된다. 전류 컬렉터(35,36)에 촉매가 존재하지 않게 되어서 전기분해 장치(1)의 재활용이 용이해진다.
본 발명은 전극(31, 32)을 제작하기 위한 공정 동안에 막(30)과 전극(31,32) 사이의 상호 작용을 방지할 수 있게 한다. 이에 따라, 잉크를 막(30)에 도포할 때에 막(30)의 습윤 및 건조에 따른 변형이 방지된다. 따라서, 전극(31, 32)의 균열이 방지되고, 마찬가지로 그에 따른 성능 저하가 방지된다. 따라서, 전극(31, 32)을 형성할 때에 사용할 수도 있는 용매로 인한 막(30)의 열화가 회피된다. 따라서, 막(30)의 기체에 대한 불침투성이 향상된다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 전극(31 또는 32)을 제조하기 위한 예시적인 공정의 단계를 더욱 자세히 도시하고 있다.
첫 번째 단계에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 전기촉매 잉크(6)를 캐리어(4) 상에 도포한다. 잉크(6)는 적절한 수단을 통해서, 예를 들어 코팅 기법을 사용하거나, 도시된 바와 같이 노즐(5)을 이용하여 분무하여 도포할 수 있다. 균일한 두께의 전극을 제작하기 위하여, 잉크(6)는 실질적으로 평평하고 수평을 유지하는 캐리어(4) 상에 도포하는 것이 유리하다.
아래에서 상세히 설명된 바와 같이, 전기촉매 잉크(6) 및 캐리어(4)는, 잉크를 막 또는 전류 컬렉터에 부착시키는 종래의 목적과는 반대로, 약하게 부착되도록 제작하는 것이 유리하다. 전기촉매 잉크(6)는, 한편으로는 양성자 전도성 폴리머로 중합(폴리머화)가능한 중합성 산물(polymerizable product)을 포함하고, 다른 한편으로는 전기촉매 물질을 포함한다. 중합성 산물은 전극에 소정의 기계적 강도를 주도록 하면서 아울러 전극을 전기분해 장치(1)에 조립할 때에 물과 이온이 전기촉매 물질로 확산되도록 고형화 시키기 위한 것이다. 중합성 산물은 용해된 폴리머 또는 이오노머(ionomer)의 형태를 취할 수 있다.
전기촉매 물질은, 수행하고자 할 촉매 반응에 맞추어진 촉매 특성을 가지고 있다. 전기촉매 물질은 금속 원자를 함유하는 입자 또는 나노 입자의 형태를 취할 수 있다. 촉매 물질은 특히 금속 산화물을 포함할 수 있다. 추후에 소개할 조성표에서, 전기촉매 물질은 이리듐 산화물이다. 백금, 금, 은, 코발트, 및 루테늄과 같은 금속도 사용될 수 있다. 전기촉매 잉크(6)는 점도증가 산물(thickening product), 예를 들어 메틸셀룰로스를 함유하는 것이 유리하다. 전기촉매 잉크(6)의 다양한 성분들은 용매(예컨대, 물)에 용해시키는 것이 유리하다.
잉크(6) 및 캐리어(4) 사이의 부착성을 제한하기 위해, 캐리어(4)의 거칠기는 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만인 것이 유리하다. 고형화된 잉크(6)의 부착성을 제한하기 위해서 캐리어(4)는 60 milli-newton/m 미만의 계면 에너지(interface energy), 바람직하게는 45 milli-newton/m 미만의 계면 에너지를 갖는 것이 유리하다. 잉크(6)가 고형화되기 전에 방울져 흩어지는 것을 억제하기 위해, 캐리어(4)는 20 milli-newton/m를 초과하는 계면 에너지, 바람직하게는 25 milli-newton/m 이상의 계면 에너지를 갖는 것이 유리하다.
잉크(6) 및 캐리어(4) 사이의 부착성을 제한하기 위해, 도포되는 잉크는 캐리어(4)의 계면 에너지를 초과하는 표면 장력을 갖는다.
두 번째 단계에서는, 도 3에 도시된 것과 같이, 캐리어(4)에 도포된 전기촉매 잉크(6)를 고형화한다. 이때, 중합성 산물은 반응하여 폴리머를 형성한다. 이에 따라 전극을 구성하는 필름이 캐리어(4) 상에 형성된다. 중합성 산물은, 예를 들면 이오노머이다.
전기촉매 잉크의 고형화 단계는 용매를 증발시키기 위한 건조 단계를 포함할 수 있다. 알려진 어떠한 건조 공정도 사용될 수 있으며, 특히 오븐이나 열풍에 의한 건조 공정이 사용될 수 있다. 전기촉매 잉크는 예를 들면 50℃ 내지 150℃의 온도 환경에서 건조될 수 있다.
세 번째 단계에서, 고형화된 잉크(6)에 의해 형성된 전극이 캐리어(4)로부터 분리된다. 고형화된 잉크(6)가 캐리어(4)에 강하게 접착되어 있지 않기 때문에, 캐리어(4)로부터 고형화된 잉크(6)를 작은 힘을 써서, 예컨대 박리하거나 또는 들어올려서 분리할 수 있다. 약한 부착력에 의해서, 형성 전극을 손상없이 분리시키는 것이 보장되는 것이다.
캐리어(4)로부터 전극을 분리하는 중에 전극을 취급할 수 있도록 하기 위하여, 그리고 그 후속 사용 중에 기계적 강도를 주기 위하여, 중합성 산물의 조성 및 중합성 산물의 잉크 내 비율은, 형성되는 전극이 1 MPa를 초과하는, 바람직하게는 5 MPa를 초과하는, 통상적으로는 1 MPa 내지 15 MPa의 파괴 강도를 갖도록 정해진다.
이렇게 형성된 전극은 유리하게는, 2 내지 20 μm, 바람직하게는 5 내지 10 μm의 두께를 갖는다.
네 번째 단계에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 전극을 전기화학적 전지(여기서는 전기분해 장치)에 결합한다. 본 명세서에서, 형성된 전극은 양성자 교환막(30) 및 도전성 전류 컬렉터(35) 사이에 삽입된 음극(31)이다.
전극의 성능이나 수명을 저하시키지 않도록 하기 위하여 전극의 중간부에서의 결속은 피하는 것이 유리하다. 전극 면적의 적어도 95%는 전류 컬렉터에 기계적으로 접합되지 않으며, 막에 기계적으로 접합되지 않는 것이 유리하다. 전극은 양성자 교환막(30)과 전류 컬렉터 사이에 압착되어서 그 위치를 유지하는 것이 유리하다. 전극을 제 위치에 유지하기 위해서는 예를 들어 0.05 내지 1.5 MPa의 압력을 전극에 가해야 할 것이다.
전기촉매 물질은 점도증가 산물을 포함하는 것이 유리하다. 이 점도증가 산물은 메틸셀룰로스를 포함하는 것이 유리하다.
시험 결과, 잉크 내의 고형 함량의 2 내지 10.5%의 점도증가 산물(특히, 메틸셀룰로스)의 비율이, 고형화된 잉크 및 캐리어(4)의 분리를 용이하게 하는 데 있어서 특히 유리한 것으로 증명되었다. 선택적으로는, 점도증가 산물의 상기 비율은 3 내지 6%, 바람직하게는 4 내지 5%이다.
전극이 최적의 수분 확산 특성을 유지하도록 보장하기 위해서, 잉크 내의 중합성 산물의 비율은, 형성 전극이 20 내지 40% 사이의 공극률을 갖도록 정하는 것이 유리하다. 잉크(6)는 그 고형 함량의 20 내지 30%를 이루는 중합성 산물의 비율을 갖는 것이 가능하며 또한 유리할 것이다.
형성된 전극의 촉매 효과를 촉진하기 위하여, 전기촉매 물질의 비율은 잉크의 고형 함량의 60 내지 75%를 이루는 것이 유리하다.
다음은 잉크(6)에 있어서 가능한 조성의 제1 실시예이다:
산물 중량% 중량% (고형 함량)
IrO2 12.3 69.9
Nafion 이오노머 DE2020 4.9 27.84
메틸셀룰로스 0.4 2.26
물 82.3
다음은 잉크(6)에 있어서 가능한 조성의 제2 실시예이다:
산물 중량% 중량% (고형 함량)
IrO2 12.3 68.33
Nafion 이오노머 DE2020 4.9 27.22
메틸셀룰로스 0.8 4.44
물 82.0
다음은 잉크(6)에 있어서 가능한 조성의 제3 실시예이다.
산물 중량% 중량% (고형 함량)
IrO2 12.2 64.21
Nafion 이오노머 DE2020 4.8 25.26
메틸셀룰로스 2.0 10.53
물 81.0
상기 실시예에서, 잉크의 각종 성분은 물에 용해되어 있다. 그러나, 또한 이들 성분을 알콜 또는 알콜과 물의 혼합물에 용해시키는 것도 구상해볼 수 있다.
상술한 전극의 제조방법에서, 전극은 보강용 섬유를 포함하고 있지 않다. 보강용 섬유가 없음으로써 전극의 양성자 투과율이 향상될 수 있으며 첨가되는 전기촉매 물질의 밀도를 최대화할 수 있다. 그러나, 그 파괴 강도 특성을 증가시키기 위하여 잉크 내에 보강용 섬유를 포함시키는 것도 물론 구상해 볼 수 있다.
이상에서 설명한 예들은 전기분해 장치에 전극을 결합하는 것에 관한 것이지만, 본 발명은 물론 상기 전극을 연료 전지 내에 결합하는 것에도 적용된다. 이에, 상기 전극은, 예를 들어 약 25 ㎛의 두께를 갖는, 연료 전지에 적용된 막에 접합될 수 있다.

Claims (13)

  1. - 캐리어에 전기촉매 잉크를 도포하는 단계로서, 상기 잉크는 전기촉매 물질 및 양성자 전도성 폴리머로 중합가능한 중합성 산물을 포함하는, 단계;
    - 상기 전기촉매 잉크를 고형화하여 전극을 형성하는 단계로서, 상기 중합성 산물의 조성 및 상기 잉크 내 중합성 산물의 비율은 형성된 전극이 1MPa 초과의 파괴 강도를 갖도록 정해지는, 단계; 및
    - 형성된 상기 전극과 캐리어를 분리하는 단계;를 포함하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기촉매 잉크(6)가 도포되는 캐리어(4)의 거칠기는 5 μm 미만인 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기촉매 잉크(6)가 도포되는 캐리어(4)의 계면 에너지는 20 내지 60 mN/m인 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    도포되는 상기 전기촉매 잉크(6)는 상기 캐리어의 계면 에너지를 초과하는 표면 장력을 갖는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉크(6) 내 중합성 산물의 비율은 형성되는 전극의 공극률이 20 내지 40%가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    도포되는 상기 전기촉매 잉크(6)는 상기 잉크의 고형 함량의 2 내지 10.5 중량%, 바람직하게는 3 내지 6%의 비율로 메틸셀룰로스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    도포되는 상기 전기촉매 잉크(6)는 상기 잉크의 고형 함량의 60 내지 75 중량%의 비율로 전기촉매 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    도포되는 상기 전기촉매 잉크(6)는 상기 잉크의 고형 함량의 20 내지 30 중량%의 비율로 중합성 산물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리하는 단계는, 형성된 상기 전극(6)을 상기 캐리어(4)로부터 박리시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 전극(31,32)의 제조방법.
  10. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법을 사용하여, 촉매 전극(31, 32)을 제조하는 단계; 및
    - 양성자 교환막(30) 및 도전성 전류 컬렉터(35, 36) 사이에 상기 촉매 전극을 삽입하는 단계;를 포함하는, 전기화학 전지(1)의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 양성자 교환막(30) 및 상기 전류 컬렉터(35, 36) 사이에 상기 촉매 전극을 압착하여서 촉매 전극(31, 32)을 제 위치에 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 전지(1)의 제조방법.
  12. - 양성자 교환막(30);
    - 도전성 전류 컬렉터(35); 및
    - 상기 양성자 교환막 및 상기 전류 컬렉터 사이에 삽입된 전극(31);을 포함하고,
    상기 전극은 양성자 전도성 폴리머 및 전기촉매 물질을 포함하고, 상기 전극(31)은 1 MPa를 초과하는 파괴 강도를 가지며, 상기 전극의 면적 중 95% 이상은 상기 전류 컬렉터 및 상기 막에 기계적으로 접착되지 않는, 전기화학 전지(1).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전극(31)은 2 내지 10.5 중량% 비율로 메틸셀룰로스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 전지(1).
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