KR20150138610A - Fuel cell stack and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR20150138610A
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이미혜
이재승
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell stack and a manufacturing method thereof. The fuel cell has an electrolytic layer formed between a gas diffusion layer and an electrode layer (or a catalyst layer) to prevent the corrosion of a carrier due to electrode degradation and induces the electrolytic layer to decompose water before the corrosion of the carrier, thereby preventing the electrode degradation. The present invention includes the processes of: preparing electrolyte material slurry for the electrolytic layer; using the electrolyte material slurry to form the electrolytic layer on the surface of an electrode membrane bonding body or the gas diffusion layer; and bonding the electrode membrane bonding body and the gas diffusion layer while having the electrolytic layer there-between.

Description

연료전지 스택 및 이의 제조방법 {Fuel cell stack and manufacturing method of the same}[0001] Fuel cell stack and manufacturing method thereof [0002]

본 발명은 연료전지 스택 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 전극의 담지체 부식을 방지하여 연료전지의 내구성을 향상하기 위한 연료전지 스택 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell stack and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fuel cell stack for improving the durability of a fuel cell by preventing corrosion of a support of a fuel cell electrode and a method of manufacturing the same.

연료전지 자동차에 탑재되는 연료전지 스택은 다수의 연료전지 셀이 적층된 것으로서, 수소와 산소가 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치를 말한다.A fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle refers to a device in which a plurality of fuel cell cells are stacked and generate electricity by reacting hydrogen and oxygen electrochemically to generate water.

연료전지 스택의 각 셀 단위 구성 중, 가장 안쪽에는 전극막 접합체(MEA, Membrane-Electrode Assembly)가 위치하며, 이 전극막 접합체는 고분자 전해질막의 양쪽 면에 각각 애노드극 및 캐소드극을 위한 촉매층(전극층)이 도포된 형태로 구성되어 있다.An electrode membrane assembly (MEA) is located at the innermost portion of each cell unit structure of the fuel cell stack. The membrane electrode assembly includes a catalyst layer for anode and cathode, ) Are applied.

또한, 상기 전극막 접합체의 바깥 부분, 즉 촉매층의 바깥 부분에 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)이 위치하고, 가스확산층의 바깥 부분으로 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 채널 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Separator)이 적층된다.In addition, a gas diffusion layer (GDL) is disposed on the outer portion of the electrode membrane assembly, that is, the outer portion of the catalyst layer, and a fuel is supplied to the outer portion of the gas diffusion layer, A flow field is formed on the surface of the substrate.

이렇게 상기 연료전지의 단위 셀은 1장의 전극막 접합체와, 2장의 가스확산층과, 2장의 분리판으로 구성되며, 각 단위 셀을 수십에서 수백개 적층함으로써 원하는 규모의 연료전지 스택을 구성할 수 있다.The unit cell of the fuel cell is composed of one electrode membrane assembly, two gas diffusion layers, and two separators, and the fuel cell stack of a desired size can be constructed by laminating several tens to several hundred unit cells .

그런데, 상기와 같은 종래의 연료전지는 운전 중에 전극 열화로 인한 탄소 담지체의 부식 및 촉매금속 용출 등의 현상이 발생하여 연료전지의 내구성 및 성능이 저하되는 문제점이 있다.However, the conventional fuel cell has a problem in that the durability and performance of the fuel cell deteriorate due to corrosion of the carbon carrier due to deterioration of the electrode during operation and dissolution of the catalyst metal.

그 주요 원인으로는 연료전지의 운전 중에 시동 및 정지 등으로 인한 고전압 발생 및 국부적 수소연료의 부족이 있다.
The main causes are high voltage generation due to starting and stopping of the fuel cell during operation and lack of local hydrogen fuel.

한국공개특허 제2013-0085327호(2013.07.29)Korean Patent Publication No. 2013-0085327 (2013.07.29) 한국등록특허 제1056439호(2011.08.05)Korean Patent No. 1056439 (Aug. 한국등록특허 제821033호(2008.04.02)Korean Patent No. 821033 (Apr. 2, 2008)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 전극 열화로 인한 담지체 부식을 방지하기 위해 가스확산층과 전극층(촉매층) 사이에 수전해층을 형성함으로써, 담지체 부식 전에 수전해층에 의한 물 분해를 유도하여 전극 열화를 방지할 수 있는 연료전지 스택 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a water electrolytic layer between a gas diffusion layer and an electrode layer (catalyst layer) And a method for manufacturing the fuel cell stack, which can prevent deterioration of electrodes by inducing water decomposition.

이에 본 발명에서는, 수전해층을 위한 수전해물질 슬러리를 제조하는 과정; 상기 수전해물질 슬러리를 이용하여 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 수전해층을 형성하는 과정; 상기 수전해층을 사이에 두고 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a process for producing a slurry for a water electrolytic material for a water electrolytic layer; Forming a water electrolytic layer on the surface of the electrode membrane assembly or the gas diffusion layer using the electrolytic solution slurry; And bonding the electrode membrane junction body and the gas diffusion layer with the electrolytic layer interposed therebetween.

본 발명의 구현예에 의하면, 상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매를 함유한 것으로, 상기 수전해 촉매로는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질, 이리듐(Ir)을 함유한 산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 산화물, 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물을 함유한 산화물, 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물이 담지된 탄소 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolytic solution slurry contains a water electrolysis catalyst, and examples of the electrolysis solution include a metal material containing iridium (Ir), a metal material containing ruthenium (Ru), iridium (Ir), an oxide containing ruthenium (Ru), an oxide containing a mixture of iridium (Ir) and ruthenium (Ru), a carbon containing a mixture of iridium (Ir) You can use one.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 수전해 촉매로는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the above-mentioned water-electrolytic catalyst may be formed of carbon carrying iridium (Ir) -containing metal, carbon carrying ruthenium (Ru) -containing metal, iridium (Ir) A first oxide containing iridium (Ir), a second oxide containing ruthenium (Ru), a first oxide containing ruthenium (Ru), a second oxide containing ruthenium A second oxide on which a first oxide containing iridium (Ir) is supported, and a second oxide on which a first oxide containing ruthenium (Ru) is supported can be used.

이때 상기 탄소 또는 제2산화물에 대한 금속물질 또는 제1산화물의 담지율은 1~90%일 수 있다.At this time, the supporting ratio of the metal material or the first oxide to the carbon or the second oxide may be 1 to 90%.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매와 바인더 및 용매를 혼합하여 조성한 것으로, 상기 바인더로는 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기, 및 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 측쇄를 가지는 고분자 수지를 사용할 수 있고, 상기 용매로는 알코올, 유기용제, 물의 혼합물을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the water electrolytic material slurry is prepared by mixing a water electrolytic solution catalyst with a binder and a solvent. As the binder, a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, A polymer resin having side chains composed of any one or a mixture of two or more selected can be used. As the solvent, a mixture of alcohol, organic solvent and water can be used.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 수전해층을 형성하는 과정에서는, 브러싱법, 스프레이 코팅법, 바코팅법, 슬롯다이 코팅법 중 선택된 어느 한 방법을 이용하여 수전해물질 슬러리를 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 코팅하게 된다.According to an embodiment of the present invention, in the process of forming the electrolytic layer, the electrolytic solution slurry is applied to the electrode membrane assembly by any one method selected from a brushing method, a spray coating method, a bar coating method and a slot die coating method. Or the surface of the gas diffusion layer.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정은, 수전해층이 코팅된 가스확산층을 전극막 접합체와 접합하는 과정이거나, 또는 수전해층이 코팅된 전극막 접합체를 가스확산층과 접합하는 과정으로 이루어지게 된다.According to an embodiment of the present invention, the process of bonding the electrode membrane assembly and the gas diffusion layer may include a process of bonding the gas diffusion layer coated with the electrolytic layer to the electrode membrane assembly, To the gas diffusion layer.

또한 본 발명의 구현예에 의하면, 상기 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정에서는, 전극막 접합체의 양측에 가스확산층을 배치한 뒤, 60~150℃의 온도 및 50~200kgf/㎠의 압력으로 열압착하게 된다.According to the embodiment of the present invention, in the process of joining the electrode membrane assembly and the gas diffusion layer, the gas diffusion layer is disposed on both sides of the electrode membrane assembly, and then the mixture is heated at a temperature of 60 to 150 ° C and a pressure of 50 to 200 kgf / And is thermally pressed.

또한 본 발명에서는, 상기의 제조방법에 의해 제조된 MEA/GDL 접합체를 포함하는 연료전지 스택으로서, 중앙에 전극막 접합체를 기준으로 좌우 양측에 수전해층, 가스확산층이 차례로 위치되어 구성되며, 상기 전극막 접합체의 바깥 부분에 위치하는 전극층과 상기 수전해층 사이에 계면이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택을 제공할 수 있다.The present invention also provides a fuel cell stack including an MEA / GDL junction fabricated by the above-described method, wherein a water electrolysis layer and a gas diffusion layer are disposed on both sides of the electrode membrane assembly in the center, And an interface is formed between the electrode layer positioned at the outer portion of the electrode membrane assembly and the water electrolysis layer.

본 발명의 구현예에 의하면, 상기 수전해층은 2㎚ 내지 2000㎚의 두께를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 2.0㎛의 두께를 갖도록 형성된다.
According to an embodiment of the present invention, the water electrolytic layer is formed to have a thickness of 2 nm to 2000 nm, and preferably has a thickness of 0.5 to 2.0 μm.

본 발명에서는 전극막 접합체와 가스확산층 사이에 수전해층을 형성하여 전극층과 수전해층의 계면을 발생시킴에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.In the present invention, the following effects can be obtained by forming the electrolytic layer between the electrode membrane assembly and the gas diffusion layer to generate the interface between the electrode layer and the electrolytic layer.

1. 담지체 부식 전에 전극층과 접촉된 수전해층 내 수전해 물질의 물 분해에 의해 전극 열화를 방지하고, 결과적으로 연료전지의 내구성을 강화하게 된다.1. Prevention of electrode deterioration by water decomposition of the electrolytic solution in the electrolytic layer in contact with the electrode layer prior to the carrier corrosion, thereby enhancing the durability of the fuel cell.

2. 연료전지의 운전 시 수분으로 인한 수소와 산소의 전기화학적인 반응면적의 감소를 방지하여 연료전지의 운전효율을 증대하고 성능을 강화하게 된다.2. In operation of the fuel cell, the reduction of the electrochemical reaction area between hydrogen and oxygen due to moisture is prevented, thereby increasing the operation efficiency and enhancing the performance of the fuel cell.

3. 수전해 물질을 촉매물질과 혼합하여 전극층 내에 수전해 물질을 적용할 경우 대비 동등 이상의 우수한 성능을 획득할 수 있다.
3. When the electrolytic solution is mixed with the catalytic material and the electrolytic solution is applied to the electrode layer, excellent performance equal to or better than that of the electrolytic solution can be obtained.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택을 나타낸 모식도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조방법 중 수전해층을 위한 슬러리 제조공정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조방법 중 수전해층을 위한 슬러리의 도포공정을 나타낸 예시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 제조방법 중 수전해층을 코팅한 가스확산층과 전극막 접합체 간에 접합공정을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택의 평가결과를 나타낸 도면
1 is a schematic view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
2 is a view for explaining a slurry production process for a water electrolysis layer in a method of manufacturing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
3 is a view illustrating an example of a process of applying a slurry for a water electrolysis layer in a method of manufacturing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a bonding process between a gas diffusion layer coated with a water electrolytic layer and an electrode membrane assembly in a method of manufacturing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention;
5 is a view showing an evaluation result of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 연료전지 스택은 가장 안쪽에 전극막 접합체(10)가 위치하고, 이 전극막 접합체(10)의 바깥 부분, 즉 전극층(촉매층)(12)의 바깥 부분에 수전해층(20)이 위치하고, 이 수전해층(20)의 바깥 부분에 가스확산층(30)이 위치한다.1, the fuel cell stack manufactured in accordance with the present invention has an electrode membrane assembly 10 located on the innermost side and an outer portion of the electrode membrane assembly 10, that is, the outside of the electrode layer (catalyst layer) 12 And the gas diffusion layer 30 is located at the outer portion of the water electrolytic layer 20. [

즉, 본 발명에 따른 연료전지 스택은 중앙에 전극막 접합체(10)를 기준으로 좌우 양측에 수전해층(20), 가스확산층(30)이 차례로 적층된 형태로 구성된다.That is, the fuel cell stack according to the present invention has a structure in which a water electrolysis layer 20 and a gas diffusion layer 30 are stacked on the left and right sides of the electrode membrane assembly 10 at the center.

주지된 바와 같이, 전극막 접합체(10)는 고분자 전해질막(11)의 양쪽 면에 각각 양극 및 음극을 위한 전극층(11)이 도포된 형태로 구성되고, 가스확산층(30)의 바깥 부분에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 전극 유로, 즉 채널 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(40)이 적층된다.As is well known, the electrode membrane assembly 10 is configured such that an electrode layer 11 for an anode and a cathode is coated on both sides of the polymer electrolyte membrane 11, And a separation plate 40 on which an electrode flow path, that is, a flow field, is formed to discharge water generated by the reaction.

도 1에서 양극 및 음극 유로영역은 가스확산층(30)의 바깥 부분에 적층되는 분리판(40)의 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.In FIG. 1, the anode and cathode flow path regions schematically show the position of the separator plate 40 stacked on the outside of the gas diffusion layer 30.

이러한 연료전지 스택은 전극막 접합체(10)와 가스확산층(30)을 준비하는 과정, 수전해층(20)을 위한 수전해물질 슬러리를 제조하는 과정, 상기 수전해물질 슬러리를 이용하여 전극막 접합체(10) 또는 가스확산층(30)의 표면에 수전해층(20)을 형성하는 과정, 상기 수전해층(20)을 사이에 두고 전극막 접합체(10)와 가스확산층(30)을 접합하는 과정을 통해 제조될 수 있다.This fuel cell stack is manufactured by preparing the electrode membrane assembly 10 and the gas diffusion layer 30, preparing a slurry for a water electrolytic material 20 for the electrolytic layer 20, A process of forming a water electrolytic layer 20 on the surface of the gas diffusion layer 10 or the gas diffusion layer 30 and a process of bonding the electrode membrane assembly 10 and the gas diffusion layer 30 with the water electrolytic layer 20 interposed therebetween ≪ / RTI >

상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매와 바인더 및 용매를 소정 비율로 혼합한 것이 사용된다.The water electrolytic material slurry is a mixture of a water electrolytic solution catalyst, a binder and a solvent at a predetermined ratio.

상기 수전해 촉매로는 이리듐 금속(Ir metal), 루테늄 금속(Ru metal), 이리듐 산화물(Ir oxide), 루테늄 산화물(Ru oxide), 루테늄막 금속(IrRu metal), 루테늄막 산화물(IrRu oxide)과 같이 이리듐(Ir) 또는 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질 또는 산화물(제1산화물)의 단독 형태를 사용할 수 있고, 또한 상기 금속물질 또는 제1산화물이 탄소(C) 혹은 제2산화물(TiO2, SiO2, Al2O3 등) 위에 담지된 형태를 사용할 수 있다. 이때 상기 금속물질 또는 제1산화물의 담지율은 1~90%일 수 있다.Examples of the electrolytic solution include an Ir metal, a Ru metal, an Ir oxide, a Ru oxide, a Ru metal, a Ru oxide, A metal material or an oxide (first oxide) containing iridium (Ir) or ruthenium (Ru) can be used singly, and the metal material or the first oxide can be carbon (C) or a second oxide (TiO2, SiO2, Al2O3, etc.) may be used. At this time, the supporting ratio of the metal material or the first oxide may be 1 to 90%.

또한, 상기 수전해 촉매로서 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물이 함유된 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들면, IrRu가 담지된 탄소(IrRu/C), IrRu를 함유한 IrRu 산화물이 사용될 수 있다.In addition, oxides containing a mixture of iridium (Ir) and ruthenium (Ru) may be used as the electrolytic solution catalyst. For example, IrRu-supported carbon (IrRu / C) and IrRu-containing IrRu oxide may be used.

상기 바인더는 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지가 사용되며, 예를 들면 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기, 및 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나 혹은 선택된 둘 이상의 혼합물을 가지는 고분자 수지일 수 있다.The binder is a polymer resin having hydrogen ion conductivity. For example, the binder may be a polymer resin having at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, .

다시 말해, 상기 바인더로는 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기, 및 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 측쇄를 가지는 고분자 수지를 사용할 수 있다.In other words, the binder may be a polymer resin having side chains composed of any one or a mixture of two or more selected from a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof.

이러한 바인더는 단일물 또는 혼합물 형태로 사용 가능하고, 상기 용매로는 알코올, 유기용제, 물의 혼합물이 사용된다.Such a binder can be used in the form of a single substance or a mixture, and a mixture of alcohol, organic solvent and water is used as the solvent.

상기의 수전해 촉매, 바인더, 및 용매로 이루어지는 수전해물질 슬러리는 소량의 탈이온수(Deionized Water)에 수전해 촉매를 섞은 뒤 바인더를 투입하고 일정시간 동안 믹싱(Mixing), 스터링(stirring), 및 초음파(ultrasonic) 등을 통해 혼합한 다음, 용매를 넣고 다시 일정시간 동안 수차례 믹싱(Mixing), 스터링(stirring), 및 초음파(ultrasonic) 등을 반복하여 혼합 제조할 수 있다.The water electrolytic material slurry comprising the above-mentioned water electrolytic catalyst, binder and solvent is prepared by mixing a small amount of deionized water with a water electrolytic catalyst and then adding a binder and mixing, stirring, Mixing, mixing, ultrasonic, and the like may be repeatedly mixed and mixed several times over a certain period of time by mixing with a solvent through an ultrasonic or the like.

도 2를 참조하여 다시 설명하면, 먼저 일정량의 수전해 촉매를 일정량의 탈이온수와 혼합한 뒤, 탈이온수와 섞인 수전해 촉매에 일정량의 바인더를 투입하고 일정시간 동안 믹싱(Mixing), 스터링(stirring), 및 초음파(ultrasonic) 등을 통해 고르게 혼합한 다음, 수전해 촉매와 바인더의 혼합물을 일정량의 용매에 투입하고 믹싱, 스터링, 초음파 등을 통해 일정시간 동안 수차례에 걸쳐 혼합하는 과정을 거쳐 수전해물질 슬러리를 제조하게 된다.Referring to FIG. 2, first, a predetermined amount of water electrolysis catalyst is mixed with a predetermined amount of deionized water, and a predetermined amount of binder is added to a water electrolysis catalyst mixed with deionized water. Then, mixing, stirring, ), And ultrasonic. Then, the mixture of the electrolytic solution catalyst and the binder is put into a certain amount of solvent, and mixed by mixing, stirling, and ultrasonic waves several times over a certain period of time. Thereby producing an electrolytic material slurry.

일례로, 이때 수전해 촉매는 시판용(Commercial) 또는 합성의 수전해 촉매 2.0g을 사용하고, 탈이온수는 2.5ml를 사용하고, 바인더는 시판용 이오노머(Commercial Ionomer)인 하이프론(Hyflon)(고형분 24.5%) 3.7g을 사용하고, 용매는 EG(Ethylene Glycol) 0.6g과 부탄올(Butanol) 8.5g, IPA(Isopropanol Alcohol) 6.0g을 혼합한 혼합물을 사용하며, 수전해 촉매와 바인더는 약 30분 동안 혼합하고, 수전해 촉매와 바인더의 혼합물에 용매를 섞을 때에는 약 30분씩 5회를 반복하여 혼합한다.For example, 2.0 grams of a commercially available or synthetic hydrotreating catalyst is used, 2.5 ml of deionized water is used, and the binder is a commercially available ionomer (Hyflon) (solid content 24.5 %) And a mixture of 0.6 g of EG (Ethylene Glycol), 8.5 g of butanol and 6.0 g of IPA (Isopropanol Alcohol) was used as the solvent. The water electrolytic catalyst and the binder were stirred for about 30 minutes When the solvent is mixed with the mixture of the electrolytic solution catalyst and the binder, the mixture is repeatedly mixed for about 30 minutes for 5 times.

이렇게 제조한 수전해물질 슬러리는 전극막 접합체의 전극층 또는 가스확산층 또는 가스확산층의 미세기공층의 일면에 도포됨으로써 수전해층을 형성하게 된다.The thus prepared water electrolytic material slurry is applied to one surface of the electrode layer of the electrode membrane assembly or the gas diffusion layer or the microporous layer of the gas diffusion layer to form a water electrolytic layer.

도면으로 나타내지는 않았으나, 전극막 접합체와 접합하게 되는 가스확산층의 일면에는 미세기공층이 위치될 수 있고, 상기 수전해물질 슬러리를 가스확산층의 일면에 형성된 미세기공층 상에 도포될 수 있다.Although not shown in the drawings, the microporous layer may be disposed on one surface of the gas diffusion layer to be bonded to the electrode membrane assembly, and the water electrolytic material slurry may be applied on the microporous layer formed on one surface of the gas diffusion layer.

상기 미세기공층은 다수의 미세기공이 형성되어 있는 것으로, 통상 가스확산층의 일면에 위치되어, 연료전지의 접촉저항을 줄이는 역할을 할 뿐만 아니라, 촉매층에서 응축된 물을 미세기공층의 마이크로 포어(Micro pore)에서 가스확산층의 매크로 포어(Macro pore)로 빠르게 전달하여 플로딩(flooding) 현상을 막는 역할도 한다.The microporous layer has a plurality of micropores formed therein. The microporous layer is usually disposed on one surface of the gas diffusion layer to reduce the contact resistance of the fuel cell. In addition, water condensed in the catalyst layer is dispersed in micropores It is also used to prevent the flooding phenomenon by transferring quickly from the micro pore to the macro-pore of the gas diffusion layer.

즉, 상기 수전해층은 수전해(물 분해) 기능이 있는 이리듐(Ir, Iridium) 혹은 루테늄(Ru, Ruthenium)을 함유한 금속슬러리, 혹은 탄소 및 산화물에 담지된 금속(이리듐, 루테늄 등)을 함유한 슬러리를 일정 두께로 가스확산층 등의 일면 위에 도포하여서 형성된다.That is, the electrolytic layer may be formed of a metal slurry containing iridium (Ir, Iridium) or ruthenium (Ru) or a metal (iridium, ruthenium, etc.) Is coated on one surface of a gas diffusion layer or the like with a predetermined thickness.

이때 수전해물질 슬러리는 브러싱법(brushing method), 스프레이 코팅법, 바코팅법(캐스팅법), 슬롯다이 코팅법 등의 다양한 방법으로 가스확산층 등의 일면에 분사 및 도포 가능하고, 여기서 가스확산층은 연료전지 스택에 사용되는 통상의 가스확산층이 사용된다.At this time, the water-receiving material slurry can be sprayed and applied on one surface of a gas diffusion layer or the like by various methods such as a brushing method, a spray coating method, a bar coating method (casting method), a slot die coating method, A conventional gas diffusion layer used in a fuel cell stack is used.

도 3에는 스프레이 코팅법을 이용하여 가스확산층(30)의 일면에 수전해층(20)을 코팅하는 과정이 개략적으로 도시되어 있다.FIG. 3 schematically shows a process of coating the electrolytic layer 20 on one side of the gas diffusion layer 30 using a spray coating method.

상기 수전해층(20)은 2㎚ 내지 2000㎚의 두께로 코팅되어 형성되는데, 만약 이보다 얇은 두께로 코팅되면 수전해층(20) 내 이리듐이나 탄소의 함유량이 너무 적어 수전해 기능을 제대로 수행하지 못하게 되며, 이보다 두꺼운 두께로 코팅되면 연료전지 스택의 부피 증대로 인해 운전효율이 감소하게 된다.The water electrolytic layer 20 is formed by coating with a thickness of 2 nm to 2000 nm. If the water electrolytic layer 20 is coated to a thickness smaller than the thickness of the water electrolytic layer 20, the content of iridium or carbon in the water electrolytic layer 20 is too small, If the coating thickness is thicker than this, the operation efficiency is reduced due to the increase in the volume of the fuel cell stack.

수전해 기능은 수전해층(20) 내 이리듐이나 탄소의 함유량에 비례하여 증대되는 것이 아니므로 수전해층(20)을 과도한 두께로 코팅하는 경우 제조 가격을 상승시키는 요인이 된다.Since the water electrolytic solution function is not increased in proportion to the content of iridium or carbon in the water electrolytic layer 20, when the water electrolytic layer 20 is coated with an excessive thickness, the manufacturing cost is increased.

바람직하게는, 상기 수전해층(20)의 두께를 0.5㎛ 내지 2.0㎛로 형성하는 것이 좋다.Preferably, the thickness of the water electrolytic layer 20 is 0.5 mu m to 2.0 mu m.

또한, 도 4에는 수전해층(20)을 형성한 가스확산층(30)과 전극막 접합체(10)를 열압착 방식으로 접합하는 공정이 개략적으로 도시되어 있다.4 schematically shows a step of bonding the gas diffusion layer 30 on which the water electrolytic layer 20 is formed and the electrode membrane assembly 10 by a thermocompression bonding method.

수전해층(20)을 사이에 두고 전극막 접합체(10)와 가스확산층(30)을 접합하는 과정은, 도 4에 보이듯이 수전해층(20)이 코팅된 가스확산층(30)과 전극막 접합체(10)를 접합하는 과정이거나, 또는 수전해층(20)이 코팅된 전극막 접합체(10)를 가스확산층(30)과 접합하는 과정일 수 있다.The process of bonding the electrode membrane assembly 10 and the gas diffusion layer 30 with the water electrolytic layer 20 interposed therebetween may be performed as shown in Figure 4 by forming the gas diffusion layer 30 coated with the water electrolytic layer 20, Or may be a process of bonding the electrode assembly 10 to the gas diffusion layer 30 or bonding the electrode membrane assembly 10 coated with the electrolytic layer 20 to the gas diffusion layer 30.

전극막 접합체(10)와 가스확산층(30)의 접합 방법으로는, 열프레스기(heating press)를 이용한 열압착(hot pressing) 방식 등을 채택할 수 있으며, 또는 연료전지 셀의 적층을 통한 계면접합도 가능하다. As a bonding method of the electrode membrane junction body 10 and the gas diffusion layer 30, a hot pressing method using a heating press or the like may be adopted. Alternatively, It is also possible.

한편, 전술한 바와 같이, 수전해물질 슬러리는 전극막 접합체(10)의 전극층(12) 또는 가스확산층(30) 또는 가스확산층(30)의 미세기공층(미도시)의 일면에 도포됨으로써 수전해층(20)을 형성하게 된다.As described above, the electrolytic solution slurry is applied to one surface of the electrode layer 12 of the electrode membrane assembly 10 or the microporous layer (not shown) of the gas diffusion layer 30 or the gas diffusion layer 30, Layer 20 is formed.

수전해물질 슬러리를 가스확산층(30)(또는 가스확산층의 미세기공층) 위에 코팅하거나, 또는 전극막 접합체(10)의 전극층(12) 위에 코팅하는 경우, 전극막 접합체(10)의 전극층(12)과 가스확산층(30)(혹은 가스확산층의 미세기공층) 간에 접합시 표면 접촉으로 인해 계면이 발생하게 되며, 표면 코팅된 수전해물질 슬러리는 연료전지 구동 및 SU(Start Up), SD(Shut Dowm), 연료부족 등의 상황 발생 시 상기 계면에서 수전해 기능을 수행하게 된다.When the water-receiving material slurry is coated on the gas diffusion layer 30 (or the microporous layer of the gas diffusion layer) or coated on the electrode layer 12 of the electrode membrane assembly 10, the electrode layer 12 ) And the gas diffusion layer 30 (or the microporous layer of the gas diffusion layer), the surface-coated water-electrolytic material slurry is subjected to fuel cell driving, SU (Start Up), SD Dowm), fuel shortage, and the like, the water electrolysis function is performed at the interface.

다만, 전극막 접합체(10)의 전극층(12)에 후처리 공정으로서 수전해물질 슬러리를 코팅하는 경우 그로 인한 전극막 접합체(10)의 팽창 및 수축을 고려해야 하므로, 가스확산층(30)(혹은 가스확산층의 미세기공층) 위에 후처리 공정으로서 수전해물질 슬러리를 코팅하는 것이 공정 편의성이 더 높아 바람직하다.However, when the electrolytic solution slurry is coated on the electrode layer 12 of the electrode membrane assembly 10 as a post-treatment process, the expansion and contraction of the electrode membrane assembly 10 must be taken into account. Therefore, the gas diffusion layer 30 It is preferable to coat the slurry of the electrolytic solution material as a post-treatment process on the microporous layer of the diffusion layer because the process convenience is higher.

즉, 수전해물질 슬러리의 코팅시 별도로 팽창 및 수축의 평형을 고려할 필요없는 가스확산층(30)(혹은 가스확산층의 미세기공층) 위에 수전해층(20)을 형성하는 것이 공정상 더 용이한 이점이 있다.That is, it is easier in the process to form the water-receiving layer 20 on the gas diffusion layer 30 (or the microporous layer of the gas diffusion layer), which does not need to take account of the expansion and contraction equilibrium separately in coating the water electrolytic material slurry .

또한, 가스확산층(30)(혹은 가스확산층의 미세기공층)의 표면에 수전해물질 슬러리를 코팅하는 경우에는, 후처리 공정으로 코팅하는 경우와 더불어 가스확산층(30)의 생산 중에 코팅 시에도 팽창 및 수축에 의한 문제를 고려할 필요가 없다.
In addition, when the surface of the gas diffusion layer 30 (or the microporous layer of the gas diffusion layer) is coated with the electrolytic material slurry, the gas diffusion layer 30 may be coated with a post-treatment process, And the problem caused by shrinkage need not be considered.

이하, 본 발명에 따라 제조한 MEA/GDL 접합체의 물성 평가를 위해 실시예와 비교예를 제시하나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples are provided for evaluating the physical properties of the MEA / GDL conjugate prepared according to the present invention, but the present invention is not limited thereto.

도 5는 본 발명에 따라 제조한 MEA/GDL 접합체의 물성 평가결과를 나타낸 그래프와, 하기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 MEA/GDL 접합체의 단면구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
FIG. 5 is a graph showing the results of evaluation of physical properties of the MEA / GDL conjugate prepared according to the present invention, and a schematic cross-sectional structure of the MEA / GDL conjugate prepared according to the following examples and comparative examples.

실시예Example :  : 가스확산층의The gas diffusion layer 표면에  On the surface 수전해층Water electrolytic layer 형성 formation

통상의 가스확산층 표면에 스프레이 코팅법을 이용하여 수전해물질 슬러리(이리듐이 담지된 탄소를 함유한 슬러리)를 균일하게 코팅한 뒤, 수전해물질 슬러리 내 용매를 제거하기 위해 코팅된 가스확산층을 70℃의 진공오븐에서 30분간 건조하여 수전해층을 형성하였다. 이후, 전극막 접합체의 양측 표면에 수전해층을 형성한 가스확산층을 배치하고 열프레스기를 이용하여 60~150℃의 온도 및 50~200kgf/㎠의 압력으로 열압착(hot-pressing)하여 5층(5-layer) 구조의 MEA/GDL 접합체를 제조하였다.
The slurry containing the electrolytic solution material (slurry containing the iridium-impregnated carbon) was uniformly coated on the surface of the ordinary gas diffusion layer by a spray coating method, and then the coated gas diffusion layer was coated with 70 Lt; 0 > C for 30 minutes to form a water electrolytic layer. Thereafter, a gas diffusion layer having a water electrolytic layer formed on both side surfaces of the electrode membrane assembly was hot-pressed at a temperature of 60 to 150 DEG C and a pressure of 50 to 200 kgf / cm < 2 > (5-layer) MEA / GDL conjugate was prepared.

비교예Comparative Example : 수전해 촉매를 함유한  : Containing a hydrotreating catalyst 전극층Electrode layer 형성 formation

상기 실시예에서 사용한 동량의 수전해 촉매(이리듐이 담지된 탄소)를 백금 또는 탄소 촉매와 혼합한 혼합물을 이용하여 전극 슬러리를 제조한 뒤, 이 전극 슬러리를 고분자 전해질막의 양측면에 코팅(decal, spray coating 등을 통해 코팅)하여 전극막 접합체를 제조하였다. 이후, 전극막 접합체의 양측면에 가스확산층을 배치하고 열프레스기를 이용하여 60~150℃의 온도 및 50~200kgf/㎠의 압력으로 열압착(hot-pressing)하여 5층(5-layer) 구조의 MEA/GDL 접합체를 제조하였다.
An electrode slurry was prepared using a mixture of the same amount of the electrolytic solution of the electrolytic solution (iridium-impregnated carbon) used in the above example and platinum or carbon catalyst, and the electrode slurry was coated on both sides of the polymer electrolyte membrane coating) to prepare an electrode membrane assembly. Thereafter, a gas diffusion layer was disposed on both sides of the electrode membrane assembly, hot-pressed at a temperature of 60 to 150 캜 and a pressure of 50 to 200 kgf / cm 2 using a hot press machine to form a 5-layer structure MEA / GDL conjugates were prepared.

물성 평가Property evaluation

상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 MEA/GDL 접합체에 50%의 가습환경에서 공기 및 수소를 주입하고, 65℃에서 그 전류밀도-전압 변화를 측정하였으며, 그 평가결과를 도 5에 나타내었다.
Air and hydrogen were injected into the MEA / GDL junction fabricated according to the above Examples and Comparative Examples in a humidified environment of 50%, and the current density-voltage change was measured at 65 ° C. The evaluation results are shown in FIG. 5 .

상기의 평가 결과, 도 5에 보이듯이, 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체의 경우 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체에 비해 저전류 영역에서의 성능이 우수함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the MEA / GDL conjugate according to the embodiment has better performance in the low current region than the MEA / GDL conjugate according to the comparative example.

전극 내에 수전해 촉매(혹은 수전해물질)를 첨가하는 경우, 이리듐(Ir)은 백금(Pt)에 비해 ORR(Oxygen Reduction Reaction) 및 HOR(Hydrogen Reduction Reaction)이 월등히 떨어진다. 따라서 연료(수소,산소) 공급시 오로지 백금이 담지된 탄소로만 이루어진 전극(수전해 촉매를 미함유한 전극)의 활성 위치(site)(연료의 전기화학적 반응이 일어나는 위치)보다, 이리듐이 담지된 탄소와 백금이 담지된 탄소로 이루어진 전극(수전해 촉매를 함유한 전극)의 활성 위치(site)가 상대적으로 적어서 연료전지의 성능이 저하된다. 이때 활성 위치가 적은 이유는 이리듐이 담지된 탄소가 연료(수소, 산소)의 전기화학적 반응을 방해하기 때문이다.When a water electrolytic catalyst (or a water electrolytic substance) is added to the electrode, iridium (Ir) is much lower in ORR (oxygen reduction reaction) and HOR (hydrogen reduction reaction) than platinum (Pt). Therefore, when the fuel (hydrogen, oxygen) is supplied, iridium is carried on the active site (the position where the electrochemical reaction of the fuel takes place) of the electrode made of only platinum-carrying carbon The performance of the fuel cell is deteriorated because the active site of the electrode made of carbon and platinum supported carbon (electrode containing a water electrolysis catalyst) is relatively small. The reason why the active site is small is that the iridium-loaded carbon interferes with the electrochemical reaction of the fuel (hydrogen, oxygen).

다시 말해, 가스확산층의 표면에 수전해물질을 코팅할 경우(실시예), 전극 내로 공급된 연료가 연료전지 반응을 위해 백금이 담지된 탄소(즉, 전극) 표면에서 활성 위치를 찾음에 있어 방해가 줄어들어 성능 저하가 덜 일어나게 되고, 비교예 대비 상대적으로 성능 개선의 효과를 얻게 된다. In other words, when the surface of the gas diffusion layer is coated with a water electrolytic material (Example), the fuel supplied into the electrode is obstructed in finding the active position on the surface of the platinum-supported carbon (i.e., electrode) Resulting in less performance degradation, and relatively improved performance compared to the comparative example.

여기서 활성 위치는 탄소, 바인더, 촉매(백금, 이리듐)의 삼상계면이 있는 부분으로, 전극으로 공급되는 연료의 전기화학적 반응이 일어나게 되는 부분을 말한다. Here, the active site refers to a portion having a three-phase interface between carbon, a binder and a catalyst (platinum, iridium), and a portion where an electrochemical reaction of fuel supplied to the electrode occurs.

이러한 ORR 감소로 인한 성능 저하는 저전류 영역에서 나타나게 되는 것으로 알려져 있으며, 상기 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체는 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체에 비해 저전류 영역에서의 성능이 전체적으로 1-2% 가량 향상된 값을 나타내며(도 5 및 표 1 참조), 이러한 값은 저전류 영역에서는 유의미한 성능 차이이다. The performance of the MEA / GDL junction according to the present embodiment is 1-2% lower in the low current region than the MEA / GDL junction according to the comparative example. (See Figure 5 and Table 1), and these values are significant performance differences in the low current region.

아래 표 1은 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체 대비 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체의 성능 증가율을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the performance increase rate of the MEA / GDL conjugate according to the embodiment versus the MEA / GDL conjugate according to the comparative example.

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 도 5에 보이듯이, 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체의 경우 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체에 비해 고전류 영역에서의 성능이 증가함을 확인할 수 있다. Also, as shown in FIG. 5, it can be seen that the performance of the MEA / GDL junction according to the embodiment increases in the high current region compared with the MEA / GDL junction according to the comparative example.

이는 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체보다 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체가 고전류 영역에서 물질전달저항이 감소됨에 의한 것이다.This is due to the reduced mass transfer resistance in the high current region of the MEA / GDL conjugate according to the embodiment than the MEA / GDL junction according to the comparative example.

고전류 영역은 물질전달저항에 의한 영향력이 큰 부분으로 알려져 있다. 이리듐이 담지된 탄소를 함유한 수전해물질 슬러리를 가스확산층의 표면에 코팅 처리함으로 인해 전극층과 가스확산층 사이에 가스확산층으로 물이 배출되는 기공을 확보하게 되어 더욱 원활한 물 배출이 이루어지게 되고, 이에 비교예에 따른 MEA/GDL 접합체보다 실시예에 따른 MEA/GDL 접합체가 고전류 영역에서의 성능이 향상되게 된다. The high current region is known to have a large influence by the mass transfer resistance. By coating the surface of the gas diffusion layer with the slurry containing the iridium-carrying carbon-containing electrolytic solution, the pores through which the water is discharged into the gas diffusion layer are ensured between the electrode layer and the gas diffusion layer, The performance of the MEA / GDL conjugate according to the embodiment in the high current region is improved compared to the MEA / GDL conjugate according to the comparative example.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 의해 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And are included in the scope of the present invention.

10 : 전극막 접합체
11 : 전해질막
12 : 전극층
20 : 수전해층
30 : 가스확산층
40 : 분리판
10: electrode membrane junction body
11: electrolyte membrane
12: electrode layer
20: Water electrolytic layer
30: gas diffusion layer
40: separation plate

Claims (14)

수전해층을 위한 수전해물질 슬러리를 제조하는 과정;
상기 수전해물질 슬러리를 이용하여 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 수전해층을 형성하는 과정;
상기 수전해층을 사이에 두고 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
Preparing a water electrolytic material slurry for a water electrolytic layer;
Forming a water electrolytic layer on the surface of the electrode membrane assembly or the gas diffusion layer using the electrolytic solution slurry;
Bonding the electrode membrane assembly and the gas diffusion layer with the electrolytic layer interposed therebetween;
Wherein the fuel cell stack includes a plurality of fuel cell stacks.
청구항 1에 있어서,
상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매를 함유한 것으로, 상기 수전해 촉매로는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질, 이리듐(Ir)을 함유한 산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 산화물, 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물을 함유한 산화물, 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)의 혼합물이 담지된 탄소 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
The water electrolytic material slurry contains a water electrolytic catalyst, and the electrolytic solution includes a metal material containing iridium (Ir), a metal material containing ruthenium (Ru), an oxide containing iridium (Ir) (Ru), an oxide containing a mixture of iridium (Ir) and ruthenium (Ru), and a carbon carrying a mixture of iridium (Ir) and ruthenium (Ru) A method of manufacturing a fuel cell stack.
청구항 1에 있어서,
상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매를 함유한 것으로, 상기 수전해 촉매로는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
The water electrolytic material slurry contains a water electrolysis catalyst. Examples of the water electrolysis catalyst include carbon on which a metal substance containing iridium (Ir) is supported, carbon on which a metal substance containing ruthenium (Ru) is supported, iridium A second oxide on which a metal material containing ruthenium (Ru) is carried, a second oxide on which a ruthenium (Ru) -containing metal material is supported, a carbon on which a first oxide containing iridium (Ir) A second oxide on which a first oxide containing iridium (Ir) is supported, and a second oxide on which a first oxide containing ruthenium (Ru) is supported is used Wherein the fuel cell stack is a fuel cell stack.
청구항 3에 있어서,
상기 탄소 또는 제2산화물에 대한 금속물질 또는 제1산화물의 담지율은 1~90%인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the supporting ratio of the metal or the first oxide to the carbon or the second oxide is 1 to 90%.
청구항 1에 있어서,
상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매와 바인더 및 용매를 혼합하여 조성한 것으로, 상기 바인더로는 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기, 및 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 측쇄를 가지는 고분자 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
The water electrolytic material slurry is prepared by mixing a water electrolytic solution catalyst with a binder and a solvent, and the binder may be any one selected from a group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, Wherein a polymer resin having side chains is used.
청구항 1에 있어서,
상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매와 바인더 및 용매를 혼합하여 조성한 것으로, 상기 용매로는 알코올, 유기용제, 물의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the water electrolytic material slurry is prepared by mixing a water electrolytic solution catalyst, a binder and a solvent, and the solvent is a mixture of alcohol, organic solvent, and water.
청구항 1에 있어서,
상기 수전해층을 형성하는 과정에서는, 브러싱법, 스프레이 코팅법, 바코팅법, 슬롯다이 코팅법 중 선택된 어느 한 방법을 이용하여 수전해물질 슬러리를 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 코팅하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the process of forming the water electrolytic layer, coating the surface of the electrode membrane assembly or the gas diffusion layer with the electrolytic solution slurry using any one of brushing, spray coating, bar coating and slot die coating Wherein the fuel cell stack comprises a plurality of fuel cells.
청구항 1에 있어서,
상기 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정은, 수전해층이 코팅된 가스확산층을 전극막 접합체와 접합하는 과정이거나, 또는 수전해층이 코팅된 전극막 접합체를 가스확산층과 접합하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
The process of joining the electrode membrane assembly and the gas diffusion layer may include bonding the gas diffusion layer coated with the electrolytic layer to the electrode membrane assembly or bonding the electrode membrane assembly coated with the electrolysis layer to the gas diffusion layer Wherein the fuel cell stack is a fuel cell stack.
청구항 1에 있어서,
상기 전극막 접합체와 가스확산층을 접합하는 과정에서는, 전극막 접합체의 양측에 가스확산층을 배치한 뒤, 60~150℃의 온도 및 50~200kgf/㎠의 압력으로 열압착하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the process of bonding the electrode membrane junction body and the gas diffusion layer, the gas diffusion layer is disposed on both sides of the electrode membrane junction body, followed by thermocompression bonding at a temperature of 60 to 150 DEG C and a pressure of 50 to 200 kgf / ≪ / RTI >
중앙에 전극막 접합체를 기준으로 좌우 양측에 수전해층, 가스확산층이 차례로 위치되어 구성되며, 상기 전극막 접합체의 바깥 부분에 위치하는 전극층과 상기 수전해층 사이에 계면이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
Wherein an electrolyte layer and a gas diffusion layer are disposed in order on both sides of the electrode membrane junction body in the center, and an interface is formed between an electrode layer positioned at an outer portion of the electrode membrane junction body and the electrolyte layer. Battery stack.
청구항 10에 있어서,
상기 수전해층은 2㎚ 내지 2000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
The method of claim 10,
Wherein the water electrolytic layer has a thickness of 2 nm to 2000 nm.
청구항 10에 있어서,
상기 수전해층은 0.5㎛ 내지 2.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
The method of claim 10,
Wherein the water electrolytic layer has a thickness of 0.5 mu m to 2.0 mu m.
청구항 10에 있어서,
상기 수전해층은 수전해물질 슬러리를 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 코팅하여 형성된 것으로, 상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매를 함유하며, 상기 수전해 촉매는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질, 이리듐(Ir)을 함유한 산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 산화물 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
The method of claim 10,
Wherein the water electrolytic layer is formed by coating a slurry of a water electrolytic material on a surface of an electrode membrane assembly or a gas diffusion layer, the water electrolytic material slurry containing a water electrolysis catalyst, and the water electrolysis catalyst is a metal containing iridium (Ir) Wherein the fuel cell stack is any one selected from the group consisting of ruthenium (Ru) -containing material, iridium (Ir) -containing oxide, and ruthenium (Ru) -containing oxide.
청구항 10에 있어서,
상기 수전해층은 수전해물질 슬러리를 전극막 접합체 또는 가스확산층의 표면에 코팅하여 형성된 것으로, 상기 수전해물질 슬러리는 수전해 촉매를 함유하며, 상기 수전해 촉매는 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 금속물질이 담지된 제2산화물, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 탄소, 이리듐(Ir)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물, 루테늄(Ru)을 함유한 제1산화물이 담지된 제2산화물 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
The method of claim 10,
Wherein the water electrolytic layer is formed by coating a slurry of a water electrolytic material on a surface of an electrode membrane assembly or a gas diffusion layer, the water electrolytic material slurry containing a water electrolysis catalyst, and the water electrolysis catalyst is a metal containing iridium (Ir) A second oxide on which a metal substance containing ruthenium (Ru) is carried, a second oxide on which a metal substance containing ruthenium (Ru) is impregnated, a second oxide on which a ruthenium (Ru) A first oxide-bearing carbon containing ruthenium (Ru), a second oxide containing iridium (Ir), a second oxide containing iridium (Ir) And a second oxide on which a first oxide containing Ru is supported.
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CN110783579A (en) * 2019-11-05 2020-02-11 上海骥翀氢能科技有限公司 Gas diffusion layer and preparation method and application thereof

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