KR20170049662A - Membrane-electrode assembly and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a membrane-electrode assembly used in a fuel cell or the like and a preparation method thereof. As a first gasket and a second gasket are respectively stacked on the upper surface and the lower surface of an edge portion of a membrane in which electrodes are not stacked, the outside end of the first and second gaskets are bonded to each other and seal the edge portion of the membrane. Also, as a third gasket and a fourth gasket are stacked on the upper surface and the lower surface of a bonding portion, alignment degradation between components due to height step according to formation of the bonding unit is prevented so reliability can be improved.

Description

막-전극 접합체 및 이의 제조방법{MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND PREPARATION METHOD THEREOF}[0001] MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND PREPARATION METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 연료 전지 등에 사용되는 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly; MEA) 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane-electrode assembly (MEA) used in a fuel cell or the like and a method for manufacturing the same.

연료 전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전지이며, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다. 특히 이와 같은 연료 전지는 고효율이면서, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않고, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 주목 받고 있다.BACKGROUND ART A fuel cell is a cell that converts the chemical reaction energy of a fuel and an oxidant into electrical energy. Hydrocarbons such as methanol, butane and the like are used as the fuel, and oxygen is used as the oxidant. Particularly, such a fuel cell is attracting attention due to its advantages such as high efficiency and abundance of fuel to be used without emitting pollutants such as NOx and SOx.

연료 전지에서 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막-전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막으로 사용되는 멤브레인과 멤브레인 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드 전극으로 구성된다. 연료 전지의 전기 발생 원리를 설명하면, 먼저 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온이 멤브레인을 통해 캐소드 전극으로 이동하며, 캐소드 전극에서 산소(산화제)와 멤브레인을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성되는 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.The most basic unit for generating electricity in a fuel cell is a membrane-electrode assembly (MEA), which is composed of a membrane used as an electrolyte membrane and an anode and a cathode formed on both sides of the membrane. In the anode electrode, the oxidation reaction of the fuel occurs, hydrogen ions and electrons are generated, hydrogen ions move to the cathode electrode through the membrane, and oxygen (oxidant) and the membrane The electrons are transferred to the external circuit by the reaction that the electrons and the hydrogen ions transferred through the reaction are generated.

이와 같은 연료 전지의 막-전극 접합체에서 사용되고 있는 멤브레인은 흡습의 성질과 함께 그에 따른 팽창과 주름 발생 등의 특성을 띠고 있는데, 이는 연료 전지 스택의 제조 과정에서 체결의 어려움뿐만 아니라 막전극 접합체의 성능 저하를 가져오게 된다.The membranes used in membrane-electrode assemblies of such fuel cells have properties of hygroscopicity, expansion and wrinkling, and the like. This is not only difficult to join in the manufacturing process of the fuel cell stack, .

이에 대한 해결 방안으로 멤브레인 양단에 막의 방습 및 내구성을 향상시키기 위해, 도 4에서 보는 바와 같이, 종래에는 가스켓(310, 320)을 포함한 형태의 막-전극 접합체가 제작되고 있다. 상기 가스켓(310, 320)은, 막-전극 접합체의 기계적 강도를 높여 스택 체결을 용이하게 할 뿐만 아니라, 스택의 가동시에 내구성을 향상시키고 가스의 누출을 안정화시킬 수 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 4, a membrane-electrode assembly in the form of gaskets 310 and 320 has been manufactured to improve the moisture resistance and durability of the membrane at both ends of the membrane. The gaskets 310 and 320 can increase the mechanical strength of the membrane-electrode assembly to facilitate stacking, improve durability during operation of the stack, and stabilize gas leakage.

그러나 상기 종래의 MEA 구조는 MEA의 에지(edge) 부분(도 4의 점선부)에 멤브레인(100)의 측면이 외부로 노출되어 있어 멤브레인 내부의 물이 외부로 유출 가능할 뿐만 아니라 다습한 환경이 유지될 경우에는 역으로 수분이 MEA 내부로 유입될 수 있다. 이에 따라 장시간 구동시 MEA의 에지 부분을 통한 수분 유출입에 기인하여 연료 전지의 성능이 저하되거나 물이 과도하게 생성되는 등 여러가지 문제가 발생할 수 있다.However, in the conventional MEA structure, since the side of the membrane 100 is exposed to the outside at the edge portion (the dashed line portion in FIG. 4) of the MEA, the water inside the membrane can be drained to the outside, The moisture can be admitted into the MEA. Accordingly, when the fuel cell is driven for a long time, the performance of the fuel cell may be deteriorated due to water flow through the edge portion of the MEA, or excessive water may be generated.

또한, 이를 해결하기 위해 추가적인 가스켓을 이용하여 상기 MEA의 에지 부분을 실링할 경우, 이와 같은 실링에 따른 두께(높이) 단차가 발생하게 되는데, 연료 전지를 구성하기 위해 복수개의 MEA를 적층할 경우 구성성분들 간에 얼라인먼트(alignment)가 저하되어 연료 전지의 신뢰성을 만족하지 못하는 문제가 있다.In order to solve this problem, when the edge portion of the MEA is sealed by using an additional gasket, there occurs a step of thickness (height) according to such sealing. In the case of stacking a plurality of MEAs There is a problem that the alignment between the components deteriorates and the reliability of the fuel cell can not be satisfied.

한국 공개특허공보 제2010-0018579호 (2010.02.17.)Korean Patent Publication No. 2010-0018579 (Feb.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 막-전극 접합체의 에지 부분이 수분 유출입에 취약한 문제를 해결하면서 구성성분들 간의 얼라인먼트를 개선하여 연료 전지의 성능 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있는 새로운 구조의 막-전극 접합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a membrane-electrode structure having a novel structure capable of preventing the deterioration of the performance and reliability of the fuel cell by improving the alignment between the constituent components while solving the problem that the edge portion of the conventional membrane- And a method for producing the same.

상기 목적에 따라, 본 발명은 (a) 멤브레인; (b) 상기 멤브레인의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 각각 적층되고, 이때 외측 끝단이 서로 접합되어 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인의 측면 에지를 실링하는 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓; (c) 상기 멤브레인의 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 각각 적층된 두 개의 전극; 및 (d) 상기 접합부의 상면 및 하면에 각각 적층되는 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓을 포함하는, 막-전극 접합체를 제공한다.In accordance with the above object, the present invention provides a method of manufacturing a membrane, comprising: (a) a membrane; (b) a first gasket which is laminated on the upper and lower surfaces of the membrane so as to cover the rim of the membrane while the outer ends thereof protrude, the outer ends being joined to each other to seal the side edge of the membrane, 2 gasket; (c) two electrodes stacked on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so as to cover a central portion of the membrane where the first gasket and the second gasket are not present; And (d) a third gasket and a fourth gasket which are respectively laminated on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

상기 다른 목적에 따라, 본 발명은 (1) 멤브레인을 제조하는 단계; (2) 상기 멤브레인의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓을 각각 적층하는 단계; (3) 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인의 측면 에지를 실링하는 단계; (4) 상기 멤브레인의 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 두 개의 전극을 각각 적층하는 단계; 및 (5) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓을 각각 적층하는 단계를 포함하는, 막-전극 접합체의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a membrane, comprising: (1) preparing a membrane; (2) stacking a first gasket and a second gasket on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so that the outer end of the membrane covers the edge of the membrane; (3) sealing the side edges of the membrane while joining the outer ends of the first gasket and the second gasket together to form a joint; (4) stacking two electrodes on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so as to cover a central portion of the membrane where the first gasket and the second gasket are not present; And (5) laminating a third gasket and a fourth gasket on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

본 발명은 또한 상기 막-전극 접합체를 포함하는 연료 전지를 제공한다.The present invention also provides a fuel cell comprising the membrane-electrode assembly.

본 발명의 막-전극 접합체(MEA)는 전극이 적층되지 않은 멤브레인 가장자리부의 상면 및 하면을 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓으로 각각 보호하고 외측 끝단을 접합하여 접합부를 형성하므로 멤브레인이 외부에 전혀 노출되지 않아서 MEA의 에지 부분을 통한 수분 유출입을 완벽히 차단할 수 있다.The membrane-electrode assembly (MEA) of the present invention protects the upper and lower surfaces of the membrane edge portions where the electrodes are not laminated by the first gasket and the second gasket, respectively, and the outer ends thereof are joined to form a joint portion. It is possible to completely block the water flow through the edge portion of the MEA.

이에 더하여, 본 발명의 막-전극 접합체는 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓이 적층됨으로써 접합부 형성에 따른 높이 단차로 인한 구성 성분들 간의 얼라인먼트 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the third gasket and the fourth gasket are laminated on the upper and lower surfaces of the junction, the membrane-electrode assembly of the present invention can prevent the lowering of the alignment between the components due to the height difference due to the formation of the junction, have.

또한, 본 발명의 막-전극 접합체는 종래의 다른 방식보다 간단한 공정을 통해 제조되어 MEA의 에지 부분을 실링하면서 높이 단차를 해소할 수 있어서, 연료 전지 분야에 적용이 유리하다.
In addition, the membrane-electrode assembly of the present invention is manufactured through a simpler process than the conventional method, and can solve the height difference while sealing the edge portion of the MEA, which is advantageous for application to the fuel cell field.

도 1은 본 발명의 막-전극 접합체의 단면 구조의 예시를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 막-전극 접합체의 단면 구조의 예시에서 가장자리부를 확대하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 막-전극 접합체의 단면 구조의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4는 종래의 막-전극 접합체의 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 막-전극 접합체의 제조방법의 다양한 예시들을 나타낸 것이다.
1 shows an example of a cross-sectional structure of a membrane-electrode assembly of the present invention.
2 is an enlarged view of the edge portion in the example of the cross-sectional structure of the membrane-electrode assembly of the present invention.
3 shows another example of the cross-sectional structure of the membrane-electrode assembly of the present invention.
4 shows a cross-sectional structure of a conventional membrane-electrode assembly.
5 to 8 show various examples of the method for producing the membrane-electrode assembly of the present invention.

이하 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 첨부 도면에서 이해를 돕기 위해 크기나 간격 등이 과장되어 표시될 수 있으며, 이 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 자명한 내용은 도시가 생략될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, sizes, intervals, and the like may be exaggerated to facilitate understanding, and descriptions of those apparent to those skilled in the art may be omitted.

도 1을 참조하여, 본 발명의 막-전극 접합체는 Referring to Figure 1, the membrane-electrode assembly of the present invention comprises

(a) 멤브레인(100);(a) a membrane 100;

(b) 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층되고, 이때 외측 끝단이 서로 접합되어 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320); (b) are laminated on the upper and lower surfaces of the membrane 100 such that the outer ends thereof protrude while covering the edge of the membrane 100, and the outer ends of the membrane 100 are joined to each other, A first gasket 310 and a second gasket 320 sealing the edge;

(c) 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층된 두 개의 전극(210, 220); 및(c) two electrodes 210 and 210 stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the central portion of the membrane 100 where the first gasket 310 and the second gasket 320 are not present, 220); And

(d) 상기 접합부의 상면 및 하면에 각각 적층되는 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 포함한다.(d) a third gasket 330 and a fourth gasket 340 stacked on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

이하 각 구성 요소별로 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, each component will be described in detail.

전극electrode

상기 막-전극 접합체는 서로 대향하는 두 개의 전극(210, 220)을 갖는다.The membrane-electrode assembly has two electrodes 210 and 220 facing each other.

상기 두 개의 전극은 각각 애노드(anode) 전극 및 캐소드(cathode) 전극일 수 있다. 상기 전극은 가스확산 전극(gas diffusion electrode)일 수 있다.The two electrodes may be an anode electrode and a cathode electrode, respectively. The electrode may be a gas diffusion electrode.

상기 애노드 전극은 수소 또는 메탄올, 부탄올, 프로판올, 개미산 등의 액상 탄화수소 연료를 산화시켜 수소 이온을 생성시킬 수 있다. 상기 애노드 전극은 촉매층 및 기체확산층으로 구성될 수 있다. 상기 촉매층에는 예를 들어 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-전이금속 합금 등의 촉매가 사용될 수 있다.The anode electrode can generate hydrogen ions by oxidizing hydrogen or a liquid hydrocarbon fuel such as methanol, butanol, propanol, formic acid and the like. The anode may comprise a catalyst layer and a gas diffusion layer. As the catalyst layer, a catalyst such as platinum, ruthenium, osmium, a platinum-ruthenium alloy, a platinum-osmium alloy, a platinum-palladium alloy, or a platinum-transition metal alloy may be used.

상기 캐소드 전극은 산소와 같은 산화제를 환원시키는 역할을 한다. 상기 캐소드 전극은 촉매층 및 기체확산층으로 구성될 수 있다. 상기 촉매층에는 예를 들어 백금 또는 백금-전이금속 합금이 사용될 수 있다.The cathode electrode serves to reduce an oxidizing agent such as oxygen. The cathode may comprise a catalyst layer and a gas diffusion layer. For example, platinum or a platinum-transition metal alloy may be used for the catalyst layer.

상기 애노드 전극 및 캐소드 전극에 포함되는 기체확산층은 전류전도체로서의 역할과 함께 연료 및 산화제와 같은 반응 물질과 물을 이동시키고 확산시키는 역할을 한다. 상기 기체확산층은 예를 들어, 카본지(carbon paper), 카본천(carbon cloth), 카본펠트(carbon felt) 등으로 이루어질 수 있다. 상기 기체확산층의 촉매층과 접하는 면에는 미세기공층이 형성될 수 있다.The gas diffusion layer included in the anode electrode and the cathode electrode functions as a current conductor and also moves and diffuses a reactant and water such as a fuel and an oxidant. The gas diffusion layer may be formed of, for example, carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or the like. A microporous layer may be formed on a surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer.

상기 두 개의 전극(210, 220)은 서로 동일한 면적을 가질 수 있다.The two electrodes 210 and 220 may have the same area.

또한, 상기 두 개의 전극(210, 220)은 상기 멤브레인(100)의 전체 면적 중 60~99%에 해당하는 면적의 중앙부를 커버할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 두 개의 전극(210, 220)은 상기 멤브레인(100)의 전체 면적 중 60~95%, 70~98%, 또는 70~95%에 해당하는 면적의 중앙부를 커버할 수 있다.
In addition, the two electrodes 210 and 220 may cover a central portion of an area corresponding to 60 to 99% of the total area of the membrane 100. More specifically, the two electrodes 210 and 220 may cover a central portion of an area corresponding to 60 to 95%, 70 to 98%, or 70 to 95% of the total area of the membrane 100.

멤브레인Membrane

상기 멤브레인(100)은 막-전극 접합체의 애노드 전극에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 전달하고 애노드 전극과 캐소드 전극을 전기적으로 분리시키는 역할을 한다.The membrane 100 transfers hydrogen ions generated from the anode electrode of the membrane-electrode assembly to the cathode electrode and electrically separates the anode electrode and the cathode electrode.

상기 멤브레인은 연료 전지 등에서 전해질막으로 사용되는 고분자 필름이라면 특별한 제한없이 가능하다. 상기 멤브레인은 연질의 고분자 필름일 수 있다.The membrane is not particularly limited as long as it is a polymer film used as an electrolyte membrane in a fuel cell or the like. The membrane may be a flexible polymer film.

예를 들어, 상기 멤브레인은 퍼플루오르술폰산계 고분자 수지, 폴리이미드 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리페닐렌옥사이드 수지, 폴리포스파진 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 도핑된 폴리벤즈이미다졸 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리술폰 수지, 이들의 이온전도성 고분자 수지, 및 이들의 혼합 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자 수지를 포함할 수 있다. For example, the membrane may be made of a perfluorosulfonic acid polymer resin, a polyimide resin, a polyvinylidene fluoride resin, a polyether sulfone resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyphenylene oxide resin, a polyphosphine resin, a polyethylene naphthalate A polymer resin selected from the group consisting of a resin, a polyester resin, a doped polybenzimidazole resin, a polyether ketone resin, a polysulfone resin, an ion conductive polymer resin thereof, and a mixed resin thereof.

상기 멤브레인은 두께가 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어 10㎛ 내지 200㎛의 두께, 구체적으로 10㎛ 내지 150㎛의 두께, 보다 구체적으로 20㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.
The thickness of the membrane is not particularly limited, but may be, for example, 10 占 퐉 to 200 占 퐉, specifically 10 占 퐉 to 150 占 퐉, more specifically 20 占 퐉 to 100 占 퐉.

제 1 가스켓 및 제 2 가스켓The first gasket and the second gasket

상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)은 상기 멤브레인(100)의 가장자리부의 상면 및 하면을 커버하여, 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 보호하고 수분의 유출입을 막는 역할을 한다.The first gasket 310 and the second gasket 320 cover the upper and lower surfaces of the edge of the membrane 100 to protect the edge of the membrane 100 and prevent the flow of water.

상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)은 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 측면의 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층된다.The first gasket 310 and the second gasket 320 are stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to protrude from the side edge of the membrane 100 while covering the edge of the membrane 100.

이때, 상기 두 개의 전극(210, 220)이 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층되므로, 상기 두 개의 전극(210, 220)은, 이의 가장자리부가 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)과 겹쳐지도록, 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 적층될 수 있다(도 1 참조).The two electrodes 210 and 220 are formed on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the center portion of the membrane 100 where the first gasket 310 and the second gasket 320 are not present. The two electrodes 210 and 220 may be stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100 such that the edges of the two electrodes overlap with the first gasket 310 and the second gasket 320 (See Fig. 1).

또는, 상기 두 개의 전극(210, 220)은 이의 가장자리부가 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)과 겹쳐지지 않을 수 있으며, 이 경우 상기 두 개의 전극(210, 220)의 가장자리부의 끝단이 상기 제 1 가스켓(310) 및 상기 제 2 가스켓(320)의 안쪽부 끝단과 간극이 없도록 일치하여 접하는 것이 바람직하다.Alternatively, the two electrodes 210 and 220 may not be overlapped with the first gasket 310 and the second gasket 320. In this case, the edges of the two electrodes 210 and 220 It is preferable that the ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 are in contact with each other so as to be free from the gap between the first gasket 310 and the second gasket 320.

상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓은 서로 동일한 면적을 가질 수 있다.The first gasket and the second gasket may have the same area.

또한, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)은 상기 멤브레인(100)의 전체 면적 중 1~40%에 해당하는 면적의 가장자리부를 커버할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)은 상기 멤브레인(100)의 전체 면적 중 3~40%, 5~40%, 5~35%, 또는 5~30%에 해당하는 면적의 가장자리부를 커버할 수 있다.The first gasket 310 and the second gasket 320 may cover an edge portion of an area corresponding to 1 to 40% of the total area of the membrane 100. More specifically, the first gasket 310 and the second gasket 320 correspond to 3 to 40%, 5 to 40%, 5 to 35%, or 5 to 30% of the total area of the membrane 100 It is possible to cover the edge portion of the area.

상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓은 고분자 필름으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓은 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 및 이들의 혼합 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자 수지를 포함할 수 있다. The first gasket and the second gasket may be formed of a polymer film. For example, the first gasket and the second gasket may include a polymer resin selected from the group consisting of a polyphenylene sulfide resin, a polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, and a mixed resin thereof.

상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓은 10㎛ 내지 60㎛의 두께를 가질 수 있고, 보다 구체적으로 10㎛ 내지 40㎛의 두께를 가질 수 있다.The first gasket and the second gasket may have a thickness of 10 탆 to 60 탆, and more specifically, may have a thickness of 10 탆 to 40 탆.

상기 제 1 가스켓(310) 및 상기 제 2 가스켓(320)은 이들의 외측 끝단이 서로 접합되어 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링한다.The first gasket 310 and the second gasket 320 seal the side edges of the membrane 100 with their outer ends joined together to form a joint.

상기 제 1 가스켓(310) 및 상기 제 2 가스켓(320) 간의 접합부는 열융착된 것일 수 있으며, 이에 따라 상기 접합부의 제 1 가스켓과 제 2 가스켓 사이에는 별도의 접착제가 존재하지 않을 수 있다. 또는 상기 접합부는 접착제에 의해 접착된 것일 수 있으며, 이에 따라 상기 접합부의 제 1 가스켓과 제 2 가스켓 사이에는 접착제가 존재할 수 있다.The junction between the first gasket 310 and the second gasket 320 may be thermally fused so that no separate adhesive may be present between the first and second gaskets of the junction. Or the joint may be adhered by an adhesive so that an adhesive may be present between the first gasket and the second gasket of the joint.

도 2에서 보듯이, 상기 제 1 가스켓(310) 및 상기 제 2 가스켓(320)은 상기 멤브레인(100) 상에 적층된 부분의 표면과 상기 접합부의 표면이 높이 단차(dh)를 가질 수 있다.
As shown in FIG. 2, the first gasket 310 and the second gasket 320 may have a height difference dh between the surface of the portion stacked on the membrane 100 and the surface of the bonding portion.

제 3 가스켓 및 제 4 가스켓The third gasket and the fourth gasket

상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)은 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 접합부의 상면 및 하면에 각각 적층되어, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 접합부로 인해 발생하는 높이 단차(dh)를 해소하는 역할을 한다.The third gasket 330 and the fourth gasket 340 are stacked on the upper surface and the lower surface of the joining portion of the first gasket 310 and the second gasket 320, (Dh) generated due to the joining portion of the gasket (320).

즉, 연료 전지를 구성하기 위해 복수개의 막-전극 접합체를 적층시에 상기 높이 단차(dh)로 인해 구성성분들 간의 얼라인먼트가 저하될 수 있는데, 상기 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓으로 인해 이러한 문제를 해소할 수 있다.That is, when the plurality of membrane-electrode assemblies are stacked to constitute the fuel cell, the height step (dh) may cause the alignment between the constituent components to deteriorate. Due to the third gasket and the fourth gasket, Can be solved.

구체적으로 도 2에서 보듯이, 상기 제 3 가스켓(330)은 이의 상면이 상기 멤브레인(100)의 상면에 적층된 제 1 가스켓(310)의 상면의 연장선과 동일한 높이에 위치하도록 적층되고, 상기 제 4 가스켓(340)은 이의 하면이 상기 멤브레인(100)의 하면에 적층된 제 2 가스켓(320)의 하면의 연장선과 동일한 높이에 위치하도록 적층될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 2, the third gasket 330 is stacked such that its upper surface is located at the same height as the extension of the upper surface of the first gasket 310 stacked on the upper surface of the membrane 100, 4 gasket 340 may be stacked such that its lower surface is located at the same height as the extension of the lower surface of the second gasket 320 stacked on the lower surface of the membrane 100.

또한, 상기 제 3 가스켓(330)이 상기 멤브레인(100)의 상면에 적층된 상기 제 1 가스켓(310)의 상면과 상기 접합부의 상면 간의 높이 단차(dh)에 해당하는 두께를 갖고, 상기 제 4 가스켓(340)이 상기 멤브레인(100)의 하면에 적층된 상기 제 2 가스켓(320)의 하면과 상기 접합부의 하면 간의 높이 단차에 해당하는 두께를 가질 수 있다.The third gasket 330 has a thickness corresponding to a height difference dh between the upper surface of the first gasket 310 and the upper surface of the bonding portion, which are stacked on the upper surface of the membrane 100, The gasket 340 may have a thickness corresponding to a height difference between the lower surface of the second gasket 320 laminated on the lower surface of the membrane 100 and the lower surface of the bonding portion.

이에 따라 상기 막-전극 접합체에서, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 멤브레인(100) 상에 적층된 부분의 총 두께(t1)와 상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)이 접합부 상에 적층된 부분의 총 두께(t2)가 서로 동일할 수 있다.The total thickness t1 of the first gasket 310 and the second gasket 320 on the membrane 100 and the total thickness t1 of the third gasket 330 and fourth The total thickness t2 of the portion where the gasket 340 is laminated on the joint portion may be equal to each other.

상기 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓은 고분자 필름으로 구성될 수 있다.The third gasket and the fourth gasket may be formed of a polymer film.

상기 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓으로 사용될 수 있는 고분자 필름은 수십 내지 수백 마이크로미터(㎛)의 두께로 필름화할 수 있는 고분자 필름이라면 특별히 한정되지 않는다.The polymer film which can be used as the third gasket and the fourth gasket is not particularly limited as long as it is a polymer film which can be formed into a film having a thickness of tens to hundreds of micrometers (占 퐉).

또한, 상기 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓은 2장 이상의 고분자 필름의 적층체를 포함할 수 있고, 예를 들어 2장 내지 5장의 고분자 필름의 적층체를 포함할 수 있다.In addition, the third gasket and the fourth gasket may include a laminate of two or more polymer films, for example, a laminate of two or five polymer films.

상기 고분자 필름은 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 폴리바이닐클로라이드 수지, 에틸렌바이닐아세테이트 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함할 수 있다.The polymer film may be a polymer resin selected from the group consisting of a polyphenylene sulfide resin, a polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, a polyacrylonitrile resin, a polyvinyl chloride resin, an ethylene vinyl acetate resin, . ≪ / RTI >

상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)은 접착제에 의해 상기 접합부의 상면 및 하면에 적층된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 3 가스켓(330)과 상기 접합부의 상면의 사이에 접착제가 존재할 수 있다. 또한, 상기 제 4 가스켓(340)과 상기 접합부의 하면의 사이에도 접착제가 존재할 수 있다.The third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be laminated on the upper and lower surfaces of the joint by an adhesive. Accordingly, an adhesive may be present between the third gasket 330 and the upper surface of the bonding portion. Also, an adhesive may be present between the fourth gasket 340 and the lower surface of the bonding portion.

또한, 상기 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)은 열융착되어 상기 접합부의 상면 및 하면에 적층된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 상기 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)과 상기 접합부 사이에 별도의 접착제가 존재하지 않을 수 있다.
The three gaskets 330 and the fourth gaskets 340 may be thermally welded and laminated on the upper and lower surfaces of the joints. Accordingly, a separate adhesive may not be present between the third gasket 330 and the fourth gasket 340 and the joint.

제 5 가스켓 및 제 6 가스켓The fifth gasket and the sixth gasket

도 3을 참조하여, 본 발명의 막-전극 접합체는, 상기 제 1 가스켓(310)의 상면 및 상기 제 3 가스켓(330)의 상면을 커버하도록 적층된 제 5 가스켓(350); 및 상기 제 2 가스켓(320)의 하면 및 상기 제 4 가스켓(340)의 하면을 커버하도록 적층된 제 6 가스켓(360)을 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the membrane-electrode assembly of the present invention includes a fifth gasket 350 stacked to cover the upper surface of the first gasket 310 and the upper surface of the third gasket 330; And a sixth gasket 360 stacked to cover the lower surface of the second gasket 320 and the lower surface of the fourth gasket 340.

상기 제 5 가스켓(350) 및 제 6 가스켓(360)은 두 개의 전극(210, 220)의 측면을 실링하면서, 전극(210, 220)과 멤브레인(100) 간의 높이 차이에 따른 단차를 해소하여 연료 전지를 구성하기 위해 다수의 막-전극 접합체를 적층시에 층간에 발생하는 간극을 줄이는 역할을 한다.The fifth gasket 350 and the sixth gasket 360 seal the side surfaces of the two electrodes 210 and 220 while eliminating steps due to height difference between the electrodes 210 and 220 and the membrane 100, Electrode assembly to reduce the gap between the layers when stacking a plurality of membrane-electrode assemblies to constitute a battery.

구체적으로, 상기 제 5 가스켓(350)은 상기 제 1 가스켓(310)의 상기 멤브레인(100) 상에 적층된 부분의 상면, 및 상기 제 3 가스켓(330)의 상면을 모두 커버하도록 적층된다. 또한, 상기 제 6 가스켓(360)은 상기 제 2 가스켓(320)의 상기 멤브레인(100) 상에 적층된 부분의 하면, 및 상기 제 4 가스켓(340)의 하면을 모두 커버하도록 적층된다.Specifically, the fifth gasket 350 is stacked to cover the upper surface of the portion of the first gasket 310 stacked on the membrane 100, and the upper surface of the third gasket 330. The sixth gasket 360 is stacked to cover both the lower surface of the portion of the second gasket 320 stacked on the membrane 100 and the lower surface of the fourth gasket 340.

이때 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단(점선 원 부분)의 접합부로 인해 발생하는 높이 단차(dh)가 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)으로 인해 해소될 수 있으므로, 필름 형태의 제 5 가스켓(350) 및 제 6 가스켓(360)을 적층하더라도 구성성분들 간의 얼라인먼트가 저하되지 않아서 막-전극 접합체의 신뢰성이 개선될 수 있다.The height difference dh caused by the joining of the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 may be greater than the height difference dh between the third gasket 330 and the fourth gasket 320, Even if the fifth gasket 350 and the sixth gasket 360 in the form of a film are laminated, the alignment between the constituent components is not lowered, and the reliability of the membrane-electrode assembly can be improved.

상기 제 5 가스켓 및 제 6 가스켓은 고분자 필름으로 구성될 수 있다. The fifth gasket and the sixth gasket may be formed of a polymer film.

예를 들어, 상기 제 5 가스켓 및 제 6 가스켓은 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 및 이들의 혼합 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자 수지를 포함할 수 있다.
For example, the fifth gasket and the sixth gasket may include a polymer resin selected from the group consisting of a polyphenylene sulfide resin, a polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, and a mixed resin thereof.

이하 본 발명의 막-전극 접합체의 제조방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for producing the membrane-electrode assembly of the present invention will be described in detail.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일례에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은5, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to an example of the present invention includes:

(1) 멤브레인(100)을 제조하는 단계;(1) fabricating a membrane 100;

(2) 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 각각 적층하는 단계;(2) stacking a first gasket 310 and a second gasket 320 on the upper and lower surfaces of the membrane 100 such that the outer edge of the membrane 100 protrudes while covering the edge of the membrane 100;

(3) 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 단계;(3) sealing the side edges of the membrane 100 by joining the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 together to form a joint;

(4) 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 두 개의 전극(210, 220)을 각각 적층하는 단계; 및(4) Two electrodes 210 and 220 are formed on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the central portion of the membrane 100 where the first and second gaskets 310 and 320 are not present. Respectively; And

(5) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 각각 적층하는 단계를 포함한다.(5) stacking a third gasket 330 and a fourth gasket 340 on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
Each step will be described in detail below.

(1) 멤브레인의 제조(1) Manufacture of membranes

단계 (1)은 멤브레인(100)을 제조하는 단계이다.Step (1) is the step of producing the membrane 100.

상기 멤브레인은 연질의 고분자 필름일 수 있으며, 이의 재료로 사용되는 고분자 수지의 구체적인 종류는 앞서 예시한 바와 같다.The membrane may be a flexible polymer film, and specific types of the polymer resin used as the material thereof are as exemplified above.

바람직하게는, 상기 멤브레인은 이의 소재로 사용될 고분자 수지를 산수처리(hydroperoxide treatement)하여 제조될 수 있다. 상기 산수처리를 통해, 고분자 사슬의 말단이 H+ 형태로 변형될 수 있다.
Preferably, the membrane can be made by hydroperoxide treatment of a polymeric resin to be used as a material of the membrane. Through the acid water treatment, the end of the polymer chain can be transformed into the H + form.

(2) 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓의 적층(2) stacking the first gasket and the second gasket

단계 (2)는 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 각각 적층하는 단계이다.Step 2 is a step of laminating the first gasket 310 and the second gasket 320 on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so that the outer edge of the membrane 100 covers the edge of the membrane 100.

상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)은 고분자 필름일 수 있으며, 이의 재료로 사용되는 고분자 수지의 구체적인 종류는 앞서 예시한 바와 같다.
The first gasket 310 and the second gasket 320 may be a polymer film, and specific types of the polymer resin used as the material of the first gasket 310 and the second gasket 320 are as described above.

(3) 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓의 접합부 형성(3) Formation of joints of the first gasket and the second gasket

단계 (3)은 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 단계이다. Step 3 is a step of sealing the side edge of the membrane 100 by joining the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 together to form a joint.

일례로서, 상기 접합은 열가압(hot press)에 의해 수행될 수 있으며, 이에 따라 상기 접합에는 별도의 접착제가 필요 없을 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 돌출된 외측 끝단에 상형 프레스 및 하형 프레스를 장착하고 열가압하여 접합부를 형성할 수 있다.As an example, the bonding may be performed by hot pressing, so that no additional adhesive may be required for the bonding. Specifically, the upper mold press and the lower mold press may be mounted on the protruded outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 and thermally pressurized to form the joint.

다른 예로서, 상기 접합은 접착제에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 돌출된 외측 끝단의 안쪽면에 접착제를 도포하고 접촉시켜 접합부를 형성할 수 있다.As another example, the bonding may be performed by an adhesive. Specifically, an adhesive may be applied to the inner surface of the protruded outer end of the first gasket 310 and the second gasket 320 to form a joint.

한편, 상기 단계 (2) 및 (3)은 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다. 상기 단계 (2) 및 (3)이 동시에 수행될 경우, 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층하면서 이와 동시에 열가압에 의해 이들의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.
The steps (2) and (3) may be performed simultaneously or sequentially. When the steps (2) and (3) are performed simultaneously, the first gasket 310 and the second gasket 320 are stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100, So that the joints can be formed.

(4) 전극의 적층(4) stacking electrodes

단계 (4)는 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 상기 두 개의 전극(210, 220)을 각각 적층하는 단계이다.Step 4 is performed on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the center portion of the membrane 100 where the first gasket 310 and the second gasket 320 are not present. 220, respectively.

상기 적층은 열가압(hot press) 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 열가압 공정은 멤브레인, 가스켓, 및 이에 적용된 접착제 등의 변이온도 이내에서 수행될 수 있고, 예를 들어 150℃ 이내의 온도에서 수행될 수 있다.The lamination may be performed by a hot press process. The heat-pressing process may be performed at a temperature within a range of a transition temperature of a membrane, a gasket, and an adhesive applied thereto, and may be performed at a temperature of, for example, 150 deg.

본 단계에서, 상기 두 개의 전극(210, 220)은, 이의 가장자리부가 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)과 겹쳐지면서, 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 적층될 수 있다.In this step, the two electrodes 210 and 220 may be stacked on the upper and lower surfaces of the membrane, with their edge portions overlapping the first gasket 310 and the second gasket 320.

본 단계를 통해, 멤브레인(100), 두 개의 전극(210, 220), 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 열가압에 의해 단단히 결합된 적층체가 얻어지게 된다.
Through this step, a laminate is obtained in which the membrane 100, the two electrodes 210 and 220, the first gasket 310 and the second gasket 320 are tightly coupled by thermal pressurization.

한편, 본 단계에 사용되는 상기 전극은 On the other hand, the electrode used in this step

(2-1) 가스확산층(gas diffusion layer, GDL)을 제조하는 단계;(2-1) fabricating a gas diffusion layer (GDL);

(2-2) 상기 가스확산층 상에 미세기공성층(microporous layer, MPL)을 형성하는 단계; 및(2-2) forming a microporous layer (MPL) on the gas diffusion layer; And

(2-3) 상기 미세기공성층 상에 촉매층(catalyst layer, CL)을 형성하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.(2-3) forming a catalyst layer (CL) on the microporous layer.

상기 가스확산층(GDL)은, 예를 들어 카본지(carbon paper)에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 코팅하여 제조될 수 있다. 상기 PTFE는 플루오라이드 계열의 고분자 수지로서 방수 및 접착의 역할을 수행할 수 있다.The gas diffusion layer (GDL) may be prepared by coating carbon paper with polytetrafluoroethylene (PTFE), for example. The PTFE is a fluoride-based polymer resin and can play a role of waterproofing and adhesion.

상기 미세기공성층(MPL)은, 예를 들어 상기 가스확산층 상에 카본블랙과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 코팅한 뒤 가열하여 제조될 수 있다.The microporous layer (MPL) may be prepared, for example, by coating carbon black and polytetrafluoroethylene (PTFE) on the gas diffusion layer and then heating.

상기 촉매층(CL)은, 예를 들어 상기 미세기공성층 상에 활성카본(activated carbon) 등에 담지된 백금(Pt) 및 이오노머(ionomer)를 코팅한 뒤 가열하여 제조될 수 있다. 상기 백금은 예를 들어 직경이 수 마이크로미터인 것을 사용할 수 있다.
The catalyst layer CL may be prepared, for example, by coating platinum (Pt) and an ionomer supported on activated carbon or the like on the microporous layer, followed by heating. The platinum may be, for example, several micrometers in diameter.

(5) 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓의 형성(5) Formation of third gasket and fourth gasket

단계 (5)는 상기 제 1 가스켓(310) 및 상기 제 2 가스켓(320)의 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 각각 적층하는 단계이다.Step 5 is a step of laminating the third gasket 330 and the fourth gasket 340 on the upper and lower surfaces of the joining portion of the first gasket 310 and the second gasket 320, respectively.

상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)은 고분자 필름일 수 있으며, 이의 재료로 사용되는 고분자 수지의 구체적인 종류는 앞서 예시한 바와 같다.The third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be a polymer film, and specific types of the polymer resin used as the material of the third gasket 330 and the fourth gasket 340 are as described above.

상기 제 3 가스켓(330)과 제 4 가스켓(340)은 접착제에 의해 상기 접합부의 상면 및 하면에 적층될 수 있다.The third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be stacked on the upper and lower surfaces of the joint by an adhesive.

구체적으로, 상기 제 3 가스켓(330)의 일면 또는 상기 접합부의 상면에 접착제를 도포한 뒤, 상기 제 3 가스켓(330)을 상기 접합부의 상면에 적층할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제 4 가스켓(340)의 일면 또는 상기 접합부의 하면에 접착제를 도포한 뒤, 상기 제 4 가스켓(340)을 상기 접합부의 하면에 적층할 수 있다.Specifically, after the adhesive is applied to one surface of the third gasket 330 or the upper surface of the bonding portion, the third gasket 330 may be laminated on the upper surface of the bonding portion. Similarly, after the adhesive is applied to one surface of the fourth gasket 340 or the lower surface of the joining portion, the fourth gasket 340 may be laminated on the lower surface of the joining portion.

또한, 상기 제 3 가스켓(330)과 제 4 가스켓(340)은 열가압에 의해 상기 접합부의 상면 및 하면에 적층될 수 있고, 이에 따라 적층시에 별도의 접착제가 필요치 않을 수 있다.
In addition, the third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be laminated on the upper and lower surfaces of the joint by heat press, so that a separate adhesive may not be required at the time of lamination.

상기 본 발명에 따른 방법의 각 단계들은 순서를 바꾸어 수행될 수 있다.Each of the steps of the method according to the present invention can be carried out by reversing the order.

예를 들어, 상기 단계들을 단계 (1), (2), (3) 및 (5)의 순서로 수행하되, 상기 단계 (4)를 단계 (3)과 (5)의 사이, 단계 (2)와 (3)의 사이, 단계 (1)과 (2)의 사이, 단계 (5) 이후, 또는 단계 (3)과 동시에 수행할 수 있다.
For example, the steps are performed in the order of steps (1), (2), (3) and (5), step (4) is performed between steps (3) and (5) (3), between steps (1) and (2), after step (5), or simultaneously with step (3).

도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 예에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은 6, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to another example of the present invention

(1) 멤브레인(100)을 제조하는 단계;(1) fabricating a membrane 100;

(2) 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 각각 적층하는 단계;(2) stacking a first gasket 310 and a second gasket 320 on the upper and lower surfaces of the membrane 100 such that the outer edge of the membrane 100 covers the edge of the membrane 100;

(3) 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 두 개의 전극(210, 220)을 각각 적층하는 단계;(3) Two electrodes 210 and 220 are formed on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the central portion of the membrane 100 where the first and second gaskets 310 and 320 are not present. Respectively;

(4) 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 단계; 및(4) sealing the side edges of the membrane 100 by joining the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 together to form a joint; And

(5) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 각각 적층하는 단계를 포함한다.(5) stacking a third gasket 330 and a fourth gasket 340 on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

여기서 상기 단계 (3) 및 (4)가 동시에 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 두 개의 전극(210, 220)을 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층하면서, 이와 동시에 열가압에 의해 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.
In this case, the two electrodes 210 and 220 are stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100, respectively, and at the same time, The outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 may be joined to each other to form a joined portion.

도 7을 참조하여, 또 다른 예에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은 Referring to Fig. 7, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to another example

(1) 멤브레인(100)을 제조하는 단계;(1) fabricating a membrane 100;

(2) 상기 멤브레인(100)의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 각각 적층하는 단계;(2) stacking a first gasket 310 and a second gasket 320 on the upper and lower surfaces of the membrane 100 such that the outer edge of the membrane 100 protrudes while covering the edge of the membrane 100;

(3) 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 단계;(3) sealing the side edges of the membrane 100 by joining the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 together to form a joint;

(4) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 각각 적층하는 단계; 및(4) stacking a third gasket 330 and a fourth gasket 340 on the upper and lower surfaces of the joint, respectively; And

(5) 상기 멤브레인(100)의 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 두 개의 전극(210, 220)을 각각 적층하는 단계를 포함한다.(5) Two electrodes 210 and 220 are formed on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the central portion of the membrane 100 where the first and second gaskets 310 and 320 are not present. Respectively.

여기서 상기 단계 (2) 및 (3)이 동시에 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층하면서 이와 동시에 열가압에 의해 이들의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.In this case, the first gasket 310 and the second gasket 320 are stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100, respectively, And the joints can be formed by joining the outer ends thereof to each other by pressurization.

또한, 상기 단계 (3) 및 (4)가 동시에 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단에 적층하면서 열가압에 의해 상기 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.
In this case, the third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be formed on the first gasket 310 and the second gasket 320, respectively, And the outer ends of the heat dissipating plates are joined to each other by heat pressurization while being laminated on the outer end.

도 8을 참조하여, 또 다른 예에 따른 막-전극 접합체의 제조방법은 Referring to Fig. 8, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to another example

(1) 멤브레인(100)을 제조하는 단계;(1) fabricating a membrane 100;

(2) 상기 멤브레인(100)의 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 두 개의 전극(210, 220)을 각각 적층하는 단계; 및(2) stacking two electrodes 210 and 220 on the upper and lower surfaces of the membrane 100 so as to cover the center of the membrane 100, respectively; And

(3) 상기 멤브레인(100)의 상기 두 개의 전극(210, 220)이 존재하지 않는 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 각각 적층하는 단계;(3) The first gasket 310 and the second gasket 310 are formed on the upper surface and the lower surface of the membrane 100 so that the outer end of the membrane 100 covers the edge portion where the two electrodes 210 and 220 are not present, Stacking the gasket (320), respectively;

(4) 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인(100)의 측면 에지를 실링하는 단계; 및(4) sealing the side edges of the membrane 100 by joining the outer ends of the first gasket 310 and the second gasket 320 together to form a joint; And

(5) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 각각 적층하는 단계를 포함한다.(5) stacking a third gasket 330 and a fourth gasket 340 on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.

여기서 상기 단계 (3) 및 (4)가 동시에 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)을 상기 멤브레인(100)의 상면 및 하면에 각각 적층하면서 이와 동시에 열가압에 의해 이들의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.In this case, the first gasket 310 and the second gasket 320 are stacked on the upper and lower surfaces of the membrane 100, respectively, And the joints can be formed by joining the outer ends thereof to each other by pressurization.

또한, 상기 단계 (4) 및 (5)가 동시에 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 제 3 가스켓(330) 및 제 4 가스켓(340)을 상기 제 1 가스켓(310) 및 제 2 가스켓(320)의 외측 끝단에 적층하면서 열가압에 의해 상기 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.
In this case, the third gasket 330 and the fourth gasket 340 may be attached to the first gasket 310 and the second gasket 320, And the outer ends of the heat dissipating plates are joined to each other by heat pressurization while being laminated on the outer end.

본 발명은 상기 막-전극 접합체(MEA)를 포함하는 연료 전지를 제공한다.The present invention provides a fuel cell including the membrane-electrode assembly (MEA).

상기 연료 전지는 상기 MEA를 2개 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, MEA가 2개 이상 적층된 스택(stack) 형태로 상기 연료 전지에 포함될 수 있다. 또한, 상기 적층된 MEA 사이에는 분리판(separator)이 삽입될 수 있으며, 상기 분리판에는 MEA 간의 기체 또는 액체 교환 및 수송을 위한 통로가 구비될 수 있다.The fuel cell may include two or more MEAs. Specifically, the fuel cell may include a stack in which two or more MEAs are stacked. Further, a separator may be inserted between the stacked MEAs, and a gas or liquid passage for exchanging and transporting the MEAs may be provided in the separator plate.

상기 연료 전지는 본 발명의 MEA를 이용함으로써, 멤브레인이 외부에 전혀 노출되지 않아서 MEA의 에지 부분을 통한 수분 유출입을 완벽히 차단할 수 있고, 접합부 형성에 따른 높이 단차를 해소하여 스택 형성시에 얼라인먼트가 저하되지 않으므로 신뢰성이 우수하다. 따라서, 상기 연료 전지는 자동차의 동력원, 가정용 발전장치, 이동식 전원, 군사용 전원 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
By using the MEA of the present invention, the membrane can be completely prevented from being exposed to the outside, so that the water flow through the edge portion of the MEA can be completely blocked, and the height step due to the formation of the joint can be eliminated, The reliability is excellent. Accordingly, the fuel cell can be used in various fields such as a power source for an automobile, a household power generator, a mobile power source, and a military power source.

100: 멤브레인, 210, 220: 전극,
310: 제 1 가스켓, 320: 제 2 가스켓,
330: 제 3 가스켓, 340: 제 4 가스켓,
350: 제 5 가스켓, 360: 제 6 가스켓,
t1, t2: 총 두께, dh: 높이 단차.
100: membrane, 210, 220: electrode,
310: first gasket, 320: second gasket,
330: third gasket, 340: fourth gasket,
350: fifth gasket, 360: sixth gasket,
t1, t2: total thickness, dh: height step.

Claims (12)

(a) 멤브레인;
(b) 상기 멤브레인의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 각각 적층되고, 이때 외측 끝단이 서로 접합되어 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인의 측면 에지를 실링하는 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓;
(c) 상기 멤브레인의 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 각각 적층된 두 개의 전극; 및
(d) 상기 접합부의 상면 및 하면에 각각 적층되는 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓을 포함하는, 막-전극 접합체.
(a) a membrane;
(b) a first gasket, which is laminated on the upper and lower surfaces of the membrane so as to cover the edge of the membrane so that an outer end thereof protrudes, the outer ends of the gasket being joined to each other to seal a side edge of the membrane, 2 gasket;
(c) two electrodes stacked on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so as to cover a central portion of the membrane where the first gasket and the second gasket are not present; And
(d) a third gasket and a fourth gasket which are stacked on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 가스켓은 이의 상면이 상기 멤브레인의 상면에 적층된 제 1 가스켓의 상면의 연장선과 동일한 높이에 위치하도록 적층되고,
상기 제 4 가스켓은 이의 하면이 상기 멤브레인의 하면에 적층된 제 2 가스켓의 하면의 연장선과 동일한 높이에 위치하도록 적층된 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
The third gasket is stacked such that the upper surface thereof is located at the same height as the extension of the upper surface of the first gasket stacked on the upper surface of the membrane,
Wherein the fourth gasket is stacked such that its lower surface is located at the same height as an extension of the lower surface of the second gasket stacked on the lower surface of the membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 가스켓은 상기 멤브레인의 상면에 적층된 상기 제 1 가스켓의 상면과 상기 접합부의 상면 간의 높이 단차에 해당하는 두께를 갖고,
상기 제 4 가스켓은 상기 멤브레인의 하면에 적층된 상기 제 2 가스켓의 하면과 상기 접합부의 하면 간의 높이 단차에 해당하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the third gasket has a thickness corresponding to a height difference between an upper surface of the first gasket stacked on the upper surface of the membrane and an upper surface of the joining portion,
Wherein the fourth gasket has a thickness corresponding to a height difference between a lower surface of the second gasket laminated on the lower surface of the membrane and a lower surface of the junction.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓이 멤브레인 상에 적층된 부분의 총 두께(t1)와 상기 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓이 접합부 상에 적층된 부분의 총 두께(t2)가 서로 동일한 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein a total thickness t1 of a portion where the first gasket and the second gasket are laminated on the membrane and a total thickness t2 of a portion where the third gasket and the fourth gasket are laminated on the junction portion are equal to each other , Membrane-electrode assembly.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 가스켓 및 상기 제 4 가스켓은 고분자 필름으로 구성된 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the third gasket and the fourth gasket are made of a polymer film.
제 5 항에 있어서,
상기 고분자 필름은 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 폴리바이닐클로라이드 수지, 에틸렌바이닐아세테이트 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
6. The method of claim 5,
The polymer film may be a polymer resin selected from the group consisting of a polyphenylene sulfide resin, a polyester resin, a polyethylene resin, a polypropylene resin, a polyacrylonitrile resin, a polyvinyl chloride resin, an ethylene vinyl acetate resin, Wherein the membrane-electrode assembly comprises a membrane-electrode assembly.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓은 상기 멤브레인의 전체 면적 중 5% 내지 40%에 해당하는 면적의 가장자리부를 커버하고,
상기 두 개의 전극은 상기 멤브레인의 전체 면적 중 70% 내지 95%에 해당하는 면적의 중앙부를 커버하는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the first gasket and the second gasket cover an edge portion of an area corresponding to 5% to 40% of the total area of the membrane,
Wherein the two electrodes cover a central portion of an area corresponding to 70% to 95% of the total area of the membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 막-전극 접합체는 상기 제 1 가스켓의 상면 및 제 3 가스켓의 상면을 모두 커버하도록 적층된 제 5 가스켓; 및 상기 제 2 가스켓의 하면 및 제 4 가스켓의 하면을 모두 커버하도록 적층된 제 6 가스켓을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체.
The method according to claim 1,
The membrane-electrode assembly includes a fifth gasket stacked to cover both the upper surface of the first gasket and the upper surface of the third gasket; And a sixth gasket laminated to cover both the lower surface of the second gasket and the lower surface of the fourth gasket.
(1) 멤브레인을 제조하는 단계;
(2) 상기 멤브레인의 가장자리부를 커버하면서 외측 끝단이 돌출되도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓을 각각 적층하는 단계;
(3) 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓의 외측 끝단을 서로 접합하여 접합부를 형성하면서 상기 멤브레인의 측면 에지를 실링하는 단계;
(4) 상기 멤브레인의 상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓이 존재하지 않는 중앙부를 커버하도록 상기 멤브레인의 상면 및 하면에 두 개의 전극을 각각 적층하는 단계; 및
(5) 상기 접합부의 상면 및 하면에 제 3 가스켓 및 제 4 가스켓을 각각 적층하는 단계를 포함하는, 막-전극 접합체의 제조방법.
(1) preparing a membrane;
(2) stacking a first gasket and a second gasket on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so that the outer end of the membrane covers the edge of the membrane;
(3) sealing the side edges of the membrane while joining the outer ends of the first gasket and the second gasket together to form a joint;
(4) stacking two electrodes on the upper and lower surfaces of the membrane, respectively, so as to cover a central portion of the membrane where the first gasket and the second gasket are not present; And
(5) laminating a third gasket and a fourth gasket on the upper and lower surfaces of the joint, respectively.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 가스켓 및 제 2 가스켓의 외측 끝단의 접합은 열가압(hot press)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the bonding of the outer ends of the first gasket and the second gasket is performed by a hot press.
제 9 항에 있어서,
상기 단계들을 단계 (1), (2), (3) 및 (5)의 순서로 수행하되, 상기 단계 (4)를 단계 (3)과 (5)의 사이, 단계 (2)와 (3)의 사이, 단계 (1)과 (2)의 사이, 단계 (5) 이후, 또는 단계 (3)과 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 막-전극 접합체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The steps are performed in the order of steps (1), (2), (3) and (5), wherein step (4) is performed between steps (3) and (5) (3), between the steps (1) and (2), after the step (5), or simultaneously with the step (3).
제 1 항의 막-전극 접합체를 포함하는 연료 전지.A fuel cell comprising the membrane-electrode assembly of claim 1.
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