KR20170052039A - 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양극 및 음극 전극 층 상부 각각에 전해질 용액을 패턴화하여 패턴막을 형성하고, 형성된 패턴막을 교차 접합시킴으로써 막-전극 접합체에 수분 저장 공간을 효과적으로 생산할 수 있고, 이러한 수분 저장 공간에 연료 전지 작동 후 생성되는 수분을 저장하여 습도가 낮은 환경에서도 사용 가능한 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법{Fuelcell Membrane-Electrode Assembly and Method of Manufacturing The Same}
본 발명은 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양극 및 음극 전극 층 상부 각각에 전해질 용액을 패턴화하여 패턴막을 형성하고, 형성된 패턴막을 교차 접합시킴으로써 막-전극 접합체에 수분 저장 공간을 효과적으로 생산할 수 있고, 이러한 수분 저장 공간에 연료 전지 작동 후 생성되는 수분을 저장하여 습도가 낮은 환경에서도 사용 가능한 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 우리가 사용하고 있는 에너지 자원(석유, 석탄 등)은 비순환 자원으로 점점 고갈되어 가고 있다. 따라서 순환 자원(태양열, 수력, 풍력, 지열 등)의 개발이 이루어지고 있고, 그 중 공해 물질을 배출하지 않고, 사용되는 연료가 풍부하며 고효율을 자랑하는 연료전지가 주목받고 있다.
연료전지는 음극에 수소를 공급하고 양극에 산소를 공급함으로써 수소와 산소가 물로 변하는 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 전환해 주는 장치이다. 종래 연료 전지는 물을 전기분해 하여 수소와 산소를 공급함으로 끊임없이 물을 공급하여야 한다.
이와 같이, 수소와 산소를 공급받아 전기 에너지를 생산하는 연료전지 및 막-전극 접합체 장치로서, 한국공개특허 제10-2007-0056783호는 고분자 전해질 막에 촉매층을 형성하고, 전극 기재에 가교 결합 고분자층을 형성함으로써, 고분자 전해질 막과 전극간의 계면 접착력 및 전극내 촉매층과 전극기재와의 계면 접착력을 증가시킨 것을 특징으로 한다.
또한 한국공개특허 제10-2014-0129721호는 스템퍼, 스크린 프린터용 망 또는 열간 롤러 시스템을 이용하여 고분자 전해질막의 표면에 미세 패턴을 형성하여, 반응계면인 3상계면을 증가시킴으로써 연료전지의 성능을 증가시킨 것을 특징으로 한다.
또한 한국공개특허 제10-2013-0092368호는 음극 상에 고체 전해질 박막 형성용 슬러리 조성물을 분무 코팅하여 고체 전해질 박막을 음극 상에 증착시키므로, 전극의 한 쪽 표면에 막 용액을 도포하여 막 필름을 전극의 표면에 균일하게 형성하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 문헌들에는 습도가 낮은 환경에서 연료 전지의 효율이 떨어지는 단점을 어떻게 극복할 것인지 기술되어 있지 않다. 즉, 연료 전지 작동 후 생성되는 부산물인 수분의 처리에 대해 구체적으로 알 수 없다.
또한, 선행 기술은 고분자 전해질 막을 제조하고, 고분자 전해질 막과 양극 및 음극 층을 고온 압축하여 전사하는 막-전극 접합체를 제조한다. 따라서, 고온 압축에 의해 양극 및 음극 층과 고분자 전해질 막 사이 전사가 완전히 이루어 지지 않을 경우 불량이 발생하고, 막-전극 접합체의 접착력고 감소된다는 문제점을 가지고 있다.
한국공개특허 제10-2007-0056783호 한국공개특허 제10-2014-0129721호 한국공개특허 제10-2013-0092368호
본 발명의 목적은 패턴막을 교차 접합시킴으로써 패턴막 사이 틈을 형성하고, 틈 사이에 연료 전지 작동 후 생성되는 부산물인 수분을 저장하는 연료 전지 막-전극 접합체를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 전극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 패턴막을 코팅하고, 양 전극 층 상부에 형성된 조성물이 동일한 두 개의 패턴막을 열간 프레싱하여 교차 접합시킴으로써, 막 제조 공정이 생략 가능하고, 접착력이 증가된 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법은 (a) 제1 기판 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층을 형성하고, 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막이 형성되는 단계; (b) 제2 기판 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층을 형성하고, 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막이 형성되는 단계; 및 (c) 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막을 서로 접하도록 적층시키는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막은 열간 프레싱하여 접합될 수 있다.
바람직하게는, 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막의 패턴이 교차적으로 접합될 수 있다.
바람직하게는, (d) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 제거되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1 패턴막 및 제2 패턴막은 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 양극 층 및 음극 층은 촉매 입자 및 폴리머 이오노머가 용매에 분산된 전극층 형성용 잉크방울에 의해 잉크 코팅될 수 있다.
바람직하게는, 촉매 입자는 백금, 루테늄 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금, 백금-로듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, (a) 제1 기판 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층을 형성하고, 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막이 형성되는 단계; (b) 제2 기판 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층을 형성하고, 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막이 형성되는 단계; (c) 제3 막을 준비하는 단계; 및 (d) 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막이 상기 제3 막의 상측 및 하측에 접하도록 적층되는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, (d)단계에서 제1 패턴막과 제2 패턴막은 열간 프레싱하여 접합될 수 있다.
바람직하게는, (d)단계에서 제1 패턴막과 제2 패턴막의 패턴이 교차적으로 접합될 수 있다.
바람직하게는, (e) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 제거되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(MEA)는, 음극 층; 양극 층; 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막; 및 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막;을 포함하며, 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막은 패턴이 교차적으로 접합될 수 있다.
또한 음극 층; 양극 층; 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막; 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막; 및 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막 사이 형성된 제3 막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 양극 및 음극 전극 층 상부 각각에 전해질 용액을 패턴화하여 패턴막을 형성하고, 양 전극 상부에 형성된 패턴막을 열간 프레싱으로 접합시킴으로써, 조성 물질이 상이한 전해질 막과 전극 층을 열과 압력을 이용하여 접합 및 전사시키는 어려움을 해소하고, 수율 증가 및 효과적인 품질 관리를 할 수 있는 효과가 발생한다.
더욱이, 양 패턴막을 교차 접합시켜 내부에 일정한 공간을 형성하고, 이러한 공간을 통하여 연료 전지 작동 후 생성된 수분을 저장함으로써, 습도가 낮은 환경에서도 효율적으로 사용 가능한 연료 전지 막-전극 접합체를 제공할 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 방법을 성명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100)를 구체적으로 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 제조 공정을 설명하기 위한 공정도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 제조 방법은 (a) 제1 기판(10) 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층(30)을 형성하고, 양극 층(30) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막(50)이 형성되는 단계, (b) 제2 기판(20) 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층(40)을 형성하고, 음극 층(40) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막(60)이 형성되는 단계 및 (c) 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 서로 접하도록 적층시키는 단계;를 포함할 수 있다. 이하 각 도면을 참고하여 각각의 구성 요소를 구체적으로 설명하기로 한다.
(a)단계는 (a1)제1 기판(10) 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층(30)을 형성하는 단계, (a2)양극 층(30) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막(50)이 형성되는 단계로 구성될 수 있고, (b)단계는 (b1)제2 기판(20) 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층(40)을 형성하는 단계, (b2)음극 층(40) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막(60)이 형성되는 단계로 구성될 수 있다.
(a1)단계는 제1 기판(10) 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층(30)을 형성하는 단계이고 (b1)단계는 제2 기판(20) 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층(40)을 형성하는 단계로서, 이러한 단계는 일반적으로 기판 상측에 특정한 양극 및 음극 조성물을 이용하여 양극 혹은 음극을 제조하는 공정이다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이러한 단계에서 사용되는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 당 분야에서 사용하고 있는 통상적인 기판으로 그 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
또한, 양극 층(30) 및 음극 층(40) 조성물은 당 분야에서 사용하고 있는 조성물을 포함하는 한 제한되지 않으나, 바람직하게는, 촉매 입자 및 폴리머 이오노머가 용매에 분산된 전극층 형성용 잉크방울에 의해 잉크 코팅될 수 있다.
더욱이, 촉매 입자는 백금, 루테늄 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금, 백금-로듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으며, 폴리머 이오노머는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화 폴리머를 포함할 수 있다.
또한, 양극 층(30) 및 음극 층(40)은 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 상부에 코팅되는 한 코팅방식은 제한되지 않으나, 바람직하게는, 잉크 제트(ink jet) 코팅 방법으로 분사하여 코팅할 수 있음을 유의한다.
(a2)단계는 양극 층(30) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막(50)을 형성하는 단계이고 (b2)단계는 음극 층(40) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막(60)을 형성하는 단계로써, 종래 연료 전지 막-전극 접합체에서 막으로서 기능하는 부분을 별도 형성하는 단계이다.
이때, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)이 양극 층(30)과 음극 층(40) 상부에 코팅되는 한 코팅 방식은 제한되지 않으나, 바람직하게는, 스템프, 잉크 제트 방법으로 분사하여 코팅하거나, 양극 층(30) 또는 음극 층(40) 상부에 패턴 마스크를 배치하여 제1 패턴막(50) 및 제2 패턴막(560) 용액을 분사하여 코팅할 수 있음을 유의한다.
더욱이, 제1 패턴막(50) 및 제2 패턴막(60) 조성물은 당분야에서 사용하고 있는 조성물을 포함하는 한 제한되지 않으나, 바람직하게는 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함할 수 있다.
한편, 양극 층(30)과 음극 층(40)의 직접 접촉을 차단하기 위한 전해질 막 제조 공정을 생략할 수 있다.
(c)단계는 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 서로 접하도록 적층시키는 단계로써, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 열간 프레싱(Hot pressing)하여 접합할 수 있다.
열간 프레싱 공정을 통하여 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 접합하는 경우에는, 이러한 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)이 동일한 조성물로 이루어져 용해되는 온도와 재결정되는 온도가 동일하기 때문에, 연료 전지 막-전극 접합체(100)의 접착력을 증가시킬 수 있다는 장점이 발생하게 된다.
따라서, 서로 다른 조성물로 이루어진 전극 층과 전해질 막을 열과 압력을 이용해 전사시키는 어려움을 극복할 수 있고, 접합 부위에 물리적 틈이 생길 확률을 낮춰 불량률이 감소시켜 품질 및 수율 관리를 효과적으로 할 수 있다.
또한, (c)단계에서, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)의 패턴은 교차적으로 접합될 수 있다. 이와 같이, 제2 패턴막의 제2 패턴(60b)의 양옆에 제1 패턴막의 제1 패턴(50a)과 제2 패턴막의 제2 패턴(50b)이 적층되어 접합됨으로써 (즉, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 각각 교차 접합시켜 내부에 일정한 공간을 형성하도록 접합함), 수소 또는 산소가 반응하지 않고 통과하는 것을 방지하고, 공급된 수소와 산소가 빈 공간에서 직접 반응하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한 제1 패턴막의 패턴(50a, 50b)과 제2 패턴막의 패턴(60a, 60b, 60c)에 의해 수분 저장 공간(80)을 형성함으로써, 습도가 낮은 환경에서는 연료 전지 작동 후 생성된 수분을 저장하여 연료 전지를 효율적으로 작동시키고, 습도가 높은 환경에서는 연료 전지 작동 후 생성된 수분을 통과시켜줌으로써 수소와 산소가 공급될 수 있는 공간을 확보해 줄 수 있다.
한편, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)에 형성되어 있는 패턴의 크기는 동일할 수 있다. 이와 같이 패턴의 크기가 동일한 경우에는 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)을 접합하는 경우 보다 효과적으로 수분 저장 공간(80)을 외부로부터 밀폐할 수 있게 된다. 다만, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60) 접합 부분에 틈이 생기지 않도록 하고, 패턴 사이 수분 저장 공간(80)을 확보하여 접합하는 한 패턴 크기, 수분 저장 공간(80)의 크기, 패턴 교차 모양은 제한하지 않음을 유의한다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100)제조 방법은 (d) 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 제거되는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이러한 (d)단계를 통하여, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 제거됨으로써 연료 전지 막-전극 접합체(100)가 형성될 수 있음을 유의한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 제조 방법에 의해 생성된 연료 전지 막-전극 접합체(100)는 음극 층(40); 양극 층(30); 양극 층(30) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막(50); 및 음극 층(40) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막(60);을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)은 제1 패턴막의 패턴(50a, 50b)과 제2 패턴막의 패턴(60a, 60b, 60c)이 교차적으로 접합되는 것을 특징으로 할 수 있고, 교차적인 접합에 의해 연료 전지 막-전극 접합체(200)에 수분 저장 공간(80)을 형성할 수 있음을 유의한다. 또한 이러한 연료 전지 막-전극 접합체(100)는 상술된 구성의 장점 및 효과를 동일하게 가지므로 이에 대한 구체적은 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200)를 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 공정을 설명하기 위한 공정도이다. 도 4은 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 방법은 (a) 제1 기판(10) 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층(30)을 형성하고, 양극 층(30) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막(50)이 형성되는 단계; (b) 제2 기판(20) 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층(40)을 형성하고, 음극 층(40) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막(60)이 형성되는 단계; (c) 제3 막(70)을 준비하는 단계; 및 (d) 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)이 제3 막(70)의 상측 및 하측에 접하도록 적층되는 단계;를 포함할 수 있다. 이하 각 도면을 참고하여 각각의 구성 요소를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 방법의 (a)단계, (b)단계 및 (d)단계는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(100) 제조 방법의 (a)단계, (b)단계 및 (c)단계와 동일하여 생략하며 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
(c)단계는 제3 막(70)을 준비하는 단계로써, 일반적으로 연료 전지 막-전극 접합체에서 막으로서 사용되는 막을 준비하는 단계이다.
(d)단계는 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60)이 제3 막(70)의 상측 및 하측에 접하도록 적층시키는 단계이다.
이러한 구성으로 인해, 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60) 사이에 더 포함되는 제3 막(70)에 의해 음극 층(40)에서 양극 층(30)으로 수소 이온이 이동하는 통로를 다양화하고, 제1 패턴막(50)의 패턴과 제2 패턴막(60)의 패턴이 접합하는 넓이를 증가시켜 연료 전지 막-전극 접합체(200)의 접착력을 강화하며, 그리고 제1 패턴막의 패턴(50a, 50b)과 제2 패턴막의 패턴(60a, 60b, 60c)이 접합하는 부분에 틈이 생길 수 있는 확률을 감소시켜 연료 전지의 불량률을 감소시킬 수 있게 된다.
한편 마찬가지로 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 방법은 (e) 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 제거되는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 이러한 단계를 통하여, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 제거됨으로써 연료 전지 막-전극 접합체(200)가 형성될 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체(200) 제조 방법에 의해 제조된 연료 전지 막-전극 접합체(200)는 음극 층(40); 양극 층(30); 양극 층(10) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막(50); 음극 층(20) 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막(60); 및 제1 패턴막(50)과 제2 패턴막(60) 사이 형성된 제3 막(70);을 포함할 수 있다.
제1 패턴막(50) 및 제2 패터막(60)은 제1 패턴막의 패턴(50a, 50b)과 제2 패턴막의 패턴(60a, 60b, 60c)이 교차적으로 접합되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 교차적인 접합에 의해 연료 전지 막-전극 접합체(200)에 수분 저장 공간(80)을 형성할 수 있음을 유의한다. 다만 제3 막(70)이 존재함으로써 반드시 제1 패턴막(50) 및 제2 패터막(60)이 교차적으로 접합되지 않아도 됨을 유의한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 제1 기판
20 : 제2 기판
30 : 양극 층
40 : 음극 층
50 : 제1 패턴막
50a : 제1 패턴막 제1 패턴
50b : 제1 패턴막 제2 패턴
60 : 제2 패턴막
60a : 제2 패턴막 제1 패턴
60b : 제2 패턴막 제2 패턴
60c : 제2 패턴막 제3 패턴
70 : 제3 막
80 : 수분 저장 공간
100 : 일 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체
200 : 다른 실시예에 따른 연료 전지 막-전극 접합체

Claims (14)

  1. (a) 제1 기판 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층을 형성하고, 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막이 형성되는 단계;
    (b) 제2 기판 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층을 형성하고, 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막이 형성되는 단계; 및
    (c) 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막을 서로 접하도록 적층시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막은 열간 프레싱하여 접합되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막의 패턴이 교차적으로 접합되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법은,
    (d) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 제거되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴막 및 상기 제2 패턴막은,
    퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극 층 및 상기 음극 층은,
    촉매 입자 및 폴리머 이오노머가 용매에 분산된 전극층 형성용 잉크방울에 의해 잉크 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 촉매 입자는,
    백금, 루테늄 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-몰리브덴 합금, 백금-로듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  8. (a) 제1 기판 상부에 양극 조성물을 코팅하여 양극 층을 형성하고, 상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제1 패턴막이 형성되는 단계;
    (b) 제2 기판 상부에 음극 조성물을 코팅하여 음극 층을 형성하고, 상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 제2 패턴막이 형성되는 단계;
    (c) 제3 막을 준비하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막이 상기 제3 막의 상측 및 하측에 접하도록 적층되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막은 열간 프레싱하여 접합되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막의 패턴이 교차적으로 접합되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연료전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법은,
    (e) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 제거되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA) 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA).
  13. 제12항에 있어서,
    음극 층;
    양극 층;
    상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막; 및
    상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막;을 포함하며, 상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막은 패턴이 교차적으로 접합되는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA).
  14. 제12항에 있어서,
    음극 층;
    양극 층;
    상기 양극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제1 패턴막;
    상기 음극 층 상부에 전해질 용액을 패턴화하여 형성된 제2 패턴막; 및
    상기 제1 패턴막과 상기 제2 패턴막 사이 형성된 제3 막;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연료 전지 막-전극 접합체(MEA).
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