KR20170133715A - Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor - Google Patents

Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor Download PDF

Info

Publication number
KR20170133715A
KR20170133715A KR1020160064853A KR20160064853A KR20170133715A KR 20170133715 A KR20170133715 A KR 20170133715A KR 1020160064853 A KR1020160064853 A KR 1020160064853A KR 20160064853 A KR20160064853 A KR 20160064853A KR 20170133715 A KR20170133715 A KR 20170133715A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
feed roller
roller
release paper
supplied
Prior art date
Application number
KR1020160064853A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101845784B1 (en
Inventor
이우진
김민진
이기섭
김용민
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020160064853A priority Critical patent/KR101845784B1/en
Publication of KR20170133715A publication Critical patent/KR20170133715A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101845784B1 publication Critical patent/KR101845784B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/56—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The present invention relates to producing apparatus and method for a membrane electrode assembly used for a fuel cell, and more specifically, to a producing apparatus for a membrane electrode assembly which includes a plasma irradiator for irradiating the electrode with release paper attached thereto with plasma in order to remove crystallographic defects of a support body of the membrane electrode assembly; and to a producing method for a membrane electrode assembly.

Description

연료전지용 전극막 접합체의 제조장치 및 그 제조방법{Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for manufacturing an electrode membrane junction body for a fuel cell,

본 발명은 연료전지에 이용되는 전극막 접합체의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전극막 접합체의 담지체가 갖고 있는 결정학적 결함들을 제거하기 위하여 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly used in a fuel cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly using a plasma, The present invention relates to an apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이, 수소연료전지 자동차에 이용되는 연료전지의 전극막 접합체(MEA;Membrane Electrode Assembly)(1)는 두개의 양측 전극(애노드, 캐소드)(1,1')과 양측 전극(1,1') 사이에 게재된 전해질막(2)으로 구성되며, 이를 3-레이어(layer) 구조의 전극막 접합체라 부른다.In general, as shown in FIG. 1, a membrane electrode assembly (MEA) 1 of a fuel cell used in a hydrogen fuel cell vehicle comprises two electrode pairs (anode and cathode) 1, 1 ' And an electrolyte membrane 2 disposed between the two electrodes 1 and 1 ', and this is referred to as an electrode membrane assembly having a three-layer structure.

또한, 상기와 같은 전극막 접합체의 양측 전극(1,1') 상에 기체확산층(Gas Diffusion Layer, 약칭하여 'GDL'이라 함)(미도시)을 접합시키면 5-레이어 구조의 전극막 접합체가 된다.Further, when a gas diffusion layer (abbreviated as' GDL ') (not shown) is bonded on both side electrodes 1 and 1' of the above electrode membrane assembly, an electrode membrane assembly having a five- do.

여기서, 상기 전극(1,1')은 전자를 발생시키는 촉매와 촉매를 지지하고 전자를 이동시키는 담지체로 구성된다. The electrode (1, 1 ') comprises a catalyst for generating electrons and a support for supporting the catalyst and moving electrons.

통상적으로, 상기 담지체의 재질로서 카본(carbon)이 쓰이며, 이러한 담지체는 결정학적 결함(crystallographic defects) 부위를 가지게 되는데, 이러한 결정학적 결함 부위는 특히 전극을 대량으로 생산할 때 증가하게 된다.Typically, carbon is used as a material of the carrier. Such a carrier has crystallographic defects, which are increased especially when a large amount of electrodes are produced.

구체적으로, 담지체에 발생된 결정학적 결함 부위란 카본 물질의 내부에 다른 원자가 불순물로 침투(interstitail defect)한 부위 또는 기존에 있어야할 원자가 결여된 부위(vacancy) 등을 말한다. Specifically, a crystallographic defect site generated on a support refers to a site in which carbon atoms are interstituted with another impurity in the carbon material, or a vacancy in which atoms are absent.

이러한 결정학적 결함 부위들은 불완전 결합(dangling bond)을 발생시켜 자유전자의 이동을 방해하게 되며, 이로 인하여 전극의 전기적 효율을 감소시키게되는 요인으로 작용한다. These crystallographic defects cause dangling bonds and interfere with the movement of free electrons, thereby reducing the electrical efficiency of the electrodes.

따라서, 이러한 결정학적 결함 부위를 최소화시킨 담지체를 사용은 연료전지의 효율성을 증대시키는데 필수적이라 할 수 있다. Therefore, the use of a carrier having such a crystallographic defect site minimized can be considered essential for increasing the efficiency of the fuel cell.

그러나, 종래 담지체에 있는 결정학적 결함을 제거하기 위한 기술들은 고비용이 투입되는 공정으로 구현되어 제조단가가 증가하는 문제점이 있다.However, the conventional techniques for eliminating crystallographic defects in the carrier have been problematic in that the manufacturing cost is increased due to the introduction of high cost.

한편, 도 2 는 전극막 접합체를 제조하기 위한 종래의 장치를 도시한 것으로서, 이형지에 부착된 상태의 전극을 각각 공급하는 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')와, 전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러(20)와, 상기 일측전극 공급롤러(10) 및 타측전극 공급롤러(10')에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러(20)에서 공급된 전해질막을 가열 압착하여 이형지에 부착된 전극을 전해질막으로 전사시켜 전극막 접합체를 형성하면서 동시에 이형지를 제거하는 열압착 롤러(30)와, 열압착 롤러(30)를 통과한 전극막 접합체를 수집하는 권취롤러(40)로 구성되며, 통상적으로 이러한 방식의 전극막 접합체 제조장치를 롤-투-롤 데칼(roll-to-roll decal) 방식의 제조장치라 지칭한다.FIG. 2 shows a conventional apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body, which comprises a one-side electrode feed roller 10 and an other-side electrode feed roller 10 'for feeding electrodes in a state of being attached to a release sheet, And an electrolyte membrane feed roller 20 for feeding the membrane and an electrode attached to the release paper fed from the one-side electrode feed roller 10 and the other-side electrode feed roller 10 ' A thermocompression roller 30 for thermocompression bonding the electrolyte membrane to transfer the electrode attached to the release paper sheet to the electrolyte membrane to form an electrode membrane assembly and remove the release paper; Up rollers 40, and an apparatus for producing such an electrode membrane joined body is generally referred to as a roll-to-roll decal manufacturing apparatus.

미설명부호 31 은 상기 열압착롤러(30)에 의하여 제거되는 이형지를 수집하여 권취하는 보조롤러(31)이다.Reference numeral 31 denotes an auxiliary roller 31 for collecting and winding up the release paper removed by the thermocompression roller 30.

상기 종래 전극막 접합체의 제조장치는 연속적으로 소재들이 공급됨에 따라서 이에 대한 변동적인 플라즈마 처리가 요구된다.The conventional apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body requires a variable plasma treatment as the materials are continuously supplied.

또한, 공급되는 전극의 양쪽 면 중, 플라즈마 처리가 요구되는 면은 이형지로 덮인 상태로 공급되게 되는데, 노출된 면에 대하여 플라즈마 처리를 하는 경우, 전기적 특성이 증가되는 효과를 기대하기 어려우며, 오히려 불완전 결합(dangling bond)의 높은 표면에너지 상태가 제거됨으로써 전해질막과의 접합 조건이 불리해지는 부작용이 발생할 우려가 있다.In addition, of the both surfaces of the electrode to be supplied, the surface to be subjected to the plasma treatment is supplied in a state covered with the release paper. When the exposed surface is subjected to the plasma treatment, it is difficult to expect the effect of increasing the electrical characteristics. The high surface energy state of the dangling bonds is removed, which may cause a side effect that the bonding condition with the electrolyte membrane becomes disadvantageous.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 비교적 저비용을 투입하면서도 담지체에 있는 결정학적 결함을 제거하여 안정화된 전극을 수득하기 위한 전극막 접합체의 제조장치를 제공하는데에 기술적 과제가 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus for fabricating an electrode membrane junction body for obtaining a stabilized electrode by removing crystallographic defects in a carrier while applying a relatively low cost There is a technical challenge.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연료전지용 전극막 접합체의 제조장치의 구성은, 전극막 접합체의 담지체가 갖고 있는 결정학적 결함들을 제거하기 위하여 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body for a fuel cell, comprising: a plasma generating electrode for applying plasma to a electrode in a state of attaching a release paper to remove crystallographic defects of a supporting body of the electrode membrane assembly; And an apparatus for manufacturing the electrode membrane assembly.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 연료전지용 전극막 접합체의 제조장치및 그 제조방법은 연료전지용 전극막 접합체의 담지체 상에 존재하던 결정학적 결함들을 제거함으로써 담지체 내부의 자유전자의 이동성이 향상되고, 이로 인하여 전극의 전기적 효율성이 증대되는 효과를 발현한다.The apparatus and method for fabricating an electrode membrane assembly for a fuel cell of the present invention having the above-described structure can improve the mobility of free electrons in the carrier by eliminating the crystallographic defects present on the support of the electrode membrane assembly for a fuel cell Thus, the electrical efficiency of the electrode is increased.

또한, 전극의 전기적 효율성의 증대로 말미암아 고 전류구간에서도 전극이 상대적으로 높은 전압을 유지할 수 있게 되며, 이로 인하여 시스템 출력을 상승시킬 수 있게 되는 장점을 수득하게 되었다.In addition, due to the increase of the electrical efficiency of the electrode, the electrode can maintain a relatively high voltage even in the high current section, and the system output can be increased.

또한, 담지체에 존재하는 결정학적 결함들은 극성(polar)으로서 친수적 성질을 가지는데, 이로 인하여 담지체 주변에 수분이 몰려 반응을 막는 이른바 플러딩 현상(flooding)이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명은 결정학적 결함을 소거하여 전극의 극성(polar)를 저하시킴으로써 플러딩 현상을 억제하는 효과를 가진다.In addition, the crystallographic defects present in the carrier have a polarity as a hydrophilic property, which may cause flooding of moisture around the carrier to prevent the reaction. However, the present invention has the effect of suppressing the flooding phenomenon by lowering the polarity of the electrode by eliminating the crystallographic defects.

도 1 은 일반적인 전극막 접합체의 구성도,
도 2 는 종래 전극막 접합체의 제조장치의 구성도,
도 3 은 본 발명 전극막 접합체의 제조장치의 구성도,
도 4 는 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치에 의하여 제조된 전극막 접합체의 단면도이다.1 is a schematic view of a general electrode membrane assembly,
2 is a configuration diagram of a conventional apparatus for producing an electrode membrane bonded body,
3 is a configuration diagram of an apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body of the present invention,
4 is a sectional view of an electrode membrane assembly manufactured by the apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 연료전지용 전극막 접합체의 제조장치 및그 제조방법의 구성을 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body for a fuel cell and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.It is to be noted, however, that the disclosed drawings are provided as examples for allowing a person skilled in the art to sufficiently convey the spirit of the present invention. Accordingly, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.In addition, unless otherwise defined, the terms used in the description of the present invention have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A detailed description of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred is omitted.

본 발명의 연료전지 제조장치는 연료전지 제조공정 중 하나인 전극막 접합공정에 있어서, 전극의 담지체가 갖고 있는 결정학적 결함들을 제거하는 것이다. 이를 위하여 도 3 에 도시된 바와 같은 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치를 구성하였다. The fuel cell manufacturing apparatus of the present invention eliminates the crystallographic defects of the electrode supporting body in the electrode film bonding process, which is one of the fuel cell manufacturing processes. For this purpose, an apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly of the present invention as shown in FIG. 3 was constructed.

도면을 참조하면, 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치는, 도 2 를 통하여 설명한 종래의 롤-투-롤 데칼(roll-to-roll decal) 방식의 제조장치의 구성과 기본적인 구성이 동일하다.Referring to the drawings, the apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body of the present invention has the same basic structure as that of the conventional apparatus for manufacturing a roll-to-roll decal system described with reference to FIG.

즉, 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치는, 이형지에 부착된 상태의 전극을 각각 공급하는 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')와, 전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러(20)와, 상기 일측전극 공급롤러(10) 및 타측전극 공급롤러(10')에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러(20)에서 공급된 전해질막을 가열 압착하여 이형지에 부착된 전극을 전해질막으로 전사시켜 전극막 접합체를 형성하면서 동시에 이형지를 제거하는 열압착 롤러(30)와, 상기 열압착롤러(30)에 의하여 제거되는 이형지를 수집하여 권취하는 보조롤러(31)와, 상기 열압착 롤러(30)를 통과한 전극막 접합체를 수집하는 권취롤러(40)를 포함한다.In other words, the apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body of the present invention comprises an electrode feed roller 10 and an electrode feed roller 10 'for feeding electrodes in a state of being attached to release paper, and an electrolyte membrane feed roller And the electrolyte membrane supplied from the electrode and the electrolyte membrane feed roller 20 attached to the release paper supplied from the one side electrode feed roller 10 and the other side electrode feed roller 10 ' A thermocompression roller 30 for transferring the attached electrode to an electrolyte membrane to form an electrode membrane assembly and removing release paper at the same time, an auxiliary roller 31 for collecting and winding up the release paper removed by the thermocompression roller 30, And a winding roller 40 for collecting the electrode film assembly which has passed through the thermocompression roller 30.

이때, 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치는, 상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사기(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the apparatus for manufacturing an electrode membrane bonded body of the present invention includes a plasma irradiator 50 for irradiating plasma to the electrodes provided with the release paper supplied from the one-side electrode feed roller 10 and the other-side electrode feed roller 10 ' .

상기 플라즈마 조사기(50)는 플라즈마를 조사하는 조사기 일측단(51)과 조사기 타측단(52) 사이로 이형지 부착 상태의 전극을 통과시키면서 플라즈마를 조사하는 개방형 플라즈마 조사기를 채용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the plasma irradiator 50 employs an open type plasma irradiator that irradiates a plasma while passing an electrode in a state in which a release paper is attached between one end 51 of the irradiator and the other end 52 of the irradiator.

또한, 연속적으로 소재들이 공급됨에 따른 변동적인 플라즈마 처리를 수행하기 위하여 상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극의 전극의 두께를 측정하는 전극두께 측정센서(60)를 설치하고, 상기 열압착롤러(30)를 통과한 소재들의 이송 속도를 측정하는 진행속도 측정센서(70)를 설치한다.The electrode for measuring the thickness of the electrode of the electrode attached with the release paper supplied from the one-side electrode supply roller 10 and the other electrode supply roller 10 'for performing the variable plasma processing in accordance with the continuous supply of the materials There is provided a thickness measuring sensor 60 and an advancing speed measuring sensor 70 for measuring a feeding speed of the materials passed through the thermocompression roller 30. [

그러므로, 상기 전극두께 측정센서(60)가 측정한 전극의 두께 데이터와 상기 진행속도 측정센서(70)가 측정한 소재의 진행속도의 승산(곱셈)으로 전극의 체적당 에너지 값을 산출함으로써 소재의 진행속도 및 전극의 두께에 연동하여 플라즈마 조사기(50)의 플라즈마 조사의 시간과 강도를 조절할 수 있게 되고, 이를 통하여 연속적으로 소재들이 공급됨에 따른 변동적인 플라즈마 처리를 수행할 수 있게 된다.Therefore, by calculating the energy value per unit volume of the electrode by multiplication (multiplication) of the thickness data of the electrode measured by the electrode thickness measurement sensor 60 and the progress speed of the material measured by the progress speed sensor 70, It is possible to control the time and intensity of plasma irradiation of the plasma irradiator 50 in conjunction with the progress speed and the thickness of the electrode, thereby enabling the plasma processing to be continuously performed as the materials are continuously supplied.

또한, 종래 기술에서 상술한 바와 같이, 공급되는 전극의 양쪽 면 중, 플라즈마 처리가 요구되는 면은 이형지로 덮인 상태로 공급되게 되는데, 노출된 면에 대하여 플라즈마 처리를 하는 경우, 전기적 특성이 증가되는 효과를 기대하기 어려우며, 오히려 불완전 결합(dangling bond)의 높은 표면에너지 상태가 제거됨으로써 전해질막과의 접합 조건이 불리해지는 부작용이 발생할 우려를 해소하기 위하여, 상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')에서 공급하는 전극을 부착시키는 이형지로서 다공성 이형필름을 채용하는 것이 바람직하다.In addition, as described in the prior art, the surface to be subjected to the plasma treatment is supplied in a state covered with the release paper out of both surfaces of the electrode to be supplied. In the case where the exposed surface is subjected to the plasma treatment, In order to solve the problem that a high surface energy state of a dangling bond is eliminated and a bonding condition with the electrolyte membrane becomes disadvantageous, there is a fear that the one side electrode supply roller 10 and the other side electrode It is preferable to employ a porous release film as a release paper for attaching the electrode supplied from the supply roller 10 '.

본 발명의 다공성 이형필름으로 사용가능한 재질로서, 패브릭 필름(fabric film), 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 등이 사용가능하다. As a material that can be used as the porous release film of the present invention, a fabric film, polytetrafluoroethylene (PTFE), or the like can be used.

이때, 다공성 이형필름의 두께는 1~100um 이내, 공동(구멍)의 직경은 1~20um 임이 바람직하며, 이러한 다공성 이형필름에 부착된 상태에 전극에 대한 플라즈마 처리는 다공성 이형필름으로부터 전극에 플라즈마가 조사되는 방식을 채용함이 바람직하다.In this case, the thickness of the porous release film is preferably within a range from 1 to 100 μm, and the diameter of the cavity (hole) is preferably from 1 to 20 μm. In the state where the porous release film adheres to the porous release film, plasma is applied from the porous release film to the electrode It is preferable to employ a method of irradiation.

한편, 바람직하게는, 상기 플라즈마 조사기(50)가 설치되는 위치는 도시된 바와 같이 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 이형지 부착 상태의 전극이 풀려나오는 지점이고, 상기 전극두께 측정센서(60)가 설치되는 위치는 도시된 바와 같이 상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극이 풀려나오는 지점이고, 상기 진행속도 측정센서(70)가 설치되는 위치는 도시된 바와 같이, 이형지가 풀려져나오는 열압착롤러(30)의 후단과 보조롤러(31) 사이의 지점임이 좋다. The position where the plasma irradiator 50 is installed is a point at which the electrode in the state in which the release paper is attached is released from one electrode feed roller 10 and the other electrode feed roller 10 ' The position where the electrode thickness measuring sensor 60 is installed is a point at which the electrode in the state in which the release paper attaching state supplied from the one-side electrode supply roller 10 and the other electrode supply roller 10 'is released, The position where the measurement sensor 70 is installed may be a position between the rear end of the thermocompression roller 30 from which the releasing paper is released and the auxiliary roller 31 as shown in the figure.

아울러, 상기 플라즈마 조사기(50)는 수소를 발생하는 수소플라즈마(Hydrogen Plasma) 조사기인 것이 바람직하다.In addition, the plasma irradiator 50 is preferably a hydrogen plasma irradiator for generating hydrogen.

도 4 는 본 발명의 전극막 접합체의 제조장치에 의하여 제조된 전극막 접합체의 단면도이다.4 is a sectional view of an electrode membrane assembly manufactured by the apparatus for manufacturing an electrode membrane assembly of the present invention.

도면을 참조하면, 좌측의 (a) 부분은 종래 제조장치에 의하여 제조된 전극막 접합체로서, 양측 전극(1,1') 내에 다른 원자가 불순물로 침투한 부위(interstitail defect) 또는 기존에 있어야할 원자가 결여된 부위(vacancy)의 결함 부위(D)가 존재하며, 이로 인하여 결정학적 결함 부위들이 불완전 결합(dangling bond)을 발생시켜 자유전자(E)의 이동을 방해하게 되며, 이로 인하여 전극의 전기적 효율을 감소된다.Referring to the drawings, the left part (a) is an electrode film joined body manufactured by a conventional manufacturing apparatus, in which an interstitute defect penetrating into another electrode (1, 1 ') with another atom or an existing valence There is a defective portion D of a vacancy in which vacancies are present and thereby the crystallographic defective portions generate a dangling bond to interfere with the movement of the free electrons E, .

반면, 우측의 (b) 부분의 본 발명 제조장치에 의하여 제조된 전극막 접합체는, 종래에 양측 전극(1,1') 내에 존재하는 결함 부위(D)가 플라즈마 조사기(50)가 공급한 원자들(바람직하게는 수소 원자)들이 전극(1,1') 원자의 최외곽전자들과 결합되어 전극에서의 자유전자(E)의 손실이 감소됨으로써 결함 부위(D)가 비결함 부위(P)로 변경되면서, 결과적으로 자유전자(E)의 갯수가 증가되어 전류손실이 담지체 내부의 자유전자의 이동성이 향상되고, 이로 인하여 전극의 전기적 효율성이 증대될 수 있게 됨으로써 전극막 접합체에 개선된 형질을 부여할 수 있게 되었다.On the other hand, in the electrode film junction body manufactured by the apparatus for manufacturing the present invention at the right portion (b), the defective portion (D) existing in the both side electrodes (1, 1 ' (Preferably hydrogen atoms) are combined with the outermost electrons of the atoms of the electrode (1, 1 ') to reduce the loss of the free electrons (E) at the electrode so that the defective portion (D) As a result, the number of free electrons E increases, so that the current loss improves the mobility of the free electrons in the support, thereby increasing the electrical efficiency of the electrode. As a result, .

다음으로, 본 발명의 전극막 접합체의 제조방법을 설명한다. Next, a method of manufacturing the electrode membrane bonded body of the present invention will be described.

본 발명의 전극막 접합체의 제조방법은, 이형지에 부착된 상태의 전극을 각각 공급하는 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러와, 전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러와, 상기 일측전극 공급롤러 및 타측전극 공급롤러에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러에서 공급된 전해질막을 가열 압착하여 이형지에 부착된 전극을 전해질막으로 전사시켜 전극막 접합체를 형성하면서 동시에 이형지를 제거하는 열압착 롤러와, 상기 열압착롤러에 의하여 제거되는 이형지를 수집하여 권취하는 보조롤러와, 상기 열압착 롤러를 통과한 전극막 접합체를 수집하는 권취롤러에 의하여 제조되는 제조방법이다.A method for manufacturing an electrode membrane bonded body according to the present invention includes a first electrode feed roller and an second electrode feed roller for respectively supplying electrodes attached to a release paper and an electrolyte membrane feed roller for feeding the electrolyte membrane, The electrode attached to the release paper supplied from the electrode feed roller and the electrolyte membrane supplied from the electrolyte membrane feed roller are heated and transferred to transfer the electrode attached to the release paper to the electrolyte membrane to form the electrode membrane assembly, A roller, an auxiliary roller for collecting and winding up the release paper removed by the thermocompression roller, and a winding roller for collecting the electrode film assembly passed through the thermocompression roller.

보다 구체적으로는, 본 발명의 전극막 접합체의 제조방법은, 이형지에 부착된 상태의 전극을 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러에 각각 공급하는 단계; 전해질막을 전해질막 공급롤러에 공급하는 단계; 상기 일측전극 공급롤러 및 타측전극 공급롤러에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러에서 공급된 전해질막을 열압착 롤러에서 가열 압착하여 전극막 접합체를 형성하는 단계; 상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마 조사기를 이용하여 플라즈마를 조사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.More specifically, the method for producing an electrode membrane bonded body of the present invention comprises the steps of: supplying an electrode attached to a release paper to one electrode feed roller and the other electrode feed roller, respectively; Supplying an electrolyte membrane to an electrolyte membrane feed roller; Forming an electrode membrane assembly by heating and pressing the electrolyte membrane supplied from the electrode and the electrolyte membrane supply roller attached to the release paper supplied from the one-side electrode supply roller and the other electrode supply roller by a thermocompression roller; Irradiating a plasma with a plasma irradiator to the electrode in a state in which the release paper is supplied from the one electrode feed roller and the other electrode feed roller; And a control unit.

이때, 상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러로부터 공급되는 전극의 두께를 전극두께 측정센서를 이용하여 측정하고. 상기 열압착롤러를 통과한 소재들의 이송 속도를 진행속도 측정센서를 이용하여 측정하는 단계; 를 더 포함한다.At this time, the thickness of the electrode supplied from the one-side electrode feed roller and the other-side electrode feed roller is measured using an electrode thickness measuring sensor. Measuring a conveying speed of the materials which have passed through the thermocompression roller using an advancing speed measuring sensor; .

그리고, 상기 전극두께 측정센서가 측정한 전극의 두께 데이터와, 상기 진행속도 측정센서가 측정한 소재의 진행속도 데이터에 기초하여 전극의 체적당 에너지 값을 산출하여, 소재의 진행속도 및 전극의 두께에 연동하여 플라즈마 조사기의 플라즈마 조사의 시간과 강도를 조절하게 된다.An energy value per volume of the electrode is calculated on the basis of the thickness data of the electrode measured by the electrode thickness measuring sensor and the progress speed data of the material measured by the progress speed measuring sensor, The time and intensity of the plasma irradiation of the plasma irradiator are controlled.

아울러, 상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러에서 공급하는 전극 부착용 이형지는 바람직하게는 다공성 이형필름을 사용한다.In addition, the releasable paper for electrode attachment supplied from the one-side electrode feed roller and the other-side electrode feed roller preferably uses a porous release film.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10,10'; 일측전극 공급롤러
20; 전해질막 공급롤러
30; 열압착롤러
31; 보조롤러
40; 권취롤러
50; 플라즈마 조사기
51; 조사기 일측단
52; 조사기 타측단
60; 전극두께 측정센서
70; 진행속도 측정센서Description of the Related Art [0002]
10,10 '; One side electrode feed roller
20; The electrolyte membrane feed roller
30; Thermocompression roller
31; Auxiliary roller
40; Up roller
50; Plasma irradiator
51; One end of the irradiator
52; Other side
60; Electrode Thickness Sensor
70; Speed sensor

Claims (11)

전극막 접합체의 제조장치에 있어서,
이형지에 부착된 상태의 전극을 각각 공급하는 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')와,
전해질막을 공급하는 전해질막 공급롤러(20)와,
상기 일측전극 공급롤러(10) 및 타측전극 공급롤러(10')에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러(20)에서 공급된 전해질막을 가열 압착하여 전극막 접합체를 형성하는 열압착 롤러(30)와,
상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사기(50); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
In an apparatus for producing an electrode membrane bonded body,
One side electrode supply roller 10 and the other side electrode supply roller 10 'for supplying electrodes in a state of being attached to the release paper,
An electrolyte membrane feed roller 20 for feeding an electrolyte membrane,
An electrode attached to the release paper supplied from the one-side electrode feed roller 10 and the other electrode feed roller 10 'and a column for forming an electrode film joined body by heating and pressing the electrolyte membrane supplied from the electrolyte membrane feed roller 20 A pressing roller 30,
A plasma irradiator 50 for applying a plasma to the electrode in the state in which the release paper is supplied from the one-side electrode feed roller 10 and the other-side electrode feed roller 10 '; And an electrode film formed on the electrode film.
제 1 항에 있어서,
상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 전극의 두께를 측정하는 전극두께 측정센서(60)와,
상기 열압착롤러(30)를 통과한 소재들의 이송 속도를 측정하는 진행속도 측정센서(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
The method according to claim 1,
An electrode thickness measuring sensor 60 for measuring a thickness of an electrode supplied from the one-side electrode feed roller 10 and the other-side electrode feed roller 10 '
Further comprising an advancing speed measuring sensor (70) for measuring a conveying speed of the materials passed through the thermocompression roller (30).
제 2 항에 있어서,
상기 전극두께 측정센서(60)가 측정한 전극의 두께 데이터와, 상기 진행속도 측정센서(70)가 측정한 소재의 진행속도 데이터에 기초하여 전극의 체적당 에너지 값을 산출하여
소재의 진행속도 및 전극의 두께에 연동하여 플라즈마 조사기(50)의 플라즈마 조사의 시간과 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
3. The method of claim 2,
The energy value per volume of the electrode is calculated on the basis of the thickness data of the electrode measured by the electrode thickness measuring sensor 60 and the progress speed data of the material measured by the progress speed measuring sensor 70
Wherein the time and intensity of the plasma irradiation of the plasma irradiator (50) are controlled in conjunction with the traveling speed of the work and the thickness of the electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')에서 공급하는 전극 부착용 이형지는 다공성 이형필름인 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the release paper for electrode attachment supplied from the one-side electrode feed roller (10) and the other-side electrode feed roller (10 ') is a porous release film.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 조사기(50)가 설치되는 위치는 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 이형지 부착 상태의 전극이 풀려나오는 지점인 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the position at which the plasma irradiator (50) is installed is a point where an electrode in a state in which a release paper is attached is released from one electrode feed roller (10) and the other electrode feed roller (10 ').
제 2 항에 있어서,
상기 전극두께 측정센서(60)가 설치되는 위치는 일측전극 공급롤러(10)와 타측전극 공급롤러(10')로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극이 풀려나오는 지점인 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
3. The method of claim 2,
The position where the electrode thickness measuring sensor 60 is installed is a point at which the electrode in the state in which the release paper is fed out from the one electrode feed roller 10 and the other electrode feed roller 10 ' Manufacturing apparatus.
제 2 항에 있어서,
상기 진행속도 측정센서(70)가 설치되는 위치는 이형지가 풀려져나오는 열압착롤러(30)의 후단과 상기 열압착롤러(30)에 의하여 제거되는 이형지를 수집하여 권취하는 보조롤러(31) 사이의 지점인 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조장치.
3. The method of claim 2,
The position at which the progress speed measuring sensor 70 is installed is a position between the rear end of the thermocompression roller 30 from which the releasing paper is released and the auxiliary roller 31 for collecting and winding up the release paper removed by the thermocompression roller 30 Of the electrode film joined body.
전극막 접합체의 제조방법에 있어서,
이형지에 부착된 상태의 전극을 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러에 각각 공급하는 단계;
전해질막을 전해질막 공급롤러에 공급하는 단계;
상기 일측전극 공급롤러 및 타측전극 공급롤러에서 공급된 이형지에 부착된 상태의 전극과 전해질막 공급롤러에서 공급된 전해질막을 열압착 롤러에서 가열 압착하여 전극막 접합체를 형성하는 단계;
상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러로부터 공급되는 이형지 부착 상태의 전극에 플라즈마 조사기를 이용하여 플라즈마를 조사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조방법.
In the method for producing an electrode membrane bonded body,
Supplying an electrode attached to the release paper sheet to the one electrode supply roller and the other electrode supply roller, respectively;
Supplying an electrolyte membrane to an electrolyte membrane feed roller;
Forming an electrode membrane assembly by heating and pressing the electrolyte membrane supplied from the electrode and the electrolyte membrane supply roller attached to the release paper supplied from the one-side electrode supply roller and the other electrode supply roller by a thermocompression roller;
Irradiating a plasma with a plasma irradiator to the electrode in a state in which the release paper is supplied from the one electrode feed roller and the other electrode feed roller; And a second electrode film formed on the second electrode film.
제 8 항에 있어서,
상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러로부터 공급되는 전극의 두께를 전극두께 측정센서를 이용하여 측정하고.
상기 열압착롤러를 통과한 소재들의 이송 속도를 진행속도 측정센서를 이용하여 측정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The thickness of the electrode supplied from the one-side electrode feed roller and the other-side electrode feed roller is measured using an electrode thickness measuring sensor.
Measuring a conveying speed of the materials which have passed through the thermocompression roller using an advancing speed measuring sensor; Further comprising the steps of:
제 8 항에 있어서,
상기 전극두께 측정센서가 측정한 전극의 두께 데이터와, 상기 진행속도 측정센서가 측정한 소재의 진행속도 데이터에 기초하여 전극의 체적당 에너지 값을 산출하여,
소재의 진행속도 및 전극의 두께에 연동하여 플라즈마 조사기의 플라즈마 조사의 시간과 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조방법.9. The method of claim 8,
An energy value per volume of the electrode is calculated on the basis of the thickness data of the electrode measured by the electrode thickness measuring sensor and the progress speed data of the material measured by the progress speed measuring sensor,
Wherein the time and intensity of the plasma irradiation of the plasma irradiator are controlled in accordance with the traveling speed of the material and the thickness of the electrode. 제 8 항에 있어서,
상기 일측전극 공급롤러와 타측전극 공급롤러에서 공급하는 전극 부착용 이형지는 다공성 이형필름인 것을 특징으로 하는 전극막 접합체의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the releasing paper for electrode attachment supplied from the one electrode feed roller and the other electrode feed roller is a porous release film.
KR1020160064853A 2016-05-26 2016-05-26 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor KR101845784B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160064853A KR101845784B1 (en) 2016-05-26 2016-05-26 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160064853A KR101845784B1 (en) 2016-05-26 2016-05-26 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170133715A true KR20170133715A (en) 2017-12-06
KR101845784B1 KR101845784B1 (en) 2018-05-18

Family

ID=60922560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160064853A KR101845784B1 (en) 2016-05-26 2016-05-26 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101845784B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190137295A (en) * 2018-06-01 2019-12-11 현대자동차주식회사 manufacturing device of membrane electrode assembly with excellent mass transfer characteristics and durability, and method using thereof
KR20200078902A (en) 2018-12-24 2020-07-02 현대자동차주식회사 Manufacturing device of membrane electrode assembly restraining deformation of both membrane electrode assembly and electrolyte membrane, and manufacturing method of membrane electrode assembly using the same
KR20220048824A (en) * 2020-10-13 2022-04-20 한국기계연구원 Apparatus and method for manufacturing membrane-electrode assembly by simultaneously coating double sides of membrane

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200071301A (en) 2018-12-11 2020-06-19 주식회사 엘지화학 Device for manufacturing membrane electrode assembly of fuel cell

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002050347A (en) * 2000-08-03 2002-02-15 Nippei Toyama Corp Manufacturing device and method of electrode body
JP2006269122A (en) 2005-03-22 2006-10-05 Sharp Corp Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment
JP2015153653A (en) 2014-02-17 2015-08-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス Electrolyte membrane modification device and electrolyte membrane modification method, and production system and production method of membrane/catalyst layer assembly

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190137295A (en) * 2018-06-01 2019-12-11 현대자동차주식회사 manufacturing device of membrane electrode assembly with excellent mass transfer characteristics and durability, and method using thereof
KR20200078902A (en) 2018-12-24 2020-07-02 현대자동차주식회사 Manufacturing device of membrane electrode assembly restraining deformation of both membrane electrode assembly and electrolyte membrane, and manufacturing method of membrane electrode assembly using the same
KR20220048824A (en) * 2020-10-13 2022-04-20 한국기계연구원 Apparatus and method for manufacturing membrane-electrode assembly by simultaneously coating double sides of membrane

Also Published As

Publication number Publication date
KR101845784B1 (en) 2018-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101845784B1 (en) Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor
US20100167176A1 (en) Manufacturing apparatus and method for fuel cell electrode material assembly, and fuel cell
US10333165B2 (en) System for adsorbing thin film sheet to prevent from drooping in fuel cell system
CN110382123B (en) Coating device and coating method
JP2016046091A (en) Coater, coating method, device for manufacturing membrane-catalyst layer assembly and manufacturing method thereof
JP2016048612A (en) Device for manufacturing membrane-catalyst layer assembly, and manufacturing method thereof
TW201600546A (en) Substrate film, catalyst transfer sheet, method for producing membrane electrode assembly, and method for producing catalyst layer-coated electrolyte membrane
JP2014154350A (en) Fuel cell and manufacturing method therefor
EP3609005A1 (en) Method for producing gas diffusion electrode substrate, and fuel cell
JP2015153653A (en) Electrolyte membrane modification device and electrolyte membrane modification method, and production system and production method of membrane/catalyst layer assembly
KR20170012930A (en) Manufacturing method for Membrane-electrode assembly
US9673442B2 (en) Method of manufacturing membrane electrode assembly
JP5077188B2 (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method of electrode material assembly for fuel cell
KR102272864B1 (en) Support film, affixing method, and method of and apparatus for manufacturing membrane electrode assembly
JP2018022663A (en) Device for manufacturing catalyst layer-attached substrate, device for manufacturing membrane-electrode assembly, method for manufacturing catalyst layer-attached resin substrate, and method for manufacturing membrane-electrode assembly
JP5979100B2 (en) Manufacturing method of membrane electrode assembly and electrolyte membrane winding roller
JP5853194B2 (en) Membrane-catalyst layer assembly manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
JP2014082049A (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus of membrane electrode assembly for fuel cell
JP2009515296A (en) Method for continuously producing a CCB electrode-membrane-electrode assembly
JP2014203802A (en) Joining device and joining method
JP6163812B2 (en) Manufacturing method of electrolyte membrane with supporting substrate, manufacturing apparatus of electrolyte membrane with supporting substrate, manufacturing method of catalyst layer-electrolyte membrane laminate using electrolyte membrane with supporting substrate, and electrolyte membrane with supporting substrate Catalyst layer-electrolyte membrane laminate manufacturing apparatus
JP5077187B2 (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method of electrode material assembly for fuel cell
JP2020027792A (en) Manufacturing apparatus for assembly of cells for fuel battery
JP2013149378A (en) Bonding device
JP2017065811A (en) Connection method, coating method, connection device and coating device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right