KR20170139914A - Manufactoring method of gas diffusion layer - Google Patents

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KR20170139914A
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a gas diffusion layer capable of stably controlling the thickness of a gas diffusion layer and the thickness of a microporous layer in the gas diffusion layer. According to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing a gas diffusion layer comprises the following steps: preparing a first mesoporous support having the first thickness; applying microporous slurry on the first mesoporous support; and preparing a second mesoporous support having the second thickness on the first mesoporous support on which the microporous slurry is applied.

Description

기체 확산층의 제조 방법{MANUFACTORING METHOD OF GAS DIFFUSION LAYER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a gas diffusion layer,

본 발명은 기체 확산층의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for producing a gas diffusion layer.

일반적으로 자동차용 연료전지로는 고분자 전해질 막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 적용되고 있는데, 이 고분자 전해질 막 연료전지가 자동차의 다양한 운전조건에서 최소 수십 kW 이상 높은 출력 성능을 정상적으로 발현하려면 수백장의 단위 셀을 반복 적층하여 스택(Stack)을 구성하고, 넓은 전류 밀도 범위에서 안정적으로 작동 가능해야 한다.In general, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is being applied as a fuel cell for automobiles. This polymer electrolyte membrane fuel cell normally exhibits a power output of at least several tens kW at various operating conditions of an automobile , It is necessary to stack hundreds of unit cells repeatedly to form a stack, and to be stably operable in a wide current density range.

상기 연료전지의 전기 생성을 위한 반응을 보면, 연료전지의 산화극인 애노 드(Anode)에 공급된 수소가 수소 이온(Proton)과 전자로 분리된 후, 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통해 환원극인 캐소드(Cathode) 로 이동하게 되고, 캐소드에서 산소 분자, 수소 이온 및 전자가 함께 반응하여 전기와 열을 생성함과 동시에 반응 부산물로서 물을 생성하게 된다. In the reaction for generating electric power of the fuel cell, hydrogen supplied to the anode, which is an oxidizing electrode of the fuel cell, is separated into proton and electrons, and then hydrogen ions are transported through the polymer electrolyte membrane to the cathode Cathode). At the cathode, oxygen molecules, hydrogen ions and electrons react together to generate electricity and heat, and at the same time, produce water as a reaction by-product.

연료전지 내 전기화학 반응 시 생성되는 물은 적절한 양이 존재하면 막전극 접합체의 가습성을 유지시켜 주는 바람직한 역할을 하지만, 과량의 물 발생 시 이를 적절히 제거해 주지 않으면 “물 범람 또는 홍수(Flooding)” 문제가 발생하게 되고 이 범람된 물은 반응 기체들이 효율적으로 연료전지 셀 내부로 공급되는 것을 방해하는 역할을 하여 전압 손실이 더욱 더 커지게 된다. Water generated during the electrochemical reaction in the fuel cell plays a desirable role in maintaining the humidifying property of the membrane electrode assembly when an appropriate amount is present. However, if the water is excessively removed, it is called " flooding & A problem arises, and the overflowed water serves to prevent the reaction gases from being efficiently supplied into the fuel cell, thereby further increasing the voltage loss.

최근 자동차동 PEMFC 연구개발 및 양산화가 진전됨에 따라 연료전지 스택 부품 중 스택의 안정적 성능 발현에 큰 역할을 하는 기체 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)의 특성 평가 방법 및 미세구조/성능 발현 메커니즘에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 기체 확산층은 일반적으로 미세 기공층과 거대 기공 지지체로 구성된다. 상기 기체 확산층은 연료전지 고분자 전해질 막의 양 표면에 각각 산화극 및 환원극을 위해 도포된 촉매층의 외표면에 접착된다. 상기 기체 확산층은 반응 기체인 수소 및 공기(산소) 공급, 전기화학 반응에 의해 생성된 전자 이동, 반응 생성수를 배출시켜 연료전지 셀 내 물 범람 현상을 최소화시키는 1 마이크로미터 미만의 기공을 갖는 미세 기공층(MPL: Micro-Porous Layer)과, 1 내지 300 마이크로미터 크기의 기공을 갖는 거대 기공 지지체(Macro-Porous Substrate 또는 Gas Diffusion Backing)의 이중층 구조로 구성된다. Recently, as the research and development and mass-production of automobile copper PEMFCs progressed, the evaluation method and microstructure / performance mechanism of gas diffusion layer (GDL), which plays a large role in the stable performance of stack of fuel cell stack parts Development is progressing actively. The gas diffusion layer generally comprises a microporous layer and a macroporous support. The gas diffusion layer is adhered to both surfaces of the fuel cell polymer electrolyte membrane and to the outer surface of the catalyst layer applied for oxidizing and reducing electrodes, respectively. The gas diffusion layer is formed by discharging hydrogen and air (oxygen) as a reactant gas, electron transfer generated by an electrochemical reaction, and reaction-generated water so as to form fine particles having a pore size of less than 1 micrometer Layer structure of a microporous layer (MPL) and a macro-porous substrate or gas diffusion backing having a pore size of 1 to 300 micrometers.

상기 기체 확산층의 미세 기공층은 아세틸렌 블렉 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소분말과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 물질을 혼합하여 제조한 후, 거대 기공 지지체의 일면에 도포될 수 있다.  The microporous layer of the gas diffusion layer is prepared by mixing a carbon powder such as Acetylene Black Carbon or Black Pearls Carbon with a hydrophobic material such as polytetrafluoroethylene (PTFE) , And can be applied to one side of the macropore support.

거대 기공 지지체는 일반적으로 탄소섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌, 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP: Fluorinated Ethy lene Propylene) 등의 소수성 물질로 구성되는데, 그 물리적 구조에 따라 크게 탄소섬유 펠트(Felt), 종이(Paper) 및 천(Cloth) 형으로 분류될 수 있다. The macro pore scaffold is generally made of a hydrophobic material such as carbon fiber, polytetrafluoroethylene, or fluorinated ethylene propylene (FEP). Depending on its physical structure, carbon fiber felt, paper ) And a cloth type.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기체 확산층의 두께 및 기체 확산층 내의 미세 기공층의 두께를 안정적으로 제어할 수 있는 기체 확산층의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a gas diffusion layer capable of stably controlling the thickness of a gas diffusion layer and the thickness of a microporous layer in a gas diffusion layer.

이러한 과제를 해결하기 위하여 한 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법은 제1 두께를 갖는 제1 거대 기공 지지체를 준비하는 단계, 상기 제1 거대 기공 지지체에 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 미세 기공 슬러리가 도포된 상기 제1 거대 기공 지지체 위에 제2 두께를 갖는 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a gas diffusion layer, comprising: preparing a first macropore support having a first thickness; applying a microporous slurry to the first macropore support; And fabricating a second macropore support having a second thickness over the first macropore support on which the microporous slurry is applied.

상기 제1 거대 기공 지지체에 상기 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계 이후, 상기 제1 거대 기공 지지체의 내부에 상기 미세 기공 슬러리가 침투하고, 상기 제1 거대 기공 지지체의 외부에 상기 미세 기공 슬러리 코팅물이 형성될 수 있다. After the step of applying the microporous slurry to the first macropore support, the microporous slurry permeates into the interior of the first macropore support, and the microporous slurry coating is applied to the outside of the first macropore support .

상기 미세 기공 슬러리 코팅물은 상기 제2 거대 기공 지지체와 접촉하지 않을 수 있다. The microporous slurry coating may not be in contact with the second macropore support.

상기 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계는, 상기 제1 거대 기공 지지체 위에, 레진, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 탄소섬유를 포함하는 조성물을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. The step of fabricating the second macropore support may include applying a composition comprising resin, polytetrafluoroethylene and carbon fibers onto the first macropore support.

상기 조성물을 도포하는 단계는 전기 방사를 포함할 수 있다. The step of applying the composition may comprise electrospinning.

상기 조성물을 도포하는 단계 이후에, 상기 제1 거대 기공 지지체를 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the step of applying the composition, the step of sintering the first macropore support may further comprise the step of sintering the first macropore support.

상기 제2 거대 기공 지지체 내부에는 상기 미세 기공 슬러리가 포함되지 않을 수 있다. The microporous slurry may not be contained in the second macroporesupport.

상기 제1 거대 기공 지지체와 상기 제2 거대 기공 지지체는 서로 접촉하고, 내부에서 레진에 의해 서로 연결될 수 있다. The first macroporesupport and the second macroporesupport may contact each other and be connected to each other by a resin inside.

상기 제1 거대 기공 지지체에 상기 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계와 상기 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계 사이에, 상기 미세 기공 슬러리가 도포된 상기 제1 거대 기공 지지체의 두께를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of measuring the thickness of the first macropore slurry coated with the microporous slurry between the step of applying the microporous slurry to the first macroporous support and the step of preparing the second macropore support .

이상과 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법은 기체 확산층의 두께 및 기체 확산층 내의 미세 기공 슬러리의 침투 깊이를 안정적으로 제어할 수 있다. As described above, the method of manufacturing a gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention can stably control the thickness of the gas diffusion layer and the penetration depth of the microporous slurry in the gas diffusion layer.

도 1은 한 실시예에 따른 기체 확산층을 나타낸 도면이다.
도 2는 한 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 3은 비교예에 따른 기체 확산층의 제조 방법을 나타낸 것이다.1 is a view showing a gas diffusion layer according to one embodiment.
2 shows a method of manufacturing a gas diffusion layer according to an embodiment.
Fig. 3 shows a method for producing a gas diffusion layer according to a comparative example.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. It will be understood that when an element such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the element directly over another element, Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

이제 본 발명의 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a method of manufacturing a gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 한 실시예에 따른 기체 확산층을 나타낸 도면이다. 본 실시예에서 기체 확산층은 거대 기공 지지체와 미세 기공층을 포함하며, 거대 기공 지지체 내부로 미세 기공층이 일부 침투되어 있다. 즉, 기체 확산층은 미세 기공 슬러리가 침투되지 않은 거대 기공 지지체인 제1층(50), 미세 기공층이 침투된 거대 기공 지지체인 제2층(51) 및 미세 기공층이 위치하는 제3층(52)을 포함한다. 1 is a view showing a gas diffusion layer according to one embodiment. In this embodiment, the gas diffusion layer includes a macropore support and a microporous layer, and the microporous layer is partially penetrated into the macroporous support. That is, the gas diffusion layer comprises a first layer (50) as a macropore support in which a microporous slurry is not penetrated, a second layer (51) as a macropore support in which a microporous layer is infiltrated, and a third layer 52).

한 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법은 제1 두께를 갖는 제1 거대 기공 지지체를 준비하는 단계, 상기 제1 거대 기공 지지체에 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계 및 상기 미세 기공 슬러리가 도포된 제1 거대 기공 지지체 위에 제2 두께를 갖는 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계를 포함한다.A method of fabricating a gas diffusion layer according to an embodiment includes the steps of preparing a first macropore support having a first thickness, applying a microporous slurry to the first macropore support, and applying a first microporous slurry to the first microporous slurry And forming a second macropore support having a second thickness over the macropore support.

그럼 이하에서, 도면을 참고로 하여 기체 확산층의 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the gas diffusion layer will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 한 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법을 나타낸 것이다. 먼저, 도 2의 (a)를 참고로 하면, 제1 두께(D1)를 갖는 제1 거대 기공 지지체(10)를 준비한다. 이때 제1 거대 기공 지지체(10)는 약 1 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터 크기의 기공을 갖는 물질로서, 탄소섬유, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 불소화 에틸렌 프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 2 shows a method of manufacturing a gas diffusion layer according to an embodiment. First, referring to FIG. 2 (a), a first macro pore scaffold 10 having a first thickness D1 is prepared. Wherein the first macropore support (10) is a material having pores between about 1 micrometer and about 300 micrometers in size and comprises at least one material selected from the group consisting of carbon fibers, polytetrafluoroethylene, and fluorinated ethylene propylene can do.

다음, 도 2의 (b)를 참고로 하면, 제1 거대 기공 지지체(10)에 미세 기공 슬러리(20)를 도포한다. 미세 기공 슬러리(20)는 아세틸렌 블렉 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon)과 같은 소분말과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 물질을 혼합한 물질일 수 있다. 미세 기공 슬러리(20)의 미세 기공 크기는 약 1 마이크로미터 미만일 수 있다. Next, referring to FIG. 2 (b), the microporous slurry 20 is applied to the first macroporesupport 10. The fine pore slurry 20 may be a mixture of a small powder such as Acetylene Black Carbon or Black Pearls Carbon and a hydrophobic material such as polytetrafluoroethylene (PTFE) . The micropore size of the microporous slurry 20 may be less than about 1 micrometer.

미세 기공 슬러리(20)은 다음과 같이 도포할 수 있다. 제1 거대 기공 지지체(10) 위에 간격판(40)을 위치시키고, 제1 거대 기공 지지체(10)와 간격판(40) 사이에 미세 기공 슬러리(20)를 침투시키는 방법으로 이루어질 수 있다. The microporous slurry 20 can be applied as follows. A method may be employed in which the spacer plate 40 is placed on the first macropore support 10 and the microporous slurry 20 is infiltrated between the first macropore support 10 and the spacer plate 40.

미세 기공 슬러리(20)의 도포에 의해, 제1 거대 기공 지지체(10)의 두께는 제1 두께(D1)보다 큰 두께를 가지게 된다. By the application of the microporous slurry 20, the thickness of the first macroporesupport 10 is greater than the first thickness D1.

즉, 미세 기공 슬러리(20)의 도포에 의해 제1 거대 기공 지지체(10)의 내부 전체에 미세 기공 슬러리(20)가 침투할 뿐만 아니라, 제1 거대 기공 지지체(10)의 외부에 미세 기공 슬러리 코팅물(25)이 위치하게 된다. That is, the microporous slurry 20 is not only penetrated into the entire interior of the first macroporous support 10 by the application of the microporous slurry 20, but also permeates the microporous slurry 20 outside the first macroporous support 10 The coating 25 is placed.

이때, 본 단계에서, 제1 거대 기공 지지체(10) 전체는 미세 기공 슬러리가 침투되어 있다. At this time, in this step, the whole of the first macroporesupport body 10 is infiltrated with the microporous slurry.

다음, 도 2의 (c)를 참고로 하면, 미세 기공 슬러리가 코팅된 제1 거대 기공 지지체(10)의 두께를 측정한다. 도 2의 (c)에는 측정기가 도시되어 있으며, 측정기에 미세 기공 슬러리가 코팅된 제1 거대 기공 지지체(10)의 두께가 나타난다. Next, referring to FIG. 2 (c), the thickness of the first macroporesupport 10 coated with the microporous slurry is measured. In FIG. 2 (c), a measuring device is shown, in which the thickness of the first macropore scaffold 10 coated with the microporous slurry is shown.

두께 측정 전이나 후에, 미세 기공 슬러리 코팅물(25)이 아래로 가도록 제1 거대 기공 지지체(10)가 뒤집힐 수 있다. 본 측정 단계는 실시예에 따라 생략 가능하다. Before or after the thickness measurement, the first macropore support 10 may be inverted such that the microporous slurry coating 25 is down. This measurement step may be omitted depending on the embodiment.

다음, 도 2의 (d)를 참고로 하면, 제1 거대 기공 지지체(10) 위에 제2 두께(D2)를 갖는 제2 거대 기공 지지체(30)를 형성한다. 이때 제2 거대 기공 지지체(30)의 제조는 다음과 같이 할 수 있다. 제1 거대 기공 지지체(10) 위에, 레진, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 탄소섬유를 포함하는 조성물을 도포하는 방법으로 이루어질 수 있다. Next, referring to FIG. 2D, a second macroporesupport 30 having a second thickness D2 is formed on the first macropore support 10. At this time, the second macroporesupport 30 can be manufactured as follows. A method comprising applying a composition comprising resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) and carbon fibers onto a first macropore support (10).

상기 레진, PTFE 및 탄소섬유를 포함하는 조성물의 도포는 전기 방사 방법으로 이루어질 수 있다. The application of the composition comprising the resin, PTFE and carbon fiber may be carried out by an electrospinning method.

도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 상기 조성물이 도포되는 면은 제1 거대 기공 지지체(10)에서 미세 기공 슬러리 코팅물(25)이 존재하지 않는 면이다. 즉, 제1 거대 기공 지지체(10) 외부에 미세 기공 슬러리가 코팅되어 코팅물(25)이 형성되는 면과, 제1 거대 기공 지지체(10) 외부에 레진, PTFE 및 탄소섬유를 포함하는 조성물이 도포되는 면은 서로 다른 면이다. As shown in FIG. 2 (d), the surface to which the composition is applied is a surface on which the microporous slurry coating 25 is not present in the first macropore support 10. That is, the surface where the microporous slurry is coated on the outside of the first macropore support 10 to form the coating 25 and the composition including the resin, PTFE and carbon fiber on the outside of the first macropore support 10 The applied side is different side.

따라서, 본 단계에서 제조되는 제2 거대 기공 지지체(30) 내부에는 상기 미세 기공 슬러리(20)가 포함되지 않는다. Therefore, the microporous slurry 20 is not included in the second macroporesupport 30 produced in this step.

다음, 도 2의 (e)를 참고로 하면, 레진, PTFE 및 탄소섬유를 포함하는 조성물이 도포된 제1 거대 기공 지지체(10)를 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 소결하는 단계는 다음과 같은 방법으로 수행될 수 있다. 전기로(60)에 레진, PTFE 및 탄소섬유를 포함하는 조성물이 도포된 제1 거대 기공 지지체(10)를 투입하고 가열하는 방법으로 이루어질 수 있다. Next, referring to FIG. 2 (e), the method may further include a step of sintering the first macropore support 10 coated with the composition comprising the resin, PTFE, and carbon fibers. The step of sintering can be carried out in the following manner. Pouring the first macropore support 10 coated with the composition containing resin, PTFE and carbon fiber into the electric furnace 60, and heating the same.

이러한 도포 및 소결 공정에 의해 제1 거대 기공 지지체(10) 위에 제2 거대 기공 지지체(30)가 형성된다. The second macroporesupport 30 is formed on the first macropore support 10 by such a coating and sintering process.

한 실시예에서, 제1 거대 기공 지지체의 제조와 제2 거대 기공 지지체의 제조 과정에서 소수성 물질인 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP)의 농도를 다르게 조절하는 경우, 제1 거대 기공 지지체와 제2 거대 기공 지지체의 발수 정도를 상이하게 구현할 수 있다. In one embodiment, when the concentration of polytetrafluoroethylene or fluorinated ethylene propylene (FEP), which is a hydrophobic substance, is adjusted differently in the production of the first macropore support and the second macropore support, And the degree of water repellency of the second macro pore scaffold can be realized differently.

한 실시예에서, 제1 거대 기공 지지체(10)와 제2 거대 기공 지지체(30)는 서로 접촉 및 연결되어 있다. 제2 거대 기공 지지체(30)를 형성하기 위하여 코팅하는 조성물에 레진이 포함되어 있기 때문에, 레진에 의해 제1 거대 기공 지지체(10)와 제2 거대 기공 지지체(30)는 서로 연결된다. 즉, 제2 거대 기공 지지체(30)와 제1 거대 기공 지지체(10)는 내부에서 레진에 의해 서로 접합되어, 사실상 하나의 거대 기공 지지체를 이룰 수 있다. 제2 거대 기공 지지체와(30) 제1 거대 기공 지지체(10)의 경계면이 명확하게 분리되지 않고, 하나로 연결되어 있다.In one embodiment, the first macroporesupport 10 and the second macropore support 30 are in contact and connected to each other. Since the resin is contained in the coating composition to form the second macropore support 30, the first macropore support 10 and the second macropore support 30 are connected to each other by the resin. That is, the second macroporesupport 30 and the first macropore support 10 may be joined together by a resin internally, resulting in virtually one macropore support. The interface between the second macroporesupport 30 and the first macropore support 10 are not clearly separated but are connected together.

이때, 레진을 포함하는 조성물이 도포되는 면은 제1 거대 기공 지지체(10)에서 미세 기공 슬러리 코팅물(25)이 형성되지 않은 면이므로, 미세 기공 슬러리 코팅물(25)은 제2 거대 기공 지지체(30)와 접촉하지 않는다. At this time, since the surface to which the composition including the resin is applied is a surface on which the microporous slurry coating 25 is not formed on the first macropore support 10, the microporous slurry coating 25 is coated on the second macropore support (30).

즉 이상과 같이 본 실시예에 따른 기체 확산층의 제조 방법은, 제1 거대 기공 지지체의 제조 단계와 제2 거대 기공 지지체의 제조 단계가 분리되어 있다. 이러한 방법으로 거대 기공 지지체를 제조하는 경우, 거대 기공 지지체 내의 미세 기공 슬러리의 침투 깊이를 안정적으로 조절할 수 있으며, 기체 확산층의 두께를 용도에 따라 얇게 제조할 수 있다. That is, as described above, the manufacturing method of the gas diffusion layer according to the present embodiment is separated from the manufacturing step of the first macro pore support and the manufacturing step of the second macro pore support. When the macropore scaffold is manufactured by this method, the penetration depth of the microporous slurry in the macropore scaffold can be stably controlled, and the thickness of the gas diffusion layer can be made thin according to the application.

그러면 이하에서 앞에서 설명한 실시예에 따른 제조 방법의 효과를 비교예와의 비교를 통해 설명한다.Hereinafter, the effect of the manufacturing method according to the above-described embodiment will be described by comparison with the comparative example.

도 3은 비교예에 따른 기체 확산층의 제조 방법을 나타낸 것이다. 도 3의 (a)를 참고로 하면, 비교예에 따른 기체 확산층의 제조 방법은 거대 기공 지지체(55)를 제조한 후, 거대 기공 지지체(55) 위에 간격판(40)을 위치시키고 그사이에 미세 기공 슬러리를 주입, 코팅하는 방법으로 기체 확산층을 제조한다. 이렇게 주입된 미세 기공 슬러리는 거대 기공 지지체(55)의 일부에 침투하고, 미세 기공 슬러리 일부는 거대 기공 지지체(55)위에 도 3의 (b)와 같은 미세 기공층(52)을 형성하게 된다. Fig. 3 shows a method for producing a gas diffusion layer according to a comparative example. 3 (a), in the method of manufacturing a gas diffusion layer according to the comparative example, after the macropore support 55 is manufactured, the spacer plate 40 is placed on the macropore support 55, A gas diffusion layer is prepared by injecting and coating a porous slurry. The microporous slurry thus injected penetrates a part of the macropore support 55 and part of the microporous slurry forms the microporous layer 52 as shown in FIG. 3 (b) on the macropore support 55.

도 3의 (b)는 비교예의 방법에 따라 최종 제조된 기체 확산층을 나타낸 것이다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 한 실시예에 따른 기체 확산층은 미세 기공 슬러리가 침투되지 않은 제1층(50), 미세 기공 슬러리가 침투된 제2층(51) 및 미세 기공 슬러리 코팅물만 위치하는 제3층(52)을 포함한다. 3 (b) shows the gas diffusion layer finally prepared according to the method of the comparative example. As shown in FIG. 3 (b), the gas diffusion layer according to one embodiment includes a first layer 50 in which the microporous slurry is not infiltrated, a second layer 51 in which the microporous slurry is infiltrated, And a third layer (52) where only the coating is located.

이때, 거대 기공 지지체(55) 내에 미세 기공 슬러리가 침투된 제2층(51)의 두께는 일정하지 않을 수 있다. 이는, 거대 기공 지지체 내에 미세 기공 슬러리가 코팅될 때, 거대 기공 지지체의 영역별로 미세 기공 슬러리가 침투되는 깊이를 조절하기 어렵기 때문이다. At this time, the thickness of the second layer 51 in which the microporous slurry has permeated into the macropore support body 55 may not be constant. This is because when the microporous slurry is coated in the macroporous support, it is difficult to control the depth of penetration of the microporous slurry in each region of the macropore support.

이는 미세 기공 슬러리의 양과 점도가 균일하지 않기 때문으로, 이러한 방법으로 제조한 경우 거대 기공 지지체 전체 영역에서 미세 기공 슬러리가 침투한 깊이가 영역마다 다를 수 있다. This is because the amount and viscosity of the microporous slurry are not uniform, and thus, when the microporous slurry is manufactured by this method, the depth of the microporous slurry may vary from region to region in the entire region of the macropore support.

만약 제조 과정에서 미세 기공 슬러리가 거대 기공 지지체 내로 깊이 침투된다면, 물 배출 능력이 저하되어 물 범람 문제가 발생하게 되고 이 범람된 물은 반응 기체들이 효율적으로 연료전지 셀 내부로 공급되는 것을 방해하는 역할을 하여 전압 손실이 더욱 더 커지게 된다. 또한 거대 기공 지지체 내에서 미세 기공 슬러리가 침투한 깊이가 균일하지 않기 때문에 기체 확산층이 균일한 성능을 유지할 수 없다. If the microporous slurry is deeply penetrated into the macropore support in the manufacturing process, the water discharging ability is lowered to cause a water flooding problem, and the flooded water prevents efficient supply of the reaction gases into the fuel cell So that the voltage loss is further increased. Also, since the depth of the microporous slurry penetrated in the macropore support is not uniform, the gas diffusion layer can not maintain uniform performance.

그러나 한 실시예에 따른 제조 방법은 제1 거대 기공 지지체를 제조한 후, 제1 거대 기공 지지체 전체를 미세 기공 슬러리로 코팅 및 침투시키고, 그 후에 제2 거대 기공 지지체를 연결하여 제조하였다. However, the manufacturing method according to one embodiment is manufactured by preparing the first macropore support, coating and impregnating the first macropore support with the microporous slurry, and then connecting the second macropore support.

따라서, 미세 기공 슬러리는 제1 두께를 갖는 제1 거대 기공 지지체 전체에 코팅되므로, 전체 기체 확산층에서 제1 두께만큼 균일하게 침투되어 있다. Thus, the microporous slurry is coated on the entire first macropore support having a first thickness, so that it is uniformly penetrated by the first thickness in the entire gas diffusion layer.

즉 제1 거대 기공 지지체의 두께가, 최종 제조된 기체 확산층에서 미세 기공 슬러리가 침투한 깊이가 된다. That is, the thickness of the first macropore support becomes the depth at which the microporous slurry penetrates in the finally prepared gas diffusion layer.

앞서 설명한 바와 같이 기체 확산층에서 거대 기공 지지체 내로의 미세 기공 슬러리의 침투 깊이를 조절하는 것은 어렵다. 그러나 본 발명의 한 실시예에 따른 제조 방법의 경우, 원하는 침투 깊이만큼 제1 거대 기공 지지체를 제조하고, 제1 거대 기공 지지체 전체를 미세 기공 슬러리로 코팅하는 방법으로 제조하기 때문에, 미세 기공 슬러리의 침투 깊이를 용이하게 조절할 수 있다.As described above, it is difficult to control the penetration depth of the microporous slurry into the macropore support in the gas diffusion layer. However, in the case of the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, since the first macropore scaffold is manufactured by a desired penetration depth and the entire first macropore scaffold is coated with the microporous slurry, The penetration depth can be easily adjusted.

이러한 미세 기공 슬러리의 침투 깊이 조절은, 기체 확산층의 두께가 얇아질수록 어려웠으나, 본 실시예에 따른 제조 방법은 기체 확산층의 두께가 얇은 경우에도 미세 기공 슬러리의 침투 깊이를 조절할 수 있고, 따라서 얇은 기체 확산층을 제조할 수 있다. The penetration depth of the microporous slurry is difficult to control as the thickness of the microporous slurry becomes thinner. However, the manufacturing method according to the present embodiment can control the penetration depth of the microporous slurry even when the thickness of the gas diffusion layer is thin, A gas diffusion layer can be produced.

따라서 이러한 기체 확산층을 연료 전지에 적용하는 경우, 물 배출 능력의 저하 및 물 범람 문제를 예방할 수 있다. 또한, 본 제조 방법에 따라 제조하는 경우, 얇은 두께의 기체 확산층을 제조할 수 있고 연료전지를 두께를 얇게 형성할 수 있다. Therefore, when such a gas diffusion layer is applied to a fuel cell, it is possible to prevent the water discharge capacity and the water flooding problem. Further, in the case of manufacturing according to the present manufacturing method, a gas diffusion layer having a small thickness can be manufactured, and the thickness of the fuel cell can be reduced.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

10: 제1 거대 기공 지지체
20: 미세 기공 슬러리
30: 제2 거대 기공 지지체 10: First large pore support
20: microporous slurry
30: second large pore support

Claims (9)

제1 두께를 갖는 제1 거대 기공 지지체를 준비하는 단계;
상기 제1 거대 기공 지지체에 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계; 및
상기 미세 기공 슬러리가 도포된 상기 제1 거대 기공 지지체 위에 제2 두께를 갖는 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계를 포함하는 기체 확산층의 제조 방법.Preparing a first macropore support having a first thickness;
Applying a microporous slurry to the first macropore support; And
And forming a second macropore support having a second thickness on the first macropore support on which the microporous slurry is applied. 제1항에서,
상기 제1 거대 기공 지지체에 상기 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계 이후,
상기 제1 거대 기공 지지체의 내부에 상기 미세 기공 슬러리가 침투하고,
상기 제1 거대 기공 지지체의 외부에 상기 미세 기공 슬러리 코팅물이 형성되는 기체 확산층의 제조 방법.The method of claim 1,
After the step of applying the microporous slurry to the first macropore support,
The microporous slurry permeates into the interior of the first macropore support,
Wherein the microporous slurry coating is formed on the outside of the first macropore support. 제2항에서,
상기 미세 기공 슬러리 코팅물은 상기 제2 거대 기공 지지체와 접촉하지 않는 기체 확산층의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the microporous slurry coating is not in contact with the second macropore support. 제1항에서,
상기 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계는,
상기 제1 거대 기공 지지체 위에, 레진, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 탄소섬유를 포함하는 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 기체 확산층의 제조 방법.The method of claim 1,
Wherein the step of fabricating the second macropore support comprises:
Applying a composition comprising resin, polytetrafluoroethylene and carbon fibers onto said first macropore support. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제4항에서,
상기 조성물을 도포하는 단계는 전기 방사를 포함하는 기체 확산층의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the step of applying the composition comprises electrospinning. 제4항에서,
상기 조성물을 도포하는 단계 이후에,
상기 제1 거대 기공 지지체를 소결하는 단계를 더 포함하는 기체 확산층의 제조 방법.5. The method of claim 4,
After the step of applying the composition,
Further comprising the step of sintering the first macropore support. 제1항에서,
상기 제2 거대 기공 지지체 내부에는 상기 미세 기공 슬러리가 포함되지 않는 기체 확산층의 제조 방법.The method of claim 1,
Wherein the microporous slurry is not contained in the second macroporesupport. 제1항에서,
상기 제1 거대 기공 지지체와 상기 제2 거대 기공 지지체는 서로 접촉하고, 내부에서 레진에 의해 서로 연결되어 있는 기체 확산층의 제조 방법.The method of claim 1,
Wherein the first macroporesupport and the second macroporesupport are in contact with each other and are connected to each other by a resin inside. 제1항에서,
상기 제1 거대 기공 지지체에 상기 미세 기공 슬러리를 도포하는 단계와 상기 제2 거대 기공 지지체를 제조하는 단계 사이에,
상기 미세 기공 슬러리가 도포된 상기 제1 거대 기공 지지체의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하는 기체 확산층의 제조 방법.The method of claim 1,
Between the step of applying the microporous slurry to the first macropore support and the step of producing the second macropore support,
Further comprising the step of measuring a thickness of the first macropore support on which the microporous slurry is applied.
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