KR20180011927A - Porous Layer Included Release Film for Membrane Electrode Assembly for Increasing Water Repellency of Fuel Cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA)의 제조시 전극 코팅을 위하여 사용되는 전극 코팅용 이형지(Release Film)에 있어서, 종래 기술의 전극 코팅용 이형지를 사용한 전사 공정에 의하여 형성된 막-전극 어셈블리의 전극 표면 발수성이 저하되는 문제와, 전극 표면의 저하된 표면 발수성으로 인하여 발생한 플루딩이 유발하는 연료전지의 스택 성능 저하를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a release paper comprising a porous film layer for enhancing the surface water repellency of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, and more particularly, to a release paper used for electrode coating in the production of a membrane-electrode assembly (MEA) In the release film for electrode coating, there is a problem that the water repellency of the electrode surface of the membrane-electrode assembly formed by the transfer process using the release paper for electrode coating of the prior art is lowered, The present invention relates to a technique for preventing degradation of the stack performance of a fuel cell caused by dipping.
일반적으로 연료전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스 등과 같은 탄화수소 계열의 연료물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다.Generally, a fuel cell is a power generation system that generates electrical energy by converting the chemical energy of hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based fuel material such as methanol, ethanol, and natural gas.
통상의 연료전지 시스템은 연료를 전기에너지로 변환하기 위한 연료전지 스택(stack), 연료 전지 스택에 연료를 공급하는 연료 공급장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제를 공급하는 공기 공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함하여 이루어진다. A typical fuel cell system includes a fuel cell stack for converting fuel into electrical energy, a fuel supply device for supplying fuel to the fuel cell stack, an air supply device for supplying an oxidant required for the electrochemical reaction to the fuel cell stack, And a heat and water management device for removing the reaction heat of the fuel cell stack from the system and controlling the operating temperature of the fuel cell stack.
여기에서, 상기 연료전지 스택은 연료전지의 핵심 구성요소로서, 막-전극 어셈블리(MEA: membrane electrode assembly)와 세퍼레이터(separator 또는 bipolar plate)로 이루어진 단위 셀이 수 내지 수십 개로 적층된 구조를 가진다. Here, the fuel cell stack is a core component of a fuel cell, and has a structure in which unit cells each consisting of a membrane electrode assembly (MEA) and a separator or a bipolar plate are stacked in several to several tens.
상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 멤브레인과, 이 멤브레인 양면에 연료와 산화제가 반응할 수 있도록 각각 도포된 애노드 촉매층 및 캐소드 촉매층으로 구성된다.The membrane-electrode assembly comprises a membrane capable of moving hydrogen ions (Proton), and an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer coated on both sides of the membrane, respectively, so that the fuel and the oxidant react.
상기 캐소드 전극층에서는 멤브레인을 통하여 공급된 수소 이온과, 별도 공급된 산화제와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여, 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.In the cathode electrode layer, the hydrogen ion supplied through the membrane and the oxidizing agent supplied separately are reacted to generate water. Due to the movement of the hydrogen ions occurring at this time, an electric current is generated by the flow of electrons through the external lead, and the heat is incidentally generated in the water production reaction.
이와 같은 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료와 산화제의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.With this configuration, in the fuel cell system, electricity is generated by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, and heat and water are discharged as reaction by-products.
도 1은 종래의 막-전극 어셈블리의 제조 공정을 나타낸다.Figure 1 shows a manufacturing process of a conventional membrane-electrode assembly.
도시된 바와 같이, 종래의 막-전극 어셈블리의 제조는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene), PI(Polyimide) 중 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상으로 이루어진 적층 필름 등과 같은 고분자 필름으로 이루어진 이형지에 도포되어 건조된 전극 형성용 조성물, 즉, 애노드(Anode) 또는 캐소드(Cathode)를 핫 프레스(hot press)등과 같은 공정을 통하여 전해질막(멤브레인, Membrane)에 전사함으로써 이루어진다.As shown, the preparation of conventional membrane-electrode assemblies can be accomplished using a variety of materials including, but not limited to, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polytetrafluoroethylene (PTFE) (E.g., an anode or a cathode) coated on a release paper made of a polymer film such as a laminated film composed of one or two or more of these materials, such as a hot press or the like To the electrolyte membrane (membrane).
그러나, 종래 기술의 이형지를 이용한 전사를 통하여 제조된 막-전극 어셈블리의 구성은 전극 표면의 발수성이 약하기 때문에 반응 부산물로서 생성된 물의 배출이 난해하며, 결과적으로 상기 전극 촉매 상의 물이 제거되지 못하여 발생하는 플루딩(flooding) 현상을 유발하는 문제가 있었다.However, since the structure of the membrane-electrode assembly manufactured through transfer using the release paper of the prior art is weak in the water repellency of the surface of the electrode, it is difficult to discharge the produced water as a by-product of the reaction. As a result, Which causes a flooding phenomenon.
상기 플루딩 현상은 연료전지 스택의 효율을 저하시키며, 따라서, 전체적인 연료전지의 성능을 저하시키는 문제를 가져오며, 또한, 연료전지의 내구성을 저하시키는 문제를 가지고 있었다.The fluting phenomenon deteriorates the efficiency of the fuel cell stack, thus deteriorating the performance of the entire fuel cell, and also has a problem of lowering the durability of the fuel cell.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서,The present invention has been made to solve the above problems,
연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA)의 제조시 전극 코팅을 위하여 사용되는 전극 코팅용 이형지(Release Film)에 있어서, 종래 기술의 전극 코팅용 이형지를 사용한 전사 공정에 의하여 형성된 막-전극 어셈블리의 전극 표면 발수성이 저하되는 문제와, 전극 표면의 저하된 표면 발수성으로 인하여 발생한 플루딩이 유발하는 연료전지의 스택 성능 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.In the release film for electrode coating used for electrode coating in the production of a membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell, the electrode of the membrane-electrode assembly formed by the transfer process using the release paper for electrode coating of the related art And the object of the present invention is to prevent deterioration of the stack performance of the fuel cell caused by flaming caused by reduced surface water repellency of the electrode surface.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
연료전지용 막-전극 어셈블리(MEA)의 전극 코팅에 사용되는 이형지에 있어서, 전극 코팅용 고분자 필름을 포함하여 이루어진 전극 코팅용 이형지 레이어; 및 다공성 소재의 필름을 포함하여 이루어지고, 그 일측 표면이 상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 접합되는 다공성 필름 레이어; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A releasing paper used for electrode coating of a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell, the releasing paper layer comprising a polymer film for electrode coating; And a porous film layer comprising a film of a porous material, one surface of which is bonded to the release coating layer for electrode coating; And a control unit.
또한, 상기 다공성 필름 레이어의 타측 표면상에 접합되는 전극 형성용 조성물 레이어; 를 더 포함하고, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 상기 다공성 필름 레이어 사이의 접합력은, 상기 다공성 필름 레이어와 전극 형성용 조성물 레이어 사이의 접합력 보다 낮은 것을 특징으로 한다.A composition layer for electrode formation bonded onto the other surface of the porous film layer; Wherein the bonding force between the release coating layer for electrode coating and the porous film layer is lower than the bonding force between the porous film layer and the composition layer for electrode formation.
또한, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 상기 다공성 필름 레이어는 열융착 공정 또는 가압 공정 중 어느 하나의 공정에 의하여 서로 접합되는 것을 특징으로 한다.The releasing paper layer for electrode coating and the porous film layer are bonded to each other by a heat sealing process or a pressurizing process.
또한, 상기 다공성 필름 레이어는, 열융착 공정 또는 3kgf/cm2이하의 가압 공정 중 어느 하나에 의하여 1um 이하의 두께로 제조되는 것을 특징으로 한다.The porous film layer may be formed to a thickness of 1um or less by any one of a thermal fusion process or a pressurizing process of 3 kgf / cm 2 or less.
또한, 상기 다공성 필름 레이어는, 1um 이하의 두께를 가지고, 40% 내지 80%의 다공성 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the porous film layer has a thickness of 1um or less and includes 40% to 80% of a porous material.
또한, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어는 PEN(Polyethylene naphthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PI(Polyimide) 중 최소한 하나 이상을 포함하는 필름, 또는, 적층 필름 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.The release coating layer for electrode coating is formed of any one of a film containing at least one of PEN (polyethylene naphthalate), PET (polyethylene terephthalate), PTFE (Polytetrafluoroethylene) and PI (polyimide) do.
또한, 상기 다공성 필름 레이어는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the porous film layer may include PTFE (Polytetrafluoroethylene).
상기와 같은 구성을 통하여 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지는 이하의 특징적인 장점을 제공한다.The release paper comprising the porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention has the following characteristic advantages.
1) 연료전지에 사용되는 막-전극 어셈블리(MEA)의 제조시 사용되는 전극 코팅용 이형지로부터 MEA로 전극을 전사함에 있어서, 상기 전극 코팅용 이형지를 다공성 필름 레이어를 포함하여 구성하고, 전사시 상기 다공성 필름 레이어가 상기 MEA 측으로 전극 레이어와 함께 전사되도록 함으로써, 1) In transferring an electrode from a releasing paper for electrode coating used in the production of a membrane electrode assembly (MEA) used in a fuel cell, the releasing paper for electrode coating comprises a porous film layer, And the porous film layer is transferred together with the electrode layer to the MEA side,
상기 다공성 필름 레이어가 연료전지 내의 MEA의 반응가스(수소, 공기)는 그대로 투과하여 MEA의 전기화학적 성능은 유지함과 동시에, 상기 MEA의 전극표면의 물리적 발수력만을 향상시켜 플루딩(flooding) 조건시 물배출을 더욱 원할하게 함으로써, 연료전지의 저온 성능(플루딩 극대화 조건)을 극대화 하는 장점을 제공한다.The porous film layer permeates the reaction gas (hydrogen, air) of the MEA in the fuel cell as it is and maintains the electrochemical performance of the MEA and improves only the physical water hydraulic force of the electrode surface of the MEA, By making the discharge of water even more convenient, it offers the advantage of maximizing the low-temperature performance of the fuel cell (the conditions of maximum flaming).
2) 따라서, 연료전지의 플루딩 방지를 통하여 상기 MEA의 물에 의한 수축팽창을 억제함으로써, 상기 MEA의 물리적 열화 내구성을 증대시키는 효과를 제공한다.2) Accordingly, it is possible to increase the physical deterioration durability of the MEA by suppressing expansion and contraction caused by water of the MEA through prevention of flaming of the fuel cell.
도 1은 종래의 막-전극 어셈블리의 제조 공정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지를 나타내는 단면도와, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 막-전극 어셈블리의 제조 공정을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 일 실시예의 막-전극 어셈블리의 성능평가 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 1 shows a manufacturing process of a conventional membrane-electrode assembly.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a release paper including a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention, and a porous film for increasing the water repellency of the membrane- Electrode assemblies to which the release paper containing the layer is applied.
FIG. 3 is a graph showing the performance evaluation results of the membrane-electrode assembly of one embodiment in which a release paper including a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention is applied.
이하, 본 발명의 기술적 구성을 구체적으로 기술하기에 앞서, 본 명세서 및 특허 청구범위의 전반에 걸쳐 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 또는 사전적인 의미로 한정되어 해석되는 것으로 이해해서는 안되며, 해당 용어나 단어는 '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙'에 입각하여 기술된 것이며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 기술 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 이해하기 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서 상에 단수 형태로 기재된 구성요소는 별도로 특정하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The word is described based on the principle that the inventor can properly define the concept of a term in order to explain his or her invention in the best way. The word is interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. . Therefore, the embodiments described in this specification and the technical structures shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications are possible. In addition, the terms used herein are used for the purpose of easy understanding of specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. It is to be understood that the elements described in the singular form in this specification include plural forms unless otherwise specified.
본 발명은 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연료전지의 막-전극 어셈블리(MEA)의 제조시 전극 코팅을 위하여 사용되는 전극 코팅용 이형지(Release Film)에 있어서, 종래 기술의 전극 코팅용 이형지를 사용한 전사 공정에 의하여 형성된 막-전극 어셈블리의 전극 표면 발수성이 저하되는 문제와, 전극 표면의 저하된 표면 발수성으로 인하여 발생한 플루딩이 유발하는 연료전지의 스택 성능 저하를 방지하기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a release paper comprising a porous film layer for enhancing the surface water repellency of a membrane-electrode assembly for a fuel cell, and more particularly, to a release paper used for electrode coating in the production of a membrane-electrode assembly (MEA) In the release film for electrode coating, there is a problem that the water repellency of the electrode surface of the membrane-electrode assembly formed by the transfer process using the release paper for electrode coating of the prior art is lowered, The present invention relates to a technique for preventing degradation of the stack performance of a fuel cell caused by dipping.
이를 위하여 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지는 전극 코팅용 고분자 필름을 포함하여 이루어진 전극 코팅용 이형지 레이어; 전극 형성용 조성물 레이어; 및 상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 상기 전극 형성용 조성물 레이어 사이에 배치되고, 다공성 소재의 필름을 포함하여 이루어진 다공성 필름 레이어를 포함하여 이루어지고,To this end, the release paper comprising a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention comprises a releasing paper layer for electrode coating comprising a polymer film for electrode coating; A composition layer for electrode formation; And a porous film layer disposed between the release coating layer for electrode coating and the composition layer for electrode formation and comprising a film of a porous material,
상기 다공성 필름 레이어가 MEA의 제조를 위한 전사시 상기 전극 형성용 조성물 레이어와 함께 전해질막 측으로 이동되어, 완성된 MEA의 전극 레이어의 표면상에 배치됨으로써, 상기 전극층 표면의 발수력을 증대시켜 플루딩을 방지하는 구성을 가진다.The porous film layer is moved to the electrolyte membrane side together with the composition layer for electrode formation at the time of transfer for producing the MEA and disposed on the surface of the electrode layer of the completed MEA to increase the hydraulic force on the surface of the electrode layer, .
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지를 나타내는 단면도와, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 막-전극 어셈블리의 제조 공정을 나타낸다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a release paper including a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention, and a porous film for increasing the water repellency of the membrane- Electrode assemblies to which the release paper containing the layer is applied.
도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지는 연료전지용 막-전극 어셈블리(MEA)의 전극 코팅에 사용되는 이형지에 있어서, 전극 코팅용 고분자 필름을 포함하여 이루어진 전극 코팅용 이형지 레이어(10)와, 전극 형성용 조성물 레이어(30)와, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)와 상기 전극 형성용 조성물 레이어(30) 사이에 배치되고, 다공성 소재의 필름을 포함하여 이루어진 다공성 필름 레이어(20)를 포함하여 이루어진다.As shown in the figure, the release paper comprising the porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane electrode assembly for a fuel cell of the present invention is a release paper used for electrode coating of a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell, A
상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 등과 같은 고분자 필름으로 이루어지고, 막-전극 어셈블리의 제조를 위한 전사 공정을 위하여 상기 전극 형성용 조성물 레이어(30)와 접합된 상태로 구성된다. 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)의 구성은 종래 기술의 전극 코팅용 이형지에 포함되는 어떠한 이형지의 구성에도 대응될 수 있다.The
상기 전극 형성용 조성물 레이어(30)는 막-전극 어셈블리의 전극을 형성하기 위한 조성물이 전사 공정을 위하여 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)의 전사면 상에 도포되어 건조된 상태로 존재하는 구성요소로서, 필요에 따라, 막-전극 어셈블리의 애노드(Anode) 또는 캐소드(Cathode)를 형성하기 위한 조성물을 포함하여 이루어진다.The
상기 다공성 필름 레이어(20)는 다공성 소재, 바람직하게는, 공지의 PTFE(polytetrafluoroethylene) 소재를 포함하여 필름 형태로 이루어지고, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)와 상기 전극 형성용 조성물 레이어(30) 사이에 삽입 배치되는 구성요소이다.The
상기 PTFE 소재는 불소수지로 테프론 또는 플루온 등의 상품명으로서 알려진 다공성 소재로서, 내약품성이 뛰어나며, 높은 온도(325℃에서도 안정)에서 특성이 변화하지 않고, 전기특성도 양호하며, 불연성으로 내후성도 좋고, 비점착성으로 마모계수도 작기 때문에 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 막-전극 어셈블리의 제조 공정상 실시되는 전사공정에서도 적합한 소재이다.The PTFE material is a fluororesin, known as a trade name of Teflon or Fluon, which is excellent in chemical resistance and does not change in characteristics at a high temperature (stable at 325 占 폚), has good electrical characteristics, Electrode assembly for a fuel cell of the present invention is suitable for a transfer process in which a membrane electrode assembly having a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane electrode assembly of the present invention is applied, .
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)와 상기 다공성 필름 레이어(20) 사이의 접합력은, 상기 다공성 필름 레이어(20)와 전극 형성용 조성물 레이어(30) 사이의 접합력 보다 낮은 접합력을 갖는다.The bonding strength between the electrode-coating releasing
따라서, 막-전극 어셈블리의 제조 공정시, 상기 전극 코팅용 이형지 레이어(10)로부터 상기 전극 형성용 조성물 레이어(30)가 핫 프레스(hot press)등과 같은 공정에 의하여 전해질막으로 전사되어 이동될 때, 상기 다공성 필름 레이어(20)가 상기 전극 형성용 조성물 레이어(30)와 함께 이동하여 막-전극 어셈블리의 전극 표면상에 위치될 수 있다.Therefore, when the electrode forming
따라서, 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 제조 공정에 의하여 형성된 막-전극 어셈블리는 상기 막-전극 어셈블리의 전극 표면상에 전사된 다공성 필름 레이어(20)가 커버되는 구성으로 인하여, 상기 다공성 필름 레이어(20)가 연료전지 내의 막-전극 어셈블리의 반응가스(수소, 공기)는 그대로 투과하여 상기 막-전극 어셈블리의 전기화학적 성능은 유지함과 동시에, 상기 막-전극 어셈블리의 전극표면의 물리적 발수력만을 향상시켜 플루딩(flooding) 조건시 물배출을 더욱 원할하게 함으로써, 연료전지의 저온 성능(플루딩 극대화 조건)을 극대화 하는 장점을 제공할 수 있다. 따라서, 연료전지의 플루딩 방지를 통하여 상기 막-전극 어셈블리의 물에 의한 수축팽창을 억제함으로써, 상기 막-전극 어셈블리의 물리적 열화 내구성을 증대시키는 효과를 더 제공할 수 있다.Accordingly, the membrane-electrode assembly formed by the manufacturing process employing the release paper including the porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention is characterized in that the membrane- Due to the structure in which the
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 다공성 필름 레이어(20)는 상기 전극 코팅용 이형지의 전사면(전사되는 방향 측 표면) 상에 열융착 접합 공정 또는 가압(예를 들어, 3kgf/cm2이하의 압력) 공정 중 어느 하나의 공정에 의하여 접합될 수 있다.In the preferred embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 다공성 필름 레이어(20)를 구성하는 조성물은 1um이하의 두께의 40~80%의 다공성 특성을 갖는 필름 형상의 PTFE 소재로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다공성 필름 레이어(20)의 구성은 이에 한정하는 것은 아니며, 막-전극 어셈블리의 표면 발수력 증대를 위한 다공성 특성을 갖는다는 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 필요에 따라 다른 두께 또는 다른 형상을 가지거나, 또는 다른 소재로서 대체될 수 있음을 당업자에게 자명하게 이해될 것이다.Also, in a preferred embodiment of the present invention, the composition constituting the
도 3은 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 일 실시예의 막-전극 어셈블리의 성능평가 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the performance evaluation results of the membrane-electrode assembly of one embodiment in which a release paper including a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention is applied.
도 3a는 일반적인 상황 하에서의 성능평가 결과를 나타내고, 도 3b는 저온 상황, 즉, 플루딩 조건이 발생할 수 있는 상황 하에서의 성능평가 결과를 나타내고 있다. 여기에서 가로축은 전류밀도를 나타내고, 세로축은 셀 전압을 나타낸다.FIG. 3A shows performance evaluation results under a general situation, and FIG. 3B shows performance evaluation results under a low temperature condition, that is, under a situation in which a flaming condition can occur. Here, the abscissa represents the current density and the ordinate represents the cell voltage.
도 3a에 도시된 바와 같이, 일반적인 상황 하에서 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 막-전극 어셈블리의 성능은 종래 기술의 막-전극 어셈블리와 거의 동일한 결과를 나타낸다.As shown in FIG. 3A, the performance of a membrane-electrode assembly employing a release paper comprising a porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention under the general circumstances, Exhibit almost the same result.
그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이, 저온 상황, 즉, 막-전극 어셈블리의 전극 표면 상에서 플루딩 조건이 발생할 수 있는 상황 하에서 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지가 적용된 막-전극 어셈블리의 성능은 종래 기술의 막-전극 어셈블리 보다 향상된 결과를 나타낸다.However, as shown in FIG. 3B, in a low-temperature situation, that is, in a situation where flaming conditions may occur on the electrode surface of the membrane-electrode assembly, the porous film layer for increasing the surface water repellency of the membrane- Electrode assembly exhibits improved results over prior art membrane-electrode assemblies.
이상으로 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 특정한 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Although the preferred embodiments of the release paper including the porous film layer for enhancing the surface water repellency of the membrane electrode assembly for a fuel cell of the present invention have been described in detail in the foregoing for the purpose of facilitating understanding of the present invention, And is not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10: 전극 코팅용 이형지 레이어
20: 다공성 필름 레이어
30: 전극 형성용 조성물 레이어10: release layer for electrode coating
20: porous film layer
30: composition layer for electrode formation
Claims (7)
전극 코팅용 고분자 필름을 포함하여 이루어진 전극 코팅용 이형지 레이어; 및
다공성 소재의 필름을 포함하여 이루어지고, 그 일측 표면이 상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 접합되는 다공성 필름 레이어;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
In a release paper used for electrode coating of a membrane electrode assembly (MEA) for a fuel cell,
A releasing paper layer for coating an electrode comprising a polymer film for electrode coating; And
A porous film layer comprising a film of a porous material and having one side surface bonded to the release coating layer for electrode coating;
Electrode assembly for a fuel cell, comprising a porous film layer for enhancing surface water repellency of the membrane-electrode assembly for a fuel cell.
상기 다공성 필름 레이어의 타측 표면상에 접합되는 전극 형성용 조성물 레이어; 를 더 포함하고,
상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 상기 다공성 필름 레이어 사이의 접합력은,
상기 다공성 필름 레이어와 전극 형성용 조성물 레이어 사이의 접합력 보다 낮은 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
The method according to claim 1,
A composition layer for electrode formation bonded onto the other surface of the porous film layer; Further comprising:
Wherein the bonding force between the release coating layer for electrode coating and the porous film layer is such that:
Wherein the porous film layer is lower than the bonding force between the porous film layer and the electrode forming composition layer.
상기 전극 코팅용 이형지 레이어와 상기 다공성 필름 레이어는 열융착 공정 또는 가압 공정 중 어느 하나의 공정에 의하여 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
The method according to claim 1,
Wherein the release coating layer for electrode coating and the porous film layer are bonded to each other by any one of a thermal fusion process or a pressurization process. Release paper.
상기 다공성 필름 레이어는,
열융착 공정 또는 3kgf/cm2이하의 가압 공정 중 어느 하나에 의하여 1um 이하의 두께로 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
The method according to claim 1,
Wherein the porous film layer comprises:
Wherein the membrane-electrode assembly for a fuel cell is manufactured to a thickness of 1 um or less by any one of a heat-sealing process or a pressure process of 3 kgf / cm 2 or less.
상기 다공성 필름 레이어는,
1um 이하의 두께를 가지고,
40% 내지 80%의 다공성 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
The method according to claim 1,
Wherein the porous film layer comprises:
Having a thickness of 1um or less,
And 40% to 80% of a porous material. The film-electrode assembly for a fuel cell includes a porous film layer for enhancing surface water repellency.
상기 전극 코팅용 이형지 레이어는 PEN(Polyethylene naphthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PI(Polyimide) 중 최소한 하나 이상을 포함하는 필름, 또는, 적층 필름 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.
The method according to claim 1,
Wherein the release coating layer for electrode coating is made of any one of a film containing at least one of PEN (polyethylene naphthalate), PET (polyethylene terephthalate), PTFE (Polytetrafluoroethylene) and PI (polyimide) A release paper comprising a porous film layer for increasing the surface water repellency of a battery membrane-electrode assembly.
상기 다공성 필름 레이어는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지.The method according to claim 1,
Wherein the porous film layer comprises PTFE (Polytetrafluoroethylene). The film-electrode assembly for a fuel cell includes a porous film layer for enhancing surface water repellency.
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|---|---|---|---|---|
| JP2003285396A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-07 | Mitsubishi Plastics Ind Ltd | Base material film for producing electrode film and/or electrolyte film and method for producing joined body of electrode film and electrolyte film |
| KR20130038346A (en) * | 2010-07-01 | 2013-04-17 | 니뽄 고아 가부시끼가이샤 | Method for laminating composite sheet using release film, laminate obtained by the method, and release film for use in the method |
| KR20150071889A (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-29 | 현대자동차주식회사 | Manufacture method of MEA for fuel cell |
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