KR20190018664A - Fuel cell membrane electrode assembly comprising graphene proton exchange membrane - Google Patents

Fuel cell membrane electrode assembly comprising graphene proton exchange membrane Download PDF

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KR20190018664A
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane. The fuel cell membrane electrode assembly comprising the graphene hydrogen ion exchange membrane of the present invention comprises: an anode electrode layer; a thin film layer including graphene formed on the anode electrode layer; an interface bonding layer formed on the thin film layer including the graphene; and a cathode electrode layer formed on the interface boding layer. According to the present invention, a high performance fuel cell having excellent thermal chemical stability and high efficiency can be manufactured.

Description

그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체{FUEL CELL MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING GRAPHENE PROTON EXCHANGE MEMBRANE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane,

본 발명은 그래핀(graphine) 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphine hydrogen ion exchange membrane.

연료전지는 친환경적이고 높은 효율을 가지는 에너지 변환 장치로서 향후 저탄소 기반 산업을 주도할 기술로 주목을 받고 있으며, 특히 휴대용 전자기기, 가정용 및 운송용 에너지 변환장치로서의 응용성이 크게 기대되고 있는 전지이다.The fuel cell is an environmentally friendly and highly efficient energy conversion device, and has been attracting attention as a technology that will lead the low-carbon-based industry in the future. In particular, the fuel cell is expected to be highly applicable as a portable electronic device, an energy conversion device for domestic use and transportation.

연료전지는 사용되는 전해질 및 사용되는 연료의 종류에 따라 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC), 인산 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC) 등으로 분류될 수 있다.The fuel cell can be classified into a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC) A carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and the like.

고분자 전해질형 연료전지 및 직접 메탄올 연료전지는 통상적으로 애노드 전극, 캐소드 전극 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 고분자 전해질막을 포함하는 막전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)로 구성된다. 수소 또는 연료가 공급되는 애노드 전극에서 연료의 산화 반응이 일어나고, 애노드 전극에서 생성된 수소 이온이 고분자 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 전도되며, 산소가 공급되는 캐소드 전극에서 산소의 환원 반응이 일어남으로써 두 전극 간의 전압차가 발생되어 전기가 생성되는 것이 연료 전지의 원리이다.The polymer electrolyte fuel cell and the direct methanol fuel cell are generally composed of a membrane electrode assembly (MEA) including an anode electrode, a cathode electrode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode. The oxidation reaction of the fuel occurs at the anode or the anode where the fuel is supplied, the hydrogen ions generated at the anode electrode are conducted to the cathode electrode through the polymer electrolyte membrane, and the reduction reaction of oxygen occurs at the cathode electrode to which oxygen is supplied, The generation of electricity is a principle of the fuel cell.

연료전지의 애노드 전극은 연료를 산화시켜 수소 이온을 생성하는 반응을 촉진시키기 위한 촉매를 포함하며, 캐소드 전극은 산소의 환원을 촉진시키기 위한 촉매를 포함한다. 그리고 연료전지 촉매는 주로 촉매 금속 입자와 이를 균일하게 분산하기 위한 전기전도성이 높은 담체로 이루어져 있음이 일반적이다.The anode electrode of the fuel cell includes a catalyst for promoting the reaction of oxidizing the fuel to generate hydrogen ions, and the cathode electrode includes a catalyst for promoting the reduction of oxygen. The fuel cell catalyst is generally composed of catalytic metal particles and a highly electrically conductive carrier for uniformly dispersing the catalyst metal particles.

연료전지의 막전극 접합체는 앞서 설명한 것과 같이 고분자 전해질 막을 포함하고 있으며, 고분자 전해질 막은 수소이온 교환막 등으로 불리우기도 한다. 대표적으로 상용화되는 수소이온 교환막으로는　나피온(Nafion) 막이 있다. 나피온 막의 경우 높은 수소이온 전도도, 우수한 화학안정성, 이온 선택성 등으로 인하여 널리 사용되고 있긴 하나, 높은 가격으로 산업용 이용도가 제한된다. 또한, 무엇보다도 연료전지의 구동 과정에서 메탄올이 고분자 막을 통과하는 메탄올 투과성(Methanol Crossover)이 높은 등의 문제 등을 내재하고 있었다. 그리고, 나피온 막을 사용할 경우 고온 안정성이 떨어지고, 구현가능한 연료전지의 성능에 한계가 있었기에, 이를 개선하기 위하여 나피온 막을 대체하기 위한 소재에 대한 연구가 다양하게 수행 중에 있었다.The membrane electrode assembly of the fuel cell includes a polymer electrolyte membrane as described above, and the polymer electrolyte membrane is also called a proton exchange membrane. Nafion membranes are typical examples of hydrogen ion exchange membranes that are commercially available. Nafion membranes are widely used because of their high hydrogen ion conductivity, excellent chemical stability, and ion selectivity, but their use for industrial use is limited at a high price. In addition, among other things, the methanol permeability (methanol crossover) through which the methanol passes through the polymer membrane during the driving process of the fuel cell is inherent. In addition, when the Nafion membrane is used, the stability of the high temperature is deteriorated and the performance of the fuel cell that can be implemented is limited. Therefore, in order to improve the performance of the fuel cell, various researches have been carried out to replace the Nafion membrane.

본 발명의 목적은 상술한 요구에 부응하기 위하여, 나피온 수소이온 교환막을 대체하기 위한 기술로서 그래핀이 가지는 높은 수소이온 전달성에 주목하고, 그래핀 박막의 분리 및 개질 방법을 개발하여, 그래핀을 수소이온 교환막으로 포함하는, 높은 효율을 가지는 개선된 연료전지 막전극 접합체(MEA) 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of separating and modifying a graphene thin film by graphene as a technique for replacing a Nafion proton exchange membrane in order to meet the above- (MEA) having a high efficiency and a method of manufacturing the same, which comprises the fuel cell membrane electrode assembly (MEA) as a hydrogen ion exchange membrane.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체는, 애노드 전극층; 상기 애노드 전극층 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막층; 상기 그래핀을 포함하는 박막층 상에 형성된 계면 접합층; 및 상기 계면 접합층 상에 형성된 캐소드 전극층;을 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은, H 및 F 중 하나 이상으로 기능기화 된 그래핀 박막을 포함하는 것이다.A fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention includes: an anode electrode layer; A thin film layer including graphene formed on the anode electrode layer; An interface bonding layer formed on the thin film layer including the graphene; And a cathode electrode layer formed on the interface bonding layer, wherein the thin film layer containing graphene comprises a graphene thin film functioning as at least one of H and F.

일 측면에 따르면, 상기 계면 접합층은, 나피온(Nafion, polytrifluorostyrene sulfonic acid) 을 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect, the interface bonding layer may include Nafion (polytrifluorostyrene sulfonic acid).

일 측면에 따르면, 상기 애노드 전극층, 상기 캐소드 전극층 또는 둘 다는, 백금, 루테늄, 백금 합금 및 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 백금 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 촉매를 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the anode electrode layer, the cathode electrode layer, or both may include any one selected from the group consisting of platinum catalysts of platinum, ruthenium, platinum alloy and core-shell structure have.

일 측면에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은 두께가 0.3 nm 내지 3.0 nm 인 것일 수 있다.According to one aspect, the thin film layer including the graphene may have a thickness of 0.3 nm to 3.0 nm.

일 측면에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은, 단일층(monolayer) 그래핀 또는 다층(multilayer) 그래핀을 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the thin film layer comprising graphene may comprise monolayer graphene or multilayer graphene.

일 측면에 따르면, 상기 계면 접합층의 두께는 2 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the thickness of the interface bonding layer may be between 2 μm and 50 μm.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법은, 기판 상에 애노드 전극 물질을 형성하는 단계; 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계; 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 계면 접합층을 코팅하는 단계; 상기 계면 접합층 상에 캐소드 전극 물질을 형성하는 단계; 및 상기 기판을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에, 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는, 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계; 및 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 XeF2 기체에 노출시키는 단계;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단계를 포함하는 것이다.A method of fabricating a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention includes: forming an anode electrode material on a substrate; Forming a thin film including graphene on the anode electrode material; Coating an interface bonding layer on the thin film including the graphene; Forming a cathode electrode material on the interface bonding layer; And preparing a thin film containing graphene before the step of forming a thin film containing the graphene on the anode electrode material, The step of preparing the thin film including the pin includes: exposing the thin film layer including the graphene to a hydrogen plasma; And the step of exposing the thin film layer including a pin Yes in XeF 2 gas; intended to include at least one step selected from the group consisting of.

일 측면에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에, 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는, 보조 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 박막을 CVD법으로 형성하는 단계; 및 상기 보조 기판 상에 형성된 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film including graphene, comprising: preparing a thin film containing graphene before forming a thin film containing the graphene on the anode electrode material; Forming a thin film including the graphene on the auxiliary substrate by a CVD method; And separating the thin film including the graphen formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate. . ≪ / RTI >

일 측면에 따르면, 상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계는, 상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막 위로 PMMA, 폴리비닐알코올(Polyvinly Alcohol) 및 폴리스티렌(Polystyrene)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 지지체를 적층하는 단계; 상기 보조 기판으로부터 상기 그래핀을 포함하는 박막 및 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 형성된 지지체를 분리하는 단계; 및 유기 용매를 이용하여 상기 그래핀을 포함하는 박막으로부터 상기 지지체를 제거하여 그래핀을 포함하는 박막을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the step of separating the thin film including the graphene formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate includes the steps of: forming a thin film including graphene on the auxiliary substrate by using PMMA, polyvinyl alcohol, Laminating a support comprising at least one member selected from the group consisting of polystyrene; Separating a thin film containing the graphene and a support formed on the thin film containing the graphene from the auxiliary substrate; And removing the support from the thin film containing the graphene using an organic solvent to obtain a thin film containing graphene.

본 발명의 일 측면에 따르면, 그래핀 박막을 연료전지의 막전극 접합체에 이용함으로써, 종래의 나피온 막을 포함하던 연료전지에서 나피온 막이 산소 확산 저항을 높이는 문제를 해결할 수 있다. 그로써 종래 나피온 막을 포함하던 연료전지의 성능을 뛰어넘고, 열화학적 안정성이 뛰어나고 효율이 높은 고성능 연료전지를 제조할 수 있다.According to one aspect of the present invention, by using the graphene thin film for a membrane electrode assembly of a fuel cell, it is possible to solve the problem that the Nafion membrane increases oxygen diffusion resistance in a fuel cell including a conventional Nafion membrane. As a result, it is possible to manufacture a high performance fuel cell that exceeds the performance of a conventional fuel cell including a Nafion membrane and has excellent thermal chemical stability and high efficiency.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르는 연료전지의 막전극 접합체는, 나피온 계면 접합층을 포함하지 않음으로써, 종래 나피온 고분자 층으로 인해 발생하던 높은 산소 확산 저항 문제를 해결하는 효과를 기대할 수 있다.In addition, since the membrane electrode assembly of the fuel cell according to another aspect of the present invention does not include the Nafion interface bonding layer, the effect of solving the problem of high oxygen diffusion resistance caused by the conventional Nafion polymer layer can be expected have.

그리고, 본 발명의 또 다른 일 측면에서 제공하는 연료전지의 막전극 접합체는, 금속 촉매 입자를 그래핀 박막 표면에 분산시켜 포함함으로써, 그래핀 박막이 연료전지의 수소이온 교환막 기능 및 전극 기능까지 수행할 수 있는 신개념 연료전지 막전극 접합체를 제공할 수 있다.In addition, the membrane electrode assembly of the fuel cell provided in another aspect of the present invention includes the metal catalyst particles dispersed on the surface of the graphene thin film so that the graphene thin film functions as the hydrogen ion exchange membrane and the electrode function of the fuel cell A new concept fuel cell membrane electrode assembly can be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 그림으로 도시한 공정도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 단일 층의 그래핀 박막을 포함하는 연료전지 의 막전극 접합체에 모델에서 전류 밀도에 따른 셀 전압을 측정한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는, 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 시험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 9a는 수소로 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 시험 결과이며, 도 9b는 불소로 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 시험 결과이다.1 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
3 is a process diagram illustrating each step of the method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane provided in another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane provided in another embodiment of the present invention.
6 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a cell voltage according to current density in a model on a membrane electrode assembly of a fuel cell including a single layer of a graphene thin film provided in an embodiment of the present invention.
9A and 9B are graphs showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) test results of functionalized graphene thin films. FIG. 9A is a graph showing the results of a test on a graphene thin film functioning with hydrogen And FIG. 9B shows a test result on a graphene thin film functionalized with fluorine.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.In the following, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It is to be understood that the embodiments described below are not intended to limit the embodiments, but include all modifications, equivalents, and alternatives to them.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used only to illustrate specific embodiments and are not intended to limit the embodiments. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the embodiments, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the embodiments may be unnecessarily blurred.

그래핀은 2차원적 강한 sp2 공유결합을 갖는 허니컴 구조를 보유하여, 높은 기계적 강도와 열전도도로 인해 주목을 받고 있는 소재로서, 최근 그래핀의 다양한 적용처 개발을 위한 연구가 수행되고 있었다.Graphene has a honeycomb structure having a strong two-dimensional sp 2 covalent bond and has been attracting attention due to its high mechanical strength and thermal conductivity. Recently, researches have been conducted to develop various applications of graphene.

본 발명에서는 그래핀의 적용처에 관한 연구 결과에 기반해서 그래핀 박막이 수소이온 전달 특성이 우수한 점을 확인하고, 연료전지의 막전극 접합체의 수소이온 교환막 소재로 그래핀 소재를 포함하는 박막을 이용한, 신개념 연료전지 막전극 접합체를 제공한다.In the present invention, it is confirmed that the graphene thin film has an excellent hydrogen ion transfer characteristic based on the result of the study on the application of graphene, and the thin film including the graphene material as the hydrogen ion exchange membrane material of the membrane electrode assembly of the fuel cell , A novel concept of a fuel cell membrane electrode assembly.

본 발명은, 단일 층으로 그래핀 박막층을 형성하거나 단일 층이 복수 겹 적층된 그래핀 박막층을 연료전지 막전극 접합체의 수소이온 교환막으로 이용하여 고성능 연료전지를 구현하기 위한 것이다.The present invention is to realize a high performance fuel cell by forming a graphene thin film layer as a single layer or using a graphene thin film layer in which a plurality of single layers are stacked as a hydrogen ion exchange membrane of a fuel cell membrane electrode assembly.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체(100)는 애노드 전극층(110); 상기 애노드 전극층 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막층(120); 상기 그래핀을 포함하는 박막층 상에 형성된 계면 접합층(130); 및 상기 계면 접합층 상에 형성된 캐소드 전극층(140);을 포함한다.A fuel cell membrane electrode assembly (100) comprising a graphene proton exchange membrane provided in an embodiment of the present invention includes an anode electrode layer (110); A thin film layer 120 including graphene formed on the anode electrode layer; An interface bonding layer 130 formed on the thin film layer including the graphene; And a cathode electrode layer 140 formed on the interfacial bonding layer.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 연료전지 막전극 접합체는, 연료전지의 막전극 접합체 내부에 그래핀을 포함하는 박막층 및 계면 접합층을 적층시켜 사용하는 특징을 갖는다. 본 발명의 일 측면에서 제공하는 그래핀을 포함하는 박막층은, 애노드 전극층과 계면 접합층 사이에 형성되어 연료전지의 성능을 향상시키는 역할을 한다.The fuel cell membrane electrode assembly provided in one aspect of the present invention is characterized in that a thin film layer containing graphene and an interface bonding layer are laminated and used inside the membrane electrode assembly of the fuel cell. The thin film layer including graphene provided in one aspect of the present invention is formed between the anode electrode layer and the interface junction layer to improve the performance of the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 계면 접합층은, 나피온(Nafion, polytrifluorostyrene sulfonic acid을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the interface bonding layer may include Nafion (polytrifluorostyrene sulfonic acid).

즉, 본 발명의 일 실시예에 포함되는 계면 접합층은 종래 고분자 전해질막으로 사용되는 나피온 소재를 포함할 수 있고, 다른 실시예로서 백금과 탄소 지지체 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예로서 계면 접합층은 나피온 층에 백금 촉매, 탄소 담지 백금 촉매 또는 탄소 지지체 및 백금 촉매 등을 포함하는 것일 수 있다.That is, the interface bonding layer included in one embodiment of the present invention may include a Nafion material used as a conventional polymer electrolyte membrane, and may include at least one of platinum and a carbon support as another embodiment. In another embodiment, the interface bonding layer may include a platinum catalyst, a carbon-supported platinum catalyst or a carbon support and a platinum catalyst in the Nafion layer.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 연료전지 막전극 접합체는, 연료전지의 막전극 접합체 내부에 그래핀을 포함하는 박막층 및 계면 접합층을 적층시켜 사용하는 특징을 갖는다. 본 발명의 일 측면에서 제공하는 그래핀을 포함하는 박막층은, 애노드 전극층과 계면 접합층 사이에 형성되어 연료전지의 성능을 향상시키는 역할을 한다.The fuel cell membrane electrode assembly provided in one aspect of the present invention is characterized in that a thin film layer containing graphene and an interface bonding layer are laminated and used inside the membrane electrode assembly of the fuel cell. The thin film layer including graphene provided in one aspect of the present invention is formed between the anode electrode layer and the interface junction layer to improve the performance of the fuel cell.

본 발명의 일 예에서, 상기 나피온은 유사한 특징을 갖는 다른 고분자 소재로 대체될 수도 있다. 상기 나피온은 이온전도도, 화학적 안정성, 이온 선택성등이 우수한 장점이 있지만, 연료전지의 구동 과정에서 높은 메탄올 투과성으로 인해 일부 구동 환경에서 문제가 되어 왔다. 본 발명의 일 측면에서는 그래핀을 포함하는 박막층을 포함하여 막전극 접합체를 형성함으로써 상기 나피온을 포함하는 계면 접합층이 갖는 메탄올 투과성 문제를 완화 또는 해소할 수 있다.In one example of the present invention, the Nafion may be replaced by another polymer material having similar characteristics. Although Nafion has excellent ion conductivity, chemical stability and ion selectivity, it has been a problem in some driving environments due to its high methanol permeability during the operation of a fuel cell. In one aspect of the present invention, the membrane electrode assembly including the thin film layer including graphene is formed, thereby alleviating or solving the methanol permeability problem of the interface bonding layer including Nafion.

상기 애노드 전극층, 상기 캐소드 전극층 또는 둘 다는, 백금, 루테늄, 백금 합금 및 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 백금 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 촉매를 포함하는 것일 수 있다.The anode electrode layer, the cathode electrode layer, or both may include any one selected from the group consisting of platinum, ruthenium, a platinum alloy, and a core-shell platinum catalyst.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은 두께가 0.3 nm 내지 3.0 nm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thin film layer including the graphene may have a thickness of 0.3 nm to 3.0 nm.

본 발명의 일 측면에서 그래핀을 포함하는 박막층은 한개의 그래핀 단원자 단일 층으로 형성될 수 있으며, 이 때 상기 그래핀을 포함하는 박막층의 두께는 0.3 nm 로 형성될 수 있다. 한편, 그래핀을 포함하는 박막층이 복수 층(Multi-Layer)으로 형성될 수 도 있는데, 이 때 박막층이 3.0 nm 를 초과할 경우 연료전지의 구동 과정에서 수소이온 전달 능력이 현저히 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 바람직하게는 그래핀을 포함하는 박막층이 0.3 nm 내지 1.7 nm 두께로 형성될 때, 연료전지의 막전극 접합체로서 더 우수한 성능을 발휘할 수 있다.In one aspect of the present invention, the thin film layer including graphene may be formed of a single graphene mono single layer, and the thickness of the thin film layer including the graphene may be 0.3 nm. On the other hand, a thin film layer containing graphene may be formed in a plurality of layers (multi-layer). If the thin film layer exceeds 3.0 nm, the hydrogen ion transfer capability may be significantly reduced during the driving of the fuel cell have. Preferably, when the thin film layer containing graphene is formed to a thickness of 0.3 nm to 1.7 nm, the membrane electrode assembly of the fuel cell can exert more excellent performance.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은, 단일층(monolayer) 그래핀 또는 다층(multilayer) 그래핀을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thin film layer including the graphene may include monolayer graphene or multilayer graphene.

본 발명의 일 측면에서는 그래핀을 포함하는 박막층을 그래핀 단일층으로 형성할 수도 있다. 그래핀 단일층을 형성하는 것은 특별한 온도 및 압력 조건 및 적절하게 선택된 기판 소재 하에서 가능한 것으로서, 본 발명에서는 그래핀 단일층을 형성하는 방법을 특별히 한정하지는 않는다.In one aspect of the present invention, the thin film layer containing graphene may be formed of a single graphene layer. Formation of a graphene monolayer is possible under special temperature and pressure conditions and suitably selected substrate materials, and the method of forming the graphene monolayer is not particularly limited in the present invention.

본 발명의 다른 일 측면에서는 연료전지의 적용 환경을 고려하여, 그래핀 단일층을 포함하는 박막층을 단원자 층이 복수 겹 적층되어 형성된, 다층 그래핀 박막으로 형성할 수도 있다. 그래핀을 포함하는 박막층을 다층 그래핀으로 형성할 경우, 우수한 기계적 물성을 갖는 연료전지 막전극 접합체를 구현할 수 있다.In another aspect of the present invention, in consideration of the application environment of the fuel cell, a thin film layer including a single graphene layer may be formed of a multi-layered graphene thin film formed by stacking a plurality of monoatomic layers. When a thin film layer containing graphene is formed of multi-layer graphene, a fuel cell membrane electrode assembly having excellent mechanical properties can be realized.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 계면 접합층의 두께는 2 μm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the interface bonding layer may be in the range of 2 μm to 50 μm.

상기 계면 접합층의 두께가 2 μm 미만일 경우 물리적 강성이 약해지는 단점이 생길 수 있고, 두께가 50 μm 초과일 경우 수소 이온 전달 저항이 커져서 연료전지의 성능이 떨어지는 문제가 생길 수 있다. 바람직하게는 상기 계면 접합층의 두께는 5 μm 내지 20 μm 인 것일 수 있다.If the thickness of the interface bonding layer is less than 2 탆, physical stiffness may be weakened. If the thickness exceeds 50 탆, hydrogen ion transfer resistance may increase and the performance of the fuel cell may deteriorate. The thickness of the interfacial bonding layer may be in the range of 5 탆 to 20 탆.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은, H, O 및 F 중 하나 이상으로 기능기화 된 그래핀 박막을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thin film layer including the graphene may include a thin film of graphene functionalized with at least one of H, O, and F.

본 발명의 일 측면에서, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은 수소 결합을 형성하는 원자인 H, O, F 원자 중 하나 이상의 성분을 포함하도록 기능기화 처리 된 그래핀 박막층일 수 있다. 상기 기능기화 처리 된 그래핀을 포함하는 박막층은 C-H, C-O, C-F 및 C-F2 결합을 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the thin film layer containing graphene may be a graphene thin film layer functionalized to contain at least one of H, O, and F atoms which are atoms forming hydrogen bonds. The thin film layer comprising the functionalized graphene may comprise C-H, C-O, C-F and C-F2 bonds.

본 발명의 일 측면에서는 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 지지 기판에 형성시킨 상태에서 산소 플라즈마 및 수소 플라즈마를 이용하여 산소 기능기화 및 수소 기능기화 처리 공정을 수행할 수 있다. 또한, 기판에 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 XeF2 기체에 노출시킴으로써 불소로 기능기화 처리된 그래핀을 포함하는 박막을 형성할 수 있다.In one aspect of the present invention, the oxygen functionalization and the hydrogen functionalization process may be performed using oxygen plasma and hydrogen plasma while a thin film including the formed graphene is formed on the supporting substrate. Further, formed on the substrate So it is possible to form a thin film containing a vaporization function of fluorine by exposing the thin film to the XeF 2 gas processed graphene comprising a pin.

본 발명의 다른 일 측면에서는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 그림으로 도시한 공정도이다.3 is a process diagram illustrating each step of the method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 접합체의 제조방법의 각 단계를 설명한다.Hereinafter, each step of the method for manufacturing the fuel cell junction including the graphene proton exchange membrane according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

본 발명의 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법은, 기판 상에 애노드 전극 물질을 형성하는 단계(S110); 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계(S120); 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 계면 접합층을 코팅하는 단계(S130); 상기 계면 접합층 상에 캐소드 전극 물질을 형성하는 단계(S140); 및 상기 기판을 제거하는 단계(S150);를 포함한다.A method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to the present invention includes: forming an anode electrode material on a substrate (S110); Forming a thin film including graphene on the anode electrode material (S120); (S130) coating an interface bonding layer on the thin film including the graphene; Forming a cathode electrode material on the interface bonding layer (S140); And removing the substrate (S150).

본 발명의 일 측면에서 제공하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법은 기판(210) 상에 애노드 전극(110) 물질을 형성하고 그 위로 그래핀을 포함하는 박막(120)을 전사하여 형성하는 단계(도 3(a))를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 기판은 SiO2, Si 및 사파이어로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 소재로 형성될 수 있다. 상기 기판의 소재는 애노드 전극 물질을 상부에 형성하고, 이 후의 단계에서 분리하기에 적합한 소재로 형성되는 것이 좋다. 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 막전극 접합체 제조방법에서, 상기 기판은 연료전지 막전극 접합체를 적층 형성하기 위한 틀과 같은 기능을 수행하며, 연료전지 막전극 접합체의 적층 구조를 모두 형성한 후에 연료전지 막전극 접합체로부터 분리될 수 있다.A method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes forming an anode electrode 110 on a substrate 210 and transferring the thin film 120 containing graphene thereon 3 (a)). At this time, the substrate may be formed of a material including at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Si, and sapphire. It is preferable that the material of the substrate is formed of a material suitable for forming the anode electrode material on the upper portion and separating in the subsequent step. In the method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an aspect of the present invention, the substrate functions as a frame for forming a fuel cell membrane electrode assembly, and after forming a stacked structure of the fuel cell membrane electrode assembly And can be separated from the fuel cell membrane electrode assembly.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 그래핀을 포함하는 박막 상에 계면 접합층(130)을 코팅하는 단계(도 3(b))를 포함할 수 있고, 계면 접합층 상에 캐소드 전극 물질(140)을 형성하는 단계(도 3(c))를 포함할 수 있다. 이로써 연료전지 접합체의 적층 구조가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 이 후에 산 수용액 환경에서 적층 구조를 형성한 연료전지 접합체(100)로부터 상기 기판(210)을 제거하는 단계(도 3(d))가 수행될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the step of coating the interface bonding layer 130 on the thin film including the graphene (FIG. 3 (b)) may include the step of forming the cathode electrode material 140 (Fig. 3 (c)). Whereby a laminated structure of the fuel cell junction body can be formed. According to an aspect of the present invention, thereafter, the step of removing the substrate 210 (FIG. 3 (d)) from the fuel cell assembly 100 in which a laminated structure is formed in an aqueous acid solution environment may be performed.

본 발명의 일 측면에 따르면 이 후에 핫 플레이트(150) 상에서 건조하는 단계, 가장자리를 밀봉(Edge Sealing)하는 단계 또는 둘 다(도 3(e))가 수행될 수 있고, 최종적으로 본 발명에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체를 확보(도 3(f))할 수 있다.According to one aspect of the present invention, thereafter drying on a hot plate 150, edge sealing or both (Fig. 3 (e)) may be performed, (FIG. 3 (f)). The fuel cell membrane electrode assembly according to the present invention is a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에, 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는, 보조 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 박막을 CVD법으로 형성하는 단계; 및 상기 보조 기판 상에 형성된 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a thin film containing graphene before forming a thin film containing the graphene on the anode electrode material; The step of preparing a thin film comprising: forming a thin film containing the graphene on an auxiliary substrate by CVD; And separating the thin film including the graphen formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate.

이 때, 상기 CVD법은 일 예로서, 저압 화학 기상 증착법을 이용할 수 있다.At this time, as the CVD method, for example, low-pressure chemical vapor deposition may be used.

일 예로서, 상기 보조 기판은 백금을 포함하고, 상기 CVD법은 800 ℃ 내지 1100 ℃ 온도 및 0.1 Torr 내지 0.15 Torr 압력 하에서 수행되는 것일 수 있다. 백금 기판은 비싸고 화학적으로 불활성 소재이므로 재활용하는 것이 매우 중요한데, 본 발명에서 제공하는 방법들을 이용하면 구리 또는 백금 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 성공적으로 임의의 기판으로 전달할 수 있어 값비싼 백금 기판을 재활용 할 수 있다. 상기 보조 기판을 구리 또는 백금으로 하는 것은 본 발명의 제조방법에 있어서 중요한 특징 중 하나이며, 예를 들어 니켈 포일이나 사파이어 기판으로 형성할 경우, 본 발명에서 의도하는 균질한 그래핀을 포함하는 박막을 형성하기 어려운 문제점이 있을 수 있다.In one example, the auxiliary substrate includes platinum, and the CVD method may be performed at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C and a pressure of 0.1 Torr to 0.15 Torr. Since the platinum substrate is expensive and chemically inert, it is very important to recycle it. Using the methods provided in the present invention, a thin film containing graphene formed on a copper or platinum substrate can be successfully transferred to an arbitrary substrate, The substrate can be recycled. The auxiliary substrate made of copper or platinum is one of the important features of the manufacturing method of the present invention. For example, when the auxiliary substrate is formed of a nickel foil or a sapphire substrate, a thin film containing homogeneous graphene, There is a problem that it is difficult to form.

한편 CVD 법을 수행하는 온도 및 압력 조건은 본 발명의 제조방법에 있어서 또 다른 중요한 특징 중 하나이며, 온도 및 압력이 상기 범위를 벗어날 경우 단원자 단일 층 또는 다 층의 균질한 그래핀을 포함하는 박막을 얻을 수 없거나, 전체적으로 균일한 형태의 그래핀 박막이 형성되지 않는 문제가 생길 수 있다.On the other hand, the temperature and pressure conditions for carrying out the CVD process are another important feature of the manufacturing method of the present invention. When the temperature and the pressure are out of the above range, the single- or multi-layer homogeneous graphene A thin film can not be obtained or a problem that a uniformly shaped graphene thin film is not formed as a whole may occur.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계는, 상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막 위로 PMMA, 폴리비닐알코올(Polyvinly Alcohol) 및 폴리스티렌(Polystyrene)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 지지체를 적층하는 단계; 상기 보조 기판으로부터 상기 그래핀을 포함하는 박막 및 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 형성된 지지체를 분리하는 단계; 및 유기 용매를 이용하여 상기 그래핀을 포함하는 박막으로부터 상기 지지체를 제거하여 그래핀을 포함하는 박막을 수득하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of separating the thin film including the graphene formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate includes a step of forming a thin film including graphene formed on the auxiliary substrate, such as PMMA, polyvinyl alcohol Polyvinyl alcohol, polystyrene, polyvinyl alcohol, polystyrene, and the like; Separating a thin film containing the graphene and a support formed on the thin film containing the graphene from the auxiliary substrate; And removing the support from the thin film containing the graphene using an organic solvent to obtain a thin film containing graphene.

이 때, 본 발명의 일 예로서, 상기 그래핀을 포함하는 박막 및 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 형성된 지지체를 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계에서, 전기화학적 버블링계 전사 방식 및 습식 전사 방식을 이용할 수 있다.At this time, as an example of the present invention, in separating the thin film containing the graphene and the support formed on the thin film containing the graphene from the auxiliary substrate, an electrochemical bubbling transfer method and a wet transfer method Can be used.

본 발명에서는 이러한 방법을 이용하여 결함 없이 균질한 품질의 그래핀을 포함하는 박막을 수득할 수 있다.In the present invention, a thin film containing graphene of uniform quality without defects can be obtained by using such a method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에, 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는, 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 산소 플라즈마에 노출시키는 단계; 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계; 및 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 XeF2 기체에 노출시키는 단계;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a thin film containing graphene before forming a thin film containing the graphene on the anode electrode material; Wherein the step of preparing the thin film comprises: exposing the thin film layer containing the graphene to an oxygen plasma; Exposing the thin film layer comprising the graphene to a hydrogen plasma; Yes and the step of exposing the thin film layer including a pin on the XeF 2 gas; may be one comprising at least one step selected from the group consisting of.

본 발명의 일 예에 따르면, 상술한 것과 같이 먼저 그래핀 박막을 수소, 산소 및 불소로 기능기화 처리하고, 기능기화 된 그래핀 박막을 이용하여 연료전지 막전극 접합체를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as described above, the fuel cell membrane electrode assembly can be manufactured by first functionalizing the graphene thin film with hydrogen, oxygen, and fluorine, and using the functionalized graphene thin film.

본 발명의 다른 일 측면에서는, 상술했던 계면 접합층을 포함하지 않고 그래핀을 포함하는 박막층을 내부에 포함하는 연료전지 막전극 접합체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell membrane electrode assembly including therein a thin film layer containing graphene without the above-described interface bonding layer.

도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane provided in another embodiment of the present invention.

본 발명의 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체(100')는, 애노드 전극층(110); 상기 애노드 전극층 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막층(120); 및 상기 그래핀을 포함하는 박막층 상에 형성된 캐소드 전극층(140);을 포함하고, 계면 접합층-프리(Interfacial Binding Layer-free)인 것일 수 있다.The fuel cell membrane electrode assembly 100 'including the graphene proton exchange membrane of the present invention includes an anode electrode layer 110; A thin film layer 120 including graphene formed on the anode electrode layer; And a cathode electrode layer 140 formed on the thin film layer including the graphene, and may be interfacial bonding layer-free.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 연료전지 막전극 접합체는, 연료전지의 막전극 접합체 내부에 그래핀을 포함하는 박막층을 제공한다. 본 발명의 일 측면에서 제공하는 그래핀을 포함하는 박막은 그 자체로 연료전지 막전극 접합체의 고분자 전해질 막 또는 수소이온 교환막의 기능을 수행할 수 있다. 이는 그래핀을 포함하는 박막의 높은 수소이온 전달 특성 때문이다.A fuel cell membrane electrode assembly provided in one aspect of the present invention provides a thin film layer containing graphenes inside a membrane electrode assembly of a fuel cell. The thin film containing graphene provided by one aspect of the present invention can perform the function of the polymer electrolyte membrane or the proton exchange membrane of the fuel cell membrane electrode assembly itself. This is due to the high hydrogen ion transport properties of the thin film containing graphene.

본 발명의 일 측면에 따르면, 막전극 접합체의 구성 중 별도의 층 구조를 형성하는 유기 고분자를 포함하는 계면 접합층을 구비하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일 측면에서 제공하는 막전극 접합체는, 계면 접합층을 포함하지 않음으로써 화학적 내구성이 향상되고, 메탄올 투과도에 대한 문제가 해소되며, 산소 확산 저항이 상승하여 성능이 향상된 연료전지를 구현할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a membrane electrode assembly that does not have an interface bonding layer including an organic polymer forming a separate layer structure. The membrane electrode assembly provided in one aspect of the present invention can improve the chemical durability, eliminate the problem of methanol permeability, improve the oxygen diffusion resistance, and realize the fuel cell with improved performance by not including the interface bonding layer have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 애노드 전극층, 상기 캐소드 전극층 또는 둘 다는, 나피온(Nafion, Polytrifluorostyrene sulfonic acid) 또는 PMMA 중 하나 이상의 고분자 이오노머(144) 및 분산된 금속 촉매 입자(142)를 포함하고, 상기 금속 촉매 입자는 상기 고분자 이오노머의 가지에 부착 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the anode electrode layer, the cathode electrode layer, or both include at least one of polymer ionomer 144 and dispersed metal catalyst particles 142 of Nafion (Polytrifluorostyrene sulfonic acid) or PMMA And the metal catalyst particles may be attached to the branches of the polymer ionomer.

이 때, 전극층에 형성된 고분자 이오노머는, 전극 층에서 Pt/C와 같은 입자 고형물을 결합시켜주는 역할 및 전극층 내로 수소이온이 전달될 수 있는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 고분자 이오노머 상에 분산 형성된 금속 촉매 입자는 전극 층에서 수소 이온을 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 고분자 이오노머 및 분산된 금속 촉매 입자는 막전극 접합체의 전극의 베이스 소재에 혼합되어 전극을 형성할 수 있다.At this time, the polymer ionomer formed on the electrode layer can play a role of binding solid particles such as Pt / C in the electrode layer and capable of transferring hydrogen ions into the electrode layer. In addition, the metal catalyst particles dispersed on the polymer ionomer can transfer hydrogen ions from the electrode layer. The polymeric ionomer and the dispersed metal catalyst particles may be mixed with the base material of the electrode of the membrane electrode assembly to form an electrode.

본 발명의 일 측면에 따르면, 막전극 접합체의 전극의 베이스 소재(146)에 나피온 고분자 또는 PMMA 중 하나 이상의 고분자 이오노머 및 분산된 금속 촉매 입자를 포함함으로써, 계면 접합층이 없어서 발생할 수 있는 문제를 완화할 수 있다. 이 때, 금속 촉매 입자는 고분자 이오노머의 가지에 부착 형성되는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, a problem that may occur due to the absence of an interface bonding layer by including at least one polymer ionomer and a metal catalyst particle dispersed in the Nafion polymer or PMMA in the base material 146 of the electrode of the membrane electrode assembly Can be mitigated. At this time, the metal catalyst particles may be attached to the branches of the polymer ionomer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 촉매 입자는 탄소에 담지된 것이고, 상기 금속 촉매 입자는, 백금, 루테늄, 백금 합금 및 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 백금 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal catalyst particles are supported on carbon, and the metal catalyst particles are selected from the group consisting of platinum, ruthenium, platinum alloy and core-shell platinum catalyst Or the like.

이 때 상기 금속 촉매 입자는 단순히 금속 미세 입자로 포함되는 것보다 탄소에 담지되어 고분자 이오노머 상에 분산 형성됨으로써, 금속이 자유롭게 이동하는 것을 방지하여 전자가 촉매에 고루 전달될 수 있도록 매개체 역할을 효과적으로 수행하게 되는 효과가 있다.At this time, the metal catalyst particles are supported on the carbon rather than merely as metal fine particles, and are dispersed on the polymer ionomer, thereby preventing the metal from freely moving and effectively acting as an intermediary for electrons to be uniformly transferred to the catalyst There is an effect to be done.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막층은, H, O 및 F 중 하나 이상으로 기능기화 된 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thin film layer containing graphene may be functionalized with at least one of H, O and F.

상기 기능기화 처리 된 그래핀을 포함하는 박막층은 C-H, C-O, C-F 및 C-F2 결합 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이렇게 기능기화 처리 된 그래핀을 포함하는 박막은 수소 이온이 지나가기 위한 에너지 배리어를 낮춰주어 수소 이온 전달 능력을 향상시키는 효과가 생길 수 있다.The thin film layer containing the functionalized graphene may contain one or more of CH, CO, CF and CF 2 bonds. The thin film containing the functionalized graphene may have an effect of improving the hydrogen ion transporting ability by lowering the energy barrier for passage of hydrogen ions.

본 발명의 다른 일 측면에서는 상술했던 계면 접합층을 포함하지 않고 그래핀을 포함하는 박막층을 내부에 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a thin film layer including graphene without the interfacial bonding layer as described above.

도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.5 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane provided in another embodiment of the present invention.

본 발명의 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법은, 기판 상에 애노드 전극 물질을 형성하는 단계(S210); 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계(S220); 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 캐소드 전극 물질을 형성하는 단계(S230); 및 상기 기판을 제거하는 단계(S240);를 포함한다.A method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to the present invention includes: forming an anode electrode material on a substrate (S210); Forming a thin film including graphene on the anode electrode material (S220); Forming a cathode electrode material on the thin film including the graphene S230; And removing the substrate (S240).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 애노드 전극 물질을 형성하는 단계, 상기 캐소드 전극 물질을 형성하는 단계 또는 이 둘은, 나피온 이오노머에 금속 촉매 입자를 결합시키는 단계; 및 상기 애노드 전극 물질 또는 상기 캐소드 전극 물질에, 상기 나피온 이오노머 및 상기 나피온 이오노머에 결합된 상기 금속 촉매 입자를 혼합하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the anode electrode material, the step of forming the cathode electrode material, or both may include: bonding the metal catalyst particles to the Nafion ionomer; And mixing the Nafion ionomer and the metal catalyst particles bound to the Nafion ionomer to the anode electrode material or the cathode electrode material.

본 발명의 일 예에서 상기 고분자 이오노머는 나피온 이오노머인 것일 수 있다. 본 발명의 일 예에서 상기 금속 촉매 입자는 탄소 담지 백금 촉매 입자인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polymer ionomer may be a Nafion ionomer. In one embodiment of the present invention, the metal catalyst particles may be carbon-supported platinum catalyst particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에, 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는, 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 산소 플라즈마에 노출시키는 단계; 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계; 및 상기 그래핀을 포함하는 박막층을 XeF2 기체에 노출시키는 단계;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a thin film containing graphene before forming a thin film containing the graphene on the anode electrode material; Wherein the step of preparing the thin film comprises: exposing the thin film layer containing the graphene to an oxygen plasma; Exposing the thin film layer comprising the graphene to a hydrogen plasma; Yes and the step of exposing the thin film layer including a pin on the XeF 2 gas; may be one comprising at least one step selected from the group consisting of.

이로써 수소, 산소 및 불소로 기능기화 된 그래핀을 포함하는 박막을 이용하여 연료전지 막전극 접합체를 형성할 수 있다.Thus, the fuel cell membrane electrode assembly can be formed using a thin film containing graphene functionalized with hydrogen, oxygen, and fluorine.

본 발명의 다른 일 측면에서는, 상술했던 계면 접합층을 포함하지 않고 그래핀을 포함하는 박막층을 내부에 포함하는 연료전지 막전극 접합체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell membrane electrode assembly including therein a thin film layer containing graphene without the above-described interface bonding layer.

도 6은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 구조를 나타낸 개략도이다.6 is a schematic view showing the structure of a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체(100'')는, 그래핀을 포함하는 박막; 및 상기 그래핀을 포함하는 박막 표면에 분산 형성된 금속 촉매 입자;를 포함하는 연료전지 막전극 접합체이고, 상기 분산 형성된 금속 촉매 입자를 포함하는 그래핀을 포함하는 박막은, 연료전지의 캐소드 전극, 애노드 전극 및 수소이온 교환막의 기능을 모두 수행하는 것이며, 상기 연료전지 막전극 접합체는 계면 접합층-프리(Interfacial Binding Layer-free) 및 연료전지 전극-프리(Fuel Cell Electrode-free)인 것이다.The fuel cell membrane electrode assembly 100 " comprising the graphene proton exchange membrane of the present invention is a thin film containing graphene; And a metal catalyst particle dispersed and formed on a surface of the thin film including the graphene, wherein the thin film including graphene including the dispersed metal catalyst particles is formed on the cathode electrode of the fuel cell, Electrode and a proton exchange membrane. The fuel cell membrane electrode assembly is an interface-free layer and a fuel cell electrode-free.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 연료전지 막전극 접합체는, 연료전지의 막전극 접합체로 박막 표면에 분산 형성된 금속 촉매 나노 입자를 포함하는 그래핀을 포함하는 박막을 제공한다. 본 발명의 일 측면에서 제공하는 그래핀을 포함하는 박막은 그 자체로 연료전지 막전극 접합체 기능을 수행할 수 있다. 금속 촉매 나노 입자가 그래핀을 포함하는 박막에 분산 형성됨으로써 상기 그래핀을 포함하는 박막은 별도의 전극층을 구비하지 않더라도 그 자체로 막전극 접합체의 기능을 수행할 수 있게 될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 막전극 접합체의 구성 중 별도의 고분자 소재의 계면 접합층, 애노드 전극층 및 캐소드 전극층 중 하나 이상을 포함하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.A fuel cell membrane electrode junction body provided in one aspect of the present invention provides a thin film including graphene including metal catalyst nanoparticles dispersed and formed on a thin film surface by a membrane electrode assembly of a fuel cell. The thin film containing graphene provided in one aspect of the present invention can function as a fuel cell membrane electrode junction by itself. Since the metal catalyst nanoparticles are dispersed in the thin film containing graphene, the thin film containing the graphene can function as a membrane electrode assembly itself without having a separate electrode layer. According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a membrane electrode assembly that does not include at least one of an interface bonding layer, an anode electrode layer, and a cathode electrode layer of a separate polymer material in the structure of the membrane electrode assembly.

도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 제조방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.7 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene proton exchange membrane according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 그래핀 박막을 준비하는 단계(S310); 후에, 박막 표면에 금속 촉매 나노 입자를 형성하는 단계(S320);를 수행함으로써, 상기 또 다른 일 실시예에 따르는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 7, preparing a graphene thin film (S310); Forming a metal catalyst nanoparticle on the surface of the thin film (S320); and then performing the step of forming the metal catalyst nanoparticle on the thin film surface (S320).

실시예Example

본 발명에서 제공하는 그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 실시예로서, 상술했던 제조방법을 이용하여 그래핀 박막을 제조하고, 그 성능을 평가하였다.As an embodiment of the fuel cell membrane electrode assembly including the graphene proton exchange membrane provided in the present invention, a graphene thin film was prepared by using the above-described manufacturing method and its performance was evaluated.

<그래핀 박막의 연료전지 막전극 접합체 내 적용 실험><Application Test of Graphene Thin Film in Fuel Cell Membrane Electrode Assembly>

1.75 x 1.75 cm2 크기의 그래핀 박막을 보조 기판 상에 형성한 후, 이를 전기화학적 버블링계 전사 방식 또는 습식 전사 방식을 이용하여 보조 기판으로부터 분리시켰다. 이후, 분리된 그래핀 박막을 애노드 전극이 형성된 산화 규소(SiO2) 기판 상으로 전사하였다. 그 다음으로 그래핀 상에 계면 접합체를 코팅하고 캐소드 전극 물질을 계면 접합체 위에 코팅하였다. 그 다음, 불산(HF) 수용액을 이용하여 산화 규소 기판을 분리하고 연료전지 막전극 접합체를 형성하였다. 이후, 전열기(Hot plate)를 사용하여 건조 작업을 진행하고 가장자리 밀봉 작업(Edge sealing)을 실시한 후 셀 테스트를 진행하였다.1.75 x 1.75 cm 2 of a graphene thin film was formed on the auxiliary substrate and then separated from the auxiliary substrate using an electrochemical bubbling transfer method or a wet transfer method. Thereafter, the separated graphene thin film was transferred onto a silicon oxide (SiO 2 ) substrate on which an anode electrode was formed. The interface junction was then coated onto the graphene and the cathode electrode material was coated on the interface junction. Then, the silicon oxide substrate was separated using a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution to form a fuel cell membrane electrode assembly. After that, a drying process was performed using a hot plate, an edge sealing was performed, and a cell test was performed.

도 8은 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 단일 층의 그래핀 박막을 포함하는 연료전지의 막전극 접합체에 모델에서 전류 밀도에 따른 셀 전압을 측정한 그래프이다.8 is a graph showing a cell voltage according to current density in a model of a membrane electrode assembly of a fuel cell including a single-layered graphene thin film provided in an embodiment of the present invention.

상기 실험을 통해 본 발명의 일 실시예에서 제공하는 그래핀을 포함하는 박막층을 포함하는 연료전지 막전극 접합체 셀의 구동 결과가 우수함을 확인하였다It was confirmed through the above experiment that the driving result of the fuel cell membrane electrode assembly cell including the thin film layer provided with the embodiment of the present invention was excellent

<그래핀 박막의 기능기화 실험><Functional vaporization experiment of graphene thin film>

본 발명의 일 측면에 따라 제조한 그래핀 박막에 대해 산소 플라즈마, 수소 플라즈마 및 XeF2 기체에 각각 노출하여 수소 기능기화 된 그래핀 박막 샘플 및 불소 기능기화 된 그래핀 박막 샘플을 각각 확보하였다.The graphene thin films prepared according to one aspect of the present invention were each exposed to oxygen plasma, hydrogen plasma, and XeF2 gas to obtain hydrogen functionalized graphene thin film samples and fluorine functionalized graphene thin film samples, respectively.

상기 확보된 샘플들에 대해서 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 이용하여 그래핀 박막의 기능기화 여부를 확인하였다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to confirm the functionalization of the graphene thin film.

도 9a 및 도 9b는 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 시험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 9a는 수소로 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 시험 결과이며, 도 9b는 불소로 기능기화 된 그래핀 박막에 대한 시험 결과이다.9A and 9B are graphs showing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) test results of functionalized graphene thin films. FIG. 9A is a test result on a graphene thin film functionalized with hydrogen , And FIG. 9B is a test result on a graphene thin film functionalized with fluorine.

X선 광전자 분광법을 이용하여 기능기화 된 그래핀 박막을 확인한 결과 수소 기능화 및 불소 기능기화 처리 후 C-H, C-F 및 C-F2 등의 결합이 형성된 것을 확인할 수 있었다.X-ray photoelectron spectroscopy of functionalized graphene films confirmed that hydrogen, functional and fluorine functionalization resulted in formation of CH, CF and CF 2 bonds.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.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. For example, if the techniques described are performed in a different order than the described methods, and / or if the described components are combined or combined in other ways than the described methods, or are replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (9)

애노드 전극층;
상기 애노드 전극층 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막층;
상기 그래핀을 포함하는 박막층 상에 형성된 계면 접합층; 및
상기 계면 접합층 상에 형성된 캐소드 전극층;을 포함하고,
상기 그래핀을 포함하는 박막층은, H 및 F 중 하나 이상으로 기능기화 된 그래핀 박막을 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
An anode electrode layer;
A thin film layer including graphene formed on the anode electrode layer;
An interface bonding layer formed on the thin film layer including the graphene; And
And a cathode electrode layer formed on the interface bonding layer,
Wherein the thin film layer comprising graphene comprises a graphene thin film functionalized with at least one of H and F,
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 계면 접합층은, 나피온(Nafion, polytrifluorostyrene sulfonic acid) 을 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the interface bonding layer comprises Nafion (polytrifluorostyrene sulfonic acid).
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 애노드 전극층, 상기 캐소드 전극층 또는 둘 다는, 백금, 루테늄, 백금 합금 및 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 백금 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 촉매를 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the anode electrode layer, the cathode electrode layer, or both comprise a catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, a platinum alloy, and a core-shell platinum catalyst.
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 그래핀을 포함하는 박막층은 두께가 0.3 nm 내지 3.0 nm 인 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the thin film layer comprising graphene has a thickness of 0.3 nm to 3.0 nm.
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 그래핀을 포함하는 박막층은, 단일층(monolayer) 그래핀 또는 다층(multilayer) 그래핀을 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the thin film layer comprising graphene comprises monolayer graphene or multilayer graphene.
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제1항에 있어서,
상기 계면 접합층의 두께는 2 μm 내지 50 μm 인 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the interface bonding layer is 2 占 퐉 to 50 占 퐉.
A fuel cell membrane electrode assembly comprising a graphene hydrogen ion exchange membrane.
기판 상에 애노드 전극 물질을 형성하는 단계;
그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계;
상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 계면 접합층을 코팅하는 단계;
상기 계면 접합층 상에 캐소드 전극 물질을 형성하는 단계; 및
상기 기판을 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에,
그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고,
상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는,
상기 그래핀을 포함하는 박막층을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계; 및
상기 그래핀을 포함하는 박막층을 XeF2 기체에 노출시키는 단계;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단계를 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법.
Forming an anode electrode material on the substrate;
Forming a thin film including graphene on the anode electrode material;
Coating an interface bonding layer on the thin film including the graphene;
Forming a cathode electrode material on the interface bonding layer; And
And removing the substrate,
Before forming the thin film containing the graphene on the anode electrode material,
Preparing a thin film comprising graphene,
Wherein the step of preparing the thin film containing graphene comprises:
Exposing the thin film layer comprising the graphene to a hydrogen plasma; And
So the step of exposing the thin film layer including a pin on the XeF 2 gas; which comprises at least one step selected from the group consisting of,
A method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제7항에 있어서,
상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 애노드 전극 물질 상에 형성하는 단계 이전에,
그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계;를 더 포함하고,
상기 그래핀을 포함하는 박막을 준비하는 단계는,
보조 기판 상에 상기 그래핀을 포함하는 박막을 CVD법으로 형성하는 단계; 및
상기 보조 기판 상에 형성된 상기 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계; 를 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Before forming the thin film containing the graphene on the anode electrode material,
Preparing a thin film comprising graphene,
Wherein the step of preparing the thin film containing graphene comprises:
Forming a thin film containing the graphene on the auxiliary substrate by CVD; And
Separating the thin film including the graphen formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate; &Lt; / RTI &gt;
A method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane.
제8항에 있어서,
상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막을 상기 보조 기판으로부터 분리하는 단계는,
상기 보조 기판 상에 형성된 그래핀을 포함하는 박막 위로 PMMA, 폴리비닐알코올(Polyvinly Alcohol) 및 폴리스티렌(Polystyrene)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 지지체를 적층하는 단계;
상기 보조 기판으로부터 상기 그래핀을 포함하는 박막 및 상기 그래핀을 포함하는 박막 상에 형성된 지지체를 분리하는 단계; 및
유기 용매를 이용하여 상기 그래핀을 포함하는 박막으로부터 상기 지지체를 제거하여 그래핀을 포함하는 박막을 수득하는 단계;를 포함하는 것인,
그래핀 수소이온 교환막을 포함하는 연료전지 막전극 접합체의 제조방법.

9. The method of claim 8,
Wherein the step of separating the thin film containing graphene formed on the auxiliary substrate from the auxiliary substrate comprises:
Stacking a support including at least one selected from the group consisting of PMMA, polyvinyl alcohol, and polystyrene on a thin film including graphene formed on the auxiliary substrate;
Separating a thin film containing the graphene and a support formed on the thin film containing the graphene from the auxiliary substrate; And
Removing the support from the thin film comprising graphene using an organic solvent to obtain a thin film comprising graphene,
A method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly including a graphene hydrogen ion exchange membrane.

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