KR20190080050A - Membrane-electrode assembly for fuel cell and fabrication method of the same - Google Patents

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Abstract

A membrane-electrode assembly for a fuel cell comprises: an anode; an electrolyte membrane provided on the anode; and a cathode provided on the electrolyte membrane. The cathode comprises: a first electrode layer having a first platinum loading amount and having a concave-convex shape; and a second electrode layer having a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount, having a concave-convex shape, and provided between the first electrode layer and the electrolyte membrane.

Description

연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이의 제조 방법{MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND FABRICATION METHOD OF THE SAME}[0001] MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL AND FABRICATION METHOD OF THE SAME [0002]

본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 백금 함량으로 에너지 효율을 높일 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a membrane-electrode assembly for a fuel cell capable of increasing energy efficiency with a low platinum content and a method for manufacturing the same.

막-전극 어셈블리(MEA(Membrane Electrode Assembly))는 전해질막과 전극의 접합체로 구성되어 있다. 막-전극 어셈블리의 전극은 백금을 포함한다.Membrane Electrode Assembly (MEA) is composed of a junction body of an electrolyte membrane and an electrode. The electrode of the membrane-electrode assembly comprises platinum.

캐소드는 일반적으로, 20 내지 100 나노미터(nm)의 기공들을 가지고 있다. 캐소드의 두께는 1 내지 10㎛인데, 전극의 표면보다 전해질막에 가까울수록 산소의 확산에 어려움이 있다. 또한 반응으로 생성된 수분으로 인해 기공들이 막혀 반응이 일어나기 쉽지 않다. 이에 따라 전극에 포함되는 촉매는 전 영역에서 반응하기 어려우며, 캐소드는 전해질막보다 전극의 표면에 가까울수록 높은 반응성을 나타낼 수 있다. The cathode generally has pores of 20 to 100 nanometers (nm). The thickness of the cathode is in the range of 1 to 10 mu m. The closer to the electrolyte membrane the electrode surface, the more difficult it is to diffuse oxygen. Also, the pores are clogged due to the water generated by the reaction, and the reaction is not easy to occur. Accordingly, the catalyst contained in the electrode is difficult to react in the entire region, and the closer the cathode is to the surface of the electrode than to the electrolyte membrane, the higher the reactivity can be exhibited.

애노드 역시 일반적으로, 20 내지 100 나노미터(nm)의 기공들을 가지고 있다. 애노드의 두께는 1 내지 10㎛인데, 전극의 표면보다 전해질막에 가까울수록 수소의 확산에 어려움이 있다. 애노드 역시 백금 촉매를 포함할 수 있다.The anode also typically has pores of 20 to 100 nanometers (nm). The anode has a thickness of 1 to 10 mu m, and diffusion of hydrogen is more difficult as the surface of the electrode is closer to the electrolyte membrane. The anode may also comprise a platinum catalyst.

한국등록특허 제10-1658839호Korean Patent No. 10-1658839

본 발명의 목적은 낮은 백금 함량으로 에너지 효율을 높일 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell capable of increasing energy efficiency with a low platinum content.

본 발명의 목적은 낮은 백금 함량으로 에너지 효율을 높일 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell capable of increasing energy efficiency with a low platinum content.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 애노드, 상기 애노드 상에 제공되는 전해질막, 및 상기 전해질막 상에 제공되는 캐소드를 포함한다. 상기 캐소드는 제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층, 및 상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층 및 상기 전해질막 사이에 제공되는 제2 전극층을 포함한다.A membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an anode, an electrolyte membrane provided on the anode, and a cathode provided on the electrolyte membrane. Wherein the cathode has a first platinum loading amount, a first electrode layer having a concavo-convex shape, and a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount, wherein the cathode has an irregular shape, and between the first electrode layer and the electrolyte membrane And a second electrode layer provided on the second electrode layer.

상기 캐소드는 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다.The cathode may have a platinum loading of 0.30 to 0.45 mg / cm < 2 >.

상기 제1 백금 로딩량은 0.30 내지 0.45mg/cm2인 것일 수 있다.The first platinum loading amount may be 0.30 to 0.45 mg / cm 2 .

상기 제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다.The second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm 2 .

상기 제1 전극층의 상면 및 상기 제1 전극층의 하면 각각은 요철 형상을 갖는 것일 수 있다.Each of the upper surface of the first electrode layer and the lower surface of the first electrode layer may have a concavo-convex shape.

상기 제2 전극층의 상면은 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층과 접촉하고, 상기 제2 전극층의 하면은 평평하고, 상기 전해질막과 접촉하는 것일 수 있다.The upper surface of the second electrode layer may have a concavo-convex shape, may be in contact with the first electrode layer, and the lower surface of the second electrode layer may be flat and contact with the electrolyte membrane.

상기 애노드는 0.05 내지 0.30mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다.The anode may have a platinum loading of 0.05 to 0.30 mg / cm < 2 >.

상기 애노드는 제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층, 및 상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층 및 상기 전해질막 사이에 제공되는 제2 전극층을 포함한다.Wherein the anode has a first platinum loading amount and has a first electrode layer having a concavo-convex shape and a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount, the first electrode layer having a concavo- And a second electrode layer provided on the second electrode layer.

상기 제1 백금 로딩량은 0.05 내지 0.10mg/cm2인 것일 수 있다.The first platinum loading amount may be 0.05 to 0.10 mg / cm 2 .

상기 제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다.The second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm 2 .

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법은 요철 형상을 갖는 이형지를 준비하는 단계, 상기 이형지 상에 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 캐소드를 제공하는 단계, 상기 제2 전극층 상에 전해질막을 제공하는 단계, 및 상기 전해질막 상에 애노드를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 캐소드를 제공하는 단계는 상기 이형지에 백금의 탄소 담지율이 50 내지 60 중량%인 제1 백금 슬러리를 제공하여, 제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 전극층 상에 백금의 탄소 담지율이 40 내지 50 중량% 또는 백금을 포함하지 않는 제2 백금 슬러리를 제공하여, 상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a release paper having a concave-convex shape, providing a cathode having a platinum loading amount of 0.30 to 0.45 mg / cm 2 on the release paper , Providing an electrolyte membrane on the second electrode layer, and providing an anode on the electrolyte membrane. The step of providing the cathode may include providing a first platinum slurry having a platinum carbon support ratio of 50 to 60 wt% in the release paper sheet to form a first electrode layer having a first platinum loading amount and a concave- And a second platinum slurry containing 40 to 50 wt% or less of platinum on the first electrode layer, wherein the second platinum slurry has a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount, And forming a second electrode layer having a second electrode layer.

상기 제1 백금 로딩량은 0.30 내지 0.45mg/cm2인 것일 수 있다.The first platinum loading amount may be 0.30 to 0.45 mg / cm 2 .

상기 제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다.The second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm 2 .

상기 제1 전극층을 형성하는 단계는 상기 제1 백금 슬러리를 코팅하는 단계, 및 상기 코팅한 제1 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The forming of the first electrode layer may include coating the first platinum slurry, and drying the coated first platinum slurry at 70 to 90 ° C for 20 to 40 minutes.

상기 제2 전극층을 형성하는 단계는 상기 제2 백금 슬러리를 코팅하는 단계, 및 상기 코팅한 제2 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The forming of the second electrode layer may include coating the second platinum slurry, and drying the coated second platinum slurry at 70 to 90 ° C for 20 to 40 minutes.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 의하면, 낮은 백금 함량으로 에너지 효율을 높일 수 있다.According to the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, energy efficiency can be increased with a low platinum content.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 의하면, 낮은 백금 함량으로 에너지 효율을 높일 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공할 수 있다.According to the method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell capable of increasing energy efficiency with a low platinum content.

도 1a 및 도 1b 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 포함되는 제1전극층의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 포함되는 제1전극층의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 포함되는 캐소드를 제공하는 단계를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 전류 밀도와 전압과의 관계를 나타낸 그래프이다.1A and 1B are schematic cross-sectional views of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2A is a schematic cross-sectional view of a first electrode layer included in a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2B is a schematic cross-sectional view of a first electrode layer included in a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3A is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3B is a flowchart schematically showing a step of providing a cathode included in a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4A, 4B, 4C, and 4D are sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the relationship between the current density and the voltage of the membrane-electrode assembly for a fuel cell according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged from the actual for the sake of clarity of the present invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a portion such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, this includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part such as a layer, film, region, plate or the like is referred to as being "under" another part, it includes not only the case where it is "directly underneath" another part but also another part in the middle.

도 1a 및 도 1b 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 개략적인 단면도이다.1A and 1B are schematic cross-sectional views of a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리(10)는 캐소드(100), 전해질막(200), 및 애노드(300)를 포함한다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a membrane-electrode assembly 10 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a cathode 100, an electrolyte membrane 200, and an anode 300.

캐소드(100)는 전해질막(200) 상에 제공된다. 캐소드(100)는 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는다. 백금 로딩량이 0.30mg/cm2 미만이면, 촉매로 사용되는 백금의 양이 적어 연료 전지의 용량이 떨어질 수 있고, 백금 로딩량이 0.45mg/cm2 초과이면, 백금 대비 에너지 효율이 떨어진다.A cathode (100) is provided on the electrolyte membrane (200). The cathode 100 has a platinum loading amount of 0.30 to 0.45 mg / cm 2 . When the amount of platinum loading is less than 0.30 mg / cm 2 , the capacity of the fuel cell may decrease because the amount of platinum used as the catalyst is small. When the amount of platinum loading exceeds 0.45 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than that of platinum.

도 1a, 도 1b 및 도 2a를 참조하면, 캐소드(100)는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)을 포함한다. 제1 전극층(110)은 전해질막(200) 상에 제공된다. 제2 전극층(120)은 전해질막(200)과 접촉한다. 제1 전극층(110)은 요철 형상을 갖는다. 도면에서는 요철 형상이 삼각형 모양인 것을 예를 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 요철 형상은 사각형, 반원, 반타원 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 전극층(110)의 상면(111)은 요철 형상을 갖는다. 제1 전극층(110)의 하면(112)은 요철 형상을 갖는다. 제1 전극층(110)의 상면(111) 및 하면(112) 사이의 간격은 일정한 것일 수 있다.Referring to FIGS. 1A, 1B and 2A, a cathode 100 includes a first electrode layer 110 and a second electrode layer 120. The first electrode layer 110 is provided on the electrolyte membrane 200. The second electrode layer 120 is in contact with the electrolyte membrane 200. The first electrode layer 110 has a concavo-convex shape. Although the concavo-convex shape is shown as a triangular shape in the drawing, the shape of the concavo-convex shape is not limited thereto and may have various shapes such as a quadrangular shape, a semicircular shape, and a semi-elliptic shape. The upper surface 111 of the first electrode layer 110 has a concavo-convex shape. The lower surface 112 of the first electrode layer 110 has a concavo-convex shape. The gap between the upper surface 111 and the lower surface 112 of the first electrode layer 110 may be constant.

제1 전극층(110)은 제1 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제1 백금 로딩량은 0.30 내지 0.45mg/cm2인 것일 수 있다. 제1 백금 로딩량이 0.30 mg/cm2 미만이면, 제1 전극층(110)의 백금 로딩량이 적어 캐소드(100)의 반응성이 낮아질 수 있고, 제1 백금 로딩량이 0.45 mg/cm2 초과이면, 캐소드(100)의 안정성이 떨어질 수 있다.The first electrode layer 110 may have a first platinum loading amount. The first platinum loading amount may be 0.30 to 0.45 mg / cm 2 . If the first platinum loading amount is less than 0.30 mg / cm 2 , the amount of platinum loading of the first electrode layer 110 may be small and the reactivity of the cathode 100 may be low. If the first platinum loading amount is more than 0.45 mg / cm 2 , 100) may be deteriorated.

도 1a, 도 1b 및 도 2b를 참조하면, 제2 전극층(120)은 제1 전극층(110) 및 전해질막(200) 사이에 제공된다. 제2 전극층(120)은 요철 형상을 갖는다. 제2 전극층(120)의 상면(121)은 요철 형상을 갖는다. 제2 전극층(120)의 상면(121)은 제1 전극층(110)과 접촉한다. 제2 전극층(120)의 하면(122)은 평평하다. 제2 전극층(120)의 하면(122)은 전해질막(200)과 접촉한다.Referring to FIGS. 1A, 1B and 2B, a second electrode layer 120 is provided between the first electrode layer 110 and the electrolyte membrane 200. The second electrode layer 120 has a concavo-convex shape. The upper surface 121 of the second electrode layer 120 has a concavo-convex shape. The upper surface 121 of the second electrode layer 120 is in contact with the first electrode layer 110. The lower surface 122 of the second electrode layer 120 is flat. The lower surface 122 of the second electrode layer 120 is in contact with the electrolyte membrane 200.

제2 전극층(120)은 제2 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제2 백금 로딩량은 제1 백금 로딩량보다 작다. 제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다. 즉, 제2 전극층(120)은 백금을 포함하지 않거나, 0 초과 및 0.20mg/cm2 미만의 제2 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제2 전극층(120)이 백금을 포함하지 않더라도, 제1 전극층(110)의 제1 백금 로딩량이 0.30 mg/cm2 이상이면, 성능 감소가 없다. 또한, 제2 백금 로딩량이 0.20 mg/cm2 초과이면, 백금량 대비 에너지 효율이 떨어진다.The second electrode layer 120 may have a second platinum loading amount. The second platinum loading amount is smaller than the first platinum loading amount. And the second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm < 2 >. That is, the second electrode layer 120 may not contain platinum, or may have a second platinum loading amount of more than 0 and less than 0.20 mg / cm 2 . Even if the second electrode layer 120 does not contain platinum, if the first platinum loading amount of the first electrode layer 110 is 0.30 mg / cm 2 or more, the performance is not reduced. Further, when the second platinum loading amount exceeds 0.20 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than the platinum amount.

전해질막(200)은 애노드(300)에서 생성된 수소 이온을 캐소드(100)로 이동시키는 이온 교환 기능을 할 수 있다. 전해질막(200)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 고분자 전해질막은 PFSA(Perfluorosulfonic Acid)계의 불소계 전해질막인 것일 수 있다. 본 발명에서 "~계"는 "~"에 해당하는 화합물을 포함하는 것을 의미하는 것일 수 있다.The electrolyte membrane 200 may perform an ion exchange function to move the hydrogen ions generated in the anode 300 to the cathode 100. The electrolyte membrane 200 is not particularly limited as long as it is commonly used, but the polymer electrolyte membrane may be a PFSA (Perfluorosulfonic Acid) based fluorine electrolyte membrane. In the present invention, "to system" may mean to include a compound corresponding to "~ ".

애노드(300)는 전해질막(200)의 하부에 제공된다. 도 1a를 참조하면, 애노드(300)는 캐소드(100)와 유사하게 요철 형상을 갖는 것일 수 있다. 애노드(300)는 0.05 내지 0.30mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 백금 로딩량이 0.05mg/cm2 미만이면, 촉매로 사용되는 백금의 양이 적어 연료 전지의 용량이 떨어질 수 있고, 백금 로딩량이 0.30mg/cm2 초과이면, 백금 대비 에너지 효율이 떨어진다.The anode 300 is provided below the electrolyte membrane 200. Referring to FIG. 1A, the anode 300 may have a concavo-convex shape similar to the cathode 100. The anode 300 may have a platinum loading amount of 0.05 to 0.30 mg / cm < 2 >. If the amount of platinum loading is less than 0.05 mg / cm 2 , the capacity of the fuel cell may decrease due to the small amount of platinum used as the catalyst. If the platinum loading amount exceeds 0.30 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than that of platinum.

애노드(300)는 제1 전극층(310) 및 제2 전극층(320)을 포함한다. 제1 전극층(310)은 전해질막(200)의 하부에 제공된다. 제1 전극층(310)은 요철 형상을 갖는다. 제1 전극층(310)의 상면은 요철 형상을 갖는다. 제1 전극층(310)의 하면은 요철 형상을 갖는다. 제1 전극층(310)의 상면 및 하면 사이의 간격은 일정한 것일 수 있다.The anode 300 includes a first electrode layer 310 and a second electrode layer 320. The first electrode layer 310 is provided under the electrolyte membrane 200. The first electrode layer 310 has a concavo-convex shape. The upper surface of the first electrode layer 310 has a concavo-convex shape. The lower surface of the first electrode layer 310 has a concavo-convex shape. The interval between the upper surface and the lower surface of the first electrode layer 310 may be constant.

제1 전극층(310)은 제1 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제1 백금 로딩량은 0.05 내지 0.10mg/cm2인 것일 수 있다. 제1 백금 로딩량이 0.05 mg/cm2 미만이면, 제1 전극층의 백금 로딩량이 적어 애노드(300)의 반응성이 낮아질 수 있고, 제1 백금 로딩량이 0.10 mg/cm2 초과이면, 애노드(300)의 백금 효율이 떨어질 수 있다.The first electrode layer 310 may have a first platinum loading amount. The first platinum loading amount may be 0.05 to 0.10 mg / cm 2 . If the first platinum loading amount is less than 0.05 mg / cm 2 , the amount of platinum loading of the first electrode layer may be small and the reactivity of the anode 300 may be low. If the first platinum loading amount is more than 0.10 mg / cm 2 , Platinum efficiency can be reduced.

제2 전극층(320)은 제1 전극층(310) 및 전해질막(200) 사이에 제공된다. 제2 전극층(320)은 요철 형상을 갖는다. 제2 전극층(320)의 상면은 요철 형상을 갖는다. 제2 전극층(320)의 상면은 제1 전극층과 접촉한다. 제2 전극층(320)의 하면은 평평하다. 제2 전극층(320)의 하면은 전해질막(200)과 접촉한다.The second electrode layer 320 is provided between the first electrode layer 310 and the electrolyte membrane 200. The second electrode layer 320 has a concavo-convex shape. The upper surface of the second electrode layer 320 has a concavo-convex shape. The upper surface of the second electrode layer 320 is in contact with the first electrode layer. The lower surface of the second electrode layer 320 is flat. The lower surface of the second electrode layer 320 is in contact with the electrolyte membrane 200.

제2 전극층(320)은 제2 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제2 백금 로딩량은 제1 백금 로딩량보다 작다. 제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다. 즉, 제2 전극층(320)은 백금을 포함하지 않거나, 0 초과 및 0.20mg/cm2 미만의 제2 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제2 전극층(320)이 백금을 포함하지 않더라도, 제1 전극층(310)의 제1 백금 로딩량이 0.05 mg/cm2 이상이면, 성능 감소가 없다. 또한, 제2 백금 로딩량이 0.20 mg/cm2 초과이면, 백금량 대비 에너지 효율이 떨어진다.And the second electrode layer 320 may have a second platinum loading amount. The second platinum loading amount is smaller than the first platinum loading amount. And the second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm < 2 >. That is, the second electrode layer 320 may not contain platinum, or may have a second platinum loading amount of more than 0 and less than 0.20 mg / cm 2 . Even if the second electrode layer 320 does not contain platinum, if the first platinum loading amount of the first electrode layer 310 is 0.05 mg / cm 2 or more, the performance is not reduced. Further, when the second platinum loading amount exceeds 0.20 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than the platinum amount.

도 1b를 참조하면, 애노드(300)는 평평한 것일 수 있다. 애노드(300)는 단일층으로 형성된 것일 수 있다. 애노드(300)는 캐소드(100)보다 백금 로딩량이 적을 수 있다. 이에 따라 애노드(300)는 도 1b와 같이 단일층일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the anode 300 may be flat. The anode 300 may be formed as a single layer. The anode 300 may have a smaller amount of platinum than the cathode 100. Accordingly, the anode 300 may be a single layer as shown in FIG. 1B.

종래의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 단일층으로 형성된 캐소드를 포함하였고, 캐소드는 전해질막보다 캐소드의 표면에 가까워질수록 반응 효율이 높아, 전해질막과 가까운 부분에 배치된 백금 촉매의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 서로 상이한 비율의 백금 촉매를 포함하는 제1 전극층 및 제2 전극층을 포함하는 캐소드를 포함하여, 백금 비율 대비 효율이 높은 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공할 수 있다.The conventional membrane-electrode assembly for a fuel cell includes a cathode formed of a single layer. The closer the cathode is to the surface of the cathode than to the electrolyte membrane, the higher the reaction efficiency and the problem of the efficiency of the platinum catalyst disposed near the electrolyte membrane . The membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a cathode including a first electrode layer and a second electrode layer including platinum catalysts having different ratios from each other, Assembly can be provided.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리와의 차이점을 위주로 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리에 따른다.Hereinafter, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described. The membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIG. Follow.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 포함되는 캐소드를 제공하는 단계를 개략적으로 나타낸 순서도이다.3A is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 3B is a flowchart schematically showing a step of providing a cathode included in a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1a, 도 1b, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리(10)의 제조 방법은 요철 형상을 갖는 이형지(도 4a의 RP)를 준비하는 단계(S100), 이형지(도 4a의 RP) 상에 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 캐소드(100)를 제공하는 단계(S200), 제2 전극층(120) 상에 전해질막(200)을 제공하는 단계(S300), 및 전해질막(200) 상에 애노드(300)를 제공하는 단계(S400)를 포함한다. 이하에서는 캐소드(100)를 제조하는 단계에 대해서 상세하게 설명하나, 애노드(300) 역시 이하 설명하는 캐소드(100)를 제공하는 단계와 동일하게 수행될 수 있다.1A, 1B, 3A, and 3B, a method of manufacturing a membrane electrode assembly 10 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes preparing a release paper (RP in FIG. 4A) A step S200 of providing a cathode 100 having a platinum loading amount of 0.30 to 0.45 mg / cm 2 on the release paper (RP in FIG. 4A), a step (S100) of forming an electrolyte film (S300) of providing an anode (300) on the electrolyte membrane (200) and a step (S400) of providing an anode (300) on the electrolyte membrane (200). Hereinafter, the step of manufacturing the cathode 100 will be described in detail, but the anode 300 may also be performed in the same manner as the step of providing the cathode 100 described below.

도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.4A, 4B, 4C, and 4D are sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 3a, 도 3b, 및 도 4a를 참조하면, 이형지(RP)를 준비한다(S100). 이형지(RP)는 표면 조도를 갖는다. 이형지(RP)는 요철 형상을 갖는다. 이형지(RP)의 상면은 요철 형상을 갖고, 이형지(RP)의 하면은 평평한 것일 수 있다.Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4A, a release paper RP is prepared (S100). The release paper RP has surface roughness. The releasing paper RP has a concavo-convex shape. The upper surface of the release paper RP has a concavo-convex shape, and the lower surface of the release paper RP may be flat.

도 3a, 도 3b, 및 도 4b 내지 도 4d를 참조하면, 이형지(RP) 상에 캐소드(100)를 제공한다(S200). 캐소드(100)는 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는다. 백금 로딩량이 0.30mg/cm2 미만이면, 촉매로 사용되는 백금의 양이 적어 연료 전지의 용량이 떨어질 수 있고, 백금 로딩량이 0.45mg/cm2 초과이면, 백금 대비 에너지 효율이 떨어진다.Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4B through 4D, a cathode 100 is provided on a release paper RP (S200). The cathode 100 has a platinum loading amount of 0.30 to 0.45 mg / cm 2 . When the amount of platinum loading is less than 0.30 mg / cm 2 , the capacity of the fuel cell may decrease because the amount of platinum used as the catalyst is small. When the amount of platinum loading exceeds 0.45 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than that of platinum.

캐소드(100)를 제공하는 단계(S200)는 이형지(RP)에 백금의 탄소 담지율이 50 내지 60 중량%인 제1 백금 슬러리를 제공하여, 제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층(110)을 형성하는 단계(S210), 및 제1 전극층(110) 상에 백금의 탄소 담지율이 40 내지 50 중량% 또는 백금을 포함하지 않는 제2 백금 슬러리를 제공하여, 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제2 전극층(120)을 형성하는 단계(S220)를 포함한다.The step of providing the cathode 100 (S200) may include providing a first platinum slurry having a platinum carbon support ratio of 50 to 60 wt% in the release paper RP so as to have a first platinum loading amount, Forming a first platinum slurry on the first electrode layer 110, wherein the first platinum slurry does not contain platinum in an amount of 40 to 50% by weight or less; And forming a second electrode layer 120 having a concave-convex shape having a second platinum loading amount smaller than the loading amount (S220).

도 3a, 도 3b, 및 도 4b를 참조하면, 이형지(RP)에 제1 백금 슬러리를 제공하여 제1 전극층(110)을 형성한다(S210). 제1 백금 슬러리는 제1 백금 슬러리의 총 중량을 기준으로, 백금 담지율이 50 내지 60 중량%인 것일 수 있다. 백금 담지율이 50 중량% 미만이면, 제1 전극층(110)의 백금 로딩량이 적어 캐소드(100)의 반응성이 낮아질 수 있고, 백금 담지율이 60 중량% 초과이면, 캐소드(100)의 안정성이 떨어질 수 있다.Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4B, a first platinum slurry is provided on a release paper RP to form a first electrode layer 110 (S210). The first platinum slurry may have a platinum loading rate of 50 to 60 wt% based on the total weight of the first platinum slurry. If the platinum loading rate is less than 50% by weight, the amount of platinum loading of the first electrode layer 110 may be small and the reactivity of the cathode 100 may be low. If the platinum loading ratio is more than 60% by weight, .

제1 전극층(110)을 형성하는 단계(S210)는 제1 백금 슬러리를 코팅하는 단계, 및 코팅한 제1 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 미만에서 제1 백금 슬러리가 건조되면, 제1 백금 슬러리가 충분히 건조되지 않을 수 있고, 상기 범위 초과에서 제1 백금 슬러리가 건조되면, 제1 전극층(110)에 크랙 등이 생길 수 있다.Step S210 of forming the first electrode layer 110 may include coating the first platinum slurry and drying the coated first platinum slurry at 70-90 ° C for 20-40 minutes. If the first platinum slurry is dried below the above range, the first platinum slurry may not be sufficiently dried, and if the first platinum slurry is dried above the above range, a crack or the like may occur in the first electrode layer 110.

제1 백금 슬러리를 코팅하는 단계는 예를 들어, 슬롯 다이 코팅, 바 코팅, 또는 스프레이 코팅으로 수행되는 것일 수 있다. 코팅한 제1 백금 슬러리를 건조하는 단계는 열풍 또는 핫 플레이트 방식으로 수행되는 것일 수 있다.The step of coating the first platinum slurry may be performed, for example, by slot die coating, bar coating, or spray coating. The step of drying the coated platinum slurry may be performed by hot air or hot plate method.

제1 백금 로딩량은 0.30 내지 0.45mg/cm2인 것일 수 있다. 제1 백금 로딩량이 0.30 mg/cm2 미만이면, 제1 전극층(110)의 백금 로딩량이 적어 캐소드(100)의 반응성이 낮아질 수 있고, 제1 백금 로딩량이 0.45 mg/cm2 초과이면, 캐소드(100)의 안정성이 떨어질 수 있다.The first platinum loading amount may be 0.30 to 0.45 mg / cm 2 . If the first platinum loading amount is less than 0.30 mg / cm 2 , the amount of platinum loading of the first electrode layer 110 may be small and the reactivity of the cathode 100 may be low. If the first platinum loading amount is more than 0.45 mg / cm 2 , 100) may be deteriorated.

도 3a, 도 3b, 및 도 4c를 참조하면, 제2 백금 슬러리를 제공하여 제2 전극층(120)을 형성한다(S220). 제2 백금 슬러리의 백금의 함량은 제1 백금 슬러리의 백금의 함량보다 작다. 제2 백금 슬러리는 백금의 탄소 담지율이 40 내지 50 중량% 또는 백금을 포함하지 않는 것일 수 있다. 백금의 탄소 담지율이 40 중량% 미만이면, 제2 전극층(120)의 백금 로딩량이 적어 캐소드의 반응성이 낮아질 수 있고, 백금의 탄소 담지율이 50 중량% 초과이면, 백금이 과도하여 백금량 대비 에너지 효율이 떨어진다.Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4C, a second electrode layer 120 is formed by providing a second platinum slurry (S220). The platinum content of the second platinum slurry is smaller than the platinum content of the first platinum slurry. The second platinum slurry may be one in which the carbon support ratio of platinum is 40 to 50 wt% or does not contain platinum. If the carbon support ratio of platinum is less than 40 wt%, the amount of platinum loading of the second electrode layer 120 may be small and the reactivity of the cathode may be decreased. If the carbon support ratio of platinum is more than 50 wt% Energy efficiency is low.

제2 전극층(120)을 형성하는 단계(S220)는 제2 백금 슬러리를 코팅하는 단계, 및 코팅한 제2 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 범위 미만에서 제2 백금 슬러리가 건조되면, 제2 백금 슬러리가 충분히 건조되지 않을 수 있고, 상기 범위 초과에서 제2 백금 슬러리가 건조되면, 제2 전극층(120)에 크랙 등이 생길 수 있다.Step S220 of forming the second electrode layer 120 may include coating the second platinum slurry and drying the coated second platinum slurry at 70 to 90 ° C for 20 to 40 minutes. If the second platinum slurry is dried below the above range, the second platinum slurry may not be sufficiently dried. If the second platinum slurry is dried above the above range, a crack or the like may occur in the second electrode layer 120.

제2 백금 슬러리를 코팅하는 단계는 예를 들어, 슬롯 다이 코팅, 또는 바 코팅으로 수행되는 것일 수 있다. 코팅한 제2 백금 슬러리를 건조하는 단계는 열풍 또는 핫 플레이트 방식으로 수행되는 것일 수 있다.The step of coating the second platinum slurry may be performed, for example, by slot die coating, or bar coating. The step of drying the coated second platinum slurry may be performed by a hot air or hot plate method.

제2 백금 로딩량은 0 내지 0.20mg/cm2인 것일 수 있다. 즉, 제2 전극층(120)은 백금을 포함하지 않거나, 0 초과 및 0.20mg/cm2 미만의 제2 백금 로딩량을 갖는 것일 수 있다. 제2 전극층(120)이 백금을 포함하지 않더라도, 제1 전극층(110)의 제1 백금 로딩량이 0.30 mg/cm2 이상이면, 성능 감소가 없다. 또한, 제2 백금 로딩량이 0.20 mg/cm2 초과이면, 백금량 대비 에너지 효율이 떨어진다.And the second platinum loading amount may be 0 to 0.20 mg / cm < 2 >. That is, the second electrode layer 120 may not contain platinum, or may have a second platinum loading amount of more than 0 and less than 0.20 mg / cm 2 . Even if the second electrode layer 120 does not contain platinum, if the first platinum loading amount of the first electrode layer 110 is 0.30 mg / cm 2 or more, the performance is not reduced. Further, when the second platinum loading amount exceeds 0.20 mg / cm 2 , the energy efficiency is lower than the platinum amount.

도 3a, 도 3b, 및 도 4d를 참조하면, 캐소드(100) 상에 전해질막(200)을 제공하는 단계를 포함한다. 전해질막(200)은 제2 전극층(120)과 접촉한다. 또한 전해질막(200) 상에 애노드(300)를 제공한다. 애노드(300)를 제공하는 단계는 앞서 설명한 캐소드(100)를 제공하는 단계와 동일하게 수행될 수도 있고, 도 1b와 같이 단일층의 애노드(300)를 포함하는 경우, 백금 슬러리를 코팅하는 단계, 및 코팅된 백금 슬러리를 건조하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3A, 3B, and 4D, the method includes providing an electrolyte membrane 200 on the cathode 100. The electrolyte membrane (200) is in contact with the second electrode layer (120). Further, the anode 300 is provided on the electrolyte membrane 200. The step of providing the anode 300 may be performed in the same manner as the step of providing the cathode 100 described above. When the anode 300 includes the single layer anode 300 as shown in FIG. 1B, the step of coating the platinum slurry, And drying the coated platinum slurry.

종래의 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 의해 제조된 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 단일층으로 형성된 캐소드를 포함하였고, 캐소드는 전해질막보다 캐소드의 표면에 가까워질수록 반응 효율이 높아, 전해질막과 가까운 부분에 배치된 백금 촉매의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 의해 제조된 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 서로 상이한 비율의 백금 촉매를 포함하는 제1 전극층 및 제2 전극층을 포함하는 캐소드를 포함하여, 백금 비율 대비 효율이 높은 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공할 수 있다.
The membrane-electrode assembly for a fuel cell manufactured by the conventional method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell includes a cathode formed as a single layer. The closer the cathode is to the surface of the cathode than to the electrolyte membrane, The efficiency of the platinum catalyst disposed in the vicinity of the catalyst is low. The membrane-electrode assembly for a fuel cell manufactured by the method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a cathode including a first electrode layer including a platinum catalyst in a different ratio from each other and a second electrode layer Thereby providing a membrane-electrode assembly for a fuel cell having high efficiency as compared with a platinum ratio.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

요철 형상을 갖는 Polytetrafluoroethylene(PTFE) 이형지에 바코터를 이용하여 백금의 탄소 담지율이 60 중량%인 제1 백금 슬러리를 코팅하고, 80℃ 컨벡션 오븐에 30분 동안 건조하여 백금 로딩량 0.4mg/cm2의 제1 전극층을 형성하였다. 제1 전극층 상에 바코터를 이용하여 백금의 탄소 담지율이 50 중량%인 제2 백금 슬러리를 코팅하고, 80℃ 컨벡션 오븐에 30분 동안 건조하여 백금 로딩량 0.058mg/cm2의 제2 전극층을 형성하여 캐소드를 완성하였다.A first platinum slurry having a carbon support ratio of 60% by weight was coated on a Polytetrafluoroethylene (PTFE) release paper having a concavo-convex shape using a bar coater and dried in a convection oven at 80 ° C for 30 minutes to obtain a platinum loading amount of 0.4 mg / 2 < / RTI > A first electrode layer using a bar coater carbon supporting ratio of 50 wt% of the second electrode layer of the coating the second slurry and the platinum, and then dried for 30 minutes in a convection oven 80 ℃ platinum loading amount of 0.058mg / cm 2 of platinum on To complete the cathode.

PFSA계열 불소계 전해질막을 형성하였고, 25cm2의 애노드를 롤프레스를 이용하여, 110℃의 온도, 130kgf의 압력, 0.2m/min의 속도로 전해질막과 접합하여, 캐소드와 애노드의 백금 총 로딩량 0.558mg/cm2를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
A 25 cm 2 anode was bonded to the electrolyte membrane at a temperature of 110 ° C and a pressure of 130 kgf at a rate of 0.2 m / min using a roll press to obtain a platinum gun loading amount of 0.558 mg / cm < 2 & gt ;.

비교예 1Comparative Example 1

제1 백금 슬러리로 캐소드를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 캐소드와 애노드의 백금 총 로딩량 0.712mg/cm2를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
A membrane-electrode assembly for a fuel cell having a total platinum loading of 0.712 mg / cm < 2 > of cathode and anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cathode was formed of the first platinum slurry.

성능 평가Performance evaluation

도 5를 참조하면, 실시예 1은 비교예 1과 유사한 수준의 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다만, 실시예 1은 비교예 1보다 캐소드의 백금량이 cm2 당 약 22% 절감하면서 동등한 수준의 연료전지 성능을 얻을 수 있어 효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5, it can be seen that Example 1 has a similar level of performance to that of Comparative Example 1. However, Example 1 is the amount of the cathode platinum cm 2 than Comparative Example 1 It was confirmed that the efficiency was improved because the equivalent fuel cell performance was obtained while the fuel cell efficiency was reduced by about 22%.

이를 통해 백금의 양을 많이 첨가하여도, 전해질막의 가까운 곳의 촉매층에서는 가스의 확산이 원활하지 않아 백금의 양과 성능에 비례하지 않음을 확인할 수 있다. 본 실시예를 통해 막-전극 접합체의 백금함량이 전해질막 내부쪽으로 위치할수록 백금의 효율이 떨어지므로, 백금 함량은 막-전극 접합체의 외부쪽으로 위치할 수 있도록 제조하며, 가스와의 표면적을 넓히기 위해 요철의 구조를 만드는 것이 좋다는 것을 확인하였다.
As a result, even though the amount of platinum is increased, the diffusion of gas is not smooth in the catalyst layer near the electrolyte membrane, which is not proportional to the amount and performance of platinum. Since the efficiency of platinum is lowered as the platinum content of the membrane-electrode assembly is positioned toward the inside of the electrolyte membrane through the present embodiment, the platinum content is manufactured so as to be located outside the membrane-electrode assembly, It was confirmed that it is preferable to make the structure of the irregularities.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

10: 연료 전지용 막-전극 어셈블리 100: 캐소드
110: 제1 전극층 120: 제2 전극층
200: 전해질막 300: 애노드
310: 제1 전극층 320: 제2 전극층10: Fuel cell membrane-electrode assembly 100: cathode
110: first electrode layer 120: second electrode layer
200: electrolyte membrane 300: anode
310: first electrode layer 320: second electrode layer

Claims (15)

애노드;
상기 애노드 상에 제공되는 전해질막; 및
상기 전해질막 상에 제공되는 캐소드;를 포함하고,
상기 캐소드는
제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층; 및
상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층 및 상기 전해질막 사이에 제공되는 제2 전극층;을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Anode;
An electrolyte membrane provided on the anode; And
And a cathode provided on the electrolyte membrane,
The cathode
A first electrode layer having a first platinum loading amount and having a concavo-convex shape; And
And a second electrode layer having a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount and having a concavoconvex shape and provided between the first electrode layer and the electrolyte membrane. 제1항에 있어서,
상기 캐소드는
0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The cathode
A membrane-electrode assembly for a fuel cell having a platinum loading of 0.30 to 0.45 mg / cm < 2 >. 제1항에 있어서,
상기 제1 백금 로딩량은
0.30 내지 0.45mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The first platinum loading amount
0.30 to 0.45 mg / cm < 2 > for a fuel cell. 제1항에 있어서,
상기 제2 백금 로딩량은
0 내지 0.20mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The second platinum loading amount
0 to 0.20 mg / cm < 2 > for the fuel cell. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극층의 상면 및 상기 제1 전극층의 하면 각각은
요철 형상을 갖는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The upper surface of the first electrode layer and the lower surface of the first electrode layer,
Wherein the membrane-electrode assembly has a concave-convex shape. 제1항에 있어서,
상기 제2 전극층의 상면은 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층과 접촉하고,
상기 제2 전극층의 하면은 평평하고, 상기 전해질막과 접촉하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The upper surface of the second electrode layer has a concavo-convex shape, and is in contact with the first electrode layer,
Wherein the lower surface of the second electrode layer is flat and is in contact with the electrolyte membrane. 제1항에 있어서,
상기 애노드는
0.05 내지 0.30mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The anode
A membrane-electrode assembly for a fuel cell having a platinum loading of 0.05 to 0.30 mg / cm < 2 >. 제1항에 있어서,
상기 애노드는
제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층; 및
상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖고, 상기 제1 전극층 및 상기 전해질막 사이에 제공되는 제2 전극층;을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The method according to claim 1,
The anode
A first electrode layer having a first platinum loading amount and having a concavo-convex shape; And
And a second electrode layer having a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount and having a concavoconvex shape and provided between the first electrode layer and the electrolyte membrane. 제8항에 있어서,
상기 제1 백금 로딩량은
0.05 내지 0.10mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.9. The method of claim 8,
The first platinum loading amount
0.05 to 0.10 mg / cm < 2 > for a fuel cell. 제8항에 있어서,
상기 제2 백금 로딩량은
0 내지 0.20mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.9. The method of claim 8,
The second platinum loading amount
0 to 0.20 mg / cm < 2 > for the fuel cell. 요철 형상을 갖는 이형지를 준비하는 단계;
상기 이형지 상에 0.30 내지 0.45mg/cm2의 백금 로딩량을 갖는 캐소드를 제공하는 단계;
제2 전극층 상에 전해질막을 제공하는 단계; 및
상기 전해질막 상에 애노드를 제공하는 단계;를 포함하고,
상기 캐소드를 제공하는 단계는
상기 이형지에 백금의 탄소 담지율이 50 내지 60 중량%인 제1 백금 슬러리를 제공하여, 제1 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 전극층 상에 백금의 탄소 담지율이 40 내지 50 중량% 또는 백금을 포함하지 않는 제2 백금 슬러리를 제공하여, 상기 제1 백금 로딩량보다 작은 제2 백금 로딩량을 갖고, 요철 형상을 갖는 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.Preparing a release paper having a concavo-convex shape;
Providing a cathode having a platinum loading of 0.30 to 0.45 mg / cm < 2 > on the release paper;
Providing an electrolyte membrane on the second electrode layer; And
Providing an anode on the electrolyte membrane,
The step of providing the cathode
Providing a first platinum slurry having a carbon support ratio of platinum in the release paper of 50 to 60 wt% to form a first electrode layer having a first platinum loading amount and having a concavo-convex shape; And
Providing a second platinum slurry containing 40 to 50 wt% or less of platinum on the first electrode layer, the second platinum slurry having a second platinum loading amount smaller than the first platinum loading amount, And forming a second electrode layer on the first electrode layer. 제11항에 있어서,
상기 제1 백금 로딩량은
0.30 내지 0.45mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.12. The method of claim 11,
The first platinum loading amount
0.30 to 0.45 mg / cm < 2 >. 제11항에 있어서,
상기 제2 백금 로딩량은
0 내지 0.20mg/cm2인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.12. The method of claim 11,
The second platinum loading amount
0 to 0.20 mg / cm < 2 >. 제11항에 있어서,
상기 제1 전극층을 형성하는 단계는
상기 제1 백금 슬러리를 코팅하는 단계; 및
코팅한 상기 제1 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계;를 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.12. The method of claim 11,
The step of forming the first electrode layer
Coating the first platinum slurry; And
And drying the coated first platinum slurry at 70 to 90 ° C for 20 to 40 minutes. 제11항에 있어서,
상기 제2 전극층을 형성하는 단계는
상기 제2 백금 슬러리를 코팅하는 단계; 및
코팅한 상기 제2 백금 슬러리를 70 내지 90℃에서 20 내지 40분 건조하는 단계;를 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.12. The method of claim 11,
The step of forming the second electrode layer
Coating the second platinum slurry; And
And drying the coated second platinum slurry at 70 to 90 ° C for 20 to 40 minutes.
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