KR20200013994A - Catalyst composition for fuel cell, manufacturing method for same, membrane-electrode assembly and fuel cell - Google Patents

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KR20200013994A KR1020180089326A KR20180089326A KR20200013994A KR 20200013994 A KR20200013994 A KR 20200013994A KR 1020180089326 A KR1020180089326 A KR 1020180089326A KR 20180089326 A KR20180089326 A KR 20180089326A KR 20200013994 A KR20200013994 A KR 20200013994A
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Abstract

The present invention relates to a membrane-electrode assembly, a fuel cell and a method of manufacturing the membrane-electrode assembly. A catalyst composition comprises an ionomer, a catalyst, and a mixed solvent, and enables formation of a thin catalyst layer.

Description

연료전지용 촉매 조성물, 이의 제조방법, 막-전극 접합체 및 연료전지{CATALYST COMPOSITION FOR FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL}Catalyst composition for fuel cell, preparation method thereof, membrane-electrode assembly and fuel cell {CATALYST COMPOSITION FOR FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL}

본 명세서는 연료전지용 촉매 조성물, 이의 제조방법, 막-전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다.The present specification relates to a catalyst composition for a fuel cell, a manufacturing method thereof, a membrane-electrode assembly, and a fuel cell.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대The recent prediction of the depletion of existing energy resources such as oil and coal has led to the

체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다.There is a growing interest in energy that can be replaced. As one of such alternative energy, fuel cells have been particularly noticed for their advantages such as high efficiency, no pollutants such as NOx and SOx, and abundant fuel used.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts chemical reaction energy of fuel and oxidant into electrical energy. Hydrogen, hydrocarbons such as methanol, butane, and the like are typically used as fuel, and oxygen is used as the oxidant.

연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.Fuel cells include polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuels. Batteries (SOFC) and the like.

한국 특허 공개 10-2016-0139256 (공개일: 2016년 12월 7일)Korean Patent Publication 10-2016-0139256 (published: December 7, 2016)

본 명세서는 연료전지용 촉매 조성물, 이의 제조방법, 막-전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다.The present specification relates to a catalyst composition for a fuel cell, a manufacturing method thereof, a membrane-electrode assembly, and a fuel cell.

본 명세서는 이오노머;Herein is an ionomer;

촉매; 및catalyst; And

1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매를 포함하는 연료전지용 촉매 조성물을 제공한다.It provides a catalyst composition for a fuel cell comprising a mixed solvent containing a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5.

또한, 본 명세서는 1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매에 이오노머를 투입하는 단계;In addition, the present specification comprises the steps of adding the ionomer to a mixed solvent containing a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5;

상기 혼합 용매와 이오노머의 혼합물에 촉매를 투입하는 단계; 및Injecting a catalyst into the mixture of the mixed solvent and the ionomer; And

상기 촉매가 투입된 혼합물을 초음파 처리하는 단계를 포함하는 상술한 연료전지용 촉매 조성물의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a catalyst composition for a fuel cell comprising the step of sonicating the mixture in which the catalyst is added.

또한, 본 명세서는 캐소드 촉매층, 애노드 촉매층 및 상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 사이에 구비된 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체로서,In addition, the present specification is a membrane-electrode assembly including a cathode catalyst layer, an anode catalyst layer and an electrolyte membrane provided between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer,

상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 중 적어도 어느 하나는 상술한 연료전지용 촉매 조성물로 제조된 것인 막-전극 접합체를 제공한다.At least one of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer provides a membrane-electrode assembly that is made of the catalyst composition for fuel cells described above.

또한, 본 명세서는 상술한 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.In addition, the present disclosure provides a fuel cell including the membrane-electrode assembly described above.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 연료전지용 촉매 조성물은 촉매층 형성시 이오노머가 뭉치는 것을 방지하여 촉매의 이용률을 향상 시키는 효과가 있다.The catalyst composition for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present specification has an effect of improving the utilization rate of the catalyst by preventing agglomeration of ionomers when forming the catalyst layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 연료전지용 촉매 조성물은 두께가 얇은 촉매층 형성이 가능하다.The catalyst composition for a fuel cell according to the exemplary embodiment of the present specification may form a thin catalyst layer.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 연료전지용 촉매 조성물을 이용하여 제조된 막-전극 접합체는 성능이 우수하다.The membrane-electrode assembly manufactured using the catalyst composition for fuel cell according to one embodiment of the present specification has excellent performance.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 막-전극 접합체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 연료전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram illustrating a principle of electricity generation of a fuel cell.
2 is a view schematically showing the structure of a membrane-electrode assembly.
3 is a view schematically showing an embodiment of a fuel cell.

이하, 본 명세서에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, this specification is demonstrated in detail.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, this means that, unless specifically stated otherwise, it may further include other components, not to exclude other components.

본 명세서에 있어서, "또는" 이란 다른 정의가 없는 한, 나열된 것들을 선택적으로 또는 모두 포함하는 경우, 즉 "및/또는"의 의미를 나타낸다.In this specification, "or" means the meaning of "and / or" when it includes any or all of them listed, unless otherwise defined.

본 명세서에 있어서, "층"이란 해당 층이 존재하는 면적을 70% 이상 덮고 있는 것을 의미한다. 바람직하게는 75% 이상, 더 바람직하게는 80% 이상 덮고 있는 것을 의미한다.In the present specification, "layer" means covering 70% or more of the area in which the layer exists. It means preferably covering at least 75%, more preferably at least 80%.

본 명세서에 있어서, 어떤 층의 "두께"란 해당 층의 하면으로부터 상면까지의 최단거리를 의미한다.In this specification, the "thickness" of a layer means the shortest distance from the lower surface of the layer to the upper surface.

본 명세서에 있어서, "1가 알코올"이란, 한 분자 내에 존재하는 히드록시기(-OH기)의 수가 1개인 알코올을 의미한다.In the present specification, the "monohydric alcohol" means an alcohol in which the number of hydroxy groups (-OH groups) present in one molecule is one.

본 명세서에 있어서, "다가 알코올"이란, 한 분자 내에 존재하는 히드록시기(-OH기)의 수가 2개 이상인 알코올을 의미한다. 예를 들어, 2가 알코올은 한 분자 내에 존재하는 히드록시기의 수가 2개이고, 3가 알코올은 한 분자 내에 존재하는 히드록시기의 수가 3개이다.In the present specification, the "polyhydric alcohol" means an alcohol having two or more hydroxyl groups (-OH groups) present in one molecule. For example, the dihydric alcohol has two hydroxy groups present in one molecule, and the trihydric alcohol has three hydroxy groups present in one molecule.

본 명세서에 있어서, "곁가지 사슬(side-chain)"은 이오노머의 주사슬(backbone)에 포함된 원자에 결합된 원자들의 그룹을 의미하는데, 곁가지 사슬(side-chain)의 원자수가 곁가지 사슬의 길이로 표현될 수 있다. 곁가지 사슬의 길이는 주사슬의 길이보다 작다.In the present specification, "side-chain" refers to a group of atoms bonded to atoms included in the backbone of the ionomer, wherein the number of atoms in the side-chain is the length of the side chain. It can be expressed as. The length of the side branch chain is smaller than the length of the main chain.

(연료전지용 촉매 조성물)(Catalyst composition for fuel cell)

본 명세서는 연료전지용 촉매 조성물을 제공한다.The present specification provides a catalyst composition for a fuel cell.

본 명세서는 이오노머;Herein is an ionomer;

촉매; 및catalyst; And

1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매를 포함하는 것인 연료전지용 촉매 조성물을 제공한다.It provides a catalyst composition for a fuel cell comprising a mixed solvent containing a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5.

상기 연료전지용 촉매 조성물을 이용하여 촉매층 형성시 촉매의 활성 면적이 증가하는 효과를 갖는다. 이는, 용매로써 1가 알코올 및 다가 알코올의 혼합 용매를 사용하여 촉매층 형성시에 조성물에 포함된 이오노머가 서로 뭉치는 것을 효과적으로 방지하였기 때문이다. 또한, 이오노머가 서로 뭉쳐지지 않아, 얇은 두께의 촉매층 형성이 가능하다.When the catalyst layer is formed using the catalyst composition for fuel cell, the active area of the catalyst is increased. This is because the ionomers contained in the composition are effectively prevented from agglomeration with each other when the mixed solvent of monohydric alcohol and polyhydric alcohol is used as a solvent. In addition, the ionomers do not agglomerate with each other to form a thin catalyst layer.

종래와 같이 용매로 1가 알코올만을 포함하는 경우, 이오노머의 용해도를 낮춰 촉매층의 크랙이 증가하게 되고 촉매의 이용률을 낮추는 문제가 있다. 반면에, 상기 다가 알코올과 같은 유기 용매의 경우, 종래의 알코올 등과 같은 끓는점이 낮은 용매에 비하여 불소계 이오노머의 용해도를 증가시키는 효과가 있다. 그러나, 다가 알코올을 단독으로 사용하는 경우, 촉매의 분산성이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에서는 조성물의 용매가 1가 알코올과 유기 용매를 모두 포함하는 혼합 용매이면서도, 1가 알코올과 유기 용매의 질량비를 조절함으로써, 촉매의 분산성을 유지하고 이오노머의 용해도를 높여 촉매 이용률을 향상시키는 효과를 달성할 수 있었다.If the solvent contains only monohydric alcohol as in the prior art, there is a problem that the solubility of the ionomer is lowered to increase the crack of the catalyst layer and lower the utilization rate of the catalyst. On the other hand, in the case of the organic solvent such as polyhydric alcohol, there is an effect of increasing the solubility of the fluorine-based ionomer compared to the solvent having a low boiling point, such as conventional alcohol. However, when polyhydric alcohol is used alone, there is a problem in that the dispersibility of the catalyst is poor. In the present invention, while the solvent of the composition is a mixed solvent containing both monohydric alcohol and organic solvent, by adjusting the mass ratio of monohydric alcohol and organic solvent, it is possible to maintain the dispersibility of the catalyst and increase the solubility of the ionomer to improve the catalyst utilization The effect could be achieved.

한편, 일반적으로, 조성물에 포함되는 이오노머는 용매의 용해도에 따라 입자 크기가 달라져 촉매층 내에 분산되는 형태가 변한다. 용해도가 낮은 용매를 사용하면 이오노머끼리 뭉치는 현상이 발생하고, 용해도가 높은 용매를 사용하면 얇고 작게 분산되는 문제가 있다.On the other hand, in general, the ionomer included in the composition changes the particle size is dispersed in the catalyst layer according to the solubility of the solvent. When a solvent having a low solubility is used, ionomers may aggregate together, and when a solvent having a high solubility is used, there is a problem of thin and small dispersion.

본 명세서의 일 실사상태에 따른 촉매 조성물은 상기 다가 알코올의 종류로써 특정 물성을 갖는 용매를 사용하거나, 1가 알코올 및 다가 알코올의 질량비를 조절하는 경우, 상술한 용해도가 조절되어 이오노머가 서로 뭉치는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 특정 종류의 이오노머를 사용하고, 조성물 내의 이오노머 또는 촉매의 함량을 조절하여 이오노머의 뭉침 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.The catalyst composition according to one embodiment of the present specification uses a solvent having specific physical properties as the type of the polyhydric alcohol, or when the mass ratio of the monohydric alcohol and the polyhydric alcohol is adjusted, the solubility described above is adjusted so that the ionomers aggregate together. Can be effectively prevented. In addition, by using a specific kind of ionomer, it is possible to effectively prevent the agglomeration of the ionomer by adjusting the content of the ionomer or the catalyst in the composition.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 1가 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the monohydric alcohol may be one or two or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol and butanol.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다가 알코올은 디에틸렌글리콜(diethylene glycol, DEG), 프로필렌글리콜(propyleneglycol, PG), 디프로필렌글리콜(dipropylene glycol, DPG), 1,3-부틸렌글리콜(1,4-butylene glycol) 및 디하이드로테피놀(dihydroterpineol, DHT), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 혼합 용매이다. 상기 다가 알코올은 이오노머의 용해도를 높이는 효과가 있다. 특히, 이오노머의 종류가 불소계 이오노머인 경우 불소계 이오노머의 용해도가 더욱 높아지는 효과가 있다. 이는 실시예 및 비교예를 비교해보면 확인할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the polyhydric alcohol is diethylene glycol (DEG), propylene glycol (propyleneglycol, PG), dipropylene glycol (DPG), 1,3-butylene glycol (1 , 4-butylene glycol) and dihydroterpineol (DHT), triethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol dimethyl ether. The polyhydric alcohol has the effect of increasing the solubility of the ionomer. In particular, when the type of ionomer is a fluorine ionomer, the solubility of the fluorine ionomer is further increased. This can be confirmed by comparing the Examples and Comparative Examples.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 다가 알코올의 끓는점은 130℃ 이상, 바람직하게는 130 ℃이상 300℃ 이하, 더욱 바람직하게는 150℃ 이상 250℃ 이하일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족할 때, 연료전지용 촉매 조성물을 상기 온도보다 낮은 온도에서 건조시키는 경우 공극의 크기가 너무 커지지 않고 고르게 분포할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the boiling point of the polyhydric alcohol may be 130 ° C or higher, preferably 130 ° C or higher and 300 ° C or lower, more preferably 150 ° C or higher and 250 ° C or lower. When satisfying the numerical range, when the catalyst composition for fuel cell is dried at a temperature lower than the temperature, the pore size may be evenly distributed without becoming too large.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료전지용 촉매 조성물 총 중량을 기준으로 상기 혼합 용매의 함량이 50 중량% 이상 95 중량% 이하, 바람직하게는 65 중량% 이상 95 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 75 중량% 이상 95 중량% 이하일 수 있다. 상기 촉매 잉크 중 용매의 함량이 50 중량% 이상이 되면 촉매 잉크의 점도가 너무 높아지는 것을 방지하므로, 촉매 입자의 분산성 저하 및 촉매층의 불균일한 형성을 방지할 수 있다. 용매의 함량이 95 중량% 이하가 되면, 촉매 잉크의 점도가 너무 낮아지는 것을 방지하므로, 촉매층의 두께가 얇아 코팅을 수회 반복하게 되는 문제를 방지할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the content of the mixed solvent is 50% by weight to 95% by weight, preferably 65% by weight to 95% by weight, more preferably based on the total weight of the catalyst composition for fuel cell. 75 wt% or more and 95 wt% or less. When the content of the solvent in the catalyst ink is 50% by weight or more, the viscosity of the catalyst ink is prevented from becoming too high, so that the dispersibility of the catalyst particles and the formation of the catalyst layer can be prevented. When the content of the solvent is 95% by weight or less, since the viscosity of the catalyst ink is prevented from being too low, the thickness of the catalyst layer is thin, thereby preventing the problem of repeating the coating several times.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료전지용 촉매 조성물의 25℃에서의 점도가 2.6cPs 이상 100cPs 이하, 바람직하게는 10cPs 이상 90cPs이하, 더욱 바람직하게는 15cPs 이상 75cPs이하일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 촉매 조성물의 코팅성이 개선될 뿐만 아니라, 조성물 보관이 용이한 장점이 있다.In one embodiment of the present specification, the viscosity at 25 ° C. of the catalyst composition for a fuel cell may be 2.6 cPs or more and 100 cPs or less, preferably 10 cPs or more and 90 cPs or less, more preferably 15 cPs or more and 75 cPs or less. When the numerical range is satisfied, not only the coating property of the catalyst composition is improved but also the composition is easily stored.

상기 점도는 이 기술이 속하는 분야에서 일반적으로 사용되는 방법에 의하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 브룩필드 점도계(Brook Field 사 제조)를 이용하여 18번 스핀들(spindle)을 이용하여 상온(25℃)에서 측정한다. 이때, 조성물의 양은 6.5 내지 10mL이 적절하며, 빛에 장시간 노출되는 것을 피하기 위하여 5분 이내에서 안정화된 수치를 측정한다.The said viscosity can be measured by the method generally used in the field to which this technique belongs. For example, it measures at normal temperature (25 degreeC) using the spindle 18 using a Brookfield viscometer (made by Brook Field). At this time, the amount of the composition is suitably 6.5 to 10mL, and measure the stabilized value within 5 minutes to avoid prolonged exposure to light.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 수소나 메탄올과 같은 연료와 촉매간의 반응에 의하여 생성된 이온이 전해질막으로 이동하기 위한 통로를 제공하여 주는 역할을 한다.In one embodiment of the present specification, the ionomer serves to provide a passage for ions generated by the reaction between the fuel and the catalyst such as hydrogen or methanol to move to the electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머의 곁가지 사슬은 탄소 원자 또는 산소 원자를 포함하고, 탄소 원자 개수와 산소 원자 개수의 총 합이 2개 내지 10개, 또는 2개 내지 6개일 수 있다. 이 경우, 이오노머가 짧은 곁가지 사슬(short-side-chain)을 가질 수 있는데, 짧은 곁가지 사슬을 갖는 이오노머를 이용하는 경우, 얇은 두께의 촉매층 형성이 가능한 장점이 있다. 상기 짧은 곁가지 사슬을 갖는 이오노머의 시판품으로는 3M 이오노머, 아퀴비온, 하이플론 등이 있다.In one embodiment of the present specification, the side chain of the ionomer includes a carbon atom or an oxygen atom, and the total sum of the number of carbon atoms and the number of oxygen atoms may be 2-10, or 2-6. In this case, the ionomer may have a short-side-chain, but when an ionomer having a short side-chain is used, there is an advantage in that a thin catalyst layer can be formed. Commercially available products of the ionomers having the short side branched chains include 3M ionomers, aquibions, and hyplons.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스폰산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 양이온 교환기를 갖는 고분자를 사용할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ionomer may use a polymer having a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups, and derivatives thereof in the side chain.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자 또는 불소계 고분자일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ionomer may be a hydrocarbon-based polymer, a partially fluorine-based polymer or a fluorine-based polymer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택된 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ionomer is a fluorine-based polymer, benzimidazole-based polymer, polyimide-based polymer, polyetherimide-based polymer, polyphenylene sulfide-based polymer, polysulfone-based polymer, polyethersulfone-based polymer It may include at least one hydrogen ion conductive polymer selected from polyether ketone-based polymer, polyether-ether ketone-based polymer, or polyphenylquinoxaline-based polymer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 조합이다.In one embodiment of the present specification, the ionomer is a fluorine-based polymer, benzimidazole-based polymer, polyimide-based polymer, polyetherimide-based polymer, polyphenylene sulfide-based polymer, polysulfone-based polymer, polyethersulfone-based polymer , A polyether ketone-based polymer, a polyether-etherketone-based polymer, and a polyphenylquinoxaline-based polymer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이오노머는 상기 연료전지용 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 이상 6 중량% 이하, 0.05 이상 5이하, 바람직하게는 0.1 이상 4이하일 수 있다. 이오노머의 함량이 상기 범위일 때, 이오노머가 촉매층을 과도하게 덮지 않아 촉매와 연료의 반응을 용이하게 하면서도, 촉매층 내에서의 이온 전달 통로가 제대로 형성되어 이온의 이동이 가장 원활할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ionomer may be 0.01 wt% or more and 6 wt% or less, 0.05 or more and 5 or less, preferably 0.1 or more and 4 or less, based on the total weight of the catalyst composition for fuel cell. When the content of the ionomer is in the above range, the ionomer does not excessively cover the catalyst layer to facilitate the reaction between the catalyst and the fuel, but the ion transport passage in the catalyst layer is properly formed, so that the movement of ions may be most smooth.

본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 촉매로는 탄소 지지체의 표면에 금속이 담지된 촉매를 사용할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the catalyst may be a catalyst supported on the surface of the carbon support.

상기 탄소 지지체로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.Examples of the carbon support include, but are not limited to, graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, cathodic black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nano One, two or more mixtures selected from the group consisting of rings, carbon nanowires, fullerenes (C60) and super P may be used.

상기 금속으로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금/루테늄 합금, 백금/오스뮴 합금, 백금/팔라듐 합금, 백금/M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru 또는 이들의 조합의 전이 금속), 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 상기 촉매의 구체적인 예로는, Pt, Pt/Ru, Pt/W, Pt/Ni, Pt/Sn, Pt/Mo, Pt/Pd, Pt/Fe, Pt/Cr, Pt/Co, Pt/Ru/W, Pt/Ru/Mo, Pt/Ru/V, Pt/Fe/Co, Pt/Ru/Rh/Ni,Pt/Ru/Sn/W, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.Examples of the metal include, but are not limited to, platinum, ruthenium, osmium, platinum / ruthenium alloy, platinum / osmium alloy, platinum / palladium alloy, platinum / M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe , Transition metals of Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru, or a combination thereof, or a combination thereof. Specific examples of the catalyst, Pt, Pt / Ru, Pt / W, Pt / Ni, Pt / Sn, Pt / Mo, Pt / Pd, Pt / Fe, Pt / Cr, Pt / Co, Pt / Ru / W , Pt / Ru / Mo, Pt / Ru / V, Pt / Fe / Co, Pt / Ru / Rh / Ni, Pt / Ru / Sn / W, or a combination thereof may be used.

본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 촉매는 백금 담지 탄소(Pt/C) 또는 백금-루테늄 합금 담지 탄소(PtRu/C)일 수 있으며, 바람직하게는 백금 담지 탄소(Pt/C)일 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the catalyst may be platinum supported carbon (Pt / C) or platinum-ruthenium alloy supported carbon (PtRu / C), preferably platinum supported carbon (Pt / C). .

여기서 슬래시(/)를 삽입하여 병기한 것은, 기재된 금속들의 합금을 의미한다. 예를 들어, Pt/Ru는 백금(Pt)과 루테늄(Ru)의 합금을 의미한다.Here, the slash (/) inserted and written together means an alloy of the described metals. For example, Pt / Ru means an alloy of platinum (Pt) and ruthenium (Ru).

본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 촉매는 상기 촉매 조성물 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량% 포함되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 1 중량% 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량% 포함되는 것일 수 있다. 상기 촉매 조성물 중 촉매의 함량이 1 중량% 이상이 되면 촉매 조성물의 점도가 너무 낮아지는 것을 방지하므로, 촉매층의 두께가 얇아 코팅을 수회 반복하게 되는 문제를 방지할 수 있다. 촉매의 함량이 20 중량% 이하가 되면, 촉매 조성물의 점도가 너무 높아지는 것을 방지하므로, 촉매 입자의 분산성 저하 및 촉매층의 불균일한 형성을 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the catalyst may be included in an amount of 1 wt% to 20 wt%, preferably 1 wt% to 15 wt%, and more preferably 5 wt%, based on the total weight of the catalyst composition. % To 15% by weight may be included. When the content of the catalyst in the catalyst composition is 1% by weight or more, the viscosity of the catalyst composition is prevented from being too low, so that the thickness of the catalyst layer is thin, thereby preventing the problem of repeating the coating several times. When the content of the catalyst is 20% by weight or less, since the viscosity of the catalyst composition is prevented from becoming too high, it is possible to prevent the lowering of the dispersibility of the catalyst particles and the uneven formation of the catalyst layer.

(조성물 제조 방법)(Composition Production Method)

본 명세서는 1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매에 이오노머를 투입하는 단계;Herein is a step of injecting an ionomer into a mixed solvent comprising a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5;

상기 혼합 용매와 이오노머의 혼합물에 촉매를 투입하는 단계; 및Injecting a catalyst into the mixture of the mixed solvent and the ionomer; And

상기 촉매가 투입된 혼합물을 초음파 처리하는 단계를 포함하는 상술한 연료전지용 촉매 조성물의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a catalyst composition for a fuel cell comprising the step of sonicating the mixture in which the catalyst is added.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 초음파 처리하는 단계는 팁형 또는 배스형으로 수행된다.In one embodiment of the present specification, the sonicating is performed in a tip type or a bath type.

본 명세서에서, 초음파 처리란, 20kHz 이상의 주파수를 갖는 에너지를 입자에 가하여 분산시키는 행위를 의미하는데, 상기 배스형(bath type)은 비교적 낮고 일정한 크기의 에너지가 사용되며, 상기 팁형(tip type)은 배스형의 약 50배에 달하는 높은 에너지를 가변적으로 가할 수 있다.In the present specification, the ultrasonic treatment refers to the act of dispersing energy having a frequency of 20 kHz or more to the particles, the bath type (bath type) is a relatively low energy of a constant size, the tip type (tip type) It is possible to variably apply about 50 times higher energy than the bath type.

일반적으로, 이오노머는 용매 내에서 서로 정전기적 인력으로 뭉쳐져 입경이 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛인 응집체로 존재하며, 이렇게 용매 내에서 이오노머가 뭉쳐져 형성된 단위 입자를 이오노머 클러스터(Cluster)라고 한다. 이들을 초음파 처리, 구체적으로, 상기 팁형(tip type) 또는 배스형(bath type) 초음파 처리를 통해 분산시키게 되면, 상기 이오노머 클러스터의 대부분은 10 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 300 nm의 평균 입경을 갖도록 균일하게 분산된다.In general, ionomers are aggregated together by electrostatic attraction in a solvent to exist as aggregates having a particle diameter of 0.01 μm to 1 μm. Thus, unit particles formed by agglomeration of ionomers in a solvent are called ionomer clusters. When these are dispersed by sonication, in particular, the tip type or bath type sonication, most of the ionomer clusters have an average of 10 nm to 500 nm, preferably 10 nm to 300 nm. It is uniformly dispersed to have a particle size.

상기 팁형 초음파 처리는 이로 제한되는 것은 아니나, 10분 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 상기 배스형 초음파 처리는 20분 내지 120분, 바람직하게는 30분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.The tip ultrasonic treatment is not limited thereto, but may be performed for 10 to 30 minutes. The bath sonication may be performed for 20 to 120 minutes, preferably 30 to 60 minutes.

초음파 처리가 상기 시간 범위 내에서 이루어지는 경우, 국부적인 이오노머 뭉침 현상의 발생을 방지할 수 있다. 상기 시간 범위를 초과하여 수행될 경우, 시간 대비 분산 효과가 크지 않아 비효율적일 수 있다.When the ultrasonication is performed within the above time range, it is possible to prevent the occurrence of local ionomer agglomeration. When performed in excess of the time range, the dispersion effect may not be large compared to time, and thus may be inefficient.

또한, 균일한 구조의 촉매층을 형성하기 위해서는 이오노머와 촉매 내 탄소 지지체간의 충분한 흡착력이 중요한데, 이러한 초음파 처리를 통하여 이오노머의 입경을 작게 조절하면, 이오노머가 촉매 내 탄소 지지체에 균일하게 흡착될 수 있다.In addition, sufficient adsorption force between the ionomer and the carbon support in the catalyst is important in order to form a catalyst layer having a uniform structure. If the particle size of the ionomer is controlled to be small through such ultrasonication, the ionomer may be uniformly adsorbed onto the carbon support in the catalyst.

본 명세서의 일 실시 상태에 따르면, 상기 조성물을 초음파 처리 및 고전단 믹서로 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present specification, the composition may further include dispersing the composition in a sonication treatment and a high shear mixer.

상기 고전단 믹서 방식은 이로 한정되는 것은 아니나, 10 m/s 내지 40 m/s의 속도로 15분 내지 35분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The high shear mixer method is not limited thereto, but is preferably performed for 15 minutes to 35 minutes at a speed of 10 m / s to 40 m / s.

상기 촉매 조성물의 제조 방법에 따라 제조된 촉매 조성물은 연료전지용 전극 촉매층을 형성하는데 사용될 수 있다.The catalyst composition prepared according to the method for preparing the catalyst composition may be used to form an electrode catalyst layer for a fuel cell.

상기 전극 촉매층은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 예를 들면 상기 촉매 조성물을 기체 확산층 위에 도포 및 건조함으로써 형성할 수 있다. 이 때, 이오노머의 함량을 달리한 촉매 조성물을 차례로 도포 및 건조함으로써 복수의 촉매층을 형성할 수도 있다.The electrode catalyst layer may be prepared according to conventional methods known in the art, and may be formed, for example, by applying and drying the catalyst composition on a gas diffusion layer. In this case, a plurality of catalyst layers may be formed by sequentially applying and drying a catalyst composition having a different ionomer content.

이때, 상기 촉매 조성물을 기체확산층 위에 도포하는 방법으로는 프린팅(printing), 테이프 캐스팅(tape casting), 슬롯 다이 캐스팅(slot die casting), 분무(spray), 롤링(rolling), 블레이드 코팅(blade coating), 스핀 코팅(spin coating), 잉크젯 코팅(inkjet coating) 또는 브러싱(brushing) 등의 방법이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In this case, the catalyst composition may be coated onto the gas diffusion layer by printing, tape casting, slot die casting, spraying, rolling, or blade coating. ), Spin coating, inkjet coating, or brushing, but are not limited thereto.

상기 기체확산층은 일반적으로 도전성 및 80% 이상의 다공도를 갖는 기재라면 특별한 제한이 없으며, 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기재의 두께는 30 내지 500㎛일 수 있다. 상기 범위 내의 값이면 기계적 강도와 가스 및 물의 확산성과의 균형이 적절하게 제어될 수 있다. 상기 기체확산층은 상기 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세 기공층을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 미세 기공층은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 미세 기공층은 촉매층에 존재하는 과잉 수분의 배출을 촉진시켜서 플러딩(flooding) 현상의 발생을 억제할 수 있다.The gas diffusion layer is not particularly limited as long as the substrate has a conductivity and a porosity of 80% or more, and may include a conductive substrate selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt. The thickness of the substrate may be 30 to 500㎛. If the value is within the above range, the balance between the mechanical strength and the diffusivity of the gas and water can be appropriately controlled. The gas diffusion layer may further include a fine pore layer formed on one surface of the conductive substrate, and the fine pore layer may include a carbon material and a fluorine resin. The microporous layer may inhibit the occurrence of flooding phenomenon by promoting the discharge of excess moisture present in the catalyst layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 초음파 처리하는 단계 이후의 이오노머가 뭉쳐져 형성된 단위 입자인 이오노머 클러스터의 평균 입경이 10nm 내지 500nm, 또는 10nm 내지 300nm일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the average particle diameter of the ionomer cluster, which is a unit particle formed by agglomeration of ionomers after the sonication, may be 10 nm to 500 nm, or 10 nm to 300 nm.

(막-전극 접합체)(Membrane-electrode assembly)

본 명세서는 캐소드 촉매층, 애노드 촉매층 및 상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 사이에 구비된 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체로서,Herein is a membrane-electrode assembly comprising a cathode catalyst layer, an anode catalyst layer and an electrolyte membrane provided between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer,

상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 중 적어도 어느 하나는 상술한 연료전지용 촉매 조성물로 제조된 것인 막-전극 접합체를 제공한다.At least one of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer provides a membrane-electrode assembly that is made of the catalyst composition for fuel cells described above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 촉매층은 상술한 연료전지용 촉매 조성물로 제조된다.In one embodiment of the present specification, the cathode catalyst layer is made of the catalyst composition for a fuel cell described above.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드 촉매층 및 애노드 촉매층 중 적어도 어느 하나의 수소 이온 전달 저항은 0.2 Ωㆍcm-2 이하, 바람직하게는 0.1 Ωㆍcm-2 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 Ωㆍcm-2 이하, 또는 0.04 Ωㆍcm-2 이하이다. 경우 원활한 수소이온 전달로, 촉매 활용률을 향상할 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 촉매층의 수소이온전달저항은 낮으면 낮을수록 좋으므로, 이의 하한치는 특별히 한정하지 않는다.In one embodiment of the present specification, the hydrogen ion transfer resistance of at least one of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is 0.2 Ω · cm −2 or less, preferably 0.1 Ω · cm −2 or less, more preferably 0.05 Ω Cm -2 or less, or 0.04? Cm -2 or less. In the case of smooth hydrogen ion transfer, there is an advantage to improve the catalyst utilization. At this time, the lower the hydrogen ion transfer resistance of the catalyst layer, the better. Therefore, the lower limit thereof is not particularly limited.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 막-전극 접합체의 옴 저항은 200 mΩㆍcm-2 이하, 바람직하게는 100 mΩㆍcm-2 이하, 더욱 바람직하게는 70 mΩㆍcm-2 이하일 수 있다. 이 경우, 막-전극 접합체의 성능 자체가 향상되는 효과가 있다. 상기 막-전극 접합체의 옴 저항은 막-전극 접합체의 캐소드 촉매층 또는 애노드 촉매층을 상술한 연료전지용 촉매 조성물로 제조하여 달성할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ohmic resistance of the membrane-electrode assembly may be 200 mΩ · cm −2 or less, preferably 100 mΩ · cm −2 or less, more preferably 70 mΩ · cm −2 or less. . In this case, there is an effect that the performance itself of the membrane-electrode assembly is improved. The ohmic resistance of the membrane-electrode assembly may be achieved by preparing the cathode catalyst layer or the anode catalyst layer of the membrane-electrode assembly with the catalyst composition for a fuel cell.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 촉매층의 수소이온전도도(σ)는 하기 식 1로 계산될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the hydrogen ion conductivity (σ) of the catalyst layer may be calculated by the following Equation 1.

[식 1][Equation 1]

R=t/(Aㆍσ)R = t / (A · σ)

상기 식 1에서, R은 촉매층의 수소이온전달저항, t는 촉매층의 평균두께, A는 촉매층의 면적이다.In Equation 1, R is the hydrogen ion transfer resistance of the catalyst layer, t is the average thickness of the catalyst layer, A is the area of the catalyst layer.

촉매층의 평균두께가 10㎛이고, 촉매층의 면적이 25cm2일 때, 상기 촉매층의When the average thickness of the catalyst layer is 10㎛ and the area of the catalyst layer is 25cm 2 , the catalyst layer

수소이온전도도는 0.02 mSㆍcm-1이상일 수 있으며, 구체적으로 0.03 mSㆍcm-1이상일 수 있다. 이 경우 원활한 수소이온 전달로, 촉매 활용률을 향상할 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 촉매층의 수소이온전도도는 높으면 높을수록 좋으므로, 이의 상한치는 특별히 한정하지 않는다.The hydrogen ion conductivity may be 0.02 mS · cm −1 or more, and specifically 0.03 mS · cm −1 or more. In this case, there is an advantage to improve the utilization of the catalyst by a smooth hydrogen ion transfer. At this time, the higher the hydrogen ion conductivity of the catalyst layer is, the better, and therefore the upper limit thereof is not particularly limited.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 촉매층의 평균 두께는 3 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하일 수 있으며, 구체적으로 0.3mgPt/cm2(기준면적(1 cm2)당 Pt의 중량이 0.3mg)를 기준으로 할 때 5 ㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 적절한 기공도와 수소이온전도도를 확보할 수 있는 장점이 있다.In one embodiment of the present specification, the catalyst layer may have an average thickness of 3 μm or more and 15 μm or less, and specifically, based on 0.3 mgPt / cm 2 (the weight of Pt per reference area (1 cm 2 ) is 0.3 mg). 5 micrometers or more and 12 micrometers or less may be sufficient. In this case, there is an advantage to ensure the appropriate porosity and hydrogen ion conductivity.

이때, 상기 촉매 조성물을 이용한 촉매층은 기재 위에 바코팅, 스프레이, 스 크린 프린팅, 슬롯 다이 등의 다양한 코팅법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the catalyst layer using the catalyst composition may be formed using various coating methods such as bar coating, spraying, screen printing, slot die, etc. on the substrate, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질막은 고분자 전해질막일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the electrolyte membrane may be a polymer electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 전해질막은 상기 캐소드 촉매층과 애노드 촉매층 사이에 구비되며, 상기 고분자 전해질막에 포함된 고분자는 이온 전도성 고분자일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the polymer electrolyte membrane is provided between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, the polymer included in the polymer electrolyte membrane may be an ion conductive polymer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자는 탄화수소계 고분자, 부분불소계 고분자 또는 불소계 고분자일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 전해질막은 탄화수소계 고분자 전해질막 또는 불소계 고분자 전해질막일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the ion conductive polymer may be a hydrocarbon-based polymer, a partially fluorine-based polymer or a fluorine-based polymer. Specifically, the polymer electrolyte membrane may be a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane or a fluorine-based polymer electrolyte membrane.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소계 고분자는 플루오린기가 없는 탄화수소계 술폰화(sulfonated) 고분자일 수 있으며, 반대로 불소계 고분자는 플루오린기로 포화된 술폰화(sulfonated) 고분자일 수 있고, 상기 부분불소계 고분자는 플루오린기로 포화되지 않은 술폰화(sulfonated) 고분자일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the hydrocarbon-based polymer may be a hydrocarbon-based sulfonated polymer without a fluorine group, and the fluorine-based polymer may be a sulfonated polymer saturated with a fluorine group. The partially fluorine-based polymer may be a sulfonated polymer that is not saturated with a fluorine group.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 이온 전도성 고분자는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 설폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리 페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계고분자, 폴리에테르에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리설폰계고분자, 폴리피롤계 고분자 및 폴리아닐린계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자일 수 있다. 상기 고분자는 술폰화(sulfonated)하여 사용될 수 있으며, 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the ion conductive polymer is a perfluorosulfonic acid polymer, a hydrocarbon polymer, an aromatic sulfone polymer, an aromatic ketone polymer, a polybenzimidazole polymer, a polystyrene polymer, a polyester polymer, Polyimide polymer, polyvinylidene fluoride polymer, polyethersulfone polymer, polyphenylene sulfide polymer, polyphenylene oxide polymer, polyphosphazene polymer, polyethylene naphthalate polymer, polyester polymer, Doped polybenzimidazole polymer, polyether ketone polymer, polyether ether ketone polymer, polyphenylquinoxaline polymer, polysulfone polymer, polypyrrole polymer and polyaniline polymer selected from the group consisting of It may be a polymer or more. The polymer may be used by sulfonated and may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multiblock copolymer or a graft copolymer, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 전해질막이 탄화수소계 고분자를 포함하는 경우, 친수성 블록과 소수성 블록을 포함하는 블록형 공중합체인 탄화수소계 고분자일 수 있다.In one embodiment of the present specification, when the polymer electrolyte membrane includes a hydrocarbon-based polymer, the polymer electrolyte membrane may be a hydrocarbon-based polymer that is a block copolymer including a hydrophilic block and a hydrophobic block.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 고분자 전해질막의 평균두께는 1㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the average thickness of the polymer electrolyte membrane may be 1 μm or more and 100 μm or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 막-전극 접합체는 상기 캐소드 촉매층의 전해질막이 구비된 면의 반대면에 구비된 캐소드 기체확산층; 및 상기 애노드 촉매층의 전해질막이 구비된 면의 반대면에 구비된 애노드 기체확산층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the membrane-electrode assembly includes a cathode gas diffusion layer provided on a surface opposite to a surface on which an electrolyte membrane of the cathode catalyst layer is provided; And an anode gas diffusion layer provided on an opposite side of the surface of the anode catalyst layer on which the electrolyte membrane is provided.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 애노드 기체확산층 및 캐소드 기체확산층은 촉매층의 일면에 각각 구비되며, 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물의 이동 통로가 되는 것으로, 다공성의 구조를 가진다. 따라서, 상기 기체확산층은 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, the anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer are provided on one surface of the catalyst layer, respectively, and serve as a current conductor, and become a passage for the reaction gas and water, and have a porous structure. Therefore, the gas diffusion layer may include a conductive substrate.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도전성 기재로는 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 재료를 사용할 수 있으나, 예를 들면 탄소 페이퍼(Carbon paper), 탄소 천(Carbon cloth) 또는 탄소 펠트(Carbon felt)가 바람직하게 사용될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.In one embodiment of the present specification, the conductive substrate may be a conventional material known in the art, for example, carbon paper, carbon cloth, or carbon felt. ) May be preferably used, but is not limited thereto.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 기체확산층의 평균두께는 100㎛ 이상 500㎛ 이하일 수 있다. 이 경우 기체확산층을 통한 반응물가스 전달 저항 최소화와 기체확산층 내 적정수분 함유 관점에서 최적의 상태가 되는 장점이 있다.In one embodiment of the present specification, the average thickness of the gas diffusion layer may be 100 μm or more and 500 μm or less. In this case, there is an advantage of minimizing the reactant gas transfer resistance through the gas diffusion layer and an optimum state in view of the proper moisture content in the gas diffusion layer.

(연료전지)(Fuel cell)

본 명세서는 상기 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다.The present specification provides a fuel cell including the membrane-electrode assembly.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막-전극 접합체(MEA)인데, 이는 전해질막(M)과 이 전해질막(M)의 양면에 형성되는 애노드(A) 및 캐소드(C)로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 애노드(A)에서는 수소 또는 메탄올, 부탄과 같은 탄화수소 등의 연료(F)의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생하고, 수소 이온은 전해질막(M)을 통해 캐소드(C)으로 이동한다. 캐소드(C)에서는 전해질막(M)을 통해 전달된 수소 이온과, 산소와 같은 산화제(O) 및 전자가 반응하여 물(W)이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.FIG. 1 schematically illustrates the principle of electricity generation of a fuel cell. In the fuel cell, the most basic unit for generating electricity is a membrane-electrode assembly (MEA), which is an electrolyte membrane (M) and the electrolyte membrane (M). It is composed of an anode (A) and a cathode (C) formed on both sides of. Referring to FIG. 1, which illustrates the electricity generation principle of a fuel cell, an oxidation reaction of a fuel (F) such as hydrogen or a hydrocarbon such as methanol and butane occurs at the anode (A) to generate hydrogen ions (H + ) and electrons (e ). And hydrogen ions move to the cathode C through the electrolyte membrane M. The cathode C reacts with hydrogen ions transferred through the electrolyte membrane M, an oxidizing agent O such as oxygen, and electrons to generate water W. This reaction causes the movement of electrons in the external circuit.

도 2에 도시된 바와 같이, 막-전극 접합체는 전해질막(10)과, 이 전해질막(10)을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 캐소드(50) 및 애노드(51)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 캐소드에는 전해질막(10)으로부터 순차적으로 구비된 캐소드 촉매층(20)과 캐소드 기체확산층(30)을 포함하고, 애노드에는 전해질막(10)으로부터 순차적으로 구비된 애노드 촉매층(21)과 애노드 기체확산층 (31)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the membrane-electrode assembly may include an electrolyte membrane 10 and a cathode 50 and an anode 51 positioned to face each other with the electrolyte membrane 10 interposed therebetween. In detail, the cathode includes a cathode catalyst layer 20 and a cathode gas diffusion layer 30 sequentially provided from the electrolyte membrane 10, and the anode includes an anode catalyst layer 21 and an anode sequentially provided from the electrolyte membrane 10. It may include a gas diffusion layer (31).

도 3은 연료전지의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 연료전지는 스택(60), 산화제 공급부(70) 및 연료 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.3 schematically illustrates the structure of a fuel cell, in which the fuel cell includes a stack 60, an oxidant supply unit 70, and a fuel supply unit 80.

스택(60)은 상술한 막-전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막-전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 막-전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막-전극 접합체로 전달하는 역할을 한다.The stack 60 includes one or two or more membrane-electrode assemblies described above, and includes two or more separators interposed therebetween when two or more membrane-electrode assemblies are included. The separator prevents the membrane-electrode assemblies from being electrically connected and delivers fuel and oxidant supplied from the outside to the membrane-electrode assembly.

산화제 공급부(70)는 산화제를 스택(60)으로 공급하는 역할을 한다. 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 펌프로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply unit 70 serves to supply the oxidant to the stack 60. Oxygen is typically used as the oxidizing agent, and may be used by injecting oxygen or air into a pump.

연료 공급부(80)는 연료를 스택(60)으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(81) 및 연료 탱크(81)에 저장된 연료를 스택(60)으로 공급하는 펌프(82)로 구성될 수 있다. 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다.The fuel supply unit 80 serves to supply fuel to the stack 60, and to the fuel tank 81 storing fuel and the pump 82 supplying fuel stored in the fuel tank 81 to the stack 60. Can be configured. As fuel, hydrogen or hydrocarbon fuel in gas or liquid state may be used. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas.

이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present specification, but not to limit the present specification.

[실시예 1]Example 1

3M 825 불소계 이오노머를 1-프로판올(1-propanol)과 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol, DPG) 용매의 질량 비율이 9 : 1로 조절된 용매에 분산시켰다. 30분간 2℃로 저온 유지시킨 후, 용액에 Tanaka사에서 판매하는 TEC 10F50E 촉매를 이오노머(I, Ionomer)와 카본(C, Carbon)의 질량비율(I/C)을 0.9에 맞추어 첨가했다. 1시간 동안 초음파 분산 후 전극 슬러리를 완성했다. 준비된 전극 슬러리를 폴리테트라플루오에틸렌(Polytetrafluoroethylene: PTFE) 필름 위에 닥터 블레이드를 이용하여 캐스팅한 후 35℃에서 30분 동안 1차 건조하고, 140℃에서 30분 동안 2차 건조하여 최종적으로 전극촉매층을 제조하였다.3M 825 fluorine ionomer was dispersed in a solvent in which the mass ratio of 1-propanol and dipropylene glycol (DPG) solvent was adjusted to 9: 1. After keeping at low temperature at 2 ° C. for 30 minutes, the mass ratio (I / C) of ionomer (I, Ionomer) and carbon (C, Carbon), commercially available from Tanaka, was added to the solution. The electrode slurry was completed after ultrasonic dispersion for 1 hour. The prepared electrode slurry was cast on a polytetrafluoroethylene (PTFE) film using a doctor blade, followed by primary drying at 35 ° C. for 30 minutes, and secondary drying at 140 ° C. for 30 minutes to finally prepare an electrode catalyst layer. It was.

전극촉매층을 적용한 막-전극 접합체의 평가를 진행하였다. 이때, 전해질막은 술폰화된 폴리아릴렌에테르술폰(sulfonated Polyetheretherketone)계 탄화수소계 막을 사용하였으며, 기체확산층(GDL)은 JNTG사 JNT30-A3를 사용하였고, 두께는 280μm 내지 320 μm의 범위를 가지는 것을 사용했다. 기체확산층의 압축률은 25%로 설정하였고 이를 유지시키기 위해 글래스 파이버 시트(glass fiber sheet) 가스켓을 사용하였다. 막-전극 접합체의 활성 면적은 25 cm2으로 제조했다.Evaluation of the membrane-electrode assembly to which the electrode catalyst layer was applied was carried out. At this time, the electrolyte membrane used a sulfonated polyetheretherketone-based hydrocarbon-based membrane, the gas diffusion layer (GDL) was used by JNTG company JNT30-A3, the thickness is used to have a range of 280μm to 320μm did. The compression rate of the gas diffusion layer was set to 25% and a glass fiber sheet gasket was used to maintain it. The active area of the membrane-electrode assembly was made 25 cm 2 .

[실시예 2]Example 2

실시예 1에서, 1-프로판올과 디프로필렌 글리콜의 질량 비율을 8:2로 변경한 것 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.In Example 1, it carried out by the method similar to Example 1 except having changed the mass ratio of 1-propanol and dipropylene glycol to 8: 2.

[실시예 3]Example 3

실시예 1에서, 1-프로판올과 디프로필렌 글리콜의 질량 비율을 7:3으로 변경한 것 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.In Example 1, it carried out by the method similar to Example 1 except having changed the mass ratio of 1-propanol and dipropylene glycol to 7: 3.

[실시예 4]Example 4

실시예 1에서, 1-프로판올과 디프로필렌 글리콜의 질량비율을 6:4로 변경한 것 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.In Example 1, it carried out by the same method as Example 1 except having changed the mass ratio of 1-propanol and dipropylene glycol to 6: 4.

[비교예 1]Comparative Example 1

용매로서 1-프로판올과 물의 혼합 용매 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.It carried out by the method similar to Example 1 except having used the mixed solvent of 1-propanol and water as a solvent.

[실험예]Experimental Example

[실험예 1]Experimental Example 1

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 의 단위전지에 대한 성능은 나라셀의 PEMFC station 장비를 이용하였으며 정전류 모드로 I-V 성능을 측정했다. 구체적으로, 0 내지 1,500 mA/cm2 범위를 100 mA/cm2 스텝으로 스캔하여 측정하였으며, 0.6V에서의 mA/cm2 값으로 성능을 비교 했다. 단위 전지의 온도는 70℃, 상대습도는 100% RH 조건으로 운전하여 측정하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타냈다.The performance of the unit cells of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was used by Nara Cell PEMFC station equipment was measured IV performance in the constant current mode. Specifically, the 0 to 1,500 mA / cm 2 was measured by scanning the range to 100 mA / cm 2 steps, compared the performance of mA / cm 2 in value of 0.6V. The temperature of the unit cell was measured at 70 ° C. and relative humidity at 100% RH. The results are shown in Table 1 below.

MEAMEA 습도조건Humidity condition 성능(@0.6V)
(mA/cm2)
Performance (@ 0.6V)
(mA / cm 2 )
비교예 1Comparative Example 1 100% RH100% RH 11291129 실시예 1Example 1 12471247 실시예 2Example 2 12831283 실시예 3Example 3 11681168 실시예 4Example 4 11161116

[실험예 2]Experimental Example 2

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 의 전기화학적 활성 면적 (Electrochemically active surface area, ECSA)을 계산하기 위해 애노드와 캐소드에 각각 수소와 질소를 공급하고 환원전위법(Cyclic voltammetry, CV)을 이용해 ECSA를 계산 했다. CV 그래프의 수소가 흡착된 부분인 0 내지 0.4V 영역의 면적을 적분해 계산할 수 있다. 단위 전지의 온도는 70℃, 상대습도는 100% RH 조건으로 운전하여 측정하였다. In order to calculate the electrochemically active surface area (ECSA) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, hydrogen and nitrogen were supplied to the anode and the cathode, respectively, and ECSA was determined using Cyclic voltammetry (CV). Calculated. The area of the 0 to 0.4 V region, which is the portion where hydrogen is adsorbed in the CV graph, can be calculated by integration. The temperature of the unit cell was measured at 70 ° C. and relative humidity at 100% RH.

그 결과를 표 2에 나타냈다. 1가 프로판올과 디프로필렌 글리콜의 비율을 8:2로 하여 제작한 촉매층인 실시예 2에서 가장 높은 ECSA 값을 가졌다. 이를 통해 촉매와 이오노머가 실시예 2에서 가장 넓게 접촉 되어 있는 것을 알 수 있으며 그 결과 아래 표 2에 나타난 것과 같이 성능 또한 가장 높았다.The results are shown in Table 2. It had the highest ECSA value in Example 2 which is a catalyst layer which produced the ratio of monovalent propanol and dipropylene glycol at 8: 2. This shows that the catalyst and ionomer are the most widely contacted in Example 2, and as a result, the performance was also the highest as shown in Table 2 below.

MEAMEA 습도Humidity ECSA(m2/g)ECSA (m 2 / g) 비교예 1Comparative Example 1 100% RH100% RH 5454 실시예 1Example 1 7777 실시예 2Example 2 7979 실시예 3Example 3 43.543.5 실시예 4Example 4 39.539.5

[실험예 3]Experimental Example 3

실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 임피던스 분석을 통해 MEA의 옴 저항과 촉매층 내의 수소이온 전달 저항을 측정 했다. 임피던스의 측정은 MEA의 전류가 0 A/cm2 일 때 다음 조건하에서 진행 됐다.Through the impedance analysis of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the ohmic resistance of the MEA and the hydrogen ion transfer resistance in the catalyst layer were measured. Impedance measurements were made under the following conditions when the current in the MEA was 0 A / cm 2 .

- 공급연료: Anode/Cathode = H2/N2 Fuel supplied: Anode / Cathode = H 2 / N 2

- 구동 온도: 70℃Driving temperature: 70 ℃

- 구동 습도: 100 % RHDrive Humidity: 100% RH

그 결과를 표 3에 나타냈다. 촉매층 내 수소이온 전달 저항은 임피던스 그래프의 고주파수 영역에서 나타나는 45° 우상향 영역의 길이와 비례한다. 그 값이 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 4에서 확연히 감소한 것을 알 수 있다. The results are shown in Table 3. The hydrogen ion transfer resistance in the catalyst layer is proportional to the length of the 45 ° upper right region in the high frequency region of the impedance graph. It can be seen that the value is significantly reduced in Examples 1 to 4 compared to Comparative Example 1.

이를 통해 DPG를 포함하는 혼합 용매를 사용함으로써 촉매층 내 이오노머가 고르게 분산되어 서로 네트워킹 되었다는 것을 간접적으로 알 수 있다. This indirectly indicates that ionomers in the catalyst layer were evenly distributed and networked with each other by using a mixed solvent containing DPG.

MEA의 옴 저항 수치 또한 물과 1-프로판올을 사용하여 제조한 비교예 1은 228 mΩㆍcm-2으로 높은 수치를 보여준 반면 DPG를 포함한 혼합 용매를 사용하여 제조한 실시예는 모두 50 mΩㆍcm-2 미만의 결과를 나타냈다. The ohmic resistance value of MEA also showed that the comparative example 1 prepared using water and 1-propanol showed a high value of 228 mΩ · cm −2 , while the examples prepared using a mixed solvent including DPG were all 50 mΩ · cm A result of less than -2 was shown.

비교예 1의 경우, 캐소드 촉매층 내의 이오노머가 연속적으로 연결되지 않고 단절 되었으나, 실시예 1 내지 4의 경우, 캐소드 촉매층 내의 이오노머가 연속적으로 잘 연결되었기 때문이다.In the case of Comparative Example 1, the ionomer in the cathode catalyst layer was disconnected without being continuously connected, but in Examples 1 to 4, the ionomer in the cathode catalyst layer was continuously connected well.

MEAMEA 습도Humidity 촉매층 내 수소이온전달 저항 (Ωㆍ cm-2)Hydrogen ion transfer resistance in the catalyst layer (Ω · cm -2 ) MEA 옴 저항
(mΩㆍcm-2)
MEA ohm resistor
(mΩcm -2 )
비교예 1Comparative Example 1 100% RH100% RH 0.1210.121 228228 실시예 1Example 1 0.0380.038 4949 실시예 2Example 2 0.0200.020 2323 실시예 3Example 3 0.0230.023 4040 실시예 4Example 4 0.0200.020 4545

10: 전해질막
20: 캐소드 촉매층
21: 애노드 촉매층
30: 캐소드 기체확산층
31: 애노드 기체확산층
50: 캐소드
51: 애노드
60: 스택
70: 산화제 공급부
80: 연료 공급부
81: 연료탱크
82: 펌프
10: electrolyte membrane
20: cathode catalyst layer
21: anode catalyst layer
30: cathode gas diffusion layer
31: anode gas diffusion layer
50: cathode
51: anode
60: stack
70: oxidant supply
80: fuel supply
81: fuel tank
82: pump

Claims (15)

이오노머;
촉매; 및
1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매를 포함하는 연료전지용 촉매 조성물.
Ionomers;
catalyst; And
A catalyst composition for a fuel cell comprising a mixed solvent containing a monohydric alcohol and a polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5.
청구항 1에 있어서, 상기 다가 알코올은 디에틸렌글리콜(diethylene glycol, DEG), 프로필렌글리콜(propyleneglycol, PG), 디프로필렌글리콜(dipropylene glycol, DPG), 1,3-부틸렌글리콜(1,4-butylene glycol) 및 디하이드로테피놀(dihydroterpineol, DHT), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 혼합 용매인 촉매 조성물.The method of claim 1, wherein the polyhydric alcohol is diethylene glycol (DEG), propylene glycol (propyleneglycol, PG), dipropylene glycol (dipropylene glycol, DPG), 1,3-butylene glycol (1,4-butylene a catalyst composition which is one or two or more mixed solvents selected from the group consisting of glycol) and dihydroterpineol (DHT), triethylene glycol dimethyl ether, and tetraethylene glycol dimethyl ether. 청구항 1에 있어서, 상기 다가 알코올의 끓는점이 130℃ 이상인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition for a fuel cell according to claim 1, wherein a boiling point of the polyhydric alcohol is 130 ° C or higher. 청구항 1에 있어서, 상기 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 혼합 용매의 함량이 50 중량% 이상 95 중량% 이하인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition for a fuel cell according to claim 1, wherein the content of the mixed solvent is 50 wt% or more and 95 wt% or less based on the total weight of the catalyst composition. 청구항 1에 있어서, 상기 연료전지용 촉매 조성물의 25℃에서의 점도가 2.6cPs 이상 100cPs 이하인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition for a fuel cell according to claim 1, wherein a viscosity at 25 ° C. of the catalyst composition for fuel cell is 2.6 cPs or more and 100 cPs or less. 청구항 1에 있어서, 상기 이오노머는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리설폰계 고분자, 폴리에테르설폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 1 또는 2 이상의 조합인 것인 연료전지용 촉매 조성물.The method of claim 1, wherein the ionomer is a fluorine-based polymer, benzimidazole-based polymer, polyimide-based polymer, polyetherimide-based polymer, polyphenylene sulfide-based polymer, polysulfone-based polymer, polyether sulfone-based polymer, polyether ketone A catalyst composition for a fuel cell, which is a combination of one or two or more selected from the group consisting of a polymer, a polyether-etherketone polymer and a polyphenylquinoxaline polymer. 청구항 1에 있어서, 상기 이오노머는 상기 연료전지용 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 이상 6 중량% 이하로 포함되는 것인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition of claim 1, wherein the ionomer is contained in an amount of 0.01 wt% or more and 6 wt% or less based on the total weight of the catalyst composition for fuel cells. 청구항 1에 있어서, 상기 촉매는 탄소 지지체의 표면에 금속이 담지된 촉매인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition of claim 1, wherein the catalyst is a catalyst having a metal supported on a surface of a carbon support. 청구항 1에 있어서, 상기 촉매는 상기 연료전지용 촉매 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이상 20 중량% 이하로 포함되는 것인 연료전지용 촉매 조성물.The catalyst composition of claim 1, wherein the catalyst is included in an amount of 1 wt% or more and 20 wt% or less based on the total weight of the catalyst composition for fuel cells. 1가 알코올 및 다가 알코올을 9:1 내지 5:5의 질량비로 포함하는 혼합 용매에 이오노머를 투입하는 단계;
상기 혼합 용매와 이오노머의 혼합물에 촉매를 투입하는 단계; 및
상기 촉매가 투입된 혼합물을 초음파 처리하는 단계를 포함하는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 연료전지용 촉매 조성물의 제조방법.
Injecting the ionomer into a mixed solvent containing monohydric alcohol and polyhydric alcohol in a mass ratio of 9: 1 to 5: 5;
Injecting a catalyst into the mixture of the mixed solvent and the ionomer; And
The method for preparing a catalyst composition for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9, comprising the step of sonicating the mixture into which the catalyst is added.
청구항 10에 있어서, 상기 초음파 처리하는 단계는 팁형 또는 배스형으로 수행되는 것인 연료전지용 촉매 조성물의 제조방법.The method of claim 10, wherein the ultrasonication is performed in a tip type or a bath type. 캐소드 촉매층, 애노드 촉매층 및 상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 사이에 구비된 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체로서,
상기 캐소드 촉매층과 상기 애노드 촉매층 중 적어도 어느 하나는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 연료전지용 촉매 조성물로 제조된 것인 막-전극 접합체.
A membrane-electrode assembly comprising a cathode catalyst layer, an anode catalyst layer, and an electrolyte membrane provided between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer,
At least one of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is made of a fuel cell catalyst composition of any one of claims 1 to 9.
청구항 12에 있어서, 상기 캐소드 촉매층 및 애노드 촉매층 중 적어도 어느 하나의 수소 이온 전달 저항은 0.2 Ωㆍcm-2 이하인 것인 막-전극 접합체.The membrane-electrode assembly of claim 12, wherein the hydrogen ion transfer resistance of at least one of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is 0.2 Ω · cm −2 or less. 청구항 12에 있어서, 옴 저항이 200 mΩㆍcm-2 이하인 것인 막-전극 접합체.The membrane-electrode assembly according to claim 12, wherein the ohmic resistance is 200 mΩ · cm −2 or less. 청구항 12의 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising the membrane-electrode assembly of claim 12.
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