KR20200122038A - Membrane-electrode assembly with improved ion channel continuity and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR20200122038A
KR20200122038A KR1020190044796A KR20190044796A KR20200122038A KR 20200122038 A KR20200122038 A KR 20200122038A KR 1020190044796 A KR1020190044796 A KR 1020190044796A KR 20190044796 A KR20190044796 A KR 20190044796A KR 20200122038 A KR20200122038 A KR 20200122038A
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김병수
임철호
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Abstract

The present invention relates to a membrane-electrode assembly and a manufacturing method thereof and, more specifically, to a membrane-electrode assembly applying an ionomer solution to both sides of a porous support included in an electrolyte membrane divided in two steps and comprising the electrolyte membrane with improved continuity of channels through which hydrogen cations move by using a method of injecting high-pressure gas to the porous support, and to a manufacturing method thereof.

Description

이온 채널 연속성이 개선된 막-전극 접합체 및 그 제조방법{Membrane-electrode assembly with improved ion channel continuity and manufacturing method of the same}Membrane-electrode assembly with improved ion channel continuity and manufacturing method of the same}

본 발명은 막-전극 접합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전해질막에 포함되는 다공성 지지체의 양면에 2단계로 나누어서 이오노머 용액을 도포하고 상기 다공성 지지체에 고압가스를 분사하는 방법을 이용하여 수소 양이온이 이동하는 채널의 연속성을 개선시킨 전해질막을 포함하는 막-전극 접합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly and a method of manufacturing the same, and more specifically, by applying an ionomer solution to both sides of a porous support included in an electrolyte membrane in two steps, and spraying a high-pressure gas to the porous support. The present invention relates to a membrane-electrode assembly including an electrolyte membrane having improved continuity of a channel through which hydrogen cations move, and a method of manufacturing the same.

연료전지의 전해질막은 연료전지에서 실제 수소 양이온을 이동시키는 구성으로, 대표적으로 나피온(Nafion)이 있다. 또한 최근에는, 열적, 기계적으로 안정한 다공성 지지체에 이오노머가 함침된 강화막이 개발되고 있는데, 상기 강화막의 경우 수소 양이온의 이동 통로가 되는 이오노머를 끊김없이 강화막 내부의 기공에 완전히 함침시키는 것에 어려움이 있었다.The electrolyte membrane of a fuel cell is a structure that actually moves hydrogen cations in a fuel cell, and is representatively called Nafion. In addition, recently, a reinforcing membrane in which an ionomer is impregnated in a thermally and mechanically stable porous support has been developed.In the case of the reinforcement membrane, it is difficult to completely impregnate the ionomer, which is a passage for hydrogen cations, into the pores inside the reinforcement membrane without interruption. .

통상적으로 다공성 지지체의 양면에 형성된 기공으로 이오노머를 다양한 방식으로 여러 차례 주입하는데, 이때 각 단계마다 주입되는 이오노머와 함께 기공으로 공기가 유입되거나, 또는 내부에 남아있는 공기들이 제대로 빠져나오지 못해 다공성 지지체 내에 기포 형태로 공기가 남아있게 된다.Typically, ionomers are injected into the pores formed on both sides of the porous support several times in various ways.At this time, air is introduced into the pores together with the ionomer injected at each step, or the air remaining inside the porous support cannot be properly released. Air remains in the form of bubbles.

한국등록특허 제10-639536호는 강화막에 관한 것으로, 다공성 지지체의 상부 및 하부에서 이오노머 분산액을 도포하여 상기 다공성 지지체 내부의 기공으로 함침시키지만, 상기와 같은 방식 역시 다공성 지지체 내부에 생성된 기포를 제거하는 해결법이나, 또는 기포 생성을 억제할 수 있는 새로운 방법을 제시하고 있지 못하다.Korean Patent Registration No. 10-639536 relates to a reinforcing membrane, and an ionomer dispersion is applied from the upper and lower portions of the porous support to impregnate the pores inside the porous support, but the same method also eliminates bubbles generated inside the porous support. It does not suggest a solution to remove or a new method to suppress the formation of air bubbles.

한국등록특허 제10-639536호Korean Patent Registration No. 10-639536

본 발명은 연료전지 구동 시, 다공성 지지체 내 수소 양이온이 이동할 수 있는 채널이 끊어질 수 있는 확률을 낮추어 연료전지의 성능 및 내구성을 높일 수 있는 기술을 제공할 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a technology capable of improving the performance and durability of a fuel cell by lowering the probability that a channel through which hydrogen cations in a porous support can move may be cut off when a fuel cell is driven.

본 발명은 제조방법을 변경하여 다공성 지지체를 더욱 쉽게 다룰 수 있는 방법을 제공할 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method that can more easily handle a porous support by changing the manufacturing method.

본 발명은 이오노머 및 촉매물질의 사용량을 줄여서 원가를 절감시킬 수 있는 방법을 제공할 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method capable of reducing the cost by reducing the amount of ionomer and catalyst material used.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The object of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by the means described in the claims and combinations thereof.

본 발명에 따르면, 다공성 지지체; 및 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체의 양면에 각각 도포되어 형성된 이오노머층; 을 포함하는 전해질막; 상기 전해질막의 양면에 적층된 촉매층; 및 서브가스켓; 을 포함하고, 상기 전해질막은 상기 제1 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 일면에 도포되어 형성된 제1 이오노머층; 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 타면에 도포되어 형성된 제2 이오노머층; 을 포함하고, 상기 서브가스켓은 상기 다공성 지지체 상에 적층된 것인 연료전지용 막-전극 접합체를 제공한다.According to the present invention, a porous support; And an ionomer layer formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to both surfaces of the porous support. An electrolyte membrane comprising a; Catalyst layers stacked on both sides of the electrolyte membrane; And a sub gasket; Including, the electrolyte membrane is a first ionomer layer formed by applying the first ionomer solution to one surface of the porous support; And a second ionomer layer formed by applying a second ionomer solution to the other surface of the porous support. Including, the sub-gasket provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell that is stacked on the porous support.

상기 다공성 지지체는 다공성 지지체의 일면으로부터 타면까지 기공을 통해 관통되는 구조를 포함할 수 있다.The porous support may include a structure penetrating through pores from one surface to the other surface of the porous support.

상기 제1 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 일면으로부터 상기 기공의 일부를 차지하도록 함침되고, 상기 제2 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 타면으로부터 상기 기공의 일부를 차지하도록 함침될 수 있다.The first ionomer solution may be impregnated to occupy a part of the pores from one surface of the porous support, and the second ionomer solution may be impregnated to occupy a part of the pores from the other surface of the porous support.

상기 제1 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 일면으로부터 상기 기공의 전부를 차지하도록 함침될 수 있다.The first ionomer solution may be impregnated to occupy all of the pores from one surface of the porous support.

상기 서브가스켓은 상기 이오노머층 상에 적층되지 않는 것일 수 있다.The sub gasket may not be stacked on the ionomer layer.

상기 서브가스켓은 상기 촉매층 상에 적층되지 않는 것일 수 있다.The sub gasket may not be stacked on the catalyst layer.

상기 전해질막 및 서브가스켓 사이에는 접착제층이 개재되어 있는 것일 수 있다.An adhesive layer may be interposed between the electrolyte membrane and the sub gasket.

본 발명에 따르면, 다공성 지지체를 준비하는 단계; 상기 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 함침단계; 상기 다공성 지지체의 타면에 제2 이오노머층을 형성하는 코팅단계; 및 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층 상에 촉매층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 함침단계에서 상기 다공성 지지체의 타면에 고압가스를 분사하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법을 제공한다.According to the present invention, preparing a porous support; An impregnation step of forming a first ionomer layer on one surface of the porous support; A coating step of forming a second ionomer layer on the other surface of the porous support; And forming a catalyst layer on the first ionomer layer and the second ionomer layer. Including, and injecting a high-pressure gas to the other surface of the porous support in the impregnation step provides a fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing method.

다공성 지지체를 준비하는 단계 이후, 서브가스켓을 적층시키는 단계; 가 더 포함되고, 상기 서브가스켓이 적층된 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 것일 수 있다.After the step of preparing a porous support, laminating a sub-gasket; Is further included, and may be to form a first ionomer layer on one surface of the porous support on which the sub gasket is stacked.

함침단계에서 제1 이오노머 용액을 기재 상에 도포하고, 상기 기재의 제1 이오노머 용액이 도포된 일면과 다공성 지지체의 일면을 합지시켜 상기 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 것일 수 있다.In the impregnation step, a first ionomer solution is applied on a substrate, and one surface of the substrate to which the first ionomer solution is applied and one surface of the porous support are laminated to form a first ionomer layer on one surface of the porous support.

상기 제1 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 일면의 기공을 통해 함침되는 것일 수 있다.The first ionomer solution may be impregnated through the pores on one surface of the porous support.

함침단계에서 상기 다공성 지지체의 면 중 기재와 합지되지 않은 타면에 고압가스를 분사하는 가스분사 단계가 더 포함될 수 있다.In the impregnation step, a gas spraying step of injecting a high-pressure gas to the other surface of the porous support that is not laminated with the substrate may be further included.

상기 고압가스의 분사 압력은 0.06 내지 0.30MPa 인 것일 수 있다.The injection pressure of the high-pressure gas may be from 0.06 to 0.30 MPa.

상기 고압가스의 분사로 상기 다공성 지지체 및 서브가스켓이 중력방향으로 힘을 받는 것일 수 있다.The porous support and the sub-gasket may receive force in the direction of gravity by the injection of the high-pressure gas.

코팅단계에서 제1 이오노머층이 형성되지 않은 상기 다공성 지지체의 타면에 제2 이오노머 용액을 도포하여 제2 이오노머층을 형성하는 것일 수 있다.In the coating step, a second ionomer layer may be formed by applying a second ionomer solution to the other surface of the porous support on which the first ionomer layer is not formed.

촉매층을 형성하는 단계에서 상기 다공성 지지체에 형성된 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층 상에 촉매물질을 도포하여 촉매층을 형성하는 것일 수 있다.In the step of forming the catalyst layer, a catalyst layer may be formed by applying a catalyst material on the first ionomer layer and the second ionomer layer formed on the porous support.

본 발명에 따르면, 연료전지 구동 시, 다공성 지지체 내 수소 양이온이 이동할 수 있는 채널이 끊어질 수 있는 확률을 낮추어 연료전지의 성능 및 내구성을 높일 수 있는 기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, when a fuel cell is driven, a technology capable of improving the performance and durability of a fuel cell can be provided by lowering the probability that a channel through which hydrogen cations in a porous support can move is cut off.

본 발명에 따르면, 제조방법을 변경하여 다공성 지지체를 더욱 쉽게 다룰 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for more easily handling the porous support by changing the manufacturing method.

본 발명에 따르면, 이오노머의 사용량을 줄여서 원가를 절감시킬 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method capable of reducing the cost by reducing the amount of ionomer used.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명의 전해질막의 사시도 및 부분 절단면도를 간단히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 막-전극 접합체의 사시도 및 부분 절단면도를 간단히 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명 및 종래 발명의 막-전극 접합체의 적층 구성을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 막-전극 접합체 제조 과정을 간단히 나타낸 것이다.
도 5는 고압가스를 분사할 때, 고압가스의 압력에 의해 다공성 지지체 및 서브가스켓에 가해지는 힘을 간단히 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 막-전극 접합체 제조과정 중 제1 함침단계를 나타낸 것이다.1 is a simplified perspective view and a partial sectional view of the electrolyte membrane of the present invention.
2 is a simplified perspective view and a partial sectional view of the membrane-electrode assembly of the present invention.
3 shows a comparison of the stacked structure of the membrane-electrode assembly of the present invention and the conventional invention.
4 is a simplified diagram showing the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of the present invention.
5 is a brief illustration of the force applied to the porous support and the sub-gasket by the pressure of the high-pressure gas when injecting the high-pressure gas.
6 shows a first impregnation step in the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of the present invention.

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.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed 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.In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "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 specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added. Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, a film, a region, or a plate is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, polymer compositions, and formulations used herein are those that occur in obtaining such values, among other things essentially. Since they are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, it should be understood as being modified in all cases by the term "about". In addition, when numerical ranges are disclosed herein, these ranges are continuous and, unless otherwise indicated, include all values from the minimum value of this range to the maximum value including the maximum value. Furthermore, when this range refers to an integer, all integers from the minimum value to the maximum value including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In the present specification, when a range is described for a variable, it will be understood that the variable includes all values within the stated range, including the stated endpoints of the range. For example, a range of "5 to 10" includes values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. Inclusive, and it will be understood to include any values between integers that are reasonable in the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. Also, for example, the range of "10% to 30%" is 10% to 15%, 12% to 10%, 11%, 12%, 13%, etc., as well as all integers including up to 30%. It will be understood to include any subranges such as 18%, 20% to 30%, and the like, and include any values between reasonable integers within the scope of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, and the like.

본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 물건발명인 막-전극 접합체 및 방법발명인 막-전극 접합체 제조방법 두 가지로 구분하여 설명하도록 하겠다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a method for manufacturing the same, and the membrane-electrode assembly, which is a product invention, and a membrane-electrode assembly, which is a method invention, will be described.

막-전극 접합체Membrane-electrode assembly

본 발명의 막-전극 접합체는 다공성 지지체; 및 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체의 양면에 각각 도포되어 형성된 이오노머층;을 포함하는 전해질막; 상기 전해질막의 양면에 적층된 촉매층; 및 서브가스켓;을 포함하고, 상기 전해질막은 상기 제1 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 일면에 도포되어 형성된 제1 이오노머층; 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 타면에 도포되어 형성된 제2 이오노머층; 을 포함하고, 상기 서브가스켓은 상기 다공성 지지체 상에 적층된 것을 특징으로 한다.The membrane-electrode assembly of the present invention includes a porous support; And an ionomer layer formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to both surfaces of the porous support, respectively; Catalyst layers stacked on both sides of the electrolyte membrane; And a sub-gasket, wherein the electrolyte membrane comprises: a first ionomer layer formed by coating the first ionomer solution on one surface of the porous support; And a second ionomer layer formed by applying a second ionomer solution to the other surface of the porous support. Including, the sub-gasket is characterized in that laminated on the porous support.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 전해질막 및 막-전극 접합체의 사시도 및 부분 절단면도가 나타나 있다. 이를 참고하여 막-전극 접합체의 각 구성에 대해 설명하겠다.1 and 2 are perspective views and partial sectional views of the electrolyte membrane and the membrane-electrode assembly of the present invention. With reference to this, each configuration of the membrane-electrode assembly will be described.

전해질막Electrolyte membrane

도 1(A) 및 도 1(B)는 본 발명의 전해질막에 대한 실시예를 간단히 나타낸 것으로, 본 발명의 전해질막은 다공성 지지체(10) 및 상기 다공성 지지체(10)의 양면에 형성된 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31)을 포함한다. 보다 구체적으로 기공(11)을 포함하는 다공성 지지체(10), 제1 이오노머 용액(20)이 상기 다공성 지지체(10)의 일면에 도포되어 형성된 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머 용액(30)이 상기 다공성 지지체(10)의 타면에 도포되어 형성된 제2 이오노머층(31)을 포함한다.1(A) and 1(B) briefly show an embodiment of the electrolyte membrane of the present invention. The electrolyte membrane of the present invention includes a porous support 10 and a first ionomer formed on both surfaces of the porous support 10. And a layer 21 and a second ionomer layer 31. More specifically, the first ionomer layer 21 and the second ionomer solution 30 formed by applying a porous support 10 including pores 11 and a first ionomer solution 20 to one surface of the porous support 10 ) Is applied to the other surface of the porous support 10 to form a second ionomer layer 31.

상기 다공성 지지체(10)는 다공성 지지체(10)의 일면으로부터 타면까지 기공(11)들간 연결되어 상기 연결된 기공(11)들이 상기 다공성 지지체(10)를 관통하는 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 이는 다공성 지지체(10) 내부의 기공(11)들간 연결성이 부족할 경우, 상기 기공(11)에 채워지는 이오노머 또한 연결성이 부족해지며 결과적으로 수소 양이온의 전도도가 낮아지게 되는 현상을 배제하기 위함이다.The porous support 10 is preferably connected between the pores 11 from one surface to the other surface of the porous support 10 so that the connected pores 11 pass through the porous support 10. This is to exclude a phenomenon in which, when the connectivity between the pores 11 inside the porous support 10 is insufficient, the ionomer filled in the pores 11 also lacks connectivity, and as a result, the conductivity of the hydrogen cation is lowered.

상기 다공성 지지체(10)의 관통 구조로 인해 상기 제1 이오노머 용액(20) 단독으로 또는 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)이 다공성 지지체(10) 상에 도포될 때 상기 다공성 지지체(10) 내부의 기공(11)으로 함침되게 된다.When the first ionomer solution 20 alone or when the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30 are applied on the porous support 10 due to the through structure of the porous support 10 It is impregnated with the pores 11 inside the support 10.

도 1(A)를 참고하면, 상기 다공성 지지체(10)의 일면에 도포된 제1 이오노머 용액(20) 중 일부는 상기 다공성 지지체(10) 일면의 기공(11)을 통해 다공성 지지체(10)의 내부로 함침되고, 상기 다공성 지지체(10)의 타면에 도포된 제2 이오노머 용액(30) 중 일부는 상기 다공성 지지체(10) 타면의 기공(11)을 통해 다공성 지지체(10)의 내부로 함침된다.Referring to FIG. 1(A), some of the first ionomer solution 20 applied to one surface of the porous support 10 is formed of the porous support 10 through the pores 11 on one surface of the porous support 10. Some of the second ionomer solution 30 applied to the other surface of the porous support 10 is impregnated inside and is impregnated into the interior of the porous support 10 through the pores 11 of the other surface of the porous support 10 .

상기 제1 이오노머 용액(20)은 상기 다공성 지지체(10)의 일면으로부터 기공(11)의 일부를 차지하도록 함침되고, 상기 제2 이오노머 용액(30)은 상기 다공성 지지체(10)의 타면으로부터 기공(11)의 나머지 일부를 차지하도록 함침되는 데, 이때 상기 다공성 지지체(10) 내부의 기공(11)은 상기 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)에 의해서 전부 채워지는 것이 특징이다.The first ionomer solution 20 is impregnated so as to occupy a part of the pores 11 from one surface of the porous support 10, and the second ionomer solution 30 is formed from the other surface of the porous support 10. 11) is impregnated to occupy the remaining part, wherein the pores 11 inside the porous support 10 are entirely filled by the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30. .

본 발명의 기공(11)은 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)으로 전부 함침되어 있고, 상기 두 가지 이오노머 용액의 계면간 또는 이오노머 용액들과 기공의 표면간 기포가 형성되지 않는다.The pores 11 of the present invention are all impregnated with the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30, and no bubbles are formed between the interfaces of the two ionomer solutions or between the ionomer solutions and the surface of the pores. Does not.

본 발명에 있어서 더욱 바람직하게 다공성 지지체(10)의 내부에 포함되는 기공(11)에는 제1 이오노머 용액(20)만 단독으로 전부 함침될 수 있다. 도 1(B)를 참고하면 이 경우, 상기 제2 이오노머 용액(30)은 상기 다공성 지지체(10) 상에 도포되어 제2 이오노머층(31)만 형성하고, 다공성 지지체(10) 내부로 함침이 진행되지 않는다. 즉, 다공성 지지체(10)의 기공(11)에는 제1 이오노머 용액(20)으로 가득 채워져 있기 때문에 제2 이오노머 용액(30)이 함침될 수 있는 공간이 다공성 지지체(10)의 기공(11)에 남아있지 않게된다. 때문에 상기 제1 이오노머 용액(20)이 단독으로 기공(11)을 채울 경우, 상기 다공성 지지체(10)의 내부 기공(11)에 두 가지의 이오노머 용액이 채워질 경우 보다 기포 발생 확률이 줄어드는 것이 특징이다. In the present invention, more preferably, only the first ionomer solution 20 may be completely impregnated into the pores 11 included in the porous support 10. Referring to FIG. 1(B), in this case, the second ionomer solution 30 is applied on the porous support 10 to form only the second ionomer layer 31, and impregnation into the porous support 10 is not possible. Does not proceed. In other words, since the pores 11 of the porous support 10 are filled with the first ionomer solution 20, a space in which the second ionomer solution 30 can be impregnated is in the pores 11 of the porous support 10. It will not remain. Therefore, when the first ionomer solution 20 alone fills the pores 11, the probability of occurrence of bubbles decreases compared to when two ionomer solutions are filled in the inner pores 11 of the porous support 10. .

상기 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)은 이오노머 및 용매를 포함한다. 이때 상기 이오노머는 본 발명에서 특별히 한정시키지 않으며, 종래 연료전지 분야에서 사용되는 이오노머(ionomer) 또는 바인더(binder)이면 충분하다. 다만, 상기 제1 이오노머 용액(20)에 포함되는 이오노머 및 제2 이오노머 용액(30)에 포함되는 이오노머는 동일한 종류인 것이 바람직하다.The first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30 contain an ionomer and a solvent. In this case, the ionomer is not particularly limited in the present invention, and an ionomer or a binder used in the conventional fuel cell field is sufficient. However, it is preferable that the ionomer included in the first ionomer solution 20 and the ionomer included in the second ionomer solution 30 are of the same type.

상기 용매는 물, 알코올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는데, 상기 용매의 함량을 조절하여 상기 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)의 점도를 조절할 수 있다.The solvent includes any one selected from the group consisting of water, alcohol, and combinations thereof, and the viscosity of the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30 can be adjusted by adjusting the content of the solvent. .

본 발명에서는 상기 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)의 점도는 필요에 따라 동일하지 않을 수 있다.In the present invention, the viscosity of the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30 may not be the same as necessary.

촉매층Catalyst layer

본 발명의 촉매층(40)은 전해질막의 양면에 촉매물질을 도포하여 형성되고, 상기 촉매물질은 백금계 입자들이 분산된 탄소 및 용매를 포함한다.The catalyst layer 40 of the present invention is formed by coating a catalyst material on both sides of an electrolyte membrane, and the catalyst material includes carbon in which platinum-based particles are dispersed and a solvent.

상기 용매는 물, 알코올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함한다.The solvent includes any one selected from the group consisting of water, alcohol, and combinations thereof.

상기 촉매물질에는 이오노머를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 이오노머는 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액에 포함되는 이오노머와 동일한 종류를 선택하는 것이 바람직하다.The catalyst material may further include an ionomer. At this time, it is preferable to select the same type of ionomer as the ionomer contained in the first ionomer solution and the second ionomer solution.

상기 촉매층은 도포된 촉매물질 중 용매가 제거된 것으로 바람직하게 백금계 입자들이 분산된 탄소를 포함하고, 필요에 따라 이오노머가 더 포함될 수 있다.The catalyst layer is from which the solvent is removed from the applied catalyst material, and preferably includes carbon in which platinum-based particles are dispersed, and an ionomer may be further included if necessary.

서브가스켓Sub gasket

본 발명의 서브가스켓(50)은 개구를 포함하고 판상의 구조를 갖는데, 구체적으로 한 쌍의 서브가스켓(50)이 상기 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31)이 형성되지 않은 다공성 지지체(10)의 양면에 적층된다.The sub-gasket 50 of the present invention includes an opening and has a plate-like structure. Specifically, a pair of sub-gaskets 50 is provided in which the first ionomer layer 21 and the second ionomer layer 31 are not formed. It is laminated on both sides of the porous support 10.

도 3는 종래의 막-전극 접합체와 본 발명의 막-전극 접합체의 부분 단면도를 비교해서 나타낸 것이다. 도 3(A)는 본 발명의 막-전극 접합체로, 서브가스켓(50)이 다공성 지지체(10)의 양면에 적층된 후 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 상기 다공성 지지체 상에 도포되기 때문에 제1 이오노머층(20) 및 제2 이오노머층(30)은 다공성 지지체(10)의 양면 중, 상기 다공성 지지체(10) 및 상기 서브가스켓(50)이 맞닿아 접하는 부분에는 형성되지 않는 것이 특징이다. 또한, 본 발명의 촉매층(40)은 상기 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31) 상에 형성되는 것이 특징이다. 즉, 본 발명의 서브가스켓(50)은 제1 이오노머층(21), 제2 이오노머층(31) 및 촉매층(40) 상에 적층되지 않는 것이 특징이다. 이때 상기 다공성 지지체(10)와 상기 서브가스켓(50)이 맞닿아 접하는 부분에는 접착제층(70)이 더 포함될 수 있다.3 is a partial cross-sectional view of a conventional membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly of the present invention. 3(A) is the membrane-electrode assembly of the present invention, since the sub-gasket 50 is laminated on both sides of the porous support 10 and then the first ionomer solution and the second ionomer solution are applied on the porous support. It is characterized in that the first ionomer layer 20 and the second ionomer layer 30 are not formed in a portion of the both surfaces of the porous support 10 where the porous support 10 and the sub-gasket 50 come into contact with each other. . In addition, the catalyst layer 40 of the present invention is characterized in that it is formed on the first ionomer layer 21 and the second ionomer layer 31. That is, the sub-gasket 50 of the present invention is characterized in that it is not stacked on the first ionomer layer 21, the second ionomer layer 31, and the catalyst layer 40. In this case, an adhesive layer 70 may be further included in a portion where the porous support 10 and the sub gasket 50 come into contact with each other.

상기 접착제층(70)은 연료전지 분야에서 서브가스켓을 적층시킬 때 사용되는 통상의 접착제 성분을 포함하며, 본 발명에서는 특별히 그 종류를 한정시키지 않는다.The adhesive layer 70 includes a conventional adhesive component used when laminating the sub-gasket in the fuel cell field, and the type of the adhesive layer 70 is not particularly limited in the present invention.

도 3(B)는 통상적인 막-전극 접합체를 나타낸 것으로, 도 3(B)의 서브가스켓(50)이 이오노머층(81)이 형성된 다공성 지지체(10) 상에 적층되는 구조이기 때문에 본 발명의 막-전극 접합체 보다 적층 두께가 두껍게 된다.3(B) shows a conventional membrane-electrode assembly. Since the sub-gasket 50 of FIG. 3(B) is stacked on the porous support 10 on which the ionomer layer 81 is formed, the present invention The stacking thickness is thicker than that of the membrane-electrode assembly.

막-전극 접합체 제조방법Membrane-electrode assembly manufacturing method

본 발명의 막-전극 접합체 제조방법은 다공성 지지체를 준비하는 단계, 상기 다공성 지지체의 양면에 서브가스켓을 적층시키는 단계, 상기 서브가스켓이 적층된 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 함침단계, 상기 다공성 지지체의 타면에 제2 이오노머층을 형성하는 코팅단계 및 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층 상에 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.The method for manufacturing a membrane-electrode assembly of the present invention includes preparing a porous support, laminating sub-gaskets on both sides of the porous support, and impregnating forming a first ionomer layer on one surface of the porous support on which the sub-gaskets are stacked. , A coating step of forming a second ionomer layer on the other surface of the porous support, and forming a catalyst layer on the first and second ionomer layers.

도 4는 본 발명의 막-전극 접합체 제조 과정을 나타낸 것으로, 이를 참고하여 각 단계에 대해 구체적으로 설명하겠다.4 shows the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of the present invention, and each step will be described in detail with reference to this.

다공성 지지체 준비단계Porous scaffold preparation step

내부에 기공(11)을 포함하는 다공성 지지체(10)를 준비하는 단계로, 상기 다공성 지지체(10)는 다공성 지지체(10)의 일면으로부터 타면까지 기공(11)들간 연결되어 상기 연결된 기공(11)들이 상기 다고성 지지체(10)를 관통하는 구조를 포함한다.A step of preparing a porous support 10 including pores 11 therein, wherein the porous support 10 is connected between pores 11 from one surface of the porous support 10 to the other surface of the porous support 10 so that the connected pores 11 They include a structure penetrating the multilayer support 10.

서브가스켓 적층 단계(S1)Sub-gasket lamination step (S1)

다공성 지지체(10)의 양면에 서브가스켓(50)을 적층시키는 단계로, 상기 서브가스켓(50)은 중앙에 개구를 포함하는 판상의 구조를 갖고 있으며, 한 쌍의 서브가스켓(50)이 상기 다공성 지지체(10)의 양면으로 적층된다. 이때 상기 서브가스켓(50)과 다공성 지지체(10)가 맞닿아 접하는 부분에는 접착제층이 개재될 수 있으며, 상기 접착제층은 연료전지 분야에서 서브가스켓을 적층시킬 때 사용되는 통상의 접착제 성분을 포함한다.In the step of laminating the sub gaskets 50 on both sides of the porous support 10, the sub gasket 50 has a plate-shaped structure including an opening in the center, and a pair of sub gaskets 50 It is laminated on both sides of the support 10. At this time, an adhesive layer may be interposed at a portion where the sub gasket 50 and the porous support 10 come into contact with each other, and the adhesive layer includes a conventional adhesive component used when stacking the sub gasket in the fuel cell field. .

함침단계(S2)Impregnation step (S2)

서브가스켓(50)이 적층된 다공성 지지체(10)의 일면에 제1 이오노머층(21)을 형성시키는 단계이다. 구체적으로 준비된 기재(60) 상에 제1 이오노머 용액(20)을 도포하고, 상기 제1 이오노머 용액(20)이 도포된 기재(60)의 면에 다공성 지지체(10)의 일면을 합지시켜 상기 다공성 지지체(10)의 일면에 제1 이오노머층(21)을 형성한다.This is a step of forming a first ionomer layer 21 on one surface of the porous support 10 on which the sub gasket 50 is stacked. Specifically, the first ionomer solution 20 is applied on the prepared substrate 60, and one surface of the porous support 10 is laminated on the surface of the substrate 60 to which the first ionomer solution 20 is applied to A first ionomer layer 21 is formed on one surface of the support 10.

상기 다공성 지지체(10)의 일면과 상기 기재(60)가 합지될 때, 상기 기재(60) 상에 도포되어 있는 제1 이오노머 용액(20)이 다공성 지지체(10)의 누르는 압력 및 모세관 현상에 의해 상기 다공성 지지체(10)의 일면에 분포하는 기공(11)으로 함침이 진행되게 된다. 즉, 상기 기재(60) 상에 도포된 제1 이오노머 용액(20) 중 일부는 상기 다공성 지지체(10)의 기공으로 함침되고, 나머지 일부는 상기 다공성 지지체(10)의 표면에 잔존하여 제1 이오노머층(21)을 형성한다.When the one side of the porous support 10 and the substrate 60 are laminated, the first ionomer solution 20 applied on the substrate 60 is pressed by the pressure of the porous support 10 and a capillary phenomenon. Impregnation proceeds into the pores 11 distributed on one surface of the porous support 10. In other words, some of the first ionomer solution 20 applied on the substrate 60 is impregnated with the pores of the porous support 10, and the remaining part remains on the surface of the porous support 10 to form the first ionomer. A layer 21 is formed.

상기 제1 이오노머층(21)은 서브가스켓(50)이 적층된 다공성 지지체(10)의 표면에 형성되기 때문에 상기 다공성 지지체(10)의 전체 표면 중 상기 서브가스켓(50)이 맞닿아 접한 부분에는 형성되지 않는 것이 특징이다.Since the first ionomer layer 21 is formed on the surface of the porous support 10 on which the sub gasket 50 is stacked, a portion of the entire surface of the porous support 10 where the sub gasket 50 abuts and contacts It is characterized by not being formed.

본 발명에서는 제1 함침단계(S2) 이후, 다공성 지지체(10)의 면 중 기재(60)와 합지되지 않은 타면에 고압가스를 분사하는 가스분사 단계(S3)가 더 포함될 수 있다. 도 5에는 다공성 지지체(10) 또는 다공성 지지체(10)와 서브가스켓(50) 상에 고압가스를 분사하였을 때의 고압가스의 압력에 의해 상기 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)이 받는 힘을 간단히 표현한 것이다. 이를 참고하여 구체적으로 보면, 분사장치를 통해 분사된 고압가스는 다공성 지지체(10) 중 기재(60)와 합지되지 않은 다공성 지지체(10)의 타면 및 해당 타면에 적층된 서브가스켓(50)의 표면에 일정 압력을 가하여 중력방향으로 누르게 된다. 이때 상기 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)이 중력방향으로 힘을 받게 되어 기재 상에 도포된 제1 이오노머 용액(20)을 누르게 되고, 상기 제1 이오노머 용액(20)이 더 수월하게 상기 다공성 지지체(10)의 기공(11)으로 함침되게 된다. 바람직하게 상기 제1 이오노머 용액(20)이 다공성 지지체(10)의 기공(11)을 전부 채우게 된다.In the present invention, after the first impregnation step (S2), a gas injection step (S3) of injecting a high-pressure gas to the other surface of the porous support 10 that is not laminated with the substrate 60 may be further included. 5 shows the force received by the porous support 10 and the sub gasket 50 by the pressure of the high pressure gas when the high pressure gas is injected onto the porous support 10 or the porous support 10 and the sub gasket 50. Is a simple expression. Specifically referring to this, the high-pressure gas injected through the injection device is the surface of the other surface of the porous support 10 that is not laminated with the substrate 60 of the porous support 10 and the sub-gasket 50 stacked on the other surface. It is pressed in the direction of gravity by applying a certain pressure to it. At this time, the porous support 10 and the sub gasket 50 are subjected to a force in the direction of gravity to press the first ionomer solution 20 applied on the substrate, and the first ionomer solution 20 makes the It is impregnated with the pores 11 of the porous support 10. Preferably, the first ionomer solution 20 fills all the pores 11 of the porous support 10.

도 6은 본 발명의 막-전극 접합체 제조과정 중 함침단계(S2)를 보다 자세히 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 공급되는 다공성 지지체(10)가 공급된 기재(60)와 합지가 된다. 이때 상기 기재(60) 상에는 제1 이오노머 용액(20)이 도포되어 있고, 상기 기재(60)의 표면 중 제1 이오노머 용액(20)이 도포된 일면과 다공성 지지체(10)의 일면이 합지되면서 상기 제1 이오노머 용액(20)이 상기 다공성 지지체(10)의 기공으로 함침되기 시작한다. 이후, 분사 장치에 의해 분사된 고압가스의 압력에 의해 상기 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)이 중력 방향 즉, 기재(60)가 위치한 방향으로 힘을 받아 제1 이오노머 용액(20)을 누르게 되고, 상기 제1 이오노머 용액(20)은 눌리는 힘에 의해 상기 다공성 지지체(10)의 기공(11)으로 완전히 함침이 진행되어 상기 기공(11)을 전부 채우게 된다.Figure 6 shows in more detail the impregnation step (S2) in the manufacturing process of the membrane-electrode assembly of the present invention. Referring to this, the supplied porous support 10 is laminated with the supplied substrate 60. At this time, the first ionomer solution 20 is applied on the substrate 60, and one of the surfaces of the substrate 60 to which the first ionomer solution 20 is applied and one surface of the porous support 10 are laminated to each other. The first ionomer solution 20 begins to be impregnated into the pores of the porous support 10. Thereafter, by the pressure of the high-pressure gas injected by the injection device, the porous support 10 and the sub-gasket 50 receive force in the direction of gravity, that is, in the direction in which the substrate 60 is located, thereby forming the first ionomer solution 20. When pressed, the first ionomer solution 20 is completely impregnated into the pores 11 of the porous support 10 by the pressing force, thereby filling all the pores 11.

상기 고압가스의 분사 압력은 0.06 내지 0.30MPa 이다. 이때 고압가스의 분사 압력이 0.06MPa 미만이면 고압가스의 압력이 너무 낮아 상기 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)이 중력방향으로 제1 이오노머 용액(20)을 누를 수 있는 충분한 힘을 제공받지 못하게 된고, 0.30MPa 초과이면 고압가스의 압력이 너무 높아 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)이 측면으로 슬라이딩 되거나, 제1 이오노머 용액(20)의 함침이 불균등하게 진행되거나, 또는 상기 제1 이오노머 용액(20)이 상기 다공성 지지체(10) 및 서브가스켓(50)의 측면으로 유출될 수 있다.The injection pressure of the high-pressure gas is 0.06 to 0.30 MPa. At this time, if the injection pressure of the high-pressure gas is less than 0.06 MPa, the pressure of the high-pressure gas is too low, so that the porous support 10 and the sub-gasket 50 are not provided with sufficient force to press the first ionomer solution 20 in the direction of gravity. If the pressure is higher than 0.30 MPa, the pressure of the high-pressure gas is too high, so that the porous support 10 and the sub-gasket 50 slide to the side, or the impregnation of the first ionomer solution 20 proceeds unevenly, or the first The ionomer solution 20 may flow out to the side surfaces of the porous support 10 and the sub gasket 50.

코팅단계(S4)Coating step (S4)

제1 이오노머층이 형성되지 않은 다공성 지지체(10)의 타면에 제2 이오노머 용액(30)을 도포하여 제2 이오노머층(31)을 형성하는 단계이다.This is a step of forming the second ionomer layer 31 by applying the second ionomer solution 30 to the other surface of the porous support 10 on which the first ionomer layer is not formed.

본 발명의 실시예에 의하면, 다공성 지지체(10)의 면 중 제1 이오노머 용액(20)이 함침된 일면에 반대되는 타면에 제2 이오노머 용액(30)을 도포하게되고, 상기 다공성 지지체(10) 상에 도포된 제2 이오노머 용액(30) 중 일부는 다공성 지지체(10) 내의 기공으로 함침되어 제1 이오노머 용액(20)과 맞닿게 된다. 상기 제2 이오노머 용액(30) 중 다공성 지지체(10)의 내부로 함침되지 않은 나머지 일부는 상기 다공성 지지체(10)의 표면에 잔존하여 제2 이오노머층(31)을 형성하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the second ionomer solution 30 is applied to the other surface of the porous support 10 that is opposite to the one surface impregnated with the first ionomer solution 20, and the porous support 10 Some of the second ionomer solution 30 applied thereon is impregnated with the pores in the porous support 10 to come into contact with the first ionomer solution 20. The remaining part of the second ionomer solution 30 that is not impregnated into the porous support 10 remains on the surface of the porous support 10 to form the second ionomer layer 31.

이때 상기 제1 이오노머 용액(20) 및 제2 이오노머 용액(30)은 다공성 지지체(10) 내부의 기공(11)을 완전히 채우게 되어 상기 다공성 지지체(10)의 기공(11)에는 기포가 형성되지 않게 된다.At this time, the first ionomer solution 20 and the second ionomer solution 30 completely fill the pores 11 inside the porous support 10 so that no air bubbles are formed in the pores 11 of the porous support 10. do.

바람직하게 이 단계(S4)에서 상기 제2 이오노머 용액(30)은 다공성 지지체(10) 상에 도포되어 제2 이오노머층(31)만 형성시키고 상기 다공성 지지체(10) 내부로 함침되지 않는다. 이는 앞서 제1 이오노머 용액(20)이 이미 다공성 지지체(10)의 기공(11)에 전부 채워져 있기 때문에 상기 제2 이오노머 용액(30)이 상기 기공(11)으로 함침될 필요가 없어지기 때문이다.Preferably, in this step (S4), the second ionomer solution 30 is applied on the porous support 10 to form only the second ionomer layer 31 and is not impregnated into the porous support 10. This is because the first ionomer solution 20 is already completely filled in the pores 11 of the porous support 10, so that the second ionomer solution 30 does not need to be impregnated with the pores 11.

상기 제2 이오노머층(31)은 서브가스켓(50)이 적층된 다공성 지지체(10)의 표면에 형성되기 때문에 상기 다공성 지지체(10)의 전체 표면 중 상기 서브가스켓(50)이 맞닿아 접한 부분에는 형성되지 않는 것이 특징이다.Since the second ionomer layer 31 is formed on the surface of the porous support 10 on which the sub gasket 50 is stacked, a portion of the entire surface of the porous support 10 where the sub gasket 50 abuts and contacts It is characterized by not being formed.

촉매층 형성단계(S5)Catalyst layer formation step (S5)

다공성 지지체(10)의 양면으로 형성된 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31) 상에 촉매층을 형성하는 단계이다.This is a step of forming a catalyst layer on the first ionomer layer 21 and the second ionomer layer 31 formed on both sides of the porous support 10.

상기 촉매층(40)은 촉매물질을 포함하는데, 이때 상기 촉매물질은 백금계 입자들이 분산된 탄소 및 용매를 포함하고, 필요에 따라서 이오노머를 더 포함할 수 있다. 이때 촉매층(40)에 포함되는 이오노머는 상기 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31)에 포함되는 이오노머와 동일한 것이 바람직하다.The catalyst layer 40 includes a catalyst material, wherein the catalyst material includes carbon and a solvent in which platinum-based particles are dispersed, and may further include an ionomer if necessary. At this time, the ionomer included in the catalyst layer 40 is preferably the same as the ionomer included in the first ionomer layer 21 and the second ionomer layer 31.

상기 촉매물질은 상기 제1 이오노머층(21) 및 제2 이오노머층(31) 상에만 형성되기 때문에 다공성 지지체(10)의 전체 표면 중 서브가스켓(50)이 맞닿아 접합 부분에는 형성되지 않는 것이 특징이다.Since the catalytic material is formed only on the first ionomer layer 21 and the second ionomer layer 31, the sub-gasket 50 of the entire surface of the porous support 10 abuts and is not formed at the junction. to be.

10: 다공성 지지체
11: 기공
20: 제1 이오노머 용액
21: 제1 이오노머층
30: 제2 이오노머 용액
31: 제2 이오노머층
40: 촉매층
50: 서브가스켓
60: 기재
70: 접착제층
81: 이오노머층10: porous support
11: Qigong
20: first ionomer solution
21: first ionomer layer
30: second ionomer solution
31: second ionomer layer
40: catalyst layer
50: sub gasket
60: description
70: adhesive layer
81: ionomer layer

Claims (16)

다공성 지지체; 및
제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체의 양면에 각각 도포되어 형성된 이오노머층; 을 포함하는 전해질막;
상기 전해질막의 양면에 적층된 촉매층; 및
서브가스켓; 을 포함하고,
상기 전해질막은 상기 제1 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 일면에 도포되어 형성된 제1 이오노머층; 및 제2 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 타면에 도포되어 형성된 제2 이오노머층; 을 포함하고,
상기 서브가스켓은 상기 다공성 지지체 상에 적층된 것인 연료전지용 막-전극 접합체.Porous support; And
An ionomer layer formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to both surfaces of the porous support; An electrolyte membrane comprising a;
Catalyst layers stacked on both sides of the electrolyte membrane; And
Sub gasket; Including,
The electrolyte membrane includes a first ionomer layer formed by applying the first ionomer solution to one surface of the porous support; And a second ionomer layer formed by applying a second ionomer solution to the other surface of the porous support. Including,
The sub gasket is a membrane-electrode assembly for a fuel cell that is stacked on the porous support. 제1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 다공성 지지체의 일면으로부터 타면까지 기공을 통해 관통되는 구조를 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
The porous support is a fuel cell membrane-electrode assembly comprising a structure that penetrates through pores from one surface of the porous support to the other surface. 제1항에 있어서,
상기 제1 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 일면으로부터 상기 기공의 일부를 차지하도록 함침되고,
상기 제2 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 타면으로부터 상기 기공의 일부를 차지하도록 함침된 것인 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
The first ionomer solution is impregnated to occupy a part of the pores from one surface of the porous support,
The membrane-electrode assembly for a fuel cell wherein the second ionomer solution is impregnated to occupy a part of the pores from the other surface of the porous support. 제1항에 있어서,
상기 제1 이오노머 용액은 상기 다공성 지지체의 일면으로부터 상기 기공의 전부를 차지하도록 함침되는 것인 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
The membrane-electrode assembly for a fuel cell wherein the first ionomer solution is impregnated to occupy all of the pores from one surface of the porous support. 제1항에 있어서,
상기 서브가스켓은 상기 이오노머층 상에 적층되지 않는 것인 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
The membrane-electrode assembly for a fuel cell wherein the sub gasket is not stacked on the ionomer layer. 제1항에 있어서,
상기 서브가스켓은 상기 촉매층 상에 적층되지 않는 것인 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
The membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the sub gasket is not stacked on the catalyst layer. 제1항에 있어서,
상기 전해질막 및 서브가스켓 사이에는 접착제층이 개재되어 있는 것인 연료전지용 막-전극 접합체.The method of claim 1,
Membrane-electrode assembly for a fuel cell in which an adhesive layer is interposed between the electrolyte membrane and the sub-gasket. 다공성 지지체를 준비하는 단계;
상기 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 함침단계;
상기 다공성 지지체의 타면에 제2 이오노머층을 형성하는 코팅단계; 및
상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층 상에 촉매층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
함침단계에서 상기 다공성 지지체의 타면에 고압가스를 분사하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.Preparing a porous support;
An impregnation step of forming a first ionomer layer on one surface of the porous support;
A coating step of forming a second ionomer layer on the other surface of the porous support; And
Forming a catalyst layer on the first ionomer layer and the second ionomer layer; Including,
In the impregnation step, a method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell by injecting a high-pressure gas onto the other surface of the porous support. 제8항에 있어서,
다공성 지지체를 준비하는 단계 이후, 서브가스켓을 적층시키는 단계; 가 더 포함되고,
상기 서브가스켓이 적층된 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 8,
After the step of preparing a porous support, laminating a sub-gasket; Is further included,
A method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein a first ionomer layer is formed on one surface of the porous support on which the sub-gasket is stacked. 제8항에 있어서,
함침단계에서 제1 이오노머 용액을 기재 상에 도포하고,
상기 기재의 제1 이오노머 용액이 도포된 일면과 다공성 지지체의 일면을 합지시켜 상기 다공성 지지체의 일면에 제1 이오노머층을 형성하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 8,
In the impregnation step, the first ionomer solution is applied on the substrate,
A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell by laminating one surface to which the first ionomer solution of the substrate is applied and one surface of the porous support to form a first ionomer layer on one surface of the porous support. 제10항에 있어서,
상기 제1 이오노머 용액이 상기 다공성 지지체 일면의 기공을 통해 함침되는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 10,
The method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the first ionomer solution is impregnated through the pores on one side of the porous support. 제10항에 있어서,
함침단계에서 상기 다공성 지지체의 면 중 기재와 합지되지 않은 타면에 고압가스를 분사하는 가스분사 단계가 더 포함되는 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 10,
A method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, further comprising a gas injection step of injecting a high-pressure gas onto the other surface of the porous support that is not laminated with the substrate in the impregnation step. 제12항에 있어서,
상기 고압가스의 분사 압력은 0.06 내지 0.30MPa 인 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 12,
The injection pressure of the high-pressure gas is 0.06 to 0.30 MPa of the fuel cell membrane-electrode assembly manufacturing method. 제12항에 있어서,
상기 고압가스의 분사로 상기 다공성 지지체 및 서브가스켓이 중력방향으로 힘을 받는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 12,
The method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the porous support and the sub-gasket receive force in the direction of gravity by the injection of the high-pressure gas. 제8항에 있어서,
코팅단계에서 제1 이오노머층이 형성되지 않은 상기 다공성 지지체의 타면에 제2 이오노머 용액을 도포하여 제2 이오노머층을 형성하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 8,
A method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell by applying a second ionomer solution to the other surface of the porous support on which the first ionomer layer is not formed in the coating step to form a second ionomer layer. 제8항에 있어서,
촉매층을 형성하는 단계에서 상기 다공성 지지체에 형성된 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층 상에 촉매물질을 도포하여 촉매층을 형성하는 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.The method of claim 8,
In the step of forming the catalyst layer, a catalyst layer is formed by applying a catalyst material on the first and second ionomer layers formed on the porous support to form a catalyst layer.
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