KR20210085621A - 연료전지용 전극막 접합체 제조방법 - Google Patents

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KR20210085621A KR1020190178868A KR20190178868A KR20210085621A KR 20210085621 A KR20210085621 A KR 20210085621A KR 1020190178868 A KR1020190178868 A KR 1020190178868A KR 20190178868 A KR20190178868 A KR 20190178868A KR 20210085621 A KR20210085621 A KR 20210085621A
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Abstract

전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화한 연료전지용 전극막 접합체 제조방법에 관한 것으로써, 가스의 양압 및 핀치롤을 사용하여 전극막 접합체를 제조하는 바 이형지를 제거하는 과정이 없이 가스 확산 전극층(GDE)에 포함된 전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화하였는 바, 공정이 경제성이 우수하고, 전해질막을 전극에 직접 코팅하므로 계면 저항을 감소시킬 수 있다.

Description

연료전지용 전극막 접합체 제조방법{Manufacturing Method of Electrode Membrane Assembly for Fuel Cell}
이형지를 제거하는 과정이 없고 가스 확산 전극(Gas diffusion electrode; GDE)층에 포함된 전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화한 연료전지용 전극막 접합체 제조방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.
일반적인 연료전지 스택은 가장 안쪽에 막전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극 접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 연료극(anode) 및 공기극(cathode)으로 구성되어 있다.
이러한 막전극 접합체의 제조방법은 막에 전극층을 형성시키는 방법(CCM, Catalyst Coated Membrane), 가스확산층(GDL. Gas Diffuse Layer)에 촉매층을 입히는 방법 (CCG, Catalyst Coated GDL)들이 알려져 있다. 상기 GDL 접합 공법은 GDL(gas diffusion layer)에 전극을 직접 코팅하여 전극 슬러리 용매에 의한 기재의 변형을 막을수 있는 장점이 있고 데칼 공법 및 스크린 프린터공법에 비해 공정이 단순한 장점이 있으나, GDL에 기공이 많아서 전극을 코팅하는 공정이 한정 되어 있고, 전극을 코팅한 량을 정확하게 측정하기가 어렵다는 단점이 있었다.
즉, 막전극 접합체 제조공정을 단순화시켜 전극 계면 저항을 줄이는 막전극 접합체의 제조방법에 대한 개발이 필요한 실정이었다.
대한민국 공개특허공보 10-2018-0137817
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 이형지를 제거하는 과정이 없고 가스 확산 전극(Gas diffusion electrode; GDE)층에 포함된 전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화한 연료전지용 전극막 접합체 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극막 접합체의 제조방법은 가스확산층(Gas diffusion layer; GDL), 및 상기 가스확산층(GDL) 상부에 적층된 전극층을 포함하는 제1 가스 확산 전극층(Gas diffusion electrode; GDE)을 공급하는 단계; 상기 제1 GDE층의 일측에 제1 이오노머를 공급하여 제1 이오노머층을 제조하고, 상기 제1 이오노머층 상에 강화층을 공급하여 제1 GDE층-제1 이오노머층-강화층을 제조하는 단계; 및 상기 제1 GDE층-제1이오노머층-강화층 상에 제2 이오노머를 공급하여 제2 이오노머층을 제조하여 제1 GDE층-전해질층을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 전해질층은 제1 이오노머층-강화층-제2 이오노머층을 포함한다.
상기 전극막 접합체의 제조방법은 상기 제1 GDE-전해질층 상에 제2 가스 확산 전극층(GDE)을 공급하여 제1 GDE층-전해질층-제2 GDE층을 제조하고 가열 및 압착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극막 접합체의 제조방법은 상기 제1 GDE층의 타측에 양압을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양압은 0.5~2기압일 수 있다.
상기 제1 이오노머 또는 제2 이오노머 내 고형분의 함량은 5 내지 30중량%일 수 있다.
상기 제1 이오노머 또는 제2 이오노머는 강화층에 함침될 수 있다.
상기 제1 GDE층 양 끝단에 핀치롤을 위치하여 제1 GDE층을 제1 이오노머층-강화층에 안정적으로 접합시킬 수 있다.
상기 전극막 접합체의 제조방법은 상기 제1 GDE층-제1 이오노머층-강화층을 제조 후 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조는 건조온도 60 내지 120℃에서 진행될 수 있다.
상기 가열 및 압착은 가열온도 60 내지 160℃ 및 압력 0.1 내지 0.5MPa으로 진행될 수 있다.
상기 강화층은 2 ~ 20μm 두께를 갖는 연신 폴리테트라 플루오로에틸렌(e-PTFE) 재질의 다공성 필름일 수 있다.
본 발명의 연료전지용 전극막 접합체 제조방법은 이형지를 제거하는 과정이 없고 가스 확산 전극(Gas diffusion electrode; GDE)층에 포함된 전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화하였는 바, 공정이 경제성이 우수하고, 전해질막을 전극에 직접 코팅하므로 계면 저항을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양압투입장치(40), 상기 양압투입장치 상부에 위치한 기공판(42), 제1 GDE층(10), 제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 각각 나타낸 분해도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양압이 제공될 때 제1 이오노머가 제1 GDE층(10)의 전극층(12) 내 전극 기공으로 침투되지 않는다는 것을 보여주는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양압이 제공되지 않을 때, 제1 이오노머가 제1 GDE층(10)의 전극층(12) 내 전극 기공으로 침투된다는 것을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀치롤(60)이 제1 GDE층 양 끝단에 위치한 것을 나타낸 상면도이다.
도 5는 제1 GDE층(10)-전해질층(20)을 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제1 GDE층(10)-전해질층(20)-제2 GDE층(30)을 제조하고 가열 및 압착하여 전극막 접합체를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 공급되는 제1 가스 확산 전극(Gas diffusion electrode; GDE)층(10)에 제1 이오노머층(21) 및 강화층(22)을 차례로 공급하여 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 제조하는 공정을 나타낸 도이다.
이를 참조하면, 제1 가스 확산 전극(Gas diffusion electrode; GDE)층(10)을 공급하는 단계(S10), 상기 제1 GDE층의 일측에 제1 이오노머층(21)을 공급하고, 상기 제1 이오노머층 상에 강화층(22)을 공급하여 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 제조하는 단계(S20)을 포함한다.
제1 가스 확산 전극(GDE)층(10)을 공급하는 단계(S10)는 가스확산층(GDL)(11), 및 상기 가스확산층(GDL) 상부에 적층된 전극층(12)을 포함하는 제1 가스 확산 전극층(GDE)(10)을 연속적으로 제공하는 단계이다. 본 발명에 따른 가스확산층(GDL)(11)은 미세기공층(Microporous Layer; MPL)(111)과 탄소섬유와 탄소섬유 바인더로 구성된 탄소섬유 기재층(Carbon Fiber Substrate)(112)을 포함할 수 있다. 상기 미세기공층(MPL)은 전극과 맞닿아 전극층-GDL간 접촉저항을 낮춰주고, 탄소섬유와 전극간 물리적 응력집중을 완화시켜 전해질막의 내구성을 개선해주며, 셀의 저전류 운전 시 셀내 수분을 외부로 배출시키는 역할을 수행할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.
제1 GDE층-제1 이오노머층-강화층을 제조하는 단계(S20)는 연속적으로 제공되는 제1 가스 확산 전극층(GDE)(10) 일측에 제1 이오노머를 공급하여 제1 이오노머층(21)을 제조하고, 상기 제1 이오노머층(21) 상에 강화층(22)을 공급하여 강화층(22)에 제1 이오노머층(21) 내의 이오노머를 강화층(22)에 함침시키면서 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 제조하는 단계이다.
상기 제1 이오노머는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 이오노머, 예를 들어, 고형분을 포함할 수 있다. 상기 고형분은 퍼플루오로설포닉 에시드(Perfluorosulfonic acid)(상품명:Nafion), 폴리테트라플루오로 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로카르복실릭 에시드(Perfluorocarboxylic acid), 설포네이티드 폴리(아릴-에테르-에테르-케톤)[Sulfonated poly(aryl-ether-ether-ketone)], 설포네이티드 폴리설폰(Sulfonated polysulfone), 및 설포네이티드 폴리이미드(Sulfonated polyimide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분으로 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 제1 이오노머에 포함된 고형분의 함량은 5~30중량%일 수 있고 바람직하게는 20~30중량%일 수 있다. 고형분의 함량이 5중량% 미만이면 이오노머가 전극 기공으로 침투하는 단점이 있고, 30중량%를 초과하면 이오노머가 전극 기공으로 침투하진 않으나 강화층에 함침되지 않는 단점이 있다.
상기 제 1 이오노머는 연속적으로 제공되는 제1 가스 확산 전극층(GDE)(10) 일측, 바람직하게는 제1 가스 확산 전극층(GDE)(10) 내 전극층(12)이 적층되어 있는 일측에 제1 이오노머가 공급될 수 있다. 상기 제1 이오노머의 공급방식은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 방식, 예를 들어, 슬롯다이코터, 스프레이 코팅, 바코터 또는 이-스프레이(E-Spray)를 이용하여 수행할 수 있고, 특정 방식으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 균일하게 코팅이 가능하며 속도가 높아 양산성이 우수한 슬롯다이코터를 사용하여 제1 이오노머를 제1 가스 확산 전극층(GDE)(10) 내 전극층(12)이 적층되어 있는 일측에 도포하여 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 강화층은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 강화층, 예를 들어, 2~ 20μm 두께를 갖는 연신 폴리테트라 플루오로에틸렌(e-PTFE) 재질의 다공성 필름일 수 있다. 상기 두께가 2μm 미만이면 물리적 강건성이 약화되는 문제점이 있고, 20μm를 초과하면 제막은 가능하나 전해질막의 두께가 두꺼워져 성능에 문제점이 있다.
본 발명에 따른 강화층은 상기 제1 이오노머층 상에 강화층을 공급할 수 있고, 상기 강화층의 공급방식은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 방식, 예를 들어, 이오노머층의 형성과 동일하게 스프레이, 바코터, 슬롯다이 코터, 또는 이-스프레이(ESpray)
를 이용하여 이오노머를 도포할 수 있고, 특정 방식으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 양산성 및 균일성이 우수한 슬롯다이 코터를 사용하여 제1 이오노머층 상에 강화층을 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 GDE층의 타측에 양압이 제공되는 것을 보여주는 것을 나타내기 위하여 양압투입장치(40)를 포함하여 각 층을 나타낸 분해도를 나타낸 것이다. 이때, 상기 제1 GDE층(10)의 타측은 바람직하게 제1 GDE층에 포함되어 있는 가스확산층(GDL)(11) 내 탄소섬유 기재층(Carbon Fiber Substrate)(112)이 적층되어 있는 부분일 수 있다.
이를 참조하면, 본 발명에 따른 양압투입장치(40)는 제1 GDE층의 타측에 위치되어 있으며, 상기 양압투입장치(40)는 제1 GDE층의 타측에 위치한 기공판(42), 및 가스투입부(412) 및 기공부(411)을 포함하는 상기 기공판 하측에 위치한 본체(41)으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 가스투입부(412)는 본체 측면에 위치할 수 있고, 상기 기공부(411)는 본체 상측에 위치할 수 있다. 상기 양압투입장치 내 가스투입부에 가스가 투입되고, 상기 가스가 기공부를 통과하며, 기공부 상측에 위치하는 기공판을 통과하게 됨으로써 제1 GDE층에 양압을 제공할 수 있다. 상기 양압을 제공하는 본 발명의 제조방식을 통해, 도 3a에 나타난 바와 같이, 제1 이오노머가 전극층 내 전극 기공 안으로 침투되는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다. 상기 기공판은 기공이 있는 재질로서 제1 GDE층을 지지해주면서도 양압투입장치에서 제공되는 가스의 양압을 전달할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 기공성 고분자 및 기공성 금속을 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따라 제1 GDE층에 제공되는 양압은 0.5~2기압일 수 있고, 바람직하게는 0.5 ~ 1.2기압일 수 있다. 양압이 0.5 기압 미만이면 도 3b에 나타난 바와 같이, 제1 이오노머가 전극층 내 전극기공 안으로 침투하여 전극기공을 막는 단점이 있고, 2 기압을 초과하면 제1 이오노머가 전극 표면에 형성되기 어려워 제1 이오노머층을 제조하기 어려운 단점이 있다.
도 4는 제1 GDE층 양 끝단에 핀치롤(60)을 위치한 것을 나타낸 상면도이다. 이를 참조하면, 제1 GDE층(10) 양 끝단에 본 발명에 따른 핀치롤(60)을 위치시켜 양압으로 상면으로 상승하려고 하는 제1 GDE층(10)을 제어해줄 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상기 핀치롤(60)은 제1 GDE층(10)을 공정진행 옆 방향으로 균일하게 펴주어 제1 GDE층(10)을 제1 이오노머층(21)-강화층(22)에 안정적으로 밀착 및 접합시키는 역할을 한다.
또한 본 발명은 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 제조한 후 제2 이오노머를 공급하여 제2 이오노머층(23)을 제조하여 제1 GDE층(10)-전해질층(20)을 제조하기 전에, 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22)을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조는 건조기(50)를 통해 제1 GDE층(10)-제1 이오노머층(21)-강화층(22) 상부 측에서 건조시킬 수 있다. 건조온도 60 내지 120℃에서 진행될 수 있다. 상기 건조온도가 60℃ 미만이면 건조가 수월하게 수행되지 않는다는 문제점이 있고, 120℃를 초과하면 속도가 느려서 양산성에 문제점이 있다.
도 5는 제1 GDE층(10)-제1이오노머층(21)-강화층(22) 상에 제2 이오노머를 공급하여 제2 이오노머층(23)을 제조하여 제1 GDE층(10)-전해질층(20)을 제조하는 공정을 나타낸 도이다. 이 때, 제2 이오노머층(23) 또한 강화층(22)에 함침될 수 있고, 상기 전해질층(20)은 제1 이오노머층(21)-강화층(22)-제2 이오노머층(23)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제 2이오노머에 포함된 성분, 고형분 함량 또는 공급방식은 상기 제1 이오노머에 포함된 성분, 고형분 함량 및 공급방식의 내용과 동일하거나 다를 수 있다.
도 6은 제1 GDE층(10)-전해질층(20) 상에 제2 가스 확산 전극층(GDE)(30)을 공급하여 제1 GDE층(10)-전해질층(20)-제2 GDE층(30)을 제조하고 가열 및 압착하여 전극막 접합체(1)를 제조하는 공정을 나타낸 도이다.
본 발명에 따른 제2 가스 확산 전극층(GDE)(30)은 가스확산층(GDL)(31), 및 상기 가스확산층(GDL) 상부에 적층된 전극층(32)을 포함할 수 있고, 본 발명에 따른 가스확산층(GDL)(31)은 미세기공층(Microporous Layer; MPL)(311)과 탄소섬유와 탄소섬유 바인더로 구성된 탄소섬유 기재층(Carbon Fiber Substrate)(312)을 포함할 수 있다. 상기 포함된 성분은 제1 가스 확산전극층(10)과 같거나 다를 수 있다. 상기 제2 GDE층은 제1 GDE층-전해질층의 전해질층 내 제2 이오노머층 상에 제공될 수 있고, 상기 제공방식은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 제공방식을 사용할 수 있으며, 특정 방식으로 제한되지 않는다.
본 발명에 따라 제조된 제1 GDE층-전해질층-제2 GDE층 접합체를 가열 및 압착하여 전극막 접합체를 제조할 수 있다. 상기 가열 및 압착은 가열온도 60 내지 160℃ 및 압력 0.1 내지 5MPa으로 진행될 수 있다. 가열온도가 60℃ 미만이면 미접합되는 단점이 있고, 140℃를 초과하면 바인더에 열화가 진행될 수 있다는 단점이 있다. 또한, 압착 압력이 0.1MPa미만이면 미접합되는 단점이 있고, 5MPa를 초과하면 GDL층 기공이줄어드는 단점이 있다.
이와 같이, 제1 GDE층의 타층에 양압투입장치를 통해 가스의 양압으로 제1 GDE층을 상승시키고, 핀치롤로 적절히 그 상승을 유지시키면서 제1 GDE층을 균일하게 펴주므로 제1 이오노머층-강화층에 안정적으로 접합시켜 전극막 접합체를 제조시키는 바, 이형지를 제거하는 과정이 없고, 결과적으로, 제1 GDE층에 포함된 전극층에 직접 전해질막을 코팅하여 공정을 간소화시켰으므로, 공정이 경제성이 우수하고, 전해질막을 전극에 직접 코팅하므로 계면 저항을 감소시킬 수 있다.
1 : 전극막 접합체
10 : 제1 가스 확산 전극층(Gas diffusion electrode; GDE)
20 : 전해질층
30 : 제2 가스 확산 전극층(Gas diffusion electrode; GDE)
40 : 양압투입장치
50 : 건조기
60 : 핀치롤

Claims (11)

  1. 가스확산층(Gas diffusion layer; GDL), 및 상기 가스확산층(GDL) 상부에 적층된 전극층을 포함하는 제1 가스 확산 전극층(Gas diffusion electrode; GDE)을 공급하는 단계;
    상기 제1 GDE층의 일측에 제1 이오노머를 공급하여 제1 이오노머층을 제조하고, 상기 제1 이오노머층 상에 강화층을 공급하여 제1 GDE층-제1 이오노머층-강화층을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 GDE층-제1이오노머층-강화층 상에 제2 이오노머를 공급하여 제2 이오노머층을 제조하여 제1 GDE층-전해질층을 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 전해질층은 제1 이오노머층-강화층-제2 이오노머층을 포함하는 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 GDE-전해질층 상에 제2 가스 확산 전극층(GDE)을 공급하여 제1 GDE층-전해질층-제2 GDE층을 제조하고 가열 및 압착하는 단계를 더 포함하는 전극막 접합체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 GDE층의 타측에 양압을 제공하는 단계를 더 포함하는 전극막 접합체의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양압은 0.5~2기압인 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이오노머 또는 제2 이오노머 내 고형분의 함량은 5 내지 30중량%인 전극막 접합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이오노머 또는 제2 이오노머는 강화층에 함침되는 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 GDE층 양 끝단에 핀치롤을 위치하여 제1 GDE층을 제1 이오노머층-강화층에 안정적으로 접합시키는 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 GDE층-제1 이오노머층-강화층을 제조 후 건조하는 단계를 더 포함하는 전극막 접합체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건조는 건조온도 60 내지 120℃에서 진행되는 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 가열 및 압착은 가열온도 60 내지 160℃ 및 압력 0.1 내지 0.5MPa으로 진행되는 것인 전극막 접합체의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 강화층은 2 ~ 20μm 두께를 갖는 연신 폴리테트라 플루오로에틸렌(e-PTFE) 재질의 다공성 필름인 것인 전극막 접합체의 제조방법.
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