KR20210127829A - A method of dispersed ionomer binder solution for hydrogen based energy conversion devices and membrane-electrode assembly using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소 기반 에너지 변환기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 및 수전해 단위 셀 평가 시, 높은 전류밀도를 가지며 낮은 활성화손실 및 저항 손실을 갖는 수소 기반 에너지 변환기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy converter, and more particularly, for a hydrogen-based energy converter having a high current density and low activation loss and resistance loss when evaluating fuel cells and water electrolysis unit cells It relates to a method for preparing an ionomer binder dispersion.
최근 석유 및 석탄과 같은 화석연료의 고갈문제와 함께 이산화탄소에 의한 지구온난화 문제가 대두됨에 따라, 현재 전 세계적으로 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지 자원의 확보에 관심이 집중되고 있다. Recently, as the problem of global warming caused by carbon dioxide has emerged along with the problem of depletion of fossil fuels such as oil and coal, attention is currently focused on securing new energy resources that can replace fossil fuels worldwide.
기존 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 후보로써, 청정에너지인 수소를 이용한 에너지 공급 기기인 수소 기반 에너지 변환기기가 주목받고 있다. 수소 기반 에너지 변환 기기로는 대표적으로 연료전지 및 수전해 장치가 있다. As a candidate for renewable energy that can replace existing fossil fuels, a hydrogen-based energy converter, an energy supply device using hydrogen, a clean energy, is attracting attention. Representative examples of hydrogen-based energy conversion devices include fuel cells and water electrolysis devices.
연료전지 및 수전해 장치는 고분자 전해질 막을 이온교환 통로로서 이용하며, 촉매와 이오노머 바인더를 사용하기 때문에 전극의 구성에서 이오노머 바인더가 필수적으로 존재하야하며, 이오노머 바인더 분산액이 연료전지 및 수전해 장치의 성능에 큰 영향을 준다.Fuel cells and water electrolysis devices use a polymer electrolyte membrane as an ion exchange passage, and since a catalyst and an ionomer binder are used, an ionomer binder is essential in the electrode configuration, and the ionomer binder dispersion is used for the performance of fuel cells and water electrolysis devices. have a big impact on
종래 상업적으로 사용되는 이오노머 바인더는 대표적으로 나피온, Aquivion, 3M이 있으며, 용매로서 물 또는 물 및 알코올을 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 용매는 이오노머 바인더와 촉매가 함께 미세 입자로 분산되기 어려우며 이로 인해 연료전지 및 수전해 장치의 성능을 높이는데 한계가 있다.Conventionally, commercially used ionomer binders include Nafion, Aquivion, and 3M, and water or water and alcohol are used as solvents. However, in the above solvent, it is difficult for the ionomer binder and the catalyst to be dispersed into fine particles together, and thus there is a limit in improving the performance of the fuel cell and the water electrolysis device.
따라서, 종래 이오노머 바인더 분산액에 사용되는 용매보다 이오노머 바인더의 입자가 촉매와 함께 용매에서 분산되는 정도를 향상시켜 이로서, 연료전지 및 수전해 장치의 성능을 훨씬 높일 수 있는 새로운 이오노머 바인더 분산액에 대한 연구개발이 필요하다.Therefore, by improving the degree to which particles of the ionomer binder are dispersed in the solvent together with the catalyst compared to the solvent used in the conventional ionomer binder dispersion, research and development on a new ionomer binder dispersion that can significantly improve the performance of fuel cells and water electrolysis devices I need this.
본 발명의 일 과제는 종래 상업화된 이오노머 바인더 분산액을 사용했을 때 보다 전류 밀도가 향상되고 낮은 활성화 손실 및 저항 손실을 갖는 수소 기반 에너지 변환기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for preparing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy converter having improved current density and lower activation loss and resistance loss than when using a conventional commercial ionomer binder dispersion.
또한, 본 발명의 일 과제는 용매의 비점차이를 이용하여 간단하게 이오노머 바인더 분산액을 제조할 수 있어 대량공정이 가능한 수소 기반 에너지 변환기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for preparing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy converter capable of mass processing by simply preparing an ionomer binder dispersion by using a difference in boiling point of a solvent.
본 발명의 일 양태는 과불소계 이오노머 분산액에 상기 분산액의 용매보다 비점이 높은 글리콜계 화합물을 투입하여 제조한 혼합물을 가열하여, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매를 증발시키는 단계;를 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is a perfluorinated ionomer dispersion by heating a mixture prepared by adding a glycol-based compound having a higher boiling point than the solvent of the dispersion, evaporating the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion. Hydrogen-based energy comprising a; To provide a method for preparing an ionomer binder dispersion for a conversion device.
일 양태에서, 상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 인 것일 수 있다.In one embodiment, the perfluorinated ionomer is poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof. It may be one selected from
일 양태에서, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매는 물 또는 알코올에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion may include any one or more selected from water and alcohol.
또한, 상기 알코올은 에탄올, 메탄올, 1-프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부탄올, 2-부탄올, tert-부탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다.In addition, the alcohol may be one selected from the group consisting of ethanol, methanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, butanol, isobutanol, 2-butanol, tert-butanol, and mixtures thereof.
일 양태에서, 상기 증발은 용매의 비점 차이를 이용하여 더 낮은 비점의 용매를 증발시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the evaporation may be evaporating a solvent having a lower boiling point using a difference in boiling point of the solvent.
일 양태에서, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매(V1)와 글리콜계 화합물(V2)의 비점이 하기 식1을 만족하는 것일 수 있다.In one embodiment, the boiling points of the solvent (V1) and the glycol-based compound (V2) of the perfluorinated ionomer dispersion may satisfy the following formula (1).
[식 1][Equation 1]
V2-V1 ≥ 70V2-V1 ≥ 70
(V1은 과불소계 이오노머의 용매의 비점, V2는 글리콜계 화합물의 비점이며, 각각 단위는 ℃이다.)(V1 is the boiling point of the solvent of the perfluorinated ionomer, V2 is the boiling point of the glycol-based compound, and the unit is °C.)
일 양태에서, 상기 글리콜계 화합물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜모노부틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜디메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 디부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜디에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.In one embodiment, the glycol-based compound is ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, Ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monobenzyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol Monomethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol diethyl ether , triethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate and at least one selected from the group consisting of propylene glycol monomethyl ether acetate can
본 발명의 다른 양태는 과불소계 이오노머와 글리콜계 화합물의 혼합물을 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device comprising a mixture of a perfluorinated ionomer and a glycol-based compound.
다른 양태에서, 상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 하나인 것일 수 있다.In another embodiment, the perfluorinated ionomer is poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof. It may be one selected from the one type.
다른 양태에서, 상기 이오노머 바인더 분산액은 고형분 함량이 5 내지 15 wt%인 것일 수 있다.In another embodiment, the ionomer binder dispersion may have a solid content of 5 to 15 wt%.
다른 양태에서, 상기 이오노머 바인더 분산액의 이오노머는 평균입자 크기가 30 내지 100 ㎚인 것일 수 있다.In another embodiment, the ionomer of the ionomer binder dispersion may have an average particle size of 30 to 100 nm.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 이오노머 바인더 분산액을 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the ionomer binder dispersion of the present invention.
또 다른 양태에서, 상기 연료전지용 막-전극 접합체는 70 ℃, 상대습도 100% 조건에서 전류 밀도가 0.80 A/㎠ 이상인 것일 수 있다.In another embodiment, the fuel cell membrane-electrode assembly may have a current density of 0.80 A/cm 2 or more at 70° C. and 100% relative humidity.
또 다른 양태에서, 상기 연료전지용 막-전극 접합체는 70 ℃, 상대습도 70% 조건에서 전류 밀도가 0.37 A/㎠ 이상인 것일 수 있다.In another embodiment, the fuel cell membrane-electrode assembly may have a current density of 0.37 A/cm 2 or more at 70° C. and 70% relative humidity.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 이오노머 바인더 분산액을 포함하는 수전해용 막-전극 접합체를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for water electrolysis comprising the ionomer binder dispersion of the present invention.
또 다른 양태에서, 상기 수전해용 막-전극 접합체의 전류 밀도가 0.36 A/㎠ 이상인 것일 수 있다.In another embodiment, the current density of the membrane-electrode assembly for water electrolysis may be 0.36 A/cm 2 or more.
본 발명의 일 양태에 따른 이오노머 바인더 분산액의 제조방법은 용매의 비점차이를 이용하여 간단하게 이오노머 바인더 분산액을 제조함으로서, 대량공정이 가능하다는 장점이 있다.The method for preparing an ionomer binder dispersion according to an aspect of the present invention has the advantage that mass processing is possible by simply preparing the ionomer binder dispersion using the boiling point difference of the solvent.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이오노머 바인더 분산액의 제조방법으로 제조된 이오노머 바인더 분산액은 수소 기반 에너지 변환기기에서 전극층으로 사용 시, 우수한 전류밀도, 낮은 활성화 손실 및 저항 손실을 갖는다는 장점이 있다.In addition, the ionomer binder dispersion prepared by the method for preparing the ionomer binder dispersion according to an aspect of the present invention has the advantage of having excellent current density, low activation loss and resistance loss when used as an electrode layer in a hydrogen-based energy converter.
도 1은 기존 물 또는 알코올 또는 물 및 알코올 기반의 20 wt% 이오노머 바인더 분산액들의 열분석 그래프이다.
도 2는 프로필렌글리콜기반의 10 wt% 이오노머 바인더 분산액들의 열분석 그래프이다.1 is a thermal analysis graph of 20 wt% ionomer binder dispersions based on conventional water or alcohol or water and alcohol.
2 is a thermal analysis graph of propylene glycol-based 10 wt% ionomer binder dispersions.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through embodiments or examples including the accompanying drawings. However, the following specific examples or examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise.
본 발명은 수소 기반 에너지 변환 기기 즉, 연료전지 또는 수전해에 사용되는 전극 촉매 층의 이오노머 바인더 분산액에 관한 것으로, 종래 상업적인 이오노머 바인더 분산액인 듀퐁사의 나피온, 3M 사의 3M 이오노머, Solvay 사의 Aquivion 이오노머 분산액을 사용하였을 때 보다 전류 밀도가 현저하게 향상되고 활성화 손실, 저항 손실이 최소화 될 수 있는 새로운 이오노머 바인더 분산액에 관한 것이다. The present invention relates to an ionomer binder dispersion of an electrode catalyst layer used in a hydrogen-based energy conversion device, that is, a fuel cell or water electrolysis. It relates to a novel ionomer binder dispersion that can significantly improve current density and minimize activation loss and resistance loss compared to when using
본 발명의 발명자들은 수소 기반 에너지 변환 기기의 전극 촉매 층의 성능을 향상시키기 위해서는 이오노머 바인더 분산액이 중요한 해결수단임을 인식하여, 종래 상업적인 이오노머 바인더인 듀퐁사의 나피온, 3M 사의 3M 이오노머, Solvay 사의 Aquivion 이오노머에 사용되는 용매를 새로운 용매로 대체함으로써, 이오노머가 작은 입자로 고르게 분산되어 전극 촉매 층의 성능을 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention recognize that an ionomer binder dispersion is an important solution to improve the performance of the electrode catalyst layer of a hydrogen-based energy conversion device, and thus, DuPont's Nafion, 3M's 3M ionomer, and Solvay's Aquivion ionomer, which are conventional commercial ionomer binders, are By replacing the solvent used in the present invention with a new solvent, the present invention was completed by discovering that the ionomer can be evenly dispersed into small particles to improve the performance of the electrode catalyst layer.
이에, 본 발명은 상기 종래 상업적인 이오노머 분산액에 사용되는 용매를 새로운 용매로 대체할 수 있는 제조방법을 발견하였으며, 상기 제조방법은 구체적으로 종래 상업적인 이오노머에 사용되는 용매인 물 또는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올등과 같은 저비점의 저급알코올에서 선택되는 1종이상의 혼합물보다 비점이 훨씬 높은 글리콜계 화합물을 투입하여 혼합물로 제조하고 이를 증발시켜 용매로서 글리콜계 화합물만 남도록 하는 방법이다. Accordingly, the present invention has found a preparation method that can replace the solvent used in the conventional commercial ionomer dispersion with a new solvent, and the preparation method is specifically water or methanol, ethanol or propanol, which are solvents used in conventional commercial ionomers, etc. It is a method in which a glycol-based compound having a much higher boiling point than one or more mixtures selected from lower alcohols having a low boiling point such as
상기 제조방법은 비점 차이로 증발시키는 간단한 공정으로 대량 생산이 가능하다는 장점이 있으며, 글리콜계 화합물에서 이오노머 입자가 미세하게 분산되어 전극 촉매층의 성능을 현저히 향상시키는데 도움을 준다는 효과가 있다. 본 발명의 제조방법은, 수전해의 경우, 종래 물 또는 물 및 저급알코올 기반의 용매를 사용하여 데칼공정으로 전극을 제작할 때 전극이 갈라지는 현상을 또한 막을 수 있어 대량 공정에 적용에 유리하다.The manufacturing method has the advantage that mass production is possible with a simple process of evaporating with a difference in boiling point, and the ionomer particles are finely dispersed in the glycol-based compound, thereby helping to significantly improve the performance of the electrode catalyst layer. In the case of water electrolysis, the manufacturing method of the present invention can also prevent electrode cracking when manufacturing an electrode by a decal process using conventional water or water and a lower alcohol-based solvent, so it is advantageous for mass processing.
이러한 본 발명의 일 양태는 과불소계 이오노머 분산액에 상기 분산액의 용매보다 비점이 높은 글리콜계 화합물을 투입하여 제조한 혼합물을 가열하여, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매를 증발시키는 단계;를 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is a hydrogen-based comprising; heating a mixture prepared by adding a glycol-based compound having a higher boiling point than the solvent of the dispersion to the perfluorinated ionomer dispersion, and evaporating the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion. An object of the present invention is to provide a method for preparing an ionomer binder dispersion for an energy conversion device.
이하 본 발명의 양태에 따른 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, each configuration according to an aspect of the present invention will be described in detail.
일 양태에서, 과불소계 이오노머 분산액은 과불소계 이오노머와 용매를 포함한다. In one aspect, the perfluorinated ionomer dispersion comprises a perfluorinated ionomer and a solvent.
상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 인 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 듀퐁사의 나피온, 3M 사의 3M 이오노머, Solvay 사의 Aquivion 이오노머 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The perfluorinated ionomer is one selected from the group consisting of poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof may be Specifically, for example, DuPont's Nafion, 3M's 3M ionomer, Solvay's Aquivion ionomer, etc. may be mentioned, but is not limited thereto.
상기 용매는 물 또는 알코올에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 알코올은 에탄올, 메탄올, 1-프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부탄올, 2-부탄올, tert-부탄올 등 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.The solvent may include any one or more selected from water and alcohol. The alcohol may be one selected from the group consisting of ethanol, methanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, butanol, isobutanol, 2-butanol, tert-butanol, and the like, and mixtures thereof, but is not necessarily limited thereto.
일 양태에서, 상기 글리콜계 화합물은 이에 제한되는 것은 아니지만, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 부틸렌글리콜(butylene glycol), 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(ethylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(ethylene glycol monoethyl ether), 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르(ethylene glycolmonopropyl ether), 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르(ethylene glycol monoisopropyl ether), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(ethylene glycol monobutyl ether), 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(ethylene glycolmonophenyl ether), 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르(ethylene glycol monobenzyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(diethylene monoglycol methyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(diethylenemonoglycol ethyl ether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycol diethyl ether), 디에틸렌 글리콜모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutylenes ether), 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르(diethyleneglycoldibutyl ether), 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(dipropyleneglycol monomethyl ether), 디프로필렌글리콜디메틸 에테르(dipropyleneglycol dimethyl ether), 디프로필렌글리콜 모노부틸 에테르(dipropyleneglycolmonobuty ether), 디프로필렌글리콜 디부틸 에테르(dipropyleneglycol dibutyl ether), 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(triethylene glycol monomethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycoldimethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethylene glycol monoethyl ether), 트리에틸렌글리콜디에틸 에테르(triethylene glycol diethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(triethyleneglycolmonobutyl ether), 트리에틸렌글리콜 디부틸 에테르(triethyleneglycol dibutyl ether), 에틸렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트(ethylene glycol methyl ether acetate), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol monoethyl ether acetate), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycolmonobutyl ether acetate) 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethylether acetate) 등으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.In one embodiment, the glycol-based compound is not limited thereto, but ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol mono Phenyl ether (ethylene glycolmonophenyl ether), ethylene glycol monobenzyl ether (ethylene glycol monobenzyl ether), diethylene glycol monomethyl ether (diethylene monoglycol methyl ether), diethylene glycol monoethyl ether (diethylenemonoglycol ethyl ether), diethylene glycol diethyl ether (diethyleneglycol diethyl ether), diethylene glycol monobutylenes ether, diethyleneglycoldibutyl ether, dipropyleneglycol monomethyl ether, dipropyleneglycol dimethyl ether (dipropyleneglycol) dimethyl ether), dipropyleneglycolmonobuty ether, dipropyleneglycol dibutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether l ether), triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether ), triethyleneglycol dibutyl ether, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate ether acetate) and may be at least one selected from the group consisting of propylene glycol monomethylether acetate.
일 양태에서, 상기 증발은 용매의 비점 차이를 이용하여 더 낮은 비점의 용매를 증발시키는 것일 수 있다. 상기 증발은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상적으로 용매를 증발시킬 때 사용되는 기구인 증발기(evaporator)를 사용할 수 있다. 증발시 온도는 상기 이오노머 및 상기 글리콜계 화합물의 산화를 방지하기 위하여 적당한 온도를 선택해야한다. 이에 제한되는 것은 아니지만 예를 들면, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매, 즉, 물 또는 알코올 또는 물 및 알코올의 비점보다 낮고, 글리콜계 화합물의 산화 방지를 위해 85 내지 105℃에서 가열하여 증발 시키는 것일 수 있다. In one embodiment, the evaporation may be evaporating a solvent having a lower boiling point using a difference in boiling point of the solvent. The evaporation is not particularly limited, but an evaporator, which is a device typically used when evaporating a solvent, may be used. At the time of evaporation, an appropriate temperature should be selected to prevent oxidation of the ionomer and the glycol-based compound. Although not limited thereto, for example, the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion, that is, water or alcohol, or lower than the boiling point of water and alcohol, and evaporation by heating at 85 to 105° C. to prevent oxidation of the glycol-based compound. have.
일 양태에서, 상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매(V1)와 글리콜계 화합물(V2)의 비점이 하기 식1을 만족하는 것일 수 있다.In one embodiment, the boiling points of the solvent (V1) and the glycol-based compound (V2) of the perfluorinated ionomer dispersion may satisfy the following formula (1).
[식 1][Equation 1]
V2-V1 ≥ 70V2-V1 ≥ 70
(V1은 과불소계 이오노머 분산액의 용매의 비점, V2는 글리콜계 화합물의 비점이며, 각각 단위는 ℃이다.)(V1 is the boiling point of the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion, V2 is the boiling point of the glycol-based compound, and the unit is °C.)
상기 식 1과 같이 과불소계 이오노머 분산액의 용매와 글리콜계 화합물의 비점 차이가 70 이상인 경우, 과불소계 이오노머 분산액의 용매가 효율적으로 증발 되며, 이오노머가 글리콜계 화합물에 미세한 입자형태로 분산되어 전극 촉매층의 성능을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 이로서 우수한 전류밀도, 낮은 활성화 손실 및 저항 손실의 효과를 가져 더욱 선호된다.As shown in Equation 1, when the difference in boiling point between the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion and the glycol-based compound is 70 or more, the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion is efficiently evaporated, and the ionomer is dispersed in the glycol-based compound in the form of fine particles to form the electrode catalyst layer. It can significantly improve the performance, which has the effect of excellent current density, low activation loss and resistance loss, which is more preferred.
일 양태에서, 상기 수소 기반 에너지 변환 기기는 연료전지 또는 수전해일 수 있으며, 연료전지의 가동 온도는 상온 즉, 25 ℃ 내지 100 ℃이며, 상대습도는 70 내지 100 % 조건에서 가동되는 고분자 전해질형 연료전지일 수 있다. 또한 수전해는 고분자막의 안정성에 따라 200 ℃ 이하에서 가동되는 것일 수 있다. In one aspect, the hydrogen-based energy conversion device may be a fuel cell or water electrolysis, and the fuel cell has an operating temperature of room temperature, that is, 25° C. to 100° C., and a polymer electrolyte fuel operated at a relative humidity of 70 to 100%. It may be a battery. In addition, water electrolysis may be operated at 200° C. or less depending on the stability of the polymer membrane.
본 발명의 다른 양태는 과불소계 이오노머와 글리콜계 화합물의 혼합물을 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액을 제공하는 것이다. 상기 이오노머 바인더 분산액은 본 발명의 일 양태의 제조방법에 따라, 기존 과불소계 이오노머 분산액 중 물 또는 알코올 또는 물 및 알코올을 증발시키고 남은 글리콜계 화합물을 용매로서 포함하고 있다.Another aspect of the present invention is to provide an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device comprising a mixture of a perfluorinated ionomer and a glycol-based compound. The ionomer binder dispersion contains, as a solvent, a glycol-based compound remaining after evaporating water or alcohol or water and alcohol in the existing perfluorinated ionomer dispersion according to the manufacturing method of an aspect of the present invention.
다른 양태에서, 상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 듀퐁사의 나피온, 3M 사의 3M 이오노머, Solvay 사의 Aquivion 이오노머를 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the perfluorinated ionomer is poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof. It may be one selected from. Specifically, for example, DuPont's Nafion, 3M's 3M ionomer, may include Solvay's Aquivion ionomer, but is not limited thereto.
다른 양태에서, 상기 글리콜계 화합물은 이에 제한되는 것은 아니지만, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 부틸렌글리콜(butylene glycol), 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(ethylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(ethylene glycol monoethyl ether), 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르(ethylene glycolmonopropyl ether), 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르(ethylene glycol monoisopropyl ether), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(ethylene glycol monobutyl ether), 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(ethylene glycolmonophenyl ether), 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르(ethylene glycol monobenzyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(diethylene monoglycol methyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(diethylenemonoglycol ethyl ether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycol diethyl ether), 디에틸렌 글리콜모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutylenes ether), 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르(diethyleneglycoldibutyl ether), 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(dipropyleneglycol monomethyl ether), 디프로필렌글리콜디메틸 에테르(dipropyleneglycol dimethyl ether), 디프로필렌글리콜 모노부틸 에테르(dipropyleneglycolmonobuty ether), 디프로필렌글리콜 디부틸 에테르(dipropyleneglycol dibutyl ether), 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(triethylene glycol monomethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycoldimethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethylene glycol monoethyl ether), 트리에틸렌글리콜디에틸 에테르(triethylene glycol diethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(triethyleneglycolmonobutyl ether), 트리에틸렌글리콜 디부틸 에테르(triethyleneglycol dibutyl ether), 에틸렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트(ethylene glycol methyl ether acetate), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol monoethyl ether acetate), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycolmonobutyl ether acetate) 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethylether acetate)등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.In another embodiment, the glycol-based compound is not limited thereto, but ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol mono Phenyl ether (ethylene glycolmonophenyl ether), ethylene glycol monobenzyl ether (ethylene glycol monobenzyl ether), diethylene glycol monomethyl ether (diethylene monoglycol methyl ether), diethylene glycol monoethyl ether (diethylenemonoglycol ethyl ether), diethylene glycol diethyl ether (diethyleneglycol diethyl ether), diethylene glycol monobutylenes ether, diethyleneglycoldibutyl ether, dipropyleneglycol monomethyl ether, dipropyleneglycol dimethyl ether (dipropyleneglycol) dimethyl ether), dipropyleneglycolmonobuty ether, dipropyleneglycol dibutyl ether, triethylene glycol monometh yl ether), triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether ), triethyleneglycol dibutyl ether, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate ether acetate) and may be at least one selected from the group consisting of propylene glycol monomethylether acetate, and the like.
다른 양태에서, 상기 이오노머 바인더 분산액은 고형분 함량이 5 내지 15 wt%인 것일 수 있다. 상기 이오노머 바인더는 기존 용매인 물 또는 알코올 또는 물 및 알코올을 증발시키고, 글리콜계 화합물을 용매로서 포함하는데, 상기 과불소계 이오노머 고형분의 함량이 5 내지 15 wt%, 좋게는 8 내지 12 wt%인 것일 수 있으며, 상기와 같은 범위로 고형분을 포함하는 경우, 상기 과불소계 이오노머가 글리콜계 화합물에 미세 입자로서 고르게 분포되어 전극 촉매 층의 성능, 즉, 높은 전류밀도, 낮은 활성화 손실 및 저항 손실의 효과가 있어 더욱 선호된다.In another embodiment, the ionomer binder dispersion may have a solid content of 5 to 15 wt%. The ionomer binder evaporates water or alcohol or water and alcohol as an existing solvent, and contains a glycol-based compound as a solvent, and the content of the perfluorinated ionomer solid content is 5 to 15 wt%, preferably 8 to 12 wt%. When the solid content is included in the above range, the perfluorinated ionomer is evenly distributed as fine particles in the glycol-based compound, so that the performance of the electrode catalyst layer, that is, high current density, low activation loss, and resistance loss, is improved. There is more preferred
다른 양태에서, 상기 이오노머 바인더 분산액의 이오노머는 평균입자 크기가 30 내지 100 nm, 좋게는 40 내지 90 nm, 더욱 좋게는 40 내지 80 nm 인 것일 수 있다. 본 발명의 제조방법으로 제조된 이오노머 바인더 분산액의 이오노머의 평균입자의 크기가 상기와 같은 범위인 경우, 용매 내에 미세 입자 형태로 고르게 분산되어 전극으로 제조되는 경우, 두께가 두꺼운 이오노머를 형성하여 막-전극 접합체로 제조되어 우수한 전류밀도, 낮은 활성화 손실 및 저항손실을 가진다.In another embodiment, the ionomer of the ionomer binder dispersion may have an average particle size of 30 to 100 nm, preferably 40 to 90 nm, and more preferably 40 to 80 nm. When the average particle size of the ionomer of the ionomer binder dispersion prepared by the manufacturing method of the present invention is within the above range, it is uniformly dispersed in the form of fine particles in the solvent and prepared as an electrode, the thick ionomer is formed to form a film- It is made of an electrode assembly and has excellent current density, low activation loss and resistance loss.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 상기 이오노머 바인더 분산액을 포함하는 연료전지용 막-전극 접합체를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the ionomer binder dispersion of the present invention.
또 다른 양태에서, 상기 연료전지용 막-전극 접합체의 전류밀도가 70 ℃, 상대습도 100% 조건에서 0.80 A/㎠ 이상인 것일 수 있다. 상기 막-전극 접합체의 전류밀도는 0.80 A/㎠ 이상, 좋게는 0.90 A/㎠ 이상, 더욱 좋게는 1.00 A/㎠이상인 것일 수 있다. In another embodiment, the fuel cell membrane-electrode assembly may have a current density of 0.80 A/cm 2 or more at 70° C. and 100% relative humidity. The current density of the membrane-electrode assembly may be 0.80 A/cm 2 or more, preferably 0.90 A/cm 2 or more, and more preferably 1.00 A/cm 2 or more.
또 다른 양태에서, 상기 연료전지용 막-전극 접합체의 전류밀도가 70 ℃, 상대습도 70% 조건에서 전류 밀도가 0.37 A/㎠ 이상인 것일 수 있다. 상기 막-전극 접합체의 전류밀도는 0.37 A/㎠ 이상, 좋게는 0.50 A/㎠ 이상, 더욱 좋게는 0.66 A/㎠이상인 것일 수 있다. In another embodiment, the fuel cell membrane-electrode assembly may have a current density of 0.37 A/cm 2 or more under conditions of a current density of 70° C. and a relative humidity of 70%. The current density of the membrane-electrode assembly may be 0.37 A/cm 2 or more, preferably 0.50 A/cm 2 or more, and more preferably 0.66 A/cm 2 or more.
본 발명의 일 양태와 같은 제조방법으로 제조된 상기 이오노머 바인더 분산액은 상기 글리콜계 화합물에 상기 과불소계 이오노머가 미세 입자로 고르게 분산되어 전극 촉매층의 성능, 즉 특히, 전류 밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다. In the ionomer binder dispersion prepared by the same manufacturing method as in one embodiment of the present invention, the perfluorinated ionomer is evenly dispersed into fine particles in the glycol-based compound, so that the performance of the electrode catalyst layer, that is, in particular, the current density can be remarkably improved. .
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 상기 이오노머 바인더 분산액을 포함하는 수전해용 막-전극 접합체를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for water electrolysis comprising the ionomer binder dispersion of the present invention.
또 다른 양태에서, 상기 수전해용 막-전극 접합체의 전류밀도가 0.36 A/㎠ 이상인 것일 수 있다. 상기 막-전극 접합체의 전류밀도는 0.36 A/㎠ 이상, 좋게는 0.70 A/㎠ 이상, 더욱 좋게는 2.50 A/㎠이상인 것일 수 있다. 본 발명의 일 양태와 같은 제조방법으로 제조된 상기 이오노머 바인더 분산액은 상기 글리콜계 화합물에 상기 과불소계 이오노머가 미세 입자로 고르게 분산되어 수전해 적용 시 충분한 전극 촉매층의 성능으로 수전해 분야에 응용할 수 있다.In another embodiment, the current density of the membrane-electrode assembly for water electrolysis may be 0.36 A/cm 2 or more. The current density of the membrane-electrode assembly may be 0.36 A/cm 2 or more, preferably 0.70 A/cm 2 or more, and more preferably 2.50 A/cm 2 or more. The ionomer binder dispersion prepared by the same manufacturing method as in one aspect of the present invention is uniformly dispersed in the glycol-based compound with the perfluorinated ionomer into fine particles. .
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following Examples and Comparative Examples are merely examples for explaining the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.
[물성측정방법][Method of measuring physical properties]
1. 열분석(TGA)1. Thermal Analysis (TGA)
열분석을 통하여, 프로필렌글리콜 용매 기반의 10 wt% 이오노머 바인더 분산액이 제조되었는지 확인하였다. 열분석은 TG209 F1 Libra(네취社) 기기를 이용하여 60 ml/min로 질소를 흘려주고, 상온에서 500℃까지 1분당 10℃를 상승시키며 분석을 진행하여 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.Through thermal analysis, it was confirmed whether a 10 wt% ionomer binder dispersion based on propylene glycol solvent was prepared. Thermal analysis was performed by flowing nitrogen at 60 ml/min using a TG209 F1 Libra (Nechsch Co., Ltd.) instrument, increasing 10° C. per minute from room temperature to 500° C., and the results are shown in FIGS. 1 and 2 It was.
2. 제타전위 및 입도분석2. Zeta potential and particle size analysis
제타전위 및 입도분석으로 이오노머 입자의 분산 정도와 평균 입자 크기를 측정하였다. 입도분석시에 분석시료에 기포가 생길 시 기포가 영향을 줄 수 있기 때문에 낮은 농도의 이오노머 바인더 분산액으로 제조해야하며, 작은 기포를 제거하기 위해 초음파처리(sonication)을 진행한 후 입도분석을 진행하였다. 각 이오노머 바인더 분산액에 추가의 용매를 사용하여 0.1wt% 농도로 제조하여 입도분석을 진행하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.The degree of dispersion and average particle size of the ionomer particles were measured by zeta potential and particle size analysis. In particle size analysis, when bubbles are generated in the sample to be analyzed, they must be prepared with a low-concentration ionomer binder dispersion because bubbles can affect the sample. . Each ionomer binder dispersion was prepared at a concentration of 0.1 wt% using an additional solvent, and particle size analysis was performed, and the results are shown in Table 2.
3. 박막 두께 측정3. Thin film thickness measurement
박막 두께 측정은 SiO2/Si 웨이퍼에 박막을 형성하여 분광타원해석기를 이용하여 특정하였다. 먼저, 바이알에 이오노머 바인더 분산액을 담고, 이에 추가 용매를 투입하여 0.1 wt%로 희석하였다. 상기 바이알에 SiO2/Si 웨이퍼를 12시간 동안 침지시켜 박막을 형성하였다. 상기 SiO2/Si 웨이퍼를 바이알에서 꺼낸 후, 대류오븐에서 공기를 대류시켜 건조시킨다. 이때, 물 및 알코올 기반의 상업적인 이오노머 바인더 분산액의 건조는 40 ℃에서 16 내지 20 시간을, 글리콜계 화합물 기반의 이오노머 바인더 분산액의 건조는 110 ℃에서 16 내지 20 시간을 건조하여 분광타원해석기를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.Thin film thickness measurement was specified using a spectral elliptic analyzer by forming a thin film on a SiO2/Si wafer. First, the ionomer binder dispersion was placed in a vial, and an additional solvent was added thereto and diluted to 0.1 wt%. A thin film was formed by immersing the SiO2/Si wafer in the vial for 12 hours. After the SiO2/Si wafer is removed from the vial, it is dried by convection of air in a convection oven. At this time, the drying of the commercial ionomer binder dispersion based on water and alcohol was dried at 40 ° C. for 16 to 20 hours, and the drying of the glycol-based compound-based ionomer binder dispersion was dried at 110 ° C. for 16 to 20 hours. The results are shown in Table 3.
4. 연료전지용 막-전극 접합체의 단위셀 성능 평가4. Unit cell performance evaluation of membrane-electrode assembly for fuel cell
연료전지용 막-전극 접합체의 단위셀 성능 평가를 위해 먼저, 촉매 슬러리를 제조하고, 막-전극 접합체를 제작한 후, 단위셀을 체결하여 성능을 평가하고 그 결과를 표4에 나타내었다.To evaluate the unit cell performance of the membrane-electrode assembly for a fuel cell, first, a catalyst slurry was prepared, and after the membrane-electrode assembly was manufactured, the performance was evaluated by fastening the unit cell, and the results are shown in Table 4.
<촉매 슬러리 제조><Preparation of catalyst slurry>
촉매는 백금 촉매로, Tanaka Kikinzoku Kogyu K.K.사의 TTK TEC10F50E(47.2 wt% Pt/C)이며, 이오노머 바인더로는 Solvay사의 Aquivion D72-25BS(EW720), Aquivion D98-25BS(EW980) 및 Dupont 사의 Nafion D2020(EW1000), Nafion D2021 (EW1100) 및 3M 사의 3M(EW725)중 하나를 사용하였다. 촉매 슬러리 제조시 이오노머 바인더 분산액, 상기 촉매 및 추가의 유기용매인 아이소프로판올(2-propanol)을 투입하여 제조한다. 상기 아이소프로판올을 추가 투입할 때에는 기존 용매와의 비율이 물:1-propanol:2-propanol=5:4:1이 되도록 한다. 이때, 산소에 의한 백금 촉매의 손상을 막기 위하여 질소가스를 공급하고, 마그네틱 교반기 30분, 초음파 교반기 30분 간격으로 각각 5회씩 반복하고 마그네틱 교반기로 24시간 이상 교반하여 촉매 슬러리를 완성하였다. The catalyst is a platinum catalyst, TTK TEC10F50E (47.2 wt% Pt/C) manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyu KK, and Aquivion D72-25BS (EW720) from Solvay, Aquivion D98-25BS (EW980) from Dupont and Nafion D2020 (from Dupont) as ionomer binders. EW1000), Nafion D2021 (EW1100) and 3M (EW725) from 3M were used. When preparing the catalyst slurry, the ionomer binder dispersion, the catalyst, and isopropanol (2-propanol), which is an additional organic solvent, are added. When the isopropanol is additionally added, the ratio with the existing solvent should be water:1-propanol:2-propanol=5:4:1. At this time, nitrogen gas was supplied to prevent damage to the platinum catalyst by oxygen, and the catalyst slurry was completed by repeating 5 times each at intervals of 30 minutes with a magnetic stirrer and 30 minutes with an ultrasonic stirrer, and stirring with a magnetic stirrer for 24 hours or more.
<막-전극 접합체 제작><Membrane-electrode assembly fabrication>
막-전극 접합체 제작 시, CCM(catalyst coated membrane) 방식을 사용하였으며, 닥터블레이드(Dr.blade)를 사용하여 테플론 코딩된 폴리이미드 전사지에 촉매 슬러리를 전사시키고, 건조한 후 수소이온교환막에 접합함으로서 막-전극 접합체를 제작하였다. 촉매 담지량은 0.4 mg-platinum/㎠ 이며, 물 또는 알코올이 주 용매인 경우, 상온에서 24 시간이상 건조시켰으며, 글리콜계 화합물이 주 용매인 경우, 110 ℃ 진공 오븐에서 12 내지 16시간 동안 건조시켰다. 건조가 완료된 전극은 연료전지 단위 셀의 활성면적 크기에 맞게 정사각형으로 자르고 핫 프레스를 통하여 수소이온 교환막인 나피온 212의 양쪽에 전극을 위치시킨 후 120℃, 5Mpa, 20분 동안 열로 압착시켜 막-전극 접합체를 제조하였다.When manufacturing the membrane-electrode assembly, the CCM (catalyst coated membrane) method was used, and the catalyst slurry was transferred to Teflon-coated polyimide transfer paper using a doctor blade, dried, and then bonded to a hydrogen ion exchange membrane. - An electrode assembly was prepared. The catalyst loading was 0.4 mg-platinum/cm 2 , and when water or alcohol was the main solvent, it was dried at room temperature for more than 24 hours, and when the glycol-based compound was the main solvent, it was dried in a vacuum oven at 110 ° C. for 12 to 16 hours. . After drying, the electrode is cut into squares to match the size of the active area of the unit cell of the fuel cell, and the electrodes are placed on both sides of the Nafion 212, a hydrogen ion exchange membrane, through hot press, and then compressed with heat at 120°C, 5Mpa, for 20 minutes. An electrode assembly was prepared.
(1) 전류-전압 곡선(I-V curve)(1) Current-voltage curve (I-V curve)
단위셀 성능 평가는 평가용 스테이션(CNL Energy Co.)를 사용하였고 최대 기체확산층 압축률은 20% 내외로 하여 셀을 체결하였으며, 0 에서부터 50 kg-f/㎠까지 10kg-f/㎠ 단위로 단계씩 순차적으로 올리면서 일정한 힘으로 체결을 진행하였다. 체결된 단위 셀은 electric loader를 통해 전류-전압을 측정하였으며, anode, cathode 모두 70℃에서 상대습도 70% 및 100 %의 가습조건으로 측정하여 그 결과를 표 4 및 표5에 나타내었다.(단위 : A/㎠)For unit cell performance evaluation, an evaluation station (CNL Energy Co.) was used, and the cell was concluded with a maximum gas diffusion layer compression rate of around 20%. The tightening was carried out with a constant force while being raised sequentially. The connected unit cell was measured for current-voltage through an electric loader, and both anode and cathode were measured under humidification conditions of 70% relative humidity and 100% at 70°C, and the results are shown in Tables 4 and 5 (units). : A/cm2)
5. 수전해용 막-전극 접합체의 단위셀 성능 평가5. Evaluation of unit cell performance of membrane-electrode assemblies for water electrolysis
수전해용 막-전극 접합체의 단위셀 성능 평가를 위해 먼저, 촉매 슬러리를 제조하고, 막-전극 접합체를 제작한 후, 단위셀을 체결하여 성능을 평가하고 그 결과를 표6에 나타내었다.To evaluate the unit cell performance of the membrane-electrode assembly for water electrolysis, first, a catalyst slurry was prepared, the membrane-electrode assembly was prepared, and then the unit cell was fastened to evaluate the performance, and the results are shown in Table 6.
<촉매 슬러리 제조><Preparation of catalyst slurry>
음극용 촉매는 iridiun oxide(IrO2) 이며, 양극용 촉매는 Tanaka Kikinzoku Kogyu K.K.사의 TTK TEC10E50E(46.7 wt% Pt/C)를 사용하였고, 이오노머 바인더로는 Solvay사의 Aquivion D72-25BS(EW720), Nafion D2021 (EW1100)중 하나를 사용하였다. 촉매 슬러리 제조시 이오노머 바인더 분산액, 상기 촉매 및 추가의 유기용매인 아이소프로판올(2-propanol)을 투입하여 제조한다. 상기 아이소프로판올을 추가 투입할 때에는 기존 용매와의 비율이 물:1-propanol:2-propanol=5:4:1이 되도록 한다. 이때, 산소에 의한 이리듐 및 백금 촉매의 손상을 막기 위하여 질소가스를 공급하고, 마그네틱 교반기 30분, 초음파 교반기 30분 간격으로 각각 5회씩 반복하고 마그네틱 교반기로 24시간 이상 교반하여 촉매 슬러리를 완성하였다. Catalyst for negative electrode is iridiun oxide (IrO2), TTK TEC10E50E (46.7 wt% Pt/C) manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyu KK was used as catalyst for positive electrode, and Solvay Aquivion D72-25BS (EW720) and Nafion D2021 were used as ionomer binders. (EW1100) was used. When preparing the catalyst slurry, the ionomer binder dispersion, the catalyst, and isopropanol (2-propanol), which is an additional organic solvent, are added. When the isopropanol is additionally added, the ratio with the existing solvent should be water:1-propanol:2-propanol=5:4:1. At this time, nitrogen gas was supplied to prevent damage to the iridium and platinum catalysts by oxygen, repeated 5 times at intervals of 30 minutes with a magnetic stirrer and 30 minutes with an ultrasonic stirrer, and stirred with a magnetic stirrer for 24 hours or more to complete the catalyst slurry.
<막-전극 접합체 제작><Membrane-electrode assembly fabrication>
막-전극 접합체 제작 시, CCM(catalyst coated membrane) 방식을 사용하였으며, anode는 스프레이를 통해 직접 분사하였고, cathode는 닥터블레이드(Dr.blade)를 사용하여 테플론 코딩된 폴리이미드 전사지에 촉매 슬러리를 전사시키고, 건조한 후 수소이온교환막에 접합함으로서 막-전극 접합체를 제작하였다. anode의 iridium oxide의 담지량은 1.0 mg-iridium/㎠ 이며, cathode의 촉매 담지량은 0.8 mg-platinum/㎠로 진행하였다. 물 또는 알코올이 주 용매인 경우, 히트플레이트에서 건조시키며 촉매 슬러리를 분사하였고, 글리콜계 화합물이 주 용매인 경우, 110 ℃ 진공 오븐에서 12 내지 16시간 동안 건조시켰다. 건조가 완료된 전극은 수전해 단위 셀의 활성면적 크기에 맞게 정사각형으로 자르고 핫 프레스를 통하여 수소이온 교환막인 나피온 212의 양쪽에 전극을 위치시킨 후 120℃, 5Mpa, 20분 동안 열로 압착시켜 막-전극 접합체를 제조하였다.When manufacturing the membrane-electrode assembly, a CCM (catalyst coated membrane) method was used, the anode was directly sprayed through spray, and the cathode was transferred using a Dr.blade to transfer the catalyst slurry onto Teflon-coated polyimide transfer paper. After drying, the membrane-electrode assembly was prepared by bonding to a hydrogen ion exchange membrane. The loading amount of iridium oxide on the anode was 1.0 mg-iridium/cm 2 , and the catalyst loading amount on the cathode was 0.8 mg-platinum/cm 2 . When water or alcohol was the main solvent, the catalyst slurry was sprayed while drying on a heat plate. When the glycol-based compound was the main solvent, it was dried in a vacuum oven at 110° C. for 12 to 16 hours. After drying, the electrode is cut into squares according to the size of the active area of the water electrolysis unit cell, and the electrodes are placed on both sides of the Nafion 212, a hydrogen ion exchange membrane, through a hot press, and then compressed with heat at 120°C, 5Mpa, for 20 minutes. An electrode assembly was prepared.
(1) 전류-전압 곡선(I-V curve)(1) Current-voltage curve (I-V curve)
수전해용 전류-전압 곡선은 순환전압전류법을 통해 진행하였다. 단위셀 성능 평가는 평가용 스테이션(CNL Energy Co.)를 사용하였고, anode의 기체확산층 압축률은 1% 내외, cathode의 기체확산층 압축률은 20% 내외로 하여, 0 에서부터 70 kg-f/㎠까지 10kg-f/㎠ 단위로 단계씩 순차적으로 올리면서 일정한 힘으로 체결을 진행하였다. 체결된 단위 셀은 potentialstat/galvanostat EIS(HCP-803)을 통해 전류-전압을 측정하였으며, anode 기체확산층은 titanium paper를 사용하였고, cathode의 기체확산층은 carbon paper를 사용하였다. 단위셀의 평가는 anode에 15ml/min의 물을 공급하며 80℃의 온도에서 1.35 내지 2.0V 의 간격의 셀 전압에서 측정하여 그 결과를 표 6에 나타내었다.(단위 : A/㎠)Current-voltage curves for water electrolysis were conducted through cyclic voltammetry. For unit cell performance evaluation, an evaluation station (CNL Energy Co.) was used, and the compression rate of the gas diffusion layer of the anode was around 1% and the compression ratio of the gas diffusion layer of the cathode was around 20%, from 0 to 70 kg-f/cm 2 -f/cm2 was increased step by step and tightened with a constant force. The connected unit cell measured current-voltage through potentialstat/galvanostat EIS (HCP-803), titanium paper was used for the anode gas diffusion layer, and carbon paper was used for the cathode gas diffusion layer. For the evaluation of the unit cell, 15ml/min of water is supplied to the anode, and the result is shown in Table 6 by measuring the cell voltage at an interval of 1.35 to 2.0V at a temperature of 80°C. (Unit: A/cm2)
[실시예 1] [Example 1]
증발 플라스크에 용매가 하기 비교예 1과 같은 Solvay사의 Aquivion D72-25BS 25 wt% 이오노머 분산액에 프로필렌글리콜을 투입하였다. 투입한 프로필렌글리콜 양은 기존 용매인 물을 모두 증발시켜 완성된 이오노머 분산액이 10 wt%가 되도록 한다. 이후 증발기인 RE100-Pro LCD digital rotary evaporator(Dragon Lab 社)에 장착하여 70 rpm, 90 ℃ 조건에서 물을 증발시켰다. 물을 모두 증발시킨 후, 증발 플라스크를 증발기와 분리한 후 제조된 프로필렌글리콜 기반의 10 wt% 이오노머 바인더 분산액을 유리용기에 옮겨 담아, 물성을 측정하고 표 4에 그 결과를 기재하였다.Propylene glycol was added to Aquivion D72-25BS 25 wt% ionomer dispersion by Solvay whose solvent was the same as in Comparative Example 1 below in the evaporation flask. The amount of propylene glycol added is such that all of the existing solvent, water, is evaporated so that the finished ionomer dispersion is 10 wt%. Then, it was mounted on an evaporator RE100-Pro LCD digital rotary evaporator (Dragon Lab) to evaporate water at 70 rpm and 90 ℃ conditions. After evaporating all the water, the evaporation flask was separated from the evaporator, and the prepared 10 wt% ionomer binder dispersion solution based on propylene glycol was transferred to a glass container, and the physical properties were measured and the results are shown in Table 4.
[실시예 2][Example 2]
용매가 하기 비교예 2와 같은 Solvay 사의 Aquivion D98-25BS 25 wt% 이오노머 분산액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여, 물성을 측정하고 표 4에 그 결과를 기재하였다.In the same manner as in Example 1, except that the solvent used was Solvay's Aquivion D98-25BS 25 wt% ionomer dispersion as in Comparative Example 2 below, physical properties were measured and the results are shown in Table 4.
[실시예 3][Example 3]
용매가 하기 비교예 3과 같은 Dupont 사의 Nafion D2020 20 wt% 이오노머 분산액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여, 물성을 측정하고 표 4에 그 결과를 기재하였다.In the same manner as in Example 1, except that the solvent used was Dupont's
[실시예 4][Example 4]
용매가 하기 비교예 4와 같은 Dupont 사의 Nafion D2021 20 wt% 이오노머 분산액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the solvent used was a 20 wt% ionomer dispersion of Dupont's Nafion D2021 as in Comparative Example 4 below.
[실시예 5][Example 5]
용매가 하기 비교예 5과 같은 3M 사의 3M EW725 20 wt% 이오노머 분산액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a 20 wt% ionomer dispersion of 3M EW725 by 3M was used as the solvent as in Comparative Example 5 below.
[비교예 1][Comparative Example 1]
Solvay 사의 Aquivion D72-25BS 25 wt% 이오노머 분산액만을 사용하였다. 상기 이오노머 분산액의 용매는 물과 1-propanol 및 2-propanol을 5:4:1로 제조하여 사용하였다.Only Aquivion D72-25BS 25 wt% ionomer dispersion from Solvay was used. The solvent of the ionomer dispersion was prepared by mixing water, 1-propanol and 2-propanol in a ratio of 5:4:1.
[비교예 2][Comparative Example 2]
Solvay 사의 Aquivion D98-25BS 25 wt% 이오노머 분산액만을 사용하였다. 상기 이오노머 분산액의 용매는 물과 1-propanol 및 2-propanol을 5:4:1로 제조하여 사용하였다.Only Aquivion D98-25BS 25 wt% ionomer dispersion from Solvay was used. The solvent of the ionomer dispersion was prepared by mixing water, 1-propanol and 2-propanol in a ratio of 5:4:1.
[비교예 3][Comparative Example 3]
Dupont 사의 Nafion D2020 20 wt% 이오노머 분산액만을 사용하였다. 상기 이오노머 분산액의 용매는 물과 1-propanol 및 2-propanol을 5:4:1로 제조하여 사용하였다.Only
[비교예 4][Comparative Example 4]
Dupont 사의 Nafion D2021 20 wt% 이오노머 분산액만을 사용하였다. 상기 이오노머 분산액의 용매는 물과 1-propanol 및 2-propanol을 5:4:1로 제조하여 사용하였다.Only
[비교예 5][Comparative Example 5]
3M 사의 3M EW725 20 wt% 이오노머 분산액만을 사용하였다. 상기 이오노머 분산액의 용매는 물과 1-propanol 및 2-propanol을 5:4:1로 제조하여 사용하였다.Only
25 wt%Aquivion D72-25BS
25 wt%
25 wt%Aquivion D98-25BS
25 wt%
20 wt%Nafion D2020
20 wt%
20 wt% Nafion D2021
20 wt%
20 wt%3M EW725
20 wt%
25 wt% Aquivion D72-25BS
25 wt%
25 wt%Aquivion D98-25BS
25 wt%
20 wt%Nafion D2020
20 wt%
20 wt%Nafion D2021
20 wt%
20 wt%3M EW725
20 wt%
상기 표 2의 제타전위 및 입도분석 결과, 물과 2-propanol 기반의 용매에서는 이오노머의 술폰산기가 수화됨에 따라 입자크기가 크게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 글리콜계 용매에서는 이오노머와 이오노머의 술폰산기가 수화되지 않음에 따라 아주 작은 형태로 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 글리콜계 용매로 제조한 이오노머 바인더 분산액이 물과 저급알코올 기반의 이오노머 바인더 분산액보다 이오노머 입자의 크기가 미세한 형태로 분산되는 것을 확인할 수 있다.As a result of the zeta potential and particle size analysis in Table 2, it can be seen that in the solvent based on water and 2-propanol, the particle size is largely dispersed as the sulfonic acid group of the ionomer is hydrated, and in the glycol-based solvent, the sulfonic acid group of the ionomer and the ionomer is hydrated. It can be seen that it is dispersed in a very small form as it does not occur. It can be seen that the ionomer binder dispersion prepared with the glycol-based solvent of the present invention is dispersed in a finer size than the water and lower alcohol-based ionomer binder dispersion.
상기 표 3에서, 동일한 이오노머에 한해 이들의 고분자의 곁사슬의 길이가 동일할 때 용매에 의한 입자의 크기가 작을수록 박막이 두껍게 형성되고 입자의 크기가 클수록 얇게 형성됨을 알 수 있다. 프로필렌글리콜 용매로 제조한 이오노머 분산액이 물이나 2-propanol로 제조한 이오노머 분산액보다 용매에 의한 입자의 크기가 작아 박막이 두껍게 형성됨을 확인하였다.From Table 3, it can be seen that for the same ionomer only, when the length of the side chains of these polymers is the same, the thin film is formed as the size of the particles by the solvent decreases, and the thin film is formed as the size of the particles increases. It was confirmed that the ionomer dispersion prepared with a propylene glycol solvent had a smaller particle size than the ionomer dispersion prepared with water or 2-propanol, so that the thin film was formed thick.
하기 도 1 및 2에서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 프로필렌글리콜 기반의 10 wt%의 이오노머 바인더 분산액이 제조된 것을 확인하였다. 기존 (a)이오노머 바인더 분산액은 80 ℃에서 열분해가 일어나는 반면 (b)프로필렌글리콜 기반의 이오노머 바인더 분산액은 150 내지 160℃ 사이에서 열분해가 일어난 것을 확인하였다.1 and 2, it was confirmed that the propylene glycol-based 10 wt% ionomer binder dispersion prepared by the method of the present invention was prepared. It was confirmed that the existing (a) ionomer binder dispersion was thermally decomposed at 80 °C, whereas (b) propylene glycol-based ionomer binder dispersion was thermally decomposed between 150 and 160 °C.
또한, 상기 표 4 에서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 이오노머 바인더 분산액인 실시예 1 내지 5가 상업적으로 사용되는 기존의 이오노머 바인더 분산액 보다 전류밀도가 훨씬 향상되었으며, 활성화 손실 및 저항손실에 있어서도 훨씬 낮은 값을 보인 것을 확인할 수 있다. 이로써, 본 발명의 이오노머 바인더 분산액 제조방법이 이오노머를 용매 내에 미세한 입자로 고르게 분산시켜 전극 촉매층의 성능을 매우 향상시킨 것을 확인하였다. 또한, 상기 표 5에서, 상대습도 70 % 이하로 가동 할 시에도 충분한 전류밀도를 가짐을 확인할 수 있다. 또한, 상기 표 6에서, 본 발명의 이오노머 바인더 분산액을 수전해에서 가동할 시, 충분한 전류밀도를 가지는 것으로 수전해 분야에도 응용될 수 있음을 확인하였다.In addition, in Table 4, Examples 1 to 5, which are ionomer binder dispersions prepared by the manufacturing method of the present invention, have much improved current density than the conventional ionomer binder dispersions used commercially, and much more in activation loss and resistance loss. It can be seen that a low value was shown. Accordingly, it was confirmed that the method for preparing the ionomer binder dispersion of the present invention greatly improved the performance of the electrode catalyst layer by evenly dispersing the ionomer into fine particles in the solvent. In addition, from Table 5, it can be seen that the current density is sufficient even when operating at a relative humidity of 70% or less. In addition, in Table 6, it was confirmed that when the ionomer binder dispersion of the present invention is operated in water electrolysis, it has a sufficient current density and can be applied to the water electrolysis field.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with specific details and limited examples and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .
Claims (16)
를 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.evaporating the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion by heating a mixture prepared by adding a glycol-based compound having a higher boiling point than the solvent of the dispersion into the perfluorinated ionomer dispersion;
A method for producing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device comprising a.
상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.The method of claim 1,
The perfluorinated ionomer is one selected from the group consisting of poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof A method for preparing an ionomer binder dispersion for a phosphorus-hydrogen-based energy conversion device.
상기 과불소계 이오노머의 용매는 물 또는 알코올에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.The method of claim 1,
The method for preparing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device, wherein the solvent of the perfluorinated ionomer includes at least one selected from water and alcohol.
상기 알코올은 에탄올, 메탄올, 1-프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부탄올, 2-부탄올, tert-부탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.4. The method of claim 3,
The alcohol is one selected from the group consisting of ethanol, methanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, butanol, isobutanol, 2-butanol, tert-butanol, and mixtures thereof. manufacturing method.
상기 증발은 용매의 비점 차이를 이용하여 더 낮은 비점의 용매를 증발시키는 것인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.The method of claim 1,
The evaporation is a method of producing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device to evaporate a solvent having a lower boiling point using the difference in boiling point of the solvent.
상기 과불소계 이오노머 분산액의 용매(V1)와 글리콜계 화합물(V2)의 비점이 하기 식1을 만족하는 것인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.
[식 1]
V2-V1 ≥ 70
(V1은 과불소계 이오노머 분산액의 용매의 비점, V2는 글리콜계 화합물의 비점이며, 각각 단위는 ℃이다.)The method of claim 1,
A method for producing an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device, wherein the boiling points of the solvent (V1) and the glycol-based compound (V2) of the perfluorinated ionomer dispersion satisfy the following formula 1.
[Equation 1]
V2-V1 ≥ 70
(V1 is the boiling point of the solvent of the perfluorinated ionomer dispersion, V2 is the boiling point of the glycol-based compound, and the unit is °C.)
상기 글리콜계 화합물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜모노부틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜디메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 디부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜디에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 디부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 메틸에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액의 제조방법.The method of claim 1,
The glycol-based compound is ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl Ethers, ethylene glycol monobenzyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, Dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol At least one hydrogen-based energy conversion device selected from the group consisting of monobutyl ether, triethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate and propylene glycol monomethyl ether acetate A method for preparing an ionomer binder dispersion.
상기 과불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 하나인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액.9. The method of claim 8,
The perfluorinated ionomer is one selected from the group consisting of poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, and combinations thereof An ionomer binder dispersion for one-in-one hydrogen-based energy conversion devices.
상기 이오노머 바인더 분산액은 고형분 함량이 5 내지 15 wt%인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액.9. The method of claim 8,
The ionomer binder dispersion is an ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device having a solid content of 5 to 15 wt%.
상기 이오노머 바인더 분산액의 이오노머는 평균입자 크기가 30 내지 100 ㎚인 수소 기반 에너지 변환 기기용 이오노머 바인더 분산액.9. The method of claim 8,
The ionomer of the ionomer binder dispersion has an average particle size of 30 to 100 nm. An ionomer binder dispersion for a hydrogen-based energy conversion device.
70 ℃, 상대습도 100% 조건에서 상기 연료전지용 막-전극 접합체의 전류 밀도가 0.80 A/㎠ 이상인 연료전지용 막-전극 접합체.13. The method of claim 12,
A membrane-electrode assembly for a fuel cell in which the current density of the membrane-electrode assembly for a fuel cell is 0.80 A/cm 2 or more under the conditions of 70° C. and 100% relative humidity.
70 ℃, 상대습도 70% 조건에서 상기 연료전지용 막-전극 접합체의 전류 밀도가 0.37 A/㎠ 이상인 연료전지용 막-전극 접합체.13. The method of claim 12,
A membrane-electrode assembly for a fuel cell in which the current density of the membrane-electrode assembly for a fuel cell is 0.37 A/cm 2 or more under the conditions of 70° C. and 70% relative humidity.
상기 수전해용 막-전극 접합체의 전류 밀도가 0.36 A/㎠ 이상인 수전해용 막-전극 접합체.16. The method of claim 15,
A membrane-electrode assembly for water electrolysis, wherein the current density of the membrane-electrode assembly for water electrolysis is 0.36 A/cm 2 or more.
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Non-Patent Citations (1)
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| R.F. Silca et al. Electrochiminca Acta. 2004, Vol. 49, pp. 3211-3219* * |
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