KR20220039451A - 연료전지용 복합 전해질막 및 이를 포함하는 막/전극 접합체 - Google Patents

연료전지용 복합 전해질막 및 이를 포함하는 막/전극 접합체 Download PDF

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KR20220039451A
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Abstract

본 발명에 따른 연료전료전지용 복합 전해질막은 섬유형 보강재가 서로 얽혀 그물망 구조체로 균일하게 포함되어 있고, 이오노머가 상기 섬유형 보강재 내에 균일하게 분산되어 있으므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고, 수소투과가 억제되므로 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 5000~7000회 정도로 향상시킬 수 있어, 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

연료전지용 복합 전해질막 및 이를 포함하는 막/전극 접합체{Composite electrolyte membrane for fuel cells and membrane/electrode assembly comprising the same}
본 발명은 건조/습윤 상태 반복에도 사이클 수명이 우수한 연료전지용 복합 전해질막 및 이를 포함하는 막/전극 접합체에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.
연료전지에는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다.
그 중에서 고분자 전해질형 연료전지는 에너지 밀도가 크고 출력이 높아 가장 활발하게 연구되고 있다. 이러한 고분자 전해질형 연료전지는 전해질로서 액체가 아닌 고체 고분자 전해질막을 사용하는 점에서 다른 연료전지와 차이가 있다.
현재 자동차용 연료전지로는 고분자 전해질형 연료전지로써, 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 가장 많이 사용되고 있다. 이 고분자 전해질막 연료전지가 자동차의 다양한 운전조건에서 최소 수십 kW 이상 높은 출력 성능을 정상적으로 발현하려면, 넓은 전류 밀도 범위에서 안정적으로 작동 가능해야 한다.
연료전지는 요구되는 출력 수준을 충족하기 위해 단위 셀(Unit Cell)들을 적층하여 조립한 스택(Stack) 형태로 사용하게 된다. 상기 단위 셀은 막-전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)의 바깥부분, 즉 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)가 위치한 바깥부분에 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 가스켓(Gasket) 등이 적층되고, 기체확산층의 바깥쪽에는 반응기체(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Bipolar Plate or Separator)으로 구성된다. 이러한 단위 셀을 수 백장 적층한 뒤 가장 바깥쪽에는 단위 셀들을 지지하기 위한 엔드 플레이트(End Plate)를 결합한다.
연료전지의 전기생성을 위한 전기화학반응(Electrochemical Reaction)은 전해질막과 애노드/캐소드의 전극으로 구성된 막-전극 접합체에서 발생한다. 연료전지에서의 전기화학반응은 다음 반응식 [1]과 같이 연료전지의 산화극인 애노드에 공급된 수소가 수소산화반응(HOR: Hydrogen Oxidation Reaction)에 의해 수소이온(Proton)과 전자(Electron)로 분리된 후, 수소이온은 막을 통해 환원극인 캐소드로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 캐소드로 이동한다. 상기 수소이온과 전자는 캐소드에서 산소환원반응(ORR: Oxygen Reduction Reaction)에 의해 반응식 [2]와 같이 외부에서 공급된 산소 기체와 반응하며, 전기와 열을 생성함과 동시에 반응 부산물로서 물을 생성하게 된다.
H2 → 2H+ + 2e-, Eo = 0.000 V (vs. SHE) [1]
1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O, Eo = 1.229 V (vs. SHE) [2]
단, 여기서 Eo는 표준전극전위(Standard Electrode Potential)이고 SHE는 표준수소전극(Standard Hydrogen Electrode)이다.
한편, 상기 막-전극 접합체 내 고분자 전해질막은 백금 촉매를 함유하는 구조로써 백금 촉매와 이오노머가 혼합되어 있는 잉크를 ePTFE 어느 한면 이상에 도포함으로써 고분자 전해질막 구조를 형성하게 된다.
그러나, 상기와 같은 2층 또는 3층으로 구성된 고분자 전해질막을 이용하여 제조한 연료전지를 구동할 경우, ON/OFF 반복 및 고/저 출력에 따라 고분자 전해질막이 건조/습윤 상태 변화가 반복될 수 있고, 상기 상태 변화에 따라 연료전지에서 발생한 생성수로 인하여 고분자 전해질막 전체 치수변화가 발생하고, 각층 사이에 계면 박리가 발생할 수 있으므로, 수명이 짧아지는 현상이 발생할 수 있다.
이에, 건조/습윤 변화 반복에 따른 사이클 수명을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질막 개발이 필요한 실정이었다.
대한민국 등록특허공보 10-1931411
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 이오노머; 및 섬유형 보강재를 포함하고, 상기 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 구조체를 형성하고, 상기 그물망 구조체의 두께 방향의 전부 또는 적어도 일부에 상기 이오노머가 균일하게 분산되어 충진되어 있는 연료전지용 복합 전해질막, 및 이를 포함하는 막/전극 접합체에 관한 것이다.
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 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 이오노머; 및 섬유형 보강재를 포함하고, 상기 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 구조체를 형성하고, 상기 그물망 구조체의 두께 방향의 전부 또는 적어도 일부에 상기 이오노머가 균일하게 분산되어 충진되어 있는 연료전지용 복합 전해질막, 및 이를 포함하는 막/전극 접합체에 관한 것이다.
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 발명에 따른 연료전료전지용 복합 전해질막은 섬유형 보강재가 서로 얽혀 그물망 구조체로 균일하게 포함되어 있고, 이오노머가 상기 섬유형 보강재 내에 균일하게 분산되어 있으므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고, 수소투과가 억제되므로 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 향상시킬 수 있어, 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
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.
연료전지용 복합 전해질막
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 복합 전해질막은 이오노머; 및 섬유형 보강재를 포함하고, 바람직하게는, 상기 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 구조체를 형성하고, 상기 그물망 구조체의 두께 방향의 전부 또는 적어도 일부에 상기 이오노머가 충진될 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는 상기 이오노머 80~95.5중량%, 및 상기 섬유형 보강재 0.5~20중량%을 포함할 수 있다.
이에 따른 상기 연료전지용 복합 전해질막은 두께가 7~30μm일 수 있다. 상기 두께가 7μm 미만이면 충분히 수소를 차단할 수 없고, 30μm를 초과하면 수소 이온 전도 경로가 길어져, 전해질막 자체의 저항이 높아지기 위해서 원하는 발전 전류를 유지한 상태와 내구성이 양립할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 형태의 구조체로 연료전지용 복합 전해질막 내에 균일하게 분포되어 있으면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 보강재, 예를 들어, 열가소성 섬유, 및 열경화성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로, 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌; (Polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리이미드(polyimide; PI), 및 폴리아미드(Polyamide; PA)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 120℃ 이상의 융점을 갖으면서도 보강 효과를 잃지 않는 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 및 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 평균직경이 20~600nm일 수 있고, 바람직하게는 섬유형 보강재의 평균직경이 100~500 nm일 수 있다. 상기 평균직경이 20nm 미만이면 섬유용적이 커질 뿐만 아니라 수소이온의 전도성이 저하될 우려가 있고, 600nm를 초과하면 전해질 수지와의 복합화가 불충분하게 되어 보강 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 평균길이가 0.01~5mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 평균굵기가 1x10-6~0.1dtex 일 수 있다. 상기 평균굵기가 1x10-6 dtex 미만이면 섬유가 응집되기 쉽고 균일 분산되지 않아 충분한 보강 효과를 나타내기 어려운 단점이 있고, 0.1dtex 를 초과하면 이를 포함하는 전해질막의 두께가 두꺼워져 고저항의 전해질막이 될 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 평균밀도가 0.9~2.2g/cc 일 수 있다. 평균밀도가 0.9g/cc 미만이면 섬유 자체의 강도가 약한 단점이 있고, 2.2g/c 를 초과하면 섬유장에 할 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재의 함량은 연료전지용 복합 전해질막 전체100중량% 기준 0.5~20중량%일 수 있다. 상기 섬유형 보강재의 함량이 0.5중량% 미만이면 보강이 부족한 단점이 있고, 20중량%를 초과하면 전해질막의 두께가 두꺼워져 기계적 강도를 유지할 수 없는 단점이 있다.
즉, 상기 특징을 만족하는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 구조체로 연료전지용 복합 전해질막 내에 균일하게 포함되어 있고, 이오노머가 상기 섬유형 보강재 내에 균일하게 분산되어 있으므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고, 수소투과가 억제되므로 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이오노머는 이를 포함하는 연료전지용 복합 전해질막과 전극, 즉 캐소드 또는 애노드를 서로 고정시켜주는 바인더 역할을 하면서, 상기 섬유형 보강재 내에 균일하게 분산되어 애노드 전극에서 생성된 수소이온을 캐소드 전극까지 전도될 수 있는 전달 경로 역할을 하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이오노머는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 이오노머, 예를 들어, 과불소 술폰산계(Perfluorinated Sulfonic Acid; PFSA), 및 탄화수소계(Hydrocarbon)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 종류를 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 충분한 프로톤 전도성과 수소투과성을 겸비한 PFSA 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이오노머의 함량은 연료전지용 복합 전해질막 전체100중량% 기준 80~95.5중량%일 수 있다. 상기 이오노머의 함량이 80중량% 미만이면 프로톤 전도에 필요한 충분한 교환량이 부족하여 발전 성능이 저하되는 단점이 있고, 95.5중량%를 초과하면 보강재의 양이 상대적으로 적어짐으로써 건조/습기가 많아 이를 포함하는 전해질막의 치수안정성이 약화되는 단점이 있다.
즉, 상기 특징을 만족하는 본 발명의 일 실시예에 따른 이오노머는 서로 얽혀 그물망 구조체로 연료전지용 복합 전해질막 내에 균일하게 포함되어 있는 섬유형 보강재 내에 이오노머가 균일하게 분산되어 있으므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고, 수소투과가 억제되므로 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 향상시킬 수 있다.
막/전극 접합체
본 발명의 일 실시예에 따른 막/전극 접합체는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합전해질막, 상기 전해질막의 일면에 위치하는 캐소드, 및 상기 전해질막의 타면에 위치하는 애노드를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드 및 애노드는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 캐소드 및 애노드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 막/전극 접합체는 상기 특징을 포함하는 이오노머, 및 섬유형 보강재를 포함하는 연료전재용 복합 전해질막을 이용하여 제조되므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고, 수소투과가 억제되므로, 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 5000~7000회 정도로 향상시킬 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 - 연료전지용 복합 전해질막을 포함하는 막/전극 접합체
밀도 0.9g/cc, 평균 섬유 굵기 10-4dtex、평균 섬유길이 3mm의 폴리 프로필렌 섬유형 보강재를 건조 후, 중량 비율이 8wt%가 되도록 NafionDE2021 용액(20wt%)과 혼합하였다. 그 다음, PET 기재 위에 어플리케이터로 도포, 80℃에서 건조하여 용제 제거하여, 최종적으로, 섬유형 보강재 7.4중량%, 및 이오노머 92.6중량%을 포함하는 연료전지용 복합 전해질막을 두께 20μm로 얻었다.
그 다음 상기 연료전지용 복합 전해질막을 이용하여 막/전극 접합체를 제조하였다. 구체적으로, 백금 담지 카본(타나카 귀금속공업 주식회사의 TEC10E50E, 백금 함량 50중량％)를 도포한 테프론 시트를 핫 프레스법으로 전사하여, 캐소드 전극 및 애노드 전극을 형성하였다. 이때, 백금 촉매 사용량은 애노드 전극, 및 캐소드 전극 모두 0.4mg/m2으로 했다. 그 다음, 캐소드 전극 및 애노드 전극의 보호 및 집전성 향상을 위해, 마이크로 포러스 층(MPL)을 캐소드 전극 및 애노드 전극 위에 압착하고, 연료전지용 복합 전해질막, 전극 촉매층, 및 MPL를 포함하는 막/전극 접합체를 최종적으로 제조하였다.
실시예 2 - 연료전지용 복합 전해질막을 포함하는 막/전극 접합체
실시예 1과 비교했을 때, 밀도 0.85g/cc, 평균 섬유 굵기 5×10-4dtex、평균 섬유길이 5mm의 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN) 섬유형 보강재를 건조 후 중량 비율이 8wt%가 되도록 NafionDE2021 용액(20wt%)과 혼합한 다음, PET 기재 위에 어플리케이터로 도포, 80℃에서 건조하여 용제 제거하여, 최종적으로, 섬유형 보강재 7.4중량%, 및 이오노머 92.6중량%을 포함하는 연료전지용 복합 전해질막을 두께 25μm로 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 막/전극 접합체를 제조하였다.
비교예 1 - 기존 전해질막을 포함하는 막/전극 접합체
실시예 1과 비교하였을 때, ePTFE막(두께 5μm, 2.8 l/min/dm2@ 20 mm)를 PET 기재 위에 깔고, 그 위로부터 NafionDE2021 용액(20wt%)을 도포한 다음, 80℃에서 건조하여 용제 제거하고, 이 막을 뒤집어서 다시 PET 기재 위에 깔고, 다시 NafionDE2021 용액(20wt%) 도포한 다음, 80℃에서 건조하여 용제 제거하여, ePTFE 보강형 전해질막(23μm)을 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 막/전극 접합체를 제조하였다.
비교예 2 - 기존 전해질막을 포함하는 막/전극 접합체
실시예 1과 비교하였을 때, Polyacrylonitrile nonwovenfabric film(섬유길이250－330nm、공극률80％、두께15μm)를 PET 기재 위에 깔고, 그 위로부터 NafionDE2021 용액(20wt%)을 도포한 다음, 80℃에서 건조하여 용제 제거하고, 이 막을 뒤집어서 다시 PET 기재 위에 깔고, 다시 NafionDE2021 용액(20wt%) 도포한 다음, 80℃에서 건조하여 용제 제거하여, ePTFE 보강형 전해질막(28μm)을 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 막/전극 접합체를 제조하였다.
실험예 - 막/전극 접합체의 건조/습윤 사이클 횟수 비교
상기 실시예 1 및 실시예 2와 비교예 1 및 비교예 2에 따른 막/전극 접합체를 준비하고, 공급 압력 대기압, 막/전극 접합체 온도 70℃의 조건으로, 애노드에 상대습도 100％RH 수소, 캐소드에 상대습도 100％ RH 공기를 각각 30초간 공급하였다. 이때, 전류밀도 1A/cm2, 습윤 상태로 유지하였다. 다음 60초간, 애노드 전극, 및 캐소드 전극각각에 건조 질소를 공급하여, 건조 상태를 유지하였다. 상기 사이클을 반복하여, 건조/습윤 사이클을 수행하였다. 상기 건조/습윤 사이클은 수소 투과 전류가 초기 전류의 10배가 된 시점에서 수행을 중지하였고, 그때까지의 사이클 수로 내구성 비교하였다.
그 결과, 실시예 1의 막/전극 접합체의 건조/습윤 사이클의 횟수는 5,200회, 및 실시예 2의 막/전극 접합체의 건조/습윤 사이클의 횟수는 6,500회였으나, 비교예 1의 막/전극 접합체의 건조/습윤 사이클의 횟수는 3,200회, 및 비교예 2의 막/전극 접합체의 건조/습윤 사이클의 횟수는 6,500회였다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전료전지용 복합 전해질막은 섬유형 보강재가 서로 얽혀 그물망 구조체로 균일하게 포함되어 있고, 이오노머가 상기 섬유형 보강재 내에 균일하게 분산되어 있으므로, 건조/습윤 사이클에 따른 팽윤/수축 차이가 감소되고 수소투과가 억제되므로, 건조/습윤 사이클에 따른 수명을 5000~7000회 정도로 향상시킬 수 있는 바, 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 이오노머; 및 섬유형 보강재를 포함하고,
    상기 섬유형 보강재는 서로 얽혀 그물망 구조체를 형성하고, 상기 그물망 구조체의 두께 방향의 전부 또는 적어도 일부에 상기 이오노머가 충진되어 있는 연료전지용 복합 전해질막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이오노머 80~95.5중량%; 및
    상기 섬유형 보강재 0.5~20중량%을 포함하는 연료전지용 복합 전해질막.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 열가소성 섬유, 및 열경화성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 연료전지용 복합 전해질막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(Polypropylene; PP), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌; (Polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리이미드(polyimide; PI), 및 폴리아미드(Polyamide; PA)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 연료전지용 복합 전해질막.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 평균직경이 20~600nm인 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 평균길이가 0.01~5mm인 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 평균굵기가 1x10-6~0.1dtex인 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강재는 평균밀도가 0.9~2.2g/cc인 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이오노머는 과불소 술폰산계 이오노머(Perfluorinated sulfonic acid; PFSA), 탄화수소계 이오노머, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  10. 제1항에 있어서,
    두께가 7~30μm 인 것인 연료전지용 복합 전해질막.
  11. 제1항의 복합 전해질막;
    상기 전해질막의 일면에 위치하는 캐소드; 및
    상기 전해질막의 타면에 위치하는 애노드를 포함하는 막/전극 접합체.
  12. 제11항에 있어서,
    건조/습윤 사이클의 횟수가 5000~7000회인 것인 막/전극 접합체.
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