KR20230139111A - Manufacturing method for membrane electrode assembly and membrane electrode assembly manufactured using the same - Google Patents

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KR20230139111A
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이상래
이기석
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Abstract

본 발명은 막전극접합체 제조방법 및 이에 의해 제조된 막전극접합체에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 막전극접합체 제조방법은 제1 적층체 및 제2 적층체의 표면에 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층이 도포된 표면을 각각 80℃ 이상으로 예열하는 단계; 및 상기 제1 이오노머층과 상기 제2 이오노머층을 합지하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 적층체 및 제2 적층체는 각각 가스확산층 및 촉매층이 적층된 것이고, 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은 각각 상기 촉매층과 접한다.The present invention relates to a method for manufacturing a membrane electrode assembly and a membrane electrode assembly produced thereby. In one embodiment, the method for manufacturing a membrane electrode assembly includes forming a first ionomer layer and a second ionomer layer on the surfaces of the first laminate and the second laminate, respectively; Preheating the surfaces on which the first ionomer layer and the second ionomer layer are applied to 80°C or higher, respectively; and laminating the first ionomer layer and the second ionomer layer to form an electrolyte layer, wherein the first and second laminates are stacked with a gas diffusion layer and a catalyst layer, respectively, and the first laminate and the second laminate are stacked with a gas diffusion layer and a catalyst layer, respectively. The ionomer layer and the second ionomer layer each contact the catalyst layer.

Description

막전극접합체 제조방법 및 이에 의해 제조된 막전극접합체 {MANUFACTURING METHOD FOR MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURED USING THE SAME}Membrane electrode assembly manufacturing method and membrane electrode assembly manufactured thereby {MANUFACTURING METHOD FOR MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURED USING THE SAME}

본 발명은 막전극접합체 제조방법 및 이에 의해 제조된 막전극접합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a membrane electrode assembly and a membrane electrode assembly produced thereby.

현재 화석에너지 사용시 이산화탄소 등의 온실가스 발생과 지구 온도 상승 문제가 심각한 상황이며, 이를 대체하기 위하여 기술에 대한 연구가 활발히 연구되고 있다. 이 중 연료전지 및 수전해 장치는 수소와 산소를 전기화학적 반응으로 반응시켜 전기를 발생시키는 것으로 에너지 효율성이 우수하여 대표적인 신에너지 기술로 주목받고 있다.Currently, the problem of greenhouse gases such as carbon dioxide and rising global temperature is a serious problem when using fossil energy, and research on technologies to replace this is being actively researched. Among these, fuel cells and water electrolysis devices generate electricity by reacting hydrogen and oxygen through an electrochemical reaction, and are attracting attention as representative new energy technologies due to their excellent energy efficiency.

연료전지는 전해질막을 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 촉매 전극에 각각 반응 가스(연료 가스 및 산화제 가스)를 공급하고 전기 화학 반응을 발생하여, 연료가 갖는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 수전해장치는 연료전지와는 반대로 물을 전기화학적으로 분해하여 수소와 산소를 발생시키는 장치이다.A fuel cell is a device that supplies reaction gases (fuel gas and oxidizer gas) to a pair of catalyst electrodes placed with an electrolyte membrane in between, generates an electrochemical reaction, and directly converts the chemical energy of the fuel into electrical energy. . Unlike a fuel cell, a water electrolyzer is a device that electrochemically decomposes water to generate hydrogen and oxygen.

막전극접합체(membrane electrod assembly, MEA)는 연료전지를 구성하는 부재로 고분자 이온전도성 전해질막의 양면에 촉매층이 적층된 구조로 형성된다. 이때, 촉매층의 일면에는 가스확산층(gas diffusion layer, GDL)이 더 형성된다. 상기 고분자 이온전도성 전해질막(또는 전해질막)은 이온전도성을 갖는 이오노머(ionomer)를 사용하여 제조되며, 이오노머는 나피온(nafion) 등 과불소계 술폰화 고분자 전해질막이 주로 사용된다.A membrane electrode assembly (MEA) is a member of a fuel cell and is formed by stacking catalyst layers on both sides of a polymer ion-conducting electrolyte membrane. At this time, a gas diffusion layer (GDL) is further formed on one side of the catalyst layer. The polymer ion conductive electrolyte membrane (or electrolyte membrane) is manufactured using an ionomer having ion conductivity, and the ionomer is mainly a perfluorinated sulfonated polymer electrolyte membrane such as Nafion.

종래 막전극접합체를 연속적으로 제조하는 공정으로 가스확산층 등 기재층 표면에 촉매 슬러리를 도포 및 건조하여 촉매층을 형성하고, 상기 촉매층 표면에 전해질막을 핫프레스(hot pressing) 성형하는 CCS 공정(catalyst coated substrate)이 있다. 다른 공정으로는 전해질막의 양면에 촉매 슬러리를 도포 및 건조하여 촉매층을 형성하고, 상기 촉매층 표면에 가스확산층 등 기재층을 핫프레스 성형하는 CCM 공정(catalyst coated membrane)이 있다.A conventional process for continuously manufacturing a membrane electrode assembly involves applying and drying a catalyst slurry on the surface of a substrate layer such as a gas diffusion layer to form a catalyst layer, and forming an electrolyte membrane on the surface of the catalyst layer by hot pressing (catalyst coated substrate). ). Another process includes a CCM process (catalyst coated membrane) in which a catalyst layer is formed by applying and drying a catalyst slurry on both sides of an electrolyte membrane, and a base layer, such as a gas diffusion layer, is hot-pressed and formed on the surface of the catalyst layer.

CCM 공정은 전해질막에 전극층을 형성하여 촉매층과 전해질막 계면 저항을 최소화할 수 있으나, 제조 공정에서 전해질막의 변형이 발생하며, 제조 공정별로 보호 필름이 필요하여 변수 제어가 필수적이며 생산속도가 상대적으로 낮은 문제가 있다. 반면 CCS 공정은 CCM 공정에 비해 계면 저항이 높아 성능이 저하되지만, 제조공정이 간단하여 생산성이 상대적으로 우수한 이점이 있었다.The CCM process can minimize the interface resistance between the catalyst layer and the electrolyte membrane by forming an electrode layer on the electrolyte membrane. However, deformation of the electrolyte membrane occurs during the manufacturing process, and a protective film is required for each manufacturing process, so variable control is essential and the production speed is relatively high. There is a low problem. On the other hand, the CCS process has a higher interface resistance compared to the CCM process, which reduces performance, but has the advantage of relatively superior productivity due to the simple manufacturing process.

그러나, 종래 CCM 공정과 CCS 공정은 같이 열과 압력을 이용하여 핫프레스 성형시 고분자의 전해질막이 손상되거나, 촉매층에 지나치게 깊게 침투하게 되어 전해질막과 촉매 계면(interface)의 저항이 증가하여 연료전지의 성능이 저하되는 문제가 있었다.However, the conventional CCM process and CCS process use heat and pressure together to damage the polymer electrolyte membrane during hot press molding or penetrate too deeply into the catalyst layer, which increases the resistance of the interface between the electrolyte membrane and the catalyst, reducing the performance of the fuel cell. There was a problem with this deterioration.

본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제2016-0071800호(2016.06.22. 공개, 발명의 명칭: 연료전지용 고내구성 전극막 접합체의 제조방법)에 개시되어 있다.Background technology related to the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0071800 (published on June 22, 2016, title of the invention: Manufacturing method of highly durable electrode membrane assembly for fuel cells).

본 발명의 하나의 목적은 내구성 및 이온전도성이 우수한 막전극접합체 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for manufacturing a membrane electrode assembly having excellent durability and ionic conductivity.

본 발명의 다른 목적은 전해질막의 촉매층 침투를 최소화하고, 촉매 및 전해질막 계면의 저항 증가를 최소화하는 막전극접합체 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a membrane electrode assembly that minimizes penetration of the electrolyte membrane into the catalyst layer and minimizes the increase in resistance at the interface between the catalyst and the electrolyte membrane.

본 발명의 또 다른 목적은 전해질막 제조시 균질성이 우수한 막전극접합체 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a membrane electrode assembly with excellent homogeneity when manufacturing an electrolyte membrane.

본 발명의 또 다른 목적은 연속식 공정이 가능하며 생산성 및 경제성이 우수한 막전극접합체 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a membrane electrode assembly that enables a continuous process and has excellent productivity and economic efficiency.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 막전극접합체 제조방법에 의해 제조된 막전극접합체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly manufactured by the above membrane electrode assembly manufacturing method.

본 발명의 하나의 관점은 막전극접합체 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 막전극접합체 제조방법은 제1 적층체 및 제2 적층체의 표면에 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 각각 형성하는 단계; 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층이 도포된 표면을 각각 80℃ 이상으로 예열하는 단계; 및 상기 제1 이오노머층과 상기 제2 이오노머층을 합지하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 적층체 및 제2 적층체는 각각 가스확산층 및 촉매층이 적층된 것이고, 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은 각각 상기 촉매층과 접한다.One aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a membrane electrode assembly. In one embodiment, the method for manufacturing a membrane electrode assembly includes forming a first ionomer layer and a second ionomer layer on the surfaces of the first laminate and the second laminate, respectively; Preheating the surfaces on which the first ionomer layer and the second ionomer layer are applied to 80°C or higher, respectively; and laminating the first ionomer layer and the second ionomer layer to form an electrolyte layer, wherein the first and second laminates are stacked with a gas diffusion layer and a catalyst layer, respectively, and the first laminate and the second laminate are stacked with a gas diffusion layer and a catalyst layer, respectively. The ionomer layer and the second ionomer layer each contact the catalyst layer.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은, 상기 제1 적층체 및 제2 적층체의 촉매층 표면에 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 각각 도포하여 형성되며, 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 용제에 분산된 제1 이오노머 및 제2 이오노머를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first ionomer layer and the second ionomer layer are formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to the catalyst layer surfaces of the first and second laminates, respectively, and the first ionomer layer The solution and the second ionomer solution may each include a first ionomer and a second ionomer dispersed in a solvent.

한 구체예에서 상기 도포는 슬롯 다이(slot die), 초음파 스프레이(ultrasonic spray) 및 마이크로 그라비어(micro gravure) 등을 이용하여 실시할 수 있다.In one embodiment, the application may be performed using a slot die, ultrasonic spray, micro gravure, etc.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 점도가 4000cP(25℃ 기준) 이하일 수 있다.In one embodiment, the first ionomer solution and the second ionomer solution may each have a viscosity of 4000 cP (based on 25°C) or less.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머 및 제2 이오노머는 각각 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the first ionomer and the second ionomer may each include one or more of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer.

한 구체예에서 상기 가스확산층은 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the gas diffusion layer may include one or more of carbon paper, carbon nonwoven fabric, and carbon cloth.

한 구체예에서 상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함하며, 상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함하며, 상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer includes an active metal supported on a support, and the support includes one or more of acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite, and the active metal The metal may include one or more of platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and ruthenium (Ru).

한 구체예에서 상기 예열은 80~110℃로 실시될 수 있다.In one embodiment, the preheating may be performed at 80 to 110°C.

한 구체예에서 상기 합지는 80~130℃의 온도 및 50kgf/cm2 이하의 압력으로 실시될 수 있다.In one embodiment, the lamination may be performed at a temperature of 80 to 130° C. and a pressure of 50 kgf/cm 2 or less.

본 발명의 다른 관점은 상기 막전극접합체 제조방법에 의해 제조된 막전극접합체에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 막전극접합체는 전해질막; 상기 전해질막 양면에 형성되는 한 쌍의 촉매층; 및 상기 한 쌍의 촉매층 일면에 각각 형성되는 가스확산층;을 포함하되, 두께가 10~50㎛일 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a membrane electrode assembly manufactured by the above membrane electrode assembly manufacturing method. In one embodiment, the membrane electrode assembly includes an electrolyte membrane; A pair of catalyst layers formed on both sides of the electrolyte membrane; and a gas diffusion layer formed on each side of the pair of catalyst layers, and may have a thickness of 10 to 50 μm.

한 구체예에서 상기 전해질막은 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함하고, 상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함하되, 상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함하며, 상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the electrolyte membrane includes at least one of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer, and the catalyst layer includes an active metal supported on a support, wherein the support includes acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, and carbon nano. It includes one or more of tubes, carbon nanofibers, and graphite, and the active metal may include one or more of platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and ruthenium (Ru).

한 구체예에서 상기 가스확산층은 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the gas diffusion layer may include one or more of carbon paper, carbon nonwoven fabric, and carbon cloth.

본 발명의 막전극접합체 제조방법을 적용시 내구성 및 이온전도성이 우수하고, 전해질막의 촉매층 침투를 최소화하고, 촉매 및 전해질막 계면의 저항 증가를 최소화하며, 전해질막의 균질성이 우수하며, 연속식 공정이 가능하며 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.When applying the membrane electrode assembly manufacturing method of the present invention, durability and ionic conductivity are excellent, penetration of the electrolyte membrane into the catalyst layer is minimized, the increase in resistance between the catalyst and electrolyte membrane interface is minimized, electrolyte membrane homogeneity is excellent, and continuous process is possible. It is possible, and productivity and economic efficiency can be excellent.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 막전극접합체 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 막전극접합체를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a membrane electrode assembly according to one embodiment of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are terms defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definitions should be made based on the content throughout the specification explaining the present invention.

막전극접합체 제조방법Membrane electrode assembly manufacturing method

본 발명의 하나의 관점은 막전극접합체 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 막전극접합체 제조방법을 나타낸 모식도이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 막전극접합체 제조방법은 (S10) 이오노머층 형성단계; (S20) 예열 단계; 및 (S30) 합지단계;를 포함한다.One aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a membrane electrode assembly. 1 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the method for manufacturing a membrane electrode assembly includes (S10) forming an ionomer layer; (S20) Preheating step; and (S30) lamination step.

보다 구체적으로 상기 막전극접합체 제조방법은 (S10) 가스확산층 및 촉매층이 순차적으로 형성된 제1 적층체 및 제2 적층체를 각각 마련하는 단계; (S10) 제1 적층체 및 제2 적층체 표면에 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 각각 형성하는 단계; (S20) 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층이 도포된 표면을 각각 80℃ 이상으로 예열하는 단계; 및 (S30) 상기 제1 이오노머층과 상기 제2 이오노머층을 합지하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 적층체 및 제2 적층체는 각각 가스확산층 및 촉매층이 적층된 것이고, 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은 각각 상기 촉매층과 접한다.More specifically, the method for manufacturing a membrane electrode assembly includes (S10) preparing a first and second laminates in which a gas diffusion layer and a catalyst layer are sequentially formed; (S10) forming a first ionomer layer and a second ionomer layer on the surfaces of the first and second laminates, respectively; (S20) preheating the surfaces on which the first ionomer layer and the second ionomer layer are applied to 80°C or higher, respectively; and (S30) laminating the first ionomer layer and the second ionomer layer to form an electrolyte layer, wherein the first and second laminates are stacked with a gas diffusion layer and a catalyst layer, respectively, The first ionomer layer and the second ionomer layer each contact the catalyst layer.

이하, 상기 막전극접합체 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the method for manufacturing the membrane electrode assembly will be described step by step in detail.

(S10) 이오노머층 형성단계(S10) Ionomer layer formation step

상기 단계는 제1 적층체 및 제2 적층체의 촉매층 표면에 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 각각 형성하는 단계이다.The above step is a step of forming a first ionomer layer and a second ionomer layer on the surfaces of the catalyst layers of the first and second laminates, respectively.

상기 도 1을 참조하면, 제1 적층체(101)는 제1 가스확산층(111) 및 제1 촉매층(121)이 순차적으로 형성되고, 제2 적층체(102)는 제2 가스확산층(112) 및 제2 촉매층(122)이 순차적으로 형성된 것일 수 있다.Referring to FIG. 1, the first laminate 101 includes a first gas diffusion layer 111 and a first catalyst layer 121 formed sequentially, and the second laminate 102 includes a second gas diffusion layer 112. and the second catalyst layer 122 may be formed sequentially.

상기 가스확산층은 다수 개의 기공이 형성된 다공성일 수 있다. 상기 기공을 통해 수소와 산소가 전달되고, 생성된 수분이 배출될 수 있다. 예를 들면 상기 가스확산층은 다공성이며, 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스(carbon cloth) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 조건에서 가스 투과성이 우수하고, 생성된 수분이 용이하게 배출될 수 있다.The gas diffusion layer may be porous with multiple pores. Hydrogen and oxygen can be transmitted through the pores, and the generated moisture can be discharged. For example, the gas diffusion layer is porous and may include one or more of carbon paper, carbon non-woven fabric, and carbon cloth. Under the above conditions, gas permeability is excellent and generated moisture can be easily discharged.

한 구체예에서 상기 가스확산층은 두께가 50㎛~1mm 일 수 있다. 상기 조건에서 막전극접합체의 내구성, 가스 투과성 및 수분 배출성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the gas diffusion layer may have a thickness of 50㎛ to 1mm. Under the above conditions, the durability, gas permeability, and moisture discharge properties of the membrane electrode assembly can be excellent.

한 구체예에서 상기 촉매층은 가스확산층을 통과한 가스가 전달(확산)되며, 전기화학 반응 속도를 촉진시킬 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer allows gas that has passed through the gas diffusion layer to be transmitted (diffused) and promotes the electrochemical reaction rate.

한 구체예에서 상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함할 수 있다. 상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 지지체 및 활성금속 조건의 촉매를 포함시 촉매층의 내구성이 우수하며, 연료전지의 발전 효율이 우수할 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer may include an active metal supported on a support. The support may include one or more of acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite. The active metal may include one or more of platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and ruthenium (Ru). When a catalyst under the above support and active metal conditions is included, the durability of the catalyst layer can be excellent, and the power generation efficiency of the fuel cell can be excellent.

한 구체예에서 상기 촉매층은 통상적인 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 지지체에 담지된 활성금속을 포함하는 촉매; 분산용제; 및 바인더;를 포함하는 촉매 슬러리를, 상기 가스확산층의 표면에 도포하고 건조하여 형성될 수 있다. 예를 들면 상기 촉매 슬러리는 스프레이 코팅, 슬롯다이 코팅 및 블레이드 코팅 등의 방법을 이용하여 도포될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the catalyst layer can be formed by a conventional method. For example, a catalyst containing an active metal supported on the support; dispersing solvent; and a binder; and may be formed by applying a catalyst slurry containing a catalyst slurry to the surface of the gas diffusion layer and drying it. For example, the catalyst slurry may be applied using methods such as spray coating, slot die coating, and blade coating, but is not limited thereto.

한 구체예에서 상기 촉매층은 두께가 3㎛~50㎛ 일 수 있다. 상기 조건에서 촉매층의 내구성과 연료전지의 발전 효율이 우수할 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer may have a thickness of 3㎛ to 50㎛. Under the above conditions, the durability of the catalyst layer and the power generation efficiency of the fuel cell can be excellent.

한 구체예에서 상기 분산용제는 물, 알코올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAc) 및 메틸피롤리돈(DMF) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 알코올로는 1가 알코올 및 글리콜(2가 알코올) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 분산용제를 포함시 상기 촉매 슬러리의 분선성과 작업성이 우수할 수 있다. 상기 1가 알코올로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 글리콜로는 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 및 부틸렌글리콜 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the dispersing solvent may include one or more of water, alcohol, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), and methylpyrrolidone (DMF). The alcohol may include one or more of monohydric alcohol and glycol (dihydric alcohol). When the dispersing solvent is included, the catalyst slurry may have excellent branching properties and workability. The monohydric alcohol may include one or more of methanol, ethanol, isopropanol, and butanol. The glycol may include one or more of diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, and butylene glycol.

한 구체예에서 상기 바인더는 불소계 이오노머, 탄화수소계 이오노머, 폴리이미드, 폴리벤지미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르케톤 및 폴리에테르-에테르케톤 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 바인더를 포함시 상기 촉매층의 내구성과 부착력이 우수할 수 있다. In one embodiment, the binder is one or more of fluorine-based ionomer, hydrocarbon-based ionomer, polyimide, polybenzimidazole, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyether ketone, and polyether-ether ketone. may include. When the binder is included, the catalyst layer may have excellent durability and adhesion.

상기 바인더로 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머를 포함시, 후술할 제1 이오노머 및 제2 이오노머 보다 중량평균 분자량이 낮은 것을 사용할 수 있다.When the binder includes a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer, one with a lower weight average molecular weight than the first and second ionomers, which will be described later, can be used.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며, 주쇄에 불소를 포함할 수 있다. 또한 상기 탄화수소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며 주쇄에 탄화수소를 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and fluorine in the main chain. Additionally, the hydrocarbon-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and a hydrocarbon in the main chain.

한 구체예에서 상기 이온 전도성 작용기는 양이온 전도성 작용기 및 음이온 전도성 작용기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 양이온 전도성 작용기는 하이드록시기, 술폰산기, 인산기 및 카르복실기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 음이온 전도성 작용기는 암모늄기, 포스포늄기, 이미다졸륨기, 피리듐기, 구아니디늄기 및 술포늄기 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the ion conductive functional group may include one or more of a cation conductive functional group and an anion conductive functional group. For example, the cation conductive functional group may include one or more of a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a carboxyl group. For example, the anion conductive functional group may include one or more of an ammonium group, a phosphonium group, an imidazolium group, a pyridium group, a guanidinium group, and a sulfonium group.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로 술폰산)(poly(perfluorinated sulfonic acid)) 및 폴리(퍼플루오로 카르복실산) (poly(perfluorinated carboxylic acid)) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include one or more of poly(perfluorinated sulfonic acid) and poly(perfluorinated carboxylic acid).

한 구체예에서 상기 탄화수소계 이오노머는 술폰화 폴리페닐렌옥사이드(sulfonated polypropyleneoxide), 술폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화 폴리아릴에테르술폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 술폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 술폰화 폴리술폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 및 폴리벤지미다졸(polybenzimidazole) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the hydrocarbon-based ionomer is sulfonated polyphenyleneoxide (sulfonated polypropyleneoxide), sulfonated polyimide (S-PI), sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES), and sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES). Sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzimidazole (S-PBI), sulfonated polysulfone (S-PSU), sulfonated polystyrene (S- PS), sulfonated polyphosphazene, and polybenzimidazole.

상기 바인더에 포함되는 이오노머는, 후술하는 제1 이오노머 및 제2 이오노머와 동일한 종류의 이오노머를 사용할 수 있다.The ionomer included in the binder may be the same type of ionomer as the first and second ionomers described later.

상기 도 1을 참조하면, 제1 적층체(101) 및 제2 적층체(102)는 각각 제1 공급롤(10) 및 제2 공급롤(12)에 권취되어 공급될 수 있다.Referring to FIG. 1, the first laminate 101 and the second laminate 102 may be supplied while being wound around the first supply roll 10 and the second supply roll 12, respectively.

상기 도 1을 참조하면 제1 이오노머층(201)은 제1 적층체(101)의 제1 촉매층(121) 표면에 형성되며, 제2 이오노머층(202)은 제2 적층체(102)의 제2 촉매층(122) 표면에 형성된다.Referring to FIG. 1, the first ionomer layer 201 is formed on the surface of the first catalyst layer 121 of the first laminate 101, and the second ionomer layer 202 is formed on the surface of the first catalyst layer 121 of the first laminate 102. 2 is formed on the surface of the catalyst layer 122.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은 상기 제1 적층체의 촉매층 및 제2 적층체의 촉매층 표면에 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 각각 도포하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the first ionomer layer and the second ionomer layer may be formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to the surfaces of the catalyst layer of the first laminate and the catalyst layer of the second laminate, respectively.

상기 이오노머 용액의 도포는 슬롯 다이(slot die), 초음파 스프레이(ultrasonic spray) 및 마이크로 그라비어(micro gravure) 등을 이용하여 실시할 수 있다.Application of the ionomer solution can be performed using a slot die, ultrasonic spray, micro gravure, etc.

상기 도 1을 참조하면, 제1 공급부(21) 및 제2 공급부(22)를 통해 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122)의 표면에 도포하여 제1 이오노머층(201) 및 제2 이오노머층(202)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, the first ionomer solution and the second ionomer solution are applied to the surfaces of the first catalyst layer 121 and the second catalyst layer 122 through the first supply part 21 and the second supply part 22. A first ionomer layer 201 and a second ionomer layer 202 may be formed.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 용제에 분산된 제1 이오노머 및 제2 이오노머를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first ionomer solution and the second ionomer solution may each include a first ionomer and a second ionomer dispersed in a solvent.

한 구체예에서 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 점도가 4000cP(25℃ 기준) 이하일 수 있다. 상기 조건에서 전해질막의 균일질성이 우수하고, 내부의 이온전도성과 내구성이 우수하고, 작업성 및 생산성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 점도가 500~2000cP(25℃ 기준) 일 수 있다.In one embodiment, the first ionomer solution and the second ionomer solution may each have a viscosity of 4000 cP (based on 25°C) or less. Under the above conditions, the uniformity of the electrolyte membrane can be excellent, internal ion conductivity and durability can be excellent, and workability and productivity can be excellent. For example, the first ionomer solution and the second ionomer solution may each have a viscosity of 500 to 2000 cP (based on 25°C).

한 구체예에서 상기 제1 이오노머 및 제2 이오노머는 각각 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the first ionomer and the second ionomer may each include one or more of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며, 주쇄에 불소를 포함할 수 있다. 또한 상기 탄화수소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며 주쇄에 탄화수소를 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and fluorine in the main chain. Additionally, the hydrocarbon-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and a hydrocarbon in the main chain.

한 구체예에서 상기 이온 전도성 작용기는 양이온 전도성 작용기 및 음이온 전도성 작용기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 양이온 전도성 작용기는 하이드록시기, 술폰산기, 인산기 및 카르복실기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 음이온 전도성 작용기는 암모늄기, 포스포늄기, 이미다졸륨기, 피리듐기, 구아니디늄기 및 술포늄기 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the ion conductive functional group may include one or more of a cation conductive functional group and an anion conductive functional group. For example, the cation conductive functional group may include one or more of a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a carboxyl group. For example, the anion conductive functional group may include one or more of an ammonium group, a phosphonium group, an imidazolium group, a pyridium group, a guanidinium group, and a sulfonium group.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로 술폰산)(poly(perfluorinated sulfonic acid)) 및 폴리(퍼플루오로 카르복실산) (poly(perfluorinated carboxylic acid)) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include one or more of poly(perfluorinated sulfonic acid) and poly(perfluorinated carboxylic acid).

한 구체예에서 상기 탄화수소계 이오노머는 술폰화 폴리페닐렌옥사이드(sulfonated polypropyleneoxide), 술폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화 폴리아릴에테르술폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 술폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 술폰화 폴리술폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the hydrocarbon-based ionomer is sulfonated polyphenyleneoxide (sulfonated polypropyleneoxide), sulfonated polyimide (S-PI), sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES), and sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES). Sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzimidazole (S-PBI), sulfonated polysulfone (S-PSU), sulfonated polystyrene (S- PS) and sulfonated polyphosphazene.

한 구체예에서 상기 용제는 물, 알코올계 용제, 케톤계 용제, 카보네이트계 용제, 아마이드계 용제, 에테르계 용제, 설폭사이드계 용제, 에스테르계 용제 및 탄화수소계 용제 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 용제를 포함시 상기 제1 이오노머 및 제2 이오노머의 혼합성과 분산성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the solvent may include one or more of water, alcohol-based solvent, ketone-based solvent, carbonate-based solvent, amide-based solvent, ether-based solvent, sulfoxide-based solvent, ester-based solvent, and hydrocarbon-based solvent. When the solvent is included, the miscibility and dispersibility of the first ionomer and the second ionomer may be excellent.

상기 알코올계 용제로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올 중 하나 이상 포함할 수 있다.The alcohol-based solvent may include one or more of methanol, ethanol, isopropanol, and butanol.

상기 케톤계 용제로는 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 중 하나 이상 포함할 수 있다.The ketone-based solvent may include one or more of acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone.

상기 설폭사이드계 용제로는 디메틸설폭사이드(DMSO)를 포함할 수 있다.The sulfoxide-based solvent may include dimethyl sulfoxide (DMSO).

상기 카보네이트계 용제로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트 및 비닐렌카보네이트 중 하나 이상 포함할 수 있다.The carbonate-based solvent may include one or more of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate.

상기 아마이드계 용제로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAC) 및 디메틸포름아미드(DMF) 중 하나 이상 포함할 수 있다.The amide-based solvent may include one or more of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAC), and dimethylformamide (DMF).

상기 에테르계 용제로는 셀로솔브, 셀로솔브 아세테이트 및 부틸 셀로솔브 중 하나 이상 포함할 수 있다.The ether-based solvent may include one or more of cellosolve, cellosolve acetate, and butyl cellosolve.

상기 에스테르계 용제로는 트리아세틴, 트리부티린, 부틸프탈릴부틸글리콜레이트, 에틸프탈릴에틸글리콜레이트, 메틸프탈릴에틸글리콜레이트 및 부틸프탈릴부틸글리콜레이트 중 하나 이상 포함할 수 있다.The ester-based solvent may include one or more of triacetin, tributyrin, butylphthalylbutyl glycolate, ethylphthalylethylglycolate, methylphthalylethylglycolate, and butylphthalylbutylglycolate.

상기 탄화수소계 용제로는 톨루엔 및 크실렌 중 하나 이상 포함할 수 있다.The hydrocarbon-based solvent may include one or more of toluene and xylene.

예를 들면 상기 용제는 물 및 알코올계 용제를 포함할 수 있다.For example, the solvent may include water and an alcohol-based solvent.

(S20) 예열 단계(S20) Preheating step

상기 단계는 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층이 도포된 표면을 각각 80℃ 이상으로 예열하는 단계이다. 상기 조건으로 예열시, 상기 제1 및 제2 이오노머층의 점도를 용이하게 조절하여 촉매층으로 이오노머가 깊게 침투되지 않기 때문에, 이온전도성 저하를 방지할 수 있다. 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 80℃ 미만으로 예열하는 경우, 후속 공정으로 이동하는 시간에 따라 이오노머층이 촉매층에 깊게 침투될 수 있으며, 점도 조절이 용이하지 않아 후술할 합지 공정에서 촉매층으로 이오노머층이 깊게 침투되며, 내부에 기공이 발생하거나 전해질막의 기계적 물성이 저하되고 촉매 표면에 과다량의 이오노머가 코팅되어, 연료의 접근이 저하되어 촉매 효율이 저하될 수 있으며 이온 전도성이 저하될 수 있다.This step is a step of preheating the surfaces on which the first ionomer layer and the second ionomer layer are applied to 80°C or higher, respectively. When preheating under the above conditions, the viscosity of the first and second ionomer layers can be easily adjusted to prevent the ionomer from deeply penetrating into the catalyst layer, thereby preventing a decrease in ionic conductivity. When preheating the first ionomer layer and the second ionomer layer to less than 80°C, the ionomer layer may penetrate deeply into the catalyst layer depending on the time taken to move to the subsequent process, and it is not easy to control the viscosity, so the catalyst layer in the lamination process to be described later. As a result, the ionomer layer is deeply penetrated, pores are created inside, the mechanical properties of the electrolyte membrane are reduced, and an excessive amount of ionomer is coated on the catalyst surface, which reduces access to fuel, reducing catalyst efficiency and ion conductivity. You can.

상기 도 1을 참조하면, 상기 제1 이오노머층(201) 및 제2 이오노머층(202)은 상기 합지하기 전 제1 가열로(30) 및 제2 가열로(32)를 통과하여 각각 80℃ 이상으로 예열될 수 있다. 상기 조건에서 이오노머 점도 조절이 용이하여 촉매층으로 깊은 침투를 방지하고, 성형성이 우수하고, 전해질막의 내구성 등 기계적 물성과 이온 전도성이 우수할 수 있다. 예를 들면 80~110℃로 예열될 수 있다.Referring to FIG. 1, the first ionomer layer 201 and the second ionomer layer 202 pass through the first heating furnace 30 and the second heating furnace 32 before lamination, and are heated to a temperature of 80° C. or higher, respectively. It can be preheated. Under the above conditions, the ionomer viscosity can be easily controlled, preventing deep penetration into the catalyst layer, excellent formability, and excellent mechanical properties such as durability of the electrolyte membrane and ion conductivity. For example, it can be preheated to 80~110℃.

(S30) 합지단계(S30) Lamination step

상기 단계는 상기 제1 이오노머층과 상기 제2 이오노머층을 합지하여 전해질층을 형성하여 성형체를 제조하는 단계이다.The step is a step of manufacturing a molded body by laminating the first ionomer layer and the second ionomer layer to form an electrolyte layer.

상기 도 1을 참조하면, 상기 제1 가열로(30) 및 제2 가열로(32)를 통해 예열된 제1 적층체(101) 및 제2 적층체(102)를 컴팩트 라인으로 이송하되, 컴팩트 라인에 구비된 압착 롤러(40)를 통과하여 제1 적층체(101)의 제1 이오노머층(201)이 형성된 면과, 상기 제2 적층체(102)의 제2 이오노머층(202)이 형성된 면을 합지하여 전해질층을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, the first laminate 101 and the second laminate 102 preheated through the first heating furnace 30 and the second heating furnace 32 are transferred to a compact line. The surface on which the first ionomer layer 201 of the first laminate 101 is formed passes through the compression roller 40 provided in the line, and the second ionomer layer 202 of the second laminate 102 is formed. An electrolyte layer can be formed by laminating cotton.

상기 성형체는 전해질막(200); 상기 전해질막의 양면에 형성되는 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122); 및 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122)의 일면에 형성되는 제1 가스확산층(111) 및 제2 가스확산층(112);을 포함할 수 있다.The molded body includes an electrolyte membrane 200; A first catalyst layer 121 and a second catalyst layer 122 formed on both sides of the electrolyte membrane; and a first gas diffusion layer 111 and a second gas diffusion layer 112 formed on one surface of the first catalyst layer 121 and the second catalyst layer 122.

한 구체예에서 상기 전해질막은 두께가 10~50㎛ 일 수 있다. 상기 두께 범위에서 인장강도 등의 기계적 물성과 이온전도성이 우수할 수 있다. 예를 들면 10~25㎛ 일 수 있다.In one embodiment, the electrolyte membrane may have a thickness of 10 to 50 μm. Within the above thickness range, mechanical properties such as tensile strength and ionic conductivity may be excellent. For example, it may be 10 to 25㎛.

한 구체예에서 상기 합지는 80℃ 이상의 온도 및 50kgf/cm2 이하의 압력으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 성형성이 우수하고, 내부 기공 발생을 최소화하여, 전해질막의 기계적 물성과 이온 전도성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the lamination may be performed at a temperature of 80°C or higher and a pressure of 50kgf/cm 2 or lower. Under the above conditions, moldability is excellent, internal pores are minimized, and the mechanical properties and ionic conductivity of the electrolyte membrane can be excellent.

상기 도 1을 참조하면, 상기 합지시 압착롤러(40)의 후단에 구비된 제3 가열로(34)를 통과하여 가열되며 상기 제3 가열로는 내부에 압착롤러(미도시)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, the lamination process is heated by passing through a third heating furnace 34 provided at the rear end of the pressing roller 40, and the third heating furnace may be equipped with a pressing roller (not shown) inside. there is.

상기 온도 및 압력 조건으로 합지시, 형성되는 전해질층이 촉매층에 침투되는 현상을 방지하며, 전해질막 내부 기공 발생을 최소화하고 전해질막의 내구성 등 기계적 물성과 이온 전도성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 합지는 80~110℃의 온도 및 50kgf/cm2 이하의 압력으로 실시될 수 있다.When laminated under the above temperature and pressure conditions, the electrolyte layer formed can be prevented from penetrating into the catalyst layer, the occurrence of pores inside the electrolyte membrane can be minimized, and mechanical properties such as durability of the electrolyte membrane and ionic conductivity can be excellent. For example, the lamination may be carried out at a temperature of 80 to 110° C. and a pressure of 50 kgf/cm 2 or less.

한 구체예에서 상기 합지하는 단계 이후 상기 제조된 성형제는 권취롤(50)로 이송되어 권취될 수 있다.In one embodiment, after the lamination step, the manufactured molding agent may be transferred to a winding roll 50 and wound.

막전극접합체 제조방법에 의해 제조된 막전극접합체Membrane electrode assembly manufactured by the membrane electrode assembly manufacturing method

본 발명의 다른 관점은 상기 막전극접합체 제조방법에 의해 제조된 막전극접합체에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 막전극접합체는 전해질막; 상기 전해질막 양면에 형성되는 한 쌍의 촉매층; 및 상기 한 쌍의 촉매층 일면에 각각 형성되는 가스확산층;을 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a membrane electrode assembly manufactured by the above membrane electrode assembly manufacturing method. In one embodiment, the membrane electrode assembly includes an electrolyte membrane; A pair of catalyst layers formed on both sides of the electrolyte membrane; and a gas diffusion layer formed on each side of the pair of catalyst layers.

도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 막전극접합체를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 막전극접합체(100)는 전해질막(200); 상기 전해질막의 양면에 형성되는 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122); 및 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122)의 일면에 형성되는 제1 가스확산층(111) 및 제2 가스확산층(112);을 포함할 수 있다. 상기 촉매 및 가스확산층은 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 상기 전해질막은 이오노머를 포함할 수 있다. 상기 이오노머는 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.Figure 2 shows a membrane electrode assembly according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the membrane electrode assembly 100 includes an electrolyte membrane 200; A first catalyst layer 121 and a second catalyst layer 122 formed on both sides of the electrolyte membrane; and a first gas diffusion layer 111 and a second gas diffusion layer 112 formed on one surface of the first catalyst layer 121 and the second catalyst layer 122. The catalyst and gas diffusion layer may be the same as those described above. The electrolyte membrane may include an ionomer. The same ionomer as described above may be used.

한 구체예에서 상기 전해질막은 두께가 10~50㎛ 일 수 있다. 상기 두께 범위에서 수소 및 공기 등이 전해질막을 투과하는, 가스 크로스오버(gas crossover) 현상을 방지하면서, 인장강도 등의 기계적 물성과 이온전도성이 우수할 수 있다. 예를 들면 10~25㎛ 일 수 있다.In one embodiment, the electrolyte membrane may have a thickness of 10 to 50 μm. In the above thickness range, the gas crossover phenomenon in which hydrogen and air penetrate the electrolyte membrane can be prevented, while mechanical properties such as tensile strength and ionic conductivity can be excellent. For example, it may be 10 to 25㎛.

한 구체예에서 상기 전해질막은 이오노머를 포함할 수 있다. 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 종류의 이오노머 매트릭스를 포함시 전해질막의 경량성과 인장강도 등 기계적 물성이 우수하면서, 내구성, 내화학성 및 이온전도성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the electrolyte membrane may include an ionomer. It may contain one or more of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer. When the ionomer matrix of the above type is included, the electrolyte membrane can have excellent mechanical properties such as lightness and tensile strength, as well as excellent durability, chemical resistance, and ionic conductivity.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며, 주쇄에 불소를 포함할 수 있다. 또한 상기 탄화수소계 이오노머는 측쇄에 이온 전도성 작용기를 포함하며 주쇄에 탄화수소를 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and fluorine in the main chain. Additionally, the hydrocarbon-based ionomer may include an ion conductive functional group in the side chain and a hydrocarbon in the main chain.

한 구체예에서 상기 이온 전도성 작용기는 양이온 전도성 작용기 및 음이온 전도성 작용기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 양이온 전도성 작용기는 하이드록시기, 술폰산기, 인산기 및 카르복실기 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 음이온 전도성 작용기는 암모늄기, 포스포늄기, 이미다졸륨기, 피리듐기, 구아니디늄기 및 술포늄기 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the ion conductive functional group may include one or more of a cation conductive functional group and an anion conductive functional group. For example, the cation conductive functional group may include one or more of a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a carboxyl group. For example, the anion conductive functional group may include one or more of an ammonium group, a phosphonium group, an imidazolium group, a pyridium group, a guanidinium group, and a sulfonium group.

한 구체예에서 상기 불소계 이오노머는 폴리(퍼플루오로 술폰산)(poly(perfluorinated sulfonic acid)) 및 폴리(퍼플루오로 카르복실산) (poly(perfluorinated carboxylic acid)) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the fluorine-based ionomer may include one or more of poly(perfluorinated sulfonic acid) and poly(perfluorinated carboxylic acid).

한 구체예에서 상기 탄화수소계 이오노머는 술폰화 폴리페닐렌옥사이드(sulfonated polypropyleneoxide), 술폰화 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화 폴리아릴에테르술폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 술폰화 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 술폰화 폴리술폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene) 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the hydrocarbon-based ionomer is sulfonated polyphenyleneoxide (sulfonated polypropyleneoxide), sulfonated polyimide (S-PI), sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES), and sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES). Sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzimidazole (S-PBI), sulfonated polysulfone (S-PSU), sulfonated polystyrene (S- PS) and sulfonated polyphosphazene.

한 구체예에서 상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함할 수 있다. 상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 지지체 및 활성금속 조건의 촉매를 포함시 촉매층의 내구성이 우수하며, 연료전지의 발전 효율이 우수할 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer may include an active metal supported on a support. The support may include one or more of acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite. The active metal may include one or more of platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and ruthenium (Ru). When a catalyst under the above support and active metal conditions is included, the durability of the catalyst layer can be excellent, and the power generation efficiency of the fuel cell can be excellent.

한 구체예에서 상기 촉매층은 두께가 3㎛~50㎛ 일 수 있다. 상기 조건에서 촉매층의 내구성과 연료전지의 발전 효율이 우수할 수 있다.In one embodiment, the catalyst layer may have a thickness of 3㎛ to 50㎛. Under the above conditions, the durability of the catalyst layer and the power generation efficiency of the fuel cell can be excellent.

상기 가스확산층은 다수 개의 기공이 형성된 다공성일 수 있다. 상기 기공을 통해 수소와 산소가 전달되고, 생성된 수분이 배출될 수 있다. 예를 들면 상기 가스확산층은 다공성이며, 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스(carbon cloth) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 조건에서 가스 투과성이 우수하고, 생성된 수분이 용이하게 배출될 수 있다.The gas diffusion layer may be porous with multiple pores. Hydrogen and oxygen can be transmitted through the pores, and the generated moisture can be discharged. For example, the gas diffusion layer is porous and may include one or more of carbon paper, carbon non-woven fabric, and carbon cloth. Under the above conditions, gas permeability is excellent and generated moisture can be easily discharged.

한 구체예에서 상기 가스확산층은 두께가 50㎛~1mm 일 수 있다. 상기 조건에서 막전극접합체의 내구성, 가스 투과성 및 수분 배출성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the gas diffusion layer may have a thickness of 50㎛ to 1mm. Under the above conditions, the durability, gas permeability, and moisture discharge properties of the membrane electrode assembly can be excellent.

본 발명의 막전극접합체 제조방법을 적용시 내구성 및 이온전도성이 우수하고, 전해질막의 촉매층 침투를 최소화하고, 촉매 및 전해질막 계면의 저항 증가를 최소화하며, 전해질막의 두께 편차를 최소화하고 균질성이 우수하며, 연속식 공정이 가능하며 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.When applying the membrane electrode assembly manufacturing method of the present invention, durability and ionic conductivity are excellent, penetration of the electrolyte membrane into the catalyst layer is minimized, the increase in resistance at the interface between the catalyst and the electrolyte membrane is minimized, the thickness deviation of the electrolyte membrane is minimized, and homogeneity is excellent. , a continuous process is possible and productivity and economic efficiency can be excellent.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and should not be construed as limiting the present invention in any way. Any information not described here can be technically inferred by anyone skilled in the art, so description thereof will be omitted.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예Example

(1) 제1 적층체 및 제2 적층체 준비: 지지체(카본블랙)에 담지된 활성금속(백금(Pt) 40 중량%)을 포함하는 촉매, 분산용제(물:이소프로판올 1:9 중량비) 및 바인더(폴리(퍼플루오로 술폰산))를 포함하는 촉매 슬러리를 준비하였다. (촉매 전체 무게 대비 25%). 그 다음에 두께 300㎛의 제1 및 제2 가스확산층(다공성 카본클로스) 표면에 촉매 슬러리를 도포 및 건조하여 두께 15㎛의 촉매층을 형성하여, 제1 적층체 및 제2 적층체를 각각 준비하고 제1 공급롤(10) 및 제2 공급롤(12)에 각각 권취하였다.(1) Preparation of the first and second laminates: a catalyst containing an active metal (platinum (Pt) 40% by weight) supported on a support (carbon black), a dispersion solvent (water: isopropanol 1:9 weight ratio), and A catalyst slurry containing a binder (poly(perfluorosulfonic acid)) was prepared. (25% of total weight of catalyst). Then, the catalyst slurry was applied and dried on the surface of the first and second gas diffusion layers (porous carbon cloth) with a thickness of 300㎛ to form a catalyst layer with a thickness of 15㎛, thereby preparing the first and second laminates, respectively. Each was wound on the first supply roll (10) and the second supply roll (12).

(2) 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액 제조: 이오노머(폴리(퍼플루오로술폰산) 포함)를 용제(물 및 에탄올)에 분산하여 점도 500cP(25℃ 기준)의 제1 및 제2 이오노머 용액을 각각 준비하였다. (2) Preparation of the first ionomer solution and the second ionomer solution: Disperse the ionomer (including poly(perfluorosulfonic acid)) in a solvent (water and ethanol) to produce the first and second ionomer solutions with a viscosity of 500 cP (based on 25°C). were prepared respectively.

(3) 막전극접합체 제조: 상기 도 1과 같이 상기 제1 공급롤(10) 및 제2 공급롤(12)에 권취된 제1 적층체(101) 및 제2 적층체(102)를 각각 공급하면서, 제1 공급부(21) 및 제2 공급부(22)를 통해 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 제1 촉매층(121) 및 제2 촉매층(122)의 표면에 각각 도포하여, 제1 이오노머층(201) 및 제2 이오노머층(202)을 형성하였다. (3) Manufacture of membrane electrode assembly: supplying the first laminate 101 and the second laminate 102 wound on the first supply roll 10 and the second supply roll 12, respectively, as shown in FIG. 1. Meanwhile, the first ionomer solution and the second ionomer solution are applied to the surfaces of the first catalyst layer 121 and the second catalyst layer 122 through the first supply part 21 and the second supply part 22, respectively, to form the first ionomer solution. A layer 201 and a second ionomer layer 202 were formed.

그 다음에 제1 이오노머층(201)과 제2 이오노머층(202)이 형성된 제1 적층체 및 제2 적층체를 각각 제1 가열로(30) 및 제2 가열로(32)를 통과하여 80~110℃로 예열하였다. 그 다음에 상기 예열된 제1 적층체 및 제2 적층체를 이송하여, 제1 이오노머층(201)과 제2 이오노머층(202)이 형성된 면을 압착 롤러(40) 및 제3 가열로(34)를 통과하여, 80~110℃의 온도 및 50kgf/cm2 이하의 압력으로 합지하여 전해질막을 형성하는 연속공정을 이용하여 막전극접합체(성형체)를 제조하였다. 상기 제1 촉매층 및 제2 촉매층은 각각 0.4mg/cm2의 밀도로 형성되었으며, 전해질막의 두께는 20㎛ 이었다. 상기 막전극접합체는 이오노머 중량/(이오노머 중량+촉매층 중량) = 25% 조건으로 형성되었다.Then, the first and second laminates on which the first ionomer layer 201 and the second ionomer layer 202 are formed are passed through the first heating furnace 30 and the second heating furnace 32, respectively, for 80 hours. Preheated to -110°C. Then, the preheated first and second laminates are transferred, and the surface on which the first ionomer layer 201 and the second ionomer layer 202 are formed is pressed by the pressing roller 40 and the third heating furnace 34. ), and a membrane electrode assembly (molded body) was manufactured using a continuous process of forming an electrolyte membrane by laminating at a temperature of 80 to 110 ° C. and a pressure of 50 kgf / cm 2 or less. The first catalyst layer and the second catalyst layer were each formed at a density of 0.4 mg/cm 2 , and the thickness of the electrolyte membrane was 20 μm. The membrane electrode assembly was formed under the condition of ionomer weight/(ionomer weight+catalyst layer weight) = 25%.

비교예Comparative example

상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 50℃로 예열한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 방법으로 막전극접합체를 제조하였다.A membrane electrode assembly was manufactured in the same manner as in the above example, except that the first ionomer layer and the second ionomer layer were preheated to 50°C.

실험예Experiment example

(1) 외관성: 실시예 및 비교예의 막전극접합체의 전해질막과 촉매층 계면을 전자현미경으로 관찰하였다. 전해질막의 두께 균일성을 통해 전해질막 이오노머 성분의 촉매층 침투 정도를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. (◎: 전해질막 두께가 균일함, △: 전해질막의 두께가 일부 불균일함, X: 전해질막이 촉매층에 깊게 침투되어 전해질막 두께가 불균일함).(1) Appearance: The interface between the electrolyte membrane and the catalyst layer of the membrane electrode assembly of Examples and Comparative Examples was observed with an electron microscope. The degree of penetration of the electrolyte membrane ionomer component into the catalyst layer was evaluated through the thickness uniformity of the electrolyte membrane, and the results are shown in Table 1 below. (◎: Electrolyte membrane thickness is uniform, △: Electrolyte membrane thickness is partially uneven,

(2) 이오노머 침투량 측정(플루오린(F)/ 백금(Pt) 중량비): 제작된 실시예 및 비교예의 MEA에 대하여 구성성분 비율을 측정하였다. 구체적으로 전해질막을 분리한 후 가스확산층 및 촉매층의 이오노머 침투량을 측정하였다. 계면의 이오노머가 완벽히 분리되지 않을 수 있어 촉매층 표면 10%를 제외하고 원소분석을 통해 촉매층 중의 백금(Pt)에 대한 플루오린(F)의 중량(F/Pt)을 기준으로 평가하였다. (◎: 0.35(35%) 미만, ○: 0.35(35%) 이상 0.50(50%) 미만, X: 0.50(50%) 이상).(2) Measurement of ionomer penetration amount (fluorine (F)/platinum (Pt) weight ratio): The ratio of components was measured for the MEA of the manufactured Examples and Comparative Examples. Specifically, after separating the electrolyte membrane, the amount of ionomer penetration into the gas diffusion layer and catalyst layer was measured. Since the ionomer at the interface may not be completely separated, 10% of the surface of the catalyst layer was excluded and evaluated based on the weight of fluorine (F) relative to platinum (Pt) in the catalyst layer (F/Pt) through elemental analysis. (◎: less than 0.35 (35%), ○: 0.35 (35%) or more and less than 0.50 (50%), X: 0.50 (50%) or more).

(3) ECSA 평가: 제작된 실시예 및 비교예의 MEA에 대하여 Electrochemical Surface Area (ECSA) 평가를 진행하였다. 구체적으로 동일 조건의 연료전지에 적용하여 Cyclic Voltammetry (scanning rate of 50mV/s, 0.05~0.9V)를 통해 ECSA값을 구하였다. (NEDO 프로토콜 기반, 80℃, RH 100%, H2 70 NmL/min, N2 166 NmL/min (질소는 측정 전 차단)) (◎: 50 m2/g 이상, ○: 25 m2/g 이상 50 m2/g 미만, X: 25 m2/g 미만).(3) ECSA evaluation: Electrochemical Surface Area (ECSA) evaluation was conducted on the MEAs of the manufactured Examples and Comparative Examples. Specifically, the ECSA value was obtained through Cyclic Voltammetry (scanning rate of 50mV/s, 0.05~0.9V) by applying it to a fuel cell under the same conditions. (Based on NEDO protocol, 80℃, RH 100%, H 2 70 NmL/min, N 2 166 NmL/min (nitrogen is blocked before measurement)) (◎: 50 m 2 /g or more, ○: 25 m 2 /g more than 50 m 2 /g, X: less than 25 m 2 /g).

상기 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예는 연속식 공정이 가능하여 생산성이 우수하면서, 전해질막의 촉매층 침투를 최소화하고, 촉매 및 전해질막 계면의 저항 증가를 최소화하여 연료전지 및 수전해 용도로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다. 반면 본 발명의 조건을 벗어난 비교예의 경우, 촉매층에 전해질막이 깊게 침투하여 전해질막 계면의 저항이 증가하여 막전극접합체의 성능이 저하되는 것을 알 수 있었으며, 동일한 조건의 이오노머 기준으로 최종 전해질막의 두께 또한 저하되었다.Referring to the results in Table 1 above, the embodiment of the present invention enables a continuous process and has excellent productivity, minimizes penetration of the catalyst layer of the electrolyte membrane, and minimizes the increase in resistance at the interface between the catalyst and the electrolyte membrane, thereby improving fuel cell and water electrolysis. It was found to be suitable for use. On the other hand, in the case of the comparative example outside the conditions of the present invention, it was found that the electrolyte membrane penetrated deeply into the catalyst layer and the resistance at the electrolyte membrane interface increased, thereby deteriorating the performance of the membrane electrode assembly. Based on the ionomer under the same conditions, the thickness of the final electrolyte membrane was also It has been degraded.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on the embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

10: 제1 공급롤 12: 제2 공급롤
21: 제1 공급부 22: 제2 공급부
30: 제1 가열로 32: 제2 가열로
34: 제3 가열로 40: 압착롤러
50: 권취롤 100: 막전극접합체
101: 제1 적층체 102: 제2 적층체
111: 제1 가스확산층 112: 제2 가스확산층
121: 제1 촉매층 122: 제2 촉매층
200: 전해질층 201: 제1 이오노머층
202: 제2 이오노머층
10: first supply roll 12: second supply roll
21: first supply section 22: second supply section
30: first heating furnace 32: second heating furnace
34: Third heating furnace 40: Compression roller
50: winding roll 100: membrane electrode assembly
101: first laminate 102: second laminate
111: first gas diffusion layer 112: second gas diffusion layer
121: first catalyst layer 122: second catalyst layer
200: electrolyte layer 201: first ionomer layer
202: second ionomer layer

Claims (12)

제1 적층체 및 제2 적층체의 표면에 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층을 각각 형성하는 단계;
상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층이 도포된 표면을 각각 80℃ 이상으로 예열하는 단계; 및
상기 제1 이오노머층과 상기 제2 이오노머층을 합지하여 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 적층체 및 제2 적층체는 각각 가스확산층 및 촉매층이 적층된 것이고,
상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은 각각 상기 촉매층과 접하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
Forming a first ionomer layer and a second ionomer layer on the surfaces of the first and second laminates, respectively;
Preheating the surfaces on which the first ionomer layer and the second ionomer layer are applied to 80°C or higher, respectively; and
It includes forming an electrolyte layer by laminating the first ionomer layer and the second ionomer layer,
The first and second laminates are each composed of a gas diffusion layer and a catalyst layer,
The first ionomer layer and the second ionomer layer are each in contact with the catalyst layer.
제1항에 있어서, 상기 제1 이오노머층 및 제2 이오노머층은,
상기 제1 적층체 및 제2 적층체의 촉매층 표면에 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액을 각각 도포하여 형성되며,
상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 용제에 분산된 제1 이오노머 및 제2 이오노머를 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first ionomer layer and the second ionomer layer are:
It is formed by applying a first ionomer solution and a second ionomer solution to the surfaces of the catalyst layers of the first and second laminates, respectively,
The first ionomer solution and the second ionomer solution each include a first ionomer and a second ionomer dispersed in a solvent.
제1항에 있어서, 상기 도포는 슬롯 다이, 마이크로 그라비어 및 초음파 스프레이 중 하나 이상을 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the application is performed using one or more of a slot die, micro gravure, and ultrasonic spray.
제1항에 있어서, 상기 제1 이오노머 용액 및 제2 이오노머 용액은 각각 점도가 4000cP(25℃ 기준) 이하인 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first ionomer solution and the second ionomer solution each have a viscosity of 4000 cP (based on 25°C) or less.
제4항에 있어서, 상기 제1 이오노머 및 제2 이오노머는 각각 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 4, wherein the first ionomer and the second ionomer each include at least one of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer.
제1항에 있어서, 상기 가스확산층은 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the gas diffusion layer includes one or more of carbon paper, carbon non-woven fabric, and carbon cloth.
제1항에 있어서, 상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함하며,
상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함하며,
상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the catalyst layer includes an active metal supported on a support,
The support includes one or more of acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite,
A method of manufacturing a membrane electrode assembly, wherein the active metal includes one or more of platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and ruthenium (Ru).
제1항에 있어서, 상기 예열은 80~110℃로 실시되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of manufacturing a membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the preheating is performed at 80 to 110°C.
제1항에 있어서, 상기 합지는 80~130℃의 온도 및 50kgf/cm2 이하의 압력으로 실시되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the lamination is performed at a temperature of 80 to 130° C. and a pressure of 50 kgf/cm 2 or less.
전해질막;
상기 전해질막 양면에 형성되는 한 쌍의 촉매층; 및
상기 한 쌍의 촉매층 일면에 각각 형성되는 가스확산층;을 포함하되,
상기 전해질막은 두께가 10~50㎛인 것을 특징으로 하는 막전극접합체.
electrolyte membrane;
A pair of catalyst layers formed on both sides of the electrolyte membrane; and
A gas diffusion layer formed on each side of the pair of catalyst layers,
A membrane electrode assembly, characterized in that the electrolyte membrane has a thickness of 10 to 50㎛.
제10항에 있어서, 상기 전해질막은 불소계 이오노머 및 탄화수소계 이오노머 중 하나 이상 포함하고,
상기 촉매층은 지지체에 담지된 활성금속을 포함하되,
상기 지지체는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 다공성 탄소, 탄소나노입자, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 그래파이트 중 하나 이상 포함하며, 상기 활성금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 및 루테늄(Ru) 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체.
The method of claim 10, wherein the electrolyte membrane includes at least one of a fluorine-based ionomer and a hydrocarbon-based ionomer,
The catalyst layer includes an active metal supported on a support,
The support includes one or more of acetylene black, carbon black, porous carbon, carbon nanoparticles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite, and the active metals include platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), and A membrane electrode assembly comprising at least one of ruthenium (Ru).
제10항에 있어서, 상기 가스확산층은 카본페이퍼, 카본부직포 및 카본클로스 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체.

The membrane electrode assembly of claim 10, wherein the gas diffusion layer includes one or more of carbon paper, carbon nonwoven fabric, and carbon cloth.

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