KR20230147817A - 이오노머 함량이 적고 산소 투과성이 높은 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

이오노머 함량이 적고 산소 투과성이 높은 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이오노머의 함량을 줄여서 산소 투과성을 높인 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 전극은 지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함하는 촉매; 이오노머; 및 탄소재 및 상기 탄소재에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제;를 포함할 수 있다.

Description

이오노머 함량이 적고 산소 투과성이 높은 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법{ELECTRODE FOR MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY WITH LOW CONTENT OF IONOMER AND HIGH OXYGEN PERMEABILITY}
본 발명은 이오노머의 함량을 줄여서 산소 투과성을 높인 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
수소이온 교환막 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)의 전극은 지지체에 백금 등이 담지된 촉매와 바인더인 이오노머를 포함한다.
이오노머는 수소이온을 전도하는 역할을 한다. 이오노머로는 주로 나피온 등의 과불소계 고분자를 사용한다. 다만, 과불소계 고분자는 고가이며 환경에 좋지 않기 때문에 사용량을 저감하고자 하는 시도가 많다. 그러나 전극 내 이오노머의 함량은 연료전지의 성능과 관련된 매우 중요한 요인이다.
한편, 전극 내 이오노머의 함량이 많으면 상기 이오노머가 기체의 확산 통로를 막아 전극 내 산소의 확산 속도가 느려져 연료전지의 성능이 감소할 수 있다. 전극의 기체 투과성을 높이기 위해 자유 체적도가 높은 고분자에 설폰산기 등의 작용기를 도입한 이오노머가 제시되었으나, 작용기의 도입은 이오노머의 분자량 저하를 야기하고 동시에 이오노머를 변질시켜 바인더로서 부적절한 물성이 나타날 수 있다. 위와 같은 연구들은 고분자의 적정 분자량 조건을 만족해야 하는 문제와 그에 따른 자유 체적도 및 산소 투과성 향상 측면에서 한계가 있어 새로운 해결책이 필요하다.
한국공개특허 제10-2005-0012747호 한국등록특허 제10-1758237호 한국등록특허 제10-1646661호
본 발명은 산소의 확산 속도가 향상된 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 접합체용 전극은 지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함하는 촉매; 및 탄소재 및 상기 탄소재에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제;를 포함할 수 있다.
상기 탄소재는 활성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 카본파이버, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 탄소재의 표면에 수소이온 전도성 작용기가 결합된 것일 수 있다.
상기 수소이온 전도성 작용기는 하기 화학식1로 표현되는 것을 포함할 수 있다.
[화학식1]
*는 탄소재에 대한 연결 부위이고, R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나는 술폰산기, 인산기 또는 카르복실기를 포함하며, 나머지는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 촉매 100중량부를 기준으로 상기 첨가제 3중량부 내지 30중량부를 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 촉매 100중량부를 기준으로 이오노머를 5중량부 내지 50중량부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 접합체용 전극의 제조방법은 탄소재를 포함하는 분산액을 준비하는 단계; 상기 분산액에 방향족 탄화수소를 투입하고 상기 탄소재와 방향족 탄화수소를 반응시키는 단계; 그 결과물을 황산, 인산, 카르복실산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 산 용액으로 처리하여 탄소재 및 이에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제를 제조하는 단계; 지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함하는 촉매 및 상기 첨가제를 포함하는 코팅액을 준비하는 단계; 및 상기 코팅액을 기재 상에 도포하여 전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 방향족 탄화수소는 벤조일 퍼옥사이드(Benzoyl peroxide), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 나프탈렌(Naphthalene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소재 100중량부를 기준으로 상기 방향족 탄화수소를 100중량부 내지 300중량부 투입할 수 있다.
상기 산 용액으로 상기 결과물을 80℃ 내지 200℃ 및 5시간 내지 48시간의 조건으로 처리할 수 있다.
본 발명에 따르면 산소의 확산 속도가 향상된 막-전극 접합체용 전극 및 이의 제조방법을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 막-전극 접합체를 도시한 단면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 막-전극 접합체를 도시한 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 막-전극 접합체는 전해질막(10) 및 상기 전해질막의 양면에 위치하는 한 쌍의 전극(20)을 포함할 수 있다.
상기 전해질막(10)은 수소이온 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질막(10)은 나피온(Nafion) 등의 과불소 술폰산계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 전극(20)은 촉매, 이오노머 및 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 촉매는 지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함할 수 있다.
상기 지지체는 그 종류가 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 카본블랙, 카본나노튜브, 흑연, 그래핀, 카본파이버, 카본나노와이어 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성 금속은 그 종류가 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등의 귀금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 활성 금속은 구리(Cu), 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 전이금속을 더 포함할 수 있다. 상기 활성 금속은 상기 귀금속과 전이금속의 혼합물 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상기 이오노머는 수소이온을 전도하고, 상기 촉매, 첨가제 등에 접착력을 부여하는 구성이다. 상기 이오노머는 나피온 등의 과불소 술폰산계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 이오노머는 상기 전극(20) 내 기체의 확산 통로를 막아 산소의 확산 속도를 늦추기 때문에 최대한 적게 사용하는 것이 바람직하다. 이에 본 발명은 전극(20) 내 산소의 확산 속도를 높이기 위해 상기 이오노머의 함량을 줄이고, 그 대신에 상기 첨가제를 사용한 것을 특징으로 한다.
상기 첨가제는 탄소재 및 상기 탄소재에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 수소이온 전도성 작용기는 상기 탄소재의 표면에 결합된 것일 수 있다.
상기 탄소재는 활성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 카본파이버, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소재는 그 표면이 화학적으로 안정하기 때문에 이에 술폰산기, 인산기, 카르복실기 등의 작용기를 직접 치환하면 그 치환 정도가 높지 않아 상기 첨가제를 추가하는 효과가 미미할 수 있다. 이에 본 발명은 상기 탄소재의 표면을 일차적으로 방향족 탄화수소로 처리한 뒤, 상기 방향족 탄화수소에 술폰산기 등의 작용기를 부착하여 상기 첨가제의 수소이온 전도성 작용기의 함량을 높인 것을 특징으로 한다. 수소이온 전도성 작용기의 함량이 많을수록 적은 양의 첨가제로도 높은 수소이온 전도성을 확보할 수 있다. 상기 첨가제의 제조방법에 대해서는 후술한다.
상기 수소이온 전도성 작용기는 하기 화학식1로 표현되는 것일 수 있다.
[화학식1]
*는 탄소재에 대한 연결 부위이다.
상기 R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나는 술폰산기, 인산기 또는 카르복실기를 포함하며, 나머지는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 포함할 수 있다.
상기 R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나는 술폰산기를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 첨가제는 그 표면에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과 황(S) 원소를 0.1at% 내지 20at%로 포함할 수 있다. 상기 황(S) 원소의 함량이 위 수치 범위에 속할 때, 소량의 첨가제로도 높은 수소이온 전도도를 구현할 수 있다.
상기 전극(20)은 상기 촉매 100중량부를 기준으로 상기 이오노머 5중량부 내지 50중량부 및 상기 첨가제 3중량부 내지 30중량부를 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 3중량부 미만이면 첨가제의 투입에 따른 수소이온 전도도의 향상 효과가 미미할 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 30중량부를 초과하면 전극(20)이 두꺼워질 수 있고 촉매의 반응 영역이 오히려 감소하여 막-전극 접합체의 성능이 떨어질 수 있다. 상기 이오노머의 함량이 5중량부 미만이면 전극(20)이 그 형상을 유지하기 어려울 수 있고 전극(20)의 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 상기 이오노머의 함량이 50중량부를 초과하면 전극(20) 내 물질 전달의 저항이 너무 높아 산소 확산 속도가 떨어질 수 있다.
본 발명에 따른 막-전극 접합체용 전극의 제조방법은 탄소재를 포함하는 분산액을 준비하는 단계, 상기 분산액에 방향족 탄화수소를 투입하고 상기 탄소재와 방향족 탄화수소를 반응시키는 단계, 그 결과물을 황산, 인산, 카르복실산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 산 용액으로 처리하여 탄소재 및 이에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제를 제조하는 단계, 상기 촉매, 이오노머 및 첨가제를 포함하는 코팅액을 준비하는 단계 및 상기 코팅액을 기재 상에 도포하여 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분산액은 디메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide) 등의 유기 용매에 상기 탄소재를 투입 및 교반하여 준비할 수 있다.
상기 분산액에 상기 탄소재 100중량부를 기준으로 상기 방향족 탄화수소를 100중량부 내지 300중량부 투입하고 특정 온도 및 시간 조건으로 반응시켜 표면처리된 탄소재를 얻을 수 있다.
상기 방향족 탄화수소의 투입량이 100중량부 미만이면 탄소재의 표면처리 정도가 미미하여 상기 탄소재의 표면에 수소이온 전도성 작용기가 충분히 결합하지 않을 수 있다. 상기 방향족 탄화수소의 투입량이 300중량부를 초과하면 과량의 반응물에 의해 부반응이 일어날 수 있다.
상기 방향족 탄화수소는 벤조일 퍼옥사이드(Benzoyl peroxide), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 나프탈렌(Naphthalene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소재와 방향족 탄화수소의 반응은 80℃ 내지 200℃에서 5시간 내지 48시간 동안 수행할 수 있다. 반응을 완료한 뒤, 건조 및 여과하여 표면처리된 탄소재를 얻을 수 있다.
상기 표면처리된 탄소재는 상기 탄소재의 표면에 페닐기 등의 방향족 탄화수소를 포함하는 작용기가 결합된 것일 수 있다.
이후, 상기 표면처리된 탄소재를 산 용액으로 처리할 수 있다. 이를 통해 상기 페닐기에 술폰산기, 인산기 또는 카르복실기를 치환할 수 있고, 상기 화학식1로 표현되는 수소이온 전도성 작용기를 상기 탄소재의 표면에 결합하여 첨가제를 얻을 수 있다.
상기 표면처리된 탄소재를 산 용액에 투입한 뒤, 80℃ 내지 200℃ 및 5시간 내지 48시간의 조건으로 처리할 수 있다. 상기 온도가 80℃ 미만이거나 5시간 미만이면 상기 표면처리된 탄소재와 산 용액이 반응하지 않을 수 있다. 상기 온도가 200℃를 초과하거나 48시간을 초과하면 탄소재가 열 분해되어 수율이 떨어질 수 있다.
상기 첨가제, 촉매 및 이오노머를 용매에 투입 및 교반하여 코팅액을 준비한 뒤, 상기 코팅액을 기재 상에 도포 및 건조하여 전극을 형성할 수 있다. 상기 용매는 특별히 제한되지 않고 첨가제, 촉매, 이오노머와 반응하지 않으면서 이들을 고르게 분산시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 에탄올과 증류수의 혼합 용매를 포함할 수 있다.
상기 전극은 활성 금속의 로딩량이 0.05mg/cm2 내지 0.5mg/cm2인 것일 수 있다. 다만, 활성 금속의 로딩량이 이에 제한되는 것은 아니고 목적하는 연료전지의 성능 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다.
위와 같이 제조한 전극을 전해질막의 양면에 부착하여 막-전극 접합체를 제조할 수 있다. 상기 전극을 부착하는 방법은 특별히 제한되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법이라면 어떠한 것도 적용할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예1
유기 용매인 디메틸 설폭사이드 100ml에 탄소재 1g을 첨가 및 교반하여 분산액을 준비하였다.
상기 분산액의 온도를 약 100℃로 승온한 뒤, 방향족 탄화수소인 벤조일 퍼옥사이드 3g을 투입하여 24시간 동안 반응시켰다. 그 결과물을 여과한 뒤, 건조하여 표면처리된 탄소재를 얻었다.
상기 표면처리된 탄소재를 산 용액인 농도 98%의 진한 황산 40ml에 투입 및 교반 후 테플론 용기에 옮겨 담아 고온 및 고압 반응기에 넣었다. 약 120℃에서 약 12시간 동안 반응을 시켜 첨가제를 얻었다. 상기 첨가제는 하기 화학식1로 표현되는 수소이온 전도성 작용기를 포함하고, 상기 수소이온 전도성 작용기는 상기 R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나가 술폰산기이며, 나머지는 각각 수소인 것이다.
[화학식1]
실시예2
표면처리된 탄소재를 산 용액에 투입한 뒤 약 24시간 동안 반응을 시킨 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 첨가제를 제조하고, 이를 이용하여 전극을 제조하였다.
비교예1
실시예1과 동일한 탄소재 자체를 비교예1로 설정하였다.
비교예2
실시예1과 동일한 탄소재를 농도 98%의 진한 황산에 투입하여 80℃ 및 12시간의 조건으로 반응시켜 첨가제를 얻었다. 즉, 비교예2는 표면처리하지 않은 탄소재에 술폰산기를 직접 치환시킨 것이다.
하기 표 1은 실시예1, 실시예2, 비교예1 및 비교예2에 따른 첨가제의 표면을 XPS로 분석한 결과이다.
원소 종류 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2
탄소(C) 91.3at% 86.8at% 82.9at% 78.8at%
산소(O) 8.1at% 11.3at% 13.6at% 15.7at%
황(S) - 1.2at% 2.8at% 4.6at%
기타 0.6at% 0.7at% 0.7at% 0.9at%
비교예1은 수소이온 전도성 작용기를 치환한 것이 아니므로 황(S) 원소가 검출되지 않았다. 비교예2는 표면처리하지 않은 탄소재에 술폰산기를 직접 결합한 것으로서, 실시예1 및 실시예2에 비해 황(S) 원소의 함량이 매우 낮다.
실시예1 및 실시예2와 같이 탄소재의 표면을 방향족 탄화수소로 처리한 뒤, 이에 술폰산기를 결합시키면 술폰화도를 크게 높일 수 있음을 알 수 있다.
실시예3 내지 실시예5
에탄올과 증류수의 혼합 용매에 하기 표 2와 같은 함량으로 촉매, 이오노머 및 상기 실시예2에 따른 첨가제를 투입하고 교반하여 코팅액을 얻었다. 상기 코팅액을 기재 상에 도포하고 약 80℃에서 건조하여 전극을 제조하였다.
비교예3
첨가제를 투입하지 않고, 하기 표 2와 같은 함량으로 촉매 및 이오노머를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예3과 동일하게 전극을 제조하였다.
하기 표 2는 실시예3 내지 실시예5 및 비교예3에 따른 전극의 산소 투과량을 측정한 것이다. 각 전극을 25℃, 무가습 조건에서 미세기공 지지층 필름 위에 놓고 산소의 투과량을 측정하였다.
구분 촉매 함량[중량부] 첨가제 함량[중량부] 이오노머 함량[중량부] 산소 투과량[GPU]1 )
비교예3 100 0 30 30
실시예3 100 10 10 2,400
실시예4 100 20 10 2,100
실시예5 100 10 15 825
1) 1 [GPU] = 1Х10-6cm3, STP (273K, 1atm)
실시예3의 산소 투과량이 비교예3의 산소 투과량에 비해 현저히 높은 것을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따르면 전극의 산소 투과성을 크게 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10: 전해질막 20: 전극

Claims (15)

  1. 지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함하는 촉매; 및
    탄소재 및 상기 탄소재에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제;를 포함하는 막-전극 접합체용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소재는 활성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 카본파이버, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 막-전극 접합체용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 탄소재의 표면에 수소이온 전도성 작용기가 결합된 것인 막-전극 접합체용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소이온 전도성 작용기는 하기 화학식1로 표현되는 것을 포함하는 막-전극 접합체용 전극.
    [화학식1]

    *는 탄소재에 대한 연결 부위이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나는 술폰산기, 인산기 또는 카르복실기를 포함하며,
    나머지는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 포함함
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 100중량부를 기준으로
    상기 첨가제 3중량부 내지 30중량부를 포함하는 막-전극 접합체용 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 100중량부를 기준으로
    이오노머를 5중량부 내지 50중량부 더 포함하는 막-전극 접합체용 전극.
  7. 탄소재를 포함하는 분산액을 준비하는 단계;
    상기 분산액에 방향족 탄화수소를 투입하고 상기 탄소재와 방향족 탄화수소를 반응시키는 단계;
    그 결과물을 황산, 인산, 카르복실산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 산 용액으로 처리하여 탄소재 및 이에 결합된 수소이온 전도성 작용기를 포함하는 첨가제를 제조하는 단계;
    지지체 및 상기 지지체에 담지된 활성 금속을 포함하는 촉매 및 상기 첨가제를 포함하는 코팅액을 준비하는 단계; 및
    상기 코팅액을 기재 상에 도포하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄소재는 활성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 카본파이버, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 방향족 탄화수소는 벤조일 퍼옥사이드(Benzoyl peroxide), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 나프탈렌(Naphthalene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 탄소재 100중량부를 기준으로 상기 방향족 탄화수소를 100중량부 내지 300중량부 투입하는 것인 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 산 용액을 80℃ 내지 200℃ 및 5시간 내지 48시간의 조건으로 처리하는 것인 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 탄소재의 표면에 수소이온 전도성 작용기가 결합된 것인 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 수소이온 전도성 작용기는 하기 화학식1로 표현되는 것을 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
    [화학식1]

    *는 탄소재에 대한 연결 부위이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 어느 하나는 술폰산기, 인산기 또는 카르복실기를 포함하며,
    나머지는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 포함함
  14. 제7항에 있어서,
    상기 촉매 100중량부를 기준으로
    상기 첨가제 3중량부 내지 30중량부를 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 촉매 100중량부를 기준으로
    이오노머 5중량부 내지 50중량부를 더 포함하는 막-전극 접합체용 전극의 제조방법.
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