KR20240033821A - 산화방지제의 유출을 방지할 수 있는 막전극접합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해질막에서 산화방지제가 유출되는 것을 방지할 수 있는 막전극접합체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전해질막에서 산화방지제가 유출되는 것을 방지할 수 있는 막전극접합체에 관한 것이다.
연료 전지의 전기 생성을 위한 반응은 과불소 술폰산계 이오노머 기반 전해질막(Perfluorinated Sulfonic Acid Ionomer-Based Membrane), 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)의 전극으로 구성된 막 전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)에서 발생한다. 이와 같은 연료 전지의 내구성을 향상시키기 위해 전해질막의 화학적 열화(Chemical Degradation)를 완화(Mitigation)하기 위한 여러 가지 기술이 제안되고 있는바, 예를 들어, 다양한 종류의 산화방지제(Antioxidant)를 전해질막에 첨가하는 방법이 제안되고 있다. 이러한 산화방지제들은 라디칼 포집제(Radical Scavenger or Quencher) 기능을 가지는 일차 산화방지제(Primary Antioxidant)와 과산화수소 분해제(Hydrogen Peroxide Decomposer) 기능을 가지는 이차 산화방지제(Secondary Antioxidant)를 각각 단독으로 사용하거나 또는 서로 혼용하여 사용할 수 있다.
산화방지제가 과량 첨가된 전해질막은 화학적 내구성이 증대되지만 전해질막에 있는 술폰산기(Sulfonic Acid Group)가 양이온 산화방지제와 결합을 하여 친수(Hydrophiclic) 특성이 떨어트리기 때문에 프로톤 이온전도도(Proton Conductivity)를 떨어뜨려 셀 성능 감소를 초래할 수 있다. 이 때문에 산화방지제의 사용은 성능과 내구를 고려하여 적절한 사용이 필요하다. 또한, 전해질막에 도입된 금속 산화물은 제조 공정 중이나 운전 중에 용해(Dissolution)되어 이온화(Ionization)가 되고, 또는 직접 이온 형태로 도입된 산화방지제는 연료전지 셀 구동 환경에서 쉽게 이동하는 특성으로 셀 외부로 손실되어서 장기적으로는 연료전지 전해질막의 내구성(Durability)이 떨어질 수 있다. 이를 위해 산화방지제의 용해(Dissolution)나 이동(Migration)을 억제할 수 있는 기능성 산화방지제나 전해질막 내 포함된 산화방지제의 이동을 방지할 수 있는 셀의 개발이 필요하다.
본 발명은 연료전지 구동 중 전해질막 내 산화방지제가 유출되는 것을 방지할 수 있는 막전극접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전해질막 내 산화방지제 과량 투입 및 기체확산층에 산화방지제 투입 등 산화방지제의 함량을 높이는 방향이 아닌, 전해질막의 비반응부의 표면 및 구조를 제어함으로써 산화방지제의 유출을 방지하여 적은 양의 산화방지제로도 막전극접합체의 내구성을 높일 수 있는 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한, 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 막전극접합체는 음극층, 양극층 및 상기 음극층과 상기 양극층 사이에 개재되고 시트 형상인 전해질막을 포함하고, 상기 전해질막은 산화방지제를 포함하며, 상기 전해질막은 그 중심부에 상기 음극층 및 양극층이 적층되는 반응영역; 및 상기 반응영역을 제외한 나머지 부분인 비반응영역을 포함하고, 상기 비반응영역은 상기 전해질막의 적어도 일면으로부터 두께 방향으로 일정 깊이 함입 형성된 함입부를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 금속 원소의 이온을 포함하고, 상기 금속 원소는 세륨, 망간, 텅스텐, 지르코늄, 티탄, 바나듐, 이트륨, 란탄, 네오디뮴, 니켈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 철 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 함입부는 상기 반응영역의 대향하는 한 쌍의 변을 따라 상기 비반응영역에 함입 형성될 수 있다.
상기 반응영역은 한 쌍의 장변 및 한 쌍의 단변을 포함하고, 상기 한 쌍의 변은 상기 한 쌍의 장변 및 한 쌍의 단변 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 함입부의 깊이는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 계단식으로 깊어질 수 있다.
상기 함입부의 깊이는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 경사지게 깊어질 수 있다.
상기 비반응영역의 단위 부피당 산화방지제의 농도는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
상기 함입부의 깊이는 상기 반응영역 두께의 10% 내지 80%일 수 있다.
상기 비반응영역은 그 말단에 함입되지 않은 비함입부를 포함할 수 있다.
상기 막전극접합체는 상기 함입부에 수용되고 양성자 주게 고분자(Proton donor polymer)를 포함하는 차단부를 더 포함할 수 있다.
상기 양성자 주게 고분자는 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 폴리메타크릴산(Poly(methacrylic acid), PMAA), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(Modified polyphenylene oxide, MPPO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 차단부의 두께는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 두꺼워질 수 있다.
상기 차단부는 상기 반응영역과 비반응영역 간의 단차가 없도록 상기 함입부에 수용될 수 있다.
본 발명에 따르면 연료전지 구동 중 전해질막 내 산화방지제가 유출되지 않는 막전극접합체를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전해질막의 비반응부의 표면 및 구조를 제어함으로써 산화방지제의 유출을 방지하여 적은 양의 산화방지제로도 막전극접합체의 내구성을 높일 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 막전극접합체의 제1 실시 형태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전해질막의 일 형태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해질막의 다른 형태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제2 실시 형태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제3 실시 형태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 막전극접합체의 제4 실시 형태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전해질막의 일 형태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해질막의 다른 형태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제2 실시 형태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제3 실시 형태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 막전극접합체의 제4 실시 형태를 도시한 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.
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 범위의 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 막전극접합체의 제1 실시 형태를 도시한 것이다. 상기 막전극접합체는 음극층(100), 양극층(200) 및 상기 음극층(100)과 양극층(200) 사이에 개재된 시트 형상의 전해질막(300)을 포함할 수 있다.
상기 음극층(100) 및 양극층(200)은 통상의 막전극접합체에 사용되는 전극층으로서, 지지체에 담지된 백금 촉매, 바인더 등을 포함할 수 있다.
상기 전해질막(300)은 이오노머를 포함하는 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산된 산화방지제(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 이오노머는 특별히 제한되지 않고, 양이온 전도성이 있는 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이오노머는 나피온(Nafion) 등의 과불소 술폰산계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 금속 원소의 이온을 포함할 수 있다.
상기 금속 원소는 세륨, 망간, 텅스텐, 지르코늄, 티탄, 바나듐, 이트륨, 란탄, 네오디뮴, 니켈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 철 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 바람직하게 3가 또는 4가의 세륨 이온을 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 금속 원소의 이온 외에 세륨 산화물(CeO2) 등의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 산화방지제의 농도는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 2.5㎍/㎠ 이상, 5㎍/㎠ 이상, 10㎍/㎠ 이상 또는 20㎍/㎠ 이상일 수 있다. 상기 산화방지제의 농도는 100㎍/㎠ 이하, 75㎍/㎠ 이하 또는 50㎍/㎠ 이하일 수 있다. 상기 산화방지제의 농도는 상기 연료전지를 구동하기 전 전해질막에 포함된 산화방지제의 농도를 의미할 수 있다. 또한, 상기 전해질막은 면적이 밀리미터(mm) 내지 미터(m) 규모인 반면에 두께는 마이크로미터(㎛) 규모이므로 상기 전해질막의 두께가 상기 산화방지제의 농도에 미치는 영향은 미미하다. 따라서 상기 산화방지제의 농도는 상기 전해질막의 면적을 기준으로 하는 것일 수 있다.
본 발명은 상기 전해질막(300)에서 산화방지제가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이의 구체적인 수단은 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 전해질막을 도시한 것이다. 상기 전해질막(300)은 그 중심부에 상기 음극층(100) 및 양극층(200)이 적층되어 전기화학적 반응이 일어나는 반응영역(310) 및 상기 반응영역(310)을 제외한 나머지 부분인 비반응영역(320)을 포함할 수 있다.
상기 반응영역(310)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 포함하는 사각형일 수 있다.
상기 반응영역(310)의 면적은 특별히 제한되지 않고, 음극층(100) 및 양극층(200)의 사양, 목적하는 막전극접합체의 사양 등에 따라 적절히 조절할 수 있다.
상기 비반응영역(320)은 전해질막(300)의 적어도 일면으로부터 두께 방향으로 일정 깊이 함입 형성된 함입부(321) 및 그 말단에 위치하는 함입되지 않은 비함입부(322)를 포함할 수 있다.
상기 함입부(321)는 상기 반응영역(310)의 대향하는 한 쌍의 변(L1, L2)을 따라 함입 형성될 수 있다. 상기 반응영역(310)의 대향하는 한 쌍의 변(L1, L2)은 상기 막전극접합체의 연료 및 산소의 유출입구의 방향에 따라 적절히 선택할 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 변(L1, L2)은 도 2와 같이 상기 반응영역(310)의 한 쌍의 단변, 상기 반응영역(310)의 한 쌍의 장변 또는 이들 모두를 의미할 수 있다.
상기 함입부(321)의 깊이는 도 1 및 도 2와 같이 상기 반응영역(310)의 측단부로부터 멀어질수록 계단식으로 깊어질 수 있다. 다만, 상기 함입부(321)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니고, 도 3과 같이 상기 함입부(321)의 깊이는 상기 반응영역(310)의 측단부로부터 멀어질수록 경사지게 깊어질 수 있다.
상기 함입부(321)의 깊이가 상기 반응영역(310)으로부터 멀어질수록 깊어지기 때문에 상기 비반응영역(320)의 단위 부피당 산화방지제의 농도는 상기 반응영역(310)의 측단부로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
일반적으로 상기 전해질막(300) 내 산화방지제는 물의 흐름 등에 의해 상기 비반응영역(320)의 측단부를 향해 확산되어 외부로 유출된다.
본 발명에 따른 전해질막(300)은 비반응영역(320) 내에서 측단부로 갈수록 단위 부피당 산화방지제의 농도가 높아지기 때문에 산화방지제가 확산하기 어렵고, 그에 따라 상기 산화방지제가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 함입부(321)의 깊이는 상기 반응영역(310) 두께의 10% 내지 80%일 수 있다. 상기 함입부(321)의 깊이가 10% 미만이면 상기 비반응영역(320)의 단위 부피당 산화방지제의 농도 구배가 충분하지 않아 산화방지제가 유출되는 것을 방지하기 어려울 수 있다. 상기 함입부(321)의 깊이가 80%를 초과하면 상기 비반응영역(320)의 내구성이 떨어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제2 실시 형태를 도시한 것이다. 도 1에 따른 막전극접합체의 제1 실시 형태는 함입부(321)가 양극층(200)과 접하는 전해질막(300)의 일면에 형성된 것이고, 도 4에 따른 막전극접합체의 제2 실시 형태는 함입부(321`)가 음극층(100`)과 접하는 일면에서 함입 형성된 것일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 막전극접합체의 제3 실시 형태를 도시한 것이다. 상기 제3 실시 형태는 함입부(321``)가 상기 전해질막(300``)의 양면에서 함입 형성된 것일 수 있다. 상기 제3 실시 형태에서 상기 함입부(321``)의 깊이는 상기 전해질막(300``)의 양면에 형성된 각 함입부(321``)의 깊이를 합한 값을 의미할 수 있다.
상기 함입부(321)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 전해질막(300)을 시트 형태로 제조한 뒤 비반응영역(320)을 열 압착할 수 있다. 열 압착의 조건은 특별히 제한되지 않고 목적하는 함입부(321)의 깊이, 전해질막(300)의 두께 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질막(300)을 100℃ 내지 200℃에서 10㎫ 내지 50㎫로 가압하여 함입부(321)를 형성할 수 있다. 또한, 도 1, 도 4 및 도 5의 전해질막(300)의 형태를 갖는 금형을 이용하여 상기 함입부(321)를 포함하는 전해질막(300)을 제조할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 막전극접합체의 제4 실시 형태를 도시한 것이다. 상기 막전극접합체는 함입부(312)에 수용된 차단부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 차단부(400)는 양성자 주게 고분자(Proton donor polymer)를 포함할 수 있다.
상기 양성자 주게 고분자는 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 폴리메타크릴산(Poly(methacrylic acid), PMAA), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(Modified polyphenylene oxide, MPPO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 금속 양이온을 포함하므로 전자 친화도(Electron affinity)가 높다. 일반적으로 막전극접합체의 내구성을 높이기 위하여 전해질막(300)의 비반응영역(320) 상에 서브가스켓(미도시)을 부착하는데 상기 서브가스켓이 전자가 많은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(Polypropylene) 등을 포함하기 때문에 상기 산화방지제가 상기 비반응영역(320) 방향으로 이동 및 유출될 수 있다.
본 발명은 상기 함입부(321)에 상기 산화방지제의 전자 친화도를 차단할 수 있는 양성자 주게 고분자로 이루어진 차단부(400)를 넣어서 상기 산화방지제가 유출되는 것을 방지한 것을 특징으로 한다.
상기 차단부(400)의 두께는 반응영역(310)의 측단부로부터 멀어질수록 두꺼워질 수 있고, 바람직하게는 상기 반응영역(310)과 비반응영역(320) 간의 단차가 없어지도록 상기 함입부(321)에 수용될 수 있다. 따라서 상기 비반응영역(320) 상에 서브가스켓을 부착할 때, 상기 막전극접합체와 서브가스켓 간에 공간이 생기거나 부착력이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 차단부(400)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 상기 함입부(321) 상에 양성자 주게 고분자를 코팅하거나, 상기 함입부(321)와 대응하는 형상으로 차단부(400)를 형성한 뒤 이를 상기 함입부(321)에 결합할 수도 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 다른 형태를 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예1
이오노머 및 산화방지제를 포함하는 시트 형상의 전해질막을 준비하였다. 상기 이오노머는 나피온을 포함하고, 상기 산화방지제는 세륨 이온을 포함한다. 상기 전해질막의 반응영역 상에 음극층과 양극층을 도 1과 같이 적층하였다. 상기 전해질막의 비반응영역을 열 압착하여 도 2와 같은 함입부를 형성하였다. 상기 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 함입부의 깊이가 계단식으로 깊어지도록 하였고, 도 1 및 도 2와 같이 총 2단의 함입부를 형성하였다.
실시예2
상기 실시예1에 따른 막전극접합체의 함입부 상에 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA)을 코팅하고 건조하는 공정을 총 5회 반복하여 차단부를 형성하였다.
비교예
함입부를 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 막전극접합체를 제조하였다.
실시예1, 실시예2 및 비교예에 따른 막전극접합체 내 산화방지제의 이동량을 다음과 같이 분석하였다.
실시예1, 실시예2 및 비교예에 따른 막전극접합체를 각각 0.1M의 염산 수용액이 담긴 용기에 투입하였다. 막전극접합체가 담긴 각 용기를 약 80 ℃의 컨벡션 오븐(Convection oven)에 투입하고 30일이 지난 뒤, 반응영역과 비반응영역의 일정 지점의 세륨 이온의 농도를 측정하였다. 그 결과는 표 1과 같다.
| 구분 | 측정시점 | 산화방지제 농도[㎍/㎠] | 산화방지제 농도의 증감 | ||
| 반응영역1 ) | 비반응영역2 ) | 반응영역 | 비반응영역 | ||
| 실시예1 | 0 day | 10.9 | 9.7 | 21.1% 감소 | 1.3배 증가 |
| 30 day | 8.6 | 12.6 | |||
| 실시예2 | 0 day | 10.8 | 9.3 | 15.7% 감소 | 1.2배 증가 |
| 30 day | 9.1 | 11.5 | |||
| 비교예 | 0 day | 10.6 | 9.4 | 51.9% 감소 | 1.7배 증가 |
| 30 day | 5.1 | 15.7 | |||
1) 반응영역의 산화방지제 농도는 측단부에 인접한 세 지점의 평균값임
2) 비반응영역의 산화방지제 농도는 측단부에 인접한 다섯 지점의 평균값임
비교예는 30일 이후 전해질막의 반응영역 내 산화방지제가 50% 이상 감소하고 비반응영역 내 산화방지제가 1.7배 증가한다. 반면에 실시예1 및 실시예2는 비교예에 비해 반응영역 내 산화방지제의 유출량 및 비반응영역 내 산화방지제의 증가량이 적다. 따라서 실시예에 따르면 전해질막 내의 산화방지제의 유출량 및 유출가능성을 낮출 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 형태도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100: 양극층, 200: 음극층, 300: 전해질막, 310: 반응영역,
320: 비반응영역, 321: 함입부, 322: 비함입부, 400: 차단부
320: 비반응영역, 321: 함입부, 322: 비함입부, 400: 차단부
Claims (13)
- 음극층, 양극층 및 상기 음극층과 상기 양극층 사이에 개재되고 시트 형상인 전해질막을 포함하고,
상기 전해질막은 산화방지제를 포함하며,
상기 전해질막은 그 중심부에 상기 음극층 및 양극층이 적층되는 반응영역; 및 상기 반응영역을 제외한 나머지 부분인 비반응영역을 포함하고,
상기 비반응영역은 상기 전해질막의 적어도 일면으로부터 두께 방향으로 일정 깊이 함입 형성된 함입부를 포함하는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 산화방지제는 금속 원소의 이온을 포함하고,
상기 금속 원소는 세륨, 망간, 텅스텐, 지르코늄, 티탄, 바나듐, 이트륨, 란탄, 네오디뮴, 니켈, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 철 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 함입부는 상기 반응영역의 대향하는 한 쌍의 변을 따라 상기 비반응영역에 함입 형성된 것인 막전극접합체. - 제3항에 있어서,
상기 반응영역은 한 쌍의 장변 및 한 쌍의 단변을 포함하고,
상기 한 쌍의 변은 상기 한 쌍의 장변 및 한 쌍의 단변 중 적어도 하나를 포함하는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 함입부의 깊이는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 계단식으로 깊어지는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 함입부의 깊이는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 경사지게 깊어지는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 비반응영역의 단위 부피당 산화방지제의 농도는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 증가하는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 함입부의 깊이는 상기 반응영역 두께의 10% 내지 80%인 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 비반응영역은 그 말단에 함입되지 않은 비함입부를 포함하는 막전극접합체. - 제1항에 있어서,
상기 함입부에 수용되고 양성자 주게 고분자(Proton donor polymer)를 포함하는 차단부를 더 포함하는 막전극접합체. - 제10항에 있어서,
상기 양성자 주게 고분자는 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 폴리메타크릴산(Poly(methacrylic acid), PMAA), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(Modified polyphenylene oxide, MPPO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 막전극접합체. - 제10항에 있어서,
상기 차단부의 두께는 반응영역의 측단부로부터 멀어질수록 두꺼워지는 막전극접합체. - 제10항에 있어서,
상기 차단부는 상기 반응영역과 비반응영역 간의 단차가 없도록 상기 함입부에 수용되는 것인 막전극접합체.
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|---|---|---|---|
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| KR102328568B1 (ko) | 2020-02-27 | 2021-11-19 | 한국과학기술연구원 | 카테콜 기반 리간드로 표면 개질된 산화 세륨 나노 입자, 이를 포함하는 연료전지 산화 방지제와 연료전지용 복합강화전해질 막 및 그 제조 방법 |
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- 2023-07-19 US US18/223,672 patent/US20240079621A1/en active Pending
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