WO2018062972A1 - 연료전지용 막전극접합체의 제조방법 - Google Patents

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electrode assembly
electrode
gas pressure
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이진화
김준영
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코오롱인더스트리 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a membrane electrode assembly for fuel cells, and more particularly, to a method of manufacturing a membrane electrode assembly for fuel cells, in which a uniform pressure is applied to an entire area of an electrode in a transfer process.
  • a fuel cell refers to a cell that directly converts chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy.
  • a fuel cell is similar to a general chemical cell, but unlike a chemical cell that performs a cell reaction inside a closed system, The reactant is continuously supplied from the outside, and the reaction product is continuously removed to the outside of the system to perform a cell reaction.
  • a polymer electrolyte fuel cell includes a hydrogen ion exchange membrane fuel cell (PEMFC) that uses hydrogen gas as a fuel, and a direct methanol fuel cell that uses liquid methanol as a fuel.
  • PEMFC hydrogen ion exchange membrane fuel cell
  • DMFC direct methanol Fuel Cell
  • the polymer electrolyte fuel cell is attracting attention as a clean energy source that can replace petroleum energy, and above all, since it has high power density and energy conversion efficiency and can operate at room temperature, it is possible to operate electric vehicles, household power generation systems, and leisure. It can be widely used in fields such as electric appliances.
  • a membrane electrode assembly is located at the innermost side, and the membrane electrode assembly is a polymer capable of moving hydrogen cations. It consists of an electrolyte membrane 10 and an electrode layer coated on both surfaces of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react, that is, a cathode 12 (cathode) and an anode 14 (anode).
  • a gas diffusion layer (GDL) 16 and a gasket 18 are sequentially stacked on an outer portion of the electrode layer, that is, an outer portion where the cathode 12 and the anode 14 are located, and the gas
  • GDL gas diffusion layer
  • a separator 20 having a flow field is formed to supply fuel and discharge water generated by the reaction, and on the outermost side of the diffusion layer 16 for supporting and fixing the above components. End plate 30 is coupled.
  • oxidation of hydrogen proceeds to generate hydrogen ions (Proton) and electrons (Electron), and the generated hydrogen ions and electrons are separated from the electrolyte membrane 10, respectively. It moves to the cathode 12 through the plate 20, and the cathode 12, the water through the electrochemical reaction in which the hydrogen ions and electrons from the anode 14, the oxygen in the air participates
  • the final generated electrical energy from the flow of electrons is supplied to a load requiring electrical energy through a current collector plate (not shown) of the end plate 30.
  • a technique of placing an anode and a cathode on both sides of a polymer electrolyte membrane is required.
  • the technology is largely divided into a Catalytic Coated Substrate (CCS) method and a Catalytic Coated Membrane (CCM) method.
  • CCS method is a method of forming a catalyst layer on a gas diffusion layer (GDL) including MPL (Micro Porous Layer), and then bonding the polymer electrolyte membrane (Membrane) through hot pressing.
  • GDL gas diffusion layer
  • MPL Micro Porous Layer
  • CCM method is divided into direct coating method and decal lamination method.
  • the direct coating method is a method of forming an electrode by coating an electrode slurry directly on a membrane and decal lamination.
  • Lamination method is a method of transferring to the polymer electrolyte membrane (Membrane) by applying heat and pressure after forming the electrode layer on the coating substrate film.
  • the direct coating method does not need to use an expensive transfer film and can eliminate the transfer process, which is advantageous in reducing the cost and simplifying the process.However, the direct coating method is mass-produced due to the characteristics that change easily when the electrolyte membrane is in contact with the catalyst slurry or exposed to moisture. It is difficult to secure fairness for the disadvantage.
  • the decal lamination method is to coat an electrode slurry mixed with a catalyst, ionomer, and solvent on a support of a release film such as Teflon, imide film, and the like to form an electrode layer (anode and cathode), It is a method using the process of aligning an electrode layer on both surfaces of an electrolyte membrane (ion conductive membrane), and then transferring by applying heat and pressure.
  • the decal lamination method generally transfers an electrode to a polymer electrolyte membrane using a flat plate hot press or a roll press.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell by applying a uniform pressure to the entire area of the electrode in the transfer process to ensure the uniformity of the product. There is.
  • the method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly includes an electrode forming step of forming an electrode layer by coating an electrode slurry on a support, a transfer step of transferring the electrode layer by applying heat and pressure to each side of the electrolyte membrane, and transferring the support; Including the step of removing, in the transfer step, the gas pressure is applied to the gas pressure plate of the stretchable material to transfer the electrode layer to the electrolyte membrane.
  • a chamber filled with gas is used.
  • the gas filled in the chamber is preferably air. It is preferable to use a silicone pad or a silicone rubber pad for the gas pressure plate.
  • a gas pressure plate is disposed on the upper side of the support, and the support body and the gas pressure plate are closely contacted with a vacuum, and then pressurized by applying gas pressure and temperature using a chamber filled with gas on the upper side.
  • the transfer temperature is 50 to 200 ° C and the transfer pressure is 5 to 200 kgf / cm 2.
  • the support is any one selected from the group consisting of a teflon film, an imide film, a polyester film, a polyimide film, a polyamide film, a polyolefin film, a chlorine or fluorine-substituted polyolefin film, a perfluorinated polyolefin copolymer film, and a vinyl polymer film.
  • the electrode slurry uses a slurry containing a catalyst, ionomer or carbon-based material, and a solvent.
  • the electrode slurry is coated with a thickness of 10 ⁇ 200 ⁇ m on the support.
  • the electrode forming step includes a step of performing natural drying, vacuum drying, hot air drying, NIR drying, or superheated steam drying at room temperature to 150 ° C.
  • the uniformity of the product is secured by applying even pressure to the entire area of the electrode in the transfer process, thereby improving the quality and improving the performance of the fuel cell.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a general fuel cell.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a process chart showing a method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of transferring by compression (gas compression) by gas pressure in the transfer step of FIG. 2.
  • FIG. 5A and 5B are explanatory views showing a method of pressing with a conventional press (FIG. 5A) and the gas pressing method (FIG. 5B) of the present invention when pressing a product having the same thickness.
  • FIG. 6A and 6B are explanatory views showing a method of pressing with a conventional press (FIG. 6A) and the gas pressing method (FIG. 6B) of the present invention when pressing products of different thicknesses.
  • FIG. 7 and 8 illustrate the alternating current impedance of the membrane electrode assembly M1 prepared by the conventional pressing method and the membrane electrode assembly M2 prepared according to the gas pressing method of the present invention in comparison with the constant current conditions. It is a graph.
  • the membrane electrode assembly for a fuel cell is a phosphate electrolyte fuel cell (PAFC), a polymer electrolyte fuel cell, and a variety of hydrogen ion exchange membrane fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC) and high temperature PEMFC, etc. It can be applied to an electrolyte fuel cell.
  • PAFC phosphate electrolyte fuel cell
  • PEMFC hydrogen ion exchange membrane fuel cell
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • high temperature PEMFC high temperature
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a process chart illustrating a method of manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing a fuel cell membrane electrode assembly includes an electrode slurry preparation step (S110), an electrode forming step (S120), a transfer step (S130), and a support removal step (S140).
  • the electrode slurry preparation step (S110) is a step of preparing an electrode slurry by mixing a catalyst, an ionomer or a carbon-based material, and a solvent.
  • the electrode slurry is not limited to a mixture containing a catalyst, an ionomer or a carbon-based material, and a solvent, and may be used as a slurry for forming an electrode layer or a catalyst layer in a fuel cell.
  • the catalyst is preferably one or more selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy and mixtures thereof, more preferably The platinum, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy may be used, and most preferably, platinum is used.
  • M is gallium (Ga), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), It is preferably a transition metal selected from the group consisting of zinc (Zn), tin (Sn), molybdenum (Mo), tungsten (W), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir) and combinations thereof. .
  • Ionomers are polymers in which a copolymer of ethylene and acrylic acid or methacrylic acid is bridged with metal ions (Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+, etc.), and monomers containing phthalazinone and phenol groups and at least one sulfonated aromatic.
  • the reaction products of the compounds, ie sulfonated poly (phthalazinone ether ketones), sulfonated poly (phthalazinone or sulfones), sulfonated aromatic polymer compounds, copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether, and the like can be used. .
  • the carbon-based material is preferably at least one selected from the group consisting of carbon powder, carbon black, carbon fiber, fullerene, graphene, carbon nanotubes, carbon nanowires, carbon nano horns, carbon nano rings, and mixtures thereof, It is not limited to this.
  • the solvent may be water or one or a mixture of two or more selected from alcohols containing a saturated or unsaturated hydrocarbon having 1 to 5 carbon atoms as a main chain, but is not limited thereto, and any solvent may be used as long as it is commonly used in the art. .
  • the degree of dispersion and viscosity of the electrode slurry are very important for the formation of an electrode layer (catalyst layer) using a coater.
  • the viscosity of the electrode slurry is preferably adjusted to 10cps ⁇ 20,000cps, depending on the type of solvent used, there is a water or alcohol solvent electrode slurry having excellent coating properties at low viscosity, organic solvent system having excellent coating properties at high viscosity There is an electrode slurry.
  • the electrode forming step (S120) is a step of forming the electrode layer 120 by coating the electrode slurry on the support 110.
  • the electrode slurry is coated on the support 110 to a thickness of 5 ⁇ 200 ⁇ m.
  • the electrode forming step (S120) includes a step of performing natural drying, vacuum drying, hot air drying, NIR drying or superheated steam drying at room temperature to 150 ° C. after coating.
  • the support 110 is a group consisting of a Teflon film, an imide film, a polyester film, a polyimide film, a polyamide film, a polyolefin film, a chlorine or fluorine-substituted polyolefin film, a perfluorinated polyolefin copolymer film, and a vinyl polymer film. Use any one selected.
  • the electrode slurry When the electrode slurry is coated on the support (substrate), it is preferable to transfer the dispersed electrode slurry to the coater continuously or intermittently and then apply it uniformly on a support (substrate) with a dry thickness of 10 to 200 ⁇ m. . More specifically, the dispersed electrode slurry is continuously transferred to a coater such as a die, gravure, bar, comma coater, and the like through a pump, and then it is placed on a support (substrate). The solvent is volatilized while uniformly applying the wet thickness of the electrode layer (catalyst layer) to 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m and passing through a drying furnace maintained at a constant temperature.
  • the method of coating and drying the electrode slurry on the support is not limited to the above method.
  • the drying of the electrode layer 120 is preferably dried for 5 minutes to 24 hours at room temperature ⁇ 150 °C.
  • the transfer electrode step S130 may be performed by cutting the dried electrode layer 120 and the support 110 to a required size (see FIG. 4). In the process diagram of FIG. 3, the support 110 is not cut.
  • the electrode layers 120 are aligned on both surfaces of the electrolyte membrane 130 to be transferred by applying heat and pressure.
  • a gas pressure is applied to the gas pressure plate FP of the stretchable material to transfer the electrode layer 120 to the electrolyte membrane 130.
  • the electrode layer 120 coated with the electrode slurry on the support 110 is disposed in contact with the electrolyte membrane in the electrode forming step S130.
  • the gas pressure plate FP is disposed on the upper side of the support 110, and the gas is press-filled between the support 110 and the gas pressure plate FP in a vacuum state.
  • the chamber CH is pressurized by applying gas pressure and temperature.
  • the gas filled in the chamber CH is preferably air, but not limited thereto, and various gases such as nitrogen may be used.
  • the gas is allowed to feed from the compressor (CP).
  • As the gas pressure plate FP it is preferable to use a silicone pad or a silicone rubber pad, but the present invention is not limited thereto, and various flexible materials may be used.
  • the base plate BP is made of a hard plate such as a metal material, and the base plate BP includes a heater and a cooling line capable of heating and cooling.
  • the chamber CH may be provided in various forms on the basis of a rectangle.
  • An O-ring portion or other sealing method portion for sealing is added to the chamber CH, and Delta pressure ( ⁇ P) is maintained between the chamber CH and the O-ring pressure.
  • the lower side of the chamber CH is provided with a vacuum hole (Vacuum Hole) and the pump to hold the vacuum. Since the vacuum is necessary to secure the adhesion between the support 110 and the gas pressure plate FP, a vacuum line in various forms is required from the vacuum hole.
  • the chamber CH is provided with a heater and a cooling line for heating and cooling the gas, and various pressure devices and pressure regulators, such as a booster valve and a solenoid valve for venting, which can maintain an internal pressure.
  • various pressure devices and pressure regulators such as a booster valve and a solenoid valve for venting, which can maintain an internal pressure.
  • the electrode layer 120 is transferred to the electrolyte membrane 130 by applying gas pressure and temperature to the gas pressure plate FP of the stretchable material by using the chamber CH in the transfer step S130, a transfer failure rate is increased.
  • reducing the pressure distribution for each position uniformly see FIG. 5B
  • it is possible to improve the product quality reduce interface resistance, improve interface binding characteristics.
  • it is possible to simultaneously laminate electrode layers having different thicknesses see FIG. 6B), and transfer is possible by stacking a plurality of electrode layers.
  • the electrolyte membrane 130 is an ion conductive membrane, and may be used without particular limitation as long as it has a material having high mechanical strength and high electrochemical stability to form a film.
  • the ion conductive electrolyte membrane may be a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, a fluorine-based polymer electrolyte membrane and a mixture or copolymer of one or more thereof.
  • Specific examples of the fluorine-based polymer electrolyte membrane include a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether.
  • the fluorovinyl ether moiety has a function of conducting hydrogen ions.
  • the copolymer is commercially available because it is sold under the trade name Nafion by Dupont.
  • the transfer temperature is 50 to 200 ° C and the transfer pressure is 5 to 200 kgf / cm 2. If the transfer temperature is less than 50 ° C., the electrode layer on the support (substrate) may not be properly transferred. If the transfer temperature exceeds 200 ° C., there is a concern that the electrode layer may undergo structural modification due to the modification of the ionomer in the electrolyte membrane. If the transfer pressure is less than 5kgf / cm 2, transfer does not occur from the support (substrate) to the electrolyte membrane. If the transfer pressure exceeds 200kgf / cm 2, the electrode layer (catalyst layer) is excessively compressed, resulting in physical damage to the electrolyte membrane or collapse of the pore structure in the electrode layer. It may cause a decrease.
  • Removing the support is a step of removing the support 110 after the transfer step. When the support 110 is removed and cut as necessary, the membrane electrode assembly 100 is completed.
  • FIGS. 6A and 6B are explanatory views showing a comparison between the conventional pressing method (FIG. 5A) and the gas pressing method (FIG. 5B) of the present invention when pressing a product having the same thickness
  • FIGS. 6A and 6B When crimping
  • the present invention is compressed when a gas pressure (pneumatic, etc.) is applied to the gas pressure plate of the stretchable material in comparison with the case where a flat press or a rollless is used.
  • a gas pressure pneumatic, etc.
  • FIGS. 5b and 6b Pressurized to have an even surface pressure distribution.
  • FIG. 7 and 8 illustrate the alternating current impedance of the membrane electrode assembly M1 manufactured according to the conventional pressing method and the membrane electrode assembly M2 prepared according to the gas pressing method according to the present invention. It is a graph.
  • Impedance measurements are the results after an accelerated stress test (AST) by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), where the horizontal x-axis is the impedance real part (Z ') and the vertical y-axis is the impedance imaginary part (Z ”).
  • the real part value at the point where the impedance curve meets the horizontal x-axis is an ohmic resistance, which is a resistance component including the polymer electrolyte membrane resistance and the interface resistance.
  • Figure 7 is a graph of the measured value at a current of 0.3A / cm2
  • Figure 8 is a graph of the value measured at a current density of 1A / cm2.
  • the ohmic resistance value of the membrane electrode assembly M2 prepared according to the gas pressing method of the present invention is smaller than the ohmic resistance value of the membrane electrode assembly M1 manufactured according to the conventional pressing method. Accordingly, it can be seen that the deterioration of the membrane electrode assembly M2 manufactured according to the gas crimping method of the present invention is less deteriorated and the resistance is reduced, thereby improving output performance.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and easily changed and equalized by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. It includes all changes to the extent deemed acceptable.

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Abstract

본 발명은 전사 공정에서 전극의 전체면적에 고른 압력을 가해주어 제품의 균일성을 확보하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법은 전극슬러리를 지지체에 코팅하여 전극층을 형성하는 전극형성 단계와, 전극층을 전해질막의 양면에 각각 정렬하여 열과 압력을 가하여 전사시키는 전사 단계와, 지지체를 제거하는 단계를 포함하며, 전사 단계에서 신축성 소재의 기체압 가압판에 기체압을 가하여 전극층을 전해질막에 전사시킨다. 본 발명에 의하면, 전사 공정에서 전극의 전체면적에 고른 압력을 가해주어 제품의 균일성을 확보하므로써 품질을 향상시켜 연료전지의 성능을 높이는 효과가 있다.

Description

연료전지용 막전극접합체의 제조방법
본 발명은 연료전지용 막전극접합체의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전사 공정에서 전극의 전체면적에 고른 압력을 가해주어 제품의 균일성을 확보하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지를 말하며, 기본적으로는 보통의 화학전지와 유사하지만, 닫힌 계의 내부에서 전지반응을 하는 화학전지와 달리, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고, 반응생성물이 연속적으로 계의 외부로 제거되면서 전지반응을 하게 된다.
이러한 연료전지는 고온(500~700℃)에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 200℃정도에서 작동하는 인산 전해질형 연료전지, 100℃ 내지 상온에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지와 고분자 전해질형 연료전지 등이 있으며, 그 중 고분자 전해질형 연료전지는 다시 수소가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell : PEMFC), 액상의 메탄올을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC) 등으로 구분된다.
특히, 상기 고분자 전해질형 연료전지는 석유에너지를 대체할 수 있는 청정에너지원으로 주목받고 있으며, 무엇보다도 출력밀도와 에너지 전환효율이 높은데다 상온에서도 작동이 가능하기 때문에 전기자동차, 가정용 발전시스템, 레저용 전기기구 등의 분야에 폭넓게 사용 가능하다.
이러한 연료전지의 구성을 첨부한 도 1을 참조로 살펴보면, 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막(10)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 전극층, 즉 캐소드(12: 공기극(cathode)) 및 애노드(14: 연료극(anode))로 구성되어 있다.
또한, 상기 전극막의 바깥 부분, 즉 캐소드(12) 및 애노드(14)가 위치한 바깥 부분에는 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)(16) 및 개스킷(Gasket)(18)이 차례로 적층되고, 상기 가스확산층(16)의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(20)이 위치하며, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지 고정시키기 위한 엔드 플레이트(End plate)(30)가 결합된다.
따라서, 상기 연료전지 스택의 애노드(14)에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막(10)과 분리판(20)을 통하여 캐소드(12)극으로 이동하게 되어, 상기 캐소드(12)극에서는 애노드(14)극으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 최종 생성된 전기에너지는 상기 엔드플레이트(30)의 집전판(미도시됨)을 통하여 전기에너지를 요하는 부하로 공급된다.
막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)를 제조하기 위해서는 고분자 전해질막의 양면에 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 전극을 위치시키는 기술이 필요하다. 그 기술은 크게 CCS(Catalyst Coated Substrate) 방식과 CCM(Catalyst Coated Membrane) 방식으로 나누어진다. CCS 방식은 MPL(Micro Porous Layer)를 포함한 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)에 촉매층을 형성한 후, 고분자 전해질막(Membrane)과 핫 프레싱(Hot-pressing)을 통해 접합하는 방식이고, CCM 방식은 주로 촉매층을 고분자 전해질막(Membrane)에 바로 접합시키는 방법을 말한다.
CCM 방식은 직접 코팅(Direct Coating) 방식과, 데칼 라미네이션(Decal Lamination) 방식으로 나누어지는데, 직접 코팅(Direct Coating) 방식은 전극 슬러리를 Membrane에 직접 코팅해 전극을 형성하는 방식이고, 데칼 라미네이션(Decal Lamination) 방식은 코팅 기재 필름에 전극층을 형성한 후, 열과 압력을 가해 고분자 전해질막(Membrane)에 전사 시키는 방식이다.
직접코팅 방식은 고가의 전사필름을 사용하지 않아도 되고, 전사 공정을 제거할 수 있으므로 가격 저감 및 공정 단순화에 있어 장점이 있으나, 전해질 막이 촉매 슬러리와 접촉하거나 수분에 노출되었을 때 쉽게 변하는 특성으로 인하여 양산을 위한 공정성을 확보하기 어렵다는 단점이 있다.
데칼 라미네이션(Decal Lamination) 방식은 촉매, 이오노머 및 용매가 혼합된 전극슬러리를 테프론, 이미드 필름(Imide film) 등과 같은 이형필름의 지지체 위에 코팅하고 건조하여 전극층(애노드 및 캐소드)을 생성한 다음, 전극층을 전해질막(이온전도막)의 양면에 각각 정렬한 후 열과 압력을 가하여 전사시키는 공정을 이용하는 방법이다. 데칼 라미네이션(Decal Lamination) 방식은 일반적으로 평판형 핫 프레스(Hot Press) 또는 롤 프레스(Roll Press)를 이용하여 전극을 고분자 전해질막(Membrane)에 전사시킨다.
이와 같이 CCM 방식으로 데칼 라미네이션을 할 때, 일반적으로 평판 프레스나 롤 프레스를 이용하여 열 전사를 실시할 경우에는 전극의 전체 면적에 고른 압력을 가해주기가 어렵고 이에 따라 제품의 균일성을 확보하기가 어렵고 품질이 저하하여 연료전지의 성능이 저하한다는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
한국공개특허 제2004-0104839호(공개일: 2004.12.13.)
한국공개특허 제2007-0039360호(공개일: 2007.04.11.)
한국공개특허 제2009-0132420호(등록일: 2009.12.30.)
한국공개특허 제2013-0050154호(공개일: 2013.05.15.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전사 공정에서 전극의 전체면적에 고른 압력을 가해주어 제품의 균일성을 확보하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법은 전극슬러리를 지지체에 코팅하여 전극층을 형성하는 전극형성 단계와, 전극층을 전해질막의 양면에 각각 정렬하여 열과 압력을 가하여 전사시키는 전사 단계와, 지지체를 제거하는 단계를 포함하며, 전사 단계에서 신축성 소재의 기체압 가압판에 기체압을 가하여 전극층을 전해질막에 전사시킨다.
전사 단계에서 기체압 가압판에 기체압을 가할 때 기체가 충진된 챔버를 사용한다. 챔버에 충진되는 기체는 공기로 하는 것이 바람직하다. 기체압 가압판은 실리콘 패드 또는 실리콘 고무패드를 사용하는 것이 바람직하다.
전사 단계에서는 지지체의 상측에 기체압 가압판를 배치하고, 지지체와 기체압 가압판 사이를 진공으로 밀착시킨 후, 상측에서 기체가 충진된 챔버를 사용하여 기체압과 온도를 인가하여 가압한다.
전사 온도는 50 ~ 200 ℃로 하고 전사압력은 5~200 kgf/㎠로 하는 것이 바람직하다.
지지체는 테프론 필름, 이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리올레핀 필름, 염소 또는 불소치환 폴리올레핀 필름, 과불소화 폴리올레핀 공중합체 필름, 및 비닐계 고분자 필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.
전극슬러리는 촉매, 이오노머 또는 카본계 물질, 용매를 포함하는 슬러리를 사용한다.
전극형성 단계에서는 전극 슬러리를 지지체 상에 10~200㎛의 두께로 코팅한다. 전극형성단계는 코팅 후, 상온~150℃에서 자연건조나 진공건조나 열풍건조나 NIR 건조나 과열증기 건조를 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 막전극접합체의 제조방법에 의하면, 전사 공정에서 전극의 전체면적에 고른 압력을 가해주어 제품의 균일성을 확보하므로써 품질을 향상시켜 연료전지의 성능을 높이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 연료전지의 개략 구성도이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 4은 도 2의 전사단계에서 기체압에 의한 압착(기체압착)으로 전사하는 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 동일한 두께의 제품을 압착할 때, 종래 프레스로 압착하는 방법(도 5a)과 본 발명의 기체 압착 방법(도 5b)을 나타낸 설명도이다.
도 6a 및 도 6b는 서로 다른 두께의 제품을 압착할 때, 종래 프레스로 압착하는 방법(도 6a)과 본 발명의 기체 압착 방법(도 6b)을 나타낸 설명도이다.
도 7 및 도 8는 종래 프레스로 압착하는 방법에 따라 제조된 막전극접합체(M1)와 본 발명의 기체 압착 방법에 따라 제조된 막전극 접합체(M2)의 정전류 조건에서의 교류 임피던스를 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 막전극접합체는 인산 전해질형 연료전지(PAFC), 고분자 전해질형 연료전지로서 수소이온 교환막 연료전지(PEMFC)와 직접 메탄올 연료전지(DMFC)와 고온용 PEMFC 등 다양한 전해질형 연료전지에 적용될 수 있다.
도 2은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지용 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 공정도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 연료전지용 막전극접합체의 제조방법은 전극슬러리 준비단계(S110)와, 전극 형성단계(S120)과, 전사단계(S130)와, 지지체 제거단계(S140)를 포함한다.
전극슬러리 준비단계(S110)는 촉매, 이오노머 또는 카본계 물질, 용매를 혼합하여 전극슬러리를 준비하는 단계이다. 전극슬러리는 촉매, 이오노머 또는 카본계 물질, 용매를 포함하는 혼합물에 한정되지 않고 연료전지에서 전극층 또는 촉매층을 형성하기 위한 슬러리로 이용하는 것이면 사용가능하다.
촉매는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2종 이상의 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 백금, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 백금을 이용하는 것이다. 이때, 상기 M은 갈륨(Ga), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속인 것이 바람직하다.
이오노머는 에틸렌과 아크릴산 또는 메타크릴산의 공중합체를 금속 이온(Ca2＋, Ba2＋, Zn2＋ 등)으로 다리걸침한 폴리머로서, 프탈라지논과 페놀 기를 포함하는 단량체와 적어도 1종의 술폰화 방향족 화합물의 반응 생성물, 즉 술폰화 폴리(프탈라지논 에테르 케톤), 술폰화 폴리(프탈라지논 또는 술폰), 술폰화 방향족 중합체 화합물과, 테트라플루오르에틸렌과 플루오르비닐에테르의 공중합체 등이 사용가능하다.
카본계 물질은 탄소 분말, 카본 블랙, 카본 파이버, 플러렌, 그래핀, 카본 나노 튜브, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼, 카본 나노 링 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
용매는 물, 또는 탄소수 1 내지 5의 포화 또는 불포화 탄화수소를 주쇄로서 포함하는 알코올로부터 선택된 1 종 또는 2종이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 당업계에서 통상적으로 이용하는 것이면 어느 것이나 이용 가능하다.
전극슬러리는 분산정도와 점도는 코터를 이용한 전극층(촉매층)의 형성에 매우 중요하다. 전극슬러리의 점도는 10cps∼20,000cps로 조절되는 것이 바람직하며, 사용되는 용매의 종류에 따라 저 점도에서 코팅 특성이 우수한 물 또는 알코올 용매계 전극슬러리가 있으며, 고 점도에서 코팅 특성이 우수한 유기용매계 전극슬러리가 있다.
전극 형성단계(S120)는 전극슬러리를 지지체(110)에 코팅하여 전극층(120)을 형성하는 단계이다. 전극 형성단계(S120)에서는 전극슬러리를 지지체(110) 상에 5~200㎛의 두께로 코팅한다. 전극형성단계(S120)는 코팅 후, 상온~150℃에서 자연건조나 진공건조나 열풍건조나 NIR 건조나 과열증기 건조 등을 실시하는 단계를 포함한다.
지지체(110)는 테프론 필름, 이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리올레핀 필름, 염소 또는 불소치환 폴리올레핀 필름, 과불소화 폴리올레핀 공중합체 필름, 및 비닐계 고분자 필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한다.
전극슬러리를 지지체(기재)상에 코팅할 때는 분산된 전극슬러리를 연속적 또는 간헐적으로 코터(coater)에 이송시킨 후 지지체(기재) 상에 10 ~ 200㎛의 건조두께로 균일하게 도포하는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는, 분산된 전극슬러리를 펌프를 통해서 연속적으로 다이(die), 그라비아(gravure), 바(bar), 콤마 코터(comma coater) 등의 코터에 이송한 후, 이를 지지체(기재) 위에 균일하게 전극층(촉매층)의 Wet 두께가 5∼200㎛, 더욱 바람직하게는 10∼100㎛로 도포하고 일정한 온도로 유지된 건조로를 통과시키면서 용매를 휘발시킨다. 지지체 위에 전극슬러리를 도포 및 건조하는 방법은 상기의 방법에 한정되지 않는다.
전극 형성단계(S120)에서, 전극층(120)의 건조는 상온~150℃에서 5분에서 24시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
전극 형성단계(S120) 후에는 건조된 전극층(120) 및 지지체(110)를 필요한 크기로 컷팅하여 전사단계(S130)을 행할 수 있다(도 4 참조). 도 3의 공정도에서는 지지체(110)가 컷팅되지 않은 상태를 나타낸다.
전사 단계(S130)는 전극층(120)을 전해질막(130)의 양면에 각각 정렬하여 열과 압력을 가하여 전사시키는 단계이다. 전사 단계(S130)에서는 신축성 소재의 기체압 가압판(FP)에 기체압을 가하여 전극층(120)을 전해질막(130)에 전사시킨다. 전사 단계(S130)에서 기체압 가압판(FP)에 기체압을 가할 때에는, 전극 형성단계(S130)에서 전극슬러리를 지지체(110)에 코팅한 전극층(120)을 전해질막에 접하도록 배치하고 베이스판(BP)에 안착시킨 후, 지지체(110)의 상측에 기체압 가압판(FP)를 배치하고, 지지체(110)와 기체압 가압판(FP) 사이를 진공으로 밀착시킨 후, 상측에서 기체가 충진된 챔버(CH)를 사용하여 기체압과 온도를 인가하여 가압한다.
챔버(CH)에 충진되는 기체는 공기로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 질소 등 다양한 기체가 사용될 수 있다. 기체는 콤프레셔(CP)에서 공급되게 한다. 기체압 가압판(FP)은 실리콘 패드 또는 실리콘 고무 패드를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 신축성 있는 다양한 소재가 사용될 수 있다. 베이스판(BP)은 금속재 등 경질판으로 되어 있으며, 베이스 판(BP)에는 가열과 냉각을 해줄 수 있는 히터와 냉각라인이 구성된다.
챔버(CH)는 직사각형을 기본으로 다양한 형태로 구비될 수 있다. 챔버(CH)에는 시일링을 위한 오링(O-Ring) 부분이나 기타 시일링 방법의 부분이 부가되며, 챔버(CH)와 오링 압력 사이에는 ΔP(Delta pressure)가 유지되게 한다. 챔버(CH)의 하측에는 진공을 잡아줄 진공홀(Vacuum Hole)과 펌프가 구비된다. 진공은 지지체(110)와 기체압 가압판(FP)의 밀착성을 확보하기 위해 필요하므로 진공홀로부터 다양한 형태로의 진공라인이 필요하다.
한편, 챔버(CH)에는 기체의 가열과 냉각을 위한 히터와 냉각라인이 구비되며, 내부압력을 유지해 줄 수 있는 증압 밸브와 벤트용 솔레노이드 밸브 등 다양한 압력기기 및 압력조절기기가 구비된다.
이와 같이 전사 단계(S130)에서 신축성 소재의 기체압 가압판(FP)에 챔버(CH)를 사용하여 기체압과 온도를 인가하여 전극층(120)을 전해질막(130)에 전사시키게 되면, 전사 불량률이 감소하게 되고, 위치별 압력분포를 균일하게 하여(도 5b 참조), 제품의 품질향상(계면저항 감소, 계면 결착 특성 향상)이 가능하다. 또한, 서로 두께가 다른 전극층을 동시에 라미네이션 하는 것이 가능하게 되고(도 6b 참조), 다수의 전극층을 적층하여 전사가 가능하다.
전해질막(130)은 이온전도성 멤브레인으로서, 필름을 형성할 수 있을 정도의 기계적 강도 및 높은 전기화학적 안전성을 갖는 물질이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 이온전도성 전해질막은 탄화수소계 고분자 전해질막, 불소계 고분자 전해질막 및 이들 중 하나 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수 있다. 불소계 고분자 전해질막의 구체적인 예로서는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체가 있다. 플루오로비닐에테르 모이어티는 수소이온을 전도하는 기능을 갖는다. 상기 공중합체는 듀퐁(Dupont)사에서 나피온(Nafion)이라는 상품명으로 판매되고 있어서 상업적으로 입수가능하다.
전사 온도는 50 ~ 200 ℃로 하고 전사압력은 5~200 kgf/㎠로 하는 것이 바람직하다. 전사온도가 50℃ 미만이면 지지체(기재)상의 전극층이 전사가 제대로 이루어지지 않고, 200℃를 초과하면 전해질막 내 이오노머의 변성으로 전극층의 구조변성이 일어날 염려가 있다. 전사압력이 5kgf/㎠ 미만이면 지지체(기재)에서 전해질막으로 전사가 일어나지 않고, 200kgf/㎠을 초과하면 전극층(촉매층)이 과도하게 압착되어 전해질막에 물리적 손상 또는 전극층 내 기공 구조의 붕괴로 성능 저하의 원인이 될 수 있다.
지지체를 제거하는 단계(S140)는 전사단계 후에 지지체(110)을 제거하는 단계이다. 지지체(110)를 제거하고 필요에 따라 컷팅을 하면 막전극접합체(100)가 완성된다.
도 5a 및 도 5b는 동일한 두께의 제품을 압착할 때, 종래 프레스로 압착하는 방법(도 5a)과 본 발명의 기체 압착 방법(도 5b)을 비교하여 나타낸 설명도이이고, 도 6a 및 도 6b는 서로 다른 두께의 제품을 압착할 때, 종래 프레스로 압착하는 방법(도 6a)과 본 발명의 기체 압착 방법(도 6b)을 비교하여 나타낸 설명도이다.
도 5a와 도 5b, 도 6a와 도 6b에서 보는 바와 같이 본 발명에서 신축성 소재의 기체압 가압판에 기체압(공압 등)을 가하여 압착한 경우에는 평판 프레스나 롤 플레스를 사용한 경우에 비해, 도 5a에 도시한 바와 같이 기울어지거나 도 6a에 도시한 바와 같이 부분적으로 서로 다른 두께의 제품을 압착할 때 기울어지는 현상이 발생하지 않게 되며, 도 5b 및 도 6b에 도시한 바와 같이 전체의 압착면에 고른 면압 분포를 가지도록 가압해 줄 수 있다.
도 7 및 도 8은 종래 프레스로 압착하는 방법에 따라 제조된 막전극접합체(M1)와 본 발명의 기체 압착 방법에 따라 제조된 막전극 접합체(M2)의 정전류 조건에서의 교류 임피던스를 비교하여 나타낸 그래프이다.
임피던스 측정치는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 가속 스트레스 시험(AST, Acclerated Stress Test) 후의 결과치를 나타내며, 그래프에서 가로 x축은 임피던스 실수부(Z’)이고, 세로 y축은 임피던스 허수부(Z”)이다. 임피던스 곡선이 가로 x축과 만나는 점에서의 실수부 값이 옴 저항(ohmic resistance)으로서 고분자 전해질 막저항 및 계면 저항이 포함되어 있는 저항 성분이다. 도 7은 0.3A/㎠의 전류에서 측정된 값을 그래프화한 것이며, 도 8은 1A/㎠의 전류밀도에서 측정된 값을 그래프화한 것이다.
표시된 바와 같이 본 발명의 기체 압착방법에 따라 제조된 막전극 접합체(M2)의 옴 저항값이 종래 프레스로 압착하는 방법에 따라 제조된 막전극접합체(M1)의 옴 저항값보다 작게 나타난다는 것을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명의 기체 압착방법에 따라 제조된 막전극 접합체(M2)의 열화가 적고 저항이 감소하여 출력성능이 향상됨을 알 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (10)

  1. 전극슬러리를 지지체에 코팅하여 전극층을 형성하는 전극형성 단계와,
    상기 전극층을 전해질막의 양면에 각각 정렬하여 열과 압력을 가하여 전사시키는 전사 단계와,
    상기 지지체를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 전사 단계에서 신축성 소재의 기체압 가압판에 기체압을 가하여 전극층을 전해질막에 전사시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사 단계에서 상기 기체압 가압판에 기체압을 가할 때 기체가 충진된 챔버를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버에 충진되는 기체는 공기로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체압 가압판은 실리콘 패드 또는 실리콘 고무패드를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사단계에서는 상기 지지체의 상측에 상기 기체압 가압판를 배치하고, 상기 지지체와 상기 기체압 가압판 사이를 진공으로 밀착시킨 후, 상측에서 기체가 충진된 챔버를 사용하여 기체압과 온도를 인가하여 가압하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사단계의 전사 온도는 50 ~ 200 ℃로 하고 전사압력은 5~200 kgf/㎠로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는 테프론 필름, 이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리올레핀 필름, 염소 또는 불소치환 폴리올레핀 필름, 과불소화 폴리올레핀 공중합체 필름, 및 비닐계 고분자 필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극슬러리는 촉매, 이오노머 또는 카본계 물질, 용매를 포함하는 슬러리를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극형성 단계에서는 상기 전극 슬러리를 상기 지지체 상에 5~200㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극형성단계는 코팅 후 상온~150℃에서 자연건조나 진공건조나 열풍건조나 NIR 건조나 과열증기 건조를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막전극접합체의 제조방법.
PCT/KR2017/011069 2016-09-30 2017-09-29 연료전지용 막전극접합체의 제조방법 WO2018062972A1 (ko)

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JP2019515603A JP6895512B2 (ja) 2016-09-30 2017-09-29 燃料電池用膜電極接合体の製造方法
EP17856858.0A EP3522277B1 (en) 2016-09-30 2017-09-29 Method for manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell
CN201780059754.6A CN109792067B (zh) 2016-09-30 2017-09-29 燃料电池用膜电极组件的制备方法
US16/338,159 US11108069B2 (en) 2016-09-30 2017-09-29 Method for manufacturing membrane electrode assembly including transferring electrode layer to electrolyte membrane by gas pressure

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109768291A (zh) * 2019-01-21 2019-05-17 深圳市南科燃料电池有限公司 燃料电池膜电极的制造方法和膜电极
CN112736222A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种双极性电极制备方法
CN113488691A (zh) * 2021-06-01 2021-10-08 北京科技大学 一种改善固态锂电池正极材料与固态电解质界面的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296216A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Mitsubishi Electric Corp 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体の製造方法
JP2007134202A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池及びその製造方法
JP2010153188A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Dainippon Printing Co Ltd 膜触媒層接合体、膜電極接合体、及びこれらの製造方法
JP2011187414A (ja) * 2010-03-11 2011-09-22 Toyota Motor Corp 膜電極接合体の製造方法
KR20130061272A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 현대자동차주식회사 연료전지 막전극 접합체 제조용 연속식 서브가스켓 접합 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296216A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Mitsubishi Electric Corp 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体の製造方法
JP2007134202A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池及びその製造方法
JP2010153188A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Dainippon Printing Co Ltd 膜触媒層接合体、膜電極接合体、及びこれらの製造方法
JP2011187414A (ja) * 2010-03-11 2011-09-22 Toyota Motor Corp 膜電極接合体の製造方法
KR20130061272A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 현대자동차주식회사 연료전지 막전극 접합체 제조용 연속식 서브가스켓 접합 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3522277A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109768291A (zh) * 2019-01-21 2019-05-17 深圳市南科燃料电池有限公司 燃料电池膜电极的制造方法和膜电极
CN112736222A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种双极性电极制备方法
CN113488691A (zh) * 2021-06-01 2021-10-08 北京科技大学 一种改善固态锂电池正极材料与固态电解质界面的方法

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