KR100616678B1 - Micro fuel cell and method for manufacturing the same - Google Patents

Abstract

이동통신 단말기(휴대폰)나 노트북 등의 휴대용 전자기기에 탑재 가능한 초소형 연료 전지 및 그 제조 방법이 제공된다.Provided are a micro fuel cell that can be mounted on a portable electronic device such as a mobile communication terminal (mobile phone) or a notebook computer, and a manufacturing method thereof.

본 발명은, 반도체 공정으로 제공되면서 공기(산소)와 연료(수소)가 공급되고 다수의 관통공들이 형성된 제 1, 2 기판과, 상기 기판들상에 각각 제공된 전극과, 상기 전극들 사이에 개재된 전해질막과, 상기 기판들의 관통공에 형성된 촉매수단 및, 상기 제 1, 2 기판 중 연료가 공급되는 기판 측에, 연료에 포함된 CO를 제거토록 제공되는 CO 제거수단 또는 CO제거와 수소선택투과를 가능토록 제공되는 CO제거-수소선택투과 수단을 포함하여 구성된 초소형 연료 전지를 제공한다.The present invention provides a first and second substrates provided with a semiconductor process and supplied with air (oxygen) and fuel (hydrogen), and a plurality of through holes, electrodes provided on the substrates, and interposed between the electrodes. The electrolyte membrane, the catalyst means formed in the through-holes of the substrates, and the CO removal means or CO removal and hydrogen selection provided on the side of the substrate to which fuel is supplied to the first and second substrates to remove CO contained in the fuel. Provided is a micro fuel cell comprising a CO removal-hydrogen selective transmission means provided to enable permeation.

이와 같은 본 발명에 의하면, 수소발생 개질기와 결합하는 연료전지를 반도체 공정(MEMS)을 이용하여 초소형으로 제공하여 휴대용 전자기기의 탑재를 용이하게 하면서, 전지의 안전적인 작동이 구현되고, 특히 연료를 전지투입 전에 촉매피독의 원인인 일산화탄소(CO)를 제거하면서 고순도의 수소가 공급되어 전체적인 연료 전지의 효율성을 향상시키는 개선된 효과를 얻는다.According to the present invention, a fuel cell coupled with a hydrogen generating reformer is provided in a microminiature by using a semiconductor process (MEMS) to facilitate the mounting of portable electronic devices, and safe operation of the battery is realized, in particular fuel The high-purity hydrogen is supplied while removing carbon monoxide (CO), which causes catalyst poisoning, before the battery is introduced, thereby improving the efficiency of the overall fuel cell.

연료 전지, 초소형, 마이크로, 개질기, 백금/팔라듐 막, 멤브레인 Fuel Cell, Microminiature, Micro, Reformer, Platinum / Palladium Membrane, Membrane

Description

초소형 연료 전지 및 그 제조방법{Micro Fuel Cell and Method for Manufacturing The Same}Micro Fuel Cell and Method for Manufacturing The Same

도 1은 본 발명에 따른 초소형 연료 전지를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing a micro fuel cell according to the present invention.

도 2는 본 발명의 초소형 연료 전지를 도시한 구조도.2 is a structural diagram showing a micro fuel cell of the present invention.

도 3은 본 발명인 초소형 연료 전지에서 공기 공급측의 제 1 기판부분의 제조단계를 도시한 모식도.Figure 3 is a schematic diagram showing the manufacturing step of the first substrate portion on the air supply side in the ultra-compact fuel cell of the present invention.

도 4는 본 발명인 초소형 연료 전지에서 연료 공급측의 제 2 기판부분의 제조단계를 도시한 모식도.Figure 4 is a schematic diagram showing the manufacturing step of the second substrate portion on the fuel supply side in the ultra-compact fuel cell of the present invention.

도 5는 본 발명인 초소형 연료 전지의 CO제거-수소선택투과 수단의 Al 양극 산화 막(AAO template)을 나타낸 사진으로,5 is a photograph showing an Al anodic oxide film (AAO template) of the CO removal-hydrogen selective transmission means of the present inventors micro fuel cell,

(a)는 요부 평면 상태를 나타낸 사진(a) is a photograph showing the lumbar flat state

(b)는 나노 크기의 기공들을 나타낸 사진.(b) is a photograph showing the nano-sized pores.

도 6은 본 발명인 초소형 연료 전지의 웨이퍼상 제조상태를 도시한 개략 평면도.Fig. 6 is a schematic plan view showing a wafer-shaped manufacturing state of the present invention ultra fuel cell.

도 7은 본 발명인 초소형 연료 전지의 단자 전극부를 포함하는 상태를 도시한 구조도.7 is a structural diagram showing a state including the terminal electrode portion of the ultra-compact fuel cell of the present invention.

도 8은 본 발명인 초소형 연료 전지와 개질기의 결합상태를 도시한 구조도8 is a structural diagram showing a combined state of the present inventors ultra-compact fuel cell and the reformer

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1.... 초소형 연료 전지 10,30.... 기판1 .... Subminiature Fuel Cell 10,30 .... Substrate

12,32.... 관통공 50a,50b.... 전극12,32 .... through hole 50a, 50b ... electrode

70.... 전해질막 90.... 촉매수단70 .... electrolyte membrane 90 ... catalyst means

110.... CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단110 .... CO removal means or CO removal-hydrogen selective transmission means

112.... Al 양극 산화 막(Anodic Aluminum Oxide Template, AAO 막)112 .... Al Anodized Aluminum Oxide Template

114.... AAO 막의 내부 기공 116.... 백금 또는 백금-팔라듐 114 .... Inner pore of AAO membrane 116 .... Platinum or platinum-palladium

130.... 수소발생 개질기 132.... 연료공급구130 .... Hydrogen Reformer 132 .... Fuel Supply Port

134.... 가열수단 136.... 케이싱부재134 ... heating means 136 casing member

138.... 다공질 세라믹 140.... 백금 멤브레인138 .... Porous Ceramic 140 .... Platinum Membrane

142.... 팔라듐 멤브레인142 .... palladium membrane

본 발명은 이동통신 단말기(휴대폰)나 노트북 등의 휴대용 전자기기에 탑재 가능한 초소형 연료 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세히는 연료전지를 반도체 공정(Micro Electron-Mechanical Systems)(이하, 'MEMS'이라 함)을 이용하여 초소형으로 제공하여 휴대용 전자기기의 탑재를 용이하게 하면서, 안전적인 작동이 구현되고, 특히 촉매가 내부 나노 기공들에 형성된 Al 양극 산화 막(Anodic Aluminum Oxide Template)(이하, 'AAO 막' 이라함)에 의하여 공급되는 연료에 포함된 일산화탄소(이하, 'CO' 이라함)를 효과적으로 제거하면서 보다 고순도의 수소가 공급되어 전체적인 연료 전지의 효율성을 향상시킨 초소형 연료 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro fuel cell that can be mounted on a portable electronic device such as a mobile communication terminal (mobile phone) or a notebook, and a method of manufacturing the same. It provides a very small size by using 'to facilitate the mounting of portable electronic devices, while safe operation is implemented, in particular, an Al Anodized Aluminum Oxide Template (Anodic Aluminum Oxide Template) (hereinafter, Ultra-compact fuel cell and its manufacture which effectively removes carbon monoxide (hereinafter referred to as 'CO') contained in fuel supplied by 'AAO membrane' and improves overall fuel cell efficiency by supplying higher purity hydrogen It is about a method.

현대 에너지 고갈문제와 환경문제가 대두되면서 에너지 효율이 높고, 환경오염이 적은 연료 전지(Fuel Cell)에 대한 개발이 집중적으로 이루어지고 있는데, 이와 같은 연료 전지는 수소 등의 연료를 직접 산화시켜 전기를 발생시키기 때문에 운전과정에서 소음이 매우 낮으며 오염물이 거의 발생하지 않는 환경친화적인 이점을 제공한다.With the depletion of modern energy and environmental issues, the development of fuel cells with high energy efficiency and low environmental pollution has been intensively developed. Such fuel cells can directly oxidize fuel such as hydrogen to generate electricity. It generates an environmentally friendly advantage that the noise is very low during operation and there is little pollution.

또한, 연료 전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 점에서 차이가 있다.In addition, a fuel cell is defined as a cell (cell) having the capability of producing direct current by converting chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy. Unlike conventional cells, fuel cells continuously supply fuel and air from outside. There is a difference in producing electricity.

즉, 연료 전지의 기본 개념은 수소와 산소의 반응에 의하여 생성되는 전자의 이용인데, 예를 들어 수소는 아노드(Anode)를 통과하고 산소는 캐소드(Cathode)를 통과하고, 이때 수소는 전기 화학적으로 산소와 반응하여 물을 생성하면서 전극에 전류를 발생시킨다. In other words, the basic concept of a fuel cell is the use of electrons generated by the reaction of hydrogen and oxygen, for example, hydrogen passes through the anode and oxygen passes through the cathode, where hydrogen is electrochemically Reacts with oxygen to generate water while generating current at the electrode.

한편, 전자가 전해질(막)을 통과하면서 직류 전력이 발생하기 때문에, 부가 적으로 열이 생산되고, 직류 전류는 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 인버터에 의해 교류 전류로 바꾸어 사용되며, 연료 전지에서 발생한 열은 개질을 위한 증기를 발생시키거나 냉난방용의 열로도 사용될 수 있어 기존의 리튬 이온 전지에 비하여 열의 재활용 측면에서도 유용하다.On the other hand, since direct current is generated while electrons pass through the electrolyte (membrane), heat is additionally produced, and the direct current is used as a power source of a direct current motor or is converted into an alternating current by an inverter and generated in a fuel cell. Heat can also be used as a steam for reforming or as heat for cooling and heating, which is also useful in terms of heat recycling compared to conventional lithium ion batteries.

그리고, 연료 전지의 연료는 순수 수소나, 메탄올 등과 같은 탄화수소를 이용하여 개질이라는 과정을 통하여 발생하는 수소를 이용하는데, 이와 같은 개질에 사용되는 개질기가 본 발명의 연료전지(구체적으로는 발전 셀)과 결합하여 하나의 연료 전지 시스템으로 사용된다.In addition, the fuel of the fuel cell uses hydrogen generated through a reforming process using pure hydrogen or hydrocarbons such as methanol, and the reformer used for such reforming is a fuel cell (specifically, a power generation cell) of the present invention. Used in conjunction with one fuel cell system.

한편, 연료 전지에 공급되는 산소는 순산소일수록 연료 전지의 효율을 높이는 것을 가능하게 하지만, 실제 산소저장에 따른 여러 문제를 수반하기 때문에, 산소가 많이 포함된 공기를 직접 이용하며, 이와 같은 연료 전지의 반응은 아래와 같다.On the other hand, the oxygen supplied to the fuel cell makes it possible to increase the efficiency of the fuel cell as the pure oxygen, but it is accompanied by a number of problems associated with the actual oxygen storage, it is directly using the air containing a lot of oxygen, such a fuel cell The reaction of

아노드(Anode): H₂ --> 2H+ + 2e- ,Anode: H _2- > 2H + + 2e-,

캐소드(Cathode) : O₂ + 2H+ + 2e- --> H₂O Cathode: O ₂ + 2H + + 2e--> H ₂ O

전해질(Overall) : H₂ + O₂ --> H₂O + 전류 + 열 Overall: H ₂ + O _2- > H ₂ O + Current + Heat

이때, 전극 즉, 아노드와 캐소드사이에 개재되는 전자 이동 매개물인 전해질(막)은 하나의 전극에서 다른 전극으로 수소 이온이 이동하는 것을 가능하게 하는 역할을 하는데, 이와 같은 전해질(막)은 이온전달의 저항을 최소화하기 위하여 양 전극(아노드/캐소드)이 서로 접촉되지 않는 범위 내에서 가능한 얇게 제공되는 것 이 가장 바람직하다.At this time, the electrolyte (membrane), which is an electron transfer medium interposed between the anode and the cathode, serves to enable hydrogen ions to move from one electrode to the other electrode. It is most desirable that both electrodes (anode / cathode) be provided as thin as possible in order not to contact each other in order to minimize the resistance of the transfer.

한편, 지금까지 설명한 연료 전지는 다음의 표 1, 2에서와 같이 여러 형태로 구분될 수 있는데, 기본적으로 그 작동원리에는 큰 차이가 없고, 단지 연료의 종류, 운전 온도, 촉매와 전해질 등에서 따라서 차이가 있다.Meanwhile, the fuel cells described so far can be classified into various forms as shown in Tables 1 and 2 below. Basically, there is no significant difference in the principle of operation, but only differences in fuel type, operating temperature, catalyst and electrolyte, etc. There is.

이때, 다음의 표 1, 2 에서 기재된 여러 형태의 연료 전지들은 인산형 연료 전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)(PAFC), 알칼리형 연료 전지(Alkaline Fuel Cell )(AFC), 고분자 전해질형 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell )(PEMFC), 용융탄산염형 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell)(MCFC), 고체산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell)(SOFC) 및, 직접메탄올 연료 전지(Direct methanol Fuel Cell) (DMFC) 등으로 구분될 수 있고, 이하에서 연료 전지를 형태별로 구분 기재할 때에는 영문약자로 기재한다.At this time, the various types of fuel cells described in the following Tables 1 and 2 include phosphate acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), and polymer electrolyte fuel cells (Proton). Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), and Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) and the like, and when describing fuel cells by type in the following, they are abbreviated in English.

전해질과 촉매 및 운전 온도별 연료 전지의 구분Classification of fuel cell by electrolyte, catalyst and operating temperature 종류Kinds 전 해 질Ex harm 촉 매catalyst 운전 온도Driving temperature PAFC PAFC 인산(액체) Phosphoric Acid (Liquid) platinum on PTFE/carbon platinum on PTFE / carbon 200℃ 200 ℃ AFCAFC 수산화칼륨(액체)Potassium Hydroxide (Liquid) platinum on carbonplatinum on carbon 80℃80 ℃ PEMFCPEMFC 나피온(Nafion) Dow 폴리머 Nafion Dow Polymer platinum on carbonplatinum on carbon 85-100℃ 85-100 ℃ MCFCMCFC Lithium or potassium carbonate(액체)Lithium or potassium carbonate (liquid) 니켈 니켈 화합물Nickel nickel compounds 650℃650 ℃ SOFCSOFC Yttria-stabilized zirconia(고체) Yttria-stabilized zirconia (solid) 니켈 Zirconia cermetNickel Zirconia cermet 1000℃1000 ℃ DMFCDMFC Polymer Membrane Polymer Membrane Pt-Ru Pt/CPt-Ru Pt / C 25 - 130℃25-130 ℃

주연료별 연료 전지의 구분Classification of fuel cells by main fuel 종류 Kinds 발전온도 Power generation temperature 전해질 Electrolyte 주연료 Main fuel 기술수준 Technology level 적용대상Applicable object PEMFC DMFC    PEMFC DMFC 상온-100℃Room temperature-100 ℃ 이온(H+) 전도성 고분자 막 Ion (H +) conductive polymer membrane 수소 메탄올 Hydrogen methanol 개발 및 실증단계 Development and demonstration stage 소형전원 자동차 Small power car PAFC PAFC 150-200 ℃  150-200 ℃ 인산(H3PO4) Phosphoric Acid (H3PO4) 천연가스 메탄올 Natural Gas Methanol 상용화단계 Commercialization stage 분산전원Distributed power MCFC MCFC 600-700 ℃600-700 ℃ 용융탄산염 (Li2CO3-K2CO3) Molten Carbonate (Li2CO3-K2CO3) 천연가스 석탄가스 Natural Gas Coal Gas 개발단계 Development stage 복합발전 열병합발전 Combined Cycle Cogeneration SOFC SOFC 700-1000 ℃700-1000 ℃ 고체산화물 Yttria-stabilized zirconia Solid Oxides Yttria-stabilized zirconia 천연가스 석탄가스 Natural Gas Coal Gas 개발단계Development stage 복합발전 열병합발전Combined Cycle Cogeneration AFC AFC 상온-100 ℃ Room temperature-100 ℃ 수소 Hydrogen 사용중 in use 특수목적Special purpose

한편, 이와 같은 여러 형태의 연료 전지중 현재 이동 통신 단말기나 노트북 또는 휴대용 복합계산기(이하, '휴대용 전자기기'라 총칭한다)의 사용이 급증하면서 그 전원 공급용으로의 연료 전지에 대한 연구가 집중되고 있다.Meanwhile, among the various types of fuel cells, the use of mobile communication terminals, notebook computers, or portable multi-counters (hereinafter, collectively referred to as 'portable electronic devices') is rapidly increasing. It is becoming.

예를 들어, 지금까지 통상적으로 사용되는 리튬 이온전지와 같은 2차 전지의 성능이 초기 휴대용 전자기기에 탑재될 때에 비하여는 매우 향상되었지만, 이보다 고용량이면서 소형화가 가능한 연료 전지의 기기 탑재에 대한 연구가 집중되고 있다.For example, although the performance of secondary batteries such as lithium-ion batteries, which are commonly used, has been greatly improved compared to when they are mounted in early portable electronic devices, studies on mounting high-capacity and compact fuel cells have been conducted. It is concentrated.

한편, 앞에서 설명한 여러 형태의 연료 전지들 중 휴대용 전자기기에 탑재되는 소형(마이크로)연료 전지로서 가장 많이 연구되고 실용화에 근접한 연료 전지는 DMFC와 PEMFC(PEFC)이다.On the other hand, among the various types of fuel cells described above, as the small (micro) fuel cells mounted on portable electronic devices, the most researched and practical fuel cells are DMFC and PEMFC (PEFC).

이때, DMFC와 PEMFC는 연료로서 각각 메탄올과 수소를 사용하는 것이 다르고, 이에 따라 연료 전지의 성능이나 연료공급 시스템이 서로 다르며, 또한 서로 비교되는 장,단점을 갖고 있다.In this case, DMFC and PEMFC use methanol and hydrogen as fuels, respectively, and accordingly, the performance and fuel supply system of the fuel cell are different from each other, and have advantages and disadvantages.

그런데, DMFC의 경우 출력 밀도 면에서 PEMFC보다 현저히 낮기 때문에, 휴대용 전자기기의 전원 공급용으로 연구되고 있으나 실제 활용가치가 낮아지고 있다. However, since the DMFC is significantly lower than the PEMFC in terms of output density, it is being researched for power supply of portable electronic devices, but its actual utilization value is being lowered.

반면에, PEMFC(PEFC)는 수소를 연료로 사용하기 때문에, 메탄올 등의 연료를 수소로 개질 시키어 연료 전지(발전 셀)에 공급하는 개질기를 사용하여야 하고, 따라서 개질기 사용에 따른 전지의 크기 문제를 제외하면 출력밀도 면에서는 휴대용 전자기기의 전원 공급용으로 유리한 것으로 알려져 있다.On the other hand, since PEMFC (PEFC) uses hydrogen as a fuel, it is necessary to use a reformer for reforming fuel such as methanol to hydrogen and supplying it to a fuel cell (power cell). Except for power density, it is known to be advantageous for power supply of portable electronic devices.

또한, 노트북이나 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자기기는 기능 및 서비스 향상과 더불어 쾌적한 사용을 위한 전지의 용량(성능) 개선이 필수적인데, 이는 현재 휴대용 전자기기의 다양한 네트워크 환경에 대응하기 위해서이다. In addition, portable electronic devices such as laptops and mobile phones are required to improve functions and services, and to improve battery capacity (performance) for comfortable use, in order to cope with various network environments of current portable electronic devices.

예를 들어, 휴대용 전자기기에 사용되는 연료 전지는 자동차용이나 가정용과는 다르게 소형화가 관건이고, 소형화이면서 원하는 출력을 안정적으로 유지해야 하는 것이다.For example, fuel cells used in portable electronic devices are the key to miniaturization, unlike automotive and home use, and to maintain the desired output stably while being miniaturized.

한편, 휴대용 전자기기에 연료 전지를 탑재시키기 위하여 MEMS 공정을 통하여 Si 기판(웨이퍼)상에 연료 전지를 구현시킨 초소형 연료 전지(마이크로 연료 전지)가 알려져 있다.On the other hand, a micro fuel cell (micro fuel cell) is known in which a fuel cell is implemented on a Si substrate (wafer) through a MEMS process in order to mount a fuel cell in a portable electronic device.

예를 들어, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 미국특허 6,638,654호에서는 Si기판의 내부에 전해질 층, 전극 및, 마이크로 채널(Micro Flow Channel)들을 집적화시켜 높은 출력 밀도를 갖도록 한 박막형 연료 전지가 개시되고 있다.For example, although not shown in a separate drawing, US Pat. No. 6,638,654 discloses a thin-film fuel cell having a high output density by integrating an electrolyte layer, an electrode, and micro flow channels in a Si substrate. have.

그러나, 상기 미국특허의 박막형 연료 전지는, 각각의 전극이 위치하는 부분에 수소 채널과 산소 채널을 형성하는 구조로서, MEMS 기술을 이용하여 소형화를 이루기는 하지만, 그 제작 공정이 복잡하고 현실적으로 구현되기 어려운 것이다.However, the thin film fuel cell of the US patent has a structure in which a hydrogen channel and an oxygen channel are formed at a portion where each electrode is positioned, and although miniaturized by using MEMS technology, the manufacturing process is complicated and practical. It is difficult.

한편, 다른 종래의 마이크로 연료 전지가 미국공개특허 2004/0197613 (2004.8.7)에서 개시되고 있는데, 이 연료 전지는 MEMS 공정을 이용하여 다공질 채널을 연료 전지에 적용시킨 것이다.Meanwhile, another conventional micro fuel cell is disclosed in US Patent Application Publication No. 2004/0197613 (2004.8.7), in which a porous channel is applied to a fuel cell using a MEMS process.

즉, 다공질 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 선택적 투과 막을 형성하며, 금속 층으로서 선택적 투과막(membrane)을 분리하면서 마이크로 유로(채널)를 구비하는 유로(채널) 구조의 연료 전지이다.That is, it is a fuel cell having a flow path (channel) structure including a micro flow path (channel) while fabricating a porous silicon wafer, forming a selective transmission film, and separating the selective transmission membrane as a metal layer.

따라서, 상기 미국공개특허의 연료 전지도 MEMS 기술을 이용하여 소형화를 이루기는 하지만, 다중 채널 구조로서 전체적으로 구조가 복잡하고 다층 구조이므로 소형화에 한계가 있으며, 그 실제 구현도 쉽지 않은 문제가 있었다.Therefore, the fuel cell of the U.S. Patent Publication also has a miniaturization using MEMS technology, but as a multi-channel structure as a whole, the structure is complicated and multi-layered, there is a limit to the miniaturization, the actual implementation is not easy.

이에 따라, MEMS 공정을 이용하여 웨이퍼(기판) 상에 연료 전지를 구현하면서 특히, CO제거와 수소정제를 추가로 가능하게 한 초소형(마이크로) 연료 전지가 요구되어 왔다.Accordingly, there has been a need for a very small (micro) fuel cell in which a fuel cell is implemented on a wafer (substrate) using a MEMS process, in particular, further enabling CO removal and hydrogen purification.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 개질기와 결합하여 사용되면서 특히, MEMS 공정을 이용하여 연료 전지를 구현한 초소형의 구조를 갖춤으로써, 대량 생산이 가능하며, 안전한 작동을 이루는 것을 가능하게 하고 휴대용 전자기기에의 탑재를 용이하게 하는 초소형 연료 전지 및 그 제조방법을 제공 함에 제 1 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, while being used in combination with the reformer, in particular, by having a micro structure that implements a fuel cell using a MEMS process, mass production is possible, to achieve a safe operation It is a first object of the present invention to provide a micro fuel cell and a method of manufacturing the same, which makes it possible to facilitate mounting on a portable electronic device.

또한, 백금과 팔라듐이 내부 기공들에 코팅되는 AAO 막의 CO제거와 수소선택 투과 수단이 연료 투입구 측에 제공됨으로써, 촉매피독의 원인이 되는 CO를 보다 효과적으로 제거하는 것은 물론, 고순도의 수소가 정제 공급되어 전체적인 연료 전지의 출력 밀도를 향상시킴으로써, 초소형이면서도 연료 전지의 효율성을 향상시킨 초소형 연료 전지 및 그 제조방법을 제공함에 제 2 목적이 있다.In addition, the CO removal and hydrogen selective permeation means of the AAO membrane coated with platinum and palladium on the inner pores are provided on the fuel inlet side, thereby effectively eliminating CO, which causes catalyst poisoning, and supplying purified water with high purity hydrogen. It is a second object of the present invention to provide an ultra-small fuel cell and a method of manufacturing the same, which are improved in efficiency and efficiency of a fuel cell by improving the output density of the overall fuel cell.

마지막으로, 초소형 개질기를 구성하고 이와 결합하여 전체 연료 전지 시스템의 소형화 및 휴대용 기기의 탑재를 가능하게 하는 초소형 연료 전지 및 그 제조방법을 제공함에 제 3의 목적이 있다.Finally, a third object is to provide an ultra-compact fuel cell and a method of manufacturing the same, which are capable of miniaturizing the entire fuel cell system and mounting a portable device in combination with the ultra-small reformer.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일측면으로서 본 발명은, MEMS 공정으로 제공되면서 공기(산소)와 연료(수소)가 공급되고 다수의 관통공들이 형성된 제 1, 2 기판;As a technical aspect of the present invention, the present invention provides a MEMS process comprising: first and second substrates provided with air (oxygen) and fuel (hydrogen) and having a plurality of through holes;

상기 기판들상에 각각 제공된 전극;Electrodes provided on the substrates, respectively;

상기 전극들 사이에 개재된 전해질막;An electrolyte membrane interposed between the electrodes;

상기 기판들의 관통공에 형성된 촉매수단; 및,Catalytic means formed in the through-holes of the substrates; And,

상기 제 1, 2 기판 중 연료가 공급되는 기판 측에, 연료에 포함된 CO를 제거토록 제공되는 CO 제거수단 또는 CO제거와 수소선택투과를 가능토록 제공되는 CO제거-수소선택투과 수단;A CO removal means provided to remove CO contained in the fuel, or a CO removal-hydrogen selective transmission means provided to enable CO removal and hydrogen selective transmission to the substrate side of the first and second substrates to which fuel is supplied;

을 포함하여 구성된 초소형 연료 전지를 제공한다.It provides a micro fuel cell configured to include.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, MEMS 공정으로 제공되고 관통공들이 형성된 제 1, 2 기판을 마련하는 단계;In still another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, the method including: preparing a first and a second substrate provided in a MEMS process and having through holes formed therein;

상기 제 1, 2 기판중 연료(수소)가 공급되는 기판측에 CO제거-수소선택투과 수단의 나노 기공들이 형성된 AAO 막을 제공하는 단계;Providing an AAO film in which nanopores of CO removal-hydrogen selective transmission means are formed on a substrate side to which fuel (hydrogen) is supplied in the first and second substrates;

상기 기판상에 전극을 형성하는 단계;Forming an electrode on the substrate;

상기 기판의 관통공에 촉매수단을 형성하는 단계; Forming catalyst means in the through-holes of the substrate;

상기 AAO 막의 내부 나노 기공들의 표면에 백금과 팔라듐을 순차로 형성시키거나 기공표면에는 팔라듐을 형성시키고 AAO 막의 표면에는 백금을 형성시키어 CO제거-수소선택투과 수단을 최종적으로 제공하는 단계; 및, Finally forming platinum and palladium on the surface of the inner nano pores of the AAO membrane or palladium on the pore surface and platinum on the surface of the AAO membrane to finally provide a CO removal-hydrogen permeation means; And,

상기 제 1, 2 기판을 고분자 전해질막을 매개로 고온 접합하는 단계; High temperature bonding the first and second substrates through a polymer electrolyte membrane;

를 포함하여 구성된 초소형 연료 전지의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a micro fuel cell comprising a.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

한편, 이하에서 설명하는 본 발명의 초소형 연료 전지는 passive-DMFC(표 2 참조)에 비하여 대략 10배의 출력밀도가 높은 수소를 주 연료로 사용하는 passive-PEMFC(표 2 참조)이고, 따라서 본 발명의 연료 전지에 결합 사용되는 개질기(도 8의 130)는 메탄올 연료를 개질 시키어 수소를 공급하는 개질기이다.On the other hand, the ultra-compact fuel cell of the present invention described below is passive-PEMFC (see Table 2) using hydrogen as a main fuel having a power density of approximately 10 times higher than passive-DMFC (see Table 2). The reformer used in combination with the fuel cell of the present invention (130 in FIG. 8) is a reformer for reforming methanol fuel and supplying hydrogen.

먼저, 도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 초소형 연료 전지(1)를 사시도 및 구조도로 도시하고 있다,First and Figure 1 and Figure 2 shows a micro fuel cell 1 according to the present invention in a perspective view and a structural diagram,

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 초소형 연료 전지(1)는, 크게 공기 즉, 산소와 연료 즉, 수소가 공급되고, MEMS 공정으로 제공되면서 다수의 관통공(12)(32)이 형성된 제 1, 2 기판(10)(30)과, 상기 제 1, 2 기판(10)(30)상에 제공된 각각의 아노드 및 캐소드의 전극(50a)(50b)과, 상기 전극(50a)(50b) 사이에 배치된 전해질막(70)과, 상기 제 1, 2 기판(10)(30)의 관통공(12)(32)에 형성되는 촉매수단(90) 및, 상기 제 1,2 기판중 수소가 공급되는 어느 하나의 기판(실제로는 제 2 기판)에 제공되는 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)으로 구분된다.That is, as shown in Figure 2, the micro fuel cell 1 of the present invention is largely supplied with air, that is, oxygen and fuel, that is, hydrogen, and is provided in the MEMS process, a plurality of through holes 12, 32 Formed first and second substrates 10 and 30, electrodes 50a and 50b of respective anodes and cathodes provided on the first and second substrates 10 and 30, and the electrodes 50a. ) And the catalyst means 90 formed in the through-holes 12 and 32 of the first and second substrates 10 and 30, and the first and second electrolyte membranes 70 disposed between them. The two substrates are divided into CO removal means or CO removal-hydrogen selective transmission means 110 provided to any one of the substrates (actually the second substrate) to which hydrogen is supplied.

먼저, 본 발명의 연료 전지(1)는 전지 프레임 역할을 하는 다수의 관통공(12)(32)이 형성된 제 1,2 기판(10)(30)을 구비하고, 실질적으로 이와 같은 제 1,2 기판(10)(20)은 도 1 및 도 2를 기준으로 할 때 상부 및 하부기판에 해당한다.First, the fuel cell 1 of the present invention includes first and second substrates 10 and 30 having a plurality of through holes 12 and 32 serving as a battery frame. 2 substrates 10 and 20 correspond to upper and lower substrates based on FIGS. 1 and 2.

이때, 상기 제 1,2 기판(10)(30)은 각각 Si 재질로 된 기판으로 MEMS공정으로 제작되고, 다음에 설명하는 촉매수단(90)이 형성되는 다수의 관통공(12)(32)들이 일체로 관통 형성된다.At this time, the first and second substrates 10 and 30 are each made of a Si material and are manufactured by a MEMS process, and a plurality of through holes 12 and 32 are formed in the catalyst means 90 to be described below. Are integrally formed through.

한편, 본 발명의 제 1,2 기판(10)(30)은 기판 절개부(14)(34)를 포함하는데, 이와 같은 기판 절개부(14)(34)는 도 1 및 2 에서 도시한 바와 같이, 전류를 발생시키기 위한 연료로서 공기(산소)와 수소가 골고루 공급되도록 하는 영역을 포위하는 포위체역할을 한다.Meanwhile, the first and second substrates 10 and 30 of the present invention include substrate cutouts 14 and 34, which are shown in FIGS. 1 and 2. Likewise, it serves as an enclosure surrounding an area that allows air (oxygen) and hydrogen to be evenly supplied as fuel for generating an electric current.

그리고, 상기 기판 절개부(14)(34)의 기판 반대 측면은 평탄한 전극 형성 면으로 제공된다.The side opposite to the substrate of the substrate cutouts 14 and 34 is provided as a flat electrode forming surface.

한편, 이와 같은 상기 기판 절개부(14)(34)는 도면에서와 같이 경사면으로서 상부로 갈수록 넓어지는 형태가 되는 것이 바람직하다.On the other hand, the substrate cut-out portion 14, 34 as shown in the Figure is preferably in the form of widening toward the top as an inclined surface.

다음, 상기 제 1,2 기판(10)(30)의 기판 절개부 반대 측의 평탄면에는 각각 아노드 및 캐소드인 각각의 전극(50a)(50b)들이 형성되는데, 구체적으로는 공기가 공급되는 제 1 기판의 전극이 캐소드이고, 수소가 공급되는 제 2 기판의 전극이 애노드이다.Next, the electrodes 50a and 50b which are anode and cathode, respectively, are formed on the flat surface of the first and second substrates 10 and 30 opposite the substrate cutouts. The electrode of the first substrate is a cathode, and the electrode of the second substrate to which hydrogen is supplied is an anode.

한편, 이와 같은 본 발명의 전극은 전도성이 우수한 같은 재질 예를 들어, 백금(Pt)이나 금(Au)을 스퍼터링(sputtering) 공정으로 기판(10)(30)의 평탄면 상에 형성시킬 수 있다.On the other hand, the electrode of the present invention can be formed on the flat surface of the substrate 10, 30 by the same material having excellent conductivity, for example, platinum (Pt) or gold (Au) by the sputtering process. .

다음, 전극(50a)(50b)이 각각 형성되는 제 1,2 기판(10)(30)의 관통공(12)(32)들에 제공되는 촉매수단(90)은 백금 또는, 촉매의 반응 면적을 확대시키기 위하여 다공질 카본의 내부 기공들의 표면에 백금을 코팅하여 산화 반응에 의한 수소의 이온화를 촉진시키는 다공질 촉매로 제공될 수 있다. Next, the catalyst means 90 provided in the through holes 12 and 32 of the first and second substrates 10 and 30 on which the electrodes 50a and 50b are respectively formed is platinum or a reaction area of the catalyst. It can be provided as a porous catalyst to promote the ionization of hydrogen by the oxidation reaction by coating platinum on the surface of the internal pores of the porous carbon to enlarge the.

이때, 상기 다공질 촉매인 경우, 다공질 카본의 내부 기공들의 표면에 백금이 코팅되기 때문에, 공기와 수소가 접촉하는 촉매 반응 면적을 증대시키고, 이는 이온화의 집적도를 높이어 보다 고밀도의 출력을 가능하게 할 것이다.In this case, in the case of the porous catalyst, since platinum is coated on the surfaces of the internal pores of the porous carbon, the catalytic reaction area in contact with air and hydrogen is increased, which will increase the integration degree of ionization and enable higher density output. .

또한, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 촉매수단(90)은 제 1,2 기판(10)(30)의 관통공(12)(32)에 채워져 형성되는 것이 바람직한데, 이는 촉매수단이 가능한 공기와 수소와 접촉하는 면적이 넓을수록 수소와 산소의 환원반응을 좋게 하기 때문이고, 이를 위하여 본 발명의 촉매수단(90)은 제 1,2 기판(10)(30)의 관통공(12)(32) 내에 고르게 코팅되는 것이 바람직하다.In addition, as shown in Figures 1 and 2, the catalyst means 90 is preferably formed by filling the through holes 12, 32 of the first and second substrates 10, 30, which is a catalyst This is because the larger the area in which the means is in contact with air and hydrogen, the better the reduction reaction of hydrogen and oxygen. For this purpose, the catalytic means 90 of the present invention is a through hole of the first and second substrates 10 and 30. It is preferable to coat it evenly in (12) (32).

다음, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 기판(10)(30)의 전극(50a)(50b) 사이에는 절연재인 전해질막(70)이 제공되는데, 본 발명의 연료 전지가 앞에서 설명한 바와 같이, passive-PEMFC인 것을 감안할 때, 상기 전해질막(70)은 고체 고분자 전해질막으로 이루어지는 것이다.Next, as shown in FIGS. 1 and 2, an electrolyte membrane 70, which is an insulating material, is provided between the electrodes 50a and 50b of the substrates 10 and 30. The fuel cell of the present invention is described above. As described above, in consideration of passive-PEMFC, the electrolyte membrane 70 is formed of a solid polymer electrolyte membrane.

예를 들면, 가장 통상적으로 사용되는 듀퐁사의 나피온(Nafion Membrane)을 사용할 수 있다.For example, the most commonly used Nafion Membrane manufactured by DuPont may be used.

한편, 이와 같은 전해질막(70)은 제 1,2 기판(10)(30)을 결합시키는 매개물로서도 사용되는데, 제 1,2 기판(10)(30) 중 어느 하나의 기판 전극 상에 스프레이 방식 등으로 도포되고, 제 1,2 기판(10)(30)들이 고온에서 프레싱(Hot Pressing) 되면서 상기 전해질막(70)을 매개로 고온 부착된다.On the other hand, such an electrolyte membrane 70 is also used as a medium for bonding the first and second substrates 10 and 30, the spray method on any one of the first and second substrates 10, 30 substrate electrode And the like, and the first and second substrates 10 and 30 are hot pressed while being heated at a high temperature, and are attached at a high temperature through the electrolyte membrane 70.

한편, 이와 같은 본 발명의 MEMS 공정으로 제조되는 초소형 연료 전지(1)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 여러 개의 연료 전지(1)들이 셀 단위로 제작될 수 있고, 따라서 다량으로 초소형 연료 전지의 제조를 가능하게 한다.Meanwhile, in the micro fuel cell 1 manufactured by the MEMS process according to the present invention, as illustrated in FIG. 6, a plurality of fuel cells 1 may be fabricated on a wafer W in units of cells. This makes it possible to manufacture microfuel cells in large quantities.

다음, 도 2에서 도시한 바와 같이, 수소가 공급되는 제 2 기판(30) 측의 기판 절개부(34)에는 상기 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)이 제공된다.Next, as shown in FIG. 2, the CO cutting means or the CO removal-hydrogen selective transmission means 110 is provided in the substrate cutout 34 on the side of the second substrate 30 to which hydrogen is supplied.

즉, 앞에서 설명한 바와 같이, 휴대용 전자기기에 사용되기 위한 소형 연료 전지는 연료를 메탄올 수용액 또는 수소를 사용하는 DMFC, PEMFC가 주종을 이루는데, 메탄올 수용액을 쓸 경우(DMFC)는 별도의 개질기 없이 바로 메탄올수용액을 쓸 수 있는 장점이 있지만 출력밀도가 낮아 사용상 어려움이 많다. That is, as described above, a small fuel cell for use in a portable electronic device mainly consists of DMFC and PEMFC using methanol aqueous solution or hydrogen, and when using methanol aqueous solution (DMFC) without a separate reformer Methanol aqueous solution can be used, but the output density is low, so it is difficult to use.

따라서, 수소를 연료로 사용하는 PEMFC가 휴대용 전자기기의 전원공급용으로 주목을 받고 있지만, 특히 문제가 되는 것은 연료(수소)에 포함된 CO가 적어도 50ppm 이하로 유지되어야 하고, 이는 CO가 연료 전지의 산화 반응 촉매 예를 들어, 촉매수단(90)의 피독원인이 되기 때문이다.Therefore, although PEMFC using hydrogen as a fuel has attracted attention for power supply of portable electronic devices, it is particularly problematic that CO contained in fuel (hydrogen) must be kept at least 50 ppm or less, which means that CO is a fuel cell. This is because the oxidation reaction catalyst of, for example, causes poisoning of the catalyst means 90.

물론, 개질기(도 8의 130 참조)에서도 이와 같은 CO를 제거하여 수소를 공급하기도 하지만, 본 발명의 초소형 연료 전지(1)에서 상기 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)은 수소를 이용하는 PEMFC에서 CO의 추가적인 제거 또는 이와 함께 수소선택투과를 통한 고순도의 수소 공급을 가능하게 하기 때문에, 보다 효율성이 향상된 고 용량의 연료 전지를 구현시키는 것을 가능하게 할 것이다.Of course, the reformer (see 130 of FIG. 8) also removes such CO to supply hydrogen, but in the ultra-fuel fuel cell 1 of the present invention, the CO removal means or CO removal-hydrogen permeation means 110 is hydrogen. It will be possible to implement a high capacity fuel cell with improved efficiency, as it allows for the additional removal of CO in PEMFC using or with high purity hydrogen supply through hydrogen selective permeation.

이때, 상기 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 수소가 공급되는 제 2 기판(30)(하부기판)의 기판 절개부(34) 측에 제공되는 AAO 막(112)과 그 내부의 나노 기공(114)들의 표면에 증착되는 CO제거를 위한 백금(116) 또는, 기공(114)들의 표면에 CO 제거와 수소선택투과를 가능하게 차례로 증착되는 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)(116)으로 이루어 질수 있다.At this time, the CO removal means or CO removal-hydrogen selective transmission means 110, as shown in Figure 2, on the substrate cutout portion 34 side of the second substrate 30 (lower substrate) to which hydrogen is supplied. Platinum 116 for CO removal on the surface of the provided AAO film 112 and the nanopores 114 therein, or deposited on the surface of the pores 114 in order to allow CO removal and hydrogen selective transmission. It may be made of platinum (Pt) and palladium (Pd) 116.

한편, 상기 CO제거-수소선택투과 수단(110)은 도면에서는 별도로 도시하지 않았지만, 상기 AAO 막(112)과, 상기 AAO 막(112)의 내부 나노 기공(114)들의 표면에 증착되는 팔라듐 및, 상기 AAO 막(112)의 표면에 멤브레인형태로 증착되는 백금으로 이루어 질 수 있다.On the other hand, although the CO removal-hydrogen selective transmission means 110 is not shown separately in the drawing, palladium deposited on the surface of the AAO film 112 and the inner nano-pores 114 of the AAO film 112, It may be made of platinum deposited in the form of a membrane on the surface of the AAO film 112.

이때, 백금은 CO를 흡수 제거하는 기능을 제공하고, 상기 팔라듐은 수소의 선택적인 투과를 가능하게 하여 보다 고순도의 수소 공급을 가능하게 하는 기능을 제공하며, 이와 같은 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)의 기능은 알려져 있다.In this case, platinum provides a function of absorbing and removing CO, and the palladium provides a function of enabling selective permeation of hydrogen to enable higher purity hydrogen supply, and such platinum (Pt) and palladium (Pd) ) Function is known.

이때, 상기 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)의 상기 AAO 막(112)과 그 내부의 기공(114)들은 알루미늄을 기판상에 증착하고, 1차 양극 산화 피막 처리와 전해연마, 에칭 및, 2차 양극 산화 피막 처리를 통하여 산화된 알루미나의 내부에 나노 크기의 기공(114)들이 형성되고, 이 기공(114)들에 앞에서 설명한 CO를 제거하는 백금(Pt) 단독 또는, 백금과 수소를 정제하는 팔라듐(Pd)을 차례로 증착시키어 제공한다.At this time, the AAO film 112 and the pores 114 therein of the CO removal means or CO removal-hydrogen selective transmission means 110 deposit aluminum on a substrate, and the primary anodizing and electropolishing process. Platinum (Pt) alone or platinum to remove the CO described above in the nano-sized pores 114 are formed in the alumina oxidized through the etching and the secondary anodized film treatment. Palladium (Pd) which purifies and hydrogen is provided in order by being deposited.

따라서, 본 발명의 CO 제거수단 또는 CO제거-수소선택투과 수단(110)은 연료인 수소가 연료전지의 발전부측 즉, 전극과 전해질막측으로 공급되기 전에, 그 입구에 제공된 AAO 막(112)의 내부 기공(114)들에 증착된 백금 또는 백금과 팔라듐을 통하여 그 반응 면적의 극대화를 이루면서 촉매수단의 피독원인이 되는 CO를 확실하게 제거하거나 이에 더불어, 수소의 선택적 투과를 통한 보다 고순도의 수소가 공급되기 때문에, 초소형이면서도 연료전지의 고효율 출력을 가능하게 하는 것이다.Therefore, the CO removal means or CO removal-hydrogen selective transmission means 110 of the present invention is characterized in that the AAO membrane 112 provided at its inlet is supplied before hydrogen, which is fuel, is supplied to the power generation side of the fuel cell, that is, the electrode and the electrolyte membrane side. Platinum or platinum and palladium deposited in the inner pores 114 to maximize the reaction area while reliably remove the CO poisoning cause of the catalytic means, or in addition to the higher purity hydrogen through selective permeation of hydrogen Since it is supplied, it is possible to make a very small and high efficiency output of a fuel cell.

이때, 상기 백금과 팔라듐의 기공(114)들 또는 AAO 막(112) 증착에 대하여는 다음의 제조방법 설명부분에서 상세하게 설명한다.In this case, the deposition of the pores 114 or the AAO film 112 of platinum and palladium will be described in detail in the following description of the manufacturing method.

다음, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1,2 기판(10)(30)들이 전해질막(70)을 매개로 서로 부착되면 전극(50a)(50b)들 중 서로 반대로 돌출하는 단자전극부(50a')(50b')를 형성할 수 있는데, 이는 기판들이 부분적으로 절개되어 기판 외 부로 돌출되고, 이와 같은 단자 전극부(50a')(50b')는 외부단자와 접속되어 전류 공급을 가능하게 한다.Next, as shown in FIG. 7, when the first and second substrates 10 and 30 are attached to each other via the electrolyte membrane 70, the terminal electrode portions protruding to the opposite sides of the electrodes 50a and 50b. 50a 'and 50b', which are partially cut to protrude out of the substrate, and such terminal electrode portions 50a 'and 50b' are connected to external terminals to supply current. Let's do it.

따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 초소형 연료 전지(1)는, 연료 전극의 수소 이온은 촉매수단(90)에서 수소 이온(H+)과 전자(e^_)로 분해되고, 그 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(70)을 통과하여, 환원 전극인 공기 전극 측으로 전달되고,동시에 전자(e^_)는 외부 도선(미도시)을 통해서 공기전극으로 이동하며, 이때에 일어난 전자(e^_)의 흐름으로 인해 전류가 생성되는 것이다.Therefore, in the micro fuel cell 1 of the present invention described so far, the hydrogen ions of the fuel electrode are decomposed into hydrogen ions (H +) and electrons (e ^_ ) in the catalytic means 90, of which only hydrogen ions are selective. to pass through the polymer electrolyte membrane 70, and is transmitted to the side of the reduction electrode air electrode, at the same time, electronic (e ^_) is the electron (e ^_) move to the air electrode through an external wire (not shown), and takes place in this case The flow creates a current.

또한, 이와 같은 본 발명의 초소형 연료 전지는 종래와 같은 복잡한 다중 셀적층 및 유로 구조가 아니므로 전지의 소형화를 가능하게 하면서, 전류 밀도가 큰 고출력의 연료 전지로서 100℃ 미만의 온도에서 작동되고, 구조가 간단하며 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가지게 한다.In addition, such a micro fuel cell of the present invention is not a complicated multi-cell stack and flow path structure as in the prior art, while enabling the miniaturization of the cell, it is operated at a temperature of less than 100 ° C. as a high output fuel cell having a large current density, Simple structure, quick start-up, response and excellent durability.

다음, 도 3 및 도 4에서는 본 발명인 초소형 연료전지(1)에서 공기(산소)가 공급되는 제 1 기판부분 및 연료(수소)가 공급되는 제 2 기판부분의 제조단계를 도시하고 있다.Next, FIG. 3 and FIG. 4 show manufacturing steps of the first substrate portion to which air (oxygen) is supplied and the second substrate portion to which fuel (hydrogen) is supplied in the micro fuel cell 1 of the present invention.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, MEMS 공정을 통하여 제공된 제 1 기판(10)의 배면에 기판 절개부(14)는 포토 레지스터(Photo Register)(10a)를 코팅하고, 사진제판(Photolithography) 후, 습식, 건식 에칭을 통하여 제 1 기판(10)에 일체로 형성된다. That is, as shown in FIG. 3, the substrate cutout 14 coats a photo register 10a on the back surface of the first substrate 10 provided through the MEMS process, and then after photolithography. It is formed integrally with the first substrate 10 through the wet, dry etching.

다음, 기판에 다수의 관통공(12)들을 형성시키는데, Si 기판의 절개부 반대 측으로 평탄면 측에 포토 레지스터(Photo Register)(10b)를 코팅하고, 사진제판(Photolithography)을 하고, 습식, 건식 에칭을 통하여 다수의 관통공(12)들을 형성시킨다.Next, a plurality of through-holes 12 are formed in the substrate, and a photo register 10b is coated on the flat surface side opposite to the incision of the Si substrate, photolithography is performed, and wet or dry. A plurality of through holes 12 are formed through etching.

다음, 제 1 기판(10)의 기판 절개부 반대 측의 상기 평탄면에 전극(50a)을 형성시키는데, 이와 같은 전극(50a)은 전기 전도성이 우수한 백금 또는 금 등을 스퍼터링 공정으로 형성할 수 있다.Next, an electrode 50a is formed on the flat surface opposite to the substrate cutout of the first substrate 10. The electrode 50a may form platinum or gold having excellent electrical conductivity by a sputtering process. .

마지막으로, 도 3에서 도시한 바와 같이, 제 1 기판(10)의 관통공(12)에 촉매수단(90) 즉, 백금 또는 다공질 카본의 내부 기공들의 표면에 백금을 코팅한 다공질 촉매를 형성시킨다.Finally, as shown in FIG. 3, a porous catalyst coated with platinum is formed on the surface of the internal means of the catalyst means 90, that is, platinum or porous carbon, in the through hole 12 of the first substrate 10. .

따라서, 이 상태에서 공기가 공급되는 제 1 기판부(10)가 준비 완료된다.Therefore, the 1st board | substrate part 10 to which air is supplied in this state is ready.

다음, 도 4에서는 수소가 공급되는 제 2 기판부(30)의 제조단계를 도시하고 있는데, 포토레지스터(30a)(30b)를 이용한 기판절개부(34)와 관통공(32) 및 백금 또는 다공질 촉매일 수 있는 촉매수단(90)의 형성방법은 도 3과 동일하므로 여기서 설명은 생략한다.Next, FIG. 4 illustrates a manufacturing step of the second substrate part 30 to which hydrogen is supplied. The substrate cutting part 34 and the through hole 32 and the platinum or porous material using the photoresists 30a and 30b are illustrated. Since the method of forming the catalyst means 90, which may be a catalyst, is the same as in FIG. 3, the description is omitted here.

따라서, 본 발명의 상기 제 2 기판(30)의 기판절개부(34) 측에 제공되는 AAO 막(112)의 형성단계는, 기판 절개부(34) 측에 알루미늄(112a)을 증착하고 이를 전해 연마(electro-polishing)하며, 아인산을 이용하여 4분 동안 40V의 전압으로 1차 양극 산화 피막 처리(anodizing)한 후, 아인산과 크롬산을 통하여 에칭(식각)하고, 다시 6분 동안 40V의 전압으로 2차 양극 산화 피막 처리한다.Therefore, in the forming of the AAO film 112 provided on the substrate cutout 34 side of the second substrate 30 of the present invention, aluminum 112a is deposited on the substrate cutout 34 and electrolytically deposited. Electro-polishing, primary anodizing at 40V for 40 minutes with phosphorous acid, then etching (etching) through phosphorous and chromic acid, again at 40V for 6 minutes Secondary anodization.

따라서, 기판에 초기에 증착된 알루미늄이 산화되고 내부에 다수의 나노 기 공(114)들이 형성되는 알루미나의 AAO 막(112)이 제공된다.Thus, an AAO film 112 of alumina is provided in which aluminum initially deposited on the substrate is oxidized and a plurality of nanopores 114 are formed therein.

즉, 도 6에서 사진으로 도시한 바와 같이, 상기 AAO 막(112)의 내부에는 나노 크기의 기공(114)들이 형성되게 된다.That is, as illustrated in FIG. 6, nano-sized pores 114 are formed in the AAO film 112.

다음, 도 3과 마찬가지로 포토 레지스터(30b)를 이용하여 관통공(32)들을 형성시키고, 전극(50b)을 스퍼터링 공정으로 형성한 후, 촉매수단(90)을 코팅하고, 최종적으로 상기 AAO 막(112)의 내부 나노 기공(114)들의 표면에 백금을 알려진 전기도금(electroplating) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition,ALD)으로 증착하고, 다시 팔라듐을 같은 방법으로 2000-3000Å 정도로 증착하여 최종적으로 5000-6000 Å 정도의 멤브레인으로 형성되는 AAO막과 그 내부 기공에 증착된 백금+팔라듐(116)의 CO제거-수소선택투과 수단(110)을 수소 공급 측의 기판 절개부의 내측에 일체로 제공되면서, CO제거는 물론, 수소 정제를 가능하게 하는 것이다.Next, through holes 32 are formed using the photoresist 30b and the electrode 50b is formed by the sputtering process, as shown in FIG. 3, and then the catalyst means 90 is coated, and finally, the AAO film ( Platinum is deposited on the surface of the inner nanopores 114 of 112 by known electroplating or atomic layer deposition (ALD), and then palladium is deposited in the same manner to about 2000-3000Å and finally 5000. While the AAO film formed of the membrane of about -6000 kPa and the CO removal-hydrogen selective transmission means 110 of the platinum + palladium 116 deposited in the inner pores thereof are integrally provided inside the substrate cutout on the hydrogen supply side, CO removal is, of course, to enable hydrogen purification.

이때, 상기 CO제거-수소선택투과 수단(110)의 AAO 막(112)의 내부 기공들을 나노크기로 초미세 기공들이기 때문에, 백금과 팔라듐을 차례로 증착시키어도 실제로 상기 AAO 막의 내부 나노 기공(114)들의 표면에는 증착된 백금과 팔라듐이 혼재되는 형태이므로 이를 통과하는 연료중의 CO를 흡수 제거하면서 수소 선택투과를 통한 고순도의 수소 공급을 가능하게 한다.At this time, since the internal pores of the AAO film 112 of the CO removal-hydrogen selective transmission means 110 are nano-fine pores in nano size, even if the platinum and palladium are deposited in sequence, the internal nano pores 114 of the AAO film are actually used. Since the deposited platinum and palladium are mixed on the surface of the field, it is possible to supply high purity hydrogen through hydrogen selective permeation while absorbing and removing CO in the fuel passing therethrough.

한편, 도면에서는 별도로 도시하지 않았지만, 상기 CO제거-수소선택투과 수단(110)에서 AAO 막(112)의 내부 나노 기공(114)들의 표면에는 수소선택 투과기능을 갖는 팔라듐을 상기와 같은 방법으로 증착하고, 상기 AAO 막(112)의 표면에 CO를 제거하는 2000-3000Å 두께의 백금막(멤브레인)을 증착시키어 다른 형태의 CO제 거-수소선택투과 수단(110)을 제공할 수 있다.On the other hand, although not shown separately, in the CO removal-hydrogen selective transmission means 110, palladium having a hydrogen selective transmission function is deposited on the surface of the inner nano pores 114 of the AAO membrane 112 in the same manner as described above. In addition, a 2000-3000 mm thick platinum film (membrane) for depositing CO may be deposited on the surface of the AAO film 112 to provide a CO removal-hydrogen selective transmission means 110 of another type.

그리고, 상기 AAO 막(112)의 내부 나노 기공(114)들에 백금만을 증착시키어 CO만을 제거하는 CO 제거수단(110)으로 제공하는 것도 가능하다.In addition, by depositing only platinum on the inner nanopores 114 of the AAO film 112, it may be provided as a CO removal means 110 for removing only CO.

다음, 도 2와 같이, 절연수단인 고체 고분자 전해질로 주로 사용되는 나피온(Nafion Membrane)(70)을 제 1,2 가판상의 전극(50a)(50b) 사이에서 매개로 하여 상기 제 1,2 기판(10)(30)이 고온 접합(hot pressing)되면 최종적인 도 2와 같은 본 발명의 초소형 연료 전지(1)가 제조된다.Next, as shown in FIG. 2, the first and second mediators are formed through a Nafion Membrane 70, which is mainly used as a solid polymer electrolyte as an insulating means, between the first and second substrates 50a and 50b. When the substrates 10 and 30 are hot pressed, the micro fuel cell 1 of the present invention as shown in FIG. 2 is finally manufactured.

한편, 이와 같은 본 발명의 연료 전지(1)는 도 8에서 도시한 바와 같이, 수소를 개질 공급하는 개질기(130)와 결합 사용될 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 8, the fuel cell 1 of the present invention may be used in combination with a reformer 130 for reforming and supplying hydrogen.

즉, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지(1)는 passive-PEMFC로서 수소를 연료로 전류를 발생시키므로, 상기 제 2 기판(30)의 기판 절개부인 연료 투입구 측에 수소를 공급하는 개질기(130)가 제 2 기판(30)과 결합 사용될 수 있다.That is, as shown in FIG. 8, the fuel cell 1 of the present invention generates hydrogen using a passive-PEMFC as a fuel, and supplies hydrogen to the fuel inlet side, which is a substrate cutout of the second substrate 30. The reformer 130 may be used in combination with the second substrate 30.

이때, 본 발명의 연료 전지에서 결합 사용되는 개질기(130)는 초소형 개질기로 구현된 것인데, 이는 다공질 세라믹을 이용하여 개질부를 구성하기 때문에 가능한 것이다.In this case, the reformer 130 used in the fuel cell of the present invention is implemented as a micro reformer, which is possible because the reformer is formed using a porous ceramic.

예를 들어, 본 발명의 초소형 개질기(130)는, 연료공급구(132)와 연료 가열수단(134) 즉, 가열코일을 구비하는 케이싱부재(136)와, 상기 케이싱부재(10)에 내장되고 내부에 형성된 기공(138a)들의 표면에 수소 개질 촉매(138b)가 코팅되는 다공질 세라믹(138)과, 상기 다공질 세라믹(138)의 상부에 순차로 적층되어 CO를 제 거하고 고순도의 수소를 배출하는 CO제거 백금 멤브레인(140)과 수소선택투과 팔라듐 멤브레인(142)을 포함한다.For example, the micro reformer 130 of the present invention includes a casing member 136 having a fuel supply port 132 and a fuel heating means 134, that is, a heating coil, and a casing member 10. The porous ceramic 138 coated with the hydrogen reforming catalyst 138b on the surfaces of the pores 138a formed therein, and sequentially stacked on the porous ceramic 138 to remove CO and discharge hydrogen of high purity. A CO removal platinum membrane 140 and a hydrogen selective permeation palladium membrane 142.

따라서, 세라믹으로 된 케이싱부재(136)의 내부에 공급되는 메탄올은 가열수단(134)으로 가열되고 증발된 메탄올 기체는 다공질 세라믹(138)의 내부 기공(138a)들의 표면에 코팅된 수소개질 촉매(138b) 예를 들어, 구리(Cu)와 산화아연(ZnO) 또는 이들과 촉매기능을 유지시키고 열적 특성을 안정화시키도록 추가로 첨가된 알루미나(Al₂O₃)의 혼합촉매를 통과하면서 수소로 개질 된다.Therefore, the methanol supplied into the casing member 136 made of ceramic is heated by the heating means 134 and the vaporized methanol gas is coated with a hydrophobic catalyst coated on the surface of the inner pores 138a of the porous ceramic 138. 138b) For example, reformed with hydrogen while passing through a mixed catalyst of copper (Cu) and zinc oxide (ZnO) or additionally added alumina (Al ₂ O ₃ ) to maintain catalytic function and stabilize thermal properties do.

다음, 상기 백금 멤브레인(140)을 통과하면서 연료 전지의 촉매수단(90)의 피독에 영향을 미치는 CO가 제거되고, 최종적으로 수소선택투과막인 팔라듐 멤브레인(142)을 통과하여 보다 정제된 수소가 연료 전지(1)의 제 2 기판(30) 측으로 공급된다.Next, CO which affects the poisoning of the catalyst means 90 of the fuel cell is removed while passing through the platinum membrane 140, and finally, purified hydrogen is passed through the palladium membrane 142 which is a hydrogen selective permeable membrane. The fuel cell 1 is supplied to the second substrate 30 side.

결국, 이와 같은 본 발명의 개질기(130)를 사용하면 1차로 CO제거와 고순도의 수소가 연료 전지(1)의 제 2 기판(30) 절개부(34) 측에 공급되고, 연료 전지의 CO제거-수소선택투과 수단(110)의 백금과 팔라듐(116)을 통과하면서 CO가 2차로 다시 제거되면서 정제된 수소가 연료 전지의 기판 관통공(34)에 제공된 촉매수단(90)에 공급되고, 여기서 수소의 이온화가 활성화되고, 촉매수단의 피독현상이 발생하지 않게 된다.As a result, when the reformer 130 of the present invention is used, CO removal and high purity hydrogen are first supplied to the cutout portion 34 of the second substrate 30 of the fuel cell 1, and CO removal of the fuel cell is performed. Purified hydrogen is supplied to the catalytic means 90 provided in the substrate through hole 34 of the fuel cell as the CO is removed again through the platinum and palladium 116 of the hydrogen selective permeation means 110, where Ionization of hydrogen is activated, and poisoning of the catalytic means does not occur.

이때, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 다공질 세라믹(138)의 내부 기공(138a)들의 표면에 코팅되는 촉매(138b)는 다시 연료를 수소로 개질 시키는 구리 (Cu)와 산화아연(ZnO) 및 알루미나(Al₂O₃)의 혼합촉매(138b1) 및, CO를 제거하는 백금(Pt)과 알루미나(Al₂O₃)의 CO제거 혼합촉매(138b2)로 구분되어 하나의 다공질 세라믹(138)의 내부 기공(138a)들의 표면에 높이차를 가지고 형성되면, 추가로 CO가 제거된다.At this time, as shown in FIG. 8, the catalyst 138b coated on the surfaces of the internal pores 138a of the porous ceramic 138 is copper (Cu), zinc oxide (ZnO), which reforms fuel into hydrogen, and the mixed catalyst (138b1), and platinum (Pt) and alumina (Al ₂ O ₃₎ of porous ceramics (138) of one and separated by a CO removal catalyst mixture (138b2) for removing the CO of alumina (Al ₂ O ₃₎ Once formed with a height difference on the surface of the inner pores 138a, CO is further removed.

따라서, 본 발명의 초소형 개질기(130)와 결합한 연료 전지(1)는, 그 출력 밀도도 높고, 전체 발전 가동(start-up) 시간이 짧아지며, 소형화가 가능하여 휴대용 전자기기의 전원공급용으로 사용이 적합하며, CO 제거가 우수한 것이다.Accordingly, the fuel cell 1 combined with the micro reformer 130 of the present invention has a high output density, shorter start-up time for power generation, and miniaturization, so as to supply power for portable electronic devices. It is suitable for use and has good CO removal.

이와 같은 본 발명인 초소형 연료 전지 및 그 제조방법에 의하면, 연료 전지 효율에 영향을 주는 촉매의 피독원인인 CO를 효과적으로 제거할 수 있다.According to such a micro fuel cell of the present invention and a method of manufacturing the same, CO which is the poisoning cause of the catalyst affecting the fuel cell efficiency can be effectively removed.

또한, 수소선택 투과수단에 의하여 연료 전지의 발전부측에 공급되는 연료(수소)가 보다 선택적으로 정제된다.Further, the fuel (hydrogen) supplied to the power generating portion side of the fuel cell by the hydrogen selective permeation means is more selectively purified.

그리고, 기공을 구비하는 다공질 촉매와 나노 기공을 포함하는 AAO 막을 통하여 수소가 통과함으로써, 촉매 반응 표면 적의 확대로 수소정제와 CO 제거가 원활하고 수소 이온화의 고출력을 가능하게 한다.Then, hydrogen passes through the porous catalyst having pores and the AAO membrane containing nanopores, thereby facilitating hydrogen purification and CO removal by expanding the catalytic reaction surface area, and enabling high output of hydrogen ionization.

마지막으로, 실리콘 웨이퍼 상에 AAO 막 사용과 동시에 집적형의 연료 전지를 제공하면서, 이에 결합하는 초소형 개질기로 인하여, 휴대용 전자기기에 탑재가 용이한 고성능 초소형의 연료전지를 제공하는 등의 여러 우수한 효과들을 제공하는 것이다.Finally, with the use of AAO membranes on silicon wafers, an integrated fuel cell is provided and combined with the micro reformer coupled thereto, thereby providing various high-performance micro fuel cells that can be easily mounted on portable electronic devices. To provide them.

상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만, 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다. While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, those skilled in the art can variously modify the invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And that it can be changed. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications and variations are included within the scope of the present invention.

Claims (17)

MEMS 공정으로 제공되면서 공기(산소)와 연료(수소)가 공급되고 다수의 관통공들이 형성된 제 1, 2 기판;First and second substrates provided with a MEMS process and supplied with air (oxygen) and fuel (hydrogen) and having a plurality of through holes; 상기 기판들상에 각각 제공된 전극;Electrodes provided on the substrates, respectively; 상기 전극들 사이에 개재된 전해질막;An electrolyte membrane interposed between the electrodes; 상기 기판들의 관통공에 형성된 촉매수단; 및,Catalytic means formed in the through-holes of the substrates; And, 상기 제 1, 2 기판 중 연료가 공급되는 기판 측에, 연료에 포함된 CO를 제거토록 제공되는 CO 제거수단 또는 CO제거와 수소선택투과를 가능토록 제공되는 CO제거-수소선택투과 수단;A CO removal means provided to remove CO contained in the fuel, or a CO removal-hydrogen selective transmission means provided to enable CO removal and hydrogen selective transmission to the substrate side of the first and second substrates to which fuel is supplied; 을 포함하여 구성된 초소형 연료 전지.Micro fuel cell configured to include. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1, 2 기판은 각각 공기(산소)와 연료(수소)가 공급되는 실리콘 기판으로 구성되고, 공기와 연료의 균일한 공급을 가능토록 하는 기판 절개부가 추가로 구비되며, 상기 기판들에 제공되는 전극은 백금 또는 금인 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.The first and second substrates each include a silicon substrate to which air (oxygen) and fuel (hydrogen) are supplied, and further include a substrate cutout to enable uniform supply of air and fuel, and to provide the substrates. The electrode is a tiny fuel cell, characterized in that the platinum or gold. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전극은 기판들을 벗어나 외부로 돌출되어 외부단자로 제공되는 단자 전 극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.And the electrode includes a terminal electrode portion protruding out of the substrate to be provided as an external terminal. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전해질막은 고분자 전해질의 나피온(Nafion)을 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.The electrolyte membrane is a very small fuel cell, characterized in that using the Nafion (Nafion) of the polymer electrolyte. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기판의 관통공에 형성되는 촉매수단은, 백금촉매 또는 다공질 카본(porous Carbon)의 내부 기공들의 표면에 백금이 코팅된 다공질 촉매로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.The catalyst means formed in the through-holes of the substrate, the ultra-compact fuel cell, characterized in that consisting of a porous catalyst coated with platinum on the surface of the internal pores of the platinum catalyst or porous carbon. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 CO 제거수단은, 연료가 공급되는 기판의 절개부 측에 제공되고 내부에 나노 기공들이 형성된 AAO 막; 및,The CO removal means may include: an AAO membrane provided on the cutout side of the substrate to which fuel is supplied and in which nano pores are formed; And, 상기 AAO 막의 기공들의 표면에 형성되어 연료에 포함된 CO를 제거하는 백금(Pt); Platinum (Pt) formed on the surface of the pores of the AAO film to remove CO contained in the fuel; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지. Micro fuel cell, characterized in that consisting of. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 CO제거-수소선택투과 수단은, 연료(수소)가 공급되는 기판의 절개부 측 에 제공되고 내부에 나노 기공들이 형성된 AAO 막; 및,The CO removal-hydrogen selective transmission means comprises: an AAO film provided on the incision side of the substrate to which fuel (hydrogen) is supplied and in which nano pores are formed; And, 상기 AAO 막의 기공들의 표면에 순차로 형성되거나, 또는 상기 AAO 막의 표면과 내부 기공들의 표면에 각각 형성되어 CO 제거와 수소의 선택투과를 가능하게 하는 백금(Pt)과 팔라듐(Pd); Platinum (Pt) and palladium (Pd), which are sequentially formed on the surfaces of the pores of the AAO membrane, or are formed on the surfaces of the AAO membrane and the surfaces of the internal pores, respectively, to enable CO removal and selective permeation of hydrogen; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지. Micro fuel cell, characterized in that consisting of. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 연료 공급측 기판과 결합되고, 연료공급구와 연료 가열수단을 구비하는 케이싱부재; A casing member coupled to the fuel supply side substrate, the casing member having a fuel supply port and fuel heating means; 상기 케이싱부재에 내장되고 내부에 형성된 기공들의 표면에 촉매가 코팅되는 다공질 세라믹;Porous ceramic embedded in the casing member and the catalyst is coated on the surface of the pores formed therein; 상기 다공질 세라믹의 상부에 순차로 적층되어 CO를 제거하고 고순도의 수소를 배출하는 백금 멤브레인과 팔라듐 멤브레인;A platinum membrane and a palladium membrane which are sequentially stacked on top of the porous ceramic to remove CO and discharge high purity hydrogen; 을 포함하는 개질기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.Micro fuel cell further comprises a reformer comprising a. 제 8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 다공질 세라믹의 내부 기공들의 표면에 코팅되는 촉매는, 연료 기체를 수소로 개질시키는 구리(Cu)와 산화아연(ZnO)의 혼합촉매로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.The catalyst coated on the surface of the internal pores of the porous ceramic is a micro fuel cell, characterized in that composed of a mixed catalyst of copper (Cu) and zinc oxide (ZnO) to reform the fuel gas with hydrogen. 제 8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 다공질 세라믹의 내부 기공들의 표면에 코팅되는 촉매는, 다공질 세라믹의 일부분에 코팅되는 구리(Cu)와 산화아연(ZnO)의 수소개질 혼합촉매; 및, The catalyst coated on the surface of the internal pores of the porous ceramic, the hydrophobic mixed catalyst of copper (Cu) and zinc oxide (ZnO) coated on a portion of the porous ceramic; And, 다공질 세라믹의 나머지 부분에 코팅되는 CO제거용 백금(Pt)촉매;A CO removal platinum (Pt) catalyst coated on the remaining portion of the porous ceramic; 로 구성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지Micro fuel cell, characterized in that consisting of 제 9항 또는 제 10항에 있어서, The method according to claim 9 or 10, 상기 구리와 산화아연의 혼합촉매 또는 백금촉매에는 알루미나(Al₂O₃)가 추가로 혼합된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지.The micro fuel cell, characterized in that alumina (Al ₂ O ₃ ) is further mixed in the mixed catalyst or platinum catalyst of the copper and zinc oxide. MEMS 공정으로 제공되고 관통공들이 형성된 제 1, 2 기판을 마련하는 단계;Preparing first and second substrates provided in a MEMS process and having through holes formed therein; 상기 제 1, 2 기판중 연료(수소)가 공급되는 기판측에 CO제거-수소선택투과 수단의 나노 기공들이 형성된 AAO 막을 제공하는 단계;Providing an AAO film in which nanopores of CO removal-hydrogen selective transmission means are formed on a substrate side to which fuel (hydrogen) is supplied in the first and second substrates; 상기 기판상에 전극을 형성하는 단계;Forming an electrode on the substrate; 상기 기판의 관통공에 촉매수단을 형성하는 단계; Forming catalyst means in the through-holes of the substrate; 상기 AAO 막의 내부 나노 기공들의 표면에 백금과 팔라듐을 순차로 형성시키거나 기공표면에는 팔라듐을 형성시키고 AAO 막의 표면에는 백금을 형성시키어 CO제거-수소선택투과 수단을 최종적으로 제공하는 단계; 및, Finally forming platinum and palladium on the surface of the inner nano pores of the AAO membrane or palladium on the pore surface and platinum on the surface of the AAO membrane to finally provide a CO removal-hydrogen permeation means; And, 상기 제 1, 2 기판을 고분자 전해질막을 매개로 고온 접합하는 단계; High temperature bonding the first and second substrates through a polymer electrolyte membrane; 를 포함하여 구성된 초소형 연료 전지의 제조방법.Micro fuel cell manufacturing method comprising a. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 1, 2 기판의 관통공들은 사진제판(Photoli thography)과 습,건식 에칭을 통하여 상기 기판들에 일체로 관통 형성되고, 상기 제 1, 2 기판에는 각각 공급되는 공기 및 연료를 고르게 분포토록 하는 기판 절개부가 습식 식각 처리되어 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지의 제조방법.Through-holes of the first and second substrates are integrally formed through the substrates through photolithography and wet and dry etching, and evenly distribute air and fuel supplied to the first and second substrates, respectively. Substrate cut portion is a wet etching process, wherein the manufacturing method of the ultra-small fuel cell, characterized in that further formed. 제 12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 AAO 막 제공단계는, 연료가 공급되는 제 2 기판의 절개부 측에 알루미늄을 증착하고 이를 전해 연마하며, 1차 양극 산화 피막 처리와 에칭 및 2차 양극 산화 피막 처리를 통하여 내부에 나노 기공들이 형성되는 AAO 막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지의 제조방법.In the AAO film providing step, aluminum pores are deposited on the incision side of the fuel-supplied second substrate and electropolished, and nanopores are formed through the primary anodization, etching, and the secondary anodization. A method of manufacturing a micro fuel cell, comprising forming an AAO film to be formed. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 12 to 14, 연료가 공급되는 제 2 기판에 절개부가 먼저 형성되고, 그 절개부 내측에 상기 AAO막이 형성된 후 기판의 절개부 반대 측에 촉매수단이 형성되는 관통공이 형성되고, 공기가 공급되는 제 1 기판은 절개부와 관통공이 순차로 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지의 제조방법.A cutout is first formed on a second substrate to which fuel is supplied, a through hole is formed in which the catalyst means is formed on the side opposite to the cutout of the substrate, and the AAO film is formed inside the cutout. A method of manufacturing a micro fuel cell, characterized in that the portion and the through hole are sequentially formed. 제 12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 기판의 관통공에 형성되는 촉매수단은, 백금 또는 다공질 카본(porous Carbon)의 내부 기공들의 표면에 백금이 코팅된 다공질 촉매로 제공되고, 상기 고분자 전해질막은 나피온(Nafion)을 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지의 제조방법.The catalyst means formed in the through-holes of the substrate is provided as a porous catalyst coated with platinum on the surface of the internal pores of platinum or porous carbon, and the polymer electrolyte membrane uses Nafion. A method of manufacturing a micro fuel cell which is used. 제 12항에 있어서, 상기 CO제거-수소선택투과 수단의 최종 제공단계에서 백금과 팔라듐은 전기도금(electroplating) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)을 통하여 상기 AAO 막의 내부 나노 기공들의 표면에 순차로 형성되거나 또는 AAO 막의 표면과 AAO 막의 내부 기공들의 표면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 연료 전지의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein in the final provision of the CO removal-hydrogen selective transmission means platinum and palladium are sequentially deposited on the surface of the internal nanopores of the AAO film via electroplating or atomic layer deposition. Or formed on the surface of the AAO membrane and the surfaces of the internal pores of the AAO membrane, respectively.

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