KR100969162B1 - Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell - Google Patents

Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR100969162B1
KR100969162B1 KR1020060121733A KR20060121733A KR100969162B1 KR 100969162 B1 KR100969162 B1 KR 100969162B1 KR 1020060121733 A KR1020060121733 A KR 1020060121733A KR 20060121733 A KR20060121733 A KR 20060121733A KR 100969162 B1 KR100969162 B1 KR 100969162B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
membrane
electrode assembly
layer
carbon
Prior art date
Application number
KR1020060121733A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080050873A (en
Inventor
김준엽
유황찬
오유진
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020060121733A priority Critical patent/KR100969162B1/en
Publication of KR20080050873A publication Critical patent/KR20080050873A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100969162B1 publication Critical patent/KR100969162B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/861—Porous electrodes with a gradient in the porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/8668—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1053—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends consisting of layers of polymers with at least one layer being ionically conductive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은 연료전지용 막-전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체는 이온전도막; 및 상기 이온전도막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하고, 상기 이온전도막은 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하여 형성되는 소수층 및 상기 소수층을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 고분자 전해질막들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체에 따르면, 고분자전해질막 내에 물의 이동을 차단시키는 소수층을 두어 연료가 물과 함께 전해질막을 통과할 수 없게 함으로써 크로스오버 현상을 방지하거나 감소시켜 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a fuel cell membrane-electrode assembly and a fuel cell. The membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention includes an ion conductive membrane; And an anode electrode and a cathode electrode disposed to face each other with the ion conductive film interposed therebetween, wherein the anode electrode and the cathode electrode include a gas diffusion layer and a catalyst layer, and the ion conductive film includes a hydrophobic binder and an ion conductive monomer. And a polymer electrolyte membrane positioned opposite to each other with the hydrophobic layer formed therebetween and the hydrophobic layer interposed therebetween. According to the membrane-electrode assembly for fuel cell of the present invention, by placing a hydrophobic layer to block the movement of water in the polymer electrolyte membrane to prevent the fuel from passing through the electrolyte membrane with water to prevent or reduce the crossover phenomenon to improve the performance of the fuel cell You can.

연료전지, 막-전극 접합체, 전해질막, 기체확산층, 촉매층, 이온전도막, 소수층 Fuel cell, membrane-electrode assembly, electrolyte membrane, gas diffusion layer, catalyst layer, ion conductive membrane, hydrophobic layer

Description

연료전지용 막-전극 접합체 및 연료전지{Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell}Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the principle of electricity generation of the fuel cell.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing a fuel cell membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 3 is a view schematically showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 연료전지의 막-전극 접합체 및 연료전지에 관한 것으로, 액상 연료를 사용하는 연료전지에서 연료가 물과 함께 전해질막을 통과해 캐소드 전극으로 넘어가는 크로스오버 현상을 방지하거나 감소시켜 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지의 막-전극 접합체 및 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a membrane-electrode assembly and a fuel cell of a fuel cell, wherein in a fuel cell using a liquid fuel, a fuel cell is prevented or reduced by passing the electrolyte membrane along with water to the cathode electrode. The present invention relates to a fuel cell membrane-electrode assembly and a fuel cell capable of improving performance.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다. Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of the alternative energy sources, the fuel cell is particularly attracting attention due to its advantages such as high efficiency, no pollutants such as NO x and SO x , and abundant fuel used.

연료전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts chemical reaction energy of a fuel and an oxidant into electrical energy. Hydrogen, a hydrocarbon such as methanol, butane, and the like are typically used as an oxidant.

연료전지에 있어서, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위는 막-전극 접합체(MEA)로서, 이는 전해질막과 전해질막 양면에 형성되는 애노드 및 캐소드 전극으로 구성된다. 연료전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1 및 반응식 1(수소를 연료로 사용한 경우의 연료전지의 반응식)을 참조하면, 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드 전극으로 이동하며, 캐소드 전극에서는 산소(산화제)와 전해질막을 통해 전달된 수소 이온과 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다. In a fuel cell, the most basic unit for generating electricity is a membrane-electrode assembly (MEA), which consists of an electrolyte membrane and anode and cathode electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane. Referring to FIG. 1 and Reaction Formula 1 (Reaction formula of a fuel cell when hydrogen is used as a fuel) showing the electricity generation principle of a fuel cell, an oxidation reaction of a fuel occurs at an anode electrode, and hydrogen ions and electrons are generated. The electrolyte moves through the electrolyte membrane to the cathode electrode, where water is generated by reaction between oxygen (oxidant) and hydrogen ions transferred through the electrolyte membrane and electrons. This reaction causes the movement of electrons in the external circuit.

애노드 전극: H2 → 2H++2e- The anode: H 2 → 2H + + 2e -

캐소드 전극: 1/2O2+2H++2e- → H2O Cathode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O

전체 반응식: H2+1/2O2 → H2OTotal Reaction Formula: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O

연료전지에는 고분자전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC) 등이 있다. 그 중에서 고분자전해질형 연료전지는 에너지 밀도가 크고 출력이 높은 장점이 있으나, 메탄이나 메탄올 같은 연료를 개질하기 위한 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다. 이에 반해, 직접메탄올형 연료전지는 반응속도가 느려서 고분자전해질형 연료전지에 비해 에너지 밀도가 낮고, 출력이 낮으며, 많은 양의 촉매를 사용하여야 한다는 단점이 있으나, 별도의 개질 장치가 필요 없으며, 액체 상태인 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮은 장점이 있다. 따라서, 최근에는 메탄올을 포함한 액상 연료를 사용하는 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Fuel cells include polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), solid oxide fuels Batteries (SOFC) and the like. Among them, the polymer electrolyte fuel cell has advantages of high energy density and high output, but has a problem of requiring additional equipment such as a reforming device for reforming fuel such as methane or methanol. On the contrary, the direct methanol fuel cell has a disadvantage of lower energy density, lower power, and a larger amount of catalyst than the polymer electrolyte fuel cell due to the slow reaction rate, but does not require a separate reforming device. The liquid fuel is easy to handle and has an advantage of low operating temperature. Therefore, recently, researches on fuel cells using liquid fuels including methanol have been actively conducted.

그러나, 이처럼 액상 연료를 사용하는 연료전지에서는 연료가 물과 함께 전해질막을 통과하여 캐소드 전극으로 넘어가는 이른바 크로스오버(crossover)가 발생하여 연료의 이용률 저하 및 전압강하의 원인이 된다. 따라서, 액상 연료를 사용하는 연료전지에 있어서는 연료의 크로스오버를 방지하거나 감소시키는 것이 연료전지의 성능을 높이는 가장 중요한 요소 중의 하나로 인식되고 있다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하려는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 이러 한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다However, in the fuel cell using the liquid fuel, so-called crossover occurs when the fuel passes through the electrolyte membrane together with water to the cathode electrode, which causes a decrease in the utilization rate of the fuel and a voltage drop. Therefore, in a fuel cell using liquid fuel, preventing or reducing fuel crossover is recognized as one of the most important factors for improving fuel cell performance. Therefore, efforts to solve such problems have been made steadily in the related field, and the present invention has been devised under such technical background.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액상 연료를 사용하는 연료전지에서 연료가 물과 함께 전해질막을 통과해 캐소드 전극으로 넘어가는 크로스오버 현상을 방지하거나 감소시켜 연료전지의 성능을 향상시키고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 연료전지의 막-전극 접합체 및 연료전지를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the technical problem to be achieved in the present invention is a crossover phenomenon in which fuel passes through an electrolyte membrane together with water to a cathode electrode in a fuel cell using liquid fuel. The purpose of the present invention is to provide a fuel cell membrane-electrode assembly and a fuel cell that can prevent or reduce the performance of the fuel cell and improve the performance of the fuel cell.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 이온전도막; 및 상기 이온전도막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하고, 상기 이온전도막은 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하여 형성되는 소수층 및 상기 소수층을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 고분자 전해질막들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체를 제공한다. The present invention to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, the ion conductive film; And an anode electrode and a cathode electrode disposed to face each other with the ion conductive film interposed therebetween, wherein the anode electrode and the cathode electrode include a gas diffusion layer and a catalyst layer, and the ion conductive film includes a hydrophobic binder and an ion conductive monomer. It provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a hydrophobic layer and a polymer electrolyte membrane positioned to face each other with the hydrophobic layer formed therebetween.

상기 막-전극 접합체에 있어서, 소수성 결착제는 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리트리플루오로클로로비닐, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌공중합체, 퍼플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌-에틸렌공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 상기 이온전 도성 단량체는 퍼플루오르술폰산 폴리머 및 탄화수소계 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 이들 중 나피온이 가장 대표적으로 사용된다. 상기 소수층에서의 소수성 결착제의 중량비는 2 내지 60 중량%인 것이 바람직하며, 상기 소수층은 대표적으로 분사(spraying), 회전도포(spinning), 스크린날염(screen printing), 슬로트 다이 코팅(slot die coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 바 코팅(bar coating), 콤마 코팅(comma coating), 립 코팅(lip coating) 및 블레이드 코팅(blade coating) 중 선택된 어느 한가지 형성방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 소수층의 두께는 5 내지 30㎛인 것이 바람직하다. In the membrane-electrode assembly, the hydrophobic binder is polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytrifluorochlorovinyl, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, It is preferably selected from the group consisting of vinylidene fluoride-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-propylene copolymer, perfluoroethylene and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, wherein the ion conductive monomer is a perfluorosulfonic acid polymer And it is preferably selected from the group consisting of hydrocarbon-based polymers. Of these, Nafion is the most representative. The weight ratio of the hydrophobic binder in the hydrophobic layer is preferably 2 to 60% by weight, and the hydrophobic layer is typically spraying, spinning, screen printing, slot die coating, or slot die coating. coating, gravure coating, bar coating, comma coating, lip coating and blade coating can be formed using any one of the forming methods. . It is preferable that the thickness of the said hydrophobic layer is 5-30 micrometers.

상기 고분자 전해질막은 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The polymer electrolyte membrane is a perfluorosulfonic acid polymer, a hydrocarbon-based polymer, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphosphazine, polyethylene naphthalate, polyester, doped poly It is preferable that it consists of a polymer selected from the group consisting of benzimidazole, polyether ketone, polysulfone, acids and bases thereof.

상기 애노드 전극의 촉매층은 대표적으로 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이들은 도전성 담체에 담지되어 사용될 수 있다. 상기 캐소드 전극의 촉매층은 대표적으로 백금과 백금-전이금속 합금을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 백금은 도전성 담체에 담지되어 사용될 수 있다. 상기 촉매층에서의 금속 촉매의 로딩량은 0.1~4mg/cm2인 것이 바람직하다. 상기 촉매층은 이온 전도성 단량체 또는 소수성 결착제를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 도전성 담체로는 카본 담체가 대표적으로 사용되며, 카본 담체에는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P 등이 있다. The anode catalyst layer may typically comprise a catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-transition metal alloy, and these are conductive It can be supported on a carrier and used. The catalyst layer of the cathode electrode may typically comprise platinum and platinum-transition metal alloy, the platinum may be supported on a conductive carrier to be used. The loading amount of the metal catalyst in the catalyst layer is preferably 0.1 ~ 4mg / cm 2 . The catalyst layer may further comprise an ion conductive monomer or a hydrophobic binder. As the conductive carrier, a carbon carrier is typically used, and the carbon carrier includes graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, canyon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nano Horn, carbon nano ring, carbon nano wire, fullerene (C60) and super P.

상기 기체확산층은 대표적으로 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 기체확산층에는 촉매층과 접하는 면에 미세기공층이 형성될 수 있다. 상기 미세기공층은 도전제 및 소수성 결착제(PTFE, PVDF 혹은 FEP)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 도전제는 대표적으로 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The gas diffusion layer may include one selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt. The gas diffusion layer may have a microporous layer formed on a surface in contact with the catalyst layer. The microporous layer preferably comprises a conductive agent and a hydrophobic binder (PTFE, PVDF or FEP), and the conductive agent is typically graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, canyon black, active It may be selected from the group consisting of carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanorings, carbon nanowires, fullerenes (C60) and super P.

상기 막-전극 접합체는 액상 연료를 사용하는 연료전지에 사용되어 연료가 전해질막을 넘어 크로스오버되는 것을 효과적으로 막을 수 있는데, 연료전지에 사용되는 대표적인 액상 연료로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 디메틸에테르 및 개미산을 들 수 있다. 상기 막-전극 접합체는 대표적으로 직접메탄올 연료전지에 사용될 수 있다. The membrane-electrode assembly is used in a fuel cell using a liquid fuel to effectively prevent the crossover of the fuel over the electrolyte membrane. Representative liquid fuels used in the fuel cell include methanol, ethanol, butanol, propanol, and dimethyl ether. And formic acid. The membrane-electrode assembly can typically be used in direct methanol fuel cells.

본 발명은 또한, 하나 또는 둘 이상의 본 발명에 따른 막-전극 접합체와 상기 막-전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택; 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및 산화제를 상기 전기발생부로 공급하는 산화제공 급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 제공한다.The invention also comprises a stack comprising one or more membrane-electrode assemblies according to the invention and a separator interposed between the membrane-electrode assemblies; A fuel supply unit supplying fuel to the stack; And it provides a fuel cell comprising an oxidation providing supply for supplying an oxidant to the electricity generating unit.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막-전극 접합체를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체에 대하여 살펴본다. 2 is a view schematically showing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. With reference to Figure 2 looks at with respect to the fuel cell membrane electrode assembly of the present invention.

일반적인 연료전지의 막-전극 접합체에서는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 고분자전해질막이 위치한다. 그러나, 본 발명의 막-전극 접합체는 두 층의 고분자전해질막(201a) 사이에 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하여 이루어지는 소수층(201b)을 위치시켜 연료의 크로스오버를 방지한다. 즉, 본 발명의 막-전극 접합체는 종래의 고분자전해질막의 구조를 개선하여, 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하여 이루어지는 소수층(201b) 및 상기 소수층(201b)을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 고분자 전해질막(201a)을 포함하는 이온전도막(201)을 포함한다. 이와 같은 구조의 이온전도막(201) 양면에는 각각 애노드 전극 및 캐소드 전극이 위치하고, 애노드 전극 및 캐소드 전극은 각각 촉매층(203, 205) 및 기체확산층(209)을 포함하여 이루어진다. In a fuel cell membrane electrode assembly, a polymer electrolyte membrane is positioned between an anode electrode and a cathode electrode. However, the membrane-electrode assembly of the present invention prevents fuel crossover by placing a hydrophobic layer 201b including a hydrophobic binder and an ion conductive monomer between two layers of the polymer electrolyte membrane 201a. That is, the membrane-electrode assembly of the present invention improves the structure of a conventional polymer electrolyte membrane, and is positioned to face each other with a hydrophobic layer 201b comprising a hydrophobic binder and an ion conductive monomer and the hydrophobic layer 201b interposed therebetween. An ion conductive membrane 201 including a polymer electrolyte membrane 201a is included. An anode electrode and a cathode electrode are positioned on both surfaces of the ion conductive film 201 having such a structure, and the anode electrode and the cathode electrode include the catalyst layers 203 and 205 and the gas diffusion layer 209, respectively.

본 발명의 막-전극 접합체에서는 액상 연료의 전달 매체 역할을 하는 물이 고분자 전해질막(201a) 사이에 위치하는 소수층(201b)에 차단되어 캐소드 전극(205, 209)으로 전달되지 못하므로, 액상 연료가 전해질막(201a)을 통과하여 캐소드 전극으로 이동하는 크로스오버를 방지하거나 크게 감소시킬 수 있다. In the membrane-electrode assembly of the present invention, since water serving as a delivery medium of the liquid fuel is blocked by the hydrophobic layer 201b located between the polymer electrolyte membranes 201a and is not delivered to the cathode electrodes 205 and 209, the liquid fuel Crossover from the electrolyte membrane 201a to the cathode electrode can be prevented or significantly reduced.

상기 소수성 결착제는 물의 유동을 줄이기 위한 것으로, 폴리불화비닐, 폴리 불화비닐리덴, 폴리트리플루오로클로로비닐, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌공중합체, 퍼플루오로에틸렌 또는 테트라플루오로에틸렌-에틸렌공중합체가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 이온전도성 단량체는 수소 이온의 전도성을 향상시키기 위한 것으로 퍼플루오르술폰산 폴리머 및 탄화수소계 폴리머가 바람직하게 사용될 수 있다. 그 중에서 나피온이 가장 대표적으로 사용된다. The hydrophobic binder is to reduce the flow of water, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytrifluorochlorovinyl, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, Vinylidene fluoride-propylene copolymers, tetrafluoroethylene-propylene copolymers, perfluoroethylene or tetrafluoroethylene-ethylene copolymers may be preferably used. The ion conductive monomer is to improve the conductivity of hydrogen ions, perfluorosulfonic acid polymer and hydrocarbon-based polymer may be preferably used. Among them, Nafion is used most representatively.

상기 소수층에서의 소수성 결착제의 중량비는 2 내지 60 중량%인 것이 바람직한데, 상기 하한에 미달하면 소수성이 떨어져 바람직하지 못하며, 상기 상한을 초과하면 이온 전도성이 떨어져 바람직하지 못하다. It is preferable that the weight ratio of the hydrophobic binder in the hydrophobic layer is 2 to 60% by weight. However, if it falls below the lower limit, the hydrophobicity is not preferable, and if it exceeds the upper limit, the ion conductivity is not preferable.

상기 소수층은 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하는 조성물을 분사(spraying), 회전도포(spinning), 스크린날염(screen printing), 슬로트 다이 코팅(slot die coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 바 코팅(bar coating), 콤마 코팅(comma coating), 립 코팅(lip coating) 또는 블레이드 코팅(blade coating) 등의 방법으로 전해질막에 도포함으로써 형성할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.The hydrophobic layer comprises spraying, spinning, screen printing, slot die coating, gravure coating, and the like, comprising a composition comprising a hydrophobic binder and an ion conductive monomer. It may be formed by applying to the electrolyte membrane by a method such as bar coating, comma coating, lip coating or blade coating. However, the present invention is not limited thereto.

상기 소수층의 두께는 5 내지 30㎛인 것이 바람직한데, 소수층의 두께가 상기 하한에 미달하면 소망하는 정도의 크로스오버 방지 효과를 기대하기 어려우며, 상기 상한을 초과하면 이온전도성이 떨어져 바람직하지 못하다. It is preferable that the thickness of the hydrophobic layer is 5 to 30 μm, but when the thickness of the hydrophobic layer is less than the lower limit, it is difficult to expect a desired degree of crossover prevention, and when the hydrophobic layer exceeds the upper limit, ion conductivity is poor and is not preferable.

상기 전해질막(201a)은 애노드 전극에서 발생한 수소 이온이 캐소드 전극으 로 전달되는 전달 통로가 되는 것으로, 전해질막에는 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 또는 염기가 바람직하게 사용될 수 있다. The electrolyte membrane 201a serves as a transfer passage through which hydrogen ions generated at the anode electrode are transferred to the cathode electrode. The electrolyte membrane 201a has a perfluorosulfonic acid polymer, a hydrocarbon-based polymer, a polyimide, a polyvinylidene fluoride, and a polyether sulfone. , Polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphosphazine, polyethylene naphthalate, polyester, doped polybenzimidazole, polyetherketone, polysulfone, acids or bases thereof may be preferably used.

상기 애노드 전극은 연료의 산화 반응이 일어나는 곳으로, 그 촉매층(203)에는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매가 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 캐소드 전극은 산화제의 환원 반응이 일어나는 곳으로, 그 촉매층(205)에는 백금 또는 백금-전이금속 합금이 촉매로 사용될 수 있다. 상기 촉매들은 탄소계 담체에 담지되어 사용될 수 있으며, 대표적인 담체로는 덴카블랙, 아세틸렌블랙, 흑연 등의 탄소계 담체를 들 수 있다. 상기 촉매층에서의 촉매 로딩량은 0.1~4mg/cm2인 것이 바람직한데, 촉매 로딩량이 상기 하한에 미달하면 연료의 반응성이 떨어져 전지성능에 심각한 손실을 가져오고, 상기 상한을 초과하면 촉매층 두께증가로 인한 물질 전달 저항이 증가하고, 미사용 촉매량이 많아져 촉매 이용율이 떨어지게 된다. 상기 촉매층은 이온전도도를 향상시키고 물의 유동을 감소시키기 위하여 이온 전도성 단량체 또는 소수성 결착제를 더 포함할 수 있다. The anode electrode is where the oxidation reaction of the fuel occurs, the catalyst layer 203 is selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-transition metal alloy. A catalyst to be used may be preferably used, and the cathode electrode is a place where a reduction reaction of an oxidant occurs, and a platinum or platinum-transition metal alloy may be used as a catalyst in the catalyst layer 205. The catalysts may be supported on a carbon-based carrier, and representative carriers include carbon-based carriers such as denca black, acetylene black, and graphite. The catalyst loading amount in the catalyst layer is preferably 0.1 to 4 mg / cm 2. When the catalyst loading amount is lower than the lower limit, the reactivity of the fuel is reduced, leading to serious loss in cell performance. When the catalyst loading exceeds the upper limit, the catalyst layer thickness increases. Due to the increased mass transfer resistance, the amount of unused catalyst is increased, the catalyst utilization is lowered. The catalyst layer may further include an ion conductive monomer or a hydrophobic binder to improve the ion conductivity and reduce the flow of water.

상기 기체확산층(209)은 전류전도체로서의 역할과 함께 반응 가스와 물을 이동시키고 확산시키는 곳으로, 대표적으로 탄소페이퍼, 탄소천 또는 탄소펠트를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기체확산층에는 촉매층과 접하는 면에 미세기공층 이 형성될 수 있다. 상기 미세기공층은 도전제 및 소수성 결착제(PTFE, PVDF 혹은 FEP)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 도전제는 대표적으로 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The gas diffusion layer 209 serves as a current conductor and moves and diffuses the reaction gas and water, and may typically include carbon paper, carbon cloth, or carbon felt. The gas diffusion layer may be formed with a fine pore layer on the surface in contact with the catalyst layer. The microporous layer preferably comprises a conductive agent and a hydrophobic binder (PTFE, PVDF or FEP), and the conductive agent is typically graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, canyon black, active It may be selected from the group consisting of carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanorings, carbon nanowires, fullerenes (C60) and super P.

상기 막-전극 접합체는 액상 연료를 사용하는 연료전지에 사용되어 연료가 전해질막(201a)을 넘어 크로스오버되는 것을 효과적으로 막을 수 있는데, 연료전지에 사용되는 대표적인 액상 연료로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 디메틸에테르 및 개미산을 들 수 있다. 액상 연료를 사용하는 가장 대표적인 연료전지에는 직접메탄올 연료전지가 있다.The membrane-electrode assembly may be used in a fuel cell using a liquid fuel to effectively prevent the crossover of the fuel over the electrolyte membrane 201a. Representative liquid fuels used in the fuel cell include methanol, ethanol, butanol, Propanol, dimethyl ether and formic acid. The most representative fuel cell using liquid fuel is a direct methanol fuel cell.

본 발명은 또한 상기 본 발명의 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지를 제공한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 연료전지는 스택(200), 연료공급부(400) 및 산화제공급부(300)를 포함하여 이루어진다. The present invention also provides a fuel cell comprising the membrane-electrode assembly of the present invention. 3 is a view schematically showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the fuel cell of the present invention includes a stack 200, a fuel supply unit 400, and an oxidant supply unit 300.

상기 스택(200)은 본 발명의 막-전극 접합체를 하나 또는 둘 이상 포함하며, 막-전극 접합체가 둘 이상 포함되는 경우에는 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 세퍼레이터는 막-전극 접합체들이 전기적으로 연결되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막-전극 접합체로 전달하는 역할을 한다. The stack 200 includes one or more membrane-electrode assemblies of the present invention, and when two or more membrane-electrode assemblies are included, the stack 200 includes a separator interposed therebetween. The separator prevents the membrane-electrode assemblies from being electrically connected and delivers fuel and oxidant supplied from the outside to the membrane-electrode assembly.

상기 연료 공급부(400)는 연료를 상기 스택으로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(410) 및 연료탱크(410)에 저장된 연료를 스택(200)으로 공급 하는 펌프(420)로 구성될 수 있다. 상기 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있으며, 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 디메틸에테르 및 개미산를 들 수 있다. The fuel supply unit 400 serves to supply fuel to the stack, and includes a fuel tank 410 for storing fuel and a pump 420 for supplying fuel stored in the fuel tank 410 to the stack 200. Can be. The fuel may be a gas or liquid hydrogen or hydrocarbon fuel, and examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, butanol, propanol, dimethyl ether and formic acid.

상기 산화제 공급부(300)는 산화제를 상기 스택으로 공급하는 역할을 한다.　 상기 산화제로는 산소가 대표적으로 사용되며, 산소 또는 공기를 펌프(300)로 주입하여 사용할 수 있다. The oxidant supply unit 300 serves to supply an oxidant to the stack. Oxygen is typically used as the oxidant, and may be used by injecting oxygen or air into the pump 300.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the exemplary embodiments described herein are only exemplary embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents and modifications that may substitute them at the time of the present application may be used. It should be understood that there may be.

본 발명의 연료전지용 막-전극 접합체에 따르면, 고분자전해질막 내에 물의 이동을 차단시키는 소수층을 두어 연료가 물과 함께 전해질막을 통과할 수 없게 하여 크로스오버 현상을 방지하거나 감소시켜 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다. According to the membrane-electrode assembly for fuel cells of the present invention, by placing a hydrophobic layer to block the movement of water in the polymer electrolyte membrane to prevent the fuel from passing through the electrolyte membrane with the water to prevent or reduce the crossover phenomenon to improve the performance of the fuel cell You can.

Claims (22)

이온전도막; 및Ion conductive membrane; And 상기 이온전도막을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극;을 포함하고, And an anode electrode and a cathode electrode disposed to face each other with the ion conductive layer interposed therebetween. 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은 기체확산층 및 촉매층을 포함하고,The anode electrode and the cathode electrode includes a gas diffusion layer and a catalyst layer, 상기 이온전도막은 소수성 결착제와 이온전도성 단량체를 포함하여 형성되는 소수층 및 상기 소수층을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하는 고분자 전해질막들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The ion conductive membrane includes a hydrophobic layer including a hydrophobic binder and an ion conductive monomer, and a polymer electrolyte membrane positioned opposite to each other with the hydrophobic layer interposed therebetween. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 소수성 결착제는 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리트리플루오로클로로비닐, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-프로필렌공중합체, 퍼플루오로에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌-에틸렌공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The hydrophobic binder may be polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytrifluorochlorovinyl, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, A membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it is selected from the group consisting of tetrafluoroethylene-propylene copolymer, perfluoroethylene and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온전도성 단량체는 퍼플루오르술폰산 폴리머 및 탄화수소계 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The ion conductive monomer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that selected from the group consisting of perfluorosulfonic acid polymer and hydrocarbon-based polymer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소수층에서의 소수성 결착제의 중량비는 2 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The weight ratio of the hydrophobic binder in the hydrophobic layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that 2 to 60% by weight. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기의 소수층은 분사(spraying), 회전도포(spinning), 스크린날염(screen printing), 슬로트 다이 코팅(slot die coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 바 코팅(bar coating), 콤마 코팅(comma coating), 립 코팅(lip coating) 및 블레이드 코팅(blade coating) 중 선택된 어느 한가지 형성방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체. The hydrophobic layer may be sprayed, spinned, screen printing, slot die coating, gravure coating, bar coating, comma coating. Membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that formed using any one method selected from coating, lip coating (blade coating) and blade coating (blade coating). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소수층의 두께는 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The thickness of the hydrophobic layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that 5 to 30㎛. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고분자 전해질막은 퍼플루오르술폰산 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리포스파진, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르, 도핑된 폴리 벤즈이미다졸, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 이들의 산 및 염기로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The polymer electrolyte membrane is perfluorosulfonic acid polymer, hydrocarbon-based polymer, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyphosphazine, polyethylene naphthalate, polyester, doped poly A membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising a polymer selected from the group consisting of benzimidazole, polyether ketone, polysulfone, and acids and bases thereof. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 애노드 전극의 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The catalyst layer of the anode electrode is a fuel cell membrane, characterized in that it comprises a catalyst selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-transition metal alloy Electrode assembly. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 촉매는 도전성 담체에 담지되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The catalyst is a membrane-electrode assembly for a fuel cell, characterized in that supported on a conductive carrier. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 캐소드 전극의 촉매층은 백금 및 백금-전이금속 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The catalyst layer of the cathode electrode is a fuel cell membrane electrode assembly comprising a platinum and a platinum-transition metal alloy. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 백금은 도전성 담체에 담지되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.Membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the platinum is supported on a conductive carrier. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 촉매층의 촉매 로딩량은 0.1~4mg/cm2인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The catalyst loading amount of the catalyst layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that 0.1 ~ 4mg / cm 2 . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 촉매층은 이온 전도성 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.Membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that the catalyst layer comprises an ion conductive monomer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 촉매층은 소수성 결착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The catalyst layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises a hydrophobic binder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기체확산층은 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The gas diffusion layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that comprising a carbon paper, carbon cloth and carbon felt selected from the group consisting of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기체확산층은 촉매층과 접하는 면에 미세기공층이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The gas diffusion layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that the fine pore layer is formed on the surface in contact with the catalyst layer. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 미세기공층은 도전제 및 소수성 결착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The microporous layer is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that it comprises a conductive agent and a hydrophobic binder. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 도전제는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The conductive agent is graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, cathode black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanorings, carbon nanowires, fullerenes ( C60) and the super-P membrane membrane electrode assembly characterized in that it is selected from the group consisting of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 막-전극 접합체는 액상 연료를 사용하는 연료전지에 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The membrane-electrode assembly is a fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that used for a fuel cell using a liquid fuel. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 연료는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 디메틸에테르 및 개미산으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체.The fuel cell membrane-electrode assembly, characterized in that selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, propanol, dimethyl ether and formic acid. 제20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 막-전극 접합체는 직접메탄올 연료전지에 사용되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막-전극 접합체. The membrane electrode assembly is a fuel cell membrane electrode assembly, characterized in that used in direct methanol fuel cell. 하나 또는 둘 이상의 제1항 내지 21항 중 어느 한 항에 따른 막-전극 접합체와 상기 막-전극 접합체들 사이에 개재하는 세퍼레이터를 포함하는 스택;A stack comprising a membrane-electrode assembly according to any one of claims 1 to 21 and a separator interposed between the membrane-electrode assemblies; 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료공급부; 및 A fuel supply unit supplying fuel to the stack; And 산화제를 상기 전기발생부로 공급하는 산화제공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지. And an oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generating unit.
KR1020060121733A 2006-12-04 2006-12-04 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell KR100969162B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060121733A KR100969162B1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060121733A KR100969162B1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080050873A KR20080050873A (en) 2008-06-10
KR100969162B1 true KR100969162B1 (en) 2010-07-08

Family

ID=39806040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060121733A KR100969162B1 (en) 2006-12-04 2006-12-04 Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100969162B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060081326A (en) * 2005-01-07 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 Electrode for fuel cell, a fuel cell, and a method for preparing the electrode for fuel cell
KR100614100B1 (en) 2005-01-14 2006-08-22 한국과학기술연구원 Method for preparing the membrane-electrode assembly for fuel cell using membrane on electrode method before the dry-out of nafion ionomer solution and membrane-electrode assembly for fuel cell prepared by the method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060081326A (en) * 2005-01-07 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 Electrode for fuel cell, a fuel cell, and a method for preparing the electrode for fuel cell
KR100614100B1 (en) 2005-01-14 2006-08-22 한국과학기술연구원 Method for preparing the membrane-electrode assembly for fuel cell using membrane on electrode method before the dry-out of nafion ionomer solution and membrane-electrode assembly for fuel cell prepared by the method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080050873A (en) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100969475B1 (en) Cathode for fuel cell having two kinds of water-repellency and Method of preparing the same and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the same
KR100717790B1 (en) Membrane/electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising the same
US20070231675A1 (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising same
JP5198044B2 (en) Direct oxidation fuel cell
CN100377396C (en) Electrode for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell comprising the same, fuel cell system comprising the same, and method for preparing the electrode
KR100961836B1 (en) Electrode for fuel cell comprising catalyst line and ionomer line and Method of preparing the same and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the same
KR100969476B1 (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
KR100999289B1 (en) An electrode for proton exchange membrane fuel cell comprising double catalyst layer and method for preparation of the same
JP5384515B2 (en) Fuel cell electrode having two kinds of hydrophilicity, method for producing the same, membrane electrode assembly including the same, and fuel cell
KR102155929B1 (en) Catalyst composition of fuel cell, catalyst layer manufactured by the same and fuel cell comprising the same
KR101008155B1 (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
JP2006085984A (en) Mea for fuel cell and fuel cell using this
KR102075180B1 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell comprising the same
KR100959117B1 (en) Electrode for fuel cell and fuel cell system including same
KR100969162B1 (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
KR102090860B1 (en) Polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly comprising the same and fuel cell comprising the membrane electrode assembly
KR101098676B1 (en) Method of preparing the electrode for fuel cell and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the electrode made by the same
KR20090049193A (en) Cathode comprising two kinds of catalysts for direct methanol fuel cell and membrane electrode assembly and direct methanol fuel cell comprising the same
KR20070099935A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising same
KR20080050872A (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
KR101573147B1 (en) Electrode for fuel cell, membrane electrode assembly comprising the same and fuel cell comprising the same
KR101132459B1 (en) Method of preparing an electrode for fuel cell and Electrode prepared by the method and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the same
KR101006006B1 (en) Electrode for fuel cell and Method of preparing the same and Membrane electrode assembly and Fuel cell comprising the same
KR20060028032A (en) Electrode for fuel cell, fuel cell comprising the same, and method for preparing the electrode
KR20170004747A (en) Membrane electrode assembly, fuel cell comprising the membrane electrode assembly and battery module having the fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130628

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160701

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180619

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 10