KR101149408B1 - 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101149408B1
KR101149408B1 KR1020060112725A KR20060112725A KR101149408B1 KR 101149408 B1 KR101149408 B1 KR 101149408B1 KR 1020060112725 A KR1020060112725 A KR 1020060112725A KR 20060112725 A KR20060112725 A KR 20060112725A KR 101149408 B1 KR101149408 B1 KR 101149408B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
electrode
fuel cell
manufacturing
catalyst
Prior art date
Application number
KR1020060112725A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080043986A (ko
Inventor
지준호
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060112725A priority Critical patent/KR101149408B1/ko
Priority to US11/892,530 priority patent/US20080113089A1/en
Priority to EP07115187A priority patent/EP1923941A3/en
Priority to CN200710149741A priority patent/CN100585924C/zh
Priority to JP2007259619A priority patent/JP5209264B2/ja
Publication of KR20080043986A publication Critical patent/KR20080043986A/ko
Priority to US12/926,595 priority patent/US20110079176A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101149408B1 publication Critical patent/KR101149408B1/ko
Priority to JP2013032572A priority patent/JP2013131504A/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8867Vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • H01M4/925Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

단순한 제조 공정으로 미세한 촉매 입자가 균일하게 분산되어 있는 연료 전지용 전극을 제조할 수 있는 제조 방법 및 제조 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 연료 전지용 전극의 제조 방법은 (a)재료를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열유닛을 배치하는 단계와, (b)적어도 하나의 가열유닛을 통해 재료를 기화시켜 촉매 입자를 생성하는 단계와, (c)생성된 촉매 입자를 탄소 담체에 공급하여 부착하는 단계를 포함하여 구성된다. 또 본 발명에 따른 연료 전지용 전극의 제조 장치는 공정 챔버와, 공정 챔버의 내부에 설치되고, 재료를 직접적으로 가열하여 촉매 입자를 발생시키는 촉매입자 발생장치와, 공정 챔버의 내부에 배치되는 탄소 담체를 이동시키기 위한 이송장치를 포함하여 구성된다.

Description

연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING ELECTRODE OF FUEL CELL}
도 1은 일반적인 수소 이온 교환막 연료 전지를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2를 A방향으로 바라본 도면.
도 4는 도 2를 B방향으로 바라본 도면.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지 제조 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10 : 가열유닛 11 : 가열체
12 : 가열요소 21 : 탄소 담체
30 : 유동발생원 40 : 지지부재
50 : 냉각유닛 100 : 공정 챔버
110 : 촉매입자 발생장치 120 : 이송장치
121 : 공급 릴 122 : 권취 릴
130 : 덕트 140 : 다공판
본 발명은 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 특히 단순한 제조 공정으로 미세한 촉매 입자가 균일하게 분산되어 있는 연료 전지용 전극을 제조할 수 있는 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
연료 전지는 연료 가스와 산화제 가스가 반응할 때 생기는 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 용융탄산염 전해질형 연료 전지, 인산 전해질형 연료 전지, 알칼리 전해질형 연료 전지 및 고분자 전해질형 연료 전지로 구분된다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 같은 원리로 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 등이 서로 다르다.
이들 중 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 출력밀도 및 에너지 전환효율이 높고 상온에서 작동 가능할 뿐만 아니라 소형화가 가능하여 무공해 자동차, 가정용 발전시스템, 이동통신장비, 의료기기, 군사용 장비 등의 분야에 폭 넓게 사용되고 있다.
도 1은 고분자 전해질형 연료 전지 중 수소 가스를 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료 전지를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 전지는 애노드와 캐소드(이하에서는 애노드와 캐소드를 통칭하여 '가스 확산 전극'이라 한다) 사이에 수소 이온 교환막(1)이 개재된 구조를 가진다.
수소 이온 교환막(1)은 고체 고분자 전해질로 되어 있고, 가스 확산 전극은 반응 기체의 공급을 위한 지지층(2, 3)과 반응 기체의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층(4, 5)으로 구성된다. 이러한 촉매층(4, 5)의 재료로는 백금과 같은 금속 촉매가 코팅된 탄소 분말이 주로 사용된다. 탄소 분말은 반응 기체의 반응 영역을 넓히는 역할을 하고, 금속 촉매는 반응 기체의 산화/환원 반응을 촉진한다.
이와 같은 촉매층을 제조하는 방법은 크게 침전법과 콜로이드법으로 구분된다. 이와 관련하여 미국특허 제4,186,110호에는 카본 지지체와 물의 슬러리를 염기화하고, 염화백금산 수용액을 주입한 후, 포름알데히드와 같은 환원제를 첨가하여 백금을 액상 환원하는 방법이 개시되어 있고, 일본공개특허 제2002-42825호에는 염화백금산 및 폴리아크릴산 수용액에 수소를 넣어 백금콜로이드를 형성하고, 여기에 카본지지체를 가하여 담지한 후 질소분위기에서 폴리아크릴산염을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 미국특허 제4,186,110호에 개시된 방법은 제조 과정이 비교적 단순하다는 장점이 있으나, 백금의 분산이 균일하지 못하고 입자의 크기가 큰 문제점을 가진다. 또한 일본공개특허 제2002-42825호에 개시된 방법은 폴리아크릴산과 같은 카르본산의 첨가로 보다 미세한 백금 입자를 얻을 수 있으나, 투입된 카르본산의 제거라는 부가적인 절차로 인하여 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 위와 같은 방법들은 기본적으로 백금이 포함된 화합물을 통해 금속 촉매를 제조하므로 순수한 금속 촉매를 얻는데 한계를 가지며, 또 촉매 입자의 크기를 용이하게 제어할 수 없는 문제점을 가진다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단순한 제조 공정으로 미세한 촉매 입자가 균일하게 분산되어 있는 연료 전지용 전극을 제조할 수 있는 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 순수한 성분의 촉매 입자를 가지는 연료 전지용 전극을 제조할 수 있는 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 촉매 입자를 크기를 용이하게 제어할 수 있는 연료 전지용 전극의 제조 방법과 제조 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지용 전극의 제조 방법은 금속 촉매가 담체에 담지되어 있는 촉매 담지체를 가지는 연료 전지용 전극의 제조 방법에 있어서, (a)재료를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열유닛을 배치하는 단계;와 (b)상기 적어도 하나의 가열유닛을 통해 재료를 기화시켜 촉매 입자를 생성하는 단계;와 (c)생성된 촉매 입자를 탄소 담체에 공급하여 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 복수의 가열유닛을 수평, 수직으로 배열하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 (b)단계는 상기 재료의 표면을 직접적으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가열유닛은 상기 재료가 안착되고, 안착된 재료와 접하는 가열체;와 상기 가열체의 내부에 매설되어 발열하는 가열요소를 포함하여 구성된다.
상기 탄소 담체는 탄소 천이나 탄소 종이로 이루어지고, 상기 제조 방법은 상기 탄소 천 또는 탄소 종이를 이송시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 제조 방법은 기체 유동을 발생시키는 유동발생원을 이용해 상기 (b)단계에서 생성된 촉매 입자를 상기 탄소 담체로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 (c)단계는 상기 탄소 담체를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 재료로는 백금 덩어리를 사용할 수 있고, 이 때 상기 재료와 접하는 가열체의 온도를 1000˚C와 1700˚C 사이에서 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 장치는 금속 촉매가 담체에 담지되어 있는 촉매 담지체를 가지는 연료 전지용 전극을 제조하기 위한 장치에 있어서, 공정 챔버;와 상기 공정 챔버의 내부에 설치되고, 재료를 직접적으로 가열하여 촉매 입자를 발생시키는 촉매입자 발생장치;와 상기 공정 챔버의 내부에 배치되는 탄소 담체를 이동시키기 위한 이송장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매입자 발생장치는 복수의 가열유닛을 구비하고, 상기 가열유닛은 재료가 안착되고, 안착된 재료와 접하는 가열체와, 상기 가열체의 내부에 매설되어 발열하는 가열요소를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명에 따른 제조 장치는 상기 촉매입자 발생장치에서 생성된 촉매 입자를 상기 탄소 담체로 유동시키기 위한 유동발생원을 구비할 수 있다.
또 상기 탄소 담체를 지지하기 위한 지지부재와, 상기 지지부재를 냉각하기 위한 냉각유닛을 구비할 수 있다.
한편 상기 이송장치는 상기 공정 챔버의 내부로 이송될 탄소 담체가 감기는 공급 릴과, 상기 공정 챔버의 내부에서 촉매 입자가 부착된 탄소 담체를 감기 위한 권취 릴을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2를 A방향으로 바라본 도면이며, 도 4는 도 2를 B방향으로 바라본 도면이다. 도 3 및 도 4에서는 유동발생원을 생략하고 도시하였다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 재료(M)를 가열하여 기화시키는 적어도 하나의 가열유닛(10)을 배치하여 미세한 촉매 입자(P)를 생성한 후, 이와 같이 생성된 촉매 입자(P)를 탄소 담체(21)에 공급하여 부착시킴으로써 연료 전지용 전극을 제조한다. 촉매 입자를 생성하기 위한 재료(M)로는 백금(Pt) 덩어리가 사용될 수 있고, 촉매 입자를 담지하는 탄소 담체(21)로는 탄소 천(Carbon Cloth)이나 탄소 종이(Carbon Paper)가 사용될 수 있다. 이하에서는 탄소 담체로서 탄소 종이를 사용하는 예에 관해 설명한다.
도 2 내지 도 4에서는 수평, 수직 방향으로 다수의 가열유닛(10)을 배열한 예를 보였는데, 이와 같이 배열된 다수의 가열유닛(10)을 동시에 동작시켜 촉매 입자(P)를 생성하면 넓은 면적의 탄소 종이(21)를 빠른 시간 안에 코팅할 수 할 수 있으므로 대량 생산에 적합하다. 다만 경우에 따라서는 하나의 가열유닛(10) 만을 배치하는 것도 물론 가능하다.
본 발명에서 사용되는 가열유닛(10)은 재료(M)에 접한 상태에서 재료(M)를 직접적으로 가열한다. 그러면 빠른 시간 내에 재료(M)가 기화되는 온도까지 가열할 수 있어 소비 전력을 줄일 수 있다. 재료(M)로서 백금을 사용하는 경우에는 가열유닛(10)이 재료(M)를 직접적으로 가열하는 온도를 1000˚C와 1700˚C 사이에서 제어하는 것이 바람직하다. 이는 온도가 1000˚C 보다 낮은 경우에는 백금 덩어리의 표면에서 촉매 입자가 잘 생성되지 않고, 온도가 1700˚C 보다 높은 경우에는 촉매 입자가 과다하게 생성되어 생성된 입자들이 충돌하면서 촉매 입자의 크기가 커지기 때문이다.
이러한 가열유닛(10)은 재료(M)가 안착되는 판상의 가열체(11)와, 가열체(11)의 내부에 매설되어 전원 공급 시에 발열하는 가열요소(12)를 포함하여 구성된다. 도 4에서는 가열요소로서 텅스텐 와이어로 마련되는 전열선이 사용된 예를 도시하였다. 재료(M)와 인접한 위치에서 전열선(12)은 지그재그 형상으로 굴절되어 집중적으로 배치됨으로써 재료(M)를 빠른 시간 안에 증발시킬 수 있도록 한다. 한편 전열선(12)의 양단은 전원의 공급을 위해 외부로 연장되어 외부 전원(미도시)과 연결된다.
따라서 전원이 공급되어 전열선(12)에서 열이 발생하면 가열체(11)에 안착되어 있는 재료(M)가 직접적으로 가열되어 기화되고, 기화된 재료는 주위의 낮은 온도의 공기와 만나 순간적으로 냉각되면서 미세한 크기의 촉매 입자(P)를 형성한다.
이와 같이 형성된 촉매 입자(P)는 유동발생원(30)에 의해 발생되는 기체의 유동을 타고 탄소 종이(21)를 향해 느린 유속으로 이동한다. 이러한 유동발생원(30)으로는 송풍팬과 팬모터로 구성되는 일반적인 송풍장치가 사용될 수 있다.
그러나 송풍장치 외에도 공기 펌프나 소정 압력으로 충전된 가스 탱크가 사용될 수도 있다.
한편 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소 종이(21)는 유동발생원(30)에 의해 기체가 유동하는 방향에 대해 교차하는 방향으로 일정한 속도로 이송된다. 그러면 촉매 코팅 작업을 마친 탄소 종이를 새로운 탄소 종이로 교체하는 작업 없이 촉매 입자를 탄소 종이에 연속적으로 코팅할 수 있으므로 생산성이 향상된다.
이와 같이 한 쪽 방향으로 이동하고 있는 탄소 종이(21)에 촉매 입자가 다다르면 촉매 입자(P)는 탄소 종이(21)를 형성하는 탄소 입자(21a)에 부착된다. 이렇게 촉매 입자(P)가 부착되면 탄소 종이(21)에 촉매가 담지된 촉매 담지체(22)가 완성된다. 완성된 촉매 담지체(22)는 연료 전지용 전극을 제조할 때 적절한 크기로 절단되어 연료 전지용 전극의 촉매층으로 사용된다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지 제조 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서는 본 실시예의 특징적인 사항만을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 탄소 종이(21)는 그 일면에 접하여 탄소 종이(21)를 지지하는 지지부재(40)에 의해 냉각된다. 지지부재(40)에는 지지부재(40)를 상온 이하의 온도로 냉각하기 위한 냉각유닛(50)이 연결된다. 지지부재(40)는 열전도도가 좋은 금속 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 또 지지부재(40)는 유동발생원(30)에서 발생된 기체의 유동이 통과할 수 있도록 형성되는 유동공(41)을 가지는 것이 바람직하다. 냉각유닛(50)은 촉매 입자(P)가 탄소 종이(21)에 부착되는 것을 방해하지 않으면서 지지부재(40)를 냉각할 수 있는 것이라면 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면 흡열측을 지지부재에 연결한 펠티에 소자가 사용될 수 있다.
이와 같이 냉각유닛(50)을 이용해 탄소 종이(21)가 상온 이하의 온도를 유지하도록 하는 것은 열영동 효과를 통해 촉매 입자(P)가 보다 원활히 이동하여 탄소 종이(21)에 부착될 수 있도록 하기 위함이다. 즉 가열유닛(10)에 의해 재료(M)가 가열될 때 주위 공기의 온도는 수 백도 정도로 상승하는데, 이 때 탄소 종이(21)의 온도를 상온 이하의 온도로 유지하면 공기의 온도 차이에 의해 촉매 입자(P)가 탄소 종이(21)로 이동하여 효과적으로 부착된다. 이와 같은 경우에는 도 2와 같이 유동 발생을 위한 송풍장치가 없어도 무방하다.
이하에서는 상술한 제조 방법에 사용 가능한 연료 전지용 전극 제조 장치에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지용 전극 제조 장치는 공정을 위한 공간을 제공하는 공정 챔버(100)와, 재료(M)를 직접적으로 가열하여 기화시킴으로써 촉매 입자를 생성하는 촉매입자 발생장치(110)와, 공정에 사용되는 탄소 담체(21)를 이동시키기 위한 이송장치(120)와, 촉매입자 발생장치(110)에서 생성된 촉매 입자(P)를 탄소 담체(21)로 유동시키기 위한 유동발생원(30)을 포함하여 구성된다. 촉매입자 발생장치(110)는 수직, 수평으로 배열되는 복수의 가열유닛(10)을 포함하여 구성된다. 가열유닛(10)에 관한 설명은 전술하였으므로 이에 관한 설명은 생략한다. 또 전술하였듯이 유동발생원(30)으로는 송풍팬(31)을 포함하여 구성되는 송풍장치가 사용될 수 있다.
송풍장치(30a)의 토출측과 공정 챔버(100)의 일측은 덕트(130)에 의해 연통되고, 공정 챔버(100)의 타측에는 배기구(101)가 형성된다. 따라서 송풍장치(30a)가 작동하면 기류가 덕트(130)를 통해 공정 챔버(100)로 유입되고, 공정 챔버(100)의 내부를 지나 배기구(101)를 통해 배출된다.
공정 챔버(100)의 내부에서 덕트(130)와 인접한 곳에는 공정 챔버(100)로 유입되는 공기의 유동을 균일하게 분산시키기 위한 다공판(140)이 배치되는데, 다공판(140)은 덕트(130)와 마주하는 중심부에서 외측으로 갈수록 직경이 점진적으로 커지도록 형성된 복수의 분산공(141)을 가진다. 또 다공판(140)의 하류측에는 복수의 가열유닛(10)이 배열되고, 공기의 유동 방향을 따라 가열유닛(10)에 일정 거리 떨어진 곳에는 탄소 담체로서 탄소 종이(21)가 배치된다.
탄소 종이(21)는 이송장치(120)를 통해 공기의 유동 방향에 교차하는 방향으로 이동한다. 이송장치(120)는 공정 챔버로 공급될 탄소 종이가 감겨 있는 공급 릴(121)과, 공정 챔버(100)의 내부에서 촉매 입자 코팅 공정을 마친 탄소 종이를 감기 위한 권취 릴(122)과, 권취 릴(122)을 회전시키기 위한 구동모터(123)를 포함하여 구성된다. 공급 릴(121)은 공정 챔버(100)의 일측면(100a) 외측에 배치되고, 권취 릴(122)은 공정 챔버(100)의 타측면(100b) 외측에 배치된다. 공급 릴(121)에 감겨 있던 탄소 종이는 공정 챔버(100)의 일측면(100a)을 관통하여 공정 챔버(100)의 내부로 공급되고, 공정을 마친 탄소 종이는 공정 챔버(100)의 타측면(100b)을 관통하여 공정 챔버(100)의 외부로 배출된 후 권취 릴(122)에 감기게 된다.
따라서 송풍장치(30a), 가열유닛(10) 및 이송장치(120)에 전원을 인가하여 동작시키면 송풍장치(30a)에 의해 발생되는 공기의 유동이 덕트(130) 및 다공판(140)을 통과하여 공정 챔버(100)의 내부로 공급된다. 또 가열유닛(10)에 의해 미세한 촉매 입자가 생성되고, 생성된 촉매 입자는 공기의 유동을 따라 탄소 종이(21)로 이동하여 부착된다. 이 때 탄소 종이(21)는 공기의 유동 방향과 교차하는 방향으로 일정한 속도로 이송되고 있으므로 위와 같은 촉매층 코팅 공정은 연속적으로 이루어진다.
한편 본 실시예에서는 도 5에서 설명한 지지부재 및 냉각유닛을 생략하였으나 이들 역시 적용될 수 있으며, 그러면 열영동 효과에 의해 촉매 입자의 이동 및 부착이 보다 효과적으로 이루어지게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 단순한 공정 및 장치를 통해 촉매 입자가 균일하게 분산된 연료 전지용 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 제어가 상대적으로 어려운 화학적 방법을 사용하는 대신에 물리적인 방법을 사용하여 촉매 입자를 생성함으로써 촉매 입자의 크기를 용이하게 제어할 수 있다. 즉 본 발명에서는 재료를 가열하는 온도를 제어하는 것만으로도 촉매 입자의 크기를 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 금속 덩어리를 그대로 기화시켜 순수한 성분의 촉매 입자를 생성하여 촉매층을 형성하므로 연료 전지 전극의 반응 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명은 연속적인 공정이 가능하도록 구성되므로 대량 생산에 적합하 다.

Claims (14)

  1. 금속 촉매가 담체에 담지되어 있는 촉매 담지체를 가지는 연료 전지용 전극의 제조 방법에 있어서,
    (a)재료를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열유닛을 배치하는 단계;와
    (b)상기 적어도 하나의 가열유닛을 통해 재료를 기화시켜 촉매 입자를 생성하는 단계;와
    (c)생성된 촉매 입자를 탄소 담체에 공급하여 부착하는 단계;를 포함하고,
    상기 가열유닛은 상기 재료가 안착되고, 안착된 재료와 접하여 재료의 표면을 직접적으로 가열하도록 구성되는 가열체;와 상기 가열체를 직접적으로 가열하도록 상기 가열체의 내부에 매설되어 발열하는 가열요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 복수의 가열유닛을 수평, 수직으로 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 담체는 탄소 천이나 탄소 종이로 이루어지고, 상기 제조 방법은 상기 탄소 천 또는 탄소 종이를 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    기체 유동을 발생시키는 유동발생원을 이용해 상기 (b)단계에서 생성된 촉매 입자를 상기 탄소 담체로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 탄소 담체를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재료는 백금 덩어리인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 재료와 접하는 가열체의 온도를 1000˚C와 1700˚C 사이에서 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 방법.
  10. 금속 촉매가 담체에 담지되어 있는 촉매 담지체를 가지는 연료 전지용 전극을 제조하기 위한 장치에 있어서,
    공정 챔버;와
    상기 공정 챔버의 내부에 설치되고, 재료를 직접적으로 가열하여 촉매 입자를 발생시키는 촉매입자 발생장치;와
    상기 공정 챔버의 내부에 배치되는 탄소 담체를 이동시키기 위한 이송장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 촉매입자 발생장치는 복수의 가열유닛을 구비하고, 상기 가열유닛은 재료가 안착되고, 안착된 재료와 접하는 가열체와, 상기 가열체의 내부에 매설되어 발열하는 가열요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 촉매입자 발생장치에서 생성된 촉매 입자를 상기 탄소 담체로 유동시키 기 위한 유동발생원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 탄소 담체를 지지하기 위한 지지부재와, 상기 지지부재를 냉각하기 위한 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이송장치는 상기 공정 챔버의 내부로 이송될 탄소 담체가 감기는 공급 릴과, 상기 공정 챔버의 내부에서 촉매 입자가 부착된 탄소 담체를 감기 위한 권취 릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조 장치.
KR1020060112725A 2006-11-15 2006-11-15 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치 KR101149408B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060112725A KR101149408B1 (ko) 2006-11-15 2006-11-15 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치
US11/892,530 US20080113089A1 (en) 2006-11-15 2007-08-23 Method and apparatus for manufacturing electrode for fuel cells
EP07115187A EP1923941A3 (en) 2006-11-15 2007-08-29 Method and apparatus for manufacturing electrode for fuel cells
CN200710149741A CN100585924C (zh) 2006-11-15 2007-09-05 制造燃料电池用的电极的方法和设备
JP2007259619A JP5209264B2 (ja) 2006-11-15 2007-10-03 燃料電池用電極の製造方法及び製造装置
US12/926,595 US20110079176A1 (en) 2006-11-15 2010-11-29 Apparatus for manufacturing electrode for fuel cells
JP2013032572A JP2013131504A (ja) 2006-11-15 2013-02-21 燃料電池用電極の製造方法及び製造装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060112725A KR101149408B1 (ko) 2006-11-15 2006-11-15 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080043986A KR20080043986A (ko) 2008-05-20
KR101149408B1 true KR101149408B1 (ko) 2012-06-01

Family

ID=38935896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060112725A KR101149408B1 (ko) 2006-11-15 2006-11-15 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20080113089A1 (ko)
EP (1) EP1923941A3 (ko)
JP (2) JP5209264B2 (ko)
KR (1) KR101149408B1 (ko)
CN (1) CN100585924C (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030004054A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Miho Ito Catalyst particles and method of manufacturing the same
US20030104266A1 (en) 1998-09-11 2003-06-05 Geoffrey Dearnaley Catalytic coatings and fuel cell electrodes and membrane electrode assemblies made therefrom
US20030186109A1 (en) 2002-03-26 2003-10-02 Wayne Huang Electrode, membrane electrode assembly, fuel cell and method for their production
JP2006222092A (ja) 2006-04-07 2006-08-24 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用触媒の製造方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1057035A (en) * 1963-08-26 1967-02-01 Standard Telephones Cables Ltd Manufacture of aluminium compounds
US3636304A (en) * 1971-03-10 1972-01-18 Gte Sylvania Inc Apparatus for metal vaporization comprising a heater inserted into a refractory vessel
US4186110A (en) * 1978-07-03 1980-01-29 United Technologies Corporation Noble metal-refractory metal alloys as catalysts and method for making
DE3585901D1 (de) * 1984-02-13 1992-05-27 Iii Jerome J Schmitt Verfahren und vorrichtung fuer gasstrahlniederschlag von leitfaehigen und dielektrischen duennen festfilmen und so hergestellte erzeugnisse.
JPH01157207A (ja) * 1987-12-14 1989-06-20 Furukawa Electric Co Ltd:The プレハブ多導体伝送電線の弛度調整方法
DE3801147A1 (de) * 1988-01-16 1989-07-27 Philips Patentverwaltung Vorrichtung zum erzeugen eines mit dem dampf eines wenig fluechtigen stoffes angereicherten gasstroms
JPH02200771A (ja) * 1989-01-31 1990-08-09 Canon Inc 微粒子膜作製装置
JPH02209469A (ja) * 1989-02-10 1990-08-20 Canon Inc 微粒子膜作製装置
US5356673A (en) * 1991-03-18 1994-10-18 Jet Process Corporation Evaporation system and method for gas jet deposition of thin film materials
US5562776A (en) * 1994-09-19 1996-10-08 Energy Conversion Devices, Inc. Apparatus for microwave plasma enhanced physical/chemical vapor deposition
US5472749A (en) * 1994-10-27 1995-12-05 Northwestern University Graphite encapsulated nanophase particles produced by a tungsten arc method
US6159533A (en) * 1997-09-11 2000-12-12 Southwest Research Institute Method of depositing a catalyst on a fuel cell electrode
US6521381B1 (en) * 1999-03-16 2003-02-18 General Motors Corporation Electrode and membrane-electrode assemblies for electrochemical cells
CN1250766C (zh) * 2000-03-13 2006-04-12 三井金属鉱业株式会社 制造复合材料的方法以及该方法制造的复合材料
JP2003242987A (ja) * 2002-02-19 2003-08-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池用電極触媒の製造方法および電解質膜/電極接合体とこれを備える高分子電解質形燃料電池
US7507447B2 (en) * 2002-02-26 2009-03-24 Fujifilm Corporation Transparent conductive film, method for producing same and method for forming pattern
US20040035360A1 (en) * 2002-05-17 2004-02-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing apparatus
TWI277363B (en) * 2002-08-30 2007-03-21 Semiconductor Energy Lab Fabrication system, light-emitting device and fabricating method of organic compound-containing layer
KR101137901B1 (ko) * 2003-05-16 2012-05-02 에스브이티 어소시에이츠, 인코포레이티드 박막 증착 증발기
JP4228911B2 (ja) * 2003-12-25 2009-02-25 パナソニック株式会社 燃料電池とその製造方法
JP4696462B2 (ja) * 2004-04-01 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体の製造方法
DE102004045206B4 (de) * 2004-09-17 2009-09-10 Sintec Keramik Gmbh Vorgefertigte Platte und Verfahren zum Herrichten eines Verdampferkörpers und dessen Betreiben in einer PVD-Metallisierungsanlage
JP4996822B2 (ja) * 2004-11-10 2012-08-08 本田技研工業株式会社 燃料電池用電極層の製造方法
JP2006179373A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム
US7750270B2 (en) * 2004-12-28 2010-07-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Nanoparticle generator
JP2006210200A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Fujikura Ltd 燃料電池用電極触媒層、当該電極触媒層の製造方法及び燃料電池
KR100857596B1 (ko) * 2005-08-23 2008-09-09 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030104266A1 (en) 1998-09-11 2003-06-05 Geoffrey Dearnaley Catalytic coatings and fuel cell electrodes and membrane electrode assemblies made therefrom
US20030004054A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Miho Ito Catalyst particles and method of manufacturing the same
US20030186109A1 (en) 2002-03-26 2003-10-02 Wayne Huang Electrode, membrane electrode assembly, fuel cell and method for their production
JP2006222092A (ja) 2006-04-07 2006-08-24 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用触媒の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100585924C (zh) 2010-01-27
EP1923941A3 (en) 2010-05-05
JP5209264B2 (ja) 2013-06-12
CN101183715A (zh) 2008-05-21
KR20080043986A (ko) 2008-05-20
US20110079176A1 (en) 2011-04-07
JP2013131504A (ja) 2013-07-04
US20080113089A1 (en) 2008-05-15
JP2008124004A (ja) 2008-05-29
EP1923941A2 (en) 2008-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Esmaeilifar et al. Synthesis methods of low-Pt-loading electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cell systems
KR100561856B1 (ko) 촉매 담체용 짧은 탄소나노튜브, 상기 탄소나노튜브를 이용한 탄소나노튜브 담지 촉매 및 이를 채용한 연료전지
Wang et al. Pt-frame@ Ni quasi core–shell concave octahedral PtNi3 bimetallic nanocrystals for electrocatalytic methanol oxidation and hydrogen evolution
US11469423B2 (en) Ion conducting nanofiber fuel cell electrodes
Daş et al. Comparison of two different catalyst preparation methods for graphene nanoplatelets supported platinum catalysts
US20030186109A1 (en) Electrode, membrane electrode assembly, fuel cell and method for their production
KR20120129780A (ko) 극단파 백색광 조사법을 이용한 탄소-합금 복합체의 제조 방법
JP2015165518A (ja) 燃料電池用逆オパール構造の金属触媒電極およびその製造方法
CN110915041A (zh) 固体高分子型燃料电池催化剂载体、固体高分子型燃料电池催化剂载体的制造方法、固体高分子型燃料电池用催化剂层、及燃料电池
KR101714061B1 (ko) 고분자 전해질막 연료전지용 촉매층 일체형 전극의 제조방법
KR101149408B1 (ko) 연료 전지용 전극의 제조 방법 및 제조 장치
JP2003128409A (ja) 多孔質炭素膜構造体、触媒担持体、燃料電池用電極、電極接合体、及び燃料電池
JP5074662B2 (ja) 燃料電池用触媒層の製造方法及び製造装置
CN111740119A (zh) 一种燃料电池膜电极催化层的制备方法
JP2010102937A (ja) 燃料電池用電極層の形成材料、燃料電池用膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用電極層の形成材料の製造方法、燃料電池用電極層の製造方法
RU2495158C1 (ru) Способ модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе
JP2003529906A (ja) 直接不凍液非透過性冷却プレートを有する燃料電池
CN104902996B (zh) 金属催化剂载体的制造方法、金属催化剂载体、燃料电池的制造方法、催化剂担载装置
JP2005270687A (ja) 触媒担持炭素材およびその製造方法
JPH10189004A (ja) 燃料電池用電極及びその製造方法
KR101745552B1 (ko) 나노포러스구조를 구비하는 연료전지 촉매전극 제조방법 및 이에 의한 연료전지 촉매전극
KR101181854B1 (ko) 연료전지용 전극의 제조방법, 이로부터 제조되는연료전지용 전극을 포함하는 연료전지 시스템, 및 이의제조에 사용되는 연료전지용 전극 제조 장치
JP5431182B2 (ja) シート状の金属多孔体部材の製造方法およびその部材
JP2009125666A (ja) 触媒体、その製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池用膜/電極接合体
JP2011187201A (ja) 触媒電極、燃料電池、機器、および、触媒電極の製造方法

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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee