KR20080045459A - Catalyst for fuel cell, membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell system comprising same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 연료 전지용 촉매의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a catalyst for a fuel cell of the present invention.
도 2는 본 발명의 연료 전지용 촉매의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정도.Figure 2 is a process diagram schematically showing a method for producing a catalyst for a fuel cell of the present invention.
도 3은 본 발명의 연료 전지 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.3 schematically shows the structure of a fuel cell system of the present invention;
[산업상 이용 분야][Industrial use]
본 발명은 연료 전지용 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적은 양의 촉매를 사용하고도 우수한 성능을 갖는 연료 전지를 제공할 수 있는 연료 전지용 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell catalyst, a fuel cell membrane-electrode assembly including the same, and a fuel cell system including the same, and more particularly, to provide a fuel cell having excellent performance even with a small amount of catalyst. A catalyst for a fuel cell, a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the same, and a fuel cell system including the same.
[종래 기술][Prior art]
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 이러한 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 단위 전지의 적층에 의한 스택 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4-10배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대전원으로 주목받고 있다. A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol and natural gas into electrical energy. This fuel cell is a clean energy source that can replace fossil energy, and has the advantage of generating a wide range of outputs by stacking unit cells, and having an energy density of 4-10 times that of a small lithium battery. It is attracting attention as a compact and mobile portable power source.
연료 전지의 대표적인 예로는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)를 들 수 있다. 상기 직접 산화형 연료 전지에서 연료로 메탄올을 사용하는 경우는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)라 한다. Representative examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) and a direct oxidation fuel cell (Direct Oxidation Fuel Cell). When methanol is used as a fuel in the direct oxidation fuel cell, it is called a direct methanol fuel cell (DMFC).
상기 고분자 전해질형 연료 전지는 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소 가스의 취급에 주의를 요하고 연료가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.The polymer electrolyte fuel cell has an advantage of having a high energy density and a high output, but requires attention to handling hydrogen gas and reforms fuel for reforming methane, methanol, natural gas, etc. to produce hydrogen as fuel gas. There is a problem that requires additional equipment such as a device.
이에 반해 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지에 비해 에너지 밀도는 낮으나 연료의 취급이 용이하고 운전 온도가 낮아, 상온에서 운전이 가능하며, 특히 연료 개질 장치를 필요하지 않는다는 장점이 있다.On the other hand, the direct oxidation fuel cell has a lower energy density than the polymer electrolyte fuel cell, but it is easy to handle fuel and has a low operating temperature, so that it can be operated at room temperature, in particular, it does not require a fuel reformer.
이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고도 함)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수 십개로 적층된 구조를 가진다. 상기 막-전극 어셈블리는 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 고분자 전해질 막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화 전극"이라 한다)과 캐소드 전극(일명 "공기극" 또는 "환원 전극"이라고 한다)이 위치하는 구조를 가진다.In such fuel cell systems, the stack that substantially generates electricity comprises several unit cells consisting of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (also called a bipolar plate). It has a structure laminated to several tens. The membrane-electrode assembly is called an anode electrode (also called "fuel electrode" or "oxidation electrode") and a cathode electrode (also called "air electrode" or "reduction electrode") with a polymer electrolyte membrane containing a hydrogen ion conductive polymer therebetween. ) Is located.
연료 전지에서 전기를 발생시키는 원리는 연료가 연료극인 애노드 전극으로 공급되어 애노드 전극의 촉매에 흡착되고, 연료가 산화되어, 수소 이온과 전자를 생성시키고, 이때 발생된 전자는 외부 회로에 따라 산화극인 캐소드 전극에 도달하며, 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드 전극으로 전달된다. 캐소드 전극으로 산화제가 공급되고, 이 산화제, 수소 이온 및 전자가 캐소드 전극의 촉매 상에서 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키게 된다.The principle of generating electricity in a fuel cell is that fuel is supplied to an anode electrode, which is a fuel electrode, adsorbed to a catalyst of the anode electrode, and the fuel is oxidized to generate hydrogen ions and electrons. Reaching the cathode electrode, hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane and are delivered to the cathode electrode. An oxidant is supplied to the cathode, and the oxidant, hydrogen ions, and electrons react on the catalyst of the cathode to generate electricity while producing water.
본 발명의 목적은 적은 촉매를 사용하고도 성능이 우수한 연료 전지를 제공할 수 있는 연료 전지용 촉매를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a catalyst for a fuel cell which can provide a fuel cell with excellent performance even with a small amount of catalyst.
본 발명의 다른 목적은 상기 촉매를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising the catalyst.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a fuel cell system comprising the membrane-electrode assembly.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부가 빈 구형 입자 형태인 담체 및 이 담체에 담지된 활성 물질을 포함하는 연료 전지용 촉매를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst for a fuel cell comprising a carrier in the form of hollow spherical particles and an active substance supported on the carrier.
본 발명은 또한 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 상기 구성을 갖는 본 발명의 촉매를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.The present invention also includes an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite each other and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, wherein at least one of the anode electrode and the cathode electrode has a catalyst of the present invention having the above configuration. It provides a membrane-electrode assembly comprising a fuel cell.
본 발명은 또한, 본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함하는 연료 전지 시스템을 제공한다. 상기 전기 발생부는 상기 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터를 포함하고, 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통하여 전기를 생성시키는 역할을 한다. 상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The present invention also provides a fuel cell system comprising at least one electricity generator, a fuel supply and an oxidant supply. The electricity generating unit includes the membrane-electrode assembly and the separator, and serves to generate electricity through an oxidation reaction of a fuel and a reduction reaction of an oxidant. The fuel supply unit serves to supply fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit serves to supply an oxidant to the electricity generation unit.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
연료 전지용 촉매로는 백금 계열 금속이 사용되고 있으며, 특히 애노드 전극에는 피독 문제로 인하여 백금-루테늄 합금 촉매가 성능이 가장 우수하여 주로 사용되고 있다. 그러나 백금-루테늄 합금 촉매는 백금에서의 수소 분해 반응에 비해 반응이 느리고 복잡하여, 탄화수소 연료를 사용하는 직접 산화형 연료 전지의 성능 향상에 한계를 보이는 원인이 되고 있다.Platinum-based metals are used as catalysts for fuel cells, and in particular, platinum-ruthenium alloy catalysts are mainly used for anode electrodes due to poisoning problems. However, the platinum-ruthenium alloy catalyst is slower and more complex than the hydrogen decomposition reaction in platinum, which causes a limitation in improving the performance of a direct oxidation fuel cell using a hydrocarbon fuel.
따라서, 최근에는 금(Au), 팔라듐(Pd) 또는 텅스텐옥사이드(WO3)와 같이 전기 전도성과 이온 전도성을 갖는 물질을 백금-루테늄 합금과 함께 합금을 제조하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이 경우, PtRu 고유의 반응성이 줄어드는 문 제가 있었다.Therefore, in recent years, a research for producing an alloy with a platinum-ruthenium alloy with a material having electrical conductivity and ion conductivity, such as gold (Au), palladium (Pd) or tungsten oxide (WO 3 ), has been conducted. In this case, however, there was a problem of decreasing the intrinsic reactivity of PtRu.
상기 금, 팔라듐 또는 텅스텐 옥사이드와 같은 물질은 전기 전도성뿐만 아니라 이온 전도성을 갖고 있으며, 백금에서 생성된 양성자를 쉽게 받아들여 다음 물질에 전달시키는 기능을 하는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 PtRu의 탄화수소 연료 산화 반응을 촉진시키는 역할도 한다. The materials such as gold, palladium or tungsten oxide have not only electrical conductivity but also ionic conductivity, and are well known to easily accept protons generated from platinum and transfer them to the next material. Therefore, it also plays a role in promoting the hydrocarbon fuel oxidation reaction of PtRu.
예) WO3 + xPt-H → HxWO3 + xPt → WO3 + xPt + xe- + xH- Example) WO 3 + xPt-H → H x WO 3 → WO 3 + xPt xPt + + xe - + xH -
본 발명은 PtRu 고유의 반응성을 감소시키지 않으면서, PtRu의 산화 반응을 촉진시킬 수 있는 연료 전지용 촉매를 제공하는 것이다.The present invention provides a fuel cell catalyst capable of promoting the oxidation reaction of PtRu without reducing the intrinsic reactivity of PtRu.
본 발명의 연료 전지용 촉매는 내부가 빈 구형 입자 형태인 담체 및 이 담체에 담지된 활성 금속을 포함한다. The catalyst for a fuel cell of the present invention includes a carrier in the form of hollow spherical particles and an active metal supported on the carrier.
담체로 내부가 빈 구형 입자 형태를 사용하는 경우의 촉매 단면도를 도 1에 개략적으로 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 촉매(200)는 내부가 빈(hollow) 구형 입자 형태를 갖는 담체층(22)을 갖는 담체 및 이 담체에 담지된 활성 금속(24)을 포함한다.A cross-sectional view of the catalyst in the case of using a hollow spherical particle form as a carrier is schematically shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the
이와 같이 본 발명의 촉매의 담체는 내부가 빈 구형 입자의 형태를 갖는다. 이때, 내부 빈 공간의 크기는, 즉 도 1에서 a는 2 내지 100nm 정도를 갖는다.As such, the carrier of the catalyst of the present invention has the form of a hollow spherical particle. At this time, the size of the internal empty space, that is, a has a degree of 2 to 100nm in FIG.
또한, 이와 같이 내부 빈 공간을 갖는 담체는 구형 입자의 표면에서 중심축으로(즉 도 1에서 b) 1 내지 1㎛ 두께로 존재하는 담체층을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 담체층의 두께는 1 내지 50nm가 더욱 바람직하고, 1 내지 10nm가 가장 바람직하다. 상기 담체층의 두께가 1nm보다 작으면 기계적으로 존재하기가 어려운 문제가 있고, 1㎛보다 크면 너무 두꺼워서 내부가 빈 공간의 효과가 사라져 바람직하지 않다.In addition, the carrier having an internal empty space as described above preferably includes a carrier layer present at a thickness of 1 to 1 μm from the surface of the spherical particles to a central axis (ie, b in FIG. 1), wherein the thickness of the carrier layer is 1 50 nm is more preferable, and 1-10 nm is the most preferable. If the thickness of the carrier layer is less than 1nm, there is a problem that it is difficult to exist mechanically, and if the thickness of the carrier layer is larger than 1㎛ is too thick, the effect of the empty space inside disappears, which is not preferable.
또한, 본 발명의 촉매를 구성하는 활성 금속이 상기 담체에 담지되어 있다.In addition, the active metal constituting the catalyst of the present invention is supported on the carrier.
결과적으로 본 발명의 촉매가 내부가 빈 구형 입자로 존재하는 경우 구형 입자의 전체 평균 크기(촉매의 평균 입경), 즉 도 1에서 c(내부 빈 공간의 크기, 담체 및 활성 금속이 존재하는 두께를 합하여)는 5nm 내지 10㎛가 바람직하고, 10nm 내지 5㎛가 더욱 바람직하다. 촉매의 평균 입경이 5nm 미만인 경우에는 응집이 심하고, 내부가 빈 구형 입자 형태를 갖음에 따른 효과가 미미하고, 10㎛를 초과하는 경우에는 표면적이 너무 커서 촉매 활성이 저하되는 문제가 있다.As a result, when the catalyst of the present invention is present as an empty spherical particle, the total average size of the spherical particles (average particle diameter of the catalyst), i.e., c in FIG. 1 (the size of the internal void space, the thickness of the carrier and the active metal present) 5 nm-10 micrometers are preferable, and 10 nm-5 micrometers are more preferable. If the average particle diameter of the catalyst is less than 5nm, the aggregation is severe, the effect of having a hollow spherical particle form is insignificant, and when the average particle diameter exceeds 10㎛, the surface area is too large, there is a problem that the catalyst activity is lowered.
상기 전도성 물질로는 금, 팔라듐, 금-M 합금(M은 합금화 가능한 금속으로서, 예를 들면 Fe, Co 또는 이들의 조합), 텅스텐 및 텅스텐 옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이, 이러한 물질이 전기 전도성뿐만 아니라 이온 전도성을 갖고 있어, 활성 금속에서 생성된 양성자를 쉽게 받아들여 다음 물질에 전달시키는 기능을 하므로, 활성 금속의 연료 산화 반응을 촉진시킬 수 있어 바람직하다.As the conductive material, at least one selected from the group consisting of gold, palladium, and gold-M alloy (M is an alloyable metal, for example, Fe, Co, or a combination thereof), tungsten, and tungsten oxide is used. In addition, since such a material has not only electrical conductivity but also ionic conductivity, and easily accepts protons generated from the active metal and transfers them to the next material, it is preferable because it can promote fuel oxidation of the active metal.
상기 활성 금속으로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하 며, 백금-루테늄 합금이 가장 바람직하다.The active metal may be platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu , Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru, and a transition metal selected from the group consisting of a combination thereof, and those selected from the group consisting of combinations thereof, and a platinum-ruthenium alloy is most preferred. Do.
이하 담체로 내부가 빈 구형 입자 형태를 사용하는 경우 촉매를 제조하는 방법을 첨부된 도 2를 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of preparing a catalyst when using a hollow spherical particle form as a carrier will be described with reference to FIG. 2.
먼저, 구형 고분자 나노 입자(20)에 전도성 물질을 코팅하여 전도성 물질층(22)이 형성된 고분자 나노 입자를 제조한다(S1). First, the conductive material is coated on the
상기 구형 고분자 나노 입자(20)는 폴리스티렌, 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐아세테이트, 술폰화 폴리스티렌 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다.The
또한 상기 구형 고분자 나노 입자는 유화 중합 또는 무유화 중합법으로 제조된 것이 균일한 입자 크기를 갖고 또한 원하는 입자 크기대로 조절이 용이하므로 바람직하다.In addition, the spherical polymer nanoparticles are preferably prepared by emulsion polymerization or emulsion free polymerization because they have a uniform particle size and can be easily adjusted to a desired particle size.
또한, 상기 구형 고분자 나노 입자의 평균 크기는 2 내지 100nm가 바람직하고, 2 내지 50nm가 더욱 바람직하다. 상기 구형 고분자 나노 입자의 평균 크기가 2nm 미만이면, 이러한 크기를 갖는 고분자 나노 입자를 제조하기가 어렵고, 100nm를 초과하는 경우에는 촉매 성능이 없어 바람직하지 않다.In addition, the average size of the spherical polymer nanoparticles is preferably 2 to 100nm, more preferably 2 to 50nm. When the average size of the spherical polymer nanoparticles is less than 2nm, it is difficult to produce polymer nanoparticles having such a size, and when the average size exceeds 100nm, it is not preferable because there is no catalytic performance.
상기 코팅 공정은 상기 구형 고분자 나노 입자를 용매에 넣고, 여기에 담체로 사용가능한 전도성 물질 전구체를 1종 이상 첨가한 후, 이 혼합물에 환원제를 첨가하여 실시한다. The coating process is carried out by putting the spherical polymer nanoparticles in a solvent, adding at least one conductive material precursor usable as a carrier, and then adding a reducing agent to the mixture.
상기 용매로는 물, 또는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올과 같은 알코올을 사용할 수 있다. 또한 상기 전도성 물질 전구체로는 전도성 물질을 포함하는 염화 물, 염화물, 브롬화물 또는 아세틸화물 등을 사용할 수 있다. 상기 구형 고분자 나노 입자와 전도성 물질 전구체의 혼합 비율은 적당하게 조절할 수 있으며, 10 내지 90 중량% : 90 내지 10 중량%가 적당하다. 또한, 상기 환원제로는 NaBH4, NaHSO3 등을 사용할 수 있다. The solvent may be water or an alcohol such as methanol, ethanol or isopropyl alcohol. In addition, the conductive material precursor may be used a chloride, chloride, bromide or acetylide containing a conductive material. The mixing ratio of the spherical polymer nanoparticles and the conductive material precursor can be appropriately adjusted, 10 to 90% by weight: 90 to 10% by weight is appropriate. In addition, the reducing agent may be used NaBH 4 , NaHSO 3 and the like.
이어서, 담체층(22)이 형성된 고분자 나노 입자(20)에 활성 금속을 코팅하여 활성 금속(24) 및 담체층(22)이 코팅된 고분자 나노 입자(20)를 제조한다(S2).Subsequently, the active metal is coated on the
상기 코팅 공정도 담체층 형성 공정과 동일하게, 담체층(22)이 형성된 고분자 나노 입자(20)를 용매에 첨가한 후, 여기에 활성 물질 전구체를 1종 이상 첨가하고, 이 혼합물에 환원제를 첨가하여 공정으로 실시한다. In the same manner as in the carrier layer forming step, the coating process is performed by adding the
상기 용매로는 물, 또는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올과 같은 알코올을 사용할 수 있다. 또한 상기 활성 물질 전구체로는 활성 물질을 포함하는 염화물, 브롬화물 또는 아세틸화물을 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 H2PtCl6, PtCl2, PtBr2, 플라티늄 아세틸아세토네이트(platinum acetylacetonate) 또는 암모늄 테트라클로로플라티네이트(ammonium tetrachloroplatinate)를 사용할 수 있다. 상기 구형 고분자 나노 입자와 활성 물질 전구체의 혼합 비율은 적당하게 조절할 수 있으나, 10 내지 90 중량% : 90 내지 10 중량%가 적당하다. 또한, 상기 환원제로는 NaBH4, NaHSO3 등을 사용할 수 있다.The solvent may be water or an alcohol such as methanol, ethanol or isopropyl alcohol. In addition, chloride, bromide or acetylide containing the active material may be used as the active material precursor, and representative examples thereof include H 2 PtCl 6 , PtCl 2 , PtBr 2 , platinum acetylacetonate or ammonium tetrachloro Platinate (ammonium tetrachloroplatinate) can be used. The mixing ratio of the spherical polymer nanoparticles and the active material precursor can be appropriately adjusted, but 10 to 90% by weight: 90 to 10% by weight is appropriate. In addition, the reducing agent may be used NaBH 4 , NaHSO 3 and the like.
이어서, 코팅된 구형 고분자 나노 입자(20)를 열처리하여, 담체층(22) 및 활 성 금속(24)이 코팅된 본 발명의 촉매(200)를 제조한다(S3). 이때, 이 열처리 공정은 활성 금속은 용해되지 않고, 고분자는 휘발될 정도의 온도에서 실시하는 것이 좋으며, 800 내지 1000℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 공정 온도가 800℃ 미만이면, 고분자가 카본화되어 잔존할 우려가 있고, 1000℃를 초과하면, 활성 금속이 용해되거나 산화되어 바람직하지 않다.Subsequently, the coated
상기 열처리 공정에서 고분자 나노 입자는 열분해되어 제거되고, 담체층 및 이 담체층에 담지된 활성 금속만 남게 되므로, 내부가 빈 본 발명의 촉매(28)가 제조된다. 이와 같이 제조된 본 발명의 촉매는 크기가 균일하고 또한 내부가 비어 있으므로 백금의 실제 사용량을 획기적으로 감소시키면서도 전지 성능을 동등하게 유지할 수 있거나, 또는 활성 금속의 활성이 우수해지고 또한 활성 금속이 서로 응집되는 문제를 방지할 수 있어서, 전지 성능을 향상시킬 수 있다.In the heat treatment process, the polymer nanoparticles are thermally decomposed and removed, leaving only the carrier layer and the active metal supported on the carrier layer, thereby preparing the catalyst 28 of the present invention having an empty interior. Since the catalyst of the present invention thus prepared is uniform in size and hollow inside, the battery performance can be maintained equally while the actual amount of platinum is drastically reduced, or the activity of the active metals is excellent and the active metals aggregate with each other. It is possible to prevent the problem, which can improve battery performance.
본 발명의 촉매는 연료 전지의 애노드 전극 또는 캐소드 전극 중 적어도 하나에 사용될 수 있으며, 특히 애노드 전극에 사용되는 것이 바람직하다.The catalyst of the present invention may be used for at least one of an anode electrode or a cathode electrode of a fuel cell, particularly preferably for an anode electrode.
본 발명의 촉매를 애노드 전극에만 사용하는 경우 캐소드 전극의 촉매층의 촉매로는 연료 전지의 반응에 참여하여, 촉매로 사용가능한 것은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 백금계 촉매를 사용할 수 있다. 상기 백금계 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속) 및 이들의 조합중에서 선택되는 촉매를 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 Pt, Pt/Ru, Pt/W, Pt/Ni, Pt/Sn, Pt/Mo, Pt/Pd, Pt/Fe, Pt/Cr, Pt/Co, Pt/Ru/W, Pt/Ru/Mo, Pt/Ru/V, Pt/Fe/Co, Pt/Ru/Rh/Ni 및 Pt/Ru/Sn/W으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.When the catalyst of the present invention is used only for the anode electrode, the catalyst of the catalyst layer of the cathode electrode participates in the reaction of the fuel cell, and any that can be used as the catalyst can be used, and a representative example of the platinum-based catalyst can be used. As the platinum-based catalyst, platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy (M is Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Transition metals selected from the group consisting of Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru, and combinations thereof) and a catalyst selected from combinations thereof. Specific examples include Pt, Pt / Ru, Pt / W, Pt / Ni, Pt / Sn, Pt / Mo, Pt / Pd, Pt / Fe, Pt / Cr, Pt / Co, Pt / Ru / W, Pt / Ru One or more selected from the group consisting of / Mo, Pt / Ru / V, Pt / Fe / Co, Pt / Ru / Rh / Ni, and Pt / Ru / Sn / W can be used.
또한 이러한 금속 촉매는 금속 촉매 자체(black)로 사용할 수도 있고, 담체에 담지시켜 사용할 수도 있다. 이 담체로는 흑연, 덴카 블랙, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 볼 또는 활성 탄소 등의 탄소계 물질을 사용할 수도 있고, 또는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등의 무기물 미립자를 사용할 수도 있으나, 일반적으로 탄소계 물질이 사용되고 있다. In addition, such a metal catalyst may be used as the metal catalyst (black) itself, or may be supported on a carrier. As the carrier, carbonaceous materials such as graphite, denka black, ketjen black, acetylene black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanowires, carbon nanoballs or activated carbon may be used, or alumina, silica, zirconia, Inorganic fine particles such as titania may be used, but carbon-based materials are generally used.
상기 캐소드 전극 또는 애노드 전극은 본 발명의 촉매를 포함하는 촉매층 및 전극 기재를 포함하며, 이들을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 상기 캐소드 전극 또는 애노드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다.The cathode electrode or anode electrode comprises a catalyst layer and an electrode substrate comprising the catalyst of the present invention, the fuel cell membrane-electrode assembly comprising them comprises a polymer electrolyte membrane positioned between the cathode electrode or the anode electrode.
상기 촉매층은 또한 바인더를 포함한다. 이 바인더로는 측쇄에 설폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 수소 이온 전도성 고분자 바인더를 사용할 수 있다. 상기 수소 이온 전도성 고분자로는 퍼플루오로설포네이트 등과 같은 플루오로계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤게 고분자 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 등을 1종 이상 사용할 수 있 다. 상기 수소 이온 전도성 고분자는 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 촉매 조성물 제조시 NaOH를, 테트라부틸암모늄으로 치환하는 경우에는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 사용하여 치환하며, K, Li 또는 Cs도 적절한 화합물을 사용하여 치환할 수 있다. 이 치환 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.The catalyst layer also includes a binder. As the binder, a hydrogen ion conductive polymer binder having a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups and derivatives thereof in the side chain can be used. The hydrogen ion conductive polymer may be a fluoro polymer such as perfluorosulfonate, a polyamide polymer, a polyether polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, or a polyphenylene sulfide. The polymer, polysulfone polymer, polyether sulfone polymer, polyether ketone polymer, polyether-ether ketone crab polymer or polyphenylquinoxaline polymer may be used. The hydrogen ion conductive polymer may replace H with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium in an ion exchange group at the side chain end. In case of replacing H with Na in the side chain terminal ion exchanger, NaOH is substituted for the preparation of the catalyst composition, and tetrabutylammonium hydroxide is substituted for tetrabutylammonium, and K, Li or Cs may be substituted with appropriate compounds. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.
상기 바인더는 단일물 또는 혼합물 형태로 사용가능하며, 또한 선택적으로 고분자 전해질 막과의 접착력을 보다 향상시킬 목적으로 비전도성 고분자 바인더와 함께 사용될 수도 있다. 그 사용량은 사용 목적에 적합하도록 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.The binder may be used in the form of a single substance or a mixture, and may also be optionally used with a nonconductive polymer binder for the purpose of further improving adhesion to the polymer electrolyte membrane. It is preferable to adjust the usage-amount so that it may be suitable for a purpose of use.
상기 비전도성 고분자로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라 플루오로에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌- 퍼플루오로 알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 (ethylene/tetrafluoroethylene(ETFE)), 에틸렌클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP), 도데실벤젠술폰산 및 소르비톨(Sorbitol)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것이 보다 바람직하다.Examples of the nonconductive polymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoro alkylvinyl ether copolymer (PFA), and ethylene / tetrafluoro Ethylene / tetrafluoroethylene (ETFE), ethylenechlorotrifluoro-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride, copolymer of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), dode At least one selected from the group consisting of silbenzenesulfonic acid and sorbitol is more preferred.
상기 전극 기재는 전극을 지지하는 역할을 하면서 촉매층으로 연료 및 산화제를 확산시켜 촉매층으로 연료 및 산화제가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 상기 전극 기재로는 도전성 기재를 사용하며 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt) 또는 금속천(섬유 상태의 금속천으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것을 말함)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode substrate plays a role of supporting the electrode and diffuses the fuel and the oxidant to the catalyst layer, thereby serving to easily access the fuel and the oxidant to the catalyst layer. The electrode substrate is a conductive substrate, and representative examples thereof include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth (porous film or polymer fiber composed of metal cloth in a fibrous state). The metal film is formed on the surface of the cloth formed with)) may be used, but is not limited thereto.
또한 상기 전극 기재는 불소 계열 수지로 발수 처리한 것을 사용하는 것이 연료 전지의 구동시 발생되는 물에 의하여 반응물 확산 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 상기 불소 계열 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르, 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드알콕시비닐 에테르, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 또는 이들의 코폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 상기 전극 기재에서의 반응물 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 이 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 예를 들어 탄소 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성 탄소, 카본 파이버, 플러렌(fullerene), 카본 나노 튜브, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼(carbon nano-horn) 또는 카본 나노 링(carbon nano ring)을 포함할 수 있다. In addition, it is preferable to use a water-repellent treatment with a fluorine-based resin as the electrode base material because it can prevent the reactant diffusion efficiency from being lowered by water generated when the fuel cell is driven. Examples of the fluorine-based resin include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, polyperfluorosulfonyl fluoride alkoxy vinyl ether, and fluorinated ethylene propylene ( Fluorinated ethylene propylene), polychlorotrifluoroethylene or copolymers thereof can be used. In addition, a microporous layer may be further included to enhance the reactant diffusion effect in the electrode substrate. These microporous layers are generally conductive powders having a small particle diameter, such as carbon powder, carbon black, acetylene black, activated carbon, carbon fiber, fullerene, carbon nanotubes, carbon nanowires, and carbon nanohorns. -horn or carbon nano ring.
상기 미세 기공층은 도전성 분말, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 전극 기재에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리퍼플루오로알킬비닐에테르, 폴리퍼플루오로술포닐플루오라이드, 알콕시비닐 에테르, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 또는 이들의 코폴리머 등이 바람직하게 사용될 수 있 다. 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란 등이 바람직하게 사용될 수 있다. 코팅 공정은 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법 또는 닥터 블레이드를 이용한 코팅법 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The microporous layer is prepared by coating a composition comprising a conductive powder, a binder resin and a solvent on the electrode substrate. The binder resin may be polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, polyperfluorosulfonyl fluoride, alkoxy vinyl ether, polyvinyl alcohol, cellulose acetate Or copolymers thereof and the like may be preferably used. As the solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, etc. may be preferably used. The coating process may be screen printing, spray coating, or coating using a doctor blade according to the viscosity of the composition, but is not limited thereto.
상기 고분자 전해질 막은 일반적으로 연료 전지에서 고분자 전해질 막으로 사용되며, 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지로 제조된 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 측쇄에 설폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지를 들 수 있다. The polymer electrolyte membrane is generally used as a polymer electrolyte membrane in a fuel cell, and any one made of a polymer resin having hydrogen ion conductivity may be used. Representative examples thereof include a polymer resin having a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid groups, carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, phosphonic acid groups and derivatives thereof in the side chain.
상기 고분자 수지의 대표적인 예로는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산)(일반적으로 나피온으로 시판됨), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole) 또는 폴리(2,5-벤즈이미다졸) 중에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. Representative examples of the polymer resin include a fluorine polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer and a polyether ketone It may include one or more selected from polymers, polyether-etherketone-based polymers or polyphenylquinoxaline-based polymers, more preferably poly (perfluorosulfonic acid) (generally marketed as Nafion), poly (Perfluorocarboxylic acid), copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, defluorinated sulfide polyether ketones, aryl ketones, poly (2,2'-m-phenylene)- 5,5'-bibenzimidazole (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) or poly (2,5-benzimidazole) may be mentioned. have.
또한, 이러한 수소 이온 전도성 고분자의 수소 이온 전도성기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 촉매 조성물 제조시 NaOH를, 테트라부틸암모늄으로 치환하는 경우에는 테트라부틸암모늄 하이드록사이드를 사용하여 치환하며, K, Li 또는 Cs도 적절한 화합물을 사용하여 치환할 수 있다. 이 치환 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the hydrogen ion conductive group of the hydrogen ion conductive polymer, H may be substituted with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium. In case of replacing H with Na in the side chain terminal ion exchanger, NaOH is substituted for the preparation of the catalyst composition, and tetrabutylammonium hydroxide is substituted for tetrabutylammonium, and K, Li or Cs may be substituted with appropriate compounds. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지 시스템은 적어도 하나의 전기 발생부, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 포함한다. In addition, the fuel cell system including the membrane-electrode assembly of the present invention includes at least one electric generator, a fuel supply and an oxidant supply.
상기 전기 발생부는 본 발명의 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터(바이폴라 플레이트라고도 함)를 포함한다. 상기 전기 발생부는 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The electricity generating portion includes the membrane-electrode assembly and separator (also called bipolar plate) of the present invention. The electricity generation unit serves to generate electricity through the oxidation reaction of the fuel and the reduction reaction of the oxidant.
상기 연료 공급부는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 상기 산화제 공급부는 산소 또는 공기와 같은 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다.The fuel supply unit serves to supply fuel to the electricity generation unit, and the oxidant supply unit serves to supply an oxidant such as oxygen or air to the electricity generation unit.
본 발명에서 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료를 포함할 수 있다. 상기 탄화수소 연료의 대표적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연 가스를 들 수 있다. 또한 본 발명의 연료 전지 시스템은 직접 산화형 연료 전지 시스템에 보다 적합하므로, 상기 연료는 탄화수소 연료가 바람직하다.In the present invention, the fuel may include hydrogen or hydrocarbon fuel in gas or liquid state. Representative examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, propanol, butanol or natural gas. In addition, since the fuel cell system of the present invention is more suitable for the direct oxidation type fuel cell system, the fuel is preferably a hydrocarbon fuel.
본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 3에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 3에 나타낸 구조는 연료 및 산화제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않는 확산 방식을 이용하는 연료 전지 시스템 구조에 사용할 수도 있음은 당연한 일이다.A schematic structure of the fuel cell system of the present invention is shown in FIG. 3, which will be described in more detail with reference to the following. Although the structure shown in FIG. 3 shows a system for supplying fuel and oxidant to an electric generator using a pump, the fuel cell system of the present invention is not limited to such a structure, and a fuel cell using a diffusion method without using a pump is shown. Of course, it can also be used for system architecture.
본 발명의 연료 전지 시스템(1)은 연료의 산화 반응과 산화제의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(3)와, 상기한 연료를 공급하는 연료 공급부(5)와, 산화제를 상기 전기 발생부(3)로 공급하는 산화제 공급부(7)를 포함하여 구성된다.The
또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급부(5)는 연료를 저장하는 연료 탱크(9), 연료 탱크(9)에 연결 설치되는 연료 펌프(11)를 구비할 수 있다. 상기한 연료 펌프(11)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(9)에 저장된 연료를 배출시키는 기능을 하게 된다.In addition, the fuel supply unit 5 for supplying the fuel may include a
상기 전기 발생부(3)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(7)는 소정의 펌핑력으로 산화제를 흡입하는 적어도 하나의 산화제 펌프(13)를 구비한다.The
상기 전기 발생부(3)는 연료와 산화제를 산화 및 환원 반응시키는 막-전극 어셈블리(17)와 이 막-전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 세퍼레이터(19,19')로 구성되며, 이러한 전기 발생부(3)가 적어도 하나 모여 스택(15)을 구성한다. The
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실 시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
유화 중합법으로 평균 직경이 5nm 크기에 표면에 양이온성을 띠고 있는 폴리스티렌계 고분자 구형 나노 입자 20g을 물 1리터에 넣고 교반하여 분산시켰다. 상기 분산액에 염화금(AuCl3) 8을 넣고, 1시간 동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 소디움 보로하이드라이드(NaBH4) 8g을 넣어 환원시켜 금이 코팅된 고분자 나노 입자를 제조하였다. 20 g of polystyrene-based polymer spherical nanoparticles having an average diameter of 5 nm and having a cationic property on the surface thereof were put into 1 liter of water by stirring to disperse. Gold chloride (AuCl 3 ) 8 was added to the dispersion, and the mixture was stirred for 1 hour. 8 g of sodium borohydride (NaBH 4 ) was added to the obtained mixture to reduce gold, thereby preparing gold-coated polymer nanoparticles.
상기 금이 코팅된 고분자 나노 입자를 물로 세정한 후, 물 1리터에 교반하여 분산시킨 후, 염화백금산(H2PtCl6) 3g과 루테늄클로라이드(RuCl3) 3g을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 소디움 보로하이드라이드(NaBH4) 8g을 넣어 환원시켰다. 반응 종료 후, 얻어진 환원 생성물에 물을 제거하여 입자를 얻은 후, 900℃에서 열처리하여 연료 전지용 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 내부가 빈 담체와 이 담체에 담지된 Pt를 포함하며, 담체의 내부 빈 공간의 크기는 2nm였고, 담체층의 두께는 1nm였으며, 전체 촉매 크기는 3.1nm였다.The gold-coated polymer nanoparticles were washed with water, dispersed in 1 liter of water, and dispersed. Then, 3 g of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ) and 3 g of ruthenium chloride (RuCl 3 ) were added thereto, followed by stirring for 1 hour. 8 g of sodium borohydride (NaBH 4 ) was added to the obtained mixture to reduce the resulting mixture. After the completion of the reaction, water was removed from the obtained reduction product to obtain particles, and then heat-treated at 900 ° C to prepare a catalyst for a fuel cell. The prepared catalyst contained a hollow carrier and Pt supported on the carrier, the internal hollow space of the carrier was 2 nm, the thickness of the carrier layer was 1 nm, and the total catalyst size was 3.1 nm.
상기 실시예 1에 따라 제조된 연료 전지용 촉매를 이용하여 통상의 방법으로연료 전지를 제조한 후, 연료 산화 반응성 및 출력 특성을 측정한 결과, 적은 양을 사용하여 연료 산화 반응이 매우 우수하고, 따라서 높은 출력을 얻을 수 있었다.After the fuel cell was manufactured by a conventional method using the fuel cell catalyst prepared according to Example 1, the fuel oxidation reactivity and the output characteristics were measured. As a result, the fuel oxidation reaction was very excellent using a small amount. High output was obtained.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자 에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.All simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
본 발명의 연료 전지용 촉매는 내부가 빈 구조 담체에 담지된 구조를 가짐에 따라 촉매 사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있고 또한 연료 산화 반응이 매우 우수하므로, 전지 성능이 우수한 연료 전지를 제공할 수 있다.Since the catalyst for a fuel cell of the present invention has a structure supported on an empty structure carrier, the amount of catalyst used can be drastically reduced, and the fuel oxidation reaction is very excellent, thereby providing a fuel cell having excellent cell performance.
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| KR101150210B1 (en) * | 2009-08-27 | 2012-06-12 | 문상봉 | Fibershaped hollow electrode, membrane-electrode assembly comprising the same, and its preparation method |
| CN115000423A (en) * | 2022-05-06 | 2022-09-02 | 上海歌地催化剂有限公司 | Hydrogen fuel cell cathode catalyst and preparation method and application thereof |
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- 2006-11-20 KR KR1020060114599A patent/KR20080045459A/en not_active Application Discontinuation
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