KR20090055304A - Membrane electrode assembly for fuel cell, method for preparing same, and fuel cell system inclulding same - Google Patents

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KR20090055304A KR1020070122154A KR20070122154A KR20090055304A KR 20090055304 A KR20090055304 A KR 20090055304A KR 1020070122154 A KR1020070122154 A KR 1020070122154A KR 20070122154 A KR20070122154 A KR 20070122154A KR 20090055304 A KR20090055304 A KR 20090055304A
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Abstract

A membrane electrode assembly for a fuel cell is provided to show improved battery capacity in a low current and high electric current area by comprising a first catalyst and a second catalyst formed on the first catalyst. A membrane electrode assembly for a fuel cell comprises an anode and a cathode which are face with each other; and a polymer electrolyte membrane(14) positioned between the anode and the cathode. At least one of the anode and the cathode comprises an electrode substrate(15) and a catalyst layer. The catalyst layer comprises many first catalysts(12) formed with arbitrary patterns on the polymer electrolyte membrane; and a second catalyst(13) formed by covering the first catalysts on the polymer electrolyte membrane.

Description

연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL, METHOD FOR PREPARING SAME, AND FUEL CELL SYSTEM INCLULDING SAME}Membrane-electrode assembly for fuel cell, method for manufacturing same, and fuel cell system including the same {MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL, METHOD FOR PREPARING SAME, AND FUEL CELL SYSTEM INCLULDING SAME}

본 발명은 연료전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전류 및 고전류 영역에서 모두 향상된 전지 성능을 나타내는 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane-electrode assembly for a fuel cell, a method of manufacturing the same, and a fuel cell system including the same. More specifically, the membrane-electrode assembly for a fuel cell exhibiting improved cell performance in both a low current and a high current region, and a manufacture thereof A method, and a fuel cell system comprising the same.

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. The 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 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)이라 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 연료 가스인 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연 가스 등을 개질하기 위한 연료 개질 장치 등의 부대 설비를 필 요로 하는 문제점이 있다.The polymer electrolyte fuel cell has the advantages of high energy density and high output, but requires attention to handling hydrogen gas and reforms fuel for reforming methane, methanol, natural gas, etc. to produce hydrogen, which is 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, 산화 반응에 의하여 연료가 이온화되고 또한 전자가 발생하며, 이때 발생된 전자는 외부 회로에 따라 산화극인 캐소드 전극에 도달하며, 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통과하여 캐소드 전극으로 전달된 다. 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, the fuel is ionized by an oxidation reaction, and electrons are generated, and the generated electrons are oxidized according to an external circuit. Reaching the cathode, which is the pole, hydrogen ions pass through the polymer electrolyte membrane and are delivered to the cathode. 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 발명은 저전류 및 고전류 영역에서 모두 향상된 전지 성능을 나타내는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.The present invention provides a membrane-electrode assembly for a fuel cell that exhibits improved cell performance in both low current and high current regions.

본 발명은 또한, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a method of manufacturing the fuel cell membrane-electrode assembly.

본 발명은 또한, 상기 연료전지용 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.The present invention also provides a fuel cell system comprising the membrane-electrode assembly for the fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연료 전지용 막-전극 어셈블리는 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다. 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 중 적어도 하나는 전극 기재 및 촉매층을 포함하며, 상기 촉매층은 상기 고분자 전해질 막에 임의의 패턴으로 형성된 다수개의 제1촉매부 및 상기 고분자 전해질 막에 상기 제1촉매부를 덮으면서 형성된 제2촉매부를 포함한다.In order to achieve the above object, the membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention includes an anode electrode and a cathode electrode positioned to face each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. At least one of the anode electrode and the cathode electrode includes an electrode substrate and a catalyst layer, wherein the catalyst layer covers a plurality of first catalyst portions formed in an arbitrary pattern on the polymer electrolyte membrane and the first catalyst portion on the polymer electrolyte membrane. It includes a second catalyst formed.

또한, 상기 제1촉매부는 아일랜드 형상인 것이 바람직하다.In addition, the first catalyst portion is preferably an island shape.

또한, 상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 포함하고, 상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 포함하는 것이 바람직하다. The first catalyst part may include a first catalyst and a first binder, and the second catalyst part may include a second catalyst and a second binder.

또한, 상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 1 : 0.05 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the first catalyst unit preferably includes the first catalyst and the first binder in a weight ratio of 1: 0.05 to 1: 0.15.

또한, 상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 1 : 0.1 내지 1 : 0.2의 중량비로 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the second catalyst unit preferably includes the second catalyst and the second binder in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 0.2.

또한, 상기 제1촉매부는 두께가 10 내지 30㎛인 것이 바람직하다.In addition, the first catalyst portion preferably has a thickness of 10 to 30㎛.

또한, 상기 제2촉매부는 두께가 30 내지 50㎛인 것이 바람직하다.In addition, the second catalyst portion preferably has a thickness of 30 to 50㎛.

또한, 상기 제1촉매부는 평균 크기가 2mm 내지 8mm인 것이 바람직하다.In addition, the first catalyst is preferably an average size of 2mm to 8mm.

또한, 상기 촉매층의 기공도는 40 내지 70부피%인 것이 바람직하다. In addition, the porosity of the catalyst layer is preferably 40 to 70% by volume.

본 발명은 또한, 이형 필름의 일면에 제2촉매부 형성용 조성물을 도포하여 제2촉매부를 형성하는 단계; 제2촉매부 위에 제1촉매부 형성용 조성물을 임의의 패턴으로 도포하여 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; 이형 필름에 형성된 제1촉매부와 접하도록 고분자 전해질 막을 위치시킨 후 전사하여 제1촉매부 및 제2촉매부를 포함하는 촉매층을 형성하는 단계; 및 상기 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계를 포함하는 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of applying a composition for forming the second catalyst portion on one surface of the release film to form a second catalyst; Forming a plurality of first catalyst portions by applying the first catalyst portion forming composition on the second catalyst portion in an arbitrary pattern; Positioning the polymer electrolyte membrane so as to contact the first catalyst portion formed on the release film, and transferring the polymer electrolyte to form a catalyst layer including the first catalyst portion and the second catalyst portion; And positioning an electrode substrate in contact with the second catalyst portion.

본 발명은 또한, 고분자 전해질 막의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물을 이용하여 임의의 패턴으로 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; 상기 고분자 전해질 막 및 그 위에 형성된 제1촉매부를 덮도록 제2촉매부 형성용 조성물을 이용하여 제2촉매부를 형성함으로써, 촉매층을 형성하는 단계; 및 상기 촉매층의 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계를 포함하는 막-전극 어셈블리의 제조 방법을 제공한다.The present invention also includes the steps of forming a plurality of first catalyst parts in an arbitrary pattern using the composition for forming the first catalyst part on one surface of the polymer electrolyte membrane; Forming a catalyst layer by using a composition for forming a second catalyst portion to cover the polymer electrolyte membrane and the first catalyst portion formed thereon, thereby forming a catalyst layer; And positioning an electrode substrate in contact with the second catalyst portion of the catalyst layer.

본 발명은 또한, 상기 막-전극 어셈블리 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터를 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기 를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부, 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부, 및 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다.The present invention also includes a separator located on both sides of the membrane-electrode assembly and the membrane-electrode assembly, the at least one electricity generating unit for generating electricity through the electrochemical reaction of the fuel and the oxidant, the fuel to the electricity A fuel cell system includes a fuel supply unit for supplying a generator, and an oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generator.

본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리는, 제1촉매부 및 그 위에 형성되는 제2촉매부를 포함하는 촉매층을 포함하여, 저전류 및 고전류 영역에서 모두 향상된 전지 성능을 나타낸다.The membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention includes a catalyst layer comprising a first catalyst portion and a second catalyst portion formed thereon, thereby exhibiting improved battery performance in both low current and high current regions.

일반적으로 연료 전지의 성능은 저전류 영역에서는 촉매 활성과 관련이 있고, 고전류 영역에서는 옴(ohmic) 저항과 밀접한 관련이 있다. 저전류 영역에서 촉매 활성을 향상시키기 위해서는 촉매 입자의 크기 및 촉매층에 포함되는 바인더의 함량에 변화를 주어, 촉매의 반응 사이트(site)를 증가시키는 것이 필요하며, 고전류 영역에서 저항을 줄이기 위해서는, 고분자 전해질 막의 저항, 고분자 전해질 막과 촉매층의 계면 저항, 촉매층 내의 이온 저항, 및 전기 저항 등을 감소시켜야 한다. In general, the performance of a fuel cell is closely related to catalytic activity in the low current region and closely related to ohmic resistance in the high current region. In order to improve the catalytic activity in the low current region, it is necessary to change the size of the catalyst particles and the content of the binder contained in the catalyst layer to increase the reaction site of the catalyst, and to reduce the resistance in the high current region, The resistance of the electrolyte membrane, the interface resistance of the polymer electrolyte membrane and the catalyst layer, the ionic resistance in the catalyst layer, and the electrical resistance should be reduced.

이에 대하여, 본 발명에서는 촉매층의 반응 사이트를 증가시켜 촉매 활성을 향상시킬 수 있고, 촉매층의 저항을 최소화 할 수 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다. 즉, 촉매층 내에, 바인더의 함량이 다른 제1촉매부 및 제2촉매부를 형성하고, 상기 제1촉매부는 바인더의 함량을 줄이고 촉매 함량을 늘려 반응사이트 및 전자 전도성을 향상시키고, 제2촉매부는 바인더 함량을 늘려, 삼상계면 형성을 유도하고 이온 전도성을 향상시켜 전지 성능을 향상시킨다.In contrast, the present invention provides a fuel cell membrane-electrode assembly capable of increasing the reaction site of the catalyst layer to improve the catalytic activity and minimizing the resistance of the catalyst layer. In other words, In the catalyst layer, a first catalyst portion and a second catalyst portion having different binder contents are formed, and the first catalyst portion reduces the content of the binder and increases the catalyst content to improve reaction sites and electronic conductivity, and the second catalyst portion increases the binder content. Increasingly, it induces three-phase interface formation and improves ion conductivity to improve battery performance.

본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 어셈블리는, 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함한다. 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 전극 기재 및 촉매층을 포함한다.The membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite to each other, and a polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode. At least one of the anode electrode and the cathode electrode includes an electrode substrate and a catalyst layer.

상기 촉매층은 고분자 전해질 막에 임의의 패턴으로 형성된 다수개의 제1촉매부 및 상기 고분자 전해질 막에 상기 제1촉매부를 덮으면서 형성된 제2촉매부를 포함하는 구조를 갖는다. 이때, 상기 제1촉매부는 아일랜드 형상일 수 있다. 상기 제1촉매부가 임의의 패턴을 형성됨으로써, 종래 다층 구조의 촉매층에 비하여 촉매층을 제조하는 공정 및 비용을 줄일 수 있다. The catalyst layer has a structure including a plurality of first catalyst portions formed in an arbitrary pattern on the polymer electrolyte membrane and a second catalyst portion formed while covering the first catalyst portion on the polymer electrolyte membrane. In this case, the first catalyst may have an island shape. By forming an arbitrary pattern of the first catalyst part, a process and a cost for preparing a catalyst layer can be reduced as compared with a catalyst layer having a conventional multilayer structure.

상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 포함하고, 상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 포함한다. 이때, 상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 1 : 0.05 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 1 : 0.07 내지 1 : 0.1의 중량비로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내에서는 바인더의 함량에 대한 촉매의 함량이 높아, 촉매의 반응 사이트를 증가시킬 수 있어 저전류 영역에서 우수한 전지 성능을 나타낼 수 있다. 또한, 바인더의 함량을 줄이고 촉매의 함량을 늘림에 따라 촉매 입자간의 기공을 확보할 수 있어, 기공도가 향상될 수 있다. 따라서, 연료 및 산화제 등의 반응 물질의 공급이 용이해져 우수한 전지 성능을 나타낼 수 있다.The first catalyst portion includes a first catalyst and a first binder, and the second catalyst portion includes a second catalyst and a second binder. In this case, the first catalyst unit preferably includes the first catalyst and the first binder in a weight ratio of 1: 0.05 to 1: 0.15, and more preferably in a weight ratio of 1: 0.07 to 1: 0.1. Within this range, the content of the catalyst relative to the content of the binder is high, so that the reaction site of the catalyst can be increased, thereby showing excellent battery performance in the low current region. In addition, as the content of the binder is reduced and the content of the catalyst is increased, pores between the catalyst particles can be secured, thereby improving porosity. Therefore, supply of reactants such as fuel and oxidant can be facilitated, and excellent battery performance can be exhibited.

상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 1 : 0.1 내지 1 : 0.2의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 1 : 0.12 내지 1 : 0.15 의 중량비로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는, 촉매의 함량에 대한 바인더의 함량이 높아, 촉매층의 수소 이온 전도성을 높일 수 있고, 물질 전달 저항 및 전자 전도성에 영향을 주지 않으면서도 고분자 전해질 막과의 삼상계면을 잘 형성할 수 있어 향상된 전지 성능을 나타낼 수 있다.The second catalyst portion preferably includes the second catalyst and the second binder in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 0.2, and more preferably in a weight ratio of 1: 0.12 to 1: 0.15. In the above range, the content of the binder with respect to the content of the catalyst is high, so that the hydrogen ion conductivity of the catalyst layer can be increased, and the three-phase interface with the polymer electrolyte membrane can be formed well without affecting the mass transfer resistance and the electron conductivity. Can exhibit improved battery performance.

상기 제1촉매부 및 제2촉매부에 포함된 제1바인더 및 제2바인더의 함량비는 1 : 2 내지 1 : 1.4인 것이 바람직하다. 상기 범위에서는, 물질 전달 저항 및 촉매의 활성이 매우 우수하다.The content ratio of the first binder and the second binder included in the first catalyst part and the second catalyst part is preferably 1: 2 to 1: 1.4. In this range, the mass transfer resistance and the activity of the catalyst are very excellent.

상기 제1촉매부의 두께는 10 내지 30㎛인 것이 바람직하고, 15 내지 20㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 제1촉매부가 촉매층 표면의 요철과 같이 작용하게 되어, 열간 가압에 의해 촉매층을 전해질 막으로 전사할 때, 잘 전사되지 않는 문제점이 있다.It is preferable that it is 10-30 micrometers, and, as for the thickness of a said 1st catalyst part, it is more preferable that it is 15-20 micrometers. If it is out of the above range, the first catalyst portion acts like the unevenness of the surface of the catalyst layer, and there is a problem in that the transfer of the catalyst layer to the electrolyte membrane by hot pressurization is difficult.

상기 제2촉매부의 두께는 30 내지 50㎛인 것이 바람직하고, 35 내지 45㎛인 것이 보다 바람직하다. 두께가 30㎛ 미만인 경우, 전지 성능이 감소하여 바람직하지 못하고, 50㎛을 초과하는 경우 물질 전달 저항이 증대되고, 잉여의 촉매가 너무 많아져 경제적이지 못한 문제점이 있다.It is preferable that it is 30-50 micrometers, and, as for the thickness of a said 2nd catalyst part, it is more preferable that it is 35-45 micrometers. If the thickness is less than 30 μm, the battery performance decreases, which is not preferable. If the thickness is larger than 50 μm, the mass transfer resistance is increased, and the excess catalyst is excessively large, which is not economical.

상기 제1촉매부는 2mm 내지 8mm의 평균 크기를 갖는 것이 바람직하고, 3mm 내지 6mm의 평균 크기를 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는 제1촉매부와 제2촉매부의 균형을 이룰 수 있어 바람직하다. The first catalyst portion preferably has an average size of 2 mm to 8 mm, more preferably 3 mm to 6 mm. In the above range, the first catalyst portion and the second catalyst portion can be balanced, which is preferable.

상기 제1촉매부는 촉매층 전체 면적에 대하여 40 내지 80%로 분포하는 것이 바람직하고, 50 내지 70%로 분포하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는 제1촉매부와 제2촉매부의 분포가 균형을 이루어 전지 성능이 향상될 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 제1촉매부로서의 기능이 미비하여 바람직하지 못하다.The first catalyst portion is preferably distributed in the range of 40 to 80%, more preferably in the range of 50 to 70% of the total area of the catalyst layer. In the above range, the distribution of the first catalyst portion and the second catalyst portion is balanced, and thus battery performance may be improved. In addition, when it is out of the said range, the function as a 1st catalyst part is inadequate and it is unpreferable.

상기 제1촉매부 및 제2촉매부를 포함하는 촉매층의 기공도는 40 내지 70부피%인 것이 바람직하고, 55 내지 65부피%인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는, 전극 내에 반응물, 및 반응으로 생성된 생성물의 이동이 용이하여 바람직하다.The porosity of the catalyst layer including the first catalyst portion and the second catalyst portion is preferably 40 to 70% by volume, more preferably 55 to 65% by volume. In the above range, the movement of the reactant and the product produced by the reaction in the electrode is preferred because it is easy.

상기 제1촉매 및 제2촉매는, 연료 전지의 반응에 참여하여 촉매로 사용 가능한 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 상기 제1촉매 및 제2촉매의 대표적인 예로는 백금계 촉매를 들 수 있으며, 상기 백금계 촉매로는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 또는 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) 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 사용할 수 있다. As the first catalyst and the second catalyst, any one that can be used as a catalyst by participating in the reaction of the fuel cell can be used. Representative examples of the first catalyst and the second catalyst may include a platinum-based catalyst, and the platinum-based catalyst may include platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, or platinum- M alloy (M is a transition metal selected from the group consisting of Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Mo, W, Rh, Ru, and combinations thereof) One or more catalysts may be used.

애노드 전극과 캐소드 전극의 촉매로는 동일한 물질을 사용하여도 무방하나, 직접 산화 연료 전지에서는 애노드 전극 반응 중에서 발생되는 CO에 의한 촉매 피독 현상이 발생함에 따라 이를 방지하기 위하여, 백금-루테늄 합금 촉매가 애노드 전극 촉매로는 보다 바람직하다. 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. 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. 담체에 담지된 귀금속을 촉매로 사용하는 경우에는 상용화된 시판되는 것을 사용할 수도 있고, 또한 담체에 귀금속을 담지시켜 제조하여 사용할 수도 있다. 담체에 귀금속을 담지시키는 공정은 당해 분야에서 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하여도, 당해 분야에 종사하는 사람들에게 쉽게 이해될 수 있는 내용이다.The same material may be used as the catalyst for the anode electrode and the cathode electrode, but in order to prevent the catalyst poisoning caused by CO generated during the anode electrode reaction in a direct oxidation fuel cell, a platinum-ruthenium alloy catalyst is used. It is more preferable as an anode electrode catalyst. 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. 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. In the case of using the noble metal supported on the carrier as a catalyst, a commercially available commercially available product may be used, or the noble metal supported on the carrier may be prepared and used. Since the process of supporting the precious metal on the carrier is well known in the art, detailed descriptions thereof will be readily understood by those skilled in the art even if the detailed description is omitted.

상기 제1바인더 및 제2바인더로는 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기, 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지는 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리에테르-에테르케톤계 고분자, 또는 폴리페닐퀴녹살린계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 황화 폴리에 테르케톤, 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 이상의 수소 이온 전도성 고분자를 포함하는 것을 사용할 수 있다. It is preferable to use a polymer resin having hydrogen ion conductivity as the first binder and the second binder, and more preferably, a group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and derivatives thereof in the side chain. Any polymer resin having a cation exchange group selected from can be used. Preferably, a fluorine polymer, a benzimidazole polymer, a polyimide polymer, a polyetherimide polymer, a polyphenylene sulfide polymer, a polysulfone polymer, a polyether sulfone polymer, a polyether ketone polymer, a polyether One or more hydrogen ion conductive polymers selected from ether ketone polymers or polyphenylquinoxaline polymers, more preferably poly (perfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid) , Copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, sulfide polyether ketones, aryl ketones, poly [2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole ] (poly [2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole]), or those containing at least one hydrogen ion conductive polymer selected from poly (2,5-benzimidazole) Can be.

상기 수소 이온 전도성 고분자는 측쇄 말단의 양이온 교환기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 측쇄 말단의 이온 교환기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 촉매 조성물 제조시 NaOH를, 테트라부틸암모늄을 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 hydrogen ion conductive polymer may replace H with Na, K, Li, Cs or tetrabutylammonium in a cation exchanger at the side chain terminal. In case of replacing H by Na in the ion-exchange group of the side chain terminal, NaOH is substituted in the preparation of the catalyst composition, and tetrabutylammonium hydroxide is used in case of replacing tetrabutylammonium, and K, Li, or Cs is also a suitable compound. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

상기 제1바인더 및 제2바인더는 단일물 또는 혼합물 형태로 사용 가능하다.또한, 선택적으로 고분자 전해질 막과의 접착력을 보다 향상시킬 목적으로 상기 제1바인더 및 제2바인더 이외에 비전도성 고분자를 촉매층에 사용할 수도 있다. 그 사용량은 사용 목적에 적합하도록 조절하는 것이 바람직하다.The first binder and the second binder may be used in the form of a single material or a mixture. In addition, a non-conductive polymer may be used in the catalyst layer in addition to the first binder and the second binder for the purpose of further improving adhesion to the polymer electrolyte membrane. It may be. It is preferable that the usage amount be adjusted to suit the 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, 상기 촉매층을 물리적으로 지지하면서, 연료 및 산화제가 촉매층에 균일하게 접근할 수 있도록 촉매층 내부로 연료 및 산화제를 확산시키는 역할을 한다. 이러한 전극 기재로는 도전성 기재가 사용될 수 있으며, 그 대표적인 예로는 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt), 또는 금속 천(섬유 상태의 금속으로 구성된 다공성 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrode substrate, while physically supporting the catalyst layer, serves to diffuse the fuel and the oxidant into the catalyst layer so that the fuel and the oxidant can access the catalyst layer uniformly. A conductive substrate may be used as the electrode substrate, and representative examples thereof include carbon paper, carbon cloth, carbon felt, or metal cloth (porous film composed of metal in a fiber state or The metal film is formed on the surface of the cloth formed of polymer fibers) 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. 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 due to 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.

또한, 상기 전극 기재에서의 반응물 확산 효과를 증진시키기 위한 미세 기공층(microporous layer)을 더욱 포함할 수도 있다. 상기 미세 기공층은 일반적으로 입경이 작은 도전성 분말, 바인더 수지, 및 용매를 포함하는 조성물을 상기 전극 기재에 코팅하여 제조된다. 상기 바인더 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 등이 바람직하게 사용될 수 있고, 상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸 알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈 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.In addition, a microporous layer may be further included to enhance the reactant diffusion effect in the electrode substrate. The microporous layer is generally prepared by coating a composition including a conductive powder having a small particle diameter, a binder resin, and a solvent on the electrode substrate. As the binder resin, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, or the like may be preferably used. The solvent may be ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, or the like. Alcohol, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like can 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 구조를 갖는 촉매층을 포함하는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에는 고분자 전해질 막이 위치한다.The polymer electrolyte membrane is positioned between the anode electrode and the cathode electrode including the catalyst layer having the structure.

상기 고분자 전해질 막은 수소 이온 전도성을 갖는 고분자 수지로 제조된 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 갖고 있는 고분자 수지를 들 수 있다.The polymer electrolyte membrane may be made of any polymer resin having hydrogen ion conductivity. Representative examples thereof include a polymer resin having a cation exchange group selected from the group consisting of sulfonic acid group, carboxylic acid group, phosphoric acid group, phosphonic acid group and derivatives thereof in the side chain.

상기 고분자 수지의 대표적인 예로는 플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌술파이드계 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, 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, sulfided polyether ketones, aryl ketones, poly [2,2 '-(m-phenylene) -5, 5'-bibenzimidazole] (poly [2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole]), or at least one selected from poly (2,5-benzimidazole) Can be.

또한, 이러한 수소 이온 전도성 고분자의 수소 이온 전도성기에서 H를 Na, K, Li, Cs 또는 테트라부틸암모늄으로 치환할 수도 있다. 수소 이온 전도성 고분자의 수소 이온 전도성기에서 H를 Na으로 치환하는 경우에는 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 the hydrogen ion conductive group of the hydrogen ion conductive polymer, NaOH is substituted when H is replaced with Na, and tetrabutylammonium hydroxide is used when the substituent is substituted with tetrabutylammonium. It can be substituted using. Since this substitution method is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 제1실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법은, 이형 필름의 일면에 제2촉매부 형성용 조성물을 도포하여 제2촉매부를 형성하는 단계; 제2촉매부의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물 임의의 패턴으로 도포하여 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; 이형 필름에 형성된 제1촉매부와 접하도록 고분자 전해질 막을 위치시킨 후 전사하여 제1촉매부 및 제2촉매부를 포함하는 촉매층을 형성하는 단계; 상기 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention may include forming a second catalyst part by applying a composition for forming a second catalyst part to one surface of a release film; Forming a plurality of first catalyst portions by applying a pattern for forming the first catalyst portion to one surface of the second catalyst portion in an arbitrary pattern; Positioning the polymer electrolyte membrane so as to contact the first catalyst portion formed on the release film, and transferring the polymer electrolyte to form a catalyst layer including the first catalyst portion and the second catalyst portion; Positioning an electrode substrate in contact with the second catalyst portion.

상기 제1촉매부 형성용 조성물은 제1촉매 및 제1바인더를 용매에서 혼합하여 제조하며, 상기 제2촉매부 형성용 조성물은 제2촉매 및 제2바인더를 용매에서 혼합하여 제조한다. 상기 제1촉매, 제1바인더, 제2촉매, 및 제1바인더는 앞서 설명한 것과 동일하다.The first catalyst part-forming composition is prepared by mixing a first catalyst and a first binder in a solvent, and the second catalyst part-forming composition is prepared by mixing a second catalyst and a second binder in a solvent. The first catalyst, the first binder, the second catalyst, and the first binder are the same as described above.

상기 용매로는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈 등이 바람직하게 사용될 수 있다.As the solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, and the like, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like can be preferably used.

상기 제1촉매부 형성용 조성물은 제1촉매 및 제1바인더를 1 : 0.05 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 1 : 0.07 내지 1 : 0.1의 중량비로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내에서는 제1촉매부의 반응 사이트가 증가하여 촉매 활성이 향상될 수 있으며, 기공도가 향상되어 물질 전달 저항을 줄일 수 있어 바람직하다.The composition for forming the first catalyst portion preferably includes the first catalyst and the first binder in a weight ratio of 1: 0.05 to 1: 0.15, and more preferably in a weight ratio of 1: 0.07 to 1: 0.1. Within this range, the reaction site of the first catalyst portion may be increased, and thus catalytic activity may be improved, and porosity may be improved to reduce mass transfer resistance.

상기 제2촉매부 형성용 조성물은 제2촉매 및 제2바인더를 1 : 0.1 내지 1: 0.2의 중량비로 포함하는 것이 바람직하고, 1 : 0.12 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위 내에서는 촉매층의 수소 이온 전도성을 높일 수 있어 향상된 전지 성능을 나타낼 수 있으며, 물질 전달 저항 및 전자 전도성에 영향을 주지 않으면서, 전극의 삼상계면이 잘 형성되어 전지 성능을 향상시킬 수 있다.The composition for forming the second catalyst portion preferably includes the second catalyst and the second binder in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 0.2, and more preferably in a weight ratio of 1: 0.12 to 1: 0.15. Within this range, it is possible to increase the hydrogen ion conductivity of the catalyst layer, which may result in improved battery performance. The three-phase interface of the electrode may be well formed without affecting mass transfer resistance and electronic conductivity, thereby improving battery performance.

이형 필름에 제2촉매부 형성용 조성물을 도포하는 방법 및 제2촉매부의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물을 도포하는 방법은, 조성물의 점성에 따라 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이트를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크스크린법, 페인팅법, 및 슬롯다이법으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 실시할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The method for applying the composition for forming the second catalyst portion to the release film and the method for applying the composition for forming the first catalyst portion to one surface of the second catalyst portion include screen printing, spray coating, and doctor bleeding depending on the viscosity of the composition. It can be carried out by a method selected from the group consisting of a coating method, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, a painting method, and a slot die method using, but is not limited thereto.

이형 필름에 형성된 촉매층을 고분자 전해질 막으로 전사할 때, 전사 온도는 80 내지 180℃인 것이 바람직하고, 120 내지 135℃인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 촉매층이 고분자 전해질 막으로 전사되지 않거나, 촉매층에 함유된 바인더의 설폰산기가 분해되는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.When the catalyst layer formed on the release film is transferred to the polymer electrolyte membrane, the transfer temperature is preferably 80 to 180 ° C, more preferably 120 to 135 ° C. If it is out of the above range, it is not preferable because the catalyst layer is not transferred to the polymer electrolyte membrane, or the sulfonic acid group of the binder contained in the catalyst layer is decomposed.

또한, 전사 압력은 20 내지 70kgf/cm2인 것이 바람직하고, 45 내지 55 kgf/cm2인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 제1촉매부가 완전하게 전사되지 않거나, 또는 제1촉매부가 너무 압착되어 연료의 확산이 어려운 문제점이 있어 바람직하지 못하다. In addition, the transfer pressure is preferably 20 to 70kgf / cm 2 , It is more preferable that it is 45-55 kgf / cm <2> . If it is out of the above range, the first catalyst portion is not completely transferred, or the first catalyst portion is too compressed so that the diffusion of fuel is difficult, which is not preferable.

이어서, 상기 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시킨 후, 통상의 방법에 따라 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있다.Subsequently, after the electrode substrate is positioned in contact with the second catalyst portion, the membrane-electrode assembly may be manufactured according to a conventional method.

본 발명의 제2실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법은, 고분자 전해질 막의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물을 이용하여 임의의 패턴으로 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; 상기 고분자 전해질 막 및 그 위에 형성된 제1촉매부를 덮도록 제2촉매부 형성용 조성물을 이용하여 제2촉매부를 형성함으로써, 촉매층을 형성하는 단계; 및 상기 촉매층의 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention includes forming a plurality of first catalyst parts in an arbitrary pattern using a composition for forming a first catalyst part on one surface of a polymer electrolyte membrane; Forming a catalyst layer by using a composition for forming a second catalyst portion to cover the polymer electrolyte membrane and the first catalyst portion formed thereon, thereby forming a catalyst layer; And positioning an electrode substrate to be in contact with the second catalyst portion of the catalyst layer.

상기 고분자 전해질 막의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물을 도포하는 방법 및 상기 제1촉매부를 덮도록 제2촉매부 형성용 조성물을 도포하는 방법으로는, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥코팅법, 실크스크린법, 페인팅법, 또는 슬롯다이법 등이 있을 수 있다. 또한, 제1촉매부의 형성시, 전사방법을 이용할 경우, 고분자 전해질 막과 촉매층 계면 사이의 접착이 향상되어 계면 저항을 줄일 수 있고, 다양한 패턴을 형성할 수 있어 바람직하다.As a method of applying the composition for forming the first catalyst portion to one surface of the polymer electrolyte membrane and the method for applying the composition for forming the second catalyst portion to cover the first catalyst portion, screen printing, spray coating, doctor blade There may be used coating method, gravure coating method, dip coating method, silk screen method, painting method, or slot die method. In addition, in the case of using the transfer method in forming the first catalyst part, adhesion between the polymer electrolyte membrane and the catalyst layer interface is improved, thereby reducing the interface resistance and forming various patterns.

도 1은 상술한 막-전극 어셈블리의 제조 방법에 따라 제조된 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 막-전극 어셈블리는, 고분자 전해질 막(14), 상기 고분자 전해질 막(14)의 일면에 임의의 패턴으로 형성되는 다수개의 제1촉매부(12), 상기 제1촉매부(12)를 덮으면서 형성되는 제2촉매부(13)를 포함하고, 상기 제2촉매부(13)와 접하는 전극 기재(15)를 포함한다. 1 is a diagram of a membrane-electrode assembly for a fuel cell manufactured according to the above-described method for manufacturing an electrode assembly. Referring to FIG. 1, the membrane-electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane 14, a plurality of first catalysts 12 formed in an arbitrary pattern on one surface of the polymer electrolyte membrane 14, and the first catalyst. And a second catalyst portion 13 formed while covering the portion 12, and an electrode substrate 15 in contact with the second catalyst portion 13.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 구성을 갖는 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료 전지 시스템이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising a membrane-electrode assembly having the above configuration.

상기 연료전지 시스템은 상기 막-전극 어셈블리 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 존재하는 세퍼레이터를 포함하는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며, 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부, 및 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함한다.The fuel cell system includes at least one electricity generation unit including the membrane-electrode assembly and separators on both sides of the membrane-electrode assembly, the fuel supply unit supplying fuel to the electricity generation unit, and the oxidant to the electricity. It includes an oxidant supply unit for supplying to the generator.

상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리를 포함하고, 세퍼레이터(바이폴라 플레이트라고도 함)를 포함하며, 연료의 산화 반응 및 산화제의 환원 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.The electricity generating unit includes a membrane-electrode assembly, a separator (also called a bipolar plate), and serves to generate electricity through an oxidation reaction of a fuel and a reduction reaction of an 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. 본 발명에서 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료를 포함한다. 상기 탄화수소 연료의 대표적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 천연 가스를 들 수 있다.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. Fuels in the present invention include hydrogen or hydrocarbon fuels in gas or liquid state. Representative examples of the hydrocarbon fuel include methanol, ethanol, propanol, butanol, or natural gas.

본 발명의 연료 전지 시스템의 개략적인 구조를 도 2에 나타내었으며, 이를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2에 나타낸 구조는 연료 및 산화제를 펌프를 사용하여 전기 발생부로 공급하는 시스템을 나타내었으나, 본 발명의 연료 전지 시스템이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 펌프를 사용하지 않고, 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. 2, which will be described in more detail with reference to the following. Although the structure shown in FIG. 2 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 using a diffusion method without using a pump is shown. Of course, it can also be used in the battery system structure.

본 발명의 연료 전지 시스템(100)은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(30)과 상기한 연료를 공급하는 연료 공급부(50)와, 산화제를 상기 전기 발생부(30)로 공급하는 산화제 공급부(70)를 포함하여 구성된다.The fuel cell system 100 of the present invention includes at least one electricity generation unit 30 for generating electrical energy through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, a fuel supply unit 50 for supplying the fuel, and an oxidant. It is configured to include an oxidant supply unit 70 for supplying to the electricity generator 30.

또한 상기 연료를 공급하는 연료 공급부(50)는 연료를 저장하는 연료 탱크(90), 연료 탱크(90)에 연결 설치되는 연료 펌프(110)를 구비할 수 있다. 상기한 연료 펌프(110)는 소정의 펌핑력에 의해 연료 탱크(90)에 저장된 연료를 배출시키는 기능을 하게 된다.In addition, the fuel supply unit 50 for supplying the fuel may include a fuel tank 90 storing fuel and a fuel pump 110 connected to the fuel tank 90. The fuel pump 110 serves to discharge fuel stored in the fuel tank 90 by a predetermined pumping force.

상기 전기 발생부(30)로 산화제를 공급하는 산화제 공급부(70)는 소정의 펌핑력으로 산화제를 흡입하는 적어도 하나의 산화제 펌프(130)를 구비한다.The oxidant supply unit 70 supplying the oxidant to the electricity generating unit 30 includes at least one oxidant pump 130 that sucks the oxidant with a predetermined pumping force.

상기 전기 발생부(30)는 연료와 산화제를 산화 및 환원 반응시키는 막-전극 어셈블리(170)와 이 막-전극 어셈블리의 양측에 연료와 산화제를 공급하기 위한 세퍼레이터(190,190')로 구성되며, 이러한 전기 발생부(170)가 적어도 하나 모여 스택(150)을 구성한다.The electricity generator 30 includes a membrane electrode assembly 170 for oxidizing and reducing a fuel and an oxidant, and separators 190 and 190 ′ for supplying fuel and an oxidant to both sides of the membrane electrode assembly. At least one electricity generating unit 170 gathers to form a stack 150.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 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)

캐소드 촉매인 Pt 블랙 (HISPEC®1000, Johnson Matthey사제) 및 애노드 촉매인 Pt/Ru 블랙 (Hispec®6000, Johnson Matthey사제)을 각각 나피온(NAFION® Dupont사제)과 1 : 0.15의 중량비로 이소프로필 알코올 50㎖에서 혼합하고, 충분히 교반하여 캐소드용 제2촉매부 형성용 조성물 및 애노드용 제2촉매부 형성용 조성물을 제조하였다.Pt black (HISPEC ® 1000, manufactured by Johnson Matthey) as the cathode catalyst and Pt / Ru black (Hispec ® 6000, manufactured by Johnson Matthey) as the anode catalyst were respectively used in a weight ratio of Nafion (NAFION ® Dupont) and 1: 0.15, respectively. The mixture was mixed in 50 ml of alcohol and sufficiently stirred to prepare a composition for forming a second catalyst portion for a cathode and a composition for forming a second catalyst portion for an anode.

Pt 블랙 및 Pt/Ru 블랙을 각각 나피온과 1 : 0.07의 중량비로 이소프로필 알코올 50㎖에서 혼합하고, 충분히 교반하여 제1촉매부 형성용 조성물을 제조하였다.Pt black and Pt / Ru black were mixed with Nafion at 50 ml of isopropyl alcohol at a weight ratio of 1: 0.07, respectively, and sufficiently stirred to prepare a composition for forming a first catalyst portion.

상기 캐소드/애노드용 제2촉매부 형성용 조성물을 각각의 테프론 필름에 40nm 두께로 코팅하여, 캐소드/애노드용 제2촉매부를 형성하였다. 이후 상기 제2촉매부 위에 임의의 패턴으로 다수개의 제1촉매부를 코팅하였다. 이후, 테플론 필름을 질소 분위기의 80℃ 건조로에서, 6시간 동안 건조하여 용매를 증발시켰다.The composition for forming the second catalyst portion for the cathode / anode was coated with a thickness of 40 nm on each Teflon film to form a second catalyst portion for the cathode / anode. Thereafter, a plurality of first catalyst parts were coated on the second catalyst part in an arbitrary pattern. Thereafter, the Teflon film was dried in an 80 ° C. drying furnace under a nitrogen atmosphere for 6 hours to evaporate the solvent.

제2촉매부 위에, 제1촉매부가 형성된 캐소드/애노드용 촉매층을 135℃, 55kgf/cm2의 조건으로 열간 압연하여 고분자 전해질 막에 전사하였다.On the second catalyst portion, the catalyst layer for the cathode / anode on which the first catalyst portion was formed was hot rolled under conditions of 135 ° C. and 55 kgf / cm 2 , and transferred to the polymer electrolyte membrane.

상기 촉매층이 형성된 고분자 전해질 막에, 10% 발수 처리된 TGPH090 탄소지 일면에 미세 기공이 형성되어 있는 E-Tek사의 ELAT 기체확산체를 물리적으로 접착 하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다.A membrane-electrode assembly was manufactured by physically adhering an ELAT gas diffusion body of E-Tek, in which micropores were formed on one surface of 10% water-repellent TGPH090 carbon paper to the catalyst electrolyte layer.

이후, 상기 막-전극 어셈블리를 두 장의 가스켓 사이에 삽입한 후, 일정형상의 기체 유로 채널과 냉각 채널이 형성된 2개의 세퍼레이터에 삽입하고 구리 엔드(end) 플레이트 사이에서 압착하여 단전지를 제조하였다. 제조된 제1촉매부의, 두께는 15㎛이었고, 크기는 4mm이었으며, 촉매 총량에 대하여 바인더를 7 중량% 포함하였다. 또한, 제2촉매부의 두께는 35㎛이었고, 촉매 총량에 대하여 바인더를 15 중량% 포함하고 있었다. 또한, 촉매층의 기공도는 60 부피% 이었다.Thereafter, the membrane-electrode assembly was inserted between two gaskets, and then inserted into two separators having a gas flow channel and a cooling channel having a predetermined shape, and pressed between copper end plates to prepare a unit cell. The prepared first catalyst part had a thickness of 15 μm, a size of 4 mm, and included 7 wt% of the binder based on the total amount of the catalyst. In addition, the thickness of the second catalyst portion was 35 μm, and the binder contained 15 wt% based on the total amount of the catalyst. In addition, the porosity of the catalyst layer was 60% by volume.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

캐소드 촉매인 Pt 블랙과 애노드 촉매인 Pt/Ru 블랙을 각각 나피온과 92 : 8의 중량비로, 이소프로필 알코올 용액 50㎖에서 혼합하여 캐소드/애노드용 제1촉매층 형성용 조성물을 제조하였다.Pt black as the cathode catalyst and Pt / Ru black as the anode catalyst were mixed in 50 ml of isopropyl alcohol solution at a weight ratio of Nafion and 92: 8, respectively, to prepare a composition for forming the first catalyst layer for the cathode / anode.

캐소드 촉매인 Pt 블랙과 애노드 촉매인 Pt/Ru 블랙을 각각 나피온과 85 : 15의 중량비로, 이소프로필 알코올 용액 50㎖에서 혼합하여 캐소드/애노드용 제1촉매층 형성용 조성물을 제조하였다.Pt black, a cathode catalyst, and Pt / Ru black, an anode catalyst, were mixed in 50 ml of isopropyl alcohol solution at a weight ratio of 85:15 with Nafion, respectively, to prepare a composition for forming a first catalyst layer for cathode / anode.

상기 캐소드/애노드용 제1촉매층 형성용 조성물을 각각 테플론 필름 일면에 50㎛의 두께로 코팅하여, 캐소드/애노드용 제1촉매층을 형성하였다. 상기 제1촉매층이 코팅된 테플론 필름을 질소 분위기의 80℃ 건조로에서 6시간 동안 건조하여 용매를 증발시켰다.The composition for forming the first catalyst layer for the cathode / anode was coated with a thickness of 50 μm on one surface of the Teflon film, respectively, to form the first catalyst layer for the cathode / anode. The Teflon film coated with the first catalyst layer was dried in an 80 ° C. drying furnace under a nitrogen atmosphere for 6 hours to evaporate the solvent.

이후, 테플론에 형성된 캐소드/애노드용 제1촉매층을 고분자 전해질 막의 양 면에 135℃의 온도와 55kgf/cm2의 압력을 인가하여, 전사하였다.Thereafter, the cathode / anode first catalyst layer formed on the Teflon was transferred by applying a temperature of 135 ° C. and a pressure of 55 kgf / cm 2 to both surfaces of the polymer electrolyte membrane.

상기 캐소드/애노드용 제1촉매층이 형성된 고분자 전해질 막의 양면에, 제2촉매층 형성용 조성물을 직접 코팅하여, 고분자 전해질 막의 양면에 각각 캐소드/애노드용 제1촉매층 및 제2촉매층을 형성하였다.The second catalyst layer-forming composition was directly coated on both surfaces of the polymer electrolyte membrane in which the first catalyst layer for cathode / anode was formed, thereby forming a cathode / anode first catalyst layer and a second catalyst layer on both surfaces of the polymer electrolyte membrane.

상기 제1촉매층 및 제2촉매층이 형성된 고분자 전해질 막에, 10%로 발수처리된 TGPH090 탄소지 일면에 미세 기공이 형성되어 있는 E-Tek사의 ELAT 기체확산체를 물리적으로 접착하여 막-전극 어셈블리를 제조하였고, 이를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 단전지를 제조하였다.A membrane-electrode assembly was fabricated by physically adhering an ELAT gas diffusion body of E-Tek, in which micropores are formed on one surface of a TGPH090 carbon paper that has been water-repelled at 10%, to the polymer electrolyte membrane having the first and second catalyst layers formed thereon. By using this, a single cell was manufactured in the same manner as in Example 1.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

캐소드 촉매인 Pt 블랙과 애노드 촉매인 Pt/Ru 블랙을 각각 나피온과 1 : 0.15의 중량비로, 이소프로필 알코올 용액 50㎖에서 혼합하여 캐소드/애노드용 촉매층 형성용 조성물을 제조하였다.Pt black, a cathode catalyst, and Pt / Ru black, an anode catalyst, were mixed in 50 ml of isopropyl alcohol solution at a weight ratio of 1: 0.15 with Nafion, respectively, to prepare a composition for forming a catalyst layer for the cathode / anode.

상기 캐소드/애노드용 촉매층 형성용 조성물을 각각의 테프론 필름에 40nm 두께로 코팅하여, 캐소드/애노드용 촉매층을 형성하였다. 이후, 테플론 필름을 질소 분위기의 80℃ 건조로에서, 6시간 동안 건조하여 용매를 증발시켰다.The cathode / anode catalyst layer-forming composition was coated on each Teflon film to a thickness of 40 nm to form a catalyst layer for the cathode / anode. Thereafter, the Teflon film was dried in an 80 ° C. drying furnace under a nitrogen atmosphere for 6 hours to evaporate the solvent.

상기 테프론 필름 위에 형성된 캐소드/애노드용 촉매층을 135℃, 55kgf/cm2의 조건으로 열간 압연하여 고분자 전해질 막에 전사하였다.The cathode / anode catalyst layer formed on the Teflon film was hot rolled under conditions of 135 ° C. and 55 kgf / cm 2 to be transferred to the polymer electrolyte membrane.

상기 촉매층이 형성된 고분자 전해질 막에, 10% 발수 처리된 TGPH090 탄소지 일면에 미세 기공이 형성되어 있는 E-Tek사의 ELAT 기체확산체를 물리적으로 접착 하여 막-전극 어셈블리를 제조하였다. 이를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 단전지를 제조하였다.A membrane-electrode assembly was manufactured by physically adhering an ELAT gas diffusion body of E-Tek, in which micropores were formed on one surface of 10% water-repellent TGPH090 carbon paper to the catalyst electrolyte layer. Using this, a unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1.

전류밀도(mA/cm2)Current density (mA / cm 2 ) 전력밀도(mW/cm2) Power Density (mW / cm 2 ) 전압 (V)Voltage (V) 실시예1Example 1 340340 136136 0.40.4 비교예1Comparative Example 1 292292 116116 0.40.4 비교예 2Comparative Example 2 300300 120120 0.40.4

전지 특성Battery characteristics

실시예 1, 및 비교예 1과 2에서 제조된 단전지에 대한 전지 특성을 측정하였고, 이를 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.Battery characteristics of the cells prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, which are shown in Table 1 and FIG. 3.

표 1을 참조하면, 실시예 1의 단전지는 비교예 1 및 2에 비하여 전류밀도 및 전력밀도가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 도 3을 참조하면, 실시예 1의 단전지도 비교예 1에 비하여, 전력밀도가 우수하게 나타났다. 따라서, 임의의 패턴을 갖는 제1촉매부 및 제2촉매부를 포함하는 촉매층을 갖는 실시예 1은 비교예 1에 비하여 우수한 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the unit cell of Example 1 was much better in current density and power density than Comparative Examples 1 and 2. In addition, referring to FIG. 3, the power density of Example 1 was superior to that of Comparative Example 1, respectively. Therefore, it was confirmed that Example 1 having a catalyst layer including the first catalyst part and the second catalyst part having an arbitrary pattern showed superior performance compared to Comparative Example 1.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 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.

도 1은 본 발명의 막-전극 어셈블리의 제조 방법으로 제조된 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a membrane-electrode assembly for a fuel cell manufactured by the method of manufacturing the membrane-electrode assembly of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing the structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 전지 특성을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the battery characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.

Claims (21)

서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극; 및 An anode electrode and a cathode electrode located opposite each other; And 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 위치하는 고분자 전해질 막을 포함하고, A polymer electrolyte membrane positioned between the anode electrode and the cathode electrode, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는 At least one of the anode electrode and the cathode electrode 전극 기재 및 촉매층을 포함하며, An electrode substrate and a catalyst layer, 상기 촉매층은,The catalyst layer, 상기 고분자 전해질 막에 임의의 패턴으로 형성된 다수개의 제1촉매부, 및A plurality of first catalyst parts formed in an arbitrary pattern on the polymer electrolyte membrane, and 상기 고분자 전해질 막에 상기 제1촉매부를 덮으면서 형성된 제2촉매부A second catalyst portion formed while covering the first catalyst portion on the polymer electrolyte membrane 를 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1촉매부는 아일랜드 형상인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The membrane-electrode assembly for a fuel cell of which the first catalyst portion has an island shape. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 포함하고, 상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 포함하며,The first catalyst portion includes a first catalyst and a first binder, the second catalyst portion includes a second catalyst and a second binder, 상기 제1바인더의 함량은, 상기 제2바인더의 함량과 상이한 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The content of the first binder is different from the content of the second binder, the fuel cell membrane electrode assembly. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1촉매부는 제1촉매 및 제1바인더를 1 : 0.05 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The first catalyst unit is a fuel cell membrane-electrode assembly comprising the first catalyst and the first binder in a weight ratio of 1: 0.05 to 1: 0.15. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2촉매부는 제2촉매 및 제2바인더를 1 : 0.1 내지 1 : 0.2의 중량비로 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The second catalyst unit is a fuel cell membrane-electrode assembly comprising the second catalyst and the second binder in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 0.2. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1바인더 및 제2바인더의 함량비는 1 : 2 내지 1 : 1.4인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The content ratio of the first binder and the second binder is 1: 2 to 1: 1.4 for the fuel cell membrane electrode assembly. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1촉매부는 두께가 10 내지 30㎛인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the first catalyst has a thickness of 10 to 30 μm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2촉매부는 두께가 30 내지 50㎛인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Wherein the second catalyst is 30 to 50㎛ thickness of the fuel cell membrane electrode assembly. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1촉매부는 평균 크기가 2mm 내지 8mm인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The membrane-electrode assembly for a fuel cell, wherein the first catalyst has an average size of 2 mm to 8 mm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1촉매부는 촉매층 전체 면적에 대하여, 40 내지 80%로 분포하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The first catalyst unit is a fuel cell membrane-electrode assembly, which is distributed in 40 to 80% of the total area of the catalyst layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매층의 기공도는 40 내지 70부피%인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The porosity of the catalyst layer is 40 to 70% by volume membrane-electrode assembly for a fuel cell. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1촉매 및 제2촉매는 백금계 촉매인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.The first catalyst and the second catalyst is a membrane-electrode assembly for a fuel cell is a platinum-based catalyst. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1바인더 및 제2바인더는 수소 이온 전도성 고분자 수지인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리.Wherein the first binder and the second binder is a hydrogen ion conductive polymer resin membrane-electrode assembly for a fuel cell. 이형 필름의 일면에 제2촉매부 형성용 조성물을 도포하여 제2촉매부를 형성하는 단계; Forming a second catalyst part by applying a composition for forming a second catalyst part to one surface of the release film; 제2촉매부 위에 제1촉매부 형성용 조성물을 임의의 패턴으로 도포하여 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; Forming a plurality of first catalyst portions by applying the first catalyst portion forming composition on the second catalyst portion in an arbitrary pattern; 이형 필름에 형성된 제1촉매부와 접하도록 고분자 전해질 막을 위치시킨 후 전사하여 제1촉매부 및 제2촉매부를 포함하는 촉매층을 형성하는 단계; 및 Positioning the polymer electrolyte membrane so as to contact the first catalyst portion formed on the release film, and transferring the polymer electrolyte to form a catalyst layer including the first catalyst portion and the second catalyst portion; And 상기 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계Positioning an electrode substrate to be in contact with the second catalyst portion 를 포함하는 막-전극 어셈블리의 제조 방법.Method of producing a membrane-electrode assembly comprising a. 고분자 전해질 막의 일면에 제1촉매부 형성용 조성물을 이용하여 임의의 패턴으로 다수개의 제1촉매부를 형성하는 단계; Forming a plurality of first catalyst portions in an arbitrary pattern by using the composition for forming the first catalyst portion on one surface of the polymer electrolyte membrane; 상기 고분자 전해질 막 및 그 위에 형성된 제1촉매부를 덮도록 제2촉매부 형성용 조성물을 이용하여 제2촉매부를 형성함으로써, 촉매층을 형성하는 단계; 및Forming a catalyst layer by using a composition for forming a second catalyst portion to cover the polymer electrolyte membrane and the first catalyst portion formed thereon, thereby forming a catalyst layer; And 상기 촉매층의 제2촉매부와 접하도록 전극 기재를 위치시키는 단계Positioning an electrode substrate to contact the second catalyst portion of the catalyst layer 를 포함하는 막-전극 어셈블리의 제조 방법.Method of producing a membrane-electrode assembly comprising a. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 제1촉매부 형성용 조성물의 촉매 및 바인더의 함량비는, 제2촉매부 형성용 조성물의 촉매 및 바인더의 함량비와 동일하지 않은 것은 연료 전지용 막-전 극 어셈블리의 제조 방법.The content ratio of the catalyst and the binder of the composition for forming the first catalyst portion is not the same as the content ratio of the catalyst and the binder of the composition for forming the second catalyst portion. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 제1촉매부 형성용 조성물은 제1촉매 및 제1바인더를 1 : 0.05 내지 1 : 0.15의 중량비로 포함하는 것인 연료 전지용 막 전극 어셈블리의 제조 방법.The composition for forming the first catalyst portion is a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising a first catalyst and the first binder in a weight ratio of 1: 0.05 to 1: 0.15. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 제2촉매부 형성용 조성물은 제2촉매 및 제2바인더를 1 : 0.1 내지 1 : 0.2의 중량비로 포함하는 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The composition for forming the second catalyst portion is a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising a second catalyst and the second binder in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 0.2. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 촉매는 백금계 촉매인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The catalyst is a platinum-based catalyst manufacturing method for a fuel cell membrane electrode. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 바인더는 수소 이온 전도성 고분자 수지인 것인 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 방법.The binder is a hydrogen ion conductive polymer resin manufacturing method of a fuel cell membrane-electrode assembly. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 막-전극 어셈블리, 및 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 세퍼레이터를 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학 적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 적어도 하나의 전기 발생부;A membrane-electrode assembly according to any one of claims 1 to 13, and a separator located on both sides of the membrane-electrode assembly, at least one for generating electricity through the electrochemical reaction of the fuel and the oxidant Electricity generation unit; 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및A fuel supply unit supplying fuel to the electricity generation unit; And 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부Oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generating unit 를 포함하는 연료 전지 시스템.Fuel cell system comprising a.
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