KR20230113941A - Electrode manufacturing method for improving MEA performance of hydrogen fuel cell - Google Patents

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KR20230113941A
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Abstract

본 발명은 구형 촉매에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 첨가하여 전극 슬러리를 제조한다. 이와 같이 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유가 첨가된 전극 슬러리로 전극을 제조하면, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 전극 내에서 구조를 잡아주어 구형 촉매들이 서로 뭉치지 않아 구형 촉매의 분산성이 향상되면서도, 합금 입자가 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면을 둘러싸고 있어 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 저항체로 작용하는 것을 막아준다. 따라서 전극에 핀홀이나 갈라짐이 발생하지 않고 전극 상태가 안정화될 뿐만 아니라 MEA 성능도 개선될 수 있다.In the present invention, an electrode slurry is prepared by adding alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers to a spherical catalyst. In this way, when an electrode is manufactured with an electrode slurry to which alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers are added, the carbon nanotubes or carbon nanofibers hold the structure in the electrode so that the spherical catalysts do not clump together. While the dispersibility of the spherical catalyst is improved, the alloy particles surround the surface of the carbon nanotubes or carbon nanofibers to prevent the carbon nanotubes or carbon nanofibers from acting as a resistor. Therefore, pinholes or cracks do not occur in the electrode, the electrode state is stabilized, and the MEA performance can be improved.

Description

수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법{Electrode manufacturing method for improving MEA performance of hydrogen fuel cell}Electrode manufacturing method for improving MEA performance of hydrogen fuel cell}

본 발명은 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for improving the performance of a hydrogen fuel cell MEA.

연료전지는 수소와 같은 연료를 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 장치다. A fuel cell is a device that converts chemical energy into electrical energy using a fuel such as hydrogen.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등으로 분류될 수 있다.Depending on the type of electrolyte used, fuel cells are classified into Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), It can be classified into a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), and the like.

각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 작동원리를 갖는다. 하지만 해당 연료전지마다 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매 및 전해질 등의 다양한 조건에 따라 서로 다르게 구분될 수 있다.Each fuel cell has essentially the same operating principle. However, each fuel cell may be classified differently according to various conditions such as the type of fuel used, operating temperature, catalyst, and electrolyte.

그 중 고분자 전해질막 연료전지는 기타의 연료전지에 비하여 출력밀도(power density) 및 효율이 높고, 낮은 운전 온도에서 작동되며, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다는 장점이 있다. 이러한 연유로, 고분자 전해질막 연료전지는 자동차 등의 수송용 전원, 주거환경에 필요한 분산용 전원은 물론, 각종 휴대용 장치의 이동용 전원으로도 다양하게 활용될 수 있다.Among them, polymer electrolyte membrane fuel cells have advantages in that they have higher power density and efficiency than other fuel cells, operate at a low operating temperature, and have fast start-up and response characteristics. For this reason, the polymer electrolyte membrane fuel cell can be used in various ways as a power source for transportation of automobiles, etc., a power source for distribution required in a residential environment, as well as a power source for moving various portable devices.

고분자 전해질막 연료전지는 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly, 이하 'MEA'라 칭함)가 위치하며, 이 MEA는 전극 즉, 애노드(anode)극과 캐소드(cathode)극이 전해질막의 양쪽 면에 위치된 형태로 구성되어 있다.Polymer electrolyte membrane fuel cells have a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as 'MEA'), which is the main component, located at the innermost part, and this MEA has electrodes, that is, an anode electrode and a cathode It is composed of a form in which electrodes are located on both sides of the electrolyte membrane.

종래에는 용매, 이오노머, 구형 촉매가 혼합된 전극 슬러리를 전해질막에 코팅한 후 건조시켜 MEA를 제조하였다. 이때 혼합되는 구형 촉매는 활성 금속 입자가 담지된 구형 탄소 지지체로 구성된다. 활성 금속으로는 백금(Pt)이 가장 많이 사용된다. 그런데, 백금 입자는 성능은 좋지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 그래서 이를 해결하기 위해 최근에는 백금에 다른 금속을 섞은 합금 입자를 사용하고 있다.Conventionally, an MEA was prepared by coating an electrode slurry in which a solvent, an ionomer, and a spherical catalyst were mixed on an electrolyte membrane and then drying it. At this time, the mixed spherical catalyst is composed of a spherical carbon support on which active metal particles are supported. As the active metal, platinum (Pt) is most often used. However, platinum particles have good performance, but have a disadvantage in that they are expensive. So, to solve this problem, recently, alloy particles in which platinum and other metals are mixed are being used.

그런데 합금 입자를 사용한 전극 슬러리로 전극을 코팅한 후 건조시켰을 때, 도 1에 도시된 바와 같이 핀홀이나 갈라짐이 발생하여 전극 제조에 어려움이 있다. 이러한 문제는 이오노머의 함량에 변화를 주거나 용매를 바꿔도 해결되기 어렵다.However, when an electrode is coated with an electrode slurry using alloy particles and then dried, pinholes or cracks occur as shown in FIG. 1, making it difficult to manufacture the electrode. This problem is difficult to solve even if the content of the ionomer is changed or the solvent is changed.

이와 같은 핀홀이나 갈라짐은 전극 슬러리 내에 구형 촉매가 뭉쳐져 균일하게 도포되지 못해 발생하게 된다. 구형 촉매의 뭉침 현상이 발생하는 이유는, 합금 입자를 만드는 과정과 합금 입자를 구형 탄소 지지체에 붙이는 과정에서 열처리가 필요한데, 열처리 과정에서 작용기가 떨어져 나가면서 구형 촉매가 소수성이 되기 때문이다. Such pinholes or cracks occur when the spherical catalysts are agglomerated in the electrode slurry and are not uniformly applied. The reason why the agglomeration of the spherical catalyst occurs is that heat treatment is required in the process of making the alloy particles and attaching the alloy particles to the spherical carbon support.

그래서 추가로 작용기를 붙여주기 위해 산처리 과정을 추가하기도 하는데, 산처리 과정을 하여도 건조 과정에서 열처리를 또 해야 하므로, 구형 촉매가 소수성이 되는 것은 피할 수 없다.Therefore, an acid treatment process is sometimes added to attach an additional functional group. Even after the acid treatment process, heat treatment is required in the drying process, so it is inevitable that the spherical catalyst becomes hydrophobic.

이러한 소수성으로 인해 구형 촉매가 용매 속에 고르게 분산되지 못하고 뭉치게 되어, 결국 MEA의 성능을 떨어뜨리므로, 이를 해결할 필요가 있다.Due to this hydrophobicity, the spherical catalyst is not evenly dispersed in the solvent and agglomerates, eventually degrading the performance of the MEA, so it is necessary to solve this problem.

한국공개특허(10-2018-0076957)Korea Patent Publication (10-2018-0076957)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method for improving the performance of a hydrogen fuel cell MEA that can solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위한 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법은,Electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance to achieve the above object,

구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계;A first step of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;

탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 탄소나노섬유(carbon nano fiber, CNF)에 합금 입자를 담지시키는 제2단계;A second step of supporting alloy particles on carbon nano tubes (CNT) or carbon nano fibers (CNF);

상기 구형 촉매, 용매, 이오노머와, 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제3단계; 및A third step of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst, solvent, and ionomer with the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers; and

상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a fourth step of manufacturing an electrode using the electrode slurry.

또한, 상기 목적은,In addition, the above purpose,

구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계;A first step of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에 합금 입자를 담지시키는 제2단계;A second step of supporting alloy particles on carbon nanotubes or carbon nanofibers;

상기 구형 촉매 표면에 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 부착하여 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하는 제3단계;A third step of attaching the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers to the surface of the spherical catalyst to prepare a spherical catalyst-nanocarbon assembly;

상기 구형 촉매-나노탄소 결합체를 용매와 이오노머가 혼합된 혼합용액에 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제4단계; 및A fourth step of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst-nanocarbon assembly with a mixed solution in which a solvent and an ionomer are mixed; and

상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법에 의해 달성된다.It is achieved by an electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance, comprising a fifth step of manufacturing an electrode using the electrode slurry.

본 발명은 구형 촉매에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 첨가하여 전극 슬러리를 제조한다. 이와 같이 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유가 첨가된 전극 슬러리로 전극을 제조하면, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 전극 내에서 구형 촉매를 잡아주어 구형 촉매들이 서로 뭉치지 않아 구형 촉매의 분산성이 향상되면서도, 합금 입자가 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 표면을 둘러싸고 있어 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 저항체로 작용하는 것을 막아준다. 따라서 전극에 핀홀이나 갈라짐이 발생하지 않고 전극 상태가 안정화될 뿐만 아니라 MEA 성능도 개선될 수 있다.In the present invention, an electrode slurry is prepared by adding alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers to a spherical catalyst. In this way, when an electrode is manufactured with an electrode slurry to which alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers are added, the carbon nanotubes or carbon nanofibers hold the spherical catalysts in the electrode, so that the spherical catalysts can interact with each other. While the dispersibility of the spherical catalyst is improved due to non-aggregation, the alloy particles surround the surface of the carbon nanotubes or carbon nanofibers to prevent the carbon nanotubes or carbon nanofibers from acting as a resistor. Therefore, pinholes or cracks do not occur in the electrode, the electrode state is stabilized, and the MEA performance can be improved.

본 발명은 백금 입자 대신 백금과 다른 금속이 섞인 합금 입자를 사용한다. 이로 인해, 고가의 백금을 단일로 사용하는 경우보다 비용이 절감되고, 성능뿐만 아니라 내구성도 좋아진다.In the present invention, alloy particles in which platinum and other metals are mixed are used instead of platinum particles. As a result, the cost is reduced compared to the case of using expensive platinum alone, and durability as well as performance is improved.

본 발명은 전극 슬러리 제조 시 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 첨가할 때, 구형 촉매 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브를 부착한 또는 구형 촉매 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 부착한 구형 촉매-나노탄소 결합체 형태로 첨가한다. 이로 인해, 구형 촉매를 전극 슬러리에 더 고르게 분포시킬 수 있다. 또한, 볼 밀러(ball miller)를 사용하여, 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하므로, 구형 촉매 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 견고하게 부착시킬 수 있다. 또한, 볼 밀러에 투입되는 구형 촉매 및 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유의 양을 조절하여, 구형 촉매-나노탄소 결합체에서, 구형 촉매와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유의 비율을 조절하여, 구형 촉매의 분산성을 쉽게 제어할 수 있다.In the present invention, when adding alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers when preparing electrode slurry, carbon nanotubes supported with alloy particles are attached to the surface of a spherical catalyst or an alloy is formed on the surface of a spherical catalyst. It is added in the form of a spherical catalyst-nanocarbon assembly to which carbon nanofibers carrying particles are attached. Due to this, the spherical catalyst can be more evenly distributed in the electrode slurry. In addition, since the spherical catalyst-nanocarbon assembly is prepared using a ball miller, carbon nanotubes supported with alloy particles or carbon nanofibers supported with alloy particles can be firmly attached to the surface of the spherical catalyst. . In addition, by adjusting the amount of carbon nanotubes supported with spherical catalysts and alloy particles or carbon nanofibers supported with alloy particles introduced into the ball miller, in the spherical catalyst-nanocarbon assembly, carbon supported with spherical catalysts and alloy particles The dispersibility of the spherical catalyst can be easily controlled by adjusting the ratio of carbon nanofibers supported with nanotubes or alloy particles.

도 1은 합금 입자를 사용한 전극 슬러리로 제조된 전극에서 발생한 핀홀, 갈라짐을 실제로 찍은 사진이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법으로 제조된 (a)구형 촉매와, (b)합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법으로 제조된 전극 슬러리를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법으로 제조된 전극을 실제로 찍은 사진으로, 전극에 핀홀, 갈라짐이 없다.
도 6은 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 전극(w/Pt(CNT))과 탄소나노튜브만 첨가하여 제조된 전극(w/CNT)의 성능을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수소연료전지 전극 상태 안정화를 위한 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 볼 밀링에 의해 구형 촉매 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 부착하여 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 9는 서로 다른 직경을 가진 볼로 볼 밀링하여, 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 10은 볼 밀링에 의해 제조된 구형 촉매-나노탄소 결합체를 필터로 거르는 것을 나타낸 모식도이다.1 is a photograph actually taken of pinholes and cracks generated in an electrode made of an electrode slurry using alloy particles.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode for improving MEA performance of a hydrogen fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
3 shows (a) a spherical catalyst manufactured by the electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance according to a first embodiment of the present invention, and (b) carbon nanotubes supported with alloy particles or alloy particles supported thereon. It is a schematic diagram showing carbon nanofibers.
4 is a schematic diagram showing an electrode slurry prepared by the electrode manufacturing method for improving MEA performance of a hydrogen fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
5 is a photograph of an actual electrode manufactured by the electrode manufacturing method for improving MEA performance of a hydrogen fuel cell according to the first embodiment of the present invention, and there are no pinholes or cracks in the electrode.
6 is a graph comparing the performance of an electrode (w/Pt (CNT)) manufactured by adding alloy particles-supported carbon nanotubes and an electrode (w/CNT) manufactured by adding only carbon nanotubes.
7 is a flow chart showing a method for manufacturing an electrode for stabilizing an electrode state of a hydrogen fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing that a spherical catalyst-nanocarbon assembly is prepared by attaching alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers to the surface of a spherical catalyst by ball milling.
FIG. 9 is a schematic view showing manufacturing a spherical catalyst-nanocarbon assembly by ball milling with balls having different diameters.
10 is a schematic diagram showing that a spherical catalyst-nanocarbon assembly prepared by ball milling is filtered through a filter.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법을 자세히 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing an electrode for improving MEA performance of a hydrogen fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법은,As shown in FIG. 2, the electrode manufacturing method for improving the MEA performance of a hydrogen fuel cell according to the first embodiment of the present invention,

구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계(S11);A first step (S11) of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;

탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 탄소나노섬유(carbon nano fiber, CNF)에 합금 입자를 담지시키는 제2단계(S12);A second step (S12) of supporting alloy particles on carbon nano tubes (CNT) or carbon nano fibers (CNF);

상기 구형 촉매, 용매, 이오노머와, 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제3단계(S13); 및A third step (S13) of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst, solvent, and ionomer with the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers; and

상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제4단계(S14)로 구성된다.It consists of a fourth step (S14) of manufacturing an electrode using the electrode slurry.

이하, 제1단계(S11)를 설명한다.Hereinafter, the first step (S11) will be described.

[구형 탄소 지지체(11)][Spherical carbon support (11)]

구형 탄소 지지체(11)는 카본 블랙(carbon black) 입자로 이루어지며, 구형의 카본 블랙 입자에 수많은 기공을 뚫기 위해, 카본 블랙 입자를 수증기로 부활처리한다. The spherical carbon support 11 is made of carbon black particles, and in order to open numerous pores in the spherical carbon black particles, the carbon black particles are revived with water vapor.

카본 블랙 입자의 종류에는 써멀 블랙(thermal black) 입자, 아세틸렌 블랙(acetylene black) 입자, 케첸 블랙(ketjen black) 입자가 있다. 본 실시예에서는 아세틸렌 블랙 입자를 적용한다. Types of carbon black particles include thermal black particles, acetylene black particles, and ketjen black particles. In this embodiment, acetylene black particles are applied.

아세틸렌 블랙 입자는 아세틸렌 열분해 시 발생하는 열로 1800℃의 비교적 고온에서, 0.001초라는 짧은 시간에 형성된다.Acetylene black particles are formed in a short time of 0.001 second at a relatively high temperature of 1800 ° C. due to heat generated during acetylene thermal decomposition.

아세틸렌 블랙 입자는 흑연화도가 높은 뼈대부와 흑연화도가 상대적으로 낮은 기지부로 구성된다.Acetylene black particles are composed of a framework portion having a high degree of graphitization and a base portion having a relatively low degree of graphitization.

아세텔렌 블랙 입자는 설정된 온도와 설정된 시간에서 추가 열처리하면, 아세틸렌 블랙 입자를 더 흑연화 시킬 수 있다. 이러한 원리로, 뼈대부와 기지부의 성분비율을 조절할 수 있다.When the acetylene black particles are further heat-treated at a set temperature and a set time, the acetylene black particles can be further graphitized. With this principle, it is possible to adjust the component ratio of the skeleton part and the base part.

아세틸렌 블랙 입자의 뼈대부가 많아질수록, 복합 연료전지 촉매 지지체(11)의 내구성은 좋아져, 탄소 부식에 잘 견딜 수 있다.As the number of skeletons of the acetylene black particles increases, the composite fuel cell catalyst support 11 has better durability and can better withstand carbon corrosion.

따라서 카본 블랙 입자로 아세틸렌 블랙 입자를 사용하면, 추가 열처리를 통해, 뼈대부를 증가시켜 내부식성을 증가시킬 수 있다.Therefore, when acetylene black particles are used as the carbon black particles, corrosion resistance can be increased by increasing the skeleton through additional heat treatment.

추가 열처리된 아세틸렌 입자를, 수증기와 질소 분위기하에서 700℃ 내지 1100℃의 온도 범위에서 부활처리한다. 부활처리는 3시간 내지 15시간 동안 이루어진다. 그러면 아세틸렌 입자에 수많은 기공이 뚫린다.The acetylene particles subjected to additional heat treatment are revitalized in a temperature range of 700° C. to 1100° C. under a steam and nitrogen atmosphere. The revival treatment is performed for 3 to 15 hours. Then, numerous pores are opened in the acetylene particles.

다만, 700℃ 내지 1100℃ 온도에서는 아세틸렌 입자가 충분히 부활처리되지 못해, 복합 연료전지 촉매 지지체의 비표면적을 증가시키기 어렵다. 그렇다고, 부활 처리 온도를 1100℃ 이상으로 높이면, 추가 열처리를 통해 애써 맞춰놓은 아세틸렌 블랙 입자의 뼈대부와 기지부의 성분비율이 다 망가지게 된다.However, at a temperature of 700° C. to 1100° C., acetylene particles are not sufficiently activated, making it difficult to increase the specific surface area of the composite fuel cell catalyst support. However, if the resurrection treatment temperature is raised to 1100 ° C or higher, the composition ratio of the skeleton and base of the acetylene black particles, which have been painstakingly adjusted through additional heat treatment, is destroyed.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 회전원통 안에 추가 열처리된 아세틸렌 블랙 입자를 넣고, 회전원통을 1~100 rpm으로 회전시키면서, 회전원통 안에 수증기와 질소를 공급하면서 부활처리한다. 이때, 수증기는 1L/hr 내지 30L/hr 양으로 공급된다.In order to solve this problem, additionally heat-treated acetylene black particles are put into the rotating cylinder, and the rotating cylinder is rotated at 1 to 100 rpm, while steam and nitrogen are supplied into the rotating cylinder for resurrection treatment. At this time, steam is supplied in an amount of 1 L/hr to 30 L/hr.

회전원통 안에서, 추가 열처리된 아세틸렌 블랙 입자는 지속적으로 상하로 움직이고 회전된다. 그러면, 수증기가 추가 열처리된 아세틸렌 블랙 입자의 외부는 물론 내부까지 골고루 침투되어, 추가 열처리된 아세틸렌 블랙 입자의 뼈대부와 기지부의 성분비율이 망가지지 않는 한도에서, 부활 처리가 충분히 이루어진다.Inside the rotating cylinder, the additional heat-treated acetylene black particles are continuously moved up and down and rotated. Then, water vapor penetrates not only the outside but also the inside of the additionally heat-treated acetylene black particles, and the resurrection treatment is sufficiently performed to the extent that the composition ratio of the skeleton part and the base part of the additionally heat-treated acetylene black particle is not damaged.

[합금 입자(12)][Alloy Particles (12)]

합금 입자(12)는 백금(Pt)과, 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등의 전이금속군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진다. The alloy particles 12 are composed of one or more metals selected from a transition metal group such as platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), rhodium (Rh), titanium (Ti), and zirconium (Zr).

활성 금속이 백금 단일 금속이 아니라 다른 금속과 합금이 되면, 산화막이 덜 생긴다. 왜냐하면 합금이 되면, 백금의 전자를 끌어가서 백금 표면의 산화가 덜 되기 때문이다. 이때, 합금 자체가 녹아나는 게 문제가 될 수 있다. 그러나 합금이 잘 녹아나지 않도록 최적의 비율로 조절할 수 있다. 또한, 합금은 산처리를 통해 녹아날 것들을 미리 다 녹여낸다. When the active metal is not a single metal, but an alloy with another metal, the oxide film is less likely to occur. This is because, when alloyed, it draws electrons from platinum and the surface of platinum is less oxidized. At this time, melting of the alloy itself can be a problem. However, it can be adjusted to an optimal ratio so that the alloy does not dissolve well. In addition, the alloy melts all the things that will be melted through acid treatment in advance.

따라서 합금 입자(12)를 사용하는 경우, 고가의 백금을 단일로 사용하는 경우보다 비용이 절감되고, 성능뿐만 아니라 내구성도 좋아진다.Therefore, in the case of using the alloy particles 12, the cost is reduced compared to the case of using expensive platinum alone, and durability as well as performance is improved.

[구형 촉매(10) 제조][Production of Spherical Catalyst 10]

구형 탄소 지지체(11), 합금 입자(12), 용매, 이오노머를 혼합하여 ph와 온도를 맞춰 반응시키면 구형 탄소 지지체(11)에 형성된 기공에 합금 입자(12)가 담지된다. 이를 필터로 걸러서 건조시키고 열처리하면, 도 3(a)에 도시된 바와 같은 구형 촉매(10)가 제조된다.When the spherical carbon support 11, the alloy particles 12, the solvent, and the ionomer are mixed and reacted according to pH and temperature, the alloy particles 12 are supported in the pores formed in the spherical carbon support 11. By filtering it through a filter, drying it, and heat-treating it, a spherical catalyst 10 as shown in FIG. 3(a) is prepared.

용매는 에탄올, 이소프로필 알코올, 프로판올, 부탄올, 아밀알코올, 및 증류수로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The solvent may be selected from the group consisting of ethanol, isopropyl alcohol, propanol, butanol, amyl alcohol, and distilled water.

이오노머는 폴리설폰계 수지, 폴리에테르 케톤계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리벤즈이미다졸계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리페닐렌 설파이드계 수지, 폴리페닐렌 옥사이드계 수지, 및 네피온으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Ionomers include polysulfone-based resins, polyether ketone-based resins, polyether-based resins, polyester-based resins, polybenzimidazole-based resins, polyimide-based resins, polyphenylene sulfide-based resins, polyphenylene oxide-based resins, and It may be selected from the group consisting of nefion.

이하, 제2단계(S12)를 설명한다.Hereinafter, the second step (S12) will be described.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 탄소나노섬유(carbon nano fiber, CNF)에 합금 입자(12)를 담지시킨다. As shown in FIG. 3(b), the alloy particles 12 are supported on carbon nano tubes (CNTs) or carbon nano fibers (CNFs).

탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF) 표면에 합금 입자(12)를 담지시키는 것은 습식 전기화학적 공정, 건식 박막 증착 공정 또는 초임계 이산화탄소 유체 담지 공정 등을 공지된 기술을 이용하여 실시될 수 있다.Supporting the alloy particles 12 on the surface of carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers (CNF) can be carried out using a known technique such as a wet electrochemical process, a dry thin film deposition process, or a supercritical carbon dioxide fluid support process. can

탄소나노튜브(CNT)는 탄소의 육각망면이 섬유축 방향에 평행으로 배열한 구조로서, 내부에 0.4 nm 이상의 튜브 형태의 공간을 지니고 있는 구조로 되어있다. 탄소나노튜브로, 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube; SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube; DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube; MWCNT)가 적용될 수 있다.Carbon nanotube (CNT) is a structure in which hexagonal planes of carbon are arranged parallel to a fiber axis direction, and has a structure having a tube-shaped space of 0.4 nm or more inside. As the carbon nanotubes, single wall carbon nanotubes (SWCNTs), double wall carbon nanotubes (DWCNTs), and multi wall carbon nanotubes (MWCNTs) may be applied.

탄소나노섬유(CNF)는 탄소의 육각망면이 섬유축에 대하여 직각으로 배열하여 있는 구조(칼럼나구조 혹은 플레이트리트 구조) 및 섬유축에 대하여 일정한 경사를 지니고 있는 구조(깃털구조 혹은 헤링본구조)를 지니고 있으며, 섬유의 내부에 탄소나노튜브와 같은 튜브의 공간을 나타내지 않는다.Carbon nanofiber (CNF) has a structure in which hexagonal planes of carbon are arranged at right angles to the fiber axis (column structure or platelet structure) and a structure with a certain inclination to the fiber axis (feather structure or herringbone structure). and does not show the space of a tube like carbon nanotube inside the fiber.

이하, 제3단계(S13)를 설명한다.Hereinafter, the third step (S13) will be described.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1단계에서 제조된 구형 촉매(10), 용매, 이오노머와, 제2단계에서 제조된 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 혼합하여 전극 슬러리(S)를 제조한다.As shown in FIG. 4, the spherical catalyst 10, solvent, and ionomer prepared in the first step, and carbon nanotubes supported with alloy particles prepared in the second step or carbon nanofibers supported with alloy particles 20 ) to prepare an electrode slurry (S).

구형 촉매(10), 용매, 이오노머와, 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 한꺼번에 넣고 혼합하거나, 용매와 이오노머를 먼저 혼합한 후 구형 촉매(10)와, 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 각각 넣고 혼합할 수 있다.The spherical catalyst 10, the solvent, the ionomer, and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are put together and mixed, or the solvent and the ionomer are first mixed, and then the spherical catalyst 10 And, the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 may be added and mixed.

용매와 이오노머는 제1단계에서 설명한 것과 동일하다. The solvent and ionomer are the same as described in the first step.

이와 같이 전극 슬러리(S)에 구형 촉매(10)와 함께 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 첨가하면, 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)가 전극 슬러리(S) 내에서 구조를 잡아주어 구형 촉매(10)들이 서로 뭉치지 않게 해주면서도, 합금 입자(12)가 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)의 표면을 둘러싸고 있어 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)가 저항체로 작용하는 것을 막아준다.In this way, when carbon nanotubes supported with alloy particles or carbon nanofibers 20 supported with alloy particles are added to the electrode slurry (S) together with the spherical catalyst 10, the carbon nanotubes or alloy particles supported with alloy particles The supported carbon nanofibers 20 hold the structure in the electrode slurry S to prevent the spherical catalysts 10 from aggregating with each other, while the alloy particles 12 are carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers ( It surrounds the surface of CNF) to prevent carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers (CNF) from acting as a resistor.

이하, 제4단계(S14)를 설명한다.Hereinafter, the fourth step (S14) will be described.

상술한 바와 같이 제조된 전극 슬러리(S)를 이용하여 전극을 제조한다.An electrode is manufactured using the electrode slurry (S) prepared as described above.

전극은 전극 슬러리(S)를 이형필름에 코팅 후 건조시켜 형성한다. 전극이 형성된 2개의 이형필름을 전해질막의 상면과 하면에 전사하여 전해질막에 전극을 부착한다.The electrode is formed by coating the electrode slurry (S) on a release film and then drying it. Electrodes are attached to the electrolyte membrane by transferring the two release films on which the electrodes are formed to the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane.

이와 달리 전극 슬러리(S)를 전해질막에 직접 코팅하여 전극을 형성할 수도 있다.Alternatively, the electrode may be formed by directly coating the electrode slurry S on the electrolyte membrane.

전해질막에 전극을 형성하는 방식은 이에 한정되지 않으며, 공지된 기술을 이용하여 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.The method of forming the electrode on the electrolyte membrane is not limited thereto, and may be performed in various ways using known techniques.

도 5에 도시된 바와 같이, 이와 같이 형성된 전극은 핀홀, 갈라짐이 발생하지 않는다.As shown in FIG. 5 , the electrode thus formed does not have pinholes or cracks.

또한, 이와 같이 형성된 전극은 MEA 성능도 개선된다. 도 6은 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 전극(w/Pt(CNT))과 탄소나노튜브만 첨가하여 제조된 전극(w/CNT)의 성능을 비교한 것으로, 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 전극(w/Pt(CNT))이 탄소나노튜브만 첨가하여 제조된 전극(w/CNT)보다 전류 밀도에 따른 전압강하가 낮은 것을 확인할 수 있다. In addition, the electrode formed in this way also improves MEA performance. 6 is a comparison of the performance of an electrode (w / Pt (CNT)) prepared by adding carbon nanotubes supported with alloy particles and an electrode (w / CNT) prepared by adding only carbon nanotubes. It can be seen that the electrode (w/Pt(CNT)) prepared by adding the supported carbon nanotubes has a lower voltage drop according to the current density than the electrode (w/CNT) prepared by adding only the carbon nanotubes.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법을 자세히 설명한다. 도 3 내지 도 6을 기본적으로 참조한다. Hereinafter, a method for manufacturing an electrode for improving MEA performance of a hydrogen fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described in detail. 3 to 6 are basically referenced.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법은,As shown in FIG. 7, an electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance according to a second embodiment of the present invention,

구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계(S21);A first step (S21) of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;

탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에 합금 입자를 담지시키는 제2단계(S22);A second step (S22) of supporting alloy particles on carbon nanotubes or carbon nanofibers;

상기 구형 촉매 표면에 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 부착하여 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하는 제3단계(S23);A third step (S23) of preparing a spherical catalyst-nanocarbon assembly by attaching the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers to the surface of the spherical catalyst;

상기 구형 촉매-나노탄소 결합체를 용매와 이오노머가 혼합된 혼합용액에 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제4단계(S24); 및A fourth step (S24) of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst-nanocarbon assembly with a mixed solution in which a solvent and an ionomer are mixed; and

상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제5단계(S25)로 구성된다.It consists of a fifth step (S25) of manufacturing an electrode using the electrode slurry.

제2실시예의 제1단계(S21), 제2단계(S22), 제5단계(S25)는 제1실시예의 제1단계(S11), 제2단계(S12), 제4단계(S14)와 각각 동일하므로 자세한 설명을 생략하고, 구별되는 제3단계(S23)와 제4단계(S24)에 대해서만 설명하기로 한다.The first step (S21), the second step (S22), and the fifth step (S25) of the second embodiment are the first step (S11), the second step (S12), and the fourth step (S14) of the first embodiment. Since each is the same, a detailed description will be omitted, and only the third step (S23) and the fourth step (S24) that are distinguished will be described.

이하, 제3단계(S23)를 설명한다.Hereinafter, the third step (S23) will be described.

구형 촉매(10) 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 부착하여 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 제조하기 위해, 볼 밀러(ball miller)를 사용한다. To prepare a spherical catalyst-nanocarbon assembly 30 by attaching alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers 20 to the surface of the spherical catalyst 10, a ball miller Use

도 8에 도시된 바와 같이, 볼 밀러(100)는, 통(101), 통(101)이 놓여지는 2개의 롤러(102,103), 2개의 롤러(102,103)를 회전시키는 구동부(미도시), 통(101) 안에 넣어지는 볼(104)들로 구성된다. 통(101)에 형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)와 볼(104)을 넣고 꺼낼 수 있는 출입구가 있으며 그 도시는 생략하였다. 또한, 구동부의 구성은 모터 등 공지된 기술로 구현 가능하므로 자세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 8, the ball mirror 100 includes a cylinder 101, two rollers 102 and 103 on which the cylinder 101 is placed, a driving unit (not shown) for rotating the two rollers 102 and 103, and a cylinder It consists of balls (104) put into (101). In the cylinder 101, there is an entrance through which the type catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 and the balls 104 can be put in and taken out, and the illustration is omitted. In addition, since the configuration of the driving unit can be implemented with a known technology such as a motor, a detailed description thereof will be omitted.

[제1볼밀링법][First ball milling method]

제1볼밀링법은 동일한 직경을 가진 볼(104)로 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)에 물리적 힘을 가하여, 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 제조한다.The first ball milling method applies physical force to the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 with balls 104 having the same diameter, so that the spherical catalyst- The nano-carbon assembly 30 is manufactured.

이를 위해, 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)와 동일한 직경을 가진 볼(104)들을 통(101) 안에 넣는다. 통(101)을 2개의 롤러(102,103) 위에 올려놓는다. 2개의 롤러(102,103)가 회전하면서 통(101)을 회전시킨다. 통(101)이 회전하는 동안, 볼(104)들이 무작위로 이동하면서, 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 가압하여, 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 결합시킨다.To this end, balls 104 having the same diameter as the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are put into the cylinder 101. The canister 101 is placed on the two rollers 102 and 103. As the two rollers 102 and 103 rotate, the canister 101 rotates. While the cylinder 101 rotates, the balls 104 move randomly and pressurize the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20, thereby forming a spherical shape. The catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are bonded.

[제2볼밀링법][Second ball milling method]

도 9를 참조한다.See FIG. 9 .

제2볼밀링법은 서로 다른 직경을 가진 볼(104,105)로 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)에 물리적 힘을 가하여, 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 제조한다.The second ball milling method applies physical force to the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 with balls 104 and 105 having different diameters, thereby forming the spherical catalyst -Manufacture the nano-carbon assembly (30).

이를 위해, 서로 다른 크기의 볼(104,105)들을 통(101) 안에 넣는다. 통(101)을 2개의 롤러(102,103) 위에 올려놓는다. 2개의 롤러(102,103)가 통(101)을 회전시킨다. 통(101)이 회전하는 동안, 서로 다른 크기의 볼(104,105)들이 무작위로 이동하면서, 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 가압하여, 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 결합시킨다.To this end, balls 104 and 105 of different sizes are put into the barrel 101. The canister 101 is placed on the two rollers 102 and 103. Two rollers 102 and 103 rotate the canister 101. While the cylinder 101 rotates, the balls 104 and 105 of different sizes move randomly, and the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 By applying pressure, the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are bonded.

이때, 상대적으로 큰 직경(10mm)을 가진 볼(104)들은 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 대략적으로 결합시키고, 상대적으로 직경(3mm)이 작은 볼(105)들은 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)가 결합되지 않은 부분까지 찾아 들어가 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 세세하게 결합시킨다. 따라서 제2볼밀링법을 사용하면, 제1볼밀링법보다 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)의 결합력이 더 좋은 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 제조할 수 있다.At this time, the balls 104 having a relatively large diameter (10 mm) roughly couple the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20, The balls 105 having a small diameter (3 mm) go into the part where the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are not bonded to the spherical catalyst 10. Finely bond the carbon nanotubes supported with alloy particles or the carbon nanofibers 20 supported with alloy particles. Therefore, when the second ball milling method is used, the binding force between the spherical catalyst 10 and the carbon nanotubes supported with alloy particles or the carbon nanofibers 20 supported with alloy particles is better than that of the first ball milling method. The nanocarbon assembly 30 may be manufactured.

[필터링 방법][Filtering method]

도 10을 참조한다.See FIG. 10 .

필터링 방법은, 제1방법 또는 제2방법으로 제조된 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 필터(132)로 걸러, 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)에 결합되지 않은 상태로 묻어 있는 구형 촉매(10) 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 필터(132) 밑으로 떨어뜨리고, 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)만을 필터(132) 위에 남긴다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 용기(131), 필터(132), 가진기(133)로 구성된 필터유닛(130)이 사용된다. 가진기(133)는 용기(131)를 진동시켜, 필터(132) 밑으로 구형 촉매(10) 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)가 잘 떨어지게 만든다.In the filtering method, the spherical catalyst-nanocarbon assembly 30 prepared by the first method or the second method is filtered through the filter 132, and the spherical catalyst-nanocarbon assembly 30 is not bonded to the spherical catalyst buried therein. (10) Alternatively, the carbon nanotubes supported with alloy particles or the carbon nanofibers 20 supported with alloy particles are dropped under the filter 132, leaving only the spherical catalyst-nanocarbon assembly 30 on the filter 132. . To this end, as shown in FIG. 6, a filter unit 130 composed of a container 131, a filter 132, and a shaker 133 is used. The vibrator 133 vibrates the container 131 so that the spherical catalyst 10 or the carbon nanotubes supported with alloy particles or the carbon nanofibers 20 supported with alloy particles fall well under the filter 132. .

이하, 제4단계(S24)를 설명한다.Hereinafter, the fourth step (S24) will be described.

용매와 이오노머가 혼합된 혼합용매에 구형 촉매-나노탄소 결합체(30)를 혼합하여 전극 슬러리(S)를 제조한다.An electrode slurry (S) is prepared by mixing the spherical catalyst-nanocarbon assembly 30 in a mixed solvent in which a solvent and an ionomer are mixed.

본 실시예에서는 구형 촉매(10)와 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)가 제1실시예와 같이 개별적으로 투입되는 것이 아니라 구형 촉매(10) 표면에 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 부착된 형태로 투입된다.In this embodiment, the spherical catalyst 10 and the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 are not individually introduced as in the first embodiment, but on the surface of the spherical catalyst 10 Carbon nanotubes supported with alloy particles or carbon nanofibers 20 supported with alloy particles are added in an attached form.

이로 인해, 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유(20)를 구형 촉매(10) 표면에 고르고 더 견고하게 분포시킬 수 있고, 구형 촉매(10)와 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)의 비율 조절이 용이해진다.As a result, the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers 20 can be evenly and more firmly distributed on the surface of the spherical catalyst 10, and the spherical catalyst 10 and the carbon nanotubes ( CNT) or carbon nanofiber (CNF) ratio control becomes easy.

10: 구형 촉매 11: 구형 탄소 지지체
12: 합금 입자
20: 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유
30: 구형 촉매-나노탄소 결합체
100: 볼 밀러 101: 통
102,103: 롤러 104, 105: 볼
130: 필터유닛 131: 용기
132: 필터 133: 가진기10: spherical catalyst 11: spherical carbon support
12: alloy particles
20: alloy particle-supported carbon nanotubes or alloy particle-supported carbon nanofibers
30: spherical catalyst-nanocarbon combination
100: ball miller 101: barrel
102,103: roller 104, 105: ball
130: filter unit 131: container
132: filter 133: shaker

Claims (3)

구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계;
탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT) 또는 탄소나노섬유(carbon nano fiber, CNF)에 합금 입자를 담지시키는 제2단계;
상기 구형 촉매, 용매, 이오노머와, 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제3단계; 및
상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법.A first step of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;
A second step of supporting alloy particles on carbon nano tubes (CNT) or carbon nano fibers (CNF);
A third step of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst, solvent, and ionomer with the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers; and
An electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance, characterized in that it comprises a fourth step of manufacturing an electrode using the electrode slurry. 구형 탄소 지지체에 합금 입자를 담지하여 구형 촉매를 제조하는 제1단계;
탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에 합금 입자를 담지시키는 제2단계;
상기 구형 촉매 표면에 상기 합금 입자가 담지된 탄소나노튜브 또는 합금 입자가 담지된 탄소나노섬유를 부착하여 구형 촉매-나노탄소 결합체를 제조하는 제3단계;
상기 구형 촉매-나노탄소 결합체를 용매와 이오노머가 혼합된 혼합용액에 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 제4단계; 및
상기 전극 슬러리를 사용하여 전극을 제조하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법.A first step of preparing a spherical catalyst by supporting alloy particles on a spherical carbon support;
A second step of supporting alloy particles on carbon nanotubes or carbon nanofibers;
A third step of attaching the alloy particle-supported carbon nanotubes or the alloy particle-supported carbon nanofibers to the surface of the spherical catalyst to prepare a spherical catalyst-nanocarbon assembly;
A fourth step of preparing an electrode slurry by mixing the spherical catalyst-nanocarbon assembly with a mixed solution in which a solvent and an ionomer are mixed; and
An electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance, characterized in that it comprises a fifth step of manufacturing an electrode using the electrode slurry. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1단계 및 제2단계에서,
상기 합금 입자는 백금(Pt)과, 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등의 전이금속군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소연료전지 MEA 성능 개선을 위한 전극 제조방법.According to claim 1 or 2,
In the first and second steps,
The alloy particles are composed of one or more metals selected from the group of transition metals such as platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), rhodium (Rh), titanium (Ti), and zirconium (Zr). Electrode manufacturing method for improving hydrogen fuel cell MEA performance.
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