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KR100696621B1 - 연료전지용 전극기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는막-전극 어셈블리 - Google Patents

연료전지용 전극기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는막-전극 어셈블리 Download PDF

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KR100696621B1
KR100696621B1 KR1020050039269A KR20050039269A KR100696621B1 KR 100696621 B1 KR100696621 B1 KR 100696621B1 KR 1020050039269 A KR1020050039269 A KR 1020050039269A KR 20050039269 A KR20050039269 A KR 20050039269A KR 100696621 B1 KR100696621 B1 KR 100696621B1
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이종기
은영찬
권호진
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지용 전극 기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기체확산층 및 미세기공층을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 연료전지용 전극기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 연료전지용 전극기재는 연료 또는 산화제의 확산 성능이 우수하고, 수분의 배출을 용이하게 하며, 전자 전도 성능이 우수한 특징이 있다.
연료전지, 전극, 기체확산, 전도성, 계면저항, 침투

Description

연료전지용 전극기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리{ELECTRODE SUBSTRATE FOR FUEL CELL, METHOD FOR PREPARATING THE SAME, AND MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY}
도 1은 본 발명의 연료전지용 전극기재의 일 예를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 일 예를 나타낸 단면도.
도 3은 실시예 1의 전극기재 및 비교예 1의 전극기재의 계면에서의 물질 전달 저항을 나타낸 그래프.
도 4는 실시예 4 및 비교예 3에 따라 제조된 막-전극 어셈블리를 이용하여 제조된 연료전지의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프.
[산업상 이용분야]
본 발명은 연료전지용 전극기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 또는 산화제의 확산을 돕고, 수분의 배출을 용이하게 하며, 전자 전도 성능이 우수한 연료전지용 전극 기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리에 관한 것이다.
[종래기술]
연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 외부로부터 공급되는 산화제(예를 들면 산소)의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 전기발생부, 개질기(Reformer), 및 연료공급부 등을 구비한다. 전기발생부는 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료공급부는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하는 역할을 한다. 개질기는 연료공급부로부터 공급된 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 상기 발생된 수소가스를 전기발생부로 공급한다. 또한, 전기발생부에서는 개질기로부터 공급된 수소 가스와 산화제를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
한편, 연료 전지는 액상의 연료를 직접 전기발생부에 공급하여 전기화학적 반응을 일으키는 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell: DOFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 산화형 연료전지의 대표적인 예로는 직접 메탄올형 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)를 들 수 있다. 상기 직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 개질기가 배제될 수 있다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 전기발생부는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 세퍼레이터(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고도 함)로 이루어진 단위 셀을 적어도 하나 이상 포함하며, 단위 셀이 수 개 내지 수 십 개로 적층된 구조를 스택이라 부른다.
상기 막-전극 어셈블리는 전해질막을 사이에 두고 애노드(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라고 한다)와 캐소드(일명, "공기극" 또는 "환원전극"이라고 한다)가 상기 전해질막의 양면에 부착된 구조를 가진다. 그리고 세퍼레이터는 연료 전지의 반응에 필요한 연료를 애노드에 공급하고, 산화제를 캐소드에 공급하는 통로의 역할과 각 막-전극 어셈블리의 애노드와 캐소드에서 발생한 전기를 외부로 공급하는 전도체의 역할을 동시에 수행한다.
이 과정에서 애노드에서는 연료의 전기 화학적인 산화 반응이 일어나고, 캐소드에서는 산화제의 전기 화학적인 환원이 반응이 일어나며 이 때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열 그리고 물을 함께 얻을 수 있다.
연료전지의 애노드 및 캐소드는 전극기재와 촉매층을 포함한다. 종래에는 탄소종이(carbon paper)와 같은 기체확산층(GDL:gas diffusion layer)을 전극기재로 사용하였으나, 이러한 기체확산층 만으로는 연료 또는 산화제의 확산성능이 충분하지 못하였다.
이에 본 발명자들은 연료 또는 산화제의 확산성능을 개선하기 위하여 기체확산층에 미세기공층(MPL:micro-porous layer)을 형성시킨 전극기재에 관한 연구를 진행하였다.
그러나, 기체확산층에 미세기공층을 단순히 코팅하는 경우에는 상기 기체확산층과 미세기공층의 계면에서 전자의 전도를 방해하는 계면저항이 발생하게 되고, 이는 연료전지의 성능을 저하시키는 원인이 된다는 것을 알게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 또는 산화제의 확산 성능이 우수하고, 기체확산층과 미세기공층 사이의 계면저항이 적은 연료전지용 전극기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 연료전지용 전극기재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 연료전지용 전극기재를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 기체확산층 및 미세기공층을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 연료전지용 전극기재를 제공한다.
본 발명은 또한, 입자상의 탄소물질, 바인더 및 용매를 혼합하여 도포용 조성물을 제조하는 단계, 상기 도포용 조성물을 기체확산층에 도포하는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 소결하여 미세기공층을 형성시키는 단계를 포함하는 연료전지용 전극기재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전극기재, 및 상기 전극기재의 미세기공층 위에 형성되는 촉매층을 포함하는 애노드; 상기 전극기재, 및 상기 전극기재의 미세기공층 위에 형성되는 촉매층을 포함하는 캐소드; 및 상기 애노드와 캐소드의 사이에 위치하며, 그 양 면이 촉매층과 접하는 연료전지용 고분자 전해질막을 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 연료전지용 전극기재의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전극기재(10)는 기체확산층(1) 및 미세기공층(2)을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투(3)되어 있는 형태를 가진다. 다만, 본 발명의 전극기재가 도 1의 구성으로 한정되는 것은 아니다.
상기 기체확산층 및 미세기공층의 두께는 연료전지의 크기 및 성능에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 상기 기체확산층은 200 내지 280 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하고, 상기 미세기공층은 20 내지 50 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 미세기공층의 두께는 10 내지 30 ㎛인 것이 바람직며, 이 때, 침투된 두께는 미세기공층 전체의 두께보다 작은 것이 바람직하다.
상기 기체확산층의 두께가 200 ㎛ 미만인 경우에는 전극 기재의 기계적 강도가 약하며, 280 ㎛를 초과하는 경우에는 연료 또는 산화제의 확산이 어려워 물질 전달의 저항이 커질 수 있다. 또한, 상기 미세기공층의 두께가 20 ㎛ 미만인 경우에는 연료 또는 산화제의 확산 성능 개선의 효과가 미미하며, 50 ㎛를 초과하는 경우에는 연료 또는 산화제의 확산이 어렵고, 연료전지의 가동시에 발생되는 물이 배출되기 어렵다. 또한, 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 미세기공층의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 기체확산층과 미세기공층 사이의 계면에서 발생하는 계면저항과 상기 두 층의 기공 크기의 차이로 인해 연료 또는 산화제의 전달 저항이 커지게 되고, 30 ㎛를 초과하는 경우에는 제한전류가 높은 전압에서 형성될 수 있다.
본 발명의 전극기재는 연료 또는 산화제의 확산작용과 함께, 촉매층에서 생성되는 전자를 세퍼레이터에 전달하는 역할을 한다. 따라서, 상기 전극기재를 이루는 기체확산층과 미세기공층은 전자 전도성이 있는 탄소 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 기체확산층은 탄소천(carbon cloth) 또는 탄소종이(carbon paper)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 미세기공층은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 벌칸, 케첸블랙, 카본블랙 및 탄소나노혼(carbon nano horn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소물질을 포함하는 것이 바람직하다. ,
상기 미세기공층은 또한, 상기 탄소물질들의 부착상태를 유지하기 위한 바인더 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 바인더를 포함할 수 있다.
상기 미세기공층에 포함되는 탄소물질과 바인더의 함량비는 특별히 한정되지 않으나, 탄소물질 90 내지 60 중량부에 대하여 상기 바인더 10 내지 40 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 전극기재는 입자상의 탄소물질, 바인더 및 용매를 혼합하여 도포용 조성물을 제조하는 단계, 상기 도포용 조성물을 기체확산층에 도포하는 단계, 및 상기 도포된 조성물을 소결하여 미세기공층을 형성시키는 단계를 포함하는 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 미세기공층의 형성을 위해서 사용되는 상기 탄소물질은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 벌칸, 케첸블랙, 카본블랙 및 탄소나노혼(carbon nano horn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 도포용 조성물의 제조에 사용되는 용매는 통상적인 슬러리코팅용 용매를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소프로필알코올, 노말프로필 알코올, 에 틸 알코올, 메틸알코올 및 노말 부틸 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 도포용 조성물에 사용되는 용매가 상기 예에 한정되는 것은 아니다.
상기 도포용 조성물에 있어서, 고형분의 농도는 40 내지 70 중량%인 것이 바람직하며, 상기 고형분 중에서 미세기공층의 형성을 위해 사용되는 탄소물질의 함량은 20 내지 40 중량%인 것이 바람직하다.
고형분의 농도가 40 중량% 미만인 경우에는 입자상의 탄소물질이 기체확산층 내부로 모두 침투되어 흘러버리므로, 미세기공층을 형성하기 어려우며, 70 중량%를 초과하는 경우에는 탄소물질이 기체확산층 내부로 침투하기 어려우므로, 계면 저항 감소의 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 상기 고형분 중에 포함되는 탄소물질의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 충분한 전기전도성 및 기체확산성을 나타내지 못하며, 40 중량%를 초과하는 경우에는 형태 유지 성능이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 기체확산층은 탄소천 또는 탄소종이인 것이 바람직하며, 200 내지 280 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 도포용 조성물은 1500 내지 3000 cps의 점도를 가지는 슬러리 형태인 것이 바람직하다. 도포용 조성물의 점도가 1,500 cps 미만인 경우에는 탄소입자들이 기체확산층의 내부로 흘러내려 미세기공층을 형성하지 못하며, 3,000 cps를 초과하는 경우에는 도포용 조성물이 기체확산층 내부로 침투하기 어렵게 된다.
상기 도포용 조성물의 도포 방법은 특별히 제한되지 않으므로, 통상적인 슬 러리 도포 방법을 사용할 수 있고, 바람직하게는 스크린 코터를 이용하여 도포할 수 있다.
또한, 상기 도포용 조성물이 도포 시에 도포되는 기체확산층의 반대 면에 진공을 형성하여 기체확산층을 고정시킬 수 있으며, 상기 기체확산층에 진공을 형성하기 위해서 기체확산층의 지지대로서 200 mesh 이상의 망을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도포용 조성물은 20 내지 50 ㎛의 두께로 도포되는 것이 바람직하며, 그 중에서 상기 기체확산층의 내부로 침투되는 도포용 조성물의 두께가 10 내지 30 ㎛가 되도록 도포하는 것이 바람직하다.
상기 방법으로 도포된 기체확산층을 280 내지 350 ℃의 온도에서 소결하여 미세기공층이 형성된 본 발명의 연료전지용 전극기재를 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 연료전지용 막-전극 어셈블리는 i) 기체확산층(1) 및 미세기공층(2)을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투(3)되어 있는 상기 연료전지용 전극기재(10), 및 상기 미세기공층(2) 위에 형성되는 촉매층(20)을 포함하는 캐소드(30); ii) 기체확산층(1') 및 미세기공층(2')을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투(3')되어 있는 상기 연료전지용 전극기재(10'), 및 상기 미세기공층(2') 위에 형성되는 촉매층(20')을 포함하는 애노드(30'); 및 연료전지용 고분자 전해질막(40)을 포함한다.
상기 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M=Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 바람직하며, 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-코발트 합금 또는 백금-니켈 중에서 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 애노드와 캐소드에 포함되는 촉매층은 서로 동일한 촉매를 포함하거나, 또는 서로 상이한 촉매르 포함할 수도 있다.
상기 연료전지용 고분자 전해질막은 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것이 바람직하며, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸)(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)) 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것이 더 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
카본블랙 분말 10 중량부, 폴리(테트라플루오로에틸렌) 3.3 중량부, 및 이소프로필알코올 40 중량부를 혼합하여 2,000 cps 의 점도를 가지는 도포용 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 도포용 조성물을 두께 280 ㎛인 탄소종이(carbon paper)의 일면에 스크린 코팅법으로 도포하였다. 이 때, 도포되는 조성물의 전체 두께는 40 내지 50 ㎛가 되도록 하였으며, 탄소종이에 침투되는 조성물의 두께는 15 ㎛가 되도록 하였다.
상기 조성물을 도포한 후, 350 ℃에서 소결하여 연료전지용 전극기재를 제조하였다.
실시예 2
스크린 코팅 방법으로 도포용 조성물을 도포하여 탄소종이에 침투되는 조성물의 두께를 10 ㎛가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연료전지용 전극기재를 제조하였다.
실시예 3
스크린 코팅 방법으로 도포용 조성물을 도포하며, 탄소종이의 반대편에 진공을 형성하여 탄소종이에 침투되는 조성물의 두께를 30 ㎛가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연료전지용 전극기재를 제조하였다.
비교예 1
카본블랙 분말 20 중량부, 폴리(테트라플루오로에틸렌) 6.6 중량부, 및 이소프로필알코올 40 중량부를 혼합하여 반죽상태의 도포용 조성물을 제조하였다.
상기 제조된 도포용 조성물을 탄소종이의 표면에 도포하였으며, 상기 조성물이 탄소종이의 내부로 침투되지 않도록 하였다.
비교예 2
미세기공층을 형성하지 아니하고, 두께 280 ㎛의 탄소종이를 전극기재로 사용하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 전극기재에 대하여, 기체확산성능, 전자 전도 성능을 평가하였으며, 실시예 1, 3, 및 비교예 1에 따라 제조된 전극기재에 대해서는 계면에서의 물질전달저항을 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서, X축의 Z'은 임피던스의 실수값을 나타내며, Z"은 임피던스의 허수값을 나타낸다. 도 3에서 보는 것과 같이, 비교예 1에 따라 제조된 전극기재는 X축과 그래프가 이루는 반원의 크기가 크기 때문에, 계면저항값이 큰 반면에, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전극기재는 X축과 임피던스 값이 이루는 반원의크기가 작으므로, 계면 저항이 적은 것을 알 수 있다.
실시예 4
탄소에 담지된 백금 촉매(백금 함량 20 중량%) 5 g과 폴리(퍼플루오로술폰 산) 용액(DuPont사의 NafionTM solution) 1.5 g을 혼합하여 촉매 슬러리를 제조한 후, 상기 제조된 촉매 슬러리를 실시예 1에 따라 제조된 전극기재의 미세기공층의 표면에 도포하고, 건조하여 캐소드 및 애노드를 제조하였다.
상기 제조된 연료전지용 캐소드 및 애노드를 폴리(퍼플루오로술폰산)(NafionTM, DuPont) 전해질막의 양 면에 각각 배치하여 접합시킴으로써, 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
실시예 5
실시예 2에 따라 제조된 전극기재를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
실시예 6
실시예 3에 따라 제조된 전극기재를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
비교예 3
비교예 1에 따라 제조된 전극기재를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
비교예 4
비교예 2의 탄소종이를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 막-전극 어셈블리를 제조하였다.
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 3, 4에 따라 제조된 막-전극 어셈블리의 양 면에 세퍼레이터를 배치하여 연료전지를 제조하였으며, 전지 성능 측정 장치를 이용하여 상기 실시예 4 및 비교예 3, 4에 따라 제조된 연료전지의 전압-전류 특성을 측정하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
상기 전압-전류 특성의 측정결과에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전극기재를 포함하는 실시예 4의 연료전지는 비교예 3, 및 4의 연료전지에 비하여 우수한 전압-전류 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
본 발명의 연료전지용 전극기재는 연료 또는 산화제의 확산 성능이 우수하고, 수분의 배출을 용이하게 하며, 전자 전도 성능이 우수한 특징이 있다.

Claims (22)

  1. 기체확산층 및 미세기공층을 포함하며, 상기 미세기공층의 일부가 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 연료전지용 전극기재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체확산층은 200 내지 280 ㎛의 두께를 가지며, 상기 미세기공층은 20 내지 50 ㎛의 두께를 가지는 것인 연료전지용 전극기재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기체확산층의 내부로 침투되어 있는 미세기공층은 10 내지 30 ㎛의 두께를 가지는 것인 연료전지용 전극기재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기체확산층은 탄소천(carbon cloth) 또는 탄소종이(carbon paper)인 연료전지용 전극기재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 벌칸, 케첸블랙, 카본블랙 및 탄소나노혼(carbon nano horn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소물질을 포함하는 것인 연료전지용 전극기재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(테트라플 루오로에틸렌) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 바인더를 포함하는 것인 연료전지용 전극기재.
  7. 입자상의 탄소물질, 바인더 및 용매를 혼합하여 도포용 조성물을 제조하는 단계,
    상기 도포용 조성물을 기체확산층에 도포하는 단계, 및
    상기 도포된 조성물을 소결하여 미세기공층을 형성시키는 단계
    를 포함하는 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탄소물질은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 벌칸, 케첸블랙, 카본블랙 및 탄소나노혼(carbon nano horn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 바인더는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 도포용 조성물은 고형분 농도가 40 내지 70 중량%인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 기체확산층은 탄소천 또는 탄소종이인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 기체확산층은 200 내지 280 ㎛의 두께를 가지는 것인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 도포용 조성물은 스크린 코팅 방법으로 도포되는 것인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 도포용 조성물은 20 내지 50 ㎛의 두께로 도포되는 것인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 도포용 조성물이 상기 기체확산층의 내부로 침투되는 두께가 10 내지 30 ㎛가 되도록 도포하는 것인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
  16. 제1항의 전극기재, 및 상기 전극기재의 미세기공층 위에 형성되는 촉매층을 포함하는 애노드;
    제1항의 전극기재, 및 상기 전극기재의 미세기공층 위에 형성되는 촉매층을 포함하는 캐소드; 및
    상기 애노드와 캐소드의 사이에 위치하며, 그 양 면이 촉매층과 접하는 연료 전지용 고분자 전해질막
    을 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M=Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 촉매를 포함하는 것인 연료전지용 막-전극 어셈블리.
  18. 제16항에 있어서, 상기 연료전지용 고분자 전해질막은 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것인 연료전지용 막-전극 어셈블리.
  19. 제16항에 있어서, 상기 연료전지용 고분자 전해질막은 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸)(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'- bibenzimidazole)) 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것인 연료전지용 막-전극 어셈블리.
  20. 제1항에 있어서, 상기 미세기공층은 입자상의 탄소물질, 바인더 및 용매를 포함하며, 점도가 1500 내지 3000cps인 도포용 조성물을 도포하여 제조된 것인 연료전지용 전극기재.
  21. 제7항에 있어서, 상기 도포용 조성물은 점도가 1500 내지 3000cps인 것인 연료진지용 전극기재의 제조방법.
  22. 제10항에 있어서, 상기 고형분 중에서 탄소물질의 함량은 20 내지 40 중량%인 것인 연료전지용 전극기재의 제조방법.
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