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KR101180039B1 - Method For Manufacturing Electrode For Fuel Cell, Manufacturing Device for the Same, and Fuel Cell Comprising Electrode Manufactured by the Same - Google Patents

Method For Manufacturing Electrode For Fuel Cell, Manufacturing Device for the Same, and Fuel Cell Comprising Electrode Manufactured by the Same Download PDF

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KR101180039B1
KR101180039B1 KR1020100005589A KR20100005589A KR101180039B1 KR 101180039 B1 KR101180039 B1 KR 101180039B1 KR 1020100005589 A KR1020100005589 A KR 1020100005589A KR 20100005589 A KR20100005589 A KR 20100005589A KR 101180039 B1 KR101180039 B1 KR 101180039B1
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KR
South Korea
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electrode
fuel cell
manufacturing
catalyst
gas diffusion
Prior art date
Application number
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Inventor
김인
한옥희
김대옥
김하석
한기성
Original Assignee
한국기초과학지원연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 촉매, 바인더 및 이오노머를 포함하여 제조된 촉매 슬러리를 기체 확산층에 도포하여 연료전지용 전극을 제조하는 방법으로서, 상기 기체 확산층에 촉매 슬러리 도포시 송풍 속도 조절이 가능한 송풍장치를 사용하여 송풍온도를 -10℃ 내지 150℃로 유지하는 단계를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법, 상기 연료 전지용 전극의 제조에 사용되는 제조장치 및 상기 제조방법에 의해 제조된 전극을 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 촉매층의 두께 편차가 적고, 전극 표면의 균열이 적으며, 전극의 말림 현상이 없는 연료 전지용 전극을 제공할 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 전극을 포함하는 연료전지 시스템은 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
The present invention is a method for manufacturing an electrode for a fuel cell by applying a catalyst slurry including a catalyst, a binder and an ionomer to a gas diffusion layer, the blowing temperature using a blower that can control the blowing speed when applying the catalyst slurry to the gas diffusion layer It relates to a fuel cell electrode manufacturing method comprising a step of maintaining a -10 ℃ to 150 ℃, a manufacturing apparatus used for the production of the fuel cell electrode and a fuel cell system comprising the electrode produced by the manufacturing method. .
According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell electrode having less thickness variation of the catalyst layer, less cracking on the surface of the electrode, and no curling of the electrode. Accordingly, the fuel cell system including the electrode according to the present invention is excellent. Performance can be exhibited.

Description

연료전지용 전극의 제조방법, 이의 제조에 사용되는 제조장치 및 이에 의해 제조된 전극을 포함한 연료전지 시스템{Method For Manufacturing Electrode For Fuel Cell, Manufacturing Device for the Same, and Fuel Cell Comprising Electrode Manufactured by the Same} A method for manufacturing an electrode for a fuel cell, a manufacturing apparatus used for manufacturing the same, and a fuel cell system including the electrode manufactured by the same {Method For Manufacturing Electrode For Fuel Cell, Manufacturing Device for the Same, and Fuel Cell Comprising Electrode Manufacturing by the Same}

본 발명은 연료전지용 전극의 제조방법, 상기 연료 전지용 전극의 제조에 사용되는 제조장치 및 상기 제조방법에 의해 제조된 전극을 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system comprising a manufacturing method of an electrode for a fuel cell, a manufacturing apparatus used for producing the fuel cell electrode, and an electrode manufactured by the manufacturing method.

연료전지(Fuel Cell)는 전기화학반응에 의해 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. A fuel cell is a power generation system that directly converts chemical energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy by an electrochemical reaction.

연료전지 중, 휴대기기용 소형 연료전지로는 고체형 전해질을 사용하는 것을 선택하고 있어 수소를 연료로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 액체형 연료를 쓰는 직접 알코올 연료전지(Direct Alcohol Fuel Cell, DAFC)를 중심으로 연구가 진행되고 있는 추세이다.Among the fuel cells, a small fuel cell for a portable device is selected to use a solid electrolyte, and a polymer electrolyte fuel cell (PEEMFC) using hydrogen as a fuel and a direct alcohol fuel cell using a liquid fuel are used. (Direct Alcohol Fuel Cell, DAFC) is the center of the research is in progress.

연료전지 시스템은 예컨대 막-전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)와 발생된 전기를 집전하고, 연료를 공급하는 양극판(bipolar plate) 등의 연속적인 복합체로 구성될 수 있다. The fuel cell system may be composed of, for example, a continuous composite such as a membrane-electrode assembly (MEA) and a bipolar plate that collects electricity and supplies fuel.

막-전극 접합체는 전해질 막에 촉매층(catalyst layer)을 도포하여 전극을 형성하여 만들어지는데, 촉매층을 형성하는 방법에는 예를 들어, 전처리 후 건조된 전해질막(electrolyte membrane)을 고정시키고, 촉매가 분산된 슬러리를 스프레이하는 방법 또는 지지체 상에 촉매 슬러리(catalyst slurry) 등을 먼저 도포한 후 생성된 촉매층을 고분자 전해질 막에 전사시키는 전사 방법 등이 있다.The membrane-electrode assembly is made by forming an electrode by applying a catalyst layer to the electrolyte membrane. The method of forming the catalyst layer is, for example, to fix a dried electrolyte membrane after pretreatment and to disperse the catalyst. A method of spraying the prepared slurry or a method of applying a catalyst slurry on a support first and then transferring the resulting catalyst layer to the polymer electrolyte membrane.

이 중, 전해질막과 촉매의 접촉이 비교적 양호하여 촉매가 분산된 슬러리를 스프레이하는 방법이 일반적으로 사용되는데, 연료 전지 전극의 제작 과정 중 촉매 슬러리를 기체 확산층(gas diffusion layer)에 도포시, 용매의 원활하지 않은 증발로 인해서 촉매층이 두껍고, 전극의 두께 편차가 심하며, 전극 표면에 균열이 발생할 수 있을 뿐 아니라, 건조된 후 전극의 말림 현상이 발생하여 연료 전지의 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.Among these, a method of spraying a slurry in which a catalyst is dispersed is generally used because the contact between the electrolyte membrane and the catalyst is relatively good, and during application of the fuel cell electrode, the catalyst slurry is applied to a gas diffusion layer. Due to the poor evaporation of the catalyst layer is thick, the thickness variation of the electrode is severe, not only cracks may occur on the surface of the electrode, there is a problem that the drying of the electrode occurs after drying, the efficiency of the fuel cell is reduced.

또한, 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC)의 경우, 전극 제조시 고가인 귀금속 촉매의 일반적인 금속 로딩(metal loading)은 0.4 mg/cm2이지만, 알코올 연료 전지(DAFC)는 일반적으로 애노드(anode)의 경우 5 mg/cm2, 캐쏘드(cathode)의 경우 3 mg/cm2의 많은 금속 로딩(metal loading)을 사용하고 있기 때문에 촉매층을 포함한 전극 제조 과정의 개선이 필수적이다.In addition, in the case of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the typical metal loading of the precious metal catalyst at the time of electrode manufacturing is 0.4 mg / cm 2, but the alcohol fuel cell (DAFC) is generally the case of the anode Since 5 mg / cm 2 and cathodes use a lot of metal loading of 3 mg / cm 2 , improvement of electrode manufacturing process including catalyst layer is essential.

따라서, 본 발명의 구현예들에서는 촉매의 도포 조건을 개선하여 많은 양의 금속 로딩에도 두께 편차가 적고 전극 표면의 균열이 적으며 말림 현상이 없는 전극을 제조할 수 있는 제조방법, 상기 제조방법에 사용되는 전극 제조장치 및 상기 제조방법에 의해 제조된 전극을 포함하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다. Therefore, in the embodiments of the present invention, a method for producing an electrode having less thickness variation, less cracking on the surface of an electrode, and no curling phenomenon even with a large amount of metal loading by improving the coating conditions of the catalyst, the method It is an object of the present invention to provide a fuel cell system including an electrode manufacturing apparatus and an electrode manufactured by the manufacturing method.

본 발명에 따른 구현예는, 촉매(catalyst), 바인더(binder) 및 이오노머(ionomer)를 포함하여 제조된 촉매 슬러리를 기체 확산층에 도포하여 연료전지용 전극을 제조하는 방법으로서, 상기 기체 확산층에 촉매 도포시 송풍 속도 조절이 가능한 송풍장치를 사용하여 송풍온도를 -10℃ 내지 150℃로 유지하는 단계를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법을 포함한다.An embodiment according to the present invention is a method for preparing an electrode for a fuel cell by applying a catalyst slurry prepared by including a catalyst, a binder, and an ionomer to a gas diffusion layer, and applying the catalyst to the gas diffusion layer. It includes a method for manufacturing an electrode for a fuel cell comprising the step of maintaining the blowing temperature to -10 ℃ to 150 ℃ using a blower capable of adjusting the blowing speed.

또한, 본 발명의 구현예는 (a) 송풍 온도 및 송풍 속도로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 조절되는 송풍 장치; 및 (b) 촉매 슬러리 도포 장치를 포함하는 연료 전지용 전극의 제조에 사용되는 제조장치를 포함한다.In addition, an embodiment of the present invention (a) a blowing device in which one or more selected from the group consisting of blowing temperature and blowing speed is controlled; And (b) a production apparatus used for producing an electrode for a fuel cell, including a catalyst slurry coating apparatus.

더욱이, 본 발명의 구현예는 상기 제조방법에 의해 제조된 기체 확산층 및 촉매층을 포함하는 전극과, 상기 전극 사이에 위치하는 연료 전지용 고분자 전해질막을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 상기 전해질막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 양극판(bipolar plate)을 포함하는 전기 발생부; (b) 연료 공급부 및 (c) 산소 공급부를 포함하는 연료전지 시스템을 포함한다.Further, an embodiment of the present invention is a fuel cell membrane-electrode assembly and an electrolyte membrane-electrode comprising an electrode including a gas diffusion layer and a catalyst layer prepared by the above method, and a polymer electrolyte membrane for a fuel cell positioned between the electrodes. An electricity generator including a bipolar plate positioned on both sides of the assembly; A fuel cell system comprising (b) a fuel supply and (c) an oxygen supply.

본 발명의 연료 전지용 전극의 제조방법을 통해, 촉매층의 두께 편차가 적고, 균열의 발생이 적으며, 전극의 말림 현상이 없는 전극을 제조할 수 있다. 또한, 촉매층과 기체 확산층의 접촉성이 우수하여, 촉매 이용율이 증가된 연료 전지용 전극을 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 전극을 포함하는 연료 전지 시스템은 우수한 효율을 나타낼 수 있다. 또한, 용매의 빠른 증발로 전극 제작 시간이 단축되고, 스프레이 건의 막힘이 방지되어, 공정상 매우 효율적이면서도 경제적이다.Through the method of manufacturing an electrode for a fuel cell of the present invention, it is possible to produce an electrode having a small thickness variation of the catalyst layer, less generation of cracks, and no curling phenomenon of the electrode. In addition, the contact between the catalyst layer and the gas diffusion layer is excellent, it is possible to manufacture an electrode for a fuel cell with increased catalyst utilization. Accordingly, the fuel cell system including the electrode may exhibit excellent efficiency. In addition, the rapid evaporation of the solvent shortens the electrode fabrication time and prevents clogging of the spray gun, making the process very efficient and economical.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법에서 사용되는 전극 제조장치를 도시한 투시도이다;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조방법에서 사용되는 전극 제조장치를 도시한 투시도이다;
도 3은 전극 제조장치 중에서 열 복사 장치만을 분리하여 도시한 투시도이다;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극의 일 예를 나타낸 단면도이다;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극을 포함하는 막-전극 어셈블리의 일 예를 나타낸 단면도이다;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극을 포함하는 연료 전지 시스템의 일 예를 나타낸 구성도이다;
도 7은 종래기술에 따라 제조된 연료 전지용 전극의 표면 균열 현상을 측정한 결과를 나타낸 사진이다;
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극의 표면 균열 현상을 측정한 결과를 나타낸 사진이다;
도 9는 종래기술에 따라 제조된 연료 전지용 전극의 말림 현상을 측정한 결과를 나타낸 사진이다;
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극의 말림 현상을 측정한 결과를 나타낸 사진이다;
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연료 전지용 전극을 사용한 단위 전지 셀의 성능을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a perspective view showing an electrode manufacturing apparatus used in the manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view showing an electrode manufacturing apparatus used in the manufacturing method according to another embodiment of the present invention;
3 is a perspective view showing only a heat radiation apparatus separated from the electrode manufacturing apparatus;
4 is a cross-sectional view showing an example of an electrode for a fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view showing an example of a membrane-electrode assembly including an electrode for a fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention;
6 is a configuration diagram showing an example of a fuel cell system including an electrode for a fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention;
7 is a photograph showing the results of measuring the surface crack phenomenon of the electrode for fuel cells manufactured according to the prior art;
8 is a photograph showing a result of measuring a surface crack phenomenon of an electrode for a fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention;
9 is a photograph showing a result of measuring a curl phenomenon of an electrode for a fuel cell manufactured according to the prior art;
10 is a photograph showing a result of measuring a curl phenomenon of an electrode for a fuel cell manufactured according to an embodiment of the present invention;
11 is a graph showing the results of evaluating the performance of the unit battery cell using the fuel cell electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.

촉매층이 코팅된 전극을 제조하는 방법과 관련하여, 일반적인 제조과정은 촉매 슬러리를 기체 확산층에 코팅 후, 나중에 건조시키는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 용매의 증발이 원활하지 않아 앞서 언급한 바와 같이 촉매층이 두껍고, 전극의 두께 편차 심화, 전극 표면에 균열 발생 및 전극 말림 현상 발생으로 연료 전지의 효율이 감소한다는 문제가 있다.Regarding the method for producing an electrode coated with a catalyst layer, a general manufacturing process is a method of coating a catalyst slurry on a gas diffusion layer and then drying it later. However, this method has a problem in that the evaporation of the solvent is not smooth, so that the catalyst layer is thick as described above, and the fuel cell efficiency decreases due to intensification of the electrode thickness variation, cracking on the electrode surface, and electrode curling.

또한, 한국 특허출원공개 제2006-0084583호 및 제2006-0066892호는 촉매 슬러리에 포함되어 있는 용매의 빠른 증발 조건을 만들기 위해서 전극기재를 10 내지 100000 rpm으로 회전시키고, 열선이 장착된 지지판을 이용하여 가열된 지지판에 놓여진 전극기재의 온도를 높이면서 촉매를 코팅하는 방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent Application Publication Nos. 2006-0084583 and 2006-0066892 disclose a method of rotating an electrode substrate at 10 to 100000 rpm and using a support plate equipped with a hot wire to make rapid evaporation conditions of a solvent contained in a catalyst slurry. The present invention discloses a method of coating a catalyst while increasing the temperature of an electrode substrate placed on a heated support plate.

그러나, 위에서 언급한 종래기술은 용매의 원활한 증발을 유도하기 위해서 지지판이 높은 온도로 가열되어야 하고, 전극기재가 놓인 지지판 전체의 온도를 높임으로써 대기 상부에 전달된 높은 온도에 의해서 스프레이 건(spray gun)의 내부까지 열이 전달되어, 스프레이 건의 내부에서 촉매 흡착량이 증가할 수 있고, 이에 따라 촉매 이용율이 감소하고 스프레이 건의 내부에서 건조된 촉매 슬러리에 의해서 분사 통로의 막힘 현상이 일어나기 때문에 목적하는 효과를 최대한 발휘할 수 없다.However, the above-mentioned prior art requires that the support plate be heated to a high temperature in order to induce a smooth evaporation of the solvent, and spray guns by the high temperature delivered to the upper atmosphere by raising the temperature of the entire support plate on which the electrode base is placed. Heat is transferred to the inside of the spray gun, so that the amount of adsorption of the catalyst inside the spray gun can increase, thereby decreasing the catalyst utilization rate and clogging of the injection passage by the catalyst slurry dried inside the spray gun. You can't get it to the fullest.

본 출원의 발명자들은 위와 같은 종래기술과 달리, 송풍 장치를 통한 송풍 속도와 송풍 온도 조절을 통해서 코팅면 위의 대기 환경을 조절하는 방식에 의해 촉매 슬러리를 기체 확산층에 코팅과 동시에 건조시키는 경우, 용매의 원활한 증발 조건을 유도하기 위해서 온도 뿐 아니라 송풍을 통한 용매의 빠른 건조 조건을 유도하였기 때문에, 위에 언급한 종래기술에 비해 상대적으로 낮은 온도를 사용하여, 촉매 이용율이 높고 스프레이 건 내부의 막힘 현상이 없는 개선된 코팅 조건을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 성능이 개선된 전극을 제조할 수 있음을 확인하였다.The inventors of the present application, unlike the prior art as described above, when the catalyst slurry is dried at the same time as the coating on the gas diffusion layer by controlling the air environment on the coating surface by adjusting the blowing speed and the blowing temperature through the blowing device, In order to induce a smooth evaporation condition of the solvent, not only the temperature but also the fast drying condition of the solvent by blowing is used. Therefore, the catalyst utilization rate is high and the blockage inside the spray gun is relatively high. It has been found that not only can provide improved coating conditions without, but also can produce electrodes with improved performance.

본 발명은 촉매, 바인더 및 이오노머를 포함하여 제조된 촉매 슬러리를 기체 확산층에 도포하여 연료전지용 전극을 제조하는 방법으로서, 상기 기체 확산층에 촉매 도포시 송풍장치를 사용하여 송풍온도를 -10℃ 내지 150℃로 유지하는 단계를 포함한다.The present invention is a method for producing an electrode for a fuel cell by applying a catalyst slurry prepared by including a catalyst, a binder and an ionomer to a gas diffusion layer, the blowing temperature is -10 ℃ to 150 using a blower when the catalyst is applied to the gas diffusion layer Maintaining at ° C.

이를 통해, 전극 표면의 균열 발생이 감소되고, 용이하게 두께 편차가 적은 전극을 제조할 수 있으며, 촉매층과 기체 확산층 또는 고분자 전해질 막과 접촉성이 우수한 연료 전지용 전극을 제조할 수 있다. 또한, 촉매 층의 밀도 조절이 용이하고, 공극률 조절이 용이하며, 전극의 말림 현상을 방지할 수 있다. 더욱이, 촉매 슬러리의 건조 속도 조절이 가능하고, 용매의 빠른 증발로 전극 제작 시간을 단축시킬 수 있으며, 용매의 빠른 증발로 기존 방법에 비해 상대적으로 많은 양의 용매를 사용해도 균일한 촉매 분포의 전극을 만들 수 있기 때문에, 스프레이 건의 내부에서 촉매 슬러리가 덩어리지는 현상을 방지하여 스프레이 건 막힘을 방지하고, 스프레이 건 내부에 흡착되는 촉매의 양을 감소시킬 수 있어서, 촉매 이용율을 증가시킬 수 있다.As a result, the occurrence of cracks on the surface of the electrode can be reduced, and an electrode having a small thickness variation can be easily produced, and an electrode for a fuel cell excellent in contact with the catalyst layer, the gas diffusion layer, or the polymer electrolyte membrane can be manufactured. In addition, the density of the catalyst layer can be easily adjusted, the porosity can be easily adjusted, and the curling phenomenon of the electrode can be prevented. Moreover, the drying rate of the catalyst slurry can be controlled, and the electrode production time can be shortened by the rapid evaporation of the solvent. The rapid evaporation of the solvent allows the electrode to have a uniform catalyst distribution even when using a relatively large amount of solvent compared to the conventional method. Since it is possible to prevent the agglomeration of the catalyst slurry inside the spray gun, it is possible to prevent the spray gun from clogging and reduce the amount of catalyst adsorbed inside the spray gun, thereby increasing the catalyst utilization rate.

상기 송풍온도는 -10℃ 내지 150℃, 구체적으로 30 내지 80℃로 조절될 수 있으나, 목적하는 용매의 빠른 증발 효과를 달성할 수 있다면, 상기 정의된 범위 내의 어떠한 온도라도 적용될 수 있다. The blowing temperature may be adjusted to −10 ° C. to 150 ° C., specifically 30 to 80 ° C., but any temperature within the above defined range may be applied as long as it can achieve a fast evaporation effect of the desired solvent.

이 때, 송풍장치의 송풍속도를 0.1 km/h 내지 1000 km/h로 조절하는 단계를 더 포함하는 경우, 용매의 증발을 더욱 원활하게 하여, 전극 표면에 균열 발생 및 전극 말림 현상 발생을 제거할 수 있다. 목적하는 용매의 빠른 증발 효과를 달성할 수 있다면, 상기 정의된 범위 내의 어떠한 속도라도 적용될 수 있다.At this time, if the blower further comprises the step of adjusting the blowing speed of 0.1 km / h to 1000 km / h, the evaporation of the solvent more smoothly, to eliminate the occurrence of cracks and electrode curl phenomenon on the electrode surface Can be. Any rate within the ranges defined above can be applied, provided that a rapid evaporation effect of the desired solvent can be achieved.

상기 촉매 슬러리는 통상적인 슬러리 코팅법 및 이를 위한 슬러리 코팅 장치, 스크린 프린팅법 및 이를 위한 스크린 프린팅장치, 닥터 블레이드법 또는 스프레이 코팅법 및 이를 위한 스프레이 분사 장치 등을 사용하여 도포될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The catalyst slurry may be applied using a conventional slurry coating method and a slurry coating apparatus for this, a screen printing method and a screen printing apparatus for this, a doctor blade method or a spray coating method and a spray spraying apparatus for the same, but is not limited thereto. It doesn't work.

경우에 따라서, 본 발명에 따른 제조방법은 상기 기체 확산층에 촉매 도포시 열 복사 장치를 사용하여 열 복사 온도를 30℃ 내지 150℃ 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. In some cases, the manufacturing method according to the present invention may further include maintaining a heat radiation temperature of 30 ° C to 150 ° C using a heat radiation apparatus when applying the catalyst to the gas diffusion layer.

상기 열 복사 온도는 30℃ 내지 150℃, 구체적으로 30℃ 내지 80℃ 로 조절될 수 있으나, 목적하는 용매의 빠른 증발 효과를 달성할 수 있다면, 상기 정의된 범위 내의 어떠한 온도라도 적용될 수 있다.The thermal radiation temperature may be adjusted to 30 ℃ to 150 ℃, specifically 30 ℃ to 80 ℃, if any of the desired solvent can achieve a rapid evaporation effect, any temperature within the above defined range may be applied.

하나의 구현예에서, 상기 송풍장치를 사용하여 송풍 속도를 0.1 km/h 내지 1000 km/h 로 조절하는 단계와 열 복사 장치를 사용하여 열 복사 온도를 30℃ 내지 150℃ 유지하는 단계는 동시에 이루어질 수 있다. 이를 통해, 용매의 빠른 증발을 유도하여 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.In one embodiment, the step of adjusting the blowing speed from 0.1 km / h to 1000 km / h using the blower and maintaining the heat radiation temperature 30 ℃ to 150 ℃ using a heat radiation device is performed at the same time Can be. Through this, it is possible to induce a rapid evaporation of the solvent to further increase the effect.

상기 송풍장치는 기체 확산층에 촉매 슬러리 도포시 목적하는 송풍 속도 및 온도를 유지할 수 있는 것이라면 어떠한 구조라도 가능하나, 촉매 도포 장치와 결합된 것일 수 있다. 촉매 도포 장치에서 촉매 슬러리를 분사시킴과 동시에, 결합된 송풍 장치에서 송풍을 하면서 -10℃ 내지 150℃로 송풍 온도를 유지할 수 있다.The blower may have any structure as long as it can maintain a desired blowing speed and temperature when applying the catalyst slurry to the gas diffusion layer, but may be combined with the catalyst coating device. While blowing the catalyst slurry in the catalyst coating device, the blowing temperature can be maintained at -10 ° C to 150 ° C while blowing in the combined blower.

하나의 구현예에서, 촉매, 바인더 및 이오노머를 포함하여 제조된 촉매 슬러리 중 촉매는 백금, 팔라듐, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금, 팔라듐-M 합금, M-N 마크로사이클스(M-N macrocycles), M-나이트라이드(M-nitride), 차콜제나이드 화합물(chalcogenide compound) 촉매로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the catalyst in the catalyst slurry prepared comprising the catalyst, binder and ionomer is platinum, palladium, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy, palladium -M alloy, MN macrocycles (MN macrocycles), M-nitride (M-nitride), may be one or two or more selected from the group consisting of the catalyst (chalcogenide compound), but is not limited thereto. It is not.

(상기 M 또는 N = Mo, W, Sn, Co, Cr, Ga, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 전이 금속)(1 or 2 or more transition metals selected from the group consisting of M or N = Mo, W, Sn, Co, Cr, Ga, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn)

경우에 따라서, 상기 촉매는 담지체에 담지될 수 있으며, 탄소 담지체인 것이 바람직하다. 상기 담지체는 예를 들어, 벌칸 XC-72(Valcan XC-72), 벌칸 XC-72R(Valcan XC-72R), 카본 에어로젤(carbon aerogel), 카본 크리오젤(carbon cryogel), 카본 제로젤(carbon xerogel), 블랙페이퍼 2000(black paper 2000), 컨덕텍스 975(conductex 975), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 흑연, 플러렌(C60), 활성 탄소, 탄소 나노 혼(carbon nano horn), 탄소 나노 튜브(CNT), 그라핀(graphene) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 2종 이상일 수 있으며, 그 이외의 전도성을 가지는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In some cases, the catalyst may be supported on the support, and is preferably a carbon support. The carrier is, for example, Vulcan XC-72 (Valcan XC-72), Vulcan XC-72R (Valcan XC-72R), carbon aerogel, carbon cryogel, carbon cryogel, carbon zero gel xerogel, black paper 2000, conductex 975, denka black, acetylene black, ketjen black, graphite, fullerene (C60), activated carbon , Carbon nano horn (carbon nano horn), carbon nanotube (CNT), may be one or more selected from the group consisting of graphene (graphene) and the like, and may include a material having other conductivity, It is not limited to this.

상기 바인더는 폴리(퍼플루오로술폰산)(polyperfluorosulfonic acid), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(polytetrafluoro ethylene) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌(fluorinated ethylene-propylen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The binder is one or two selected from the group consisting of polyperfluorosulfonic acid, polytetrafluoroethylene, and fluorinated ethylene-propylen. It may be more than, but is not limited thereto.

상기 이오노머는 연료전지의 촉매 슬러리에 통상 사용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 폴리(퍼플루오르술폰산) 용액(DuPont사의 Nafion solution)과 같이 통상적으로 사용되는 것일 수 있고, 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylen oxide), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyether sulfone), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide) 및 폴리카르복실산(polycarboxylic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The ionomer is not particularly limited as long as it can be generally used in the catalyst slurry of the fuel cell, but may be one commonly used, for example, a poly (perfluorosulfonic acid) solution (Nafion solution of DuPont), and a polyether ether ketone ( polyether ether ketone, polyacetal, polyphenylen oxide, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide and polycarboxylic acid It may be one or two or more selected from the group consisting of.

상기 촉매 슬러리가 도포되는 기체 확산층은 연료 또는 산소의 확산 작용과 함께 촉매 층에서 생성되는 전자를 전달하는 역할을 하며, 전기 전도성이 있는 탄소 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 전기 전도성이 있는 탄소 물질은 예를 들어, 탄소천(carbon cloth) 또는 탄소 종이(carbon paper)과 같은 통상적인 연료 전지용 기체 확산층일 수 있으나, 본 발명의 전극 제조에 사용되는 기체 확산층이 이에 한정되는 것은 아니다.The gas diffusion layer to which the catalyst slurry is applied serves to transfer electrons generated in the catalyst layer with the diffusion action of fuel or oxygen, and is preferably made of an electrically conductive carbon material. The electrically conductive carbon material may be, for example, a gas diffusion layer for a conventional fuel cell such as carbon cloth or carbon paper, but the gas diffusion layer used for manufacturing the electrode of the present invention is limited thereto. It doesn't happen.

경우에 따라서, 상기 기체 확산층은 탄소 물질로 이루어진 미세 기공층(microporous layer)을 더 포함할 수 있으며, 상기 미세 기공층은 벌칸 XC-72(Valcan XC-72), 벌칸 XC-72R(Valcan XC-72R), 카본 에어로젤(carbon aerogel), 카본 크리오젤(carbon cryogel), 카본 제로젤(carbon xerogel), 블랙페이퍼 2000(black paper 2000), 컨덕텍스 975(conductex 975), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 흑연, 플러렌(C60), 활성 탄소, 탄소 나노 혼(carbon nano horn), 탄소 나노 튜브(CNT), 그라핀 (graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소 물질을 포함할 수 있다.In some cases, the gas diffusion layer may further include a microporous layer made of a carbon material, and the microporous layer may be a Vulcan XC-72 or a Vulcan XC-72R. 72R), carbon aerogel, carbon cryogel, carbon xerogel, black paper 2000, black tex 2000, conductex 975, denka black, Selected from the group consisting of acetylene black, ketjen black, graphite, fullerene (C60), activated carbon, carbon nano horn, carbon nanotube (CNT), and graphene It may comprise one or two or more carbon materials.

상기 미세 기공층은 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 폴리(퍼플루오로술폰산)(polyperfluorosulfonic acid), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(polytetrafluoro ethylene) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌(fluorinated ethylene-propylen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.The microporous layer may further include a binder, wherein the binder may be poly (perfluorosulfonic acid), poly (tetrafluoroethylene), and fluorinated ethylene-propylene. propylen) may be one or two or more selected from the group consisting of.

본 발명은 또한, (a) 송풍 온도 및 송풍 속도로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 조절되는 송풍 장치; 및 (b) 촉매 슬러리 도포 장치를 포함하는 연료 전지용 전극의 제조에 사용되는 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조장치는 이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.The present invention also comprises: (a) a blowing device in which at least one selected from the group consisting of a blowing temperature and a blowing speed is controlled; And (b) a catalyst slurry coating device. The manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 송풍 장치 및 촉매 슬러리 도포 장치를 포함하는 전극 제조장치의 예를 나타낸 것이다.1 to 3 show an example of an electrode manufacturing apparatus including a blower and a catalyst slurry coating device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 3을 참조하면, 제조장치는 송풍 온도와 송풍 속도의 조절이 가능한 송풍 장치(1) 또는 온도 조절이 가능한 열 복사 장치(2)와 촉매 슬러리를 도포할 수 있는 촉매 슬러리 도포 장치(3)를 포함하며, 상기 지지판(4) 위에는 기체 확산층(5) 또는 고분자 전해질 막(5)을 위치시킬 수 있으며, 기체 확산 층 또는 고분자 전해질 막의 일면에 촉매 슬러리를 코팅하면서, 송풍 장치(1)의 송풍 온도와 송풍 속도 또는 열 복사 장치(2)의 복사열을 이용하여 용매를 건조시킴으로써, 촉매층의 두께 편차 및 공극률을 조절할 수 있도록 되어 있다.1 to 3, the manufacturing apparatus is a blowing device (1) capable of adjusting the blowing temperature and blowing speed or a thermal radiation device (2) capable of adjusting the temperature and the catalyst slurry coating device (3) capable of applying the catalyst slurry (3) And a gas diffusion layer 5 or a polymer electrolyte membrane 5 on the support plate 4, and coating the catalyst slurry on one surface of the gas diffusion layer or the polymer electrolyte membrane, By drying the solvent using the blowing temperature, the blowing speed or the radiant heat of the heat radiation apparatus 2, the thickness variation and the porosity of the catalyst layer can be adjusted.

도 1은 본 발명의 일실시예 따라 송풍 장치(1) 및 촉매 슬러리 도포 장치(3)를 포함하는 전극 제조장치를 도시한 투시도이다. 송풍 장치(1) 내에는 경우에 따라서 가열 장치(6), 예를 들어 열선이 장치될 수 있어서, 촉매 슬러리 도포 장치(3)로부터 분사된 촉매 슬러리와 코팅 표면의 온도를 조절하기 위하여, 송풍 온도 및 송풍 속도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 전극 제조방법에서 송풍 온도 조절 기능을 하는 부분을 송풍 장치(1) 내의 가열 장치(6)로만 한정하는 것은 아니다.1 is a perspective view showing an electrode manufacturing apparatus including a blower 1 and a catalyst slurry coating device 3 according to one embodiment of the present invention. In the blower device 1, a heating device 6, for example, a heating wire, may be provided in some cases, so as to control the temperature of the catalyst slurry and the coating surface injected from the catalyst slurry application device 3, the blower temperature And it is desirable to be able to adjust the blowing speed. However, in the electrode manufacturing method of the present invention, the part which functions as a blowing temperature control is not limited only to the heating apparatus 6 in the blower 1.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 송풍 장치 및 촉매 슬러리 도포 장치가 하나로 결합된 장치(7)를 도시한 투시도이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 촉매 슬러리 도포 장치에서 슬러리를 분사시킴과 동시에, 촉매 슬러리 도포 장치와 결합된 송풍 장치에서 송풍을 하면서 용매의 빠른 건조 조건을 조성할 수 있다.2 is a perspective view showing a device 7 in which a blower and a catalyst slurry application device are combined into one according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the slurry may be sprayed in the catalyst slurry coating apparatus, and the rapid drying conditions of the solvent may be established while blowing in the blowing apparatus combined with the catalyst slurry coating apparatus.

도 3은 온도 조절이 가능한 열 복사 장치를 더 포함하는 전극 제조장치 중에서 열 복사 장치(2)만을 분리하여 도시한 투시도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 열 복사 장치는 온도 조절 장치(8)를 포함하고 있어서, 코팅 표면의 온도를 조절할 수 있도록 되어 있다. 열 복사로는 예를 들어 할로겐 히터와 적외선 히터를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 전극 제조방법에서 온도 조절 기능을 하는 부분을 열 복사 장치로만 한정하는 것은 아니다.3 is a perspective view showing only the heat radiation device 2 separately from the electrode manufacturing apparatus further including a heat radiation device capable of temperature control. As shown in FIG. 3, the heat radiation device includes a temperature control device 8 so as to control the temperature of the coating surface. As the heat radiation, for example, a halogen heater and an infrared heater may be used, but the present invention is not limited thereto. In addition, in the electrode manufacturing method of the present invention, the temperature control function is not limited only to the heat radiation device.

본 발명은 더욱이, (a) 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 기체 확산층 및 촉매층을 포함하는 전극과, 상기 전극 사이에 위치하는 연료 전지용 고분자 전해질막을 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 상기 전해질막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 양극판을 포함하는 전기 발생부; (b) 연료 공급부 및 (c) 산소 공급부를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention furthermore comprises: (a) an electrode comprising a gas diffusion layer and a catalyst layer prepared by the production method according to the present invention, and a fuel cell membrane-electrode assembly comprising the polymer electrolyte membrane for a fuel cell positioned between the electrodes and the electrolyte. An electricity generating unit including a positive electrode plate positioned on both sides of the membrane-electrode assembly; A fuel cell system comprising (b) a fuel supply and (c) an oxygen supply.

도 4는 본 발명의 연료 전지용 전극의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 연료 전지용 전극(9)은 기체 확산층(11), 그 위에 형성된 미세 기공층(10) 및 기체 확산층(11) 및 미세 기공층(10) 상에 도포된 촉매층(12)을 포함한다.4 is a cross-sectional view showing an example of an electrode for a fuel cell of the present invention. As shown in FIG. 4, the fuel cell electrode 9 of the present invention includes a gas diffusion layer 11, a fine pore layer 10 formed thereon, and a catalyst layer applied on the gas diffusion layer 11 and the fine pore layer 10. And (12).

도 5는 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 막-전극 어셈블리(13)는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 한 쌍의 연료 전지용 전극들(9, 9')과 연료 전지용 고분자 전해질막(14)을 포함하며, 연료 전지용 전극들(9, 9')의 사이에 고분자 전해질막(14)이 배치되는 구조를 가진다. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a membrane-electrode assembly for a fuel cell. Referring to FIG. 5, the membrane-electrode assembly 13 of the present invention includes a pair of fuel cell electrodes 9 and 9 ′ and a fuel cell polymer electrolyte membrane 14 manufactured by the manufacturing method according to the present invention. The polymer electrolyte membrane 14 is disposed between the fuel cell electrodes 9 and 9 '.

고분자 전해질막(14)은 예를 들어, 폴리(퍼플루오로술폰산) (polyperfluorosulfonic acid), 폴리(퍼플루오로카르복실산)(polyperfluorocarboxylic acid), 술폰산(sulfonic acid)기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoro ethylene)과 플루오로비닐에테르(fluorovinly ether)의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤(polyether ketone sulfide), 아릴 케톤(arylketone), 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸)(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)) 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)(poly(2,5-benzimidazole), 퍼플루오르(perfluoro)계 고분자, 벤즈이미다졸(benzimidazole)계 고분자, 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리에테르이미드(polyether imide)계 고분자, 폴리페닐렌설파이드(polyphenylen sulfide)계 고분자 폴리술폰(polysulfone)계 고분자, 폴리에테르술폰(polyether sulfone)계 고분자, 폴리에테르 케톤(polyether ketone)계 고분자 폴리에테르-에테르케톤(polyether-ether ketone)계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린(polyphenyl quinoxaline)계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The polymer electrolyte membrane 14 may be formed of, for example, tetrafluoroethylene (polyperfluorosulfonic acid), poly (perfluorocarboxylic acid), and sulfonic acid (sulfonic acid) group. copolymers of tetrafluoro ethylene and fluorovinly ether, defluorinated polyether ketone sulfide, arylketone, poly (2,2 '-(m-phenylene) -5 , 5'-bibenzimidazole) (poly (2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole)) and poly (2,5-benzimidazole) (poly (2,5-benzimidazole) ), Perfluoro-based polymer, benzimidazole-based polymer, polyimide-based polymer, polyetherimide-based polymer, polyphenylen sulfide-based polymer polysulfone ( polysulfone polymer, polyether sulfone polymer, polyether ketone polymer It may include one or two or more hydrogen ion conductive polymer selected from the group consisting of polyether-ether ketone-based polymer and polyphenyl quinoxaline-based polymer, but is not limited thereto. no.

도 6은 본 발명의 연료 전지 시스템의 일 예를 나타낸 구성도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 연료 전지 시스템은 막-전극 어셈블리(15) 및 막-전극 어셈블리의 양 면에 위치하는 양극판(16)을 포함하는 전기 발생부(17)와 연료 공급부(18) 및 산소 공급부(19)를 포함한다.6 is a configuration diagram illustrating an example of a fuel cell system of the present invention. Referring to FIG. 6, the fuel cell system of the present invention includes an electric generator 17 and a fuel supply unit 18 including a membrane-electrode assembly 15 and positive plates 16 positioned on both sides of the membrane-electrode assembly. And an oxygen supply unit 19.

상기 연료 전지 시스템은 직접 알코올형 연료 전지(DAFC), 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC), 또는 인산형 연료 전지(PAFC)일 수 있으며, 고분자 전해질형 연료 전지와 인산형 연료 전지인 경우에는 수소를 포함하는 연료로부터 수소 기체를 발생시키는 개질기를 더 포함할 수 있다.
The fuel cell system may be a direct alcohol fuel cell (DAFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), or a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and in the case of a polymer electrolyte fuel cell and a phosphoric acid fuel cell, hydrogen may be It may further include a reformer for generating hydrogen gas from the containing fuel.

이하, 본 발명을 다음의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following Examples and Experimental Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예] 전극의 제조EXAMPLES Preparation of Electrode

실시예 1Example 1

탄소에 담지된 백금-루테늄 합금 촉매(금속 함량 60 중량%인 E-TEK사의 PtRu/C 촉매)와 폴리(퍼플루오르술폰산) 용액(DuPont사의 Nafion solution)과 이소프로필알코올을 혼합하여, 촉매 슬러리를 제조하였다.A catalyst slurry was prepared by mixing a carbon-supported platinum-ruthenium alloy catalyst (PtRu / C catalyst from E-TEK with a metal content of 60% by weight), a poly (perfluorosulfonic acid) solution (Nafion solution from DuPont), and isopropyl alcohol. Prepared.

기체 확산층을 지지판 위에 위치시키고, 기체 확산층 위에 촉매 슬러리를 스프레이법으로 코팅과 동시에 온도조절이 가능한 송풍장치를 이용하여 용매의 빠른 증발조건(풍온: 50℃, 풍속: 30 km/hr)을 유도하면서, 1 cm2의 전극 면적당 금속 함량이 5 mg이 되도록 촉매층이 형성된 연료전지용 전극을 제조하였다.
The gas diffusion layer is placed on the support plate, and the catalyst slurry is coated on the gas diffusion layer by a spray method to induce rapid evaporation conditions of the solvent (wind temperature: 50 ° C, wind speed: 30 km / hr) by using a blower capable of controlling temperature. , A fuel cell electrode having a catalyst layer was prepared so that the metal content per electrode area of 1 cm 2 was 5 mg.

실시예 2Example 2

탄소에 담지된 백금 촉매(백금 함량 60 중량%인 E-TEK사의 Pt/C 촉매)와 폴리(퍼플루오르술폰산) 용액(DuPont사의 Nafion solution)과 이소프로필알코올을 혼합하여 촉매 슬러리를 제조하였다.A catalyst slurry was prepared by mixing a carbon supported platinum catalyst (Pt / C catalyst manufactured by E-TEK having a platinum content of 60% by weight), a poly (perfluorosulfonic acid) solution (Nafion solution manufactured by DuPont), and isopropyl alcohol.

기체 확산층을 지지판 위에 위치시키고, 기체 확산층 위에 촉매 슬러리를 스프레이법으로 코팅과 동시에 온도조절이 가능한 송풍장치를 이용하여 용매의 빠른 증발조건(풍온: 50℃, 풍속: 30 km/hr)을 유도하면서, 1 cm2의 전극 면적당 금속 함량이 3 mg이 되도록 촉매층이 형성된 연료전지용 전극을 제조하였다.
The gas diffusion layer is placed on the support plate, and the catalyst slurry is coated on the gas diffusion layer by a spray method to induce rapid evaporation conditions of the solvent (wind temperature: 50 ° C, wind speed: 30 km / hr) by using a blower capable of controlling temperature. , A fuel cell electrode having a catalyst layer was prepared so that the metal content per electrode area of 1 cm 2 was 3 mg.

[비교예] [Comparative Example]

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1 중 코팅 과정에서 촉매 슬러리를 기체 확산층에 먼저 코팅 후 나중에 건조한 것을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst slurry was first coated on the gas diffusion layer and then dried in the coating process of Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 2 중 코팅 과정에서 촉매 슬러리를 기체 확산층에 먼저 코팅 후, 나중에 건조한 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 2, except that the catalyst slurry was first coated on the gas diffusion layer and then dried in the coating process of Example 2.

[실험예 1] 전극 표면의 균열 현상 측정Experimental Example 1 Measurement of Cracks on the Surface of Electrodes

전극을 제작하고 전극의 무게 변화가 없을 때까지 기다린 후, 비교예와 실시예에서 제조된 전극 표면의 균열 현상을 측정하였으며, 그 결과를 각각 도 7 및 8에 나타내었다. 비교예의 전극 표면을 측정한 도 7과 실시예의 전극 표면을 측정한 도 8을 비교하면, 비교예의 전극 표면과 달리 실시예의 전극 표면에서 균열현상이 제거되었음을 확인할 수 있다.
After preparing the electrode and waiting until there is no change in the weight of the electrode, the crack phenomenon of the electrode surface prepared in Comparative Examples and Examples was measured, and the results are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Comparing FIG. 7, which measures the electrode surface of the comparative example, and FIG. 8, which measured the electrode surface of the example, it may be confirmed that the crack phenomenon was removed from the electrode surface of the example, unlike the electrode surface of the comparative example.

[실험예 2] 전극의 굴곡 비교Experimental Example 2 Comparison of Flexure of Electrodes

전극을 제작하고 전극의 무게 변화가 없을 때까지 기다린 후, 비교예와 실시예에서 제조된 전극의 말림 현상을 측정한 결과를 각각 도 9 및 10에 나타내었다. 비교예의 전극의 말림 현상을 측정한 도 9와 실시예의 전극의 말림 현상을 측정한 도 10을 비교하면, 비교예의 전극과 달리 실시예의 전극에서 전극의 말림 현상이 제거되었음을 확인할 수 있다.
After preparing the electrode and waiting until there is no change in the weight of the electrode, the results of measuring the curling phenomenon of the electrode prepared in Comparative Examples and Examples are shown in Figures 9 and 10, respectively. In comparison with FIG. 9, which measures the curl of the electrode of the Comparative Example, and FIG. 10, which measured the curl of the electrode of the Example, it may be confirmed that the electrode of the electrode was removed from the electrode of the Example, unlike the electrode of the Comparative Example.

[실험예 3] 전극의 단위 전지 성능 비교Experimental Example 3 Comparison of Unit Battery Performance of Electrode

실시예 및 비교예에 의해 제조된 전극을 사용한 MEA를 제조하여 단위 전지 셀의 성능을 평가하였다. 애노드(anode)로는 60 wt%의 PtRu/C(E-TEK) 촉매를 사용하여 1 cm2의 전극 면적당 금속 함량이 5 mg이 되도록 촉매층이 형성된 전극을 제조하고, 캐쏘드(cathode)로는 60 wt%의 Pt/C(E-TEK,) 촉매를 사용하여 1 cm2의 전극 면적당 금속 함량이 3 mg이 되도록 촉매층이 형성된 전극을 제조 하였다. 전해질막은 나피온 117을 사용하였고, 전극 면적은 4.5 cm2, 셀의 온도는 80℃이었으며, 애노드는 1 M EtOH을 연료로 사용하였고 캐쏘드는 O2를 연료로 하였다. 단위 전지 셀의 성능 평가 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11을 참조하면, 실시예 의해 제조된 전극을 사용한 단위전지가 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다.The MEA using the electrodes manufactured by the Example and the comparative example was produced and the performance of the unit battery cell was evaluated. An anode was used to prepare an electrode on which a catalyst layer was formed so as to have a metal content of 5 mg per 1 cm 2 of electrode using 60 wt% of PtRu / C (E-TEK) catalyst, and 60 wt as a cathode. An electrode with a catalyst layer was prepared using 3% Pt / C (E-TEK,) catalyst so that the metal content per electrode area of 1 cm 2 was 3 mg. As the electrolyte membrane, Nafion 117 was used, the electrode area was 4.5 cm 2 , the cell temperature was 80 ° C., and the anode used 1 M EtOH as fuel and the cathode used O 2 as fuel. The performance evaluation results of the unit battery cells are shown in FIG. 11. Referring to FIG. 11, it can be seen that the unit cell using the electrode manufactured according to the embodiment has improved performance.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (18)

촉매(catalyst), 바인더(binder) 및 이오노머(ionomer)를 포함하여 제조된 촉매 슬러리를 기체 확산층(gas diffusion layer)에 도포하여 연료전지용 전극을 제조하는 방법으로서,
상기 기체 확산층에 촉매 슬러리 도포와 동시에 송풍하며,
송풍 속도 조절이 가능한 송풍장치를 사용하여 송풍 속도를 0.1㎞/h 내지 1000㎞/h로 조절하는 단계를 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법.
A method of manufacturing an electrode for a fuel cell by applying a catalyst slurry including a catalyst, a binder, and an ionomer to a gas diffusion layer,
While simultaneously blowing the catalyst slurry to the gas diffusion layer,
A method of manufacturing an electrode for a fuel cell comprising the step of adjusting the blowing speed to 0.1 km / h to 1000 km / h using a blower capable of adjusting the blowing speed.
제 1 항에 있어서,
상기 송풍장치는 송풍 온도 조절이 가능한 것이고, 송풍 온도를 -10℃ 내지 150℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The blower is capable of controlling the blowing temperature, the method of manufacturing an electrode for a fuel cell, characterized in that the blowing temperature is maintained at -10 ℃ to 150 ℃.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매 슬러리는 스프레이 코팅법, 스크린 프린팅법 또는 닥터 블레이드법에 의해 기체 확산층에 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst slurry is a method of manufacturing an electrode for a fuel cell, characterized in that applied to the gas diffusion layer by a spray coating method, a screen printing method or a doctor blade method.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 확산층에 촉매 도포시 열 복사 장치를 사용하여 열 복사 온도를 30℃ 내지 150℃로 유지하는 단계를 더 포함하는 연료전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a fuel cell electrode further comprising the step of maintaining a heat radiation temperature 30 ℃ to 150 ℃ using a heat radiation device when applying the catalyst to the gas diffusion layer.
제 4 항에 있어서,
상기 열 복사 온도를 30℃ 내지 80℃로 유지하고, 송풍 온도를 30℃ 내지 80℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The thermal radiation temperature is maintained at 30 ℃ to 80 ℃, the blowing temperature is maintained at 30 ℃ to 80 ℃ manufacturing method of an electrode for a fuel cell.
제 1 항에 있어서,
상기 송풍장치는 촉매 도포 장치와 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The blower is a method of manufacturing an electrode for a fuel cell, characterized in that coupled with the catalyst coating device.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매는 백금, 팔라듐, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금, 백금-M 합금, 팔라듐-M 합금, M-N 마크로사이클스(M-N macrocycles), M-나이트라이드(M-nitride), 차콜제나이드 화합물(chalcogenide compound) 촉매로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 연료 전지용 전극의 제조방법.
(상기 M 또는 N = Mo, W, Sn, Co, Cr, Ga, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 전이 금속)
The method of claim 1,
The catalyst is platinum, palladium, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, platinum-M alloy, palladium-M alloy, MN macrocycles, M-nitride ( M-nitride), a method for producing an electrode for a fuel cell, which is one or two or more selected from the group consisting of a charcogenide compound catalyst.
(1 or 2 or more transition metals selected from the group consisting of M or N = Mo, W, Sn, Co, Cr, Ga, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn)
제 1 항에 있어서,
상기 촉매는 담지체에 담지되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The catalyst is a method for producing an electrode for a fuel cell, characterized in that supported on the carrier.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리(퍼플루오로술폰산)(polyperfluorosulfonic acid), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(polytetrafluoro ethylene) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌(fluorinated ethylene-propylen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The binder is one or two selected from the group consisting of polyperfluorosulfonic acid, polytetrafluoroethylene, and fluorinated ethylene-propylen. The manufacturing method of the above electrode for fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 확산층은 탄소천(carbon cloth) 및 탄소종이(carbon paper)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The gas diffusion layer is a method of manufacturing an electrode for a fuel cell is at least one selected from the group consisting of carbon cloth and carbon paper.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 확산층은 탄소 물질로 이루어진 미세 기공층(microporous layer)을 더 포함하는 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 1,
The gas diffusion layer further comprises a microporous layer made of a carbon material.
제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 담지체 또는 미세 기공층은 벌칸 XC-72(Valcan XC-72), 벌칸 XC-72R(Valcan XC-72R), 카본 에어로젤(carbon aerogel), 카본 크리오젤(carbon cryogel), 카본 제로젤(carbon xerogel), 블랙페이퍼 2000(black paper 2000), 컨덕텍스 975(conductex 975), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 흑연, 플러렌(C60), 활성 탄소, 탄소 나노 혼(carbon nano horn), 탄소 나노 튜브(CNT), 그라핀 (graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method according to claim 8 or 11, wherein
The carrier or microporous layer may be a Vulcan XC-72 (Valcan XC-72), a Vulcan XC-72R (Valcan XC-72R), a carbon aerogel, a carbon cryogel, a carbon zero gel xerogel, black paper 2000, conductex 975, denka black, acetylene black, ketjen black, graphite, fullerene (C60), activated carbon The carbon nano horn (carbon nano horn), carbon nanotubes (CNT), graphene (graphene), a method for producing an electrode for a fuel cell, characterized in that made of one or two or more carbon materials selected from the group consisting of.
제 11 항에 있어서,
상기 미세 기공층은 폴리(퍼플루오로술폰산)(polyperfluorosulfonic acid), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(polytetrafluoro ethylene) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌(fluorinated ethylene-propylen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더를 포함하는 연료 전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 11,
The microporous layer is one selected from the group consisting of poly (perfluorosulfonic acid), poly (tetrafluoroethylene), and fluorinated ethylene-propylen, or A method of manufacturing a fuel cell electrode comprising two or more kinds of binders.
(a) 송풍 온도 및 송풍 속도가 조절되고, 기체 확산층에 송풍하는 송풍 장치; 및
(b) 촉매 슬러리 도포 장치를 포함하고, 기체 확산층에 촉매 슬러리 도포와 동시에 송풍이 이루어지는 제 1 항의 연료 전지용 전극의 제조에 사용되는 제조장치.
(a) a blowing device in which the blowing temperature and the blowing speed are controlled and blown to the gas diffusion layer; And
(b) A manufacturing apparatus, comprising a catalyst slurry coating apparatus, used for producing the fuel cell electrode according to claim 1, wherein the catalyst slurry is applied to the gas diffusion layer and blown at the same time.
제 14 항에 있어서,
상기 송풍 장치는 촉매 슬러리 도포 장치와 결합된 것을 특징으로 하는 제조장치.
15. The method of claim 14,
The blower device is characterized in that combined with the catalyst slurry coating device.
제 14 항에 있어서,
상기 제조장치는 온도 조절이 가능한 열 복사 장치를 더 포함하는 제조장치.
15. The method of claim 14,
The manufacturing apparatus further comprises a heat radiation apparatus capable of temperature control.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104671362B (en) * 2013-11-29 2016-08-17 中国科学院生态环境研究中心 Remove electrode of bromate and preparation method thereof in water
CN105375050B (en) * 2015-10-21 2017-12-19 上海普炬能源技术发展有限公司 A kind of multilayer ion film composite electrode vanadium cell
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US10446851B2 (en) * 2016-10-17 2019-10-15 Ford Global Technologies, Llc Nanostructured PEMFC electrode
CN109742409A (en) * 2018-11-30 2019-05-10 天能电池集团有限公司 A kind of Hydrogen Proton exchange film fuel battery gas diffusion layers and preparation method thereof
CN114736395B (en) * 2022-03-31 2024-11-12 东风汽车集团股份有限公司 A method for preparing hydrogel, a method for preparing hydrogel and a gas diffusion layer
CN116706103B (en) * 2023-08-01 2024-02-13 深圳市通用氢能科技有限公司 Preparation method and application of gas diffusion layer for fuel cell and electrolytic water cell

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294123A (en) 2004-04-01 2005-10-20 Toyota Motor Corp Manufacturing method of membrane electrode assembly
JP2006164790A (en) * 2004-12-08 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd Device and method of forming catalyst layer for fuel battery
JP2009238445A (en) 2008-03-26 2009-10-15 Dainippon Printing Co Ltd Catalyst layer forming device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294123A (en) 2004-04-01 2005-10-20 Toyota Motor Corp Manufacturing method of membrane electrode assembly
JP2006164790A (en) * 2004-12-08 2006-06-22 Nissan Motor Co Ltd Device and method of forming catalyst layer for fuel battery
JP2009238445A (en) 2008-03-26 2009-10-15 Dainippon Printing Co Ltd Catalyst layer forming device

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