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KR102742609B1 - Reinforced composite membrane, membrane-electrode assembly comprising the same and fuel cell - Google Patents

Reinforced composite membrane, membrane-electrode assembly comprising the same and fuel cell Download PDF

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KR102742609B1
KR102742609B1 KR1020210058850A KR20210058850A KR102742609B1 KR 102742609 B1 KR102742609 B1 KR 102742609B1 KR 1020210058850 A KR1020210058850 A KR 1020210058850A KR 20210058850 A KR20210058850 A KR 20210058850A KR 102742609 B1 KR102742609 B1 KR 102742609B1
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Abstract

화학적 내구성이 개선된 강화복합막 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리가 제공된다. 본 발명에 따른 강화복합막은, 제1 다공성 지지체 및 상기 제1 다공성 지지체 상에 배치된 제2 다공성 지지체를 포함하는 강화복합막으로, 상기 제1 다공성 지지체의 기공에 제1 이온전도체가 충진된 제1 층 및 상기 제2 다공성 지지체의 기공에 제2 이온전도체가 충진된 제2 층을 포함하되, 상기 제1 층은, 제1 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제2 층은, 제2 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제1 과산화물 분해 촉진제의 농도는, 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 농도보다 크다.A reinforced composite membrane with improved chemical durability and a membrane-electrode assembly including the same are provided. The reinforced composite membrane according to the present invention is a reinforced composite membrane including a first porous support and a second porous support disposed on the first porous support, comprising: a first layer in which pores of the first porous support are filled with a first ion conductor; and a second layer in which pores of the second porous support are filled with a second ion conductor, wherein the first layer includes a first peroxide decomposition promoter, the second layer includes a second peroxide decomposition promoter, and a concentration of the first peroxide decomposition promoter is greater than a concentration of the second peroxide decomposition promoter.

Description

강화복합막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료전지{REINFORCED COMPOSITE MEMBRANE, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING THE SAME AND FUEL CELL}{REINFORCED COMPOSITE MEMBRANE, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING THE SAME AND FUEL CELL}

본 발명은, 강화복합막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료전지에 관한 것으로, 구체적으로 과산화물 분해 촉진제의 농도가 서로 다른 층들을 포함하는 강화복합막을 통해 각 전극에서 불완전한 산화, 환원 반응으로 생기는 과산화물을 분해하여 산소 라디칼이 생성되는 것을 방지함으로써, 이온전도체의 화학적 열화를 방지하는 강화복합막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforced composite membrane, a membrane-electrode assembly including the same, and a fuel cell. Specifically, the present invention relates to a reinforced composite membrane including layers having different concentrations of a peroxide decomposition accelerator, which prevents the generation of oxygen radicals by decomposing peroxides generated by incomplete oxidation and reduction reactions at each electrode, thereby preventing chemical deterioration of an ion conductor, and a membrane-electrode assembly including the same, and a fuel cell.

연료전지는 메탄올, 에탄올, 천연 기체와 같은 탄화수소 계열의 연료물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 산화/환원반응과 같은 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템을 구비한 전지로서, 높은 에너지 효율성과 오염물 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인해 화석 에너지를 대체할 수 있는 차세대 청정 에너지원으로 각광받고 있다.A fuel cell is a battery equipped with a power generation system that directly converts chemical reaction energy, such as oxidation/reduction reactions of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon fuels such as methanol, ethanol, and natural gas, into electrical energy. Due to its high energy efficiency and environmentally friendly characteristics of low pollutant emissions, it is attracting attention as a next-generation clean energy source that can replace fossil energy.

이러한 연료전지는 단위 전지의 적층에 의한 스택 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4 내지 10 배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대전원으로 주목받고 있다.These fuel cells have the advantage of being able to produce a wide range of outputs through a stack configuration in which unit cells are laminated, and they are attracting attention as small and portable power sources because they exhibit an energy density that is 4 to 10 times higher than that of small lithium batteries.

연료전지에서 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly, MEA)와 세퍼레이터(Separator)(또는 바이폴라 플레이트(Bipolar plate)라고도 함)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 가지며, 막-전극 어셈블리는 일반적으로 전해질 막을 사이에 두고 그 양쪽에 산화극(Anode, 또는, 연료극)과 환원극(Cathode, 또는 공기극)이 각각 형성된 구조를 이룬다.The stack that actually generates electricity in a fuel cell has a structure in which several to several dozen unit cells composed of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (also called a bipolar plate) are laminated. The membrane-electrode assembly generally has an anode (or fuel electrode) and a cathode (or air electrode) formed on both sides of an electrolyte membrane.

연료전지는 전해질의 상태 및 종류에 따라 알칼리 전해질 막 연료전지, 고분자 전해질 막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 등으로 구분될 수 있는데, 그 중에 고분자 전해질 막 연료전지는 100℃ 미만의 낮은 작동 온도, 빠른 시동과 응답특성 및 우수한 내구성 등의 장점으로 인하여 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 각광을 받고 있다.Fuel cells can be classified into alkaline electrolyte membrane fuel cells and polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) depending on the state and type of electrolyte. Among them, polymer electrolyte membrane fuel cells are attracting attention as portable, vehicle, and home power sources due to their advantages such as low operating temperature of less than 100℃, fast starting and response characteristics, and excellent durability.

고분자 전해질 막 연료전지의 대표적인 예로는 수소 가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환 막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), 액상의 메탄올을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등을 들 수 있다.Representative examples of polymer electrolyte membrane fuel cells include the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), which uses hydrogen gas as fuel, and the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), which uses liquid methanol as fuel.

고분자 전해질 막 연료전지에서 일어나는 반응을 요약하면, 우선, 수소 가스와 같은 연료가 산화극에 공급되면, 산화극에서는 수소 가스의 산화반응에 의해 수소이온(H+)과 전자(e-)가 생성된다. 생성된 수소이온은 고분자 전해질 막을 통해 환원극으로 전달되고, 생성된 전자는 외부회로를 통해 환원극에 전달된다. 환원극에서는 산소 가스가 공급되고, 산소가 수소이온 및 전자와 결합하여 산소의 환원반응에 의해 물이 생성된다.To summarize the reactions that occur in a polymer electrolyte membrane fuel cell, first, when fuel such as hydrogen gas is supplied to the anode, hydrogen ions (H + ) and electrons (e - ) are generated at the anode through the oxidation reaction of hydrogen gas. The generated hydrogen ions are transferred to the cathode through the polymer electrolyte membrane, and the generated electrons are transferred to the cathode through the external circuit. At the cathode, oxygen gas is supplied, and oxygen combines with hydrogen ions and electrons to generate water through the reduction reaction of oxygen.

한편, 고분자 전해질 막 연료전지의 상업화를 실현하기 위해서는 아직까지 해결해야 할 많은 기술적 장벽들이 존재하고 있고, 필수적인 개선 요인은 고성능, 긴 수명, 저 가격화의 실현이다. 이에 가장 많은 영향을 미치는 구성요소가 막-전극 어셈블리이며, 그 중에서도 고분자 전해질 막은 MEA의 성능과 가격에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이다.Meanwhile, there are still many technical barriers to be overcome in order to commercialize polymer electrolyte membrane fuel cells, and essential improvement factors are the realization of high performance, long life, and low price. The component that has the greatest influence on this is the membrane-electrode assembly, and among them, the polymer electrolyte membrane is one of the key elements that has the greatest influence on the performance and price of the MEA.

상기 고분자 전해질 막 연료전지의 운전에 필요한 고분자 전해질 막의 요구조건으로는 높은 수소 이온 전도도, 화학적 안정성, 낮은 연료 투과성, 높은 기계적 강도, 낮은 함수율, 우수한 치수 안정성 등이 있다. 종래의 고분자 전해질 막은 특정의 온도 및 상대 습도 환경, 특히 고온/저 가습 조건에서 정상적으로 고성능을 발현하기 어려운 경향이 있다. 이로 인해 종래의 고분자 전해질 막이 적용된 고분자 전해질 막 연료전지는 그 사용 범위의 제한을 받게 된다.The requirements of the polymer electrolyte membrane necessary for the operation of the above polymer electrolyte membrane fuel cell include high hydrogen ion conductivity, chemical stability, low fuel permeability, high mechanical strength, low moisture content, and excellent dimensional stability. Conventional polymer electrolyte membranes tend to have difficulty in normally demonstrating high performance in specific temperature and relative humidity environments, especially in high temperature/low humidity conditions. Due to this, polymer electrolyte membrane fuel cells using conventional polymer electrolyte membranes are limited in their scope of use.

현재 수송용 연료전지에 일반적으로 사용되고 있는 과불소계 고분자 소재를 사용한 고분자 전해질 막은 운전 중 발생하는 라디칼에 대한 내성이 약해 라디칼에 대한 안정성, 즉 화학적인 안정성이 낮은 단점이 있고, 더불어 수소 이온을 전달하는 통로가 넓어 수소 이온 전도성은 높으나, 연료로 사용되는 수소 가스의 투과도가 높다는 단점이 있다. 특히, 높은 장기 안정성이 요구되는 버스, 트럭과 같은 상용 수송용 연료전지에서는 이러한 단점들을 극복할 수 있는 고 내구성 고분자 전해질 막이 필요하다.Currently, polymer electrolyte membranes using perfluorinated polymer materials commonly used in transportation fuel cells have the disadvantage of low stability against radicals generated during operation, i.e. low chemical stability. In addition, although the hydrogen ion conductivity is high because the passage for transmitting hydrogen ions is wide, there is the disadvantage of high hydrogen gas permeability used as fuel. In particular, in commercial transportation fuel cells such as buses and trucks that require high long-term stability, a highly durable polymer electrolyte membrane that can overcome these shortcomings is required.

본 발명의 목적은, 제1 층 및 제2 층을 포함하는 강화복합막을 제공하여, 캐소드 전극과 인접한 제1 층에는, 과산화물 분해 촉진제의 농도를 높게 하고, 애노드 전극과 인접한 제2 층에는, 과산화물 분해 촉진제의 농도를 상대적으로 낮게 함으로써, 산소 가스가 수소 가스와 만나 생성하는 과산화수소를 분해하여 산소 라디칼이 생성되는 것을 방지하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a reinforced composite membrane including a first layer and a second layer, wherein the concentration of a peroxide decomposition accelerator is high in the first layer adjacent to the cathode electrode, and the concentration of the peroxide decomposition accelerator is relatively low in the second layer adjacent to the anode electrode, thereby preventing the generation of oxygen radicals by decomposing hydrogen peroxide generated when oxygen gas meets hydrogen gas.

본 발명의 다른 목적은, 서로 다른 다공도를 갖는 다공성 지지체를 강화복합막에 적용함으로써, 셀 작동 시 캐소드 전극에서 생성된 생성수가 애노드 전극 쪽으로 back-diffusion을 증가시켜 가습된 강화복합막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a humidified reinforced composite membrane by applying a porous support having different porosities to the reinforced composite membrane, thereby increasing back-diffusion of the generated water generated at the cathode electrode toward the anode electrode during cell operation.

본 발명의 다른 목적은, 상기 강화복합막을 제공함으로써, 산소 라디칼에 의해 이온전도체에 핀홀(Pinhole)이 생성되는 것을 방지하여 상기 강화복합막의 화학적 내구성을 개선시키는 것이다.Another object of the present invention is to provide the reinforced composite film, thereby preventing pinholes from being created in an ion conductor by oxygen radicals, thereby improving the chemical durability of the reinforced composite film.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 강화복합막을 애노드 전극과 캐소드 전극의 특성에 맞게 배치함으로써, 이온전도체의 화학적 열화를 방지하는 막-전극 어셈블리를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly that prevents chemical deterioration of an ion conductor by arranging the reinforced composite membrane according to the characteristics of the anode electrode and the cathode electrode.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell including the membrane electrode assembly.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 제1 다공성 지지체 및상기 제1 다공성 지지체 상에 배치된 제2 다공성 지지체를 포함하는 강화복합막으로, 상기 제1 다공성 지지체의 기공에 제1 이온전도체가 충진된 제1 층 및 상기 제2 다공성 지지체의 기공에 제2 이온전도체가 충진된 제2 층을 포함하되, 상기 제1 층은, 제1 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제2 층은, 제2 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제1 과산화물 분해 촉진제의 농도는, 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 농도보다 큰 강화복합막에 해당한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a reinforced composite membrane including a first porous support and a second porous support disposed on the first porous support, the reinforced composite membrane including a first layer in which pores of the first porous support are filled with a first ion conductor, and a second layer in which pores of the second porous support are filled with a second ion conductor, wherein the first layer includes a first peroxide decomposition promoter, the second layer includes a second peroxide decomposition promoter, and the concentration of the first peroxide decomposition promoter is greater than the concentration of the second peroxide decomposition promoter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 상기 강화복합막, 캐소드 전극 및 애노드 전극을 포함하는 막-전극 어셈블리로서, 상기 강화복합막은, 상기 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 층은, 상기 캐소드 전극 및 상기 제2 층 사이에 배치되는 막-전극 어셈블리에 해당한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is a membrane-electrode assembly including the reinforced composite membrane, a cathode electrode, and an anode electrode, wherein the reinforced composite membrane is disposed between the cathode electrode and the anode electrode, and the first layer corresponds to a membrane-electrode assembly disposed between the cathode electrode and the second layer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지에 해당한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object corresponds to a fuel cell including the membrane electrode assembly.

본 발명에 따르면, 강화복합막 내에, 과산화물 분해 촉진제의 농도를 각 전극의 특성에 맞게 다르게 구성함으로써, 산소 가스가 수소 가스와 만나 생성하는 과산화수소를 분해하여 산소 라디칼이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 산소 라디칼에 의해 강화복합막 내의 이온전도체에 핀홀(Pinhole)이 생성되는 것을 방지함으로써, 개선된 화학적 내구성 및 최적의 이온교환능력을 갖춘 강화복합막을 제공할 수 있다.According to the present invention, by differently configuring the concentration of the peroxide decomposition accelerator in the reinforced composite membrane according to the characteristics of each electrode, it is possible to prevent the generation of oxygen radicals by decomposing hydrogen peroxide generated when oxygen gas meets hydrogen gas. In addition, according to the present invention, by preventing the generation of pinholes in the ion conductor in the reinforced composite membrane by oxygen radicals, it is possible to provide a reinforced composite membrane having improved chemical durability and optimal ion exchange capacity.

본 발명에 따르면, 서로 다른 다공도를 갖는 다공성 지지체를 강화복합막에 적용함으로써, 셀 작동 시 캐소드 전극에서 생성된 생성수가 애노드 전극으로 back-diffusion을 증가시켜 가습된 강화복합막을 제공할 수 있다.According to the present invention, by applying a porous support having different porosities to a reinforced composite membrane, back-diffusion of generated water generated at a cathode electrode during cell operation can be increased to an anode electrode, thereby providing a humidified reinforced composite membrane.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention are described below together with the specific contents for carrying out the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화복합막을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 나타낸 모식도이다.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a reinforced composite membrane according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a membrane electrode assembly according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a fuel cell according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, each component of the present invention will be described in more detail so that a person with ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, this is only an example, and the scope of the rights of the present invention is not limited by the following contents.

본 발명의 일 실시예는, 제1 다공성 지지체 및 상기 제1 다공성 지지체 상에 배치된 제2 다공성 지지체를 포함하는 강화복합막으로, 상기 제1 다공성 지지체의 기공에 제1 이온전도체가 충진된 제1 층 및 상기 제2 다공성 지지체의 기공에 제2 이온전도체가 충진된 제2 층을 포함하되, 상기 제1 층은, 제1 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제2 층은, 제2 과산화물 분해 촉진제를 포함하고, 상기 제1 과산화물 분해 촉진제의 농도는, 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 농도보다 큰 강화복합막에 해당할 수 있다.One embodiment of the present invention is a reinforced composite membrane including a first porous support and a second porous support disposed on the first porous support, the reinforced composite membrane including a first layer in which pores of the first porous support are filled with a first ion conductor, and a second layer in which pores of the second porous support are filled with a second ion conductor, wherein the first layer includes a first peroxide decomposition promoter, the second layer includes a second peroxide decomposition promoter, and the concentration of the first peroxide decomposition promoter is greater than the concentration of the second peroxide decomposition promoter.

이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.Below, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강화복합막을 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a reinforced composite membrane according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 강화복합막(100)은 제1 방향(D1)으로 순차적으로 적층되는 제1 층(20) 및 제2 층(30)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 제1 방향(D1)은 강화복합막(100)의 두께 방향으로 정의될 수 있고, 제2 방향(D2)은 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 방향에 해당할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1)과 수직 방향에 해당할 수 있다.Referring to FIG. 1, the reinforced composite film (100) according to the present invention may include a first layer (20) and a second layer (30) that are sequentially laminated in a first direction (D1). In the present specification, the first direction (D1) may be defined as a thickness direction of the reinforced composite film (100), and the second direction (D2) may correspond to a direction intersecting the first direction (D1). For example, the second direction (D2) may correspond to a direction perpendicular to the first direction (D1).

구체적으로, 상기 제2 층(30)은 상기 제1 층(20) 상(on)에 배치될 수 있고, 보다 구체적으로 상기 제2 층(30)은 상기 제1 층(20) 바로 위(directly on)에 배치될 수 있다. 여기서 '바로 위(directly on)에 배치된다'의 의미는 상기 제1 층(20) 및 상기 제2 층(30) 사이에 어떠한 부재가 개재되지 않는 것에 해당한다. 마찬가지로, 상기 제2 다공성 지지체(12)는, 상기 제1 다공성 지지체(10) 상(on)에 배치될 수 있다.Specifically, the second layer (30) can be disposed on the first layer (20), and more specifically, the second layer (30) can be disposed directly on the first layer (20). Here, the meaning of 'disposed directly on' corresponds to that no member is interposed between the first layer (20) and the second layer (30). Similarly, the second porous support (12) can be disposed on the first porous support (10).

본 발명에 따른 제1 층(20)의 제1 두께(TH1)는 2 내지 80 ㎛(마이크로미터)에 해당할 수 있고, 바람직하게는 3 내지 35㎛(마이크로미터)에 해당할 수 있다. 상기 제1 층(20)의 두께가 상기 수치 범위 미만일 경우 기계적 내구성 보강의 효과가 저하되는 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 저항 증가의 문제가 생길 수 있다.The first thickness (TH1) of the first layer (20) according to the present invention may correspond to 2 to 80 ㎛ (micrometers), and preferably correspond to 3 to 35 ㎛ (micrometers). If the thickness of the first layer (20) is less than the above numerical range, a problem of reduced mechanical durability reinforcement effect may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of increased resistance may occur.

본 발명에 따른 제2 층(30)의 제2 두께(TH2)는 2 내지 80㎛(마이크로미터)에 해당할 수 있고, 바람직하게는 3 내지 35 ㎛(마이크로미터)에 해당할 수 있다. 상기 제2 층(30)의 두께가 상기 수치 범위 미만일 경우 기계적 내구성 보강 효과 감소의 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 저항 증가의 문제가 생길 수 있다.The second thickness (TH2) of the second layer (30) according to the present invention may correspond to 2 to 80 ㎛ (micrometers), and preferably correspond to 3 to 35 ㎛ (micrometers). If the thickness of the second layer (30) is less than the above numerical range, a problem of reduced mechanical durability reinforcement effect may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of increased resistance may occur.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 층(20)의 제1 두께(TH1)는 상기 제2 층(30)의 제2 두께(TH2)보다 클 수 있다. 상기 제1 층(20)의 다공도가 상기 제2 층(30)의 다공도보다 클 때, 상기 제1 두께(TH1)는 상기 제2 두께(TH2)보다 커야 강화복합막(100)의 치수안정성을 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first thickness (TH1) of the first layer (20) may be greater than the second thickness (TH2) of the second layer (30). When the porosity of the first layer (20) is greater than the porosity of the second layer (30), the first thickness (TH1) must be greater than the second thickness (TH2) to increase the dimensional stability of the reinforced composite membrane (100).

상기 제1 층(20) 및 상기 제2 층(30)의 두께 비율은 5:95 내지 95:5에 해당할 수 있고, 바람직하게는 90:10 내지 50:50에 해당할 수 있다. 상기 제1 층(20) 및 상기 제2 층(30)의 두께 비율이 상기 수치 범위를 벗어날 경우, 기계적 스트레스 차이로 인하여 막의 휘어짐 등의 변형이 생길 수 있다. The thickness ratio of the first layer (20) and the second layer (30) may be 5:95 to 95:5, and preferably 90:10 to 50:50. If the thickness ratio of the first layer (20) and the second layer (30) is outside the numerical range, deformation such as bending of the membrane may occur due to a difference in mechanical stress.

본 발명에 따른 제1 층(20)은, 제1 다공성 지지체(10)와 상기 제1 다공성 지지체의 기공을 채운 제1 이온전도체를 포함할 수 있다.The first layer (20) according to the present invention may include a first porous support (10) and a first ion conductor filling the pores of the first porous support.

본 발명에 따른 제2 층(30)은, 제2 다공성 지지체(12)와 상기 제2 다공성 지지체(12)의 기공을 채운 제2 이온전도체를 포함할 수 있다.The second layer (30) according to the present invention may include a second porous support (12) and a second ion conductor filling the pores of the second porous support (12).

도 1에 단순히 도시하였지만, 상기 제1 이온전도체로 구성된 이오노머 층은 상기 제1 다공성 지지체(10)의 양 면 상에 배치될 수 있고, 상기 제2 이온전도체로 구성된 이오노머 층이 상기 제2 다공성 지지체(12)의 양 면 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 이온전도체와 상기 제2 이온전도체는 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 이온전도체의 당량과 상기 제2 이온전도체의 당량은 서로 상이할 수 있다. 즉, 상기 제1 다공성 지지체(10) 및 상기 제2 다공성 지지체(12) 사이에 이오노머 층이 형성될 수 있다. As simply illustrated in FIG. 1, the ionomer layer composed of the first ion conductor may be disposed on both surfaces of the first porous support (10), and the ionomer layer composed of the second ion conductor may be disposed on both surfaces of the second porous support (12). The first ion conductor and the second ion conductor may be different. Specifically, the equivalent weight of the first ion conductor and the equivalent weight of the second ion conductor may be different from each other. That is, an ionomer layer may be formed between the first porous support (10) and the second porous support (12).

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 다공성 지지체(10)는 열적 및 화학적 분해에 대한 저항성이 우수한 고도로 불소화된 중합체, 바람직하게는 과불소와 중합체를 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene; PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌과 CF2=CFCnF2n+1(n은 1 내지 5의 실수) 또는 CF2=CFO-(CF2CF(CF3)O)mCnF2n+1(m은 0 내지 15의 실수, n은 1 내지 15의 실수)과의 공중합체일 수 있다. The first porous support (10) according to one embodiment of the present invention may include a highly fluorinated polymer, preferably a perfluorinated polymer, having excellent resistance to thermal and chemical degradation, and may be, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a copolymer of tetrafluoroethylene and CF 2 =CFC n F 2n+1 (n is a real number from 1 to 5) or CF 2 =CFO-(CF 2 CF(CF 3 )O) m C n F 2n+1 (m is a real number from 0 to 15, n is a real number from 1 to 15).

본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 다공성 지지체(10)는 고분자 피브릴의 미세 구조, 또는 피브릴에 의해서 마디가 서로 연결된 미세 구조를 가지는 확장된 폴리테트라플루오로에틸렌(Expanded Polytetrafluoroethylene; e-PTFE)에 해당할 수 있다. 또한, 상기 제1 다공성 지지체(10)로 상기 마디가 존재하지 않는 고분자 피브릴의 미세 구조를 가지는 필름도 이용될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the first porous support (10) may correspond to expanded polytetrafluoroethylene (e-PTFE) having a microstructure of polymer fibrils or a microstructure in which nodes are interconnected by fibrils. In addition, a film having a microstructure of polymer fibrils in which nodes do not exist may also be used as the first porous support (10).

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 다공성 지지체(10)는 과불소화 중합체를 포함할 수 있다. 상기 제1 다공성 지지체(10)는 분산 중합 PTFE를 윤활제의 존재하에서 테이프에 압출 성형하고, 이에 의하여 얻어진 재료를 연신하여 보다 다공질이며, 보다 강한 다공성 지지체에 해당할 수 있다.A first porous support (10) according to another embodiment of the present invention may include a perfluorinated polymer. The first porous support (10) may correspond to a more porous and stronger porous support by extruding dispersion polymerized PTFE into a tape in the presence of a lubricant and stretching the material obtained thereby.

또한, 상기 PTFE의 융점(약 342 ℃)을 초과하는 온도에서 상기 e-PTFE를 열처리함으로써 PTFE의 비정질 함유율을 증가시킬 수도 있다. 상기 방법으로 제조된 e-PTFE 필름은 다양한 지름을 가지는 미세 기공 및 공극율을 가질 수 있다. 상기 방법으로 제조된 e-PTFE 필름은 적어도 35 %의 공극을 가질 수 있으며, 상기 미세 기공의 지름은 약 0.01 내지 1 ㎛(마이크로미터)일 수 있다. In addition, the amorphous content of the PTFE can be increased by heat-treating the e-PTFE at a temperature exceeding the melting point of the PTFE (about 342°C). The e-PTFE film manufactured by the above method can have micropores and a porosity having various diameters. The e-PTFE film manufactured by the above method can have a pore of at least 35%, and the diameter of the micropores can be about 0.01 to 1 ㎛ (micrometer).

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 다공성 지지체(10)는 무작위로 배향된 복수개의 섬유로 이루어지는 부직 섬유질 웹(nonwoven fibrous web)일 수 있다. 상기 부직 섬유질 웹은 인터레이드(interlaid)되지만, 직포 천과 동일한 방식이 아닌, 개개의 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 시트를 의미한다. 상기 부직 섬유질 웹은 카딩(carding), 가네팅(garneting), 에어-레잉(air-laying), 웨트-레잉(wet-laying), 멜트 블로잉(melt blowing), 스펀본딩(spunbonding) 및 스티치 본딩(stitch bonding)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방법에 의하여 제조될 수 있다.The first porous support (10) according to one embodiment of the present invention may be a nonwoven fibrous web formed of a plurality of randomly oriented fibers. The nonwoven fibrous web refers to a sheet having a structure of individual fibers or filaments that are interlaid, but not in the same manner as a woven fabric. The nonwoven fibrous web may be manufactured by any one method selected from the group consisting of carding, garneting, air-laying, wet-laying, melt blowing, spunbonding, and stitch bonding.

상기 섬유는 하나 이상의 중합체 재료를 포함할 수 있고, 일반적으로 섬유 형성 중합체 재료로 사용되는 것이면 어느 것이나 사용 가능하고, 구체적으로 탄화수소계 섬유 형성 중합체 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 형성 중합체 재료는 폴리올레핀, 예컨대 폴리부틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드(나일론-6 및 나일론-6,6), 폴리우레탄 폴리부텐, 폴리락트산, 폴리비닐 알코올, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리설폰, 유체 결정질 중합체, 폴리에틸렌-코-비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 사이클릭 폴리올레핀, 폴리옥시메틸렌, 폴리올레핀계 열가소성 탄성중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The fiber may include one or more polymer materials, and any material that is generally used as a fiber-forming polymer material may be used, and specifically, a hydrocarbon-based fiber-forming polymer material may be used. For example, the fiber-forming polymer material may include any one selected from the group consisting of polyolefins such as polybutylene, polypropylene, and polyethylene, polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyamides (nylon-6 and nylon-6,6), polyurethanes polybutene, polylactic acid, polyvinyl alcohol, polyphenylene sulfide, polysulfone, fluid crystalline polymers, polyethylene-co-vinylacetate, polyacrylonitrile, cyclic polyolefins, polyoxymethylene, polyolefin-based thermoplastic elastomers, and combinations thereof. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 다공성 지지체(10)는 나노 섬유들이 다수의 기공을 포함하는 부직포 형태로 집적된 나노웹을 포함할 수 있다.A first porous support (10) according to one embodiment of the present invention may include a nanoweb in which nanofibers are integrated in a nonwoven form including a plurality of pores.

상기 나노 섬유는 우수한 내화학성을 나타내고, 소수성을 가져 고습의 환경에서 수분에 의한 형태 변형 우려가 없는 탄화수소계 고분자를 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 탄화수소계 고분자로는 나일론, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아닐린, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 부틸렌, 폴리우레탄, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 이 중에서도 내열성, 내화학성, 및 형태 안정성이 보다 우수한 폴리이미드를 바람직하게 사용할 수 있다.The above nanofibers exhibit excellent chemical resistance and have hydrophobicity, so that hydrocarbon-based polymers that are free from concerns about shape deformation due to moisture in a high-humidity environment can be preferably used. Specifically, the hydrocarbon-based polymer may be selected from the group consisting of nylon, polyimide, polyaramid, polyetherimide, polyacrylonitrile, polyaniline, polyethylene oxide, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, styrene butadiene rubber, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyvinyl butylene, polyurethane, polybenzoxazole, polybenzimidazole, polyamideimide, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyethylene, polypropylene, copolymers thereof, and mixtures thereof, and among these, polyimide having excellent heat resistance, chemical resistance, and shape stability can be preferably used.

상기 나노 웹은 전기 방사에 의해 제조된 나노 섬유가 랜덤하게 배열된 나노 섬유의 집합체이다. 이때 상기 나노 섬유는 상기 나노 웹의 다공도 및 두께를 고려하여, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope, JSM6700F, JEOL)을 이용하여 50 개의 섬유 직경을 측정하여 그 평균으로부터 계산했을 때, 40 내지 5000nm(나노미터)의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하다. The above nanoweb is a collection of nanofibers in which nanofibers manufactured by electrospinning are randomly arranged. At this time, considering the porosity and thickness of the nanoweb, the nanofibers preferably have an average diameter of 40 to 5000 nm (nanometers) when the diameters of 50 fibers are measured using a scanning electron microscope (JSM6700F, JEOL) and calculated from the average thereof.

만일 상기 나노 섬유의 평균 직경이 상기 수치 범위 미만일 경우, 상기 제1 다공성 지지체의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 상기 나노 섬유의 평균 직경이 상기 수치 범위를 초과할 경우 다공도가 현저히 떨어지고 두께가 두꺼워질 수 있다.If the average diameter of the nanofibers is less than the numerical range, the mechanical strength of the first porous support may be reduced, and if the average diameter of the nanofibers exceeds the numerical range, the porosity may be significantly reduced and the thickness may be increased.

상기 부직 섬유질 웹의 두께는 10 내지 50 ㎛(마이크로미터)일 수 있고, 구체적으로 15 내지 43 ㎛(마이크로미터)일 수 있다. 상기 부직 섬유질 웹의 두께가 상기 수치 범위 미만인 경우 기계적 강도가 떨어질 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 저항손실이 증가하고, 경량화 및 집적화가 떨어질 수 있다.The thickness of the above nonwoven fibrous web may be 10 to 50 ㎛ (micrometers), and specifically 15 to 43 ㎛ (micrometers). If the thickness of the above nonwoven fibrous web is less than the above numerical range, the mechanical strength may be reduced, and if it exceeds the above numerical range, the resistance loss may be increased, and the weight reduction and integration may be reduced.

상기 부직 섬유질 웹은 평량(basic weight)이 5 내지 30 mg/cm2일 수 있다. 상기 부직 섬유질 웹의 평량이 상기 수치 범위 미만일 경우 눈에 보이는 기공이 형성되어 다공성 지지체로서 기능을 하기 어려울 수 있고, 상기 수치 범위를 초과하는 경우에는 포어가 거의 형성되지 않는 종이 또는 직물의 형태처럼 제조될 수 있다.The nonwoven fibrous web may have a basic weight of 5 to 30 mg/cm 2 . If the basic weight of the nonwoven fibrous web is less than the above numerical range, visible pores may be formed, making it difficult to function as a porous support, and if it exceeds the above numerical range, it may be manufactured in the form of paper or fabric in which few pores are formed.

상기 다공도는 하기 수학식 1에 따라 상기 다공성 지지체의 전체 부피 대비 다공성 지지체 내 공기 부피의 비율에 의하여 계산할 수 있다. 이때, 상기 전체 부피는 직사각형 형태의 샘플을 제조하여 가로, 세로, 두께를 측정하여 계산하고, 공기부피는 샘플의 질량을 측정 후 밀도로부터 역산한 고분자 부피를 전체 부피에서 빼서 얻을 수 있다.The above porosity can be calculated by the ratio of the air volume in the porous support to the total volume of the porous support according to the following mathematical formula 1. At this time, the total volume is calculated by manufacturing a rectangular sample and measuring the width, length, and thickness, and the air volume can be obtained by measuring the mass of the sample and then subtracting the polymer volume calculated inversely from the density from the total volume.

[수학식 1][Mathematical formula 1]

다공도(%)=(다공성 지지체 내 공기 부피/다공성 지지체의 전체 부피) X 100Porosity (%) = (air volume in porous support / total volume of porous support) X 100

본 발명에 따른 제1 다공성 지지체(10)의 제1 다공도는 30 내지 90 %에 해당할 수 있고, 바람직하게는 60 내지 85%에 해당함이 바람직하다. 상기 제1 다공성 지지체(10)의 제1 다공도가 상기 수치 범위 미만일 경우 이온전도체의 함침성 저하 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 형태 안정성이 저하됨으로써 후공정이 원활하게 진행되지 않을 수 있다.The first porosity of the first porous support (10) according to the present invention may be 30 to 90%, and preferably 60 to 85%. If the first porosity of the first porous support (10) is less than the above numerical range, the problem of reduced impregnation of the ion conductor may occur, and if it exceeds the above numerical range, the shape stability may be reduced, and thus the post-process may not proceed smoothly.

본 발명에 따른 제2 다공성 지지체(12)는 상기 제1 다공성 지지체(10)와 같거나 서로 다를 수 있다. 상기 제2 다공성 지지체(12)의 제2 다공도는 30 내지 90 %에 해당할 수 있고, 바람직하게는 60 내지 85%에 해당함이 바람직하다. 상기 제2 다공성 지지체(12)의 제2 다공도가 상기 수치 범위를 초과할 경우 형태 안정성이 저하됨으로써 후 공정이 원활하게 진행되지 않을 수 있다.The second porous support (12) according to the present invention may be the same as or different from the first porous support (10). The second porosity of the second porous support (12) may correspond to 30 to 90%, and is preferably 60 to 85%. If the second porosity of the second porous support (12) exceeds the above numerical range, shape stability may deteriorate, and thus subsequent processes may not proceed smoothly.

상기 제1 다공성 지지체(10)의 다공도를 상기 제2 다공성 지지체(12)의 다공도보다 크게 조절한 이유는, 셀 구동 시, 후술할 캐소드 전극 쪽에서 생성된 생성수가 후술할 애노드 전극 쪽으로 효과적으로 Back-Diffusion하기 위한 것으로, 상대적으로 부족한 애노드 전극에 인접한 강화복합막의 가습 성능을 개선시킬 수 있기 때문이다.The reason why the porosity of the first porous support (10) is adjusted to be greater than the porosity of the second porous support (12) is to effectively back-diffuse the generated water from the cathode electrode side, which will be described later, toward the anode electrode side, which will be described later, when the cell is operated, and to improve the humidifying performance of the reinforced composite membrane adjacent to the relatively insufficient anode electrode.

결과적으로, 본 발명에 따른 제1 다공성 지지체(10)의 제1 다공도는 제2 다공성 지지체(12)의 제2 다공도보다 클 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 다공도와 상기 제2 다공도의 차이는 5% 내지 60%에 해당할 수 있고, 바람직하게는 10 내지 25 %에 해당할 수 있다. As a result, the first porosity of the first porous support (10) according to the present invention may be greater than the second porosity of the second porous support (12). Specifically, the difference between the first porosity and the second porosity may correspond to 5% to 60%, and preferably correspond to 10 to 25%.

상기 제1 다공도와 상기 제2 다공도의 차이가 상기 수치 범위 미만일 경우, 후술할 캐소드 전극 쪽에서 애노드 전극 쪽으로의 물의 역 확산 효과를 크게 발휘할 수 없는 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우, 기계적 스트레스 차이로 인한 내구성이 감소하거나 지지체에 의한 전기적 저항이 증가하는 문제가 생길 수 있다.If the difference between the first porosity and the second porosity is less than the above numerical range, a problem may arise in which the reverse diffusion effect of water from the cathode electrode to the anode electrode, which will be described later, cannot be significantly exerted, and if it exceeds the above numerical range, a problem may arise in which durability decreases due to a difference in mechanical stress or in which electrical resistance by the support increases.

본 발명에 따른 제1 이온전도체의 당량(Equivalent weight; EW)은 400 내지 1500 g/eq일 수 있고, 바람직하게는 450 내지 1200 g/eq에 해당할 수 있다. 상기 제1 이온전도체의 당량 범위가 상기 수치 범위 미만일 경우 치수 안정성이 낮아지는 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우, 이온 전도도가 낮아지는 문제가 생길 수 있다. The equivalent weight (EW) of the first ion conductor according to the present invention may be 400 to 1500 g/eq, and preferably 450 to 1200 g/eq. If the equivalent weight range of the first ion conductor is less than the above numerical range, a problem of reduced dimensional stability may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of reduced ionic conductivity may occur.

또한, 상기 제1 이온전도체의 이온 교환 용량(Ion exchange capacity; IEC)은 0.6 내지 2.5 meq/g에 해당할 수 있고, 바람직하게는 0.83 내지 2.30 meq/g에 해당할 수 있다. 상기 제1 이온전도체의 이온 교환 용량이 상기 수치 범위 미만일 경우 수소이온 전도율이 감소할 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 기계적 내구성이 약화될 수 있다. In addition, the ion exchange capacity (IEC) of the first ion conductor may be 0.6 to 2.5 meq/g, and preferably 0.83 to 2.30 meq/g. When the ion exchange capacity of the first ion conductor is less than the above numerical range, the hydrogen ion conductivity may decrease, and when it exceeds the above numerical range, the mechanical durability may be weakened.

본 발명에 따른 제2 이온전도체의 당량(Equivalent weight; EW)은 400 내지 1500 g/eq일 수 있고, 바람직하게는 450 내지 1200 g/eq에 해당할 수 있다. 상기 제2 이온전도체의 당량 범위가 상기 수치 범위 미만일 경우, 치수 안정성 저하 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우, 이온 전도도가 낮아지는 문제가 생길 수 있다.The equivalent weight (EW) of the second ion conductor according to the present invention may be 400 to 1500 g/eq, and preferably 450 to 1200 g/eq. If the equivalent weight range of the second ion conductor is less than the above numerical range, a problem of deterioration in dimensional stability may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of deterioration in ionic conductivity may occur.

또한, 상기 제2 이온전도체의 이온 교환 용량(Ion exchange capacity; IEC)은 0.6 내지 2.5 meq/g에 해당할 수 있고, 바람직하게는 0.83 내지 2.30 meq/g에 해당할 수 있다. 상기 제2 이온전도체의 이온 교환 용량이 상기 수치 범위 미만일 경우 수소이온 전도율이 감소할 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 기계적 내구성이 약화될 수 있다.In addition, the ion exchange capacity (IEC) of the second ion conductor may be 0.6 to 2.5 meq/g, and preferably 0.83 to 2.30 meq/g. When the ion exchange capacity of the second ion conductor is less than the above numerical range, the hydrogen ion conductivity may decrease, and when it exceeds the above numerical range, the mechanical durability may be weakened.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 이온전도체의 당량은 상기 제2 이온전도체의 당량보다 클 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 이온전도체가 충진되는 상기 제1 다공성 지지체(10)의 다공도가 상기 제2 다공성 지지체(12)의 다공도보다 클 때, 내구성이 떨어질 수 있는 점을 보완할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the equivalent weight of the first ion conductor may be greater than the equivalent weight of the second ion conductor. Through this, it is possible to compensate for the possibility of reduced durability when the porosity of the first porous support (10) filled with the first ion conductor is greater than the porosity of the second porous support (12).

본 발명에 따른 제1 이온전도체 및 제2 이온전도체는 각각 독립적으로 수소이온과 같은 양이온 교환 작용기를 가지는 양이온 전도체이거나, 하이드록시 이온, 카보네이트 또는 바이카보네이트와 같은 음이온 교환 작용기를 가지는 음이온 전도체일 수 있다. 상기 양이온 교환 작용기는 술폰산기, 카르복실기, 보론산기, 인산기, 이미드기, 술폰이미드기, 술폰아미드기, 술폰산 플루오라이드기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 일반적으로 술폰산기 또는 카르복실기일 수 있다.The first ion conductor and the second ion conductor according to the present invention may each independently be a cation conductor having a cation exchange functional group such as a hydrogen ion, or an anion conductor having an anion exchange functional group such as a hydroxy ion, a carbonate or a bicarbonate. The cation exchange functional group may be any one selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxyl group, a boronic acid group, a phosphoric acid group, an imide group, a sulfonimide group, a sulfonamide group, a sulfonic acid fluoride group and combinations thereof, and may generally be a sulfonic acid group or a carboxyl group.

상기 양이온 전도체는 상기 양이온 교환 작용기를 포함하며, 주쇄에 불소를 포함하는 불소계 고분자, 벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리아릴에테르술폰, 폴리포스파젠 또는 폴리페닐퀴녹살린 등의 탄화수소계 고분자, 폴리스티렌-그라프트-에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 또는 폴리스티렌-그라프트-폴리테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 부분 불소화된 고분자, 술폰 이미드 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.The above cation conductor includes the cation exchange functional group, and may include hydrocarbon polymers such as fluorine-containing polymers in the main chain, benzimidazole, polyamide, polyamideimide, polyimide, polyacetal, polyethylene, polypropylene, acrylic resin, polyester, polysulfone, polyether, polyetherimide, polyester, polyethersulfone, polyetherimide, polycarbonate, polystyrene, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyetherketone, polyarylethersulfone, polyphosphazene or polyphenylquinoxaline, partially fluorinated polymers such as polystyrene-graft-ethylenetetrafluoroethylene copolymer or polystyrene-graft-polytetrafluoroethylene copolymer, sulfone imide or mixtures thereof.

보다 구체적으로, 상기 양이온 전도체가 수소 이온 양이온 전도체인 경우 상기 고분자들은 측쇄에 술폰산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 양이온 교환기를 포함할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤 또는 이들의 혼합물을 포함하는 불소계 고분자, 술폰화된 폴리이미드(Sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화된 폴리아릴에테르술폰(Sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화된 폴리에테르에테르케톤(Sulfonated polyetheretherketone, S-PEEK), 술폰화된 폴리벤즈이미다졸(Sulfonated polybenzimidazole, S-PBI), 술폰화된 폴리술폰(Sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화된 폴리스티렌(Sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화된 폴리포스파젠(Sulfonated polyphosphazene), 술폰화된 폴리퀴녹살린(Sulfonated polyquinoxaline), 술폰화된 폴리케톤(Sulfonated polyketone), 술폰화된 폴리페닐렌옥사이드(Sulfonated polyphenylene oxide), 술폰화된 폴리에테르술폰(Sulfonated polyether sulfone), 술폰화된 폴리에테르케톤(Sulfonated polyether ketone), 술폰화된 폴리페닐렌술폰(Sulfonated polyphenylene sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드(Sulfonated polyphenylene sulfide), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰(Sulfonated polyphenylene sulfide sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰니트릴(Sulfonated polyphenylene sulfide sulfone nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르(Sulfonated polyarylene ether), 술폰화된 폴리아릴렌에테르니트릴(Sulfonated polyarylene ether nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르에테르니트릴(Sulfonated polyarylene ether ether nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르술폰케톤(Sulfonated polyarylene ether sulfone ketone) 및 이들의 혼합물을 포함하는 탄화수소계 고분자를 들 수 있지만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.More specifically, when the cation conductor is a hydrogen ion cation conductor, the polymers may include a cation exchange group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group and derivatives thereof in the side chain, and specific examples thereof include poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), a copolymer of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing a sulfonic acid group, a fluorine-based polymer including a defluorinated sulfated polyether ketone or a mixture thereof, sulfonated polyimide (S-PI), sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES), sulfonated polyetheretherketone (S-PEEK), sulfonated polybenzimidazole (S-PBI), sulfonated polysulfone (S-PSU), Sulfonated polystyrene (S-PS), sulfonated polyphosphazene, sulfonated polyquinoxaline, sulfonated polyketone, sulfonated polyphenylene oxide, sulfonated polyether sulfone, sulfonated polyether ketone, sulfonated polyphenylene sulfone, sulfonated polyphenylene sulfide, sulfonated polyphenylene sulfide sulfone, sulfonated polyphenylene sulfide sulfone nitrile, sulfonated polyarylene ether, Examples of hydrocarbon polymers include sulfonated polyarylene ether nitrile, sulfonated polyarylene ether ether nitrile, sulfonated polyarylene ether sulfone ketone, and mixtures thereof, but the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 음이온 전도체는 하이드록시 이온, 카보네이트 또는 바이카보네이트와 같은 음이온을 이송시킬 수 있는 고분자로서, 음이온 전도체는 하이드록사이드 또는 할라이드(일반적으로 클로라이드) 형태가 상업적으로 입수 가능하며, 상기 음이온 전도체는 산업적 정수(Water purification), 금속 분리 또는 촉매 공정 등에 사용될 수 있다.The above anion conductor is a polymer capable of transporting anions such as hydroxyl ions, carbonates or bicarbonates. The anion conductor is commercially available in the form of hydroxide or halide (typically chloride), and the anion conductor can be used in industrial water purification, metal separation or catalytic processes.

상기 음이온 전도체로는 일반적으로 금속 수산화물이 도핑된 고분자를 사용할 수 있으며, 구체적으로 금속 수산화물이 도핑된 폴리(에테르술폰), 폴리스티렌, 비닐계 고분자, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리(벤즈이미다졸) 또는 폴리(에틸렌글리콜) 등을 사용할 수 있다.As the above anion conductor, a polymer doped with metal hydroxide can generally be used, and specifically, poly(ethersulfone), polystyrene, vinyl polymer, poly(vinyl chloride), poly(vinylidene fluoride), poly(tetrafluoroethylene), poly(benzimidazole), or poly(ethylene glycol) doped with metal hydroxide can be used.

도 1에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 제1 층(20)은 제1 과산화물 분해 촉진제(1)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제2 층(30)은 제2 과산화물 분해 촉진제를 포함할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the first layer (20) according to the present invention may include a first peroxide decomposition accelerator (1). In addition, the second layer (30) according to the present invention may include a second peroxide decomposition accelerator.

본 명세서에서 과산화물 분해 촉진제의 농도(mmol/cm3)는 단위 부피(cm3) 당 과산화물 분해 촉진제 몰(mmol)로 정의한다. In this specification, the concentration of the peroxide decomposition promoter (mmol/cm 3 ) is defined as moles (mmol) of the peroxide decomposition promoter per unit volume (cm 3 ).

본 발명에 따른 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 농도는 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 농도보다 클 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 농도는, 0.001 내지 0.6 mmol/cm3에 해당할 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 mmol/cm3에 해당할 수 있다. 상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 농도가 상기 수치 범위 미만일 경우, 과산화물 분해 효과를 충분히 보기 어려운 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우, 이온 전도도 저하 문제가 생길 수 있다. The concentration of the first peroxide decomposition accelerator (1) according to the present invention may be greater than the concentration of the second peroxide decomposition accelerator (2). Specifically, the concentration of the first peroxide decomposition accelerator (1) may correspond to 0.001 to 0.6 mmol/cm 3 , and preferably correspond to 0.01 to 0.2 mmol/cm 3 . When the concentration of the first peroxide decomposition accelerator (1) is less than the above numerical range, it may be difficult to sufficiently see the peroxide decomposition effect, and when it exceeds the above numerical range, it may be difficult to reduce ion conductivity.

상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 농도는, 0.001 내지 0.6 mmol/cm3에 해당할 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 mmol/cm3에 해당할 수 있다. 상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 농도가 상기 수치 범위 미만일 경우, 과산화물 분해 효과를 충분히 보기 어려운 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우, 이온 전도도 저하 문제가 생길 수 있다. The concentration of the second peroxide decomposition accelerator (2) may be 0.001 to 0.6 mmol/cm 3 , and preferably 0.01 to 0.2 mmol/cm 3 . If the concentration of the second peroxide decomposition accelerator (2) is less than the above numerical range, it may be difficult to sufficiently see the peroxide decomposition effect, and if it exceeds the above numerical range, it may be difficult to reduce ion conductivity.

결과적으로, 상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 농도 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 농도 차이는 0.01 내지 0.45 mmol/cm3일 수 있고, 바람직하게는 0.05 내지 0.2 mmol/cm3 임이 바람직하다. 상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 농도 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 농도 차이가 상기 수치 범위를 벗어날 경우, 과산화물 분해의 전체적인 효율이 감소할 수 있다. As a result, the difference in the concentration of the first peroxide decomposition promoter (1) and the concentration of the second peroxide decomposition promoter (2) may be 0.01 to 0.45 mmol/cm 3 , and is preferably 0.05 to 0.2 mmol/cm 3 . If the difference in the concentration of the first peroxide decomposition promoter (1) and the concentration of the second peroxide decomposition promoter (2) is outside the numerical range, the overall efficiency of peroxide decomposition may decrease.

본 발명에 따른 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 평균 입도는 0.1 내지 100 nm(나노미터)에 해당할 수 있고, 바람직하게는 1 내지 50nm(나노미터)에 해당할 수 있다. 상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1)의 평균 입도가 상기 수치 범위 미만일 경우 연료전지 운전 시 유출되는 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 기공에 효과적으로 도입되지 않으며 이온 전도 채널을 방해하는 문제가 생길 수 있다.The average particle size of the first peroxide decomposition accelerator (1) according to the present invention may be 0.1 to 100 nm (nanometers), and preferably 1 to 50 nm (nanometers). If the average particle size of the first peroxide decomposition accelerator (1) is less than the above numerical range, a problem of leakage during fuel cell operation may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of not being effectively introduced into pores and interfering with ion conduction channels may occur.

본 발명에 따른 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 평균 입도는 0.1 내지 100 nm(나노미터)에 해당할 수 있고, 바람직하게는 1 내지 50 nm(나노미터)에 해당할 수 있다. 상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)의 평균 입도가 상기 수치 범위 미만일 경우 연료전지 운전 시 유출되는 문제가 생길 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 기공에 효과적으로 도입되지 않으며 이온 전도 채널을 방해하는 문제가 생길 수 있다.The average particle size of the second peroxide decomposition accelerator (2) according to the present invention may be 0.1 to 100 nm (nanometers), and preferably 1 to 50 nm (nanometers). If the average particle size of the second peroxide decomposition accelerator (2) is less than the above numerical range, a problem of leakage during fuel cell operation may occur, and if it exceeds the above numerical range, a problem of not being effectively introduced into pores and interfering with ion conducting channels may occur.

상기 제1 과산화물 분해 촉진제(1) 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제(2)는 각각 독립적으로, 금속계 과산화물 분해 촉진제, 유기계 과산화물 분해 촉진제 및 과산화물 분해 촉진 염 화합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The above first peroxide decomposition accelerator (1) and the above second peroxide decomposition accelerator (2) may each independently include at least one selected from the group consisting of a metal-based peroxide decomposition accelerator, an organic peroxide decomposition accelerator, and a peroxide decomposition accelerator salt compound.

상기 금속계 과산화물 분해 촉진제는, 세륨 이온, 니켈 이온, 텅스텐 이온, 코발트 이온, 크롬 이온, 지르코늄 이온, 이트륨 이온, 망간 이온, 철 이온, 티타늄 이온, 바나듐 이온, 몰리브덴 이온, 란탄 이온, 네오디뮴 이온, 은 이온, 백금 이온, 루테늄 이온, 팔라듐 이온 및 로듐 이온으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The above metal peroxide decomposition accelerator may include at least one selected from the group consisting of cerium ions, nickel ions, tungsten ions, cobalt ions, chromium ions, zirconium ions, yttrium ions, manganese ions, iron ions, titanium ions, vanadium ions, molybdenum ions, lanthanum ions, neodymium ions, silver ions, platinum ions, ruthenium ions, palladium ions, and rhodium ions.

상기 금속계 과산화물 분해 촉진제는, 금속 또는 귀금속의 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 또는 귀금속의 산화물은, 산화 세륨, 산화 니켈, 산화 텅스텐, 산화 코발트, 산화 크롬, 산화 지르코늄, 산화 이트륨, 산화 망간, 산화 철, 산화 티타늄, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 란탄 및 산화 네오디뮴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The above metal peroxide decomposition accelerator may include an oxide of a metal or a noble metal. The oxide of the metal or noble metal may include at least one selected from the group consisting of cerium oxide, nickel oxide, tungsten oxide, cobalt oxide, chromium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, manganese oxide, iron oxide, titanium oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, lanthanum oxide, and neodymium oxide.

상기 유기계 과산화물 분해 촉진제는, 시링산(Syringic acid), 바닐산(Vanillic acid), 프로토카테츄산(Protocatechuic acid), 쿠마르산(Coumaric acid), 카페산(Caffeic acid), 페룰산(Ferulic acid), 클로로겐산(Chlorogenic acid), 시나린(Cynarine), 갈릭산(Galic acid) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상에 해당할 수 있다.The above organic peroxide decomposition accelerator may correspond to at least one selected from the group consisting of syringic acid, vanillic acid, protocatechuic acid, coumaric acid, caffeic acid, ferulic acid, chlorogenic acid, cynarine, gallic acid, and mixtures thereof.

상기 과산화물 분해 촉진 염 화합물은, 전이 금속 또는 귀금속을 포함하는 금속의 염을 포함할 수 있다. 상기 금속의 탄산염, 초산염, 염화염, 불화염, 황산염, 인산염, 텅스텐산염, 수산화염, 초산암모늄염, 황산암모늄염 및 아세틸아세토네이트염, 과망간니즈산염으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 구체적으로 세륨을, 예로 들면, 탄산 세륨, 초산 세륨, 염화 세륨, 초산 세륨, 황산 세륨, 초산 암모늄 세륨, 황산 암모늄 세륨 등을 들 수 있고, 유기금속착염으로서 세륨 아세틸아세토네이트 등을 들 수 있다.The above peroxide decomposition promoting salt compound may include a salt of a metal including a transition metal or a noble metal. It may be any one selected from the group consisting of a carbonate, an acetate, a chloride, a fluoride, a sulfate, a phosphate, a tungstate, a hydroxide, an ammonium acetate, an ammonium sulfate, an acetylacetonate salt, a permanganate salt of the metal, and specifically, examples of cerium include cerium carbonate, cerium acetate, cerium chloride, cerium acetate, cerium sulfate, cerium ammonium acetate, cerium ammonium sulfate, and the like, and examples of the organometallic complex salt include cerium acetylacetonate.

본 발명에 따른 강화복합막(100)의 제조방법은, 제1 층(20) 상에 제2 층(30)을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 다공성 지지체(10)를 제조할 때, 과산화물 분해 촉진제의 함량과 다공도를 조절할 수 있다. 또한, 제2 다공성 지지체(12)를 제조할 때, 과산화물 분해 촉진제의 함량과 다공도를 상기 제1 다공성 지지체(10)와 다르게 조절할 수 있다.The method for manufacturing a reinforced composite membrane (100) according to the present invention may include a step of laminating a second layer (30) on a first layer (20). Specifically, when manufacturing the first porous support (10), the content and porosity of the peroxide decomposition accelerator may be controlled. In addition, when manufacturing the second porous support (12), the content and porosity of the peroxide decomposition accelerator may be controlled differently from the first porous support (10).

예를 들어, 상기 제1 다공성 지지체(10)와 상기 제2 다공성 지지체(12)가 확장된 폴리테트라플루오로에틸렌(e-PTFE; Expanded Polytetrafluoroethylene)인 경우, 폴리테트라플루오르에틸렌을 연신하는 단계에서 과산화물 분해 촉진제의 함량과 다공도를 조절할 수 있다.For example, when the first porous support (10) and the second porous support (12) are expanded polytetrafluoroethylene (e-PTFE), the content and porosity of the peroxide decomposition accelerator can be controlled in the step of stretching the polytetrafluoroethylene.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막-전극 어셈블리를 나타낸 단면도이다. 전술한 부분과 반복된 설명은 간략히 설명하거나 생략한다.Fig. 2 is a cross-sectional view showing a membrane electrode assembly according to one embodiment of the present invention. Parts that have been described above and are repeated are briefly described or omitted.

도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 막-전극 어셈블리(150)는 상기 강화복합막(100), 캐소드 전극(50) 및 애노드 전극(40)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the membrane-electrode assembly (150) according to the present invention may include the reinforced composite membrane (100), the cathode electrode (50), and the anode electrode (40).

상기 강화복합막(100)은 상기 캐소드 전극(50) 및 상기 애노드 전극(40) 사이에 배치될 수 있다. 상기 강화복합막(100)의 제1 층(20)은, 상기 캐소드 전극(50) 및 상기 제2 층(30) 사이에 배치될 수 있다. 달리 설명하면, 상기 강화복합막(100)의 제2 층(30)은 상기 제1 층(20) 및 상기 애노드 전극(40) 사이에 배치될 수 있다.The above-described reinforced composite film (100) may be placed between the cathode electrode (50) and the anode electrode (40). The first layer (20) of the above-described reinforced composite film (100) may be placed between the cathode electrode (50) and the second layer (30). In other words, the second layer (30) of the above-described reinforced composite film (100) may be placed between the first layer (20) and the anode electrode (40).

일반적으로, 산소 가스는 애노드 전극(40) 계면을 지난 수소 가스와 만나 과산화수소를 생성하여 화학적 열화가 진행될 수 있다. 이보다 더 큰 문제는 캐소드 전극(50)으로 수소 가스가 투과하여 캐소드 전극(50)에서 불완전한 산소 환원 반응이 일어남으로써 강화복합막의 화학적 내구성을 약화시키는 것이다. 특히, 강화복합막과 캐소드 전극 사이의 계면의 이온전도체는 화학적 열화가 진행될 수 있다.In general, oxygen gas may meet hydrogen gas passing through the anode electrode (40) interface to generate hydrogen peroxide, which may cause chemical deterioration. A bigger problem is that hydrogen gas may permeate through the cathode electrode (50), causing an incomplete oxygen reduction reaction at the cathode electrode (50), thereby weakening the chemical durability of the reinforced composite membrane. In particular, the ion conductor at the interface between the reinforced composite membrane and the cathode electrode may undergo chemical deterioration.

구체적으로, 상기 강화복합막에서 화학적 열화가 진행되는 반응 메커니즘을 살펴보면 하기와 같다. Specifically, the reaction mechanism by which chemical deterioration occurs in the above-mentioned reinforced composite film is as follows.

[반응식 1][Reaction Formula 1]

H2 →2H·H 2 →2H·

상기 반응식 1은, 수소 가스가 2개의 수소 라디칼로 변환되는 반응식에 해당한다.The above reaction formula 1 corresponds to a reaction formula in which hydrogen gas is converted into two hydrogen radicals.

[반응식 2][Reaction Formula 2]

H·+O2→HO2·H·+O 2 →HO 2 ·

상기 반응식 2는, 수소 라디칼이 산소 가스와 만나 산소 라디칼을 생성하는 반응식에 해당한다. 상기 산소 라디칼은 강화복합막의 이온전도체를 열화시킬 수 있다.The above reaction formula 2 corresponds to a reaction formula in which hydrogen radicals meet with oxygen gas to generate oxygen radicals. The oxygen radicals can deteriorate the ion conductor of the reinforced composite membrane.

[반응식 3][Reaction Formula 3]

HO2·+H·→H2O2 HO 2 ·+H·→H 2 O 2

상기 반응식 3은, 상기 산소 라디칼이 수소 라디칼과 반응하여 과산화수소가 생성되는 반응식에 해당한다.The above reaction formula 3 corresponds to a reaction formula in which the oxygen radical reacts with a hydrogen radical to produce hydrogen peroxide.

상기와 같은 산소 라디칼은 강화복합막의 극성결합인 C-F, S-O, C-O을 공격할 수 있다. 특히, C-F 결합의 끊어짐으로 인해 상기 강화복합막의 기계적 강도는 감소하게 되고, 핀홀(Pinhole)이 발생할 수 있다. 이로 인해 수소 가스가 막을 통과하는 양이 증가할 수 있다. 한편, S-O와 C-O결합의 파괴로 인해, 강화복합막의 이온교환능력(IEC)이 감소할 수 있다.The above oxygen radicals can attack the polar bonds of the reinforced composite membrane, such as C-F, S-O, and C-O. In particular, the mechanical strength of the reinforced composite membrane decreases due to the breakage of the C-F bond, and pinholes may occur. This may increase the amount of hydrogen gas passing through the membrane. Meanwhile, the ion exchange capacity (IEC) of the reinforced composite membrane may decrease due to the breakage of the S-O and C-O bonds.

이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 제1 층(20)은 상기 제2 층(30)보다 상대적으로 높은 농도의 과산화물 분해 촉진제를 포함함으로써, 제1 이온전도체의 화학적 열화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 수소 가스가 투과하여 캐소드 전극의 계면과 반응하여 산소 가스가 캐소드 전극에서 불완전한 산화 환원 반응이 일어나는 것을 해결할 수 있다.To solve this problem, the first layer (20) according to the present invention can prevent chemical deterioration of the first ion conductor by including a peroxide decomposition accelerator at a relatively higher concentration than the second layer (30). Accordingly, it is possible to solve the problem of hydrogen gas permeating and reacting with the interface of the cathode electrode, thereby causing an incomplete oxidation-reduction reaction of oxygen gas at the cathode electrode.

본 발명의 또 다른 실시예는 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지에 해당할 수 있다.Another embodiment of the present invention may correspond to a fuel cell comprising the membrane-electrode assembly.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 나타낸 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a fuel cell according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지(200)는 연료와 물이 혼합된 혼합 연료를 공급하는 연료 공급부(210), 상기 혼합 연료를 개질하여 수소 가스를 포함하는 개질 가스를 발생시키는 개질부(220), 상기 개질부(220)로부터 공급되는 수소 가스를 포함하는 개질 가스가 산화제와 전기 화학적인 반응을 일으켜 전기 에너지를 발생시키는 스택(230), 및 산화제를 상기 개질부(220) 및 상기 스택(230)으로 공급하는 산화제 공급부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a fuel cell (200) according to the present invention may include a fuel supply unit (210) that supplies a mixed fuel in which fuel and water are mixed, a reforming unit (220) that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas containing hydrogen gas, a stack (230) that generates electrical energy by causing an electrochemical reaction between the reformed gas containing hydrogen gas supplied from the reforming unit (220) and an oxidizer, and an oxidizer supply unit (240) that supplies an oxidizer to the reforming unit (220) and the stack (230).

상기 스택(230)은 상기 개질부(220)로부터 공급되는 수소 가스를 포함하는 개질 가스와 산화제 공급부(240)로부터 공급되는 산화제의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 발생시키는 복수의 단위 셀을 구비할 수 있다.The above stack (230) may be equipped with a plurality of unit cells that generate electrical energy by inducing an oxidation/reduction reaction of a reforming gas containing hydrogen gas supplied from the reforming unit (220) and an oxidizing agent supplied from the oxidizing agent supply unit (240).

각각의 단위 셀은 전기를 발생시키는 단위의 셀을 의미하는 것으로서, 수소 가스를 포함하는 개질 가스와 산화제 중의 산소를 산화/환원시키는 상기 막-전극 접합체와, 수소 가스를 포함하는 개질 가스와 산화제를 막-전극 접합체로 공급하기 위한 분리판(또는 바이폴라 플레이트(bipolar plate)라고도 하며, 이하 '분리판'이라 칭한다)을 포함할 수 있다. 상기 분리판은 상기 막-전극 접합체를 중심에 두고, 그 양측에 배치된다. 이 때, 상기 스택의 최외측에 각각 위치하는 분리판을 특별히 엔드 플레이트라 칭하기도 한다.Each unit cell means a unit cell that generates electricity, and may include the membrane electrode assembly that oxidizes/reduces oxygen in a reforming gas containing hydrogen gas and an oxidizing agent, and a separator (also called a bipolar plate, hereinafter referred to as a 'separator') for supplying the reforming gas containing hydrogen gas and the oxidizing agent to the membrane electrode assembly. The separator is arranged on both sides of the membrane electrode assembly with the membrane electrode assembly at the center. At this time, the separator plates each positioned at the outermost side of the stack are specifically referred to as end plates.

상기 분리판 중 상기 엔드 플레이트에는 상기 개질부(220)로부터 공급되는 수소 가스를 포함하는 개질 가스를 주입하기 위한 파이프 형상의 제1 공급관(231)과, 산소 가스를 주입하기 위한 파이프 형상의 제2 공급관(232)이 구비되고, 다른 하나의 엔드 플레이트에는 복수의 단위 셀에서 최종적으로 미반응되고 남은 수소 가스를 포함하는 개질 가스를 외부로 배출시키기 위한 제1 배출관(233)과, 상기한 단위 셀에서 최종적으로 미 반응되고 남은 산화제를 외부로 배출시키기 위한 제2 배출관(234)이 구비될 수 있다.Among the above separators, the end plate may be provided with a first supply pipe (231) in the shape of a pipe for injecting a reformed gas containing hydrogen gas supplied from the reforming unit (220), and a second supply pipe (232) in the shape of a pipe for injecting oxygen gas. Another end plate may be provided with a first discharge pipe (233) for discharging a reformed gas containing hydrogen gas that is ultimately unreacted and remaining in a plurality of unit cells to the outside, and a second discharge pipe (234) for discharging an oxidizing agent that is ultimately unreacted and remaining in the unit cells to the outside.

상기 연료전지에 있어서, 상기 전기 발생부를 구성하는 세퍼레이터, 연료 공급부 및 산화제 공급부는 통상의 연료전지에서 사용되는 것이므로, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다. In the above fuel cell, the separator, fuel supply unit, and oxidizer supply unit constituting the electricity generating unit are those used in a typical fuel cell, and therefore, a detailed description thereof is omitted in this specification.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention, but this is only an example, and the scope of the rights of the present invention is not limited by the following contents.

[제조예: 강화복합막][Manufacturing example: reinforced composite membrane]

하기 표 1과 같이, 실시예 및 비교예에 따른 강화복합막을 제조하였다. As shown in Table 1 below, reinforced composite membranes were manufactured according to examples and comparative examples.

<비교예 1><Comparative Example 1>

평균기공크기 0.1㎛(마이크로미터), 두께 4㎛(마이크로미터)를 갖는 친수 처리된 폴리테트라플루오로에틸렌을 상온에서 이소프로필알코올이 담긴 반응조에 넣고 5분간 전처리 한 후, 전처리 된 상기 다공성 지지체를 다공도가 80%가 되도록 연신시켜 확장된 폴리테트라플루오르에틸렌을 얻는다. 상기 연신 단계에서 Cerium oxide를 0.05mmol/cm3만큼 파우더 형태로 넣었다. 에멀젼 상태로 분산된 Nafion 10 wt.% 용액(제품명: Nafion D1021)에 상기 확장된 폴리테트라플루오르에틸렌(또는 제1 다공성 지지체)을 상온에서 연속적으로 주입시켜 5분 동안 함침한 후, 60 ℃에서 4시간 건조하여 제1 층을 제조하였다. 제2 층은, 상기 제1 층과 동일한 방법으로 제조하되, 연신 단계를 통해 상기 제2 다공성 지지체의 다공도는 80%로 조절되고, Cerium oxide는 0.05mmol/cm3 만큼 파우더 형태로 첨가되었다. 상기 제2 층을 상기 제1 층 상에 적층하여, 최종 강화복합막을 제조하였다.Hydrophilically treated polytetrafluoroethylene having an average pore size of 0.1 ㎛ (micrometer) and a thickness of 4 ㎛ (micrometer) is placed in a reaction vessel containing isopropyl alcohol at room temperature and pretreated for 5 minutes, and then the pretreated porous support is stretched so that the porosity becomes 80% to obtain expanded polytetrafluoroethylene. In the stretching step, 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide is added in powder form. The expanded polytetrafluoroethylene (or first porous support) is continuously injected into a 10 wt.% Nafion solution (product name: Nafion D1021) dispersed in an emulsion state at room temperature and impregnated for 5 minutes, and then dried at 60° C. for 4 hours to produce a first layer. The second layer was manufactured in the same manner as the first layer, but the porosity of the second porous support was adjusted to 80% through a stretching step, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form. The second layer was laminated on the first layer to manufacture a final reinforced composite membrane.

<비교예 2><Comparative Example 2>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 60%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.15 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 60%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 80%, and 0.15 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<비교예 3><Comparative Example 3>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.059 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 60%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.059 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 60%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<비교예 4><Comparative Example 4>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.56 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 60%로 조절하고, Cerium oxide는 0.1 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.56 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 60%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<비교예 5> <Comparative Example 5>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 90%로 조절하고, Cerium oxide는 0.1 mmol/cm3 만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 29%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05mmol/cm3 만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 90%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 29%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<비교예 6><Comparative Example 6>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.1 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 76%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05mmol/cm3 만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 76%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<실시예 1><Example 1>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.15 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 60%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05mmol/cm3 만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.15 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 60%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<실시예 2><Example 2>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.1 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 60%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 60%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<실시예 3><Example 3>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide는 0.1 mmol/cm3만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 55%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 55%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

<실시예 4><Example 4>

비교예 1과 동일한 방법으로 강화복합막을 제조하되, 상기 제1 다공성 지지체를 연신하는 단계에서 다공도는 80%로 조절하고, Cerium oxide은 0.1 mmol/cm3 만큼 첨가하였다. 그 후, 제2 다공성 지지체를 제조할 때에는, 상기 연신 단계에서 다공도는 65%로 조절하고, Cerium oxide는 0.05 mmol/cm3만큼 파우더 형태로 첨가하였다.A reinforced composite membrane was manufactured using the same method as Comparative Example 1, but in the step of stretching the first porous support, the porosity was adjusted to 80%, and 0.1 mmol/cm 3 of cerium oxide was added. Thereafter, when manufacturing the second porous support, in the step of stretching, the porosity was adjusted to 65%, and 0.05 mmol/cm 3 of cerium oxide was added in powder form.

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 제1 다공성 지지체 다공도A1(%)Porosity of the first porous support A1(%) 8080 6060 8080 8080 9090 8080 8080 8080 8080 8080 제2 다공성 지지체 다공도 A2(%)Second porous support porosity A2(%) 8080 8080 6060 6060 2929 7676 6060 6060 5555 6565 A1-A2(%)A1-A2(%) 00 -20-20 2020 2020 6161 44 2020 2020 2525 1515 제1 과산화물 분해 촉진제 농도 B1 (mmol/cm3)Concentration of first peroxide decomposition accelerator B1 (mmol/cm 3 ) 0.050.05 0.050.05 0.0590.059 0.560.56 0.10.1 0.10.1 0.150.15 0.10.1 0.10.1 0.10.1 제2 과산화물 분해 촉진제 농도 B2 (mmol/cm3)Secondary peroxide decomposition accelerator concentration B2 (mmol/cm 3 ) 0.050.05 0.150.15 0.050.05 0.10.1 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 B1-B2 mmol/cm3)B1-B2 mmol/cm 3 ) 00 -0.1-0.1 0.0090.009 0.460.46 0.050.05 0.050.05 0.10.1 0.050.05 0.050.05 0.050.05 1) 제1 다공성 지지체 및 제2 다공성 지지체: ePTFE
2) 제1 과산화물 분해 촉진제 및 제2 과산화물 분해 촉진제: Cerium oxide(powder)
1) First porous support and second porous support: ePTFE
2) First peroxide decomposition accelerator and second peroxide decomposition accelerator: Cerium oxide (powder)

[실험예: OCV hold test 및 I-V polarization curve 측정 실험][Experimental example: OCV hold test and I-V polarization curve measurement experiment]

상기 실시예 및 비교예에 따른 강화복합막을 포함하는 막-전극 어셈블리에 대하여 OCV hold test 및 I-V polarization curve를 측정하였고, 상기 OCV hold test 결과를 하기 표 2에, 상기 I-V polarization curve 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 각각의 측정방법은 다음과 같다.The OCV hold test and I-V polarization curve were measured for the membrane-electrode assembly including the reinforced composite membrane according to the above examples and comparative examples. The results of the OCV hold test are shown in Table 2 below, and the results of the I-V polarization curve are shown in Table 3 below. The respective measurement methods are as follows.

1) OCV (Open Circuit Voltage) hold test 1) OCV (Open Circuit Voltage) hold test

평가 셀을 OCV 상태에 두고 일정 시간 간격 마다 셀 전압을 측정하여 초기 OCV 대비 감소율을 계산한다. Scribner 850 fuel cell test system을 사용하여 측정하였다(90℃, 30%RH, 50kPa 조건에서 평가). 구체적으로, 시간(hr)의 경과에 따른 OCV(V)/initial OCV(V)를 측정하였다.The evaluation cell is placed in the OCV state, and the cell voltage is measured at regular time intervals to calculate the decrease rate compared to the initial OCV. Measurements were made using the Scribner 850 fuel cell test system (evaluated under the conditions of 90℃, 30%RH, and 50kPa). Specifically, OCV(V)/initial OCV(V) over time (hr) was measured.

2) I-V polarization curve2) I-V polarization curve

평가 셀에 체결하여 electrical load를 step-by-step으로 걸어주며 안정화 후 셀 전압을 측정한다. Scribner 850 fuel cell test system을 사용한다(65℃에서 50%RH, 100%RH, 상압 조건에서 측정). 하기 표 3은, I-V polarization curve 상에서 0.6V일 때의 전류 밀도(mA/cm2)를 비교한 것이다.The evaluation cell is connected and the electrical load is applied step-by-step, and the cell voltage is measured after stabilization. The Scribner 850 fuel cell test system is used (measured under 50%RH, 100%RH, and normal pressure conditions at 65℃). Table 3 below compares the current density (mA/cm 2 ) at 0.6 V on the IV polarization curve.

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 40hr40hr 0.9410.941 0.9330.933 0.9400.940 0.9540.954 0.9230.923 0.9440.944 0.9470.947 0.9440.944 0.9420.942 0.9450.945 80hr80hr 0.9070.907 0.8850.885 0.9150.915 0.9310.931 0.8580.858 0.9250.925 0.9200.920 0.9190.919 0.9110.911 0.9220.922 120hr120hr 0.8060.806 0.7740.774 0.8110.811 0.9020.902 0.7120.712 0.8540.854 0.8760.876 0.8580.858 0.8310.831 0.8430.843

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 50% RH50% RH 673673 624624 716716 577577 741741 663663 731731 726726 737737 685685 100%RH100%RH 10941094 11121112 11051105 913913 11291129 11021102 11101110 11151115 11241124 11131113

상기 표 2 및 3을 참고하면, 실시예 1 내지 4는 비교예들과 대비하여 전반적으로 OCV 감소의 정도가 상대적으로 낮았고, 상대 습도(Relative humidity)가 낮은 50% RH 조건에서 상대적으로 높은 셀 전류밀도를 나타내어 저 가습 조건에서 화학적 내구성과 성능이 개선됨을 알 수 있다.Referring to Tables 2 and 3 above, Examples 1 to 4 showed a relatively low degree of OCV reduction overall compared to the comparative examples, and exhibited a relatively high cell current density under conditions of 50% RH with a low relative humidity, indicating improved chemical durability and performance under low humidity conditions.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

1: 제1 과산화물 분해 촉진제 2: 제2 과산화물 분해 촉진제
10: 제1 다공성 지지체 12: 제2 다공성 지지체
20: 제1 층 30: 제2 층
100: 강화복합막 TH1: 제1 두께
TH2: 제2 두께 D1: 제1 방향
D2: 제2 방향 150: 막-전극 어셈블리
40: 애노드 전극 50: 캐소드 전극
200: 연료전지 210: 연료 공급부
220: 개질부 230: 스택
231: 제1 공급관 232: 제2 공급관
233: 제1 배출관 234: 제2 배출관
240: 산화제 공급부
1: First peroxide decomposition accelerator 2: Second peroxide decomposition accelerator
10: First porous support 12: Second porous support
20: 1st floor 30: 2nd floor
100: Reinforced composite membrane TH1: First thickness
TH2: Second thickness D1: First direction
D2: Second direction 150: Membrane-electrode assembly
40: Anode electrode 50: Cathode electrode
200: Fuel cell 210: Fuel supply unit
220: Modified part 230: Stack
231: 1st supply pipe 232: 2nd supply pipe
233: First discharge pipe 234: Second discharge pipe
240: Oxidizer supply unit

Claims (14)

제1 다공성 지지체; 및 상기 제1 다공성 지지체 상에 배치된 제2 다공성 지지체;를 포함하는 강화복합막으로,
상기 제1 다공성 지지체의 기공에 제1 이온전도체가 충진된 제1 층; 및
상기 제2 다공성 지지체의 기공에 제2 이온전도체가 충진된 제2 층; 을 포함하되,
상기 제1 층은, 제1 과산화물 분해 촉진제를 포함하고,
상기 제2 층은, 제2 과산화물 분해 촉진제를 포함하고,
상기 제1 과산화물 분해 촉진제의 농도는, 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 농도보다 크고,
상기 제1 다공성 지지체의 제1 다공도는, 상기 제2 다공성 지지체의 제2 다공도보다 큰 것인,
강화복합막.
A reinforced composite membrane comprising a first porous support; and a second porous support disposed on the first porous support;
A first layer in which a first ion conductor is filled in the pores of the first porous support; and
A second layer in which a second ion conductor is filled in the pores of the second porous support; including:
The first layer comprises a first peroxide decomposition accelerator,
The second layer comprises a second peroxide decomposition accelerator,
The concentration of the first peroxide decomposition accelerator is greater than the concentration of the second peroxide decomposition accelerator,
The first porosity of the first porous support is greater than the second porosity of the second porous support.
Reinforced composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 제1 과산화물 분해 촉진제의 농도 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 농도 차이는 0.01 내지 0.45 mmol/cm3인 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane wherein the difference in the concentration of the first peroxide decomposition accelerator and the concentration of the second peroxide decomposition accelerator is 0.01 to 0.45 mmol/cm 3 .
제1항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제2 층의 두께 비율은 5:95 내지 95:5인 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane having a thickness ratio of the first layer and the second layer of 5:95 to 95:5.
제1항에 있어서,
상기 제1 과산화물 분해 촉진제 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제는, 각각 독립적으로 금속계 과산화물 분해 촉진제, 유기계 과산화물 분해 촉진제 및 과산화물 분해 촉진 염 화합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane, wherein the first peroxide decomposition accelerator and the second peroxide decomposition accelerator each independently include at least one selected from the group consisting of a metal-based peroxide decomposition accelerator, an organic peroxide decomposition accelerator, and a peroxide decomposition accelerator salt compound.
제4항에 있어서,
상기 금속계 과산화물 분해 촉진제는,
세륨 이온, 니켈 이온, 텅스텐 이온, 코발트 이온, 크롬 이온, 지르코늄 이온, 이트륨 이온, 망간 이온, 철 이온, 티타늄 이온, 바나듐 이온, 몰리브덴 이온, 란탄 이온, 네오디뮴 이온, 은 이온, 백금 이온, 루테늄 이온, 팔라듐 이온, 로듐 이온, 산화 세륨, 산화 니켈, 산화 텅스텐, 산화 코발트, 산화 크롬, 산화 지르코늄, 산화 이트륨, 산화 망간, 산화 철, 산화 티타늄, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 란탄 및 산화 네오디뮴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 강화복합막.
In paragraph 4,
The above metal peroxide decomposition accelerator is,
A reinforced composite membrane comprising any one selected from the group consisting of cerium ions, nickel ions, tungsten ions, cobalt ions, chromium ions, zirconium ions, yttrium ions, manganese ions, iron ions, titanium ions, vanadium ions, molybdenum ions, lanthanum ions, neodymium ions, silver ions, platinum ions, ruthenium ions, palladium ions, rhodium ions, cerium oxide, nickel oxide, tungsten oxide, cobalt oxide, chromium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, manganese oxide, iron oxide, titanium oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, lanthanum oxide, and neodymium oxide.
제4항에 있어서,
상기 유기계 과산화물 분해 촉진제는,
시링산(Syringic acid), 바닐산(Vanillic acid), 프로토카테츄산(Protocatechuic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 카페산(Caffeic acid), 페룰산(Ferulic acid), 클로로겐산(Chlorogenic acid), 시나린(Cynarine), 갈릭산(Galic acid) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 강화복합막.
In paragraph 4,
The above organic peroxide decomposition accelerator is,
A reinforced composite membrane comprising any one selected from the group consisting of syringic acid, vanillic acid, protocatechuic acid, coumaric acid, caffeic acid, ferulic acid, chlorogenic acid, cynarine, gallic acid, and mixtures thereof.
제4항에 있어서,
상기 과산화물 분해 촉진 염 화합물은,
금속의 탄산염, 초산염, 염화염, 불화염, 황산염, 인산염, 텅스텐산염, 수산화염, 초산암모늄염, 황산암모늄염, 아세틸아세토네이트염 및 과망간니즈산염으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 강화복합막.
In paragraph 4,
The above peroxide decomposition promoting salt compound is,
A reinforced composite membrane comprising one selected from the group consisting of metal carbonates, acetates, chlorides, fluorides, sulfates, phosphates, tungstates, hydroxides, ammonium acetates, ammonium sulfates, acetylacetonates and permanganates.
제1항에 있어서,
상기 제1 과산화물 분해 촉진제 및 상기 제2 과산화물 분해 촉진제의 평균 입도는 각각 독립적으로, 0.1 내지 100 nm(나노미터)인 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane wherein the average particle sizes of the first peroxide decomposition accelerator and the second peroxide decomposition accelerator are each independently 0.1 to 100 nm (nanometers).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 다공도와 상기 제2 다공도의 차이는 5 내지 60%인 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane having a difference between the first porosity and the second porosity of 5 to 60%.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 이온전도체의 당량(Equivalent weight; EW)은 각각 독립적으로, 400 내지 1500 g/eq인 강화복합막.
In the first paragraph,
A reinforced composite membrane, wherein the equivalent weights (EW) of the first and second ion conductors are each independently 400 to 1500 g/eq.
제11항에 있어서,
상기 제1 이온전도체의 당량은, 상기 제2 이온전도체의 당량보다 큰, 강화복합막.
In Article 11,
A reinforced composite membrane, wherein the equivalent weight of the first ion conductor is greater than the equivalent weight of the second ion conductor.
제1항에 따른 강화복합막; 캐소드 전극; 및 애노드 전극을 포함하는 막-전극 어셈블리로서,
상기 강화복합막은, 상기 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극 사이에 배치되고,
상기 제1 층은, 상기 캐소드 전극 및 상기 제2 층 사이에 배치되는 막-전극 어셈블리.
A membrane-electrode assembly comprising a reinforced composite membrane according to claim 1; a cathode electrode; and an anode electrode,
The above reinforced composite film is placed between the cathode electrode and the anode electrode,
The first layer is a membrane-electrode assembly disposed between the cathode electrode and the second layer.
제13항에 따른 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지.


A fuel cell comprising a membrane electrode assembly according to claim 13.


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