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KR20060021345A - 직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산방법 - Google Patents

직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산방법 Download PDF

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KR20060021345A
KR20060021345A KR1020057023331A KR20057023331A KR20060021345A KR 20060021345 A KR20060021345 A KR 20060021345A KR 1020057023331 A KR1020057023331 A KR 1020057023331A KR 20057023331 A KR20057023331 A KR 20057023331A KR 20060021345 A KR20060021345 A KR 20060021345A
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cathode
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홀거 디지알라스
산드라 위띠파알
요아힘 코울러
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우미코레 아게 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은 전기 화학적 장치들, 특히 직접 메탄올 연료 전지들(DMFC)용의 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 DMFC용의 다중층 MEUs는 양극 가스 확산 기판, 양극 촉매층, 이오노머 멤브레인, 음극 촉매층 및 음극 가스 확산 기판으로 구성되고, 양극 촉매층은 양극 가스 확산 기판에 인가되는 한편, 음극 촉매층은 멤브레인 상에 직접적으로 존재한다.
감소된 귀금속 소비와 함께 개선된 전력 값들이 본 발명에 따라 달성될 수 있다.

Description

직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산 방법 {MEMBRANE-ELECTRODE UNIT FOR DIRECT METHANOL FUEL CELLS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 전기 화학적 장치, 특히 직접 메탄올 연료 전지(DMFC) 용 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산 방법에 관한 것이다.
연료 전지들은 2개의 전극들의 별개의 위치에서 연료 및 산화제를 전기, 열 및 물로 변환시킨다. 수소, 메탄올 또는 수소-농축 가스는 연료로서 사용될 수 있고, 산소 또는 공기는 산화제로서 사용될 수 있다. 연료 전지에서 에너지 변환 공정은 오염물들 및 특히 높은 효율로 상당히 자유롭게 구별된다. 이러한 이유 때문에, 연료 전지들은 대체 구동 개념에서, 가정용 에너지 공급 시스템들 및 휴대용 용도들에서 점점 중요해지고 있다.
멤브레인 연료 전지들, 예를 들면 중합체 전해질 연료 전지(PEMFC) 및 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)는 이들의 낮은 작동 온도, 이들의 치밀한 디자인 및 이들의 전력 밀도 덕분에 많은 이동형 및 정지형 용도들에 적합하다.
DMFC 연료 전지들은 (PEM 연료 전지들과 마찬가지로) 스택 내에 배열된 많은 연료 전지 유닛들로 구성된다. 이들은 작동 전압을 증가시키기 위해 전기적으로 직렬로 접속된다.
DMFC 연료 전지의 코어는 이른바 멤브레인 전극 유닛(MEU)이라 칭한다. MEU는 5개의 층들: 즉 양성자-전도 멤브레인(중합체 전해질 또는 이오노머 멤브레인), 멤브레인 측면들 상의 2개의 가스 확산층들(GDLs 또는 후방) 및 멤브레인과 가스 확산 기판들 사이에 존재하는 전극층들로 구성된다. 따라서, 이는 5-층 MEU라 칭하기도 한다. 전극층들 중의 하나는 메탄올의 산화를 위한 양극의 형태이고, 제2 전극층은 산소의 환원을 위한 음극의 형태이다.
중합체 전해질 멤브레인은 양성자-전도 중합체 물질들로 구성된다. 이들 물질들은 이하 짧게 이오노머들(ionomers)이라 칭한다. 술폰산기를 갖는 테트라플루오로에틸렌/플루오로비닐 에테르 공중합체가 바람직하게 사용된다. 이 물질은 예를 들면 듀폰사가 상표명 Nafion® 으로 시판하고 있다. 그러나, 다른 물질, 특히 도핑된 술폰화된 폴리에테르케톤들 또는 도핑된 술폰화되거나 또는 설핀화된 아릴 케톤류 또는 폴리벤즈이미다졸류 등의 불소 없는 이오노머 물질들이 사용될 수도 있다. 적절한 이오노머 물질들은 O. Savadogo에 의해 "Journal of New Materials for Electrochemical Systems" I, 47-66(1998)에 기재되어 있다. DMFC 연료 전지들에서 사용하기 위해, 이들 멤브레인들은 일반적으로 30 내지 200 미크론의 두께를 필요로 한다.
가스 확산층들은 보편적으로 탄소 섬유 페이퍼, 탄소 섬유 부직포 또는 탄소 섬유 직물로 구성되고, 양극 상의 반응층으로의 메탄올의 액세스 및 음극 상에 생 성된 물의 제거를 동시적인 양호한 전기 전도성에 의해 고무시킨다. 가스 확산층들은 PTEE에 의해 소수성으로 될 수 있고(있거나) 보상층(예, 카본 블랙/PTEE)을 가질 수 있다.
DMFC에서, 메탄올(또는 메탄올 수용액)은 직접적으로 CO2, 물 및 전류로 변환된다. 이러한 배치를 위해, "액체 피드"가 사용된다.
대응하는 반응식들은 다음과 같다:
양극 : CH3OH + H2O → CO2 + 6 H+ + 6e-
음극: 3/2 O2 + 6 H+ + 6e- → 3 H2O
전체 반응: CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O
DMFC의 양극 및 음극을 위한 전극층들은 각각의 반응(메탄올의 산화 또는 산소의 환원)을 촉매하는 양성자-전도 중합체 및 전기-촉매들을 함유한다. 촉매적으로 활성인 성분들로서, 바이메탈 백금/루테늄 촉매는 양극 상에서 사용되는 것이 바람직하고, 백금 촉매는 음극측에 사용되는 것이 바람직하다. 촉매적으로 활성인 백금족 금속들이 전도성 지지체 물질의 표면에 고도로 분산된 형태로 인가된 이른바 지지된 촉매들, 예를 들면 카본 블랙이 대부분의 경우들에 사용된다. 그러나, Pt 및 PtRu 분말(이른바 백금 블랙)을 사용할 수도 있다. 전형적으로, DMFC-MEU의 귀금속의 전체 하중은 약 4 내지 10mg의 귀금속/cm2이다.
피크 전력 밀도들은 (묽은 메탄올 용액을 사용하는 60 내지 80℃에서의 오퍼 레이션에 대해) 100 내지 500 mW/cm2 범위이다.
DMFC 연료 전지 기술의 발전에서 주요 과제들은
- 오늘날까지 과도하게 낮은 전력 밀도 (메탄올 산화의 느린 반응 속도로 인함)
- 음극측으로 멤브레인을 통한 메탄올의 통행 ("MeOH 교차") 및
- 귀금속-함유 촉매의 높은 하중이다.
따라서, 일반적으로 감소된 귀금속 하중과 함께 DMFC의 높은 전력 밀도를 달성하는 것이 필요하다.
US 5,599,638호는 이온-도전성 멤브레인에 기초한 액체-피드 DMF를 개시하고 있다. 여기서 Nafion®-함침된 가스 확산 기판들 및(또는) 전극들이 사용된다. 함침제의 전형적인 비율은 가스 확산 기판의 2 내지 10중량%이다. 그러나, 그에 따라 달성된 전력 밀도의 증가 및 귀금속 소비의 감소는 여전히 만족스럽지 못하다.
US 6,187,467호는 마찬가지로 DMFC에 사용하기 위한 Nafion®과 전극의 함침을 개시한다. 전극 촉매는 순차로 함침된 전극에 인가된다. 그에 따라 달성된 DMFC의 전력 밀도는 만족스럽지 못하다.
US 6,221,523호는 DMFC용 MEUs를 생산하기 위해 촉매들로 이오노머 멤브레인을 직접 코팅하는 것을 개시한다. 촉매층들(양극층 뿐만 아니라 음극층) 모두는 멤브레인과 직접 접촉한다. 촉매 코팅층이 없는 가스 확산 기판들이 유일하게 순차적으로 인가된다. 보다 높은 전력 밀도가 달성되지만, 여전히 충분치 않다.
따라서, 본 발명은 직접 메탄올 연료 전지(DMFC) 용의 개선된 5-층 멤브레인 전극 유닛들(MEUs)을 제공하는 것에 관한 것이다. 본 발명에 따른 MEUs는 귀금속 소비가 적은 것과 함께 높은 전력 밀도를 갖는다.
본 발명에 따른 DMFC-MEUs는 양극 가스 확산 기판, 양극 촉매층, 이오노머 멤브레인, 음극 촉매 층 및 음극 가스 확산 기판으로 구성되고, 양극 촉매층이 양극 가스 확산 기판에 인가되는 동안, 음극 촉매층은 멤브레인 상에 직접적으로 존재하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조는 도 1에 나타낸다.
제2 실시예에서, 양극층은 이른바 "이중층 양극"의 형태이다. 이러한 이중층 양극은 가스 확산 기판에 인가된 양극 촉매층(A1) 및 이오노머 멤브레인에 직접적으로 인가된 양극 촉매층(A2)으로 구성되는 한편, 음극 촉매층(K1)은 이오노머 멤브레인에 직접적으로 인가된다(역시 도 1 참조).
본 발명의 2개의 실시예들의 공통 특성들은 이오노머 멤브레인에 직접적으로 인가된 음극 촉매층의 존재이고, 양극 촉매층은 가스 확산 기판에 완전히 또는 부분적으로 인가된다.
이는 모든 촉매층들이 상호 독립적으로 생산될 수 있고, 맞춤-제작될 수 있기 때문에 상당히 유리하게 달성될 수 있게 한다.
촉매층들은 상호 확산될 수 있다. 이들은 상이한 촉매 잉크들로 제조될 수 있고, 상이한 촉매 비율들 및 귀금속 하중들(mg Pt/cm2)을 가질 수 있다. 상이한 전기 촉매들(귀금속-함유하거나 또는 귀금속을 함유하지 않는 지지된 촉매들 및 지지되지 않은 귀금속 블랙들)이 잉크들 중에 사용될 수 있다.
예를 들면, 양극 측에서 양극 촉매층은 큰 층 두께, 큰 촉매 하중, 큰 다공성 및 양호한 친수성으로 생산될 수 있는 한편, 음극 측에서 음극 촉매층은 가능한 한 얇게 되도록 이오노머 멤브레인에 대한 양호한 결합력으로 생산될 수 있다.
전형적으로, 양극 촉매층의 층 두께는 약 20 내지 100 미크론인 한편, 음극 촉매층들의 두께는 5 내지 50 미크론이다. 본 발명에 따른 MEU의 평균 촉매 하중은 양극 측에서 0.25 - 6 mg의 귀금속/cm2이고 음극 측에서 0.1 - 2.6 mg의 귀금속/cm2이다.
놀랍게도, DMFC의 전력 밀도에 관한 개선들은 음극 촉매층의 얇은 층 두께 및 양호한 멤브레인 결합에 의해 달성될 수 있는 것으로 밝혀지고 있다. 음극 촉매층의 작은 층 두께 덕택에, 결과의 음극의 물은 보다 신속히 수송될 것으로 가정된다. 이는 MEU에서 대량 수송 손실을 저하시키는 것을 초래한다. 이는 다시 상당히 개선된 전력 밀도, 특히 높은 전류 밀도 범위를 유도한다. 더욱이, 얇은 음극 촉매층에서 산소 확산이 개선되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 MEU의 음극측의 생산을 위해, 이오노머 멤브레인들의 직접 코팅을 위한 공지된 방법들이 사용될 수 있다(예, EP 1 037 295로부터). 이중층 양극 (층들 A1 및 A2)의 실시예에서, 층 A2는 마찬가지로 이오노머 멤브레인의 직접 코팅에 의해 생산된다.
양극층 A1의 생산을 위해, 가스 확산 기판 (임의로 소수성으로 되고/되거나 마이크로층에 의해 코팅됨)은 공지된 코팅 방법들을 사용하여 코팅 잉크로 코팅된다.
MEU의 생산을 위해, 가스 확산 기판들 모두는 이오노머 멤브레인과 정확한 레지스터 내에서 합해지고, 압력 및 온도의 보조 하에, 임의로 밀봉재 또는 접합제 물질의 사용에 의해 유닛화된다. 본 발명에 따른 MEUs의 생산은 또한 적절한 디바이스들을 사용하는 연속적인 방법들에 의해 가능하다. 스트립형 기판들(멤브레인들, 가스 확산 기판들)이 사용된다.
다음 실시예들은 보호 범위의 제한 없이 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 의도된다.
실시예 1 (실시 양태 1)
양극층의 생산: 가스 확산 기판 (SGL로부터 보상층에 의해 소수성으로 되는 담배 형)은 스크린 인쇄 방법에 의해 양극 촉매층을 구비한다. 인쇄 포맷은 7.5 x 7.5 cm(약 50 cm2의 활성 영역)이다.
양극 잉크의 조성:
18.0g의 PtRu 지지된 촉매
(카본 블랙 상의 PtRu 60중량%; US 6,007,934호에 대응하는 촉매)
60.0g의 Nafion® 용액 (물 중의 15중량%)
12.0g의 물 (무기질 제거됨)
10.0g의 프로필렌 글리콜
100.0g
80℃에서 10분 동안 건조시킨 후, 양극 촉매층의 층 두께는 60 미크론이고, 촉매 하중은 2.25 mg PtRu/cm2이다. 이어서, 촉매-코팅된 전극은 80℃에서 탈염수 중에서 세척되고 건조된다.
이후, 125미크론 두께의 스트립형 중합체 전해질 멤브레인(Nafion 115®)이 음극 잉크에 의해 정면에 코팅된다(EP 1 037 295호에 따른 공정).
음극 잉크의 조성:
18.0g의 Pt 지지된 촉매
(카본 블랙 상의 Pt 60중량%)
60.0g의 Nafion® 용액 (프로필렌 글리콜 중의 15중량%)
6.0g의 물 (무기질 제거됨)
16.0g의 프로필렌 글리콜
100.0g
80℃에서 10분 동안 건조시킨 후, 음극 촉매층의 층 두께는 20 미크론이고, 촉매 하중은 1.2 mg Pt/cm2이다. 촉매-코팅된 전극은 80℃에서 탈염수 중에서 세척된다.
50 cm2의 활성 영역을 갖는 8 x 8 cm 조각이 한쪽 측면 상에 코팅된 이오노머 멤브레인으로부터 절단된다. 5-층 MEU의 생산을 위해, 양극 촉매로 코팅된 가스 확산 기판은 코팅된 이오노머 멤브레인으로 압박되고, 음극 가스 확산 기판(소수성으로 되기 시작하는 담배형 탄소 섬유 페이퍼로 구성됨, SGL)은 열 및 압력(130℃, 150 N/cm2)에 의해 압박된다.
활성 전지 영역은 50 cm2이다. 성능 시험들에서, 물 중의 1-몰 메탄올 용액이 사용되고, 메탄올 유동률은 4ml/분이고, 전지 온도는 60℃이다. 공기가 음극 가스로서 사용된다. 매우 양호한 전력 밀도가 이 전지에 대해 측정된다.
실시예 2 (실시 양태 2)
양극층의 생산은 실시예 1에 기재된 바와 같이 실시된다. 가스 확산 기판(=A1) 상의 양극층 외에, 이오노머 멤브레인의 후방은 음극 촉매(층 K1)로 코팅된 후 추가의 양극 촉매(=층 A2)를 구비한다. 이러한 층의 멤브레인으로의 인가는 실시예 1에 개시된 바와 같이 실시되지만, 적절한 양극 촉매 잉크가 사용된다.
50 cm2의 활성 영역을 갖는 8 x 8 cm 조각이 양쪽 측면 상에 코팅된 이오노머 멤브레인으로부터 절단된다. MEU의 생산을 위해, 양극 촉매(층 A1)로 코팅된 가스 확산 기판은 양쪽 측면(층들 A2 및 K1) 상에 코팅된 이오노머 멤브레인 및 음극 가스 확산 기판(소수성으로 되기 시작하는 시그라셋(sigracet) 타입의 담배형 탄소 섬유 페이퍼로 구성됨, SGL)과 일치하도록 유닛화되고, DMFC 연료 전지 내에 설치된다.
활성 전지 영역은 50 cm2이다. 성능 시험들에서, 물 중의 1-몰 메탄올 용액이 사용되고, 메탄올 유동률은 4ml/분이고, 전지 온도는 60℃이다. 공기가 음극 가스로서 사용된다. 매우 양호한 전력 밀도가 마찬가지로 이 전지에 대해 측정된다.

Claims (9)

  1. 양극 가스 확산 기판, 양극 촉매층, 이오노머 멤브레인, 음극 촉매층 및 음극 가스 확산 기판으로 구성되고, 여기서 양극 촉매층은 양극 가스 확산 기판에 인가되고, 음극 촉매층은 멤브레인 상에 직접적으로 존재하는 것인 직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극 촉매층은 양극 가스 확산 기판 및 이오노머 멤브레인 모두에 인가되고, 음극 촉매층은 상기 멤브레인 상에 직접적으로 존재하는 것인 멤브레인 전극 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양극 촉매층의 층 두께는 20 내지 200 미크론이고, 상기 음극 촉매층의 층 두께는 5 내지 50 미크론인 멤브레인 전극 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극층의 귀금속 하중은 0.25 내지 6mg의 귀금속/cm2이고, 상기 음극층의 귀금속 하중은 0.1 내지 2.5mg의 귀금속/cm2인 멤브레인 전극 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 지지되거나 또는 지지되지 않은 바이메탈 백금/루테늄 촉매들이 양극 촉매로서 사용되는 것인 멤브레인 전극 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 지지되거나 또는 지지되지 않은 백금-함유 촉매들이 음극 촉매로서 사용되는 것인 멤브레인 전극 유닛.
  7. 양극 가스 확산 기판을 양극 촉매 잉크로 코팅하는 단계,
    상기 코팅된 양극 가스 확산 기판을 건조시키는 단계,
    한쪽 측면 상의 이오노머 멤브레인을 음극 촉매 잉크로 코팅하는 단계,
    한쪽 측면 상의 상기 이오노머 멤브레인을 건조시키는 단계 및
    한쪽 측면 상에 코팅된 이오노머 멤브레인을 갖는 코팅된 양극 가스 확산 기판 및 음극 가스 확산 기판을 유닛화하는 단계를 포함하는, 직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛의 생산 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 촉매-코팅된 가스 확산 기판들 또는 이오노머 멤브레인들을 물로 세척하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 20 내지 90℃의 온도에서 액체 메탄올/물 혼합물들과 작동하는 직접 메탄올 연료 전지들의 생산을 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 청구된 바의 멤브레인 전극 유닛들의 용도.
KR1020057023331A 2003-06-04 2004-03-30 직접 메탄올 연료 전지용 멤브레인 전극 유닛 및 그의 생산방법 KR101113377B1 (ko)

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DE10325324.6 2003-06-04
PCT/EP2004/003362 WO2004109828A2 (de) 2003-06-04 2004-03-30 Membran-elektroden-einheit für methanol-brennstoffzellen und verfahren zu ihrer herstellung

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100864957B1 (ko) * 2007-01-03 2008-10-23 한국과학기술연구원 두께 구배를 가지는 촉매층을 포함하는 막 전극 집합체, 그제조 방법, 상기 막 전극 집합체를 포함하는 연료전지 및그 운전 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7098163B2 (en) * 1998-08-27 2006-08-29 Cabot Corporation Method of producing membrane electrode assemblies for use in proton exchange membrane and direct methanol fuel cells
EP1601037B1 (de) 2004-05-28 2015-09-30 Umicore AG & Co. KG Membran-Elektroden-Einheit für Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC)
WO2006018257A2 (en) 2004-08-20 2006-02-23 Umicore Ag & Co. Kg Platinum/ruthenium catalyst for direct methanol fuel cells
KR100738062B1 (ko) * 2006-05-16 2007-07-10 삼성에스디아이 주식회사 막 전극 접합체 및 이를 이용한 연료전지
KR100846478B1 (ko) * 2006-05-16 2008-07-17 삼성에스디아이 주식회사 담지 촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 연료전지
JP5131419B2 (ja) * 2006-06-09 2013-01-30 信越化学工業株式会社 ダイレクトメタノール型燃料電池用電解質膜・電極接合体
US20080299431A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Cabot Corporation Membrane electrode assembly for fuel cell
WO2009106620A1 (de) * 2008-02-29 2009-09-03 Basf Se 5- oder 7-lagige membranelektrodeneinheit (mea) und deren herstellung durch heisspressen in gegenwart von lösungsmitteldampf
WO2011028998A1 (en) * 2009-09-03 2011-03-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Improved catalyst coated membranes having composite, thin membranes and thin cathodes for use in direct methanol fuel cells
JP5435094B2 (ja) * 2012-09-07 2014-03-05 信越化学工業株式会社 ダイレクトメタノール型燃料電池用電解質膜・電極接合体
CN109921033B (zh) * 2017-12-13 2021-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池膜电极的制备方法
WO2020115450A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-11 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procédé de fabrication d'un assemblage membrane-électrode pour pile à combustible
FR3089694A3 (fr) * 2018-12-07 2020-06-12 Michelin & Cie Procédé de fabrication d’un assemblage membrane-électrode pour pile à combustible
CN111326775B (zh) * 2018-12-17 2021-07-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于超薄膜直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
CN111326774B (zh) * 2018-12-17 2021-11-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种低载量直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
CN112909267A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 南京壹元新能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池用mea及其制备方法
CN114865029A (zh) * 2022-05-17 2022-08-05 上海安池科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极及其制备方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234777A (en) * 1991-02-19 1993-08-10 The Regents Of The University Of California Membrane catalyst layer for fuel cells
US5635039A (en) * 1993-07-13 1997-06-03 Lynntech, Inc. Membrane with internal passages to permit fluid flow and an electrochemical cell containing the same
CA2139167C (en) * 1993-12-29 1997-12-02 Keijiro Yamashita Electrode used in electrochemical reaction and fuel cell using the same
US5523177A (en) * 1994-10-12 1996-06-04 Giner, Inc. Membrane-electrode assembly for a direct methanol fuel cell
GB9507012D0 (en) * 1995-04-05 1995-05-31 Johnson Matthey Plc Improved electrode
US6444343B1 (en) * 1996-11-18 2002-09-03 University Of Southern California Polymer electrolyte membranes for use in fuel cells
US5992008A (en) * 1998-02-10 1999-11-30 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell with reduced catalyst loading
WO2000044055A2 (en) * 1999-01-22 2000-07-27 California Institute Of Technology Membrane-electrode assemblies for direct methanol fuel cells
DE19910773A1 (de) * 1999-03-11 2000-09-28 Degussa Verfahren zum Aufbringen von Elektrodenschichten auf eine bandförmige Polymerelektrolytmembran für Brennstoffzellen
JP4974403B2 (ja) * 2000-05-31 2012-07-11 日本ゴア株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
DE10037072A1 (de) * 2000-07-29 2002-02-14 Omg Ag & Co Kg Membran-Elektrodeneinheit für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
US7125620B2 (en) * 2000-11-30 2006-10-24 Mti Microfuel Cells, Inc. Fuel cell membrane and fuel cell system with integrated gas separation
DE10059743A1 (de) * 2000-12-01 2002-06-20 Rolf Hempelmann Verfahren zur Katalysatorabscheidung
US6878473B2 (en) * 2001-05-02 2005-04-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell power generating apparatus, and operating method and combined battery of fuel cell power generating apparatus
JP2002343378A (ja) * 2001-05-18 2002-11-29 Hitachi Ltd 燃料電池，燃料電池発電装置及びそれを用いた機器
DE10159476A1 (de) * 2001-12-04 2003-07-17 Omg Ag & Co Kg Verfahren zur Herstellung von Membran-Elektrodeneinheiten für Brennstoffzellen
JP3742385B2 (ja) * 2002-12-26 2006-02-01 株式会社東芝 直接型メタノール燃料電池システム、携帯用電子機器及び直接型メタノール燃料電池システムの液体燃料残存量の検出方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100864957B1 (ko) * 2007-01-03 2008-10-23 한국과학기술연구원 두께 구배를 가지는 촉매층을 포함하는 막 전극 집합체, 그제조 방법, 상기 막 전극 집합체를 포함하는 연료전지 및그 운전 방법

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