연료 전지용 촉매 및 이의 제조 방법, 그리고 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법
CATALYST FOR FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND MEMBRANE-ELECTRODE ASSMBLY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
특허 요약
본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 촉매는 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매 상에 도핑된 소정의 금속을 포함하고, 상기 도핑된 소정의 금속은 인듐(In), 갈륨(Ga), 탄탈럼 산화물(TaO), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 및 가돌리늄(Gd) 으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것일 수 있다.
청구항
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음극과 양극, 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 위치하는 나피온 막을 포함하며,상기 음극은 백금(Pt) 나노 입자 촉매로 구성되고,상기 양극은 소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매로 구성되고,상기 음극과 상기 양극은 상기 나피온 막의 양쪽에서 스프레이 제조 방식을 통해 각각 코팅되고,상기 도핑된 소정의 금속은 인듐(In), 갈륨(Ga), 탄탈럼 산화물(TaO), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 및 가돌리늄(Gd) 으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것이며,상기 양극의 상기 소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매는, 상기 백금(Pt)과 상기 니켈(Ni)을 탄소 담체상에 담지하여 생성되고, 상기 백금(Pt)은 상기 탄소 담체상에 담지한 상기 백금(Pt)-니켈(Ni) 및 상기 도핑된 소정의 금속을 포함한 전체 중 14±1 wt%로 구성되고, 상기 도핑된 소정의 금속은 상기 백금(Pt) 및 상기 니켈(Ni) 대비 0.2at% 내지 1.1at% 또는 1.3at% 내지 2.2at%로 구성되고, 상기 백금(Pt)과 상기 니켈(Ni)을 상기 탄소 담체상에 담지 한 이후에 상기 소정의 금속을 도핑하여 형성된 것인,연료전지용 막-전극 접합체.

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제 6항에 있어서,상기 소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매는 팔면체 구조로 구성된 연료전지용 막-전극 접합체.

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제 6항에 있어서,상기 탄소 담체는 흑연, 덴카블랙, 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 와이어, 카본나노볼, HMC, 활성 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것인 연료전지용 막-전극 접합체.

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백금(Pt) 나노 입자 촉매로 음극을 구성하는 단계;소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매를 포함하는 연료전지용 촉매로 양극을 구성하는 단계;상기 음극과 상기 양극 사이에 나피온 막을 위치하는 단계; 및상기 음극과 상기 양극을 상기 나피온 막의 양쪽에 스프레이 제조 방식을 통해 각각 코팅하는 단계;를 포함하고,상기 도핑된 소정의 금속은 인듐(In), 갈륨(Ga), 탄탈럼 산화물(TaO), 루테늄(Ru), 지르코늄(Zr), 및 가돌리늄(Gd) 으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것이고,상기 소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매는, 상기 백금(Pt)과 상기 니켈(Ni)을 탄소 담체상에 담지하여 생성되고, 상기 백금(Pt)은 상기 탄소 담체상에 담지한 상기 백금(Pt)-니켈(Ni) 및 상기 도핑된 소정의 금속을 포함한 전체 중 14±1 wt%로 구성되고, 상기 도핑된 소정의 금속은 상기 백금(Pt) 및 상기 니켈(Ni) 대비 0.2at% 내지 1.1at% 또는 1.3at% 내지 2.2at%로 구성되고, 상기 백금(Pt)과 상기 니켈(Ni)을 상기 탄소 담체상에 담지 한 이후에 상기 소정의 금속을 도핑하여 형성되는,연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.

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제 17항에 있어서,상기 소정의 금속이 도핑된 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매는 팔면체 구조로 구성된 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.

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제 17항에 있어서,상기 백금(Pt)-니켈(Ni) 나노 입자 촉매상에 도핑된 소정의 금속을 포함하는 연료전지용 촉매로 양극을 구성하는 단계는,170˚C에서 48 시간 동안 교반 및 열적 환원 반응을 통해 상기 소정의 금속을 도핑함으로써 상기 양극을 구성하는 것인, 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.

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제 17항에 있어서,상기 탄소 담체는 흑연, 덴카블랙, 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 와이어, 카본나노볼, HMC, 활성 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것인 연료전지용 막-전극 접합체 제조방법.