(1) 제품설명

모든 연료전지 전극에 사용 가능한 안정적인 잉크로 화재 위험 및 재료 낭비를 방지하는 분산 방법이고 내구성있는 연료전지용의 신뢰성 있는 막전극접합체 ( MEA )를 제작할 수 있는 전기 촉매 잉크 제조는 분말 촉매를 적절한 용매와 나피온 용액에 분산시키는 여러 단계로 구성됩니다. 일반적으로 백금 전기 촉매는 발화성이 매우 높은 물질로, 잉크 제조 과정에서 화재 위험을 초래하며 또한, 재료를 제대로 다루지 않으면 분산 과정에서 상당량의 고가의 전기 촉매가 손실됩니다. 연료전지 업계에서는 MEA용 안정적이고 잘 분산된 전기 촉매 잉크를 만드는 것이 어려운 과제였고 우노잉크 ( Uno-Ink )는 고분자전해질 연료전지 ( PEMFC ) 전극을 만들기 위한 분무/브러싱에 이상적인 매우 안정적인 백금 전기 촉매-나피온 분산액입니다. 이 혁신적인 잉크 제형은 미세다공층으로 코팅된 카본페이퍼 / 카본클로스 및 나피온 막과 같은 다양한 기판에 코팅하는 데 적합합니다. 또한 카본클로스 ( Carbon Cloth ) 에 양면 미세다공층 ( MPL = Micro Porous Layer )을 코팅한 가스확산층 ( GDL = Gas Diffusion Layer )을 적용하여 다양한 작동 조건에서 최첨단 성능을 발휘하도록 설계되었습니다.

본 MEA 제작 키트는 사용자가 직접 우노잉크 ( Uno-Ink ) 와 양면 미세다공층 카본클로스를 사용하여 막전극접합체 = MEA ( Membrane Electrode Assembly )를 제작할 수 있으며 제작한 MEA의 예상 성능은 하기의 Uno-Ink MEA와 같습니다.

MEA 제작 키트는 MEA를 제작하는 크기 및 수량에 따라서 사용자가 적절하게 선택할 수 있도록 하기의 두가지 제품 ( Mini MEA 제작 키트와 Max MEA 제작 키트 ) 이 준비되어 있습니다.

[ 미니 ( Mini ) MEA 제작 키트 ]

25 Cm2 MEA 2개 또는 5Cm2 MEA 8개 제작 가능

< Mini MEA 제작 키트 구성품 >

*. Uno-Ink (40% Pt/Carbon, Nafion® 전기촉매 잉크)                 : 2 gram

*. 카본클로스 ( MPL층 양면 포함 ) GDL                                            : 10cm x 10cm 크기 ( 1 장 )

*. 용매 ( Sovent )                                                                             : 적정량

*. 에어브러시 ( Air Brush )                                                               : 적정량

*. Nafion® 멤브레인                                                                        : Nafion 212

*. 알루미늄 판                                                                                    : 2 개

*. 테플론 스트라이프                                                                          : 2 개

*. MEA 테플론 템플릿                                                                       : 25cm² 및 5cm²

[ 맥스 ( Max ) MEA 제작 키트 ]

100 Cm2 MEA 2개 또는 25 Cm2 MEA 8개 또는 5 Cm2 MEA 32 개 제작 가능

< Max MEA 제작 키트 구성품 >

*. Uno-Ink (40% Pt/Carbon, Nafion® 전기촉매 잉크)                : 8 gram

*. 카본클로스 ( MPL층 양면 포함 ) GDL                                           : 20cm x 20cm 크기 ( 1 장 )

*. 용매 ( Sovent )                                                                            : 적정량

*. 에어브러시 ( Air Brush )                                                              : 적정량

*. Nafion® 멤브레인                                                                       : Nafion 212

*. 알루미늄 판                                                                                   : 2 개

*. 테플론 스트라이프                                                                         : 2 개

*. MEA 테플론 템플릿                                                                      : 100cm² 및 25cm² 및 5cm²

 

(2) 제품 종류

 

(3) 제작 방법

본 페이지에서는 간단하게 제작하는 방법을 설명드립니다만, 제품 구매 시에 상세한 매뉴얼 ( 제작방법 ) 을 제공드립니다.

먼저 제공되는 키트 구성품을 가지고 ( 하기는 “ Max “ MEA 제작 키트의 구성품 예시입니다. )

전극과 MEA의 제작을 위하여 사용자가 준비하여야 하는 장비 및 보조품은 다음과 같습니다.

*. 호일 ( Foil )    : 알루미늄 호일이면 적당합니다.
*. 컴퓨레서 ( Compressor ) : Air Brush 에 촉매잉크를 넣고 분사하기 위하여 필요합니다.
*. GDL을 고정을 위한 진공 베드 ( Vacuum Bed ) 가 필요하나 양면테이프로도 GDL을 고정할 수 있습니다.
*. 촉매잉크를 코팅한 GDL = GDE를 건조하기 위한 오븐 ( Oven ) 이 필요합니다.
*. 멤브레인과 GDE를 접합하기 위한 가열 프레스 ( Hot Press ) 가 필요합니다.

[ 전극 제작 방법 ]

A. 양면 MPL 적용 카본클로스를 진공베드에 고정하거나, 비스듬히 놓아 재료가 움직이지 않도록 합니다. ( 진공 베드를 사용하지 않을 경우 뒷면에 양면 테이프를 붙일 수 있습니다. )

B. 촉매 잉크가 담긴 유리병으로 부터 촉매잉크를 에어브러시 ( 공기압 30 PSI ) 에 넣습니다.

C. GDL ( 가스확산층 )에 촉매 잉크를 균일하게 분사합니다.

D. 촉매잉크를 코팅한 GDL을 오븐에 넣고 50°C ( 122°F ) 에서 10분간 가열합니다.

E. 촉매 잉크가 모두 균일하게 코팅될 때까지 C단계와 D단계를 반복합니다.

F. 제공된 용매를 사용하여 촉매 잉크 전사를 완료합니다.

G. 이렇게 가스확산전극 ( GDE = Gas Diffusion Electrode )이 제작되었습니다.

    ( 촉매 함량은 0.5mg Pt/cm²입니다. )

     

[ MEA 제작 방법 ]

H. 전극 ( GDE ) 을 원하는 크기로 자릅니다.

I. 나피온 멤브레인을 원하는 크기로 자릅니다.

J. 호일 시트를 반으로 접습니다.

K. 첫번째 알루미늄 판을 놓고 중앙에 테프론 몰드를 놓습니다.

L. 몰드 위에 반으로 접힌 호일을 덮고 손가락으로 자국을 내어 중앙의 전극 형태를 표시합니다.

M. 반으로 접힌 호일을 열고 테플론 몰드를 제거합니다.

N. 열린 호일에 전극 ( 애노드 ) 을 중앙에 놓습니다.

O. 다음으로 멤브레인을 중앙에 놓고 MEA형태를 잡습니다.

P. 다음으로 다른 전극 ( 캐소드 ) 을 중앙에 놓고 아래쪽 전극 ( 애노드 ) 과 맞춰 정렬합니다.

Q. 열려있던 호일을 펴서 덮고 호일 좌우 끝 양쪽에 테플론 스트립을 붙입니다.

R. 두 번째 알루미늄 판을 위에 놓습니다.

S. 2분 30초 동안 핫프레스합니다 ( 압력이 적절한지 차트를 확인합니다. )

  - 5 Cm2 MEA 의 경우            : 135 ℃ 와  1,000 PSI 로 2분 30초
  - 25 Cm2 MEA 의 경우          : 135 ℃ 와  4,000 PSI 로 2분 30초
  - 100 Cm2 MEA 의 경우        : 135 ℃ 와 15,000 PSI 로 2분 30초

T. 프레스에서 알루민늄판을 제거하고 30~40분 동안 천천히 식힙니다.

U. 이렇게 MEA 가 제작되어 사용 준비가 완료됩니다.