문맥 (context)
연료전지(fuel cell)는 연료가 가지고 있는 에너지를 화학반응에 의해 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소로부터 물을 생성하는 화학반응을 통하여 전기에너지를 얻는다. 이러한 에너지 변환은 후술하는 막전극 접합체에서 이루어지므로 막전극 접합체는 연료전지의 성능을 좌우하는 핵심 부품이다.
고분자 전해질 연료전지의 스택 내부 구조는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전해질막(12) 및 상기 전해질막(12) 양면 각각에 배치된 한쌍의 전극 촉매층(11, 11')으로 구성된 막전극 접합체(10)를 포함한다.
이러한 막전극 접합체(10)의 양면 각각에는, 비록 여기에서는 도시되지 않았지만, 한쌍의 가스확산층(gas diffusion layer: GDL)이 막전극 접합체(10)를 지지하도록 배치되며, 가스확산층의 바깥쪽 부분에는 연료 및 공기를 전달하고 생성된 물을 배출하는 유로(flow field)가 형성된 한쌍의 분리판(seperator)이 배치된다. 따라서, 단위전지는 1장의 막전극 접합체와 2장의 가스확산층, 및 2장의 분리판(sepeator)으로 구성되며, 이러한 단위전지가 적층됨으로써 스택전지를 형성한다.
막전극 접합체는 촉매 피복막(catalyst coated membrane: CCM)과 촉매 피복 가스확산층(catalyst coated GDL: CCG)의 두 가지 방법으로 제조될 수 있다.
촉매 피복막(CCM) 방법은 먼저, 전사지를 이용하여 전사(데칼)필름을 제조한 후 이 전사필름을 전해질막과 열압착시킴으로써 막전극 접합체를 형성하고, 이와는 별도로 지지층 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 제조한 다음, 상기 막전극 단위체와 상기 가스확산층 단위체를 얼라인하여 셀을 구성하는 방법이다.
촉매 피복 가스확산층(CCG) 방법은 카본 페이퍼 등의 지지체 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 형성하고, 상기 가스확산층 상부에 전극 촉매층을 형성하여 가스확산층-전극 단위체를 제조한 다음, 두 개의 가스확산층-전극 단위체 사이에 전해질막을 열압착시킴으로써 셀을 구성하는 방법이다.
수소와 공기를 주 연료로 사용하는 고분자 전해질 연료전지에서는 촉매 피복막 방법이 촉매 피복 가스확산층 방법에 비해 전해질막과 전극 촉매층 사이의 계면 저항이 낮고 보다 얇은 전극 촉매층의 형성에 유리하기 때문에, 막전극 접합체의 제조에 유리하다고 보고되고 있다(Journal of Power Sources. 170(2007), 140 참조).
그러나, 상기 두 가지 방법은 모두 고온 및 고압의 조건에서 접합공정(즉, 전사공정)이 이루어지기 때문에 전해질막과 전극 촉매층의 접합 상태가 불량하다는 단점이 있으며, 가압시 전극 촉매층 내의 공극이 파괴되어 막전극 접합체의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
막전극 접합체를 제조하는 두 가지 방법 중 촉매 피복막(CCM) 방법의 구체적인 공정 순서는 무엇인가?
추론 과정 (compact_reasoning)
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1과제 해석
task_interpretation촉매 피복막(CCM) 방법의 제조 공정 단계를 순서대로 설명하는 것을 목표로 한다.
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2정보 추출
information_extraction본문에서 CCM 방법에 대한 설명 부분을 추출한다.
- 촉매 피복막(CCM) 방법은 먼저, 전사지를 이용하여 전사(데칼)필름을 제조한 후 이 전사필름을 전해질막과 열압착시킴으로써 막전극 접합체를 형성하고, 이와는 별도로 지지층 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 제조한 다음, 상기 막전극 단위체와 상기 가스확산층 단위체를 얼라인하여 셀을 구성하는 방법이다.
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3근거 선택
evidence_selection공정의 순서를 나타내는 연결어(먼저, ~한 후, ~한 다음)를 기준으로 단계를 구분한다.
- 먼저, 전사지를 이용하여 전사(데칼)필름을 제조한 후
- 이 전사필름을 전해질막과 열압착시킴으로써 막전극 접합체를 형성하고
- 이와는 별도로 지지층 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 제조한 다음
- 상기 막전극 단위체와 상기 가스확산층 단위체를 얼라인하여 셀을 구성
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4논리 통합
logical_integration추출된 단계들을 시간적 순서에 따라 재구성한다.
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5결론 도출
conclusion_formulation재구성된 공정 순서를 바탕으로 답변을 구성한다.
- 전사(데칼)필름을 제조
- 전해질막과 열압착
- 가스확산층을 제조
- 막전극 단위체와 상기 가스확산층 단위체를 얼라인
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6답변 생성
answer_generation질문에 대해 명확한 문장 형태로 최종 답변을 작성한다.
- 촉매 피복막(CCM) 방법은 먼저, 전사지를 이용하여 전사(데칼)필름을 제조한 후 이 전사필름을 전해질막과 열압착시킴으로써 막전극 접합체를 형성하고, 이와는 별도로 지지층 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 제조한 다음, 상기 막전극 단위체와 상기 가스확산층 단위체를 얼라인하여 셀을 구성하는 방법이다.
최종 답변 (final_answer)
촉매 피복막(CCM) 방법은 먼저 전사지를 이용하여 전사(데칼)필름을 제조한 후, 이 전사필름을 전해질막과 열압착시켜 막전극 접합체를 형성한다. 그 후 이와는 별도로 지지층 상에 미세공극이 형성된 가스확산층을 제조하며, 마지막으로 상기 막전극 단위체와 가스확산층 단위체를 얼라인하여 셀을 구성한다.
핵심 해석 (core_interpretation)
막전극 접합체 제조 방식 중 CCM 공정은 전사지를 이용해 전사필름을 제조하고 전해질막과 열압착하여 막전극 접합체를 형성한 뒤, 가스확산층 단위체와 얼라인하여 셀을 구성하는 단계별 절차를 거친다.