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KR100668353B1 - 금속 촉매 및 이를 포함한 전극을 채용한 연료전지 - Google Patents

금속 촉매 및 이를 포함한 전극을 채용한 연료전지 Download PDF

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KR100668353B1
KR100668353B1 KR1020060011835A KR20060011835A KR100668353B1 KR 100668353 B1 KR100668353 B1 KR 100668353B1 KR 1020060011835 A KR1020060011835 A KR 1020060011835A KR 20060011835 A KR20060011835 A KR 20060011835A KR 100668353 B1 KR100668353 B1 KR 100668353B1
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catalyst
solvent
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water
repellent material
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홍석기
전우성
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 도전성 촉매 물질과 그 물질의 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매 및 이를 함유하는 전극과 이들을 구비한 연료전지를 제공한다. 본 발명의 금속 촉매는 도전성 촉매 입자 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 형성하여 촉매가 액체 전해질에 의하여 함몰되는 것을 방지하고 촉매 주위의 액체 전해질의 유동 및 분포를 제어함과 동시에 촉매와 액체 전해질 사이의 계면 두께를 조절함으로써 전기화학반응을 위한 이상적인 삼상 계면의 전극 구조를 형성할 수 있고, 이러한 촉매로 형성된 전극을 구비한 연료전지는 효율 등의 성능이 향상된다.

Description

금속 촉매 및 이를 포함한 전극을 채용한 연료전지{Metal catalyst and a fuel cell employing an electrode including the same}
도 1a 및 1b는 본 발명 및 종래의 금속 촉매의 구조를 각각 개략적으로 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 전극의 제조공정을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 촉매의 전자주사현미경 사진을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전극의 I-V 및 I-R 특성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
10… 카본 11… 백금 촉매 입자
12 인산 13… 발수성 물질
본 발명은 금속 촉매, 이를 포함한 전극을 채용한 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 전극내 촉매 주위의 전해질을 효율적으로 제어하여 효율이 개선된 금속 촉매와 이를 함유하여 성능이 개선된 전극과 이를 구비한 연료전지에 관한 것이다..
고온용 고체 고분자 전해질형 연료전지는 전해질로서 인산을 함습한 폴리벤즈이미다졸(PBI) 전해질막을 사용하고 있다. 이러한 연료전지는 프로톤 전도 매질로서 인산을 이용하고 있으므로 인산형 연료전지 또는 용융탄산염 연료전지와 같은 액체 전해질형 연료전지와 유사하다고 할 수 있다. 따라서 고온용 고체 고분자 전해질형 연료전지는 다른 액체 전해질형 연료전지에서와 마찬가지로 전극내 액체 전해질의 분포 및 유동 제어가 무엇보다도 해결해야 할 선결 과제로 손꼽힌다.
전극내 액체 전해질의 분포 및 유동 제어를 위하여 종래의 액체 전해질형 연료전지에서는 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 사용하거나 또는 전극의 공극 사이즈를 조절하는 방법을 실시하였다.
그러나 이러한 방법에 따른다고 하더라도 전극내 촉매들이 효율적으로 이용되지 못하여 개선의 여지가 많다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 전극내 촉매 주위의 전해질을 효율적으로 제어하여 효율이 개선된 금속 촉매와 이를 함유하여 성능이 개선된 전극과 이들의 제조방법 및 이를 구비한 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 첫번째 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 도전성 촉매 물질 과 그 물질의 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매를 제공한다.
상기 발수성 물질로 된 코팅층의 발수성 물질의 함량은 도전성 촉매 물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부이다.
본 발명의 두번째 기술적 과제는 발수성 물질을 제1용매에 혼합하여 발수성 물질 용액을 얻는 제1단계;
도전성 촉매 물질을 제1용매에 혼합하여 도전성 촉매 용액을 얻는 제2단계;
상기 제2단계에 따라 얻은 도전성 촉매 용액을 상기 제1단계에 따라 얻은 발수성 물질 용액에 부가(dripping)하는 제3단계;
상기 제3단계에 따라 얻은 결과물을 제2용매에 부가(dripping)하는 제4단계; 및
상기 제4단계에 따라 얻은 결과물을 건조하여 제1용매 및 제2용매를 제거하는 제5단계;를 포함하여 도전성 촉매 물질과 그 물질 표면상에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매를 제조하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법에 의하여 이루어진다.
상기 제1용매는 물(H2O), 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 트리플루오로아세트산(TFA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 제2용매가 물 및 헥산중에서 선택된 하나 이상이다.
본 발명의 세번째 기술적 과제는 상술한 금속 촉매를 포함하는 전극에 의하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 전극은 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 중에서 선택된 바인더를 더 포함한다.
본 발명의 네번째 기술적 과제는 상술한 금속 촉매를 바인더 및 제3
용매와 혼합하여 촉매층 형성용 조성물을 얻는 단계;
상기 촉매층 형성용 조성물을 전극 지지체상에 코팅 및 건조하는 단계; 및
상기 결과물을 산 용액으로 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법에 의하여 이루어진다.
본 발명의 다섯번째 기술적 과제는 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 전해질막을 포함하며,
상기 캐소드 및 애노드 중의 적어도 하나가, 상술한 금속 촉매를 함유하는 전극을 구비한 연료전지에 의하여 이루어진다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 금속 촉매는 도전성 촉매 물질과 그 물질의 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖고 인산과 같은 액체 전해질이 존재한다. 이러한 구조를 가짐으로써 촉매가 액체 전해질에 함몰되는 것이 방지됨과 동시에 촉매위에 액체 전해질막이 얇고 균일하게 형성되어 기체 반응물들의 용해를 촉진시킴으로써 촉매의 효율 향상과 이러한 촉매를 채용한 촉매층을 통하여 셀 성능이 향상된다.
상기 발수성 물질은 2,2-비스트리플루오로메틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔 테트라플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화된 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene: FEP), 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVdF), 플루오로사프(Fluorosarf)(상품명)(Fluoro Technology사)중에서 선택된 하나의 물질이다.
발수성 물질로서 2,2-비스트리플루오로메틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔 테트라플루오로에틸렌 코폴리머를 사용하는 경우, 이 물질은 상품명 테프론 2400(Dupont사)으로 상업적으로 입수가능하다. 이 물질은 발수성을 가지면서 다공성을 지니고 있어 촉매 표면에 코팅되는 경우 촉매층의 인산 플러딩(flooding)을 방지하고 상기 코폴리머의 캐비티(cavity)를 통해 산소가 촉매로 이동할 수 있는 경로를 형성시켜 줄 수 있다는 잇점을 갖고 있다.
상기 발수성 물질로 된 코팅층의 발수성 물질의 함량은 도전성 촉매 물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부이다. 만약 발수성 물질의 함량이 1 중량부 미만이면, 충분한 발수성을 갖지 못하여 액체 전해질 인산에 함몰되는 촉매들이 발생하게 되어 촉매의 효율 저하를 초래하고, 50 중량부를 초과하면 지나친 발수성으로 인하여 액체 전해질의 접근을 막아 촉매의 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 전기적 저항을 높이는 결과를 초래하여 바람직하지 못하다.
상기 도전성 촉매 물질로는 백금(Pt), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 그 혼합물, 그 합금, 및 상기 원소들이 담지된 카본 물질이 있다.
바람직하게는 상기 도전성 촉매 물질은 백금이 담지된 카본 (Pt/C)이고, 상기 발수성 물질은 플루오로사프이다.
도 1a를 참조하여 본 발명의 금속 촉매의 구조를 설명하기로 하되, 도전성 촉매로는 카본에 담지된 백금(Pt/C) 촉매를 그리고 발수성 물질로는 플루오로사프를 일예로 들어 살펴보기로 한다.
금속 촉매는 카본(10)의 표면상부에 백금(Pt) 입자(11)가 존재하며 그 상부에 발수성 물질(13)이 코팅되어 있어서 인산(12)가 금속 촉매의 표면중 발수성 물질(13)이 코팅되어 있지 않은 영역에 선택적으로 존재한다.
도 1b는 통상적인 금속 촉매의 구조를 나타낸 도면이다.
이를 참조하면, 통상적인 금속 촉매는 카본(10) 표면에 백금 입자(11)가 존재하고, 상기 카본(10) 표면 근처에 인산(12)가 존재한다. 이러한 구조를 갖는 경우, 액체 전해질 인산에 함몰되는 촉매들이 발생하게 되어 촉매의 효율이 저하하게 된다.
본 발명에서 도전성 촉매인 Pt/C 분말상에 발수성 물질이 코팅되는 원리에 대하여 살펴보면, 상분리 현상에 의한 고분자 석출로 설명될 수 있다.
발수성 물질을 양용매(good solvent)인 제1용매(예: 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE))중에 완전 용해하여 균일한 용액을 형성함과 동시에, 이와 별도의 용기에 Pt/C 분말을 제1용매에 혼합한 후, 상기 발수성 물질-제1용매 용액과 Pt/C-제1용매 용액을 균일하게 교반 및 혼합한다. 그리고 상기 발수성 물질-제1용매 용액과 Pt/C-제1용매 용액의 혼합물을 발수성 물질에 대한 용해성이 전혀 없는 제2용매인 비용매(Non solvent)(예: 물 또는 헥산)에 적정하면 양용매와 비용매간에 상분리 현상이 유도되어 발수성 물질로 된 코팅막이 Pt/C 분말상에 코팅된다. 이 때 상분 리 원리에 의하여 Pt/C 분말에 석출되는 발수성 물질 코팅막의 두께 및 흡착 정도는 상기 혼합용액의 교반기 회전 rpm 및 초음파 세기 등에 따라 조절될 수 있다.
상기 혼합용액의 회전속도는 약 250RPM, 초음파 세기 조건은 0.3kW, 시간은 20-30min.이다.
이하, 본 발명에 따른 금속 촉매 및 이를 이용한 전극의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 금속 촉매 및 이를 이용한 전극의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.
이를 참조하여, 먼저 도전성 촉매 물질과 발수성 물질을 각각 제1용매에 용해 또는 분산하여 도전성 촉매 용액 B과 발수성 물질 용액 A을 각각 얻는다.
상기 제1용매는 양용매(good solvent)로서, 발수성 물질에 대한 용해도 특성을 지녀야 하며, 도전성 촉매에 대한 좋은 분산성을 갖는 특성을 갖고 있고, 구체적인 예로서, 물(H2O), 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 트리플루오로아세트산(TFA)) 등이 있다. 여기에서 상기 도전성 촉매 물질을 분산시키기 위한 제1용매의 함량은 도전성 촉매 물질 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 1000 중량부를 사용하고, 상기 발수성 물질을 용해하기 위한 제1용매의 함량은 발수성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 500 내지 1500 중량부를 사용한다. 만약 제1용매의 함량이 상기 범위 미만이면, 도전성 촉매 물질 혹은 발수성 물질을 균일하게 분산시킬 수 없어서 바람직하지 못하다.
상기 도전성 촉매 용액 B를 발수성 물질 용액 A에 적가하고 나서, 이 혼합물을 제2용매에 적정하는 과정을 거친다.
이러한 적정과정을 통하여 상분리 현상에 의하여 교반 rpm과 초음파에 의한 분산에 의하여 석출된 발수성 물질이 도전성 촉매 표면에 물리적으로 흡착되어 도전성 촉매와 발수성 물질간의 결합이 유지된다.
상기 제2용매는 발수성 물질을 용해시키지 않으며 저비점이라서 건조가 잘 되는 특성을 갖고 있고, 이러한 용매는 일명 "비용매"라고 한다. 이러한 제2용매의 구체적인 예로서, 물, 헥산중에서 선택된 하나 이상을 사용한다. 그리고 제2용매의 함량은 발수성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 500 내지 5000 중량부를 사용한다.
상술한 과정후, 상기 과정에 따라 얻은 결과물에 대한 건조과정을 실시하기 위한 조건은 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 60-150℃에서 일반 건조하거나 또는 -20 내지 -60℃에서 동결건조하는 것이 가능하다. 만약 일반건조시 상기 온도 범위를 벗어나면 건조가 잘 이루어지지 않거나, 카본 담체가 산화되고, 동결건조시 상기 범위를 벗어나면 응집 현상이 발생하여 바람직하지 못하다.
상기한 바와 같은 과정을 거치면 최종적으로 도전성 촉매의 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매를 얻을 수 있다. 상기 코팅층은 본 발명의 상분리 원리에 의해, 발수성 물질의 적정 농도에 따라, 촉매 Pt/C 표면에는 다공성의 불연속적 또는 연속적인 코팅층이 형성된다. 즉, 농도가 증가할수록 연속적인 코팅층이 형성되나, 발수성 물질의 함량이 Pt/C와 발수성 물질의 총중량 100 중량%를 기준으로 하여 약 30-35wt% 미만의 경우, 다공성 불연속층이 형성된다.
상기한 바와 같은 금속 촉매를 바인더 및 제3용매와 혼합하고 이를 가스 확산층(GDL)에 캐스팅한 후, 이를 건조하면 전극이 얻어진다. 여기에서 상기 전극 지지체로는 탄소 종이 또는 탄소 천 등을 사용한다.
상기 바인더의 예로서, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 등을 들 수 있고, 이의 함량은 금속 촉매 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 바인더의 함량이 상기 범위를 벗어나면 촉매층 형성이 어렵거나 전기전도도가 떨어져 바람직하지 못하다.
상기 제3용매 및 그의 함량은 바인더 물질에 따라서 달라지며, 제3용매의 예로서 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 트리플루오로아세트산(TFA)중에서 선택된 하나 이상을 사용한다. 그리고 그 함량은 금속 촉매 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 500 중량부이다.
이어서, 상기 과정에 따라 얻어진 전극에 인산 용액과 같은 산 용액을 도핑하는 과정을 거칠 수 있다. 이와 같이 산을 도핑하면 촉매가 산에 의하여 함몰되는 것이 방지되면서 촉매위에 얇은 전해질막이 형성되어 기체 반응물들의 용해를 촉진하여 촉매의 효율이 향상된다.
이하에서는, 본 발명의 연료전지를 상세히 설명한다.
본 발명의 연료전지는 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 전해질막을 포함하는데, 이때, 상기 캐소드 및 애노드 중의 적어도 하나가, 앞 에서 설명한 본 발명의 담지 촉매를 함유하고 있다.
본 발명의 연료전지는, 구체적인 예를 들면, 인산형 연료전지(PAFC), 수소 이온 교환막 연료전지(PEMFC) 또는 직접 메탄올 연료전지(DMFC)로서 구현될 수 있다. 이러한 연료전지의 구조 및 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예가 각종 문헌에 상세히 공지되어 있으므로 여기에서는 더이상 상세히 설명하지 않는다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 발수성 물질의 함량은 도전성 촉매 100 중량부 대비 5 중량부인 경우
발수성 물질인 플루오로사프(Fluoro Technology사) 0.05g을 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE) 10ml와 상온에서 500rpm으로 30분동안 교반하여 발수성 물질 용액을 제조하였다.
이와 별도로 Pt/C 1.0g을 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE) 10ml와 상온에서 500rpm으로 10분동안 교반하여 Pt/C 용액을 제조하였다.
초음파 조건하에서 상기 발수성 물질 용액에 Pt/C 용액을 적가한 다음, 이를 물 50ml에 소량씩 적가하였다. 그리고 나서, 상기 용액을 120℃에서 12시간동안 건조하여 발수성 물질인 플루오로사프 코팅층을 갖는 Pt/C 촉매를 얻었다.
상기 플루오로사프 코팅층을 갖는 Pt/C 촉매 1 g을 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 0.025g과 용매인 NMP 5ml를 혼합하여 상온에서 30분 가량 교반하 여 촉매층 형성용 조성물을 슬러리 상태로 얻었다.
상기 슬리러를 탄소 종이위에 애플리케이터(갭: 약 120㎛)를 사용하여 코팅한 다음, 이를 80℃에서 1시간동안, 120℃에서 30분 및 150℃에서 10분동안 건조하여 전극을 완성하였다.
상술한 과정에 따라 완성된 전극에 인산을 처리한 후, 연료전지 셀을 구성하였다. 이 연료전지는, 실시예 1의 촉매를 함유하는 캐소드, 애노드, 및 폴리벤즈이미다졸(PBI) 전해질막으로 구성되었다. 그리고 연료로는 수소를 산화제로는 공기를 이용하였다. 애노드에는 순수 수소가 100ml/min으로, 캐소드에는 공기(air)가 200ml/min으로 각각 공급되었으며, 단위 셀은 150℃에서 운행되었다.
상기 실시예 1에 따라 제조된 발수성 물질인 플루오로사프 코팅층을 갖는 Pt/C 촉매를 전자주사현미경을 이용하여 분석하였고, 그 결과는 도 3에 나타난 바와 같다.
도 3을 참조하면 Pt/C 촉매의 표면에 발수성 물질이 코팅층을 형성하고 있음을 알 수 있었다.
실시예 2: 발수성 물질의 함량은 도전성 촉매 100 중량부 대비 15 중량부인 경우
발수성 물질 용액 제조시 플루오로사프 0.05g 대신 플루오로사프 0.15g을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 촉매, 전극 및 연료전지를 제조하였다.
비교예 1
Pt/C 촉매 1g을 PBI 0.05g, 폴리비닐리덴플루오라이드 0.025g을 혼합하여 상온에서 30분 가량 교반하여 촉매층 형성용 조성물을 슬러리 상태로 얻었다.
상기 슬리러를 탄소 종이위에 애플리케이터(갭: 약 120㎛)를 사용하여 코팅한 다음, 이를 80℃에서 1시간동안, 120℃에서 30분 그리고 150℃에서 10분동안 건조하여 전극을 완성하였다.
상술한 과정에 따라 완성된 전극에 인산을 처리한 후, 연료전지 셀을 구성하였다. 이 연료전지는, 실시예 1의 촉매를 함유하는 캐소드, 애노드, 및 폴리벤즈이미다졸(PBI) 전해질막으로 구성되었다. 그리고 연료로는 수소를 산화제로는 공기를 이용하였다.
상기 실시예 1에 따라 제조된 전극의 전류-전압(I-V) 및 전류-저항(I-R) 특성을 살펴보았고, 그 결과는 도 4에 나타난 바와 같다. 도 4에서 -▲-는 실시예 1에 따른 전류-전압(I-V) 및 전류-저항(I-R) 특성을 나타내고 있으며, -■-는 비교예 1에 따른 전류-전압(I-V) 및 전류-저항(I-R) 특성을 나타낸 것이다.
도 4로부터, 실시예 1이 비교예 1 보다 우수한 전류-전압(I-V) 특성을 나타내고 있으며, 특히 고전류밀도 영역에서 탁월한 성능 우위를 보이고 있음을 알 수 있었다. 또한 고전류밀도 영역에서 실시예 1의 우수한 성능은 촉매층내 발수성 물질 코팅층으로 인한 전해액 분포 제어에 따른 기체 반응물들의 개선된 확산에서 기여한 것이다.
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따라 제조된 촉매에 있어서 물의 흡착 테스트를 실시하여 촉매의 발수성을 조사하였고, 그 평가 결과는 하기 표 1과 같다. 여 기에서 발수성은 일정량의 물을 촉매 입자에 흘려 보낸 후, 촉매를 통과한 물의 양으로부터 촉매 입자에 흡착된 물의 양을 알 수 있으며, 이를 통하여 발수성을 정량적으로 표시할 수 있다.
[표 1]
구분 (발수성 물질의 함량, 중량부) 흡착된 물 (g) 흡착된 물양(g)/촉매량(g) 흡착된 물 몰(mol)/ 촉매량(g)
실시예 1 (5 중량부) 3.2224E-06 6.30617E-05 3.5034E-06
실시예 2 (15 중량부) 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
비교예 1 (0 중량부) 2.8284E-05 5.5568E-04 3.0871E-05
상기 표 1로부터 물의 흡착 테스트 결과, Pt/C 촉매위에 코팅되는 발수성 물질의 함량이 증가할 수록 흡착되는 물의 함량이 감소한다는 것을 알 수 있었고, 특히 발수성 물질의 함량이 15 중량부인 실시예 2의 경우는 물이 전혀 흡착되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 금속 촉매는 도전성 촉매 입자 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 형성하여 촉매가 액체 전해질에 의하여 함몰되는 것을 방지하고 촉매 주위의 액체 전해질의 유동 및 분포를 제어함과 동시에 촉매와 액체 전해질 사이의 계면 두께를 조절함으로써 전기화학반응을 위한 이상적인 삼상 계면의 전극 구조를 형성할 수 있고, 이러한 촉매로 형성된 전극을 구비한 연료전지는 효율 등의 성능이 향상된다.

Claims (20)

  1. 도전성 촉매 물질과 그 물질의 표면에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발수성 물질로 된 코팅층의 발수성 물질의 함량은, 도전성 촉매 물질 1 00 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 금속 촉매.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발수성 물질이 2,2-비스트리플루오로메틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔 테트라플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 플루오로사프로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 촉매.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전성 촉매 물질이 백금(Pt), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 그 혼합물, 그 합금, 및 상기 원소들이 담지된 카본 물질인 것을 특징으로 하는 금속 촉매.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도전성 촉매 물질이 백금이 담지된 카본 (Pt/C)이고, 상기 발수성 폴리머가 플루오로사프인 것을 특징으로 하는 금속 촉매.
  6. 발수성 물질을 제1용매에 혼합하여 발수성 물질 용액을 얻는 제1단계;
    도전성 촉매 물질을 제1용매에 혼합하여 도전성 촉매 용액을 얻는 제2단계;
    상기 제2단계에 따라 얻은 도전성 촉매 용액을 상기 제1단계에 따라 얻은 발수성 물질 용액에 부가(dripping)하는 제3단계;
    상기 제3단계에 따라 얻은 결과물을 제2용매에 부가(dripping)하는 제4단계; 및
    상기 제4단계에 따라 얻은 결과물을 건조하여 제1용매 및 제2용매를 제거하는 제5단계;를 포함하여 도전성 촉매 물질과 그 물질 표면상에 발수성 물질로 된 코팅층을 갖는 금속 촉매를 제조하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1용매가 물(H2O), 하이드로플루오로폴리에테르(HFPE), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 트리플루오로아세트산(TFA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2용매가 물 및 헥산중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 발수성 물질이 2,2-비스트리플루오로메틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔 테트라플루오로에틸렌 코폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 플루오로사프로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 발수성 물질의 함량이 도전성 촉매 물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제1단계에서 제1용매의 함량은 발수성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 500 내지 1500 중량부이고,
    상기 제2단계에서 제1용매의 함량은 도전성 촉매 물질 100 중량부를 기준으로 하여 200 내지 1000 중량부인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 제4단계에서 제2용매의 함량은 발수성 물질 100 중량부를 기준으로 하여 500 내지 5000 중량부인 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 건조시 60-150℃에서 건조하거나 또는 -20 내지 -60℃에서 동결건조하는 것을 특징으로 하는 금속 촉매의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 금속 촉매를 포함하는 전극.
  15. 제16항에 있어서, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 비닐리덴플루오라이드-
    헥사플루오로프로필렌 코폴리머중에서 선택된 하나 이상의 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  16. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 금속 촉매를 바인더 및 제3용매와 혼합하여 촉매층 형성용 조성물을 얻는 단계;
    상기 촉매층 형성용 조성물을 전극 지지체상에 코팅 및 건조하는 단계; 및
    상기 결과물을 산 용액으로 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 바인더가 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 비닐리덴
    플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 그 함량은 금속 촉매 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제3용매가 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF) 및 트리플루오로아세트산(TFA)중에서 선택되는 것 을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 산 용액이 인산 용액인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  20. 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 전해질막을 포함하며,
    상기 캐소드 및 애노드 중의 적어도 하나가, 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 금속 촉매를 함유하는 전극을 구비한 연료전지.
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