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고분자 전해질막-전극 접합체, 기공체인 기체확산층, 그리고 반응기체의 유로를 갖는 분리판이 적층되어 단위 셀을 구성하는 연료전지에 있어서, 상기 기체확산층은 마이크로미터 스케일의 거칠기를 갖는 기공체 표면에 나노미터 스케일의 나노 돌기 또는 함몰된 형태의 기공이 형성되어 마이크로-나노 이중 구조의 표면을 이루고 있는 동시에 상기 마이크로-나노 이중 구조의 표면 위에 소수성 박막이 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 1에 있어서, 상기 기체확산층은 거대기공지지체 단독이거나 거대기공지지체에 미세기공층이 코팅되어 이루어진 기공체인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 2에 있어서, 상기 거대기공지지체는 지름이 5 ~ 20 마이크로미터인 탄소 섬유의 표면 위에 10 ~ 30 나노미터의 폭과 10 ~ 200 나노미터의 길이를 가지면서 종횡비가 1 ~ 7인 나노 돌기 또는 기공이 형성되어 마이크로-나노 이중 구조의 표면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 1에 있어서, 상기 나노 돌기 또는 기공은 1 ~ 100 나노미터의 폭과 1 ~ 1000 나노미터의 길이를 가지면서 종횡비가 1 ~ 10인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 1에 있어서, 상기 소수성 박막은 탄화수소계 박막인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 5에 있어서, 상기 탄화수소계 박막은 규소 및 산소를 포함하는 탄화수소계 박막, 또는 불소를 포함하는 탄화수소계 박막인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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7
청구항 1에 있어서, 상기 기체확산층은 압축압력 1 MPa에서 전기저항값이 12 mWcm2 이하가 되도록 소수성 박막의 두께가 설정되는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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청구항 1 또는 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서, 상기 소수성 박막의 두께는 0
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청구항 1에 있어서, 상기 소수성 박막이 형성된 표면은 순수의 정접촉각이 150도 이상인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지
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10
마이크로미터 스케일의 표면거칠기를 갖는 기공체를 제공하는 단계와;상기 기공체 표면을 플라즈마 식각하여 나노미터 스케일의 나노 돌기 또는 함몰된 형태의 기공을 형성함으로써 마이크로-나노 이중 구조의 표면을 형성하는 단계와; 상기 마이크로-나노 이중 구조의 표면 위에 소수성 박막을 형성하는 단계와;상기 마이크로-나노 이중 구조 및 소수성 박막이 형성된 기공체를 기체확산층으로 사용하여 고분자 전해질막-전극 접합체 및 분리판과 함께 연료전지를 구성하는 단계; 를 포함하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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11
청구항 10에 있어서, 상기 기체확산층은 거대기공지지체 단독이거나 거대기공지지체에 미세기공층이 적층되어 이루어진 기공체인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 11에 있어서, 상기 기공체의 양면에서 플라즈마 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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13
청구항 10에 있어서, 상기 플라즈마 식각은 PECVD 방식의 플라즈마 식각인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 13에 있어서, 상기 PECVD 방식의 플라즈마 식각은 O2, Ar, N2, He, CF4, HF, C2F6, CHF3 또는 SiF4를 사용하는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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15
청구항 10에 있어서, 상기 플라즈마 식각은 플라즈마의 조사 시간, 가속 전압 및 식각 압력 중 어느 하나 이상을 조절하여 상기 나노 돌기 또는 기공의 크기 및 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 15에 있어서, 상기 가속 전압은 -100 Vb 내지 -1000 Vb로 조절하고, 상기 식각 압력은 1 Pa 내지 10 Pa로 조절하는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 10에 있어서, 상기 플라즈마 식각은 이온빔 방식, 하이브리드 플라즈마 화학증착 방식 또는 대기압 플라즈마 방식을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 10에 있어서, 상기 소수성 박막을 형성하는 단계에서 헥사메틸디실록산 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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19
청구항 10에 있어서, 상기 소수성 박막은 규소와 산소를 포함하는 탄화수소계 박막 또는 불소를 포함하는 탄화수소계 박막인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 10에 있어서, 상기 기체확산층은 압축압력 1 MPa에서 전기저항값이 12 mWcm2 이하가 되도록 소수성 박막의 두께가 설정되는 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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청구항 10 또는 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서, 상기 소수성 박막은 0
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청구항 10에 있어서, 상기 소수성 박막이 형성된 표면은 순수의 정접촉각이 150도 이상인 것을 특징으로 하는 물질전달성이 향상된 연료전지의 제조 방법
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