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제1 기판; 및 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 촉매층;을 포함하는 제1 전극; 제2 기판; 및 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 촉매층;을 포함하는 제2 전극; 및상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 구비되는 고분자 전해질 분리막;을 포함하고,상기 제1 전극은 소수성 영역 및 친수성 영역을 포함하는 복수개의 미세패턴이 형성되어 있되, 상기 복수개의 미세패턴은 일정 간격을 유지하여 소수성 영역 및 친수성 영역이 교대로 형성된 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제1항에 있어서,상기 소수성 영역은 소수성 고분자 브러쉬막으로 코팅된 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제2항에 있어서,상기 소수성 고분자 브러쉬막은 중량평균분자량이 0
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제3항에 있어서,상기 소수성 고분자 브러쉬는 폴리디메틸실록산, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴레에테르이미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리스티렌, 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머, 폴리카보네이트 및 폴리메틸(메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제1항에 있어서,상기 미세패턴은 간격이 50~600 ㎛이고, 상기 소수성 영역 또는 친수성 영역은 폭이 25~300 ㎛인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제5항에 있어서,상기 소수성 영역과 친수성 영역은 폭이 서로 동일하거나, 상기 소수성 영역의 폭이 상기 친수성 영역의 폭 보다 더 큰 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제1항에 있어서,상기 제1 전극은 산소전극이고, 상기 제2 전극은 수소전극인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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8
제1항에 있어서, 상기 제1 기판은 티타늄 섬유 또는 티타늄 페이퍼이고, 상기 제1 촉매층은 Ru, Ir 및 Ir2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상과 Pt, Pt/C, Pt3Ni, Pt3Fe, Pd 및 Pd-M(상기 M은 Co, Fe, Ni, Cr, Mn, Ti, V, Sn, Cu, Ir, Ag, Rh, Au 및 Pt로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다) 중 선택된 1종 이상의 촉매를 가진 2종 이상의 촉매이고,상기 제2 기판은 다공성 탄소이고,상기 제2 촉매층은 Pt, Pt/C, Pt3Ni, Pt3Fe, Pd 및 Pd-M(상기 M은 Co, Fe, Ni, Cr, Mn, Ti, V, Sn, Cu, Ir, Ag, Rh, Au 및 Pt로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다
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제8항에 있어서, 상기 제1 기판은 티타늄 섬유이고,상기 제1 촉매층은 Pt 및 Ir2O의 혼합물이고,상기 제2 기판은 다공성 탄소이고,상기 제2 촉매층은 Pt/C이고,상기 미세패턴은 간격이 220~280 ㎛이고, 상기 소수성 영역 또는 친수성 영역은 폭이 110~140 ㎛이고,상기 소수성 영역과 친수성 영역은 폭이 서로 동일하고,상기 소수성 영역은 소수성 고분자 브러쉬막으로 코팅된 것이고,상기 소수성 고분자 브러쉬막은 중량평균분자량이 4~6 kg/mol이고, 브러쉬 사슬길이가 2~5 nm이며, 말단기가 히드록실기(-OH)를 갖는 소수성 고분자 브러쉬로 이루어진 것이고,상기 소수성 고분자 브러쉬는 폴리디메틸실록산인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체
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제1항의 막전극 접합체를 포함하는 일체형 재생 연료전지
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제1 전극, 고분자 전해질 분리막 및 제2 전극이 차례로 적층된 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법에 있어서,상기 제1 전극은,(a) 제1 기판 상에 제1 촉매층을 전기 도금으로 형성하는 단계;(b) 상기 제1 촉매층이 형성된 제1 기판 상에 미세패턴이 새겨진 쉐도우 마스크를 배치한 후 친수성 고분자 용액으로 코팅하여 패턴화된 친수성 고분자막을 형성하는 단계;(c) 상기 패턴화된 친수성 고분자막이 코팅된 제1 기판 상에 소수성 고분자 브러쉬 용액으로 코팅하는 단계;(d) 상기 소수성 고분자 브러쉬막이 코팅된 제1 기판을 열처리하여 축합 반응시키는 단계; 및(e) 상기 열처리된 제1 기판에 미반응된 잔여 소수성 고분자 브러쉬막과 패턴화된 친수성 고분자막을 유기용매로 제거하여 복수개의 미세패턴이 형성된 제1 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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제11항에 있어서,상기 친수성 고분자막은 폴리(4-비닐피리딘)(poly(4-vinylpyridine), P4VP), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 폴리비닐플로라이드(polyvinyl fluoride), 폴리(비닐페놀)(poly(vinylphenol)) 및 폴리(비닐피리딘)(poly(vinylpyridine))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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제11항에 있어서,상기 소수성 고분자 브러쉬막은 중량평균분자량이 0
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제11항에 있어서,상기 (d) 단계에서 열처리는 140~200 ℃에서 1~5시간 동안 수행하는 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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제11항에 있어서,상기 (d) 단계는 열처리에 의해 상기 소수성 고분자 브러쉬막의 히드록실기와 제1 기판 표면의 패턴화된 친수성 고분자막의 히드록실기 또는 카르복실기와 축합 반응하여 상기 소수성 고분자 브러쉬막과 상기 제1 기판 표면을 산소원자로 공유 결합시키는 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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제11항에 있어서,상기 유기용매는 이소프로필 알코올, 헵테인, 에탄올, 프로판올, 메탄올, 부탄올, 펜탄올, 헥사놀, 아세토니트릴, 에틸 아세테이트, 디에틸에테르, 트리클로로에틸렌 및 디클로로메탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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제11항에 있어서,상기 제1 전극은 소수성 영역 및 친수성 영역을 포함하는 복수개의 미세패턴이 형성되어 있되, 상기 복수개의 미세패턴은 일정 간격을 유지하여 소수성 영역 및 친수성 영역이 교대로 형성된 것인 일체형 재생 연료전지용 막전극 접합체의 제조방법
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