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고분자 전해질 막 연료 전지는 높은 에너지 변환 효율과 휴대용 기기, 무인 항공기 등 다양한 응용 분야로 확장되어 해로운 물질을 배출하지 않는 친환경 청정 에너지 시스템으로 큰 주목을 받고 있다. 고분자 전해질 막 연료전지의 구성 요소 중 하나인 막전극접합체는 탄소에 지지된 백금 촉매를 촉매층으로 사용한 산화극과 환원극, 그리고 전해질의 역할을 하는 고분자 막으로 구성되어 있다. 최근 고분자 전해질막을 얇게 함으로써 수소 이온 전도도 향상 및 옴 저항 감소를 통한 고성능을 확보하는 연구들이 활발히 진행 되고 있다. 하지만, 전면적으로 얇은 막은 종래의 전해질막에 비해 막 주름(wrinkling) 및 찢어짐(tearing) 현상이 쉽게 발생하고, 기계적으로 안정성이 취약하다는 단점을 가진다. 따라서, 전해질막을 국부적으로 얇게 하여 성능 향상과 동시에 기계적 안정성을 유지하는 것이 중요하다. 최근, 나피온 이오노머 캐스팅, 열 임프린트 등의 공정으로 전극층과 고분자 전해질 막 사이의 계면에 마이크로/나노 구조물을 패터닝하여 전기 화학적 활성 표면적 확대, 촉매 활용도 향상, 물질 전달 향상을 통해 장치 성능을 향상시키는 연구들이 진행 되어 왔다. 그러나, 나피온 이노모머 캐스팅 방식은 용매 증발 시 커피링 효과로 인한 두께 불균일 등의 제작 어려움이 있고, 가장 일반적으로 사용되는 열 임프린트 방식은 고온/고압 공정에서 전해질막의 손상을 야기시킬 수 있어 공정 상의 한계를 지닌다. 비접촉 방식의 플라즈마 식각 공정의 경우에는 대면적 제작에 용이하고 플라즈마 전력, 시간, 가스 유량 등의 공정 변수들을 자유롭게 조절하여 식각 정도 및 식각 깊이를 제어할 수 있는 장점을 지니고 있지만, 전해질막에 플라즈마 식각 공정을 적용한 대부분의 연구는 나노 크기의 거칠기를 높이는데 중점을 두었고, 마이크로 크기의 구조를 도입하여 촉매 활용도 및 막 저항, 물질 전달 저항을 줄여 전체 성능을 향상시키는 접근 방식은 아직까지 수행되지 않았다. 본 발명은 플라즈마 식각 공정으로 제작된 마이크로 홀 배열을 갖는 고분자 전해질 막을 사용한 고성능 연료전지에 관한 내용이다. 대면적 제작에 용이한 UV 경화성 물질을 마이크로 기둥 패턴을 가진 PDMS 몰드와 평평한 PDMS 몰드에 겹쳐 적절한 시간 동안 자외선 노출을 시켜 마이크로 구멍을 가진 고분자 스텐실을 제작한다. 준비된 고분자 스텐실을 종래의 전해질 막 표면에 알맞게 부착 시킨 다음, 일정한 가스 유량을 공급 받는 플라즈마 챔버 안에 넣고 주어진 시간 동안 특정 전력을 가지는 공기 플라즈마에 노출시킨다. 이 때, 전해질 막과 고분자 스텐실의 접촉으로 인해 접촉면은 식각 되지 않고, 스텐실 상에 구멍이 있는 전해질 막의 노출 영역은 선택적으로 식각된다. 이러한 식각 공정을 통해 마이크로 구멍 배열을 갖는 고분자 전해질 막이 제조되며, 제조된 막을 사용해 제작된 막전극접합체는 기계적 강성이 크게 저하되지 않고 유지되며 동시에 전해질막의 얇아짐 효과에 의한 수소 이온 전도도 개선 및 패터닝을 통한 전해질 막과 촉매층 간의 계면 접촉 면적 증가 및 물질 전달 향상을 통해 기존의 막전극접합체보다 높은 성능을 확보할 수 있다.