KR101114298B1 - A Stainless steel Bipolar Plate Adding P On The Surface - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 분리판에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell separator.

현재 기존의 연료 전지 분리판을 스테인레스 스틸로 대체하는 공정에 대해 많은 연구가 있음이 보고되고 있다. 이에 대해 본 발명은 상업적으로 가격 및 성능을 만족하면서도 실용화할 수 있는 기술로서, 내식성, 전기 전도성, 열 전도성 및 기체 불투성 및 가공성이 좋아 경쟁력 있는 연료 전지 분리판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. Currently, a lot of research has been reported on the process of replacing the conventional fuel cell separator with stainless steel. On the other hand, the present invention is a technology that can be commercialized while satisfying the price and performance, and to provide a competitive fuel cell separator and a method of manufacturing the same having good corrosion resistance, electrical conductivity, thermal conductivity and gas impermeability and processability.

본 발명에 따르면, 전해질 플라즈마 폴리싱 방법에 의해 스테인레스 스틸로 이루어진 연료 전지 분리판의 최표면 및 근접한 소재의 내부에 P를 첨가하여 내식성과 전기 전도성이 모두 우수하게 유지되도록 하며, 이는 본 발명의 핵심 기술이다. According to the present invention, P is added to the innermost surface of the fuel cell separator made of stainless steel and the adjacent material by the electrolytic plasma polishing method so that both corrosion resistance and electrical conductivity can be maintained excellent, which is the core technology of the present invention. to be.

본 발명에 따르면, 스테인레스 스틸로 된 연료 전지 분리판 시편을 양극에 연결하고, 전해질을 전해조에 투입하여, 수중 플라즈마를 발생시켜 스테인레스 연료 전지 분리판을 연마함과 동시에 연료 전지 분리판 표층에 P 원자를 침투시키는 공정 및 그에 따른 연료 전지 분리판의 제품화를 제공한다. According to the present invention, a fuel cell separator plate made of stainless steel is connected to an anode, an electrolyte is introduced into an electrolytic cell, an underwater plasma is generated to polish a stainless fuel cell separator plate, and a P atom is formed on the surface of the fuel cell separator plate. It provides a process for penetrating and thereby commercialization of the fuel cell separator.

자동차용 연료 전지, 연료 전지 분리판, 전해질 플라즈마 폴리싱(PEP), P 첨 가 스테인레스 스틸 Automotive Fuel Cells, Fuel Cell Separator, Electrolytic Plasma Polishing (PEP), P Add Stainless Steel

Description

표층에 P가 첨가된 스테인레스 스틸재 연료 전지 분리판 및 그 제조 방법{A Stainless steel Bipolar Plate Adding P On The Surface}A stainless steel fuel cell separator with P added to its surface and a method of manufacturing the same {A Stainless steel Bipolar Plate Adding P On The Surface}

본 발명은 스테인레스 스틸재 연료 전지의 분리판에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 자동차용 연료 전지에 사용되는 분리판을 전해질 플라즈마를 이용하여 고품질 및 저비용으로 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a separator of a stainless steel fuel cell, and more particularly, to a method of manufacturing a separator used for a fuel cell for automobiles using high quality and low cost using an electrolyte plasma.

도 1a는 일반적인 연료 전지의 구성을 나타내는 개략도이며, 도 1b는 연료 전지 분리판이 채용된 연료 전지 구성을 개략적으로 나타내는 사시도 이고, 도 1c는 연료 전지 분리판의 구조를 보여주는 분리판의 정면도이다. FIG. 1A is a schematic view showing the structure of a general fuel cell, FIG. 1B is a perspective view schematically showing the structure of a fuel cell employing a fuel cell separator, and FIG. 1C is a front view of the separator showing the structure of the fuel cell separator.

일반적으로 자동차용 연료 전지 분리판이라 함은 연료 전지 스택에서 각 전지를 분리하고 있는 전도성 판을 말하며, 분리판이 인접한 두 전지에 있어서, 그 중 한 전지에서는 연료 극판으로 작용하고 다른 한 전지에서는 공기 극판의 역할을 한다. 분리판은 연료 가스와 공기의 유로를 확보하며, 외부 회로에 전류를 전달한다. 그에 따라 높은 전기 전도성과 열 전도성, 내식성, 가공성형성 및 낮은 기체 투과성을 요한다. 즉, 0.1 V에서 부식 전류에 대해 높은 내식성을 요하며, 전기 전도도는 100 S/cm를 요한다. 또한, 추가적으로 열에 대해 -40 내지 120 ℃에서 안정 적이라야 하며, 낮은 기체 투과성과 무엇보다도 저렴한 제조 비용을 요한다. In general, a fuel cell separator plate for a vehicle is a conductive plate separating each cell from a fuel cell stack. In two adjacent cells, a separator plate serves as a fuel electrode plate in one cell and an air electrode plate in another cell. Plays a role. The separation plate secures a flow path of fuel gas and air and transmits current to an external circuit. Accordingly, high electrical and thermal conductivity, corrosion resistance, processability and low gas permeability are required. That is, high corrosion resistance is required for corrosion current at 0.1 V, and electrical conductivity requires 100 S / cm. In addition, it must additionally be stable at heat from -40 to 120 ° C., requiring low gas permeability and, above all, low manufacturing costs.

연료 전지 분리판은 흑연, 금속 등으로 제작되고 있으며, 내식성과 전도성 그리고 가격 경쟁력을 동시 만족시키기 위해 다양한 방법으로 개발 중에 있다. Fuel cell separators are made of graphite, metal, etc., and are being developed in various ways to simultaneously satisfy corrosion resistance, conductivity, and price competitiveness.

승용차 1대가 필요로 하는 연료 전지의 전력량은 80 kw 내지 100 kw 인데, 연료 전지의 분리판이 1장 게재될 때 약 100 w의 전력을 공급하므로 대략 적으로 1000 장의 분리판이 승용차 1 대에 필요하게 된다. 따라서, 연료 전지의 값이 고가로 되어 승용차 가격이 올라가는 결과가 되므로, 현재 목표하는 분리판의 가격은 5 $/kw 이다. The amount of fuel cell power required by one passenger car is 80 kw to 100 kw. When a single fuel cell separator plate is placed, about 100 watts of power are supplied, so approximately 1000 separator plates are needed for a passenger car. . Therefore, the fuel cell becomes expensive, resulting in an increase in the price of a passenger car, and the price of the current target separator is 5 $ / kw.

현재 연구 중인 재료들 가운데, 함침 된 흑연 판의 경우, 낮은 표면 접촉 저항과 높은 내식성을 나타내는 장점이 있으나, 취약하고 기체 투과성이 있으며, 생산비가 높으며, 최소의 두께로 가공을 하여도 2 mm를 한계로 하는바, 1000 장이면 2 m로 매우 부피가 커져 채용하기 어렵다. Among the materials under study, impregnated graphite plates have the advantages of low surface contact resistance and high corrosion resistance, but they are weak, permeable to gas, high in production cost, and limited to 2 mm even when processed to the minimum thickness. If it is 1,000 pieces, it is very bulky at 2m and is hard to adopt.

또한, 금속의 경우 높은 기계적 강도, 충격과 진동에 대한 내구성, 기체 불투과성, 우수한 제작성과 흑연에 비해 저렴한 생산비를 나타내나, 내식성이 좋지 않고 표면에 산화물이 형성되어 전기 전도성이 나빠지는 문제가 있다. In addition, in the case of metal, high mechanical strength, impact and vibration resistance, gas impermeability, excellent fabrication and low production cost compared to graphite, but there is a problem of poor corrosion resistance and poor electrical conductivity due to the formation of oxide on the surface. .

또한, 내식성이 양호한 금속의 경우, 비활성 산소층에 의해 벌크 금속을 보호할 수 있다는 장점을 지니나, 높은 표면 접촉 저항의 문제가 있다. In addition, the metal having good corrosion resistance has the advantage of protecting the bulk metal by the inert oxygen layer, but there is a problem of high surface contact resistance.

또한, 내식성과 전도성의 향상을 위해 PVD 코팅으로 분리판을 제작할 경우, 품질은 어느 정도 우수하나 제조 원가가 매우 높다. In addition, when manufacturing the separator plate with PVD coating to improve the corrosion resistance and conductivity, the quality is somewhat good, but the manufacturing cost is very high.

따라서, 연료 전지 분리판에 적합한 재료는 가볍고, 내식성, 내열성, 전기 전도성 및 가공성이 우수하면서도 가공에 드는 비용이 저가인 것으로 선택함이 바람직하며, 이와 같은 상황에서, 현재 주류 기술은 스테인레스 스틸의 S-상 질화 기술을 이용하여 질화 스테인레스 철판으로 분리판을 제작하는 것이며 가격 경쟁력을 확보하기 위하여 다양한 방법으로 그 제작이 시도되고 있다. Therefore, the material suitable for the fuel cell separator is preferably selected to be lightweight, excellent in corrosion resistance, heat resistance, electrical conductivity and processability, and low in processing cost. In such a situation, the current mainstream technology is made of stainless steel S -It is manufacturing a separator plate from stainless steel nitride plate by using phase nitriding technology, and its production has been tried in various ways to secure price competitiveness.

따라서, 본 발명의 목적은 연료 전지의 분리판의 전기 전도성과 내식성 등의 필요로 하는 물성을 구비하면서도 제조 비용이 적게 들어 가격 경쟁력을 갖춘 연료 전지 분리판의 획기적인 제조 방법 및 그에 따른 연료 전지 분리판을 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a breakthrough manufacturing method of a fuel cell separator having a low cost of production, and a fuel cell separator according to the present invention. Is to provide.

본 발명은, 금속으로 이루어진 연료 전지 분리판의 표면 가공에 있어서,The present invention, in the surface processing of the fuel cell separator plate made of metal,

플라즈마 폴리싱 과정에서 P를 첨가한 연료 전지 분리판을 제공하여 연료 전지 분리판의 내식성과 전기 전도성의 우수성을 지속적으로 제공할 수 있다. The P-added fuel cell separator may be provided during the plasma polishing process to continuously provide excellent corrosion resistance and electrical conductivity of the fuel cell separator.

본 발명은, 스테인레스 스틸로 이루어진 연료 전지 분리판을 양극에 연결하고, 전해조를 음극에 연결하고, P를 포함한 전해질을 전해조에 투입하여, 수중 플라즈마를 발생시켜 상기 연료 전지 분리판을 연마한 후 P를 포함한 전해질에서 상기 연료 전지 분리판에 P 원자를 침투시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다.The present invention connects the fuel cell separator plate made of stainless steel to the positive electrode, connects the electrolytic cell to the negative electrode, adds an electrolyte containing P to the electrolytic cell, generates an underwater plasma, and then polishes the fuel cell separator plate. It can provide a method for producing a fuel cell separator, characterized in that to penetrate the P atoms in the fuel cell separator in an electrolyte comprising a.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 양극과 음극에 인가하는 전압을 100 V 내지 350 V로 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a method for producing a fuel cell separator, wherein the voltage applied to the positive electrode and the negative electrode is 100 V to 350 V in the method of manufacturing the fuel cell separator.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 상기 전해질의 농도는 3 중량% 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention, in the fuel cell separator manufacturing method, the concentration of the electrolyte may provide a method for producing a fuel cell separator, characterized in that 3 to 20% by weight.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 상기 전해질은 H3PO4 또는 Na3PO4 인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention, in the fuel cell separator manufacturing method, the electrolyte is H 3 PO 4 or Na 3 PO 4 It is possible to provide a method for producing a fuel cell separator, which is characterized in that.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 상기 전해조에 투입되는 전해질의 초기 온도는 60 ℃ 내지 80 ℃ 인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing a fuel cell separator, wherein the initial temperature of the electrolyte introduced into the electrolytic cell is 60 ° C to 80 ° C.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 상기 인가 전압은 펄스방식으로 실시하고, 주파수는 5 kHz 내지 20 kHz 로 하고, 3 분 내지 6 분 간 플라즈마 폴리싱을 행하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention is the manufacturing method of the fuel cell separator, wherein the applied voltage is performed in a pulsed manner, the frequency is 5 kHz to 20 kHz, and plasma polishing is performed for 3 to 6 minutes. It is possible to provide a method for producing a fuel cell separator.

또한, 본 발명은, 상기 연료 전지 분리판의 제조 방법에 있어서, 상기 펄스 방식에서 듀티(duty) 시간은 D+/D- 이 50/45 % (펄스 전압의 듀티 온/듀티 오프 지속시간의 비가 50:45임)인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the method of manufacturing the fuel cell separator, the duty time in the pulse method is D + / D - 50/45% (the ratio of the duty on / duty off duration of the pulse voltage 50:45) can be provided.

또한, 본 발명은, 스테인레스 스틸로 된 연료 전지 분리판의 표층에 P를 침투시켜 내식성이 향상된 연료 전지 분리판을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a fuel cell separation plate having improved corrosion resistance by penetrating P into the surface layer of the fuel cell separation plate made of stainless steel.

본 발명에 따르면, 연료 전지 분리판의 내식성, 전기 전도성, 기체 불투성, 내열성 및 가공성이 우수하면서도 제작비가 저렴하여 가격 경쟁력이 있는 연료 전지 분리판을 보급할 수 있다. According to the present invention, fuel cell separators having excellent corrosion resistance, electrical conductivity, gas impermeability, heat resistance, and processability, and low manufacturing costs can be supplied with a competitive price.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따라 전해질 플라즈마 폴리싱(PEP;Plasma Electrloytic Polishing)을 이용하여 연료 전지 분리판을 제작하는 장치의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of a device for fabricating a fuel cell separator using Electrolytic Plasma Electrloytic Polishing (PEP) in accordance with the present invention.

전해질 플라즈마 연마기술(이하, PEP라 함)은 전해질 수용액에 전압을 인가하게 되며 양극 주변에 발생하는 버블을 통해 플라즈마 층을 형성하여 양극에 걸린 시료의 표면층을 산화시킴과 동시에 제거작용이 일어나 금속의 표면을 세척하거나 폴리싱하는 새로운 기술이다. 화학 연마나 전해연마에 비해 공정이 단순하고, 약알칼리 전해질이 주로 이용되어 환경친화적인 기술이나, 아직 연마 메커니즘이 완전히 밝혀지지 않아 응용이 제한되어 있다. 플라즈마 연마의 원리는 전해 연마나 화학연마와 같이 요철을 가진 소재 표면 중 철 부분이 먼저 전해질에 용해되면 가스 버블을 만들어 용해된 이온과 전해질 이온이 증기가스필름(VGE;Vapor Gaseous Envelope)을 형성하여 순간적으로 가열된 표면의 철 부분에 박막 산화층을 형성하고 평탄화가 진행되어 전행 연마와 같은 원리로 폴리싱이 이루어진다고 추측되고 있다. Electrolytic plasma polishing technology (hereinafter referred to as PEP) applies a voltage to the aqueous electrolyte solution, forms a plasma layer through bubbles generated around the anode, oxidizes the surface layer of the sample on the anode, and simultaneously removes the metal. It is a new technique for cleaning or polishing surfaces. Compared to chemical polishing and electropolishing, the process is simpler, and a weak alkali electrolyte is mainly used for environment-friendly technology, but the application of the polishing mechanism is not yet fully known. The principle of plasma polishing is that the iron part of the surface of the uneven material such as electrolytic polishing or chemical polishing first dissolves in the electrolyte to create gas bubbles, and the dissolved ions and electrolyte ions form a vapor gas film (VGE). It is speculated that a thin film oxide layer is formed on the iron portion of the instantaneously heated surface, and the planarization proceeds to polish by the same principle as the previous polishing.

본 발명자들은 공업적으로 전해연마가 널리 적용되는 스테인레스 스틸에 대해 전해질 플라즈마 기술을 적용하여 연료 전지 분리판을 제작하였으며, 각 공정 변수의 특성을 조사하여 공정 최적화 또한 추구하였다.The inventors of the present invention fabricated a fuel cell separator by applying an electrolyte plasma technique to stainless steel, which is widely applied to electropolishing industrially, and also pursued process optimization by investigating the characteristics of each process variable.

전해조는 스테인레스 스틸재로 구성되고 내부에 전해질을 채우며, 본 실시예에서는 특별히 P를 포함한 전해질을 채운다. The electrolyzer consists of stainless steel material and fills the electrolyte therein, and in this embodiment, fills the electrolyte including P in particular.

P를 포함한 전해질의 예로는, H3PO4 또는 Na3PO4가 있으나, 이에 한정되지 않는다. Examples of the electrolyte including P include, but are not limited to, H 3 PO 4 or Na 3 PO 4 .

통상적으로는, 스테인레스 스틸을 비롯하여 Fe에 P가 존재하면, 스틸의 기계적 강도 등의 물성을 악화시키는 것으로 알려져 있어서, 대개는 스틸로부터 P를 제거하려는 노력을 들여왔다. 그러나, 본 발명자들은 역 발상으로 스테인레스 스틸에 P를 소량 첨가하여 스테인레스 스틸의 내식성을 강화시키고자 하였다. Usually, when P exists in Fe, including stainless steel, it is known to deteriorate physical properties, such as mechanical strength of steel, and, mostly, effort was made to remove P from steel. However, the inventors attempted to reinforce the corrosion resistance of stainless steel by adding a small amount of P to the stainless steel in reverse conception.

상기 전해조에 담긴 P를 포함한 전해질은 예열하여 60 ℃ 내지 80 ℃, 바람직하게는 70 ℃로 승온 시킨다. The electrolyte containing P contained in the electrolytic cell is preheated to raise the temperature to 60 ℃ to 80 ℃, preferably 70 ℃.

전원 장치의 음극이 상기 전해조에 접속되고, 스테인레스 스틸의 연료 전지 분리판 모재는 양극에 연결된다. 또한, 전해질 용액을 교반하는 교반기와 전해질의 온도를 측정하는 온도계가 전해조 안에 설치된다. 상기와 같은 온도 범위에서 전류 밀도가 높아지기 때문에 시스템 최적화를 위해 선택한 온도 범위이다. The negative electrode of the power supply device is connected to the electrolytic cell, and the fuel cell separator base material of stainless steel is connected to the positive electrode. In addition, a stirrer for stirring the electrolyte solution and a thermometer for measuring the temperature of the electrolyte are installed in the electrolytic cell. It is the temperature range chosen for system optimization because of the higher current density in this temperature range.

또한, 전압 인가는 직류 방식과 펄스 방식으로 나누어 시도하여 본 결과, 펄스 방식이 효율적이라는 것이 밝혀져 펄스 방식을 채택하였고, 100 V 내지 350 V, 바람직하게는 300 V로 인가한다. In addition, voltage application was attempted by dividing into a direct current method and a pulse method. As a result, it was found that the pulse method was effective, and the pulse method was adopted, and the voltage was applied at 100 V to 350 V, preferably 300 V.

전해질의 농도 또한, 양극에 걸리는 시편의 표면 조도와 관련됨을 알아내어 최적 조건을 모색한바, 3 중량 % 내지 20 중량 %, 바람직하게는 5 중량 %로 한다. The concentration of the electrolyte was also found to be related to the surface roughness of the specimen on the anode, and the optimum condition was sought. Therefore, the concentration of the electrolyte was 3% to 20% by weight, preferably 5% by weight.

또한, 펄스방식의 전압 인가에서 듀티 시간과 주파수가 시편의 연마 표면의 품질에 영향을 미친다는 것을 알았고, 이 또한 최적 조건을 모색하여, 듀티 시간은 D+/D-를 50/45 % 로 설정하였고, 펄스 주파수는 5 kHz 내지 20 kHz, 바람직하게는 10 kHz로 설정하였다. 여기서 D+/D-를 50/45 % 로 설정하였다는 것은 펄스 전압의 펄스 파형의 고/저 상태로 나타나는 듀티 온/듀티 오프의 지속시간의 비가 50:45임을 뜻한다. In addition, we found that the duty time and frequency influence the quality of the polished surface of the specimen in pulsed voltage application, and also in search of the optimum conditions, the duty time is set to D + / D - to 50/45%. The pulse frequency was set to 5 kHz to 20 kHz, preferably 10 kHz. Here, setting D + / D to 50/45% means that the ratio of the duration of duty on / duty off, which is represented by the high / low state of the pulse waveform of the pulse voltage, is 50:45.

상기와 같은 상태에서 수중 플라즈마가 발생하여 양극에 연결된 연료 전지 분리판 주변을 둘러싸 수중 플라즈마 엔벌롭(envelope)을 형성한다. 이러한 수중 플라즈마 엔벌롭의 작용으로 연료 전지 분리판의 폴리싱과 함께 전해질 속에 포함된 P가 스테인레스 스틸로 된 상기 연료 전지 분리판 표면에 침투하게 되고 그에 따라 내식성과 전기 전도성이 지속적으로 우수하게 유지되는 연료 전지 분리판이 저가의 제조 공정을 통해 제작될 수 있다. Under such conditions, underwater plasma is generated to surround the fuel cell separator connected to the anode to form an underwater plasma envelope. With the action of the underwater plasma envelope, the fuel contained in the electrolyte penetrates the surface of the fuel cell separator plate made of stainless steel together with the polishing of the fuel cell separator plate, thereby maintaining the excellent corrosion resistance and electrical conductivity. Battery separators can be manufactured through low cost manufacturing processes.

상기와 같이 제작된, P를 첨가한 스테인레스 스틸 연료 전지 분리판은 물에 세척한 후, 열풍 건조한다. The P-added stainless steel fuel cell separator prepared as described above is washed with water and then hot air dried.

제작이 완성된, P를 미량 함유한 스테인레스 스틸 연료 전지 분리판은 염수 분무시험을 통하여 내식성이 우수함을 확인하였다. The production, the stainless steel fuel cell separator containing a small amount of P was confirmed by the salt spray test excellent corrosion resistance.

이하에서는 상기 공정에서 전해질의 온도 및 농도, 듀티 시간 및 주파수의 최적 조건을 입증하는 시험자료를 제시한다.The following provides test data demonstrating the optimum conditions of temperature and concentration, duty time and frequency of the electrolyte in the process.

도 3a 및 3b는 전해질 온도에 따른 전류 밀도 변화에 대한 그래프들로, 여러 가지 인가 전압에서 도출된 결과(도 3a) 및 여러 가지 듀티 시간(인가 전압은 300 V 로 일정)에 따른 결과를 제시한다.3A and 3B are graphs of current density variation with electrolyte temperature, showing results from various applied voltages (FIG. 3A) and various duty times (applied voltage is constant at 300 V). .

상기 도 3a 및 3b에서 알 수 있듯이 초기 온도인 70 ℃에서 전류 밀도가 최대가 되며, 인가 전압이 300 V에서 초기 전류 밀도가 상대적으로 낮아지며, 듀티 시간은 D+가 45 % 에서 전류 밀도가 급히 낮아짐을 알 수 있다. 따라서, 인가 전압은 300 V, 듀티 시간 D+는 45 % 정도에서 수중 플라즈마가 신속히 발생 될 수 있다고 볼 수 있다. As can be seen in FIGS. 3A and 3B, the current density becomes maximum at an initial temperature of 70 ° C., the initial current density is relatively low at an applied voltage of 300 V, and the duty time is rapidly lowered at 45% at D +. It can be seen. Therefore, it can be seen that the plasma can be generated quickly at an applied voltage of 300 V and a duty time D + of about 45%.

다음, 도 4a 내지 4d 는 전해질 농도에 따른 시편의 표면 상태를 관찰한 현미경 사진이다. 도 4a는 공정의 초기 단계, 즉, 폴리싱 후 45 초에서 찍은 시편의 표면이고, 전해질 농도 2 중량%, 3.5 중량% 및 5 중량%에 대한 시편 표면 사진이 각각 도 4b, 4c, 4d이다. 이로부터, 시편의 표면 조도를 가장 감소시켜 매끈한 면을 나타내는 전해질 농도가 3.5 중량%임을 알 수 있다. Next, FIGS. 4A to 4D are micrographs of the surface state of the specimen according to the electrolyte concentration. 4A is the surface of the specimen taken at the initial stage of the process, ie 45 seconds after polishing, and the specimen surface photographs for 2 wt%, 3.5 wt% and 5 wt% electrolyte concentrations are FIGS. 4 b, 4c and 4d, respectively. From this, it can be seen that the electrolyte concentration showing the smoothest surface with the lowest surface roughness of the specimen is 3.5% by weight.

다음, 도 5a 내지 도 5d는 인가 전압 300 V 및 주파수 10 kHz 에서 듀티 시간을 변화시켜가며 시편 표면을 관찰한 현미경 사진이다. Next, FIGS. 5A to 5D are micrographs of the specimen surface while varying the duty time at an applied voltage of 300 V and a frequency of 10 kHz.

가장 깨끗하게 폴리싱 된 표면은 D+/D-가 50/45 (%)임을 알 수 있다. The cleanest polished surface can be seen that D + / D - is 50/45 (%).

다음, 도 6a 내지 도 6d는 주파수를 달리해가며 에너지 손실과 시편의 표면을 관찰한 결과이다. 인가 전압 300 V, 전해질 농도 3.5 중량%, 듀티 시간 D+/D-은 50/45 (%)일 때, 주파수는 10 kHz에서 에너지 손실을 최소화하면서도 표면의 조도를 낮출 수 있었다. 6A to 6D show the results of observing the energy loss and the surface of the specimen at different frequencies. At an applied voltage of 300 V, electrolyte concentration of 3.5% by weight, and duty time D + / D - of 50/45 (%), the frequency was able to reduce the surface roughness while minimizing energy loss at 10 kHz.

상기와 같은 제작 공정의 조건들을 조절하여 신속한 공정의 진행이 가능하여 생산성이 향상되며, 표면 조도를 감소시켜 그에 따라 부식의 기점을 줄임으로써 내식성 또한 더욱 향상시킬 수 있다. By adjusting the conditions of the manufacturing process as described above, it is possible to proceed quickly to improve the productivity, and to reduce the surface roughness, thereby reducing the origin of corrosion can further improve the corrosion resistance.

상기와 같이하여 간단한 제작 설비로 간편한 공정을 통해 내식성 등 물성이 뛰어난 연료 전지 분리판을 제작할 수 있다. As described above, a fuel cell separator having excellent physical properties such as corrosion resistance can be manufactured through a simple process using a simple manufacturing facility.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and a person skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.

도 1a는 일반적인 연료 전지의 구성을 나타내는 개략도.1A is a schematic diagram showing the configuration of a typical fuel cell.

도 1b는 연료 전지 분리판이 채용된 연료 전지 구성을 개략적으로 나타내는 사시도.1B is a perspective view schematically showing a fuel cell configuration in which a fuel cell separator is employed.

도 1c는 연료 전지 분리판의 구조를 보여주는 분리판의 정면도.1C is a front view of the separator showing the structure of the fuel cell separator;

도 2는 본 발명에 따라 전해질 플라즈마 폴리싱(PEP)을 이용하여 연료 전지 분리판을 제작하는 장치의 개략도.2 is a schematic diagram of an apparatus for fabricating a fuel cell separator using electrolyte plasma polishing (PEP) in accordance with the present invention.

도 3a 및 3b는 전해질 온도에 따른 전류 밀도 변화에 대한 그래프.3A and 3B are graphs of current density change with electrolyte temperature.

도 4a 내지 4d 는 전해질 농도에 따른 시편의 표면 상태를 관찰한 현미경 사진.4a to 4d are micrographs observing the surface state of the specimen according to the electrolyte concentration.

도 5a 내지 도 5d는 듀티 시간을 변화시켜가며 시편 표면을 관찰한 현미경 사진.5a to 5d are micrographs of the specimen surface with varying duty time.

도 6a 내지 도 6d는 주파수를 변화시켜가며 에너지 손실률과 시편 표면을 관찰한 현미경 사진. 6a to 6d are photomicrographs of the energy loss rate and the specimen surface with varying frequencies.

Claims (8)

스테인레스 스틸로 이루어진 연료 전지 분리판을 양극에 연결하고, 전해조를 음극에 연결하고, P를 포함한 전해질을 전해조에 투입하여, 수중 플라즈마를 발생시켜 상기 연료 전지 분리판을 연마한 후 P를 포함한 전해질에서 상기 연료 전지 분리판에 P 원자를 침투시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법.Connect the fuel cell separator plate made of stainless steel to the positive electrode, connect the electrolytic cell to the negative electrode, inject an electrolyte containing P into the electrolytic cell, generate an underwater plasma to polish the fuel cell separator plate, and then A method of manufacturing a fuel cell separator, characterized by infiltrating P atoms into the fuel cell separator. 제1항에 있어서, 양극과 음극에 인가하는 전압을 100 V 내지 350 V로 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법. The method of manufacturing a fuel cell separator according to claim 1, wherein the voltage applied to the positive electrode and the negative electrode is 100 V to 350 V. 제2항에 있어서, 상기 전해질의 농도는 3 중량% 내지 20 중량% 인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법. The method of claim 2, wherein the concentration of the electrolyte is 3 wt% to 20 wt%. 제3항에 있어서, 상기 전해질은 H3PO4 또는 Na3PO4 인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법. The method of claim 3, wherein the electrolyte is H 3 PO 4 or Na 3 PO 4 A method for producing a fuel cell separator, characterized in that. 제4항에 있어서, 상기 전해조에 투입되는 전해질의 초기 온도는 60 ℃ 내지 80 ℃ 인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the initial temperature of the electrolyte introduced into the electrolytic cell is 60 ° C. to 80 ° C. 6. 제5항에 있어서, 상기 인가 전압은 펄스방식으로 실시하고, 주파수는 5 kHz 내지 20 kHz 로 하고, 3 분 내지 6 분간 플라즈마 폴리싱을 행하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법. The method of manufacturing a fuel cell separator according to claim 5, wherein the applied voltage is performed in a pulsed manner, the frequency is 5 kHz to 20 kHz, and plasma polishing is performed for 3 to 6 minutes. 제6항에 있어서, 상기 펄스 방식에서 듀티(duty) 시간은 D+/D- 이 50/45 %(펄스 전압의 듀티 온/듀티 오프 지속시간의 비가 50:45임)인 것을 특징으로 하는 연료 전지 분리판의 제조 방법.7. The fuel according to claim 6, wherein the duty time in the pulse method is D + / D - 50/45% (the ratio of the duty on / duty off duration of the pulse voltage is 50:45). Method for producing a battery separator. 스테인레스 스틸로 된 연료 전지 분리판의 표층에 P를 침투시켜 내식성이 향상된 연료 전지 분리판.  A fuel cell separator with improved corrosion resistance by penetrating P into the surface of the stainless steel fuel cell separator.
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