KR101683128B1 - 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판은, 양면에 유체의 순환을 위한 유로 채널이 형성되며, 상기 유체를 배출하기 위해 일측 모서리 부분에 다수개의 제 1 매니폴드가 형성되고, 다수개의 제 1 체결구가 가장자리에 형성되는 플라스틱 플레이트 본체; 및 다수개의 유체 확산용 구멍이 가공되어 있으며, 상기 다수개의 제 1 매니폴드와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 매니폴드가 일측 모서리 부분에 형성되며, 상기 다수개의 제 1 체결구와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 체결구가 가장 자리에 형성되고, 절반 크기로 접혀져 접혀진 사이에 상기 플라스틱 플레이트 본체를 삽입 조립하는 금속 박판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법{Fuel cell stack with composite separator for fuel cell and Manufacturing method for the same}
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 박판과 플라스틱 플레이트로 구성된 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법에 대한 것이다.
특히, 본 발명은 금속 박판을 플라스틱 플레이트 본체 유로판 양쪽에 설치하고 금속 박판이 서로 접합되어 전기 전도가 이루어지도록 함으로써 일반적인 카본 분리판보다 경량이고 기계적 충격 저항성이 우수하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법에 대한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 공기와 연료가 각각 가지고 있는 화학 에너지를 전기화학 반응을 이용하여 전기 에너지와 일부 열에너지로 직접 변환시키는 전력 발생 발전 시스템이다. 연료전지는 전기화학 반응으로 전기와 열을 생산하기 때문에 내연기관 등과 같은 일반적인 발전 시스템보다 발전 효율이 높고, 저공해, 저소음이며, 모듈로 제작이 가능하여 다양한 발전 용량을 가진 발전 시스템으로 제작이 가능하다.
특히 최근에는 수W의 소형 전자기기에서 수백 kW의 발전 시스템으로 응용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 일부 제품은 상품화되어 판매되고 있다.
이러한 연료전지는 스택을 구성하는 전해질 등의 구성 부품과 연료의 종류에 따라 여러 형태로 나뉘는데, 50-80℃의 저온에서 작동하는 저온형 연료전지는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접메탄올 연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)로 구분할 수 있다.
고분자 전해질 연료전지는 순수한 수소 가스 또는 개질기로 제조한 수소 성분의 개질 가스를 연료로 사용하고, 산화제로는 공기를 사용하여 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기 에너지를 얻는다. 여기에서, 상기 연료로는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올계 액체 연료를 비롯하여 메탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 사용할 수 있다.
이와 같은 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 에너지 밀도와 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 연료로 사용하는 수소 가스의 취급에 주의가 필요하고 수소 가스의 부피가 크며 액체 연료 또는 가스 연료 등을 수소로 개질하는 개질장치 등의 부대설비가 필요하다.
한편, 직접메탄올 연료전지(DMFC)는 고분자 전해질 연료전지와 달리, 연료로 수소 등과 같은 가스 대신에 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올계 액체를 연료로 직접 사용하여 전기화학 반응으로 전기 에너지를 발생시킨다.
직접메탄올 연료전지는 연료를 직접 사용하므로 액체 연료의 에너지 밀도가 높고, 액체 연료의 저장과 취급이 용이하다. 또한, 시스템의 부품 및/또는 운전 제어가 상대적으로 간단하여 소형 혹은 이동용 전원 시스템으로 상용화가 가능한 신에너지 기술이다.
이러한 연료전지 스택을 위해 막-전극 접합체를 사이에 두고 분리판들을 평면적으로 가압 밀착시켜 수 십 내지 수 백 단위의 단위 전지들이 적층(스택킹)된다.
이 경우, 카본 분리판이 파손 및/또는 손상될 염려가 있으며, 연료전지 스택의 전체 부품수가 증가할 수 있다는 단점이 있다.
또한, 금속 분리판들의 가압력에 유로가 무너지거나 이들 금속 분리판을 스탬핑 혹은 하이드로포밍 가공하기 위한 금형 비용이 아주 높다는 단점이 있다.
또한, 유체 유로의 가공 높이와 폭이 기술적인 한계에 의하여 각각 0.5mm 이하와 1mm 이상으로 제한을 받게 된다는 단점이 있다.
또한, 분리판의 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 연결 통로를 막-전극 접합체의 가스켓으로 덮게 된다. 이때, 분리판의 가압력에 의하여 가스켓이 변형되면서 연료가 가스켓의 틈새를 통해 인접한 막-전극 접합체로 누출되어 연료전지의 성능이 낮아질 수 있다는 단점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2005-0090876호 2. 한국공개특허번호 제10-2012-0130177호
1. 김홍석외, "연료전지 분리판의 마이크로 채널 제작을 위한 가변성형공정의 실험적 및 수치적 연구"한국소성가공학회 제21권 제8호 통권 제138호 (2012년 12월) pp.499-505 .
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 카본 분리판보다 경량이고 기계적 충격 저항성이 우수한 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 카본 분리판보다 경량이고 기계적 충격 저항성이 우수한 연료전지용 복합체 분리판을 제공한다.
상기 연료전지용 복합체 분리판은,
상기 유체를 배출하기 위해 일측 모서리 부분에 다수개의 제 1 매니폴드가 형성되고, 다수개의 제 1 체결구가 가장자리에 형성되는 플라스틱 플레이트 본체; 및
다수개의 유체 확산용 구멍이 가공되어 있으며, 상기 다수개의 제 1 매니폴드와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 매니폴드가 일측 모서리 부분에 형성되며, 상기 다수개의 제 1 체결구와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 체결구가 가장 자리에 형성되고, 절반 크기로 접혀져 접혀진 사이에 상기 플라스틱 플레이트 본체를 삽입 조립하는 금속 박판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 플라스틱 플레이트 본체의 양면에는 상기 다수개의 제 1 매니폴드 매니폴드와 유로 채널 사이를 관통하여 상호 연결되는 연결 유로가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 연결 유로는 상기 다수개의 매니폴드로 유입되는 유체를 상기 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지나는 유체를 대각선 방향의 다른 매니폴드로 배출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 플레이트 본체의 두께는 1.0 내지 2.5mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 플레이트 본체의 양면에 형성되는 유로채널은 공기극 유로 채널과 연료극 유로 채널로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 유로 채널의 폭은 0.5 내지 2.0mm이고, 상기 유로 채널의 깊이는 0.4 내지 1.0mm이며, 상기 유로 채널의 리브(rib)의 폭은 0.5 내지 2.0mm의 폭인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 플레이트 본체는 폴리플로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA), 및 상기 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite) 소재 조성물 중 어느 하나의 재료를 이용하여 사출 성형 또는 압축 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 금속 박판의 두께는 경량화와 기계적 강도 유지를 위하여 0.1 내지 0.075mm 또는 0.15 내지 0.05mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 금속 박판의 재료는 스테인리스(STS)계 300계열 또는 400계열이고, 상기 금속 박판의 표면은 접촉 저항을 낮추기 위하여 표면 처리 용액을 이용하여 표면 처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수개의 유체 확산용 구멍의 직경은 상기 유체의 확산이나 유통이 용이하도록 1.0 내지 2.0mm 또는 1.5 내지 2.0mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 금속 박판에는 상기 접힌 부분 사이에 상기 플라스틱 플레이트 본체를 넣고 양쪽에 설치되는 금속 박판에 전기 전도가 이루어지도록 서로 접합하는 다수개의 접합용 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 서로 접합하는 다수개의 접합용 돌출부는 스팟 용접, 레이저 용접, 및 초음파 용접 중 어느 하나를 이용하여 접합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수개의 유체 확산용 구멍, 매니폴드 및 체결구는 에칭, 레이저 가공, 워터 젯 가공, 및 드릴 가공 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술한 다수개의 연료전지용 복합체 분리판; 준비된 다수개의 연료전지용 복합체 분리판 사이에 설치되는 다수의 막-전극 접합체; 상기 다수개의 연료전지용 복합체 분리판의 최외측 양단에 설치되는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및 상기 다수의 제 1 체결구 및 제 2 체결구에 삽입되어 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 가로 방향으로 가압 밀착하여 체결 조립하는 체결봉;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택을 제공한다.
이때, 상기 체결봉의 재질은 스테인리스, 열처리강, 폴리플로필렌(PP), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 및 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite) 소재 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술된 다수개의 연료전지용 복합체 분리판을 준비하는 연료전지용 복합체 분리판 준비 단계; 준비된 다수개의 연료전지용 복합체 분리판 사이에 다수의 막-전극 접합체를 설치하는 막-전극 접합체 설치 단계; 상기 다수개의 연료전지용 복합체 분리판의 최외측 양단에 한 쌍의 엔드 플레이트를 설치하는 엔드 플레이트 설치 단계; 및 상기 다수의 제 1 체결구 및 제 2 체결구에 체결봉을 삽입하여 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 가로 방향으로 가압 밀착하여 체결 조립하는 체결 조립 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 연료전지용 복합체 분리판 준비 단계는, 금속 박판을 절반 크기로 접어 플라스틱 플레이트 본체를 접힌 부분에 삽입 설치하는 단계; 상기 플라스틱 플레이트 본체의 제 1 다수개의 매니폴드 및 제 1 체결구와 상기 금속 박판의 제 2 다수개의 매니폴드 및 제 2 체결구의 상하 위치를 일치시키고 정렬하는 단계; 및 상기 금속 박판의 다수의 접합용 돌출부를 용접하여 양면 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 금속 박판을 상기 플라스틱 플레이트 본체 유로판 양쪽에 설치하고, 상기 플라스틱 플레이트 본체의 양쪽에 설치된 금속 박판이 서로 접합되어 전기 전도가 이루어지도록 함으로써 카본 분리판보다 경량이고 기계적 충격 저항성이 우수한 연료전지용 복합체 분리판이 생산가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 플라스틱 플레이트 본체의 양쪽에 설치된 금속 박판이 서로 접합되어 금속 박판의 높은 전기전도를 이용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 금속 분리판의 가압력에 의한 유로 손상이나 붕괴의 단점을 해소하고, 스탬핑 혹은 하이드로포밍 가공을 위한 고가의 금형 비용을 줄일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 플라스틱 플레이트의 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 통로의 상부를 금속 박판이 덮는 형태로 분리판이 제작되므로 그 연결 통로를 막-전극 접합체의 가스켓으로 덮는 일반적인 방식과 달리, 연료가 가스켓의 틈새를 통해 인접한 막-전극 접합체로 누출되어 연료전지의 성능이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체(100)를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판(200)을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체와 금속 박판의 실물을 나타내는 사진 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판의 유체 확산용 구멍을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 6은 도 5에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판의 유체 확산용 구멍(511-1,511-2)의 크기에 따른 분리판의 접촉 면적, 3셀 스택의 저항과 출력을 도시한 표이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판의 용접면의 수에 따른 3셀 스택의 스택 저항과 출력을 도시한 표이다.
도 8은 도 4에 도시된 연료전지용 복합체 분리판(400)을 34개 사용한 34셀 스택을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 34셀 스택의 사진이다.
도 10은 도 8에 도시된 34셀 스택의 전류/저항과 출력을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판과 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체를 결합하여 연료전지용 복합체 분리판을 제조하는 과정을 보여주는 공정도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 경량 소재인 플라스틱 플레이트 본체인 유로판은 공기 및/또는 연료의 유동이 가능한 유로 채널 및 매니폴드가 형성된 형태이다. 이러한 플라스틱 플레이트 본체와 조립되는 금속 박판은 반응물의 확산 및/또는 이동이 가능하도록 다수개의 유체 확산용 구멍을 형성한 얇은 박판 형태이다. 이러한 금속 박판을 상기 플라스틱 플레이트 본체의 유로판 양쪽에 설치한다. 플라스틱 플레이트 본체 및 금속 박판의 구조를 도시한 도면이 도 1 및 도2이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체(100)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 플라스틱 플레이트 본체(100)는 사각 형상의 플레이트로서 이루어지며, 플라스틱 플레이트 본체(100)의 양면에 유체가 지나가는 유로 채널(110)과, 상기 유로 채널(110)로 유체(예컨대, 연료, 산화제 가스등을 말한다)를 공급하고 상기 유로 채널(110)로부터 유체를 배출하기 위한 제 1 매니폴드(120)와, 상기 유로 채널(110)과 상기 제 1 매니폴드(120)가 상호 연결되는 연결 유로(140)를 포함하며, 분리판을 스택으로 체결하는데 필요한 체결봉(미도시)이 설치되는 다수개의 제 1 체결구(130) 등이 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 매니폴드(120)는 별도 공급되는 연료를 유로 채널(110)로 공급하고 그로부터 연료를 배출한다. 또한, 반대편 면에서 다른 매니폴드로 별도 공급되는 산화제 가스를 다른 유로 채널로 공급하고 그로부터 산화제 가스를 매니폴드로 배출한다. 이 경우, 상기 상부면의 매니폴드는 플라스틱 플레이트 본체(100)에 대해 대각선 방향으로 각각 배치되며, 하부면의 다른 매니폴드는 상부면 매니폴드에 크로스되는 대각선 방향으로 각각 배치될 수 있다.
상기 유로 채널(110)은 플라스틱 플레이트 본체(100)의 상부면에서 시작단과 끝단이 사행(蛇行: serpentine)의 형태로 연결될 수 있고, 그 반대면에서도 상부면과 대각선 방향으로 동일한 형태의 유로 채널이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 플라스틱 플레이트 본체(100)는 그 두께가 약 1.0 내지 2.5mm이고 플라스틱 플레이트 본체(100)의 양면에는 공기극과 연료극의 유로 채널(110)이 각각 약 0.5 내지 2.0mm의 폭과 약 0.4 내지 1.0의 깊이로 형성되어 있고, 유로 채널(110)의 리브(rib)는 약 0.5 내지 2.0mm의 폭으로 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 연결 유로(140)는 매니폴드(120)로 유입되는 연료 및/또는 산화제 가스를 유로 채널(110)로 공급하고, 유로 채널(110)을 지난 연료 및/또는 산화제 가스를 대각선 방향의 다른 매니폴드로 배출하기 위한 것이다. 여기서, 각각의 플라스틱 플레이트 본체(100)에는 매니폴드(120)를 구성하기 위한 매니폴드 구멍이 모서리 부분에 각각 형성되어 있다.
여기서, 상기 플라스틱 플레이트 본체(100)는 폴리플로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA) 또는 상기 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite)로 이루어진다. 또한, 예를 들면 이들 소재의 조성물을 사출 성형 또는 압축 성형하여 플레이트로 제작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판(200)을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 플라스틱 플레이트 본체(100)와 조립되는 금속 박판(200)은, 유체의 확산을 위한 다수개의 유체 확산용 구멍(111)이 가공되어 있고, 어느 하나의 제 2 매니폴드(221)로 유입되는 유체를 플라스틱 플레이트 본체(100)의 유로 채널(111)로 공급한다.
상기 유로 채널(도 1의 111)을 지난 유체를 다른 하나의 플라스틱 플레이트 본체(100)의 제 1 매니폴드(120)로 배출하기 위한 제 2 매니폴드(221)가 형성된다. 또한, 복합체 분리판을 스택으로 체결하는데 필요한 다수개의 체결봉(미도시)들이 설치되는 다수개의 제 2 체결구(231)가 형성된다.
또한, 경첩부(261)에 의해 연결된 제 1 금속 박판(200-1)과 제 2 금속 박판(200-2) 사이에 플라스틱 플레이트 본체(100)를 넣고 양쪽에 설치되는 제 1 금속 박판(200-1)과 제 2 금속 박판(200-2)에 전기 전도가 이루어지도록 서로 접합하는 접합용 돌출부(251)가 형성된다.
본 발명의 일실시예에서 금속 박판(200)은 그 두께가 약 0.15 내지 0.05mm이고 금속 박판(200)의 표면은 접촉 저항을 낮추기 위하여 표면 처리 용액을 이용하여 표면 처리된다. 또한, 두께는 경량화와 기계적 강도 유지를 위하여 바람직하게는 약 0.1 내지 0.075mm가 된다. 상기의 금속 박판(200)은 연료전지 반응시 부식 저항성이 우수한 스테인리스(STS)계 300계열 또는 400계열의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 금속 박판(200)의 유체 확산용 구멍(211), 제 2 매니폴드(221) 및 제 2 체결구(231)는 에칭, 레이저 가공, 워터 젯 가공, 드릴 가공 등을 이용하여 금속 박판에 형성된다. 일반적으로는 다른 가공 방식도 가능하나, 에칭, 레이저 및 워터젯 가공이 주로 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 금속 박판(200)의 유체 확산용 구멍(111)은 그 직경이 약 1.0 내지 2.0mm이고 금속 박판(200)에 상하 관통되도록 가공될 수 있다. 또한, 약 1.5 내지 2.0mm의 직경을 가지고, 연료 및/또는 산화제 가스의 확산이나 유통이 용이한 직경으로 가공될 수 있다.
일반적으로 상기 유체 확산용 구멍(111)이 약 1.0mm 이하이면 유체의 확산이나 유통이 어렵게 되어 유체가 연료전지 전극 촉매에 잘 전달되지 못한다. 또한 전극 촉매에서 생성된 생성수 및/또는 이산화탄소가 외부로 잘 배출되지 못하여 전극의 성능이 낮아지는 단점이 있다. 또한, 유체 확산 구멍이 2.0mm 이상이 되면 전극 촉매에서 발생된 전자 이동 저항이 높아져서 전지의 접촉저항이 높아지는 단점이 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체와 금속 박판의 실물을 나타내는 사진 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 플라스틱 플레이트 본체(100)는 폴리플로필렌(PP)을 자동 고압 사출기로 사출 성형하여 제작되었다. 또한, 상기 금속 박판의 유체 확산용 구멍, 매니폴드 및 체결구는 에칭 가공 공정을 이용하여 제작될 수 되었다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 연료전지용 복합체 분리판(400)을 만들기 위해 먼저 플라스틱 플레이트 본체(도 1의 100)에 형성된 제 1 매니폴드(120) 및 제 1 체결구(130)가 금속 박판(도 2의 200)의 제 2 매니폴드(221) 및 제 2 체결구(231)와 위치가 상하로 일치하여 조립된다. 이후, 상기 금속 박판(200)에 설치된 접합용 돌출부(251)의 위치가 상하 일치하도록 정렬하고 상하 접합용 돌출부(251)를 용접하여 금속 박판(200)의 양면이 접합된다. 이러한 접합용 돌출부(251)의 접합에 의해 접합부(452)가 형성된다.
이와 같이 상기 복합체 분리판(300)은 막-전극 접합체(미도시)의 연료극(미도시) 및 공기극(미도시)으로 연료 및/또는 산화제 가스를 각각 공급하는 통로의 역할을 하는데, 막-전극 접합체의 연료극과 공기극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능도 동시에 수행한다.
도 5는 도 2에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판의 유체 확산용 구멍을 확대하여 도시한 확대도이다. 도 5를 참조하면, 연료전지용 복합체 분리판(300)에서, 유체 확산용 구멍(511-1,511-2)의 사이즈의 직경(501), 제 1 유체 확산용 구멍(511-1)과 제 2 유체 확산용 구멍(511-2)간 간격(502)이 도시된다. 좌측 도면의 유체 확산용 구멍을 확대한 것이 우측 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판(200)의 유체 확산용 구멍(511-1,511-2)의 크기에 따른 분리판의 접촉 면적, 3셀 스택의 저항과 출력을 도시한 표이다. 부연하면, 유체 확산용 구멍(511-1,511-2)의 사이즈가 1.2mm, 1.5mm 및 1.7mm일 경우, 연료전지의 성능 변화를 조사한 결과이다. 즉 유체 확산용 구멍의 직경을 1.2mm, 1.5mm 및 1.7mm로 변경하고 유체 확산용 구멍(511-1,511-2)의 간격은 모두 0.7mm로 동일하게 하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판(300)에서, 유체 확산용 구멍의 직경이 1.2, 1.5 및 1.7 mm일 때 전체 유체 확산용 구멍의 면적은 각각 489.9, 757.7 및 973.3 mm2로 넓어진다.
또한, 전체 면적에 대한 전체 유체 확산용 구멍면적의 비율도 37.45, 58.5 및 77.3%가 되어서 유체 확산용 구멍의 직경이 1.7mm인 금속 박판의 전체유체 확산용 구멍 면적과 전체 면적에 대한 전체 유체 확산용 구멍면적의 비율은 유체 확산용 구멍 직경이 1.2mm인 금속 박판에 비하여 2배 정도 커지는 것을 알 수 있다.
또한, 유체 확산용 구멍의 직경이 커지면 금속 박판(도 2의 200)의 중량도 각각 2.622, 2.187 및 1.903g로 가벼워지고, 금속 박판의 두께가 0.075mm인 경우에는 분리판 중량이 1.45g가 되었다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 분리판(300)에서, 유체 확산용 구멍의 직경이 각각 1.2, 1.5 및 1.7 mm인 금속 박판과 3차 사출 플라스틱 플레이트 본체를 사용하여 3셀 스택을 제작하여 연료전지 스택의 출력을 평가하였다. 이 스택의 전극 면적은 3.6x3.8cm2 (13.68cm2)이며 스택의 내부 저항은 70 mΩ이였다.
유체 확산용 구멍의 직경이 각각 1.2, 1.5 및 1.7 mm인 금속 박판과 3차 사출 플라스틱 플레이트 본체를 사용하여 제작한 3셀 스택의 성능은 연료극과 공기극에 1M 메탄올 용액과 공기를 각각 공급하면서 40℃에서 측정하였다. 이들의 정격 출력은 각각 1.48W(1.2V, 1.23A), 1.61W(1.2V, 1.34A) 및 1.67W(1.2V, 1.39A)였다.
또한, 전지의 정격 출력은 16.0W (8.0V, 2.0A)였다. 금속 박판의 유체 확산용 구멍 직경이 1.2mm에서 1.7mm로 증가할수록 스택의 출력은 증가하였으며, 스택의 저항은 각각 76, 77 및 91 mΩ로 높아졌다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판의 용접면의 수에 따른 3셀 스택의 스택 저항과 출력을 도시한 표이다. 도 7을 참조하면, 유체 확산용 구멍의 직경이 1.7 mm인 금속 박판과 사출 플라스틱 플레이트 본체를 사용하여 용접면의 수가 4, 3 및 2개인 3셀 스택은 연료극과 공기극에 1M 메탄올 용액과 공기를 각각 공급하면서 40℃에서 측정하였다. 이때, 이들의 정격 출력은 각각 1.1.67W(1.2V, 1.39A), 1.57W(1.2V, 1.31A) 및 1.56W(1.2V, 1.30A)였다.
이 결과에서도 금속 박판의 용접면의 수가 4, 3 및 2개 부위로 적어지면 스택 저항은 각각 91. 100 및 108 mΩ으로 높아졌다. 즉 이 결과에서 금속 박판의 용점면수는 최소 4 부위가 되어야 하며, 1.5A의 정전류에서 스택을 10분 이상 유지하였을 때 스택 온도는 약 43℃가 되는 것을 알 수 있다.
도 8은 도 4에 도시된 연료전지용 복합체 분리판(400)을 34개 사용한 34셀 스택을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택(800)은, 다수의 단위전지(861)들을 연속적으로 적층하여 이루어지는 전기 집전체(864)를 포함하고, 상기 각 단위전지(861)는 막-전극 접합체를 사이에 두고 이의 양측에 설치되는 연료전지용 복합체 분리판(300)을 포함한다.
상기 연료전지용 복합체 분리판(300)은 양면에 유체가 각각 지나가는 유로 채널(도 1의 110)이 형성되고 상기 유로 채널(도 1의 110)과 상호 연결되는 연결 유로(140)를 포함하는 플라스틱 플레이트 본체(100)와, 유체 확산용 다수개의 구멍(211)이 설치된 전기 집전용 금속 박판(200)들로 구성된다.
상기 플라스틱 플레이트 본체(100)가 금속 박판(200) 사이에 설치되어 상하 금속 박판(200)의 접합용 돌출부(도 2의 251)를 서로 용접하여 하나의 연료전지용 복합체 분리판(300)으로 형성한다.
상기 연료전지용 복합체 분리판(300)에는 상기 유로 채널(110)로 유체를 공급하고 상기 유로 채널(110)로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들(120, 221)과, 상기 플라스틱 플레이트 본체(100)와 금속 박판(200)이 서로 부착되며 이들 플라스틱 플레이트 본체(100)와 금속 박판(200) 사이에 상기 연결 유로(도 1의 140)를 형성한다.
이와 같이 상기 복합체 분리판(300)은 막-전극 접합체의 연료극 및 공기극으로 연료와 산화제 가스를 각각 공급하는 통로의 역할을 한다. 또한, 막-전극 접합체의 연료극과 공기극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능도 동시에 수행한다.
여기서, 상기 단위전지들(861)은 최외측에 위치되는 한 쌍의 엔드 플레이트(865)가 체결봉(863)에 의해 서로 체결되면서 가압 밀착될 수 있다. 상기 체결봉(863)은 단위전지(861)를 길이 방향으로 가압 밀착시켜 체결하기 위한 장력을 유지하여 한다. 따라서, 상기 체결봉(863)의 재질로는 일반적으로 스테인리스 혹은 열처리강을 사용하며, 스택의 경량화를 위해서는 폴리플로필렌(PP), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 또는 상기 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite) 소재로 이루어진 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 복합체 분리판(300)의 각 매니폴드는 단위전지들(861)이 가압 밀착됨에 따라 연료전지 스택(800)의 길이 방향으로 길게 형성된 장공 형태로 이루어진다.
상기와 같이 연료전지 스택(800)이 조립된 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 연료 및/또는 공기 공급유닛(862)을 통해 제공되는 연료 혹은 공기를 매니폴드로 공급한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 상기 연료전지 스택(800)은 복합체 분리판(300)을 통해 막-전극 접합체의 연료극 및 공기극으로 연료 및/또는 산화제 가스를 각각 공급한다. 이 경우, 연료극에서는 연료의 산화 반응이 일어나고, 공기극에서는 산화제 가스의 환원 반응이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 발생시키게 된다.
본 발명의 실시예에 의한 상기 연료전지 스택(800)에서 연료는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.
그리고, 연료는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스 또는 순수한 수소 가스를 포함할 수도 있다. 또한, 산화제 가스는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.
여기서, 상기 연료와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응은 단위 전지인 연료전지를 통해 이루어지는 바, 예를 들면 본 발명의 실시예에 의한 연료전지는 액체 연료를 직접 사용하는 직접 메탄올 연료전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)를 비롯하여 수소 성분이 풍부한 연료 가스와 공기 등의 산화제 가스를 제공받아 사용하는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)일 수도 있다. 즉, 본 발명의 일실시예는 직접 메탄올 연료전지 및 고분자 전해질형 연료전지에 모두 적용될 수 있다.
이러한 연료전지는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 복합체 분리판(bipolar plate)으로 구성된 단위 전지(unit cell)들이 연속적으로 적층된 연료전지 스택(Stack)을 구성된다. 통상적으로 분리판은 "바이폴라 플레이트"라고도 한다. 연료전지 스택은 단위 전지들이 수 개 내지 수 백 개로 직렬 혹은 병렬로 적층하여 수W 내지 kW의 전력을 생산하도록 모듈로 설계 및 제작된다.
특히, 분리판은 막-전극 접합체의 양측면에 배치되고 분리판의 양측면에는 다시 막-전극 접합체가 배치되도록 하며, 분리판은 연료와 산화제 가스(공기, 산소)를 막-전극 접합체의 양쪽으로 각각 공급하는 유체와 가스의 통로의 역할과, 막-전극 접합체의 연료극과 공기극을 직렬로 연결시켜 주는 전자 전도체의 역할과, 연료극과 공기극의 연료와 공기가 혼합되지 않도록 하는 분리판의 역할과, 연료전지 스택의 기계적 형태 유지 등의 기능을 동시에 수행한다.
따라서 연료전지 스택의 단위 전지에 연료 및 산화제 가스를 각각 공급하면, 연료는 막-전극 접합체의 연료극으로 공급되고, 산화제 가스는 공기극으로 공급된다.
일반적으로 연료전지용 분리판의 일면에는 연료의 흐름을 가능케 하는 유로 채널을 형성하고, 다른 일면에는 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 유로 채널을 형성한다.
그리고, 분리판에는 각각의 유로 채널에 대하여 연료와 산화제 가스를 공급하고 배출하기 위한 사각형 혹은 타원형 유체 확산용 구멍 형태의 매니폴드를 형성하고 있으며, 각각의 매니폴드와 유로 채널은 서로 연결되어 통하도록 한다.
연료전지에 사용하는 분리판은 연료와 기체를 공급하는 유로, 전자를 이동시키는 전도체 역할, 연료와 기체의 분리 역할, 연료전지의 기계적 형태 유지의 기능을 가진다. 분리판의 재료로는 형태 유지와 전자 이동을 위하여 전기 전도도가 있는 카본(흑연) 또는 금속과 같은 전도성 물질을 사용하거나, 부도체인 경우에는 전기전도도를 가지는 물질을 코팅하여 사용한다. 연료전지용 분리판은 연료전지의 공기극 산화 분위기와 연료극 환원 분위기에서 모두 안정해야 하고, 각 연료가스의 혼합을 방지할 수 있도록 치밀해야 하며, 충분한 전기 전도도를 가져야 한다.
도 9는 도 8에 도시된 34셀 스택의 사진이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판(300)을 사용한 34셀 스택에서, 플라스틱 플레이트 본체와 금속 박판으로 제작한 복합체 분리판을 이용한 34셀 스택에서 플라스틱 플레이트 본체는 PP 수지이고 여기에 사용한 금속 박판은 두께가 0.1mm이다. 금속 박판에는 연료와 공기의 확산을 위한 직경 1.7mm인 구멍을 0.7mm 간격으로 가공한 것이다.
도 10은 도 8에 도시된 34셀 스택의 전류/저항과 출력을 도시한 그래프이다. 도 10을 참조하면, 금속/플라스틱 플레이트 본체의 복합체 분리판으로 제작한 34셀 스택의 I-V와 출력 곡선의 성능 변화를 나타낸 것이다. 단위전지 성능은 연료극과 공기극에 1M 메탄올 용액과 공기를 각각 공급하면서 측정하였다.
34셀 스택의 정격 출력은 33.1W (13.6V, 2.43A)였다. 제작한 34셀 스택의 셀 전압 분포를 나타내었다. 셀 전압 분포는 스택의 전류를 2.1A에 고정시킨 후 각 셀의 전압을 측정하였으며, 이 때 스택의 전체 전압은 14.38V였으며, 셀 전압은 대체적으로 양호한 것으로 판단되었다.
정전류 2.1A에서 운전하였을 때 스택 전압은 14V, 스택 출력은 30W였으며 스택 온도는 약 50℃ 정도를 유지하였다. 스택은 150분 정도 운전하였을 때 스택의 전압, 출력 그리고 온도는 거의 일정하게 유지되었다.
복합체 분리판으로 제작한 34셀 스택의 자가 발열을 이용한 저온(-25℃) 운전 (연료전지 출력, 전압, 전류 및 스택 온도)하였다. 연료전지 스택은 0℃부근에서 운전을 시작하여 부하를 인가하면 자가 발열에 의한 반응열로 스택 내부의 온도가 상승하기 시작하였다.
항온기의 온도가 약 28분 후에 -25℃가 되어도 스택 내부 온도는 거의 28℃가 되고 온도는 계속 상승하여 약 30분 후에 30℃가 된다. 이 때 스택의 부하는 5분 간격으로 0.25A씩 1A까지 높이고 그 후에는 10분 간격으로 0.5A씩 높여 최종적으로 2A로 하였다. 약 30분 후에 스택의 온도는 30℃로 유지되며 스택의 전류와 전압은 각각 2A와 12V가 되어 스택의 출력은 24W가 되었다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 복합체 분리판 제조용 금속 박판과 연료전지용 복합체 분리판 제조용 플라스틱 플레이트 본체를 결합하여 연료전지용 복합체 분리판을 제조하는 과정을 보여주는 공정도이다. 도 11을 참조하면, 양면에 유체가 지나가는 유로 채널(도 1의 110)이 형성된 플라스틱 플레이트 본체(100)와 유체의 확산을 위한 다수개의 유체 확산용 구멍(도 2의 211)이 가공되어 있는 금속 박판(200)을 준비한다(단계 S1110).
여기에서, 상기 금속 박판(200)에는 제 2 매니폴드(221)가 모서리 부분에 각각 형성되어 있다.
이러한 플라스틱 플레이트 본체(100)를 절반 크기로 접은 금속 박판(200) 사이에 끼워 넣어 설치한다(단계 S1120,S1130). 따라서, 연료와 산화제 가스를 공급/배출하기 위한 각각의 제 1 및 제 2 매니폴드(120,221)와 연료 및 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 각각의 유로 채널(110)의 끝단이 연결된 연결 유로(140)를 플라스틱 플레이트 본체(100)와 금속 박판(200) 사이에 형성할 수 있다.
상기 플라스틱 플레이트 본체(100)에 형성된 제 1 매니폴드(120) 및 제 1 체결구(130)가 금속 박판(200)의 제 2 매니폴드(221) 및 제 2 체결구(231)와 위치가 상하로 일치하여 걸림이 없도록 형성하며, 상기 금속 박판(200)에 설치된 접합용 돌출부(51)의 위치가 상하 일치하도록 정렬하고 상하 접합용 돌출부(도 2의 251)를 용접하여 양면을 접합한다(단계 S1150,S1160).
상기와 같은 상태에서, 스팟 용접, 레이저 용접, 초음파 용접 등을 이용하여 금속 박판의 용접 돌출부(51)의 다른 일면을 서로 용접하여 접합시킨다(단계 S1170).
상기 플라스틱 플레이트 본체(100)의 양면에 연료 또는 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 유로 채널(110)이 각각 형성되고, 매니폴드(120,221)와 유로 채널(110) 사이를 관통하여 상호 연결되는 연결 유로(140)가 형성된다.
100… 플라스틱 플레이트 본체 200… 금속 박판
110 … 유로 채널 211… 유체 확산용 구멍
120… 제 1 매니폴드 221… 제 2 매니폴드
130… 제 1 체결구 231… 제 2 체결구
140… 연결 유로 251… 접합용 돌출부
300… 복합체 분리판 261… 경첩부
452… 접합부
861… 단위전지
862… 공기 공급유닛 863… 체결봉
864… 전기 집전체 865… 엔드 플레이트
800… 연료전지 스택

Claims (15)

  1. 양면에 유체의 순환을 위한 유로 채널이 형성되며, 상기 유체를 배출하기 위해 일측 모서리 부분에 다수개의 제 1 매니폴드가 형성되고, 다수개의 제 1 체결구가 가장자리에 형성되는 플라스틱 플레이트 본체; 및
    다수개의 유체 확산용 구멍이 가공되어 있으며, 상기 다수개의 제 1 매니폴드와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 매니폴드가 일측 모서리 부분에 형성되며, 상기 다수개의 제 1 체결구와 상하 일치 대응하는 다수개의 제 2 체결구가 가장 자리에 형성되고, 절반 크기로 접혀져 접힌 부분 사이에 상기 플라스틱 플레이트 본체를 삽입 조립하는 금속 박판;을 포함하며,
    상기 금속 박판에 전기 전도가 이루어지도록 서로 접합하는 다수개의 접합용 돌출부가 형성되며,
    상기 플라스틱 플레이트 본체의 양면에 형성되는 유로채널은 공기극 유로 채널과 연료극 유로 채널로 이루어지며,
    상기 다수개의 유체 확산용 구멍의 직경은 상기 유로 채널에서 순환되는 유체의 확산이나 유통이 용이하도록 직경이 1.0 내지 2.0mm 또는 1.5 내지 2.0mm이고 상하로 관통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 플레이트 본체의 양면에는 상기 다수개의 제 1 매니폴드 매니폴드와 유로 채널 사이를 관통하여 상호 연결되는 연결 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결 유로는 상기 다수개의 매니폴드로 유입되는 유체를 상기 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지나는 유체를 대각선 방향의 다른 매니폴드로 배출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 플레이트 본체의 두께는 1.0 내지 2.5mm인 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로 채널의 폭은 0.5 내지 2.0mm이고, 상기 유로 채널의 깊이는 0.4 내지 1.0mm이며, 상기 유로 채널의 리브(rib)의 폭은 0.5 내지 2.0mm의 폭인 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 플레이트 본체는 폴리플로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA), 및 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite) 소재 조성물 중 어느 하나의 재료를 이용하여 사출 성형 또는 압축 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 박판의 두께는 경량화와 기계적 강도 유지를 위하여 0.1 내지 0.075mm 또는 0.15 내지 0.05mm인 것을 특징으로 하며, 상기 금속 박판의 재료는 스테인리스(STS)계 300계열 또는 400계열이고, 상기 금속 박판의 표면은 접촉 저항을 낮추기 위하여 표면 처리 용액을 이용하여 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 접합하는 다수개의 접합용 돌출부는 스팟 용접, 레이저 용접, 및 초음파 용접 중 어느 하나를 이용하여 접합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 유체 확산용 구멍, 매니폴드 및 체결구는 에칭, 레이저 가공, 워터 젯 가공, 및 드릴 가공 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 복합체 분리판.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 다수개의 연료전지용 복합체 분리판;
    준비된 다수개의 연료전지용 복합체 분리판 사이에 설치되는 다수의 막-전극 접합체;
    상기 다수개의 연료전지용 복합체 분리판의 최외측 양단에 설치되는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및
    상기 다수의 제 1 체결구 및 제 2 체결구에 삽입되어 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 가로 방향으로 가압 밀착하여 체결 조립하는 체결봉;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 체결봉의 재질은 스테인리스, 열처리강, 폴리플로필렌(PP), 에이비에스(ABS), 에폭시, 피엠엠에이(PMMA), 폴리카보네이트(PC) 및 플라스틱/세라믹 복합체(plastic composite) 소재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 다수개의 연료전지용 복합체 분리판을 준비하는 연료전지용 복합체 분리판 준비 단계;
    준비된 다수개의 연료전지용 복합체 분리판 사이에 다수의 막-전극 접합체를 설치하는 막-전극 접합체 설치 단계;
    상기 다수개의 연료전지용 복합체 분리판의 최외측 양단에 한 쌍의 엔드 플레이트를 설치하는 엔드 플레이트 설치 단계; 및
    상기 다수의 제 1 체결구 및 제 2 체결구에 체결봉을 삽입하여 상기 한 쌍의 엔드 플레이트를 가로 방향으로 가압 밀착하여 체결 조립하는 체결 조립 단계;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료전지용 복합체 분리판 준비 단계는,
    금속 박판을 절반 크기로 접어 플라스틱 플레이트 본체를 접힌 부분에 삽입 설치하는 단계;
    상기 플라스틱 플레이트 본체의 제 1 다수개의 매니폴드 및 제 1 체결구와 상기 금속 박판의 제 2 다수개의 매니폴드 및 제 2 체결구의 상하 위치를 일치시키고 정렬하는 단계; 및
    상기 금속 박판의 다수의 접합용 돌출부를 용접하여 양면 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 제조 방법.
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