KR101755465B1 - 연료전지용 분리판의 코팅 방법 및 연료전지용 분리판 - Google Patents

연료전지용 분리판의 코팅 방법 및 연료전지용 분리판 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 분리판의 코팅 탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계, 프리커서 가스를 포함하는 탄화금속 코팅층 형성 가스를 반응 챔버 내로 도입시키는 단계; 및 반응 챔버에 전압을 가하여 프리커서 가스를 플라즈마 상태로 변화시켜 모재의 편면 또는 양면에 탄화금속 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 탄화금속 프리커서는 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.

Description

연료전지용 분리판의 코팅 방법 및 연료전지용 분리판{COATING METHOD OF SEPERATOR FOR FUEL CELL AND SEPERATOR FOR FUEL CELL}
연료전지용 분리판의 코팅 방법 및 연료전지용 분리판에 관한 것이다.
연료전지 스택은 전극막, 분리판, 가스 확산층 그리고 가스켓과 같이 반복적으로 적층되는 부품과 스택모듈을 체결하는데 필요한 체결 기구, 스택을 보호하는 인클로져(Encloser), 차량과의 인터페이스에 필요한 부품 및 고전압 커넥터 등과 같은 비반복 부품으로 나누어질 수 있다. 연료전지 스택은 수소와 공기 중의 산소가 반응하여 전기, 물, 그리고 열을 방출하는 장치인데 연료전지 스택은 고전압의 전기와 물 그리고 수소가 같은 장소에 공존하게 됨으로써 많은 위험요소들을 내재하고 있다.
특히 연료전지 분리판의 경우 연료전지 구동시 발생하는 수소 양이온이 직접 접촉함으로 인하여 부식에 대한 저항성이 더욱 요구되고, 표면처리 없이 금속분리판 적용시 금속의 부식은 물론, 금속 표면에 생성된 산화물이 전기절연체로 작용하여 전기전도성을 낮추게 된다. 이때 해리되어 용출되는 금속 양이온이 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 오염시켜 연료전지의 성능을 감소시킨다.
현재 연료전지 분리판으로 사용되는 탄소계 분리판의 경우 공정 상 발생된 크랙이 연료전지 내부에 남아있게 될 위험성이 크고, 강도 및 가스투과성 측면에서 박막화가 어려울 뿐만 아니라, 가공성 등이 문제되고 있다.
한편, 금속분리판의 경우 우수한 연성으로 인하여 성형성, 생산성 측면에서 유리하고, 박막화가 가능하여 스택의 소형화가 가능하지만 부식에 의한 MEA의 오염과, 표면 산화막 형성에 따른 접촉저항 증가로 인하여 스택성능이 저하되게 된다. 따라서 이러한 표면 부식과 산화막 성장을 억제할 수 있는 표면처리 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지용 분리판의 코팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 연료전지용 분리판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 분리판의 코팅 방법은 탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계; 프리커서 가스를 포함하는 탄화금속 코팅층 형성 가스를 반응 챔버 내로 도입시키는 단계; 및 반응 챔버에 전압을 가하여 상기 프리커서 가스를 플라즈마 상태로 변화시켜 모재의 편면 또는 양면에 탄화금속 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함한다.
탄화금속 프리커서는 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
탄화금속은 탄화티타늄, 탄화크롬, 탄화몰리브덴, 탄화텅스텐, 탄화구리 또는 탄화니오븀일 수 있다.
탄화금속 프리커서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015111303605-pat00001
(여기서, Me는 Ti, Cr, Mo, W, Cu, 또는 Nb이고,
R1 내지 R3은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10의 아미노알킬기이고,
n은 0 내지 4이고,
R4는 C1 내지 C30의 알킬기이고, n이 2이상인 경우, 복수의 R4는 같거나 다를 수 있다.)
탄화금속 프리커서는 (트리메틸)펜타메틸 시클로펜타디에닐 티타늄, 시클로펜타디에닐 (시클로헵타트리에닐) 티타늄, 트리스(디메틸아미노)티타늄 시클로펜타디에닐라이드 또는 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄을 포함할 수 있다.
탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계는 온도범위 50℃ 내지 100℃에서 이루어질 수 있다.
탄화금속 코팅층을 형성하는 단계는 온도범위 80℃ 내지 150℃에서 이루어질 수 있다.
본발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 분리판은 전술한 방법으로 제조되고, 모재 및 상기 모재의 일면 또는 양면에 형성된 탄화금속 코팅층을 포함하고, 탄화금속 코팅층은 탄화금속을 5at% 내지 50at%, 산화금속을 0.01at% 내지 15at% 잔부 금속을 포함한다.
탄화금속 코팅층의 두께는 50nm 내지 1000nm일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 저온에서 코팅층을 형성할 수 있어 모재의 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 저온에서 코팅층을 형성할 수 있어 제조비용이 절감된다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 PECVD 공정에 의하여 코팅층을 형성할 수 있어 대면적, 대량인 경우에도 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 의하면 탄화금속 프리커서로서 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 사용함으로써, 내식성 및 전도성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 구현례에 따라 연료 전지용 분리판에 코팅층을 형성하기 위한 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예에서 제조한 연료전지용 분리판의 탄소 코팅층을 X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 분석한 그래프이다.
도 3은 비교예에서 제조한 연료전지용 분리판의 탄소 코팅층을 X선 광정자 분광법(XPS)에 의해 분석한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, C1 내지 C30 알킬기; C1 내지 C10 알킬실릴기; C3 내지 C30 시클로알킬기; C6 내지 C30 아릴기; C2 내지 C30 헤테로아릴기; C1 내지 C10 알콕시기; 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기; 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "이들의 조합"이란 별도의 정의가 없는 한, 둘 이상의 치환기가 연결기로 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 결합되어 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 어떠한 알켄기나 알킨기를 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"를 의미한다. 상기 "알켄기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 치환기를 의미하며, "알킨기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합으로 이루어진 치환기를 의미한다. 상기 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다.
상기 알킬기는 C1 내지 C20의 알킬기 일 수 있으며, 보다 구체적으로 C1 내지 C6인 저급 알킬기, C7 내지 C10인 중급 알킬기, C11 내지 C20의 고급 알킬기일 수 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현례에 따라 연료 전지용 분리판에 코팅층을 형성하기 위한 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 장치를 나타낸 모식도이다.
도 1을 참고하면 본 발명의 일 구현례에서 사용되는 PECVD 장치는 진공으로 유지되며 내부에 플라즈마가 형성될 수 있는 반응 챔버(10)와, 반응 챔버 내로 프리커서 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함한다.
또한, 반응 챔버(10)에는 챔버 내 진공을 형성하기 위한 진공펌프(11)가 연결되어 있고 반응 챔버(10) 내에 설치된 전극(11) 사이로 모재(분리판)가 위치한다. 전원공급장치(12)에서 전원이 공급되면 반응 챔버 내부의 가스들이 플라즈마 상태로 변화한다. 플라즈마 상태의 가스들은 모재(20)의 표면에 코팅된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 분리판의 코팅 탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계, 프리커서 가스를 포함하는 탄화금속 코팅층 형성 가스를 반응 챔버 내로 도입시키는 단계; 및 반응 챔버에 전압을 가하여 프리커서 가스를 플라즈마 상태로 변화시켜 모재의 편면 또는 양면에 탄화금속 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 탄화금속 프리커서는 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
먼저, 탄화금속(MeC) 프리커서(precursor)를 기화시켜 프리커서 가스를 제조한다.
탄화금속 프리커서는 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 포함한다. 탄화금속 프리커서로서 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 사용함으로써, 탄화 코팅층 내의 탄화금속의 함량을 증가시킬 수 있다. 탄화금속의 함량이 증가됨으로써, 연료전지용 분리판의 전기전도성 및 내식성이 동시에 향상되게 된다. 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기는 C5 내지 C20의 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기일 수 있다.
구체적으로, 탄화금속 프리커서는 탄화티타늄, 탄화크롬, 탄화몰리브덴, 탄화텅스텐, 탄화구리 또는 탄화니오븀 프리커서일 수 있다. 더욱 구체적으로 탄화금속 프리커서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015111303605-pat00002
여기서, Me는 Ti, Cr, Mo, W, Cu, 또는 Nb이고, R1 내지 R3은 서로 독립적으로, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10의 아미노알킬기이고, n은 0 내지 4이고, R4는 C1 내지 C30의 알킬기이고, n이 2이상인 경우, 복수의 R4는 같거나 다를 수 있다.
더욱 구체적으로, 탄화금속 프리커서는 (트리메틸)펜타메틸 시클로펜타디에닐 티타늄[(Trimethyl)pentamethylcyclopentadienyltitanium], 시클로펜타디에닐 (시클로헵타트리에닐) 티타늄[Cyclopentadienyl(cycloheptatrienyl)titanium], 트리스(디메틸아미노)티타늄 시클로펜타디에닐라이드[Tris(dimethylamino)titanium cyclopentadienylide] 또는 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄[Cyclopentadienyl tris(isopropoxide)titanium]을 포함할 수 있다.
탄화금속 프리커서는 50℃ 내지 100℃에서 기화가 이루어질 수 있다. 온도가 너무 낮으면, 기화가 원활하게 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있고, 온도가 너무 높으면, 열화됨으로 인하여 프리커서 자체 특성이 변화되어 특성 구현이 불가능하고 분진이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다. 탄화금속 프리커서의 기화 시의 압력은 0.1mTorr 내지 10 mTorr를 유지할 수 있다. 탄화금속 프리커서는 기화와 동시에 리간드의 1차 분해가 일어난다.
다음으로, 프리커서 가스를 포함하는 탄화금속 코팅층 형성 가스를 반응 챔버 내로 도입시킨다. 이 때 프리커서 가스는 반응 챔버 내의 압력을 10mTorr 내지 1000 mTorr를 유지하여 챔버 내의 압력차를 통해 도입하고, 프리커서 가스는 100sccm 내지 500sccm으로 도입시킬 수 있다.
탄화금속 코팅층 형성 가스는 불활성 가스 및 수소 가스를 더 포함할 수 있다. 불활성 가스는 Ar이 될 수 있다. 불활성 가스는플라즈마를 활성화시키는 역할을 하고, 수소 가스는 프리커서를 분해하는 역할을 한다. 불활성 가스는 100sccm 내지 500sccm으로 도입하고, 수소 가스는 500sccm 내지 1500sccm으로 도입할 수 있다. 전술한 범위에서 코팅이 원활하게 이루어진다.
다음으로, 반응 챔버에 전압을 가하여 프리커서 가스를 플라즈마 상태로 변화시켜 모재의 편면 또는 양면에 탄화금속 코팅층을 형성한다.
이 때, 전압은 400V 내지 800V를 부여할 수 있다. 또한, 온도는 80℃ 내지 150℃로 조절할 수 있다. 온도가 너무 낮으면, 기화된 프리커서가 응축되거나, 프리커서의 분해가 불완전하여 접촉 저항이 상승하는 문제가 발생할 수 있다. 온도가 너무 높으면, 모재가 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 범위에서 온도를 조절할 수 있다. 탄화금속 코팅층은 10min 내지 1hr 동안 형성할 수 있다. 프리커서의 경우 신뢰성 향상을 위하여 히팅 후 발생되는 초기 가스는 쓰지 않고, 최소 1hr 이상 흘린 후 코팅층 증착을 진행한다. 그 후에도 플라즈마의 안정적인 활성화를 위하여 10min 이상 증착을 진행하여야 안정한 탄화 금속 코팅층 형성이 가능하다. 탄화 금속 코팅층의 경우 시간보다는 두께에 비례하여 특성이 나타나며 공정시간이 많아질수록 코팅두께 차이가 나지만, 일정 두께이상 증착시 코팅층의 특성 구현이 동일하므로 그 이상 증착할 필요성이 작다.
제조된 탄화금속 코팅층은 프리커서로서 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 사용함으로써, 탄화금속의 함량이 높고, 산화금속의 함량을 낮아지게 된다. 구체적으로 탄화금속의 함량은 5 at% 내지 50at%가 될 수 있고, 산화금속의 함량은 0.01at% 내지 15at%가 될 수 있다. 탄화금속의 함량이 높아지고, 산화금속의 함량이 낮아지므로, 연료전지용 분리판의 전기전도성 및 내식성을 동시에 만족할 수 있게 된다. 표면 산화를 억제하기 위해서 챔버를 진공상태로 유지하고 로봇을 이용하여 시편을 챔버내 이동할 수 있도록 한다. 더욱 구체적으로 탄화금속 코팅층은 탄화금속을 20 at% 내지 40 at% 포함하고, 산화금속을 0.1at% 내지 10at% 포함할 수 있다.
탄화금속 코팅층 형성 가스의 유량, 부여되는 전압, 온도 및 시간 조건 등을 조절함에 따라, 탄화금속 코팅층의 두께를 원하는 범위로 조절할 수 있다. 구체적으로 탄화금속 코팅층의 두께는 50nm 내지 1000nm가 될 수 있다. 두께가 너무 얇으면, 내부식성 향상 효과가 충분히 발휘되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 두께가 너무 두꺼우면, 전도성을 저해하는 접촉저항이 커지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 탄화금속 코팅층의 두께를 적절히 조절할 수 있다. 구체적으로 탄화금속 코팅층의 두께는 100nm 내지 500nm가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지용 분리판은 내식성 및 전도성이 우수하여, 연료전지에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
트리스(이소프로폭사이드) 염화티타늄 1mol에 대하여, 시클로펜타디에닐 나트륨을 1.2 mol 첨가하고, 80℃ 에서 1시간 동안 교반하며 반응시켰다. 정제 후, X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한 결과 1.11, 4.45, 6.13 ppm에서 CH3, CH, 시클로펜타디에닐에 대한 피크를 확인하였다. 각 피크의 적분비가 182.6:31.7:50.4 약 18:3:5로 계산되어, 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄이 순도 99%로 합성되었음을 확인하였다.
합성된 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄을 1mTorr, 65℃ 에서 가열하여 기화시켜 프리커서 가스를 제조하였다.
모재로는 0.1t 두께의 스테인레스 스틸(SUS316L)을 준비하였다. 에탄올과 아세톤으로 초음파 세척을 하여, 모재 표면의 이물질을 제거하고, DHF 5%를 5min 처리하여 표면 산화막(Cr2O3)을 제거하였다.
이후 프리커서 가스 300ccm을 반응 챔버 내로 주입시켰다. 이 때, 반응 챔버 내의 압력은 100 mTorr로 온도는 100℃로 유지하였다.
이후 반응 챔버에 600V의 전압을 가하여 가스들을 플라즈마 상태로 변화 시키고 모재의 양면에 증착하여 약 300nm 두께의 질화티타늄(TiN) 코팅층을 형성하였다.
탄화티타늄 코팅층을 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한 결과를 도 2에 표시하였으며, 탄화티타늄 코팅층 전면과 후면에서 전체 티타늄의 원자량에 대한 탄화티타늄 및 산화티타늄의 양을 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 탄화티타늄 코팅층 전면과 후면의 탄화티타늄 코팅층의 경도를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
비교예
프리커서로 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄 대신 테트라키스(다이메틸아미도)티타늄[Tetrakis(dimethylamido)titanium, TDMAT]을 사용한 것을 제외하고, 전술한 실시예와 동일하게 실시하였다.
탄화티타늄 코팅층을 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한 결과를 도 3에 표시하였으며, 탄화티타늄 코팅층 전면과 후면에서 전체 티타늄의 원자량에 대한 탄화티타늄 및 산화티타늄의 양을 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 탄화티타늄 코팅층 전면과 후면의 탄화티타늄 코팅층의 경도를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
실험예 1: 부식 전류의 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 연료전지용 분리판을 동전위 분극테스트를 이용하여 부식 전류를 측정하였다.
먼저 황산 10.78g, 불산 35㎕ 및 초순수 2ℓ를 포함하는 부식 용액을 제조한다. 제조된 연료전지용 분리판을 시편 지름 16mm가 되도록 준비하고, 부식 용액에 침지하였다. 부식 용액을 80℃에서 30분 동안 가열하고, 냉각한 후, 80℃에서 30분 동안 재가열하였다. 전압을 25분 동안 0.6V로 부여하여 측정하였다.
실험예 2: 접촉 저항의 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 연료전지용 분리판을 기체확산층(GDL)과 연계하여 접촉 저항을 측정하였다.
집전 장치 사이에 제조된 연료전지용 분리판 1장을 개재하고, 10kgf/cm2의 가압력으로 가압하여, 저항(R1)을 측정하였다. 집전 장치 사이에 제조된 연료전지용 분리판 2장을 개재하고, 10kgf/cm2의 가압력으로 가압하여, 저항(R2)을 측정하였다.
분리판-분리판 접촉 저항은 아래와 같은 식으로 계산된다.
분리판-분리판 접촉 저항(mΩ·m2)=R2(mΩ)-R1(mΩ)*분리판 면적(cm2)
집전 장치 사이에 GDL 3장을 개재하고, 10kgf/cm2의 가압력으로 가압하여, 저항(R1)을 측정하였다. 집전 장치 사이에 GDL 2장-실시예에서 제조된 연료전지용 분리판 1장-GDL 2장을 순차로 개재하고, 10kgf/cm2의 가압력으로 가압하여, 저항(R2)을 측정하였다.
GDL-분리판 접촉 저항은 아래와 같은 식으로 계산된다.
GDL-분리판 접촉 저항(mΩ˙m2)=[R2(mΩ)-R1(mΩ)]*분리판 면적(cm2)
최종 접촉 저항은 분리판-분리판 접촉 저항 및 GDL-분리판 접촉 저항의 합으로 계산하였다.
탄화티타늄 함량
(at%)		 산화티타늄 함량
(at%)		 경도
(GPa)		 접촉 저항
(mΩ˙m2)		 부식 전류
(μA/cm2)
실시예(전면) 37.2 7.8 3.47 7.39×10-3 15.8
실시예(후면) 35.4 6.2 3.43 8.08×10-3 15.8
비교예(전면) 11.3 11.8 2.89 4.17×10-5 1263
비교예(후면) 9.3 13.4 3.21 3.38×10-5 1356
표 1에서 나타나듯이, 실시예의 경우 프리커서로서 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄을 사용함으로써, 탄화티타늄 코팅층 내의 탄화티타늄의 함량이 높고, 그로 인하여, 전기전도도 및 내식성이 동시에 향상됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 반응 챔버 11: 전극
12: 전원공급장치 20: 모재

Claims (8)

  1. 탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계;
    상기 프리커서 가스를 포함하는 탄화금속 코팅층 형성 가스를 반응 챔버 내로 도입시키는 단계; 및
    상기 반응 챔버에 전압을 가하여 상기 프리커서 가스를 플라즈마 상태로 변화시켜 모재의 편면 또는 양면에 탄화금속 코팅층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 탄화금속 프리커서는 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기를 갖는 화합물을 포함하고,
    상기 탄화금속 코팅층은 탄화금속을 20 at% 내지 40 at%, 산화금속을 0.1at% 내지 10at% 잔부 금속을 포함하는 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화금속은 탄화티타늄, 탄화크롬, 탄화몰리브덴, 탄화텅스텐, 탄화구리 또는 탄화니오븀인 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄화금속 프리커서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
    [화학식 1]
    Figure 112015111303605-pat00003

    (여기서, Me는 Ti, Cr, Mo, W, Cu, 또는 Nb이고,
    R1 내지 R3은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C10 알콕시기 또는 C1 내지 C10의 아미노알킬기이고,
    n은 0 내지 4이고,
    R4는 C1 내지 C30의 알킬기이고, n이 2이상인 경우, 복수의 R4는 같거나 다를 수 있다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄화금속 프리커서는 (트리메틸)펜타메틸 시클로펜타디에닐 티타늄, 시클로펜타디에닐 (시클로헵타트리에닐) 티타늄, 트리스(디메틸아미노)티타늄 시클로펜타디에닐라이드 또는 시클로펜타디에닐 트리스(이소프로폭시드)티타늄을 포함하는 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화금속 프리커서를 기화시켜 프리커서 가스를 제조하는 단계는 온도범위 50℃ 내지 100℃에서 이루어지는 것인 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄화금속 코팅층을 형성하는 단계는 온도범위 80℃ 내지 150℃에서 이루어지는 것인 연료전지용 분리판의 코팅 방법.
  7. 모재 및 상기 모재의 일면 또는 양면에 형성된 탄화금속 코팅층을 포함하고, 상기 탄화금속 코팅층은 탄화금속을 20at% 내지 40at%, 산화금속을 0.1at% 내지 10at%, 잔부 금속을 포함하는 연료전지용 분리판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄화금속 코팅층의 두께는 50nm 내지 1000nm인 연료전지용 분리판.
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