KR101806641B1 - 연료전지의 단위 셀 사출금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형은 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트(Insert)에 고분자 수지를 사출하여 형성되는 프레임이 일체화된 연료전지의 단위 셀을 제조하는 사출금형에 있어서, 상부 몰드; 상기 상부 몰드와 결합되어 내부에 상기 인서트가 삽입되는 인서트 영역과 고분자 수지가 사출되어 프레임이 형성되는 사출 영역을 포함하도록 내부공간을 형성하는 하부 몰드; 및 탄성 재질로 형성되며 상기 상부 몰드 및 하부 몰드에 서로 대향하도록 배치되어, 상기 인서트를 클램핑하여 상기 내부공간을 인서트 영역 및 사출 영역으로 구획하면서, 상기 인서트 영역으로 고분자 수지가 유입되는 것을 방지하는 탄성 돌기부;를 포함한다.

Description

연료전지의 단위 셀 사출금형{INJECTION MOLD FOR UNIT CELL OF FUEL CELL}
본 발명은 연료전지의 단위 셀 사출금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)과 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)가 일체화된 인서트의 파손을 최소화하면서 프레임을 사출할 수 있는 연료전지 단위 셀 사출금형에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 물의 전기분해 반응의 역반응으로 수소와 산소를 이용하여 전력을 생산하는 시스템으로써, 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되어 가고 있다.
특히, 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC ; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 비교적 낮은 온도에 작동 가능하며, 빠른 시동 및 응답특성을 가지고 있어 차량용 이동 전원으로 활발하게 개발이 진행되고 있다.
상기와 같은 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)의 스택은 연료극과 공기극 및 이들 사이의 고분자 전해질막으로 이루어진 막전극접합체(MEA ; Membrane Electrode Assembly)와 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)과 바이폴라플레이트(Bipolar Plate)라 불리는 금속 재질의 분리판(Separator) 및 가스켓(Gasket)으로 구성된 단위 셀(Unit Cell)이 필요한 수로 적층되어 이루어진다.
이때, 작동온도가 100℃ 이하에서 수소-산소 반응 연료전지 하나의 단위 셀에서 발생될 수 있는 최대 전압은 대략 1.2 V로 차량 구동에 필요한 전력이 생산될 수 있도록 다수의 단위 셀을 직렬로 적층하여 하나의 연료전지를 구성한다.
도 1은 종래 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)을 일체화하여 제조된 연료전지의 단위 셀을 보여주는 도면이고, 도 2는 종래 일반적인 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)을 고분자 수지(30)를 이용하여 사출성형 방식으로 일체화하여 고분자 프레임(20)을 갖는 단위 셀을 제조하는 공법 등이 개발되었다.
이때, 종래 단위 셀 사출금형은 상부 몰드(101) 및 하부 몰드(201)에 서로 대향하게 돌출된 돌기(301)를 구성하여 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트(10) 내부로 고분자 수지(30)가 침투하는 것을 방지하였다.
그러나 상기와 같은 돌기(301)는 상부 몰드(101) 및 하부 몰드(201)와 동일한 금속 재질로 형성됨에 따라, 사출 압력이 과한 조건에서도 인서트(10) 내부로 고분자 수지(30)가 침투되는 것을 효과적으로 방지할 수 있었으나, 금속 재질에 비하여 상대적으로 연하고 부드러운 인서트(10)가 금속 재질의 돌기(301)에 의하여 파손되거나 절단되는 등 손상이 발생되어 제품의 불량률을 증가시키는 문제점을 가지고 있었다.
등록특허공보 제10-1491369호(2015. 02. 02.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트의 손상을 방지하면서 인서트 내로 고분자 수지가 침투하는 것을 방지할 수 있는 연료전지의 단위 셀 사출금형을 제공한다.
또한, 인서트의 손상을 최소화하여, 생산된 단위 셀을 적층시킨 연료전지 스택의 상품성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 연료전지의 단위 셀 사출금형을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지의 단위 셀 사출금형은 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트(Insert)에 고분자 수지 및 프레임을 사출하여 일체화된 연료전지의 단위 셀을 제조하는 사출금형에 있어서, 상부 몰드; 상기 상부 몰드과 결합되어 내부에 상기 인서트가 삽입되는 인서트 영역과 고분자 수지 및 프레임이 사출되는 사출 영역을 포함하는 내부공간을 형성하는 하부 몰드; 및 탄성 재질로 형성되며 상기 상부 몰드 및 하부 몰드에 서로 대향하도록 배치되어, 상기 인서트를 클램핑하여 상기 내부공간을 인서트 영역 및 사출 영역으로 구획하면서, 상기 인서트 영역으로 고분자 수지가 유입되는 것을 방지하는 탄성 돌기부;를 포함한다.
상기 탄성 돌기부는, 상기 인서트 영역과 사출 영역 사이에 위치하도록 상기 상부 몰드에 고정된 상부 탄성돌기; 및 상기 상부 탄성돌기에 대향하도록 상기 하부 몰드에 고정된 하부 탄성돌기;를 포함할 수 있다.
상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는 상기 사출 영역에서 인서트 영역으로 갈수록 그 간격이 감소되도록 설치될 수 있다.
상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는, 상기 인서트와 접촉하는 표면에 요철면을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형은 상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기의 상기 인서트와 접촉되는 면에 각각 부착되는 한 쌍의 보호패드;를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는, 상기 보호패드에 비하여 내열온도가 높고 열전도도가 낮은 재질을 갖는 고무재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 탄성돌기, 하부 탄성돌기 및 보호패드는 고무 재질로 형성되되, 상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는, 상기 보호패드에 비하여 경도가 높은 재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 몰드 및 하부 몰드는, 상기 인서트 영역과 사출 영역 사이에 서로 대향하게 돌출 형성된 상부 돌기 및 하부 돌기를 더 포함하고, 상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는 상기 상부 돌기 및 하부 돌기를 감싸도록 부착된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 탄성 돌기부는, 상기 상부 탄성돌기와 하부 탄성돌기가 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 상부 몰드 및 하부 몰드는, 상기 인서트와 접촉되지 않도록 상기 인서트 영역의 두께가 상기 인서트의 두께보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 돌기부를 탄성을 갖는 재질로 형성함으로써, 연료전지의 단위 셀 사출성형시 인서트의 손상을 최소화하여, 생산되는 단위 셀의 불량 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인서트와 상부 몰드 및 하부 몰드의 접촉을 최소화하여 인서트가 상부금형 및 하부 몰드의 고온에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 이용하여 제조된 단위 셀을 적층시켜 제조되는 연료전지 스택의 상품성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)을 일체화하여 제조된 연료전지의 단위 셀을 보여주는 도면이고,
도 2는 종래 일반적인 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이며,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고,
도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이며,
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고,
도 8는 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지의 단위 셀 사출금형을 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고, 도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형은 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트(Insert, 10) 주변에 고분자 수지(30)를 사출하여 형성되는 프레임(20)이 일체화된 연료전지의 단위 셀을 제조하는 사출금형으로서, 상부 몰드(100)와 하부 몰드(200), 각각의 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)에 대향하게 설치되는 탄성 돌기부(300)로 구성된다.
상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)는 금속재질로 형성되며, 사이에 인서트(10)가 삽입되는 인서트 영역과 고분자 수지(30)가 사출되어 프레임(20)이 형성되는 사출 영역으로 이루어진 내부공간을 형성한다.
이때, 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)에 의해 형성된 내부공간에서 인서트 영역은 인서트(10)의 두께보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 인서트(10)가 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)의 내벽과 이격되도록 위치하게 하여 인서트(10)가 고온의 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)와 접촉되는 것을 방지함으로써, 인서트(10)로의 열 전달을 최소화하여 인서트(10)가 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)의 고온에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 탄성 돌기부(300)는 상부 몰드(100)와 하부 몰드(200)가 결합되어 형성된 내부공간을 인서트 영역과 사출 영역으로 구획하면서 인서트(10)를 클램핑하여 고분자 수지(30) 사출시 사출 압력에 의해 인서트 영역으로 고분자 수지(30)가 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 돌기부(300)는 탄성 재질로 형성되어 인서트(10) 클램핑시 비교적 연하고 부드러운 재질을 갖는 인서트(10)를 안정적으로 클램핑하면서 인서트(10)가 파손 또는 절단 등 손상이 발생되는 것을 방지함으로써, 생산되는 연료전지의 단위 셀의 불량발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성 돌기부(300)는, 인서트 영역과 사출 영역 사이에 위치하도록 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)에 각각 결합되는 상부 탄성돌기(310)와 하부 탄성돌기(320)를 포함하며, 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)는 사출 영역에서 인서트 영역으로 갈수록 그 사이 간격이 좁아지게 설치되는 것이 바람직하다.
이에, 고분자 수지(30) 사출시 고분자 수지(30)가 인서트 영역으로 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지함으로써, 생산된 연료전지의 단위 셀의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 나아가 연료전지의 단위 셀을 적층하여 제조된 연료전지의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)는 인서트(10)와 접촉되는 표면에 복수의 요철이 형성된 요철면을 갖도록 형성되며, 보다 바람직하게 상기 요철면은 다수의 클램핑 돌기가 사출 영역에서 인서트 영역 방향으로 경사지게 돌출되는 것이 바람직하다.
이에, 인서트(10)의 밀림이나 치우침 없이 보다 효과적으로 클램핑하면서, 사출시 인서트 영역 내부로 고분자 수지(30)가 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형은 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)에 부착되는 한 쌍의 보호패드(400)를 더 포함할 수 있다.
이때, 보호패드(400)와 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)는 인서트(10) 클램핑시 인서트(10)의 손상을 최소화하도록 모두 탄성을 갖는 고무재질로 형성된다.
보다 바람직하게, 본 발명의 제2 실시예에 따른 보호패드(400)는 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)에 비하여 경도가 낮은 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 인서트(10)에 직접 접촉되어 인서트(10)를 클램핑하는 보호패드(400)를 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)보다 부드러운 재질로 형성함으로써, 인서트(10)의 손상을 최소화할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)는 보호패드(400)에 비하여 내열온도가 높고 열전도도가 낮은 재질을 갖도록 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)는 고온으로 유지되는 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)에 직접 접촉되는 것으로 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)의 고온에 의해 변형되는 것을 최소화하면서 보호패드(400)에 전달되는 열을 최소화함으로써, 보호패드(400)의 변형 및 손상을 최소화하고 나아가 인서트(10)가 고온에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 5 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 몰드(100) 및 하부 몰드(200)는 인서트 영역과 사출 영역 사이에 서로 대향하게 돌출된 상부 돌기(110)와 하부 돌기(210)를 형성하거나 상부 탄성돌기(310)와 하부 탄성돌기(320)가 고정될 수 있는 한 쌍의 탄성돌기 홈이 형성되도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 고무 재질의 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)가 각각 상부 돌기(110) 및 하부 돌기(210)를 감싸도록 부착되거나, 탄성돌기 홈에 각각 삽입되도록 설치될 수 있다.
이에, 인서트(10)의 손상을 최소화하면서 인서트(10)를 클램핑하고, 동시에 사출시 인서트 영역으로 고분자 수지(30)가 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 탄성 돌기부는, 상기 상부 탄성돌기와 하부 탄성돌기가 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이고, 도 8는 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료전지의 단위 셀 사출금형을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지의 단위셀 사출금형은 서로 다른 형상을 갖는 상부 탄성돌기(310) 및 하부 탄성돌기(320)를 조합하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 탄성 돌기부(300)는 상부 탄성돌기(310)와 하부 탄성돌기(320) 중 어느 하나는 접촉되는 표면에 복수의 요철이 형성된 요철면을 갖는 육각형 형상으로 형성되고, 다른 하나는 원기둥 형상으로 형성된 것을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상부 탄성돌기(310)와 하부 탄성돌기(320) 중 어느 하나는 경사지게 형성되고, 다른 하나는 금형에 평행하게 형성된 것을 조합하여 사용할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 인서트 20: 프레임
100: 상부 몰드 110: 상부 돌기
200: 하부 몰드 210: 하부 돌기
300: 탄성 돌기부 310: 상부 탄성돌기
320: 하부 탄성돌기 400: 보호패드

Claims (9)

  1. 막전극접합체(MEA)와 기체확산층(GDL)이 일체화된 인서트(Insert)에 고분자 수지를 사출하여 형성되는 프레임이 일체화된 연료전지의 단위 셀을 제조하는 사출금형에 있어서,
    상부 몰드;
    상기 상부 몰드와 결합되어 내부에 상기 인서트가 삽입되는 인서트 영역과 고분자 수지가 사출되어 프레임이 형성되는 사출 영역을 포함하도록 내부공간을 형성하는 하부 몰드; 및
    탄성 재질로 형성되며 상기 상부 몰드 및 하부 몰드에 서로 대향하도록 배치되어, 상기 인서트를 클램핑하여 상기 내부공간을 인서트 영역 및 사출 영역으로 구획하면서, 상기 인서트 영역으로 고분자 수지가 유입되는 것을 방지하는 탄성 돌기부;를 포함하며,
    인서트의 사출 영역측 단부에는 고분자 수지가 침투되며, 탄성 돌기부와 접촉되는 지점부터는 탄성 돌기부의 클램핑시 가압력에 의해 고분자 수지가 인서트 내부로 침투되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 돌기부는,
    상기 인서트 영역과 사출 영역 사이에 위치하도록 상기 상부 몰드에 고정된 상부 탄성돌기; 및
    상기 상부 탄성돌기에 대향하도록 상기 하부 몰드에 고정된 하부 탄성돌기;를 포함하며,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는 상기 사출 영역에서 인서트 영역으로 갈수록 그 간격이 감소되도록 설치된 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는,
    상기 인서트와 접촉하는 표면에 요철면을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기의 상기 인서트와 접촉되는 면에 각각 부착되는 한 쌍의 보호패드;를 더 포함하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는,
    상기 보호패드에 비하여 내열온도가 높고 열전도도가 낮은 재질을 갖는 고무재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부 탄성돌기, 하부 탄성돌기 및 보호패드는 고무 재질로 형성되되,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는,
    상기 보호패드에 비하여 경도가 높은 재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 몰드 및 하부 몰드는,
    상기 인서트 영역과 사출 영역 사이에 서로 대향하게 돌출 형성된 상부 돌기 및 하부 돌기를 더 포함하고,
    상기 상부 탄성돌기 및 하부 탄성돌기는 상기 상부 돌기 및 하부 돌기를 감싸도록 부착된 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 돌기부는,
    상기 인서트 영역과 사출 영역 사이에 위치하도록 상기 상부 몰드에 고정된 상부 탄성돌기; 및 상기 상부 탄성돌기에 대향하도록 상기 하부 몰드에 고정된 하부 탄성돌기;를 포함하며,
    상기 상부 탄성돌기와 하부 탄성돌기는,
    서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 몰드 및 하부 몰드는,
    상기 인서트와 접촉되지 않도록, 상기 인서트 영역의 두께가 상기 인서트의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지의 단위 셀 사출금형.

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11641018B2 (en) 2018-06-22 2023-05-02 Hyundai Motor Company Unit cell of fuel cell and method of manufacturing the same
KR102614145B1 (ko) 2018-06-22 2023-12-14 현대자동차주식회사 연료전지의 단위 셀 및 이를 제조하는 방법
CN114851466B (zh) * 2022-03-31 2023-10-13 湖南西瑞尔新材料科技有限公司 一种电池壳体注塑方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6434714A (en) 1987-07-30 1989-02-06 Hashimoto Forming Kogyo Co Method and apparatus for manufacturing window for vehicle
JPH05285991A (ja) 1992-04-10 1993-11-02 Asahi Glass Co Ltd 樹脂成形用金型
JP3316261B2 (ja) 1993-06-30 2002-08-19 鬼怒川ゴム工業株式会社 ガラス一体型ウエザーストリップの成形金型
FR2856003B1 (fr) 2003-06-10 2007-06-22 Saint Gobain Procede de surmoulage de vitrages, joint d'etancheite et moule utilisable pour le procede
US20080116609A1 (en) 2005-01-10 2008-05-22 Darke Joseph B In-Situ Molding Of Fuel Cell Separator Plate Reinforcement
JP4580889B2 (ja) 2006-04-05 2010-11-17 日本ピラー工業株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
CN101356675B (zh) * 2006-06-26 2011-01-05 松下电器产业株式会社 固体高分子电解质型燃料电池
US7771885B2 (en) * 2007-03-30 2010-08-10 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for electrode-membrane-frame assembly
US8703360B2 (en) * 2007-12-06 2014-04-22 Panasonic Corporation Method for producing an electrode-membrane-frame assembly
JP4457153B2 (ja) * 2008-02-06 2010-04-28 本田技研工業株式会社 燃料電池セパレータおよび燃料電池セパレータの樹脂成形方法
KR101491369B1 (ko) 2013-12-13 2015-02-06 현대자동차주식회사 차량의 연료전지
CN203994496U (zh) * 2014-08-16 2014-12-10 郎洪明 把手水平注塑模嵌件定位装置

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