KR102452543B1 - Seperator for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료전지용 분리판에 관한 것으로서, 유체가 공급되는 공급 매니폴드; 상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드; 및 상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드 쪽을 향해 유동하도록 유로를 형성하는 금속 다공체를 포함하며; 상기 금속 다공체는, 복수의 제1 타원형 기공들을 갖고, 상기 제1 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 금속 다공체; 및 복수의 제2 타원형 기공들을 갖고, 상기 제2 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 설치되는 제2 금속 다공체를 구비한다.The present invention relates to a separator for a fuel cell, comprising: a supply manifold to which a fluid is supplied; a discharge manifold through which the fluid is discharged; and a metal porous body forming a flow path so that the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold; The metal porous body may include: a first metal porous body having a plurality of first elliptical pores and installed such that a long axis of the first elliptical pores and a flow direction of the fluid are parallel to each other; and a second porous metal body having a plurality of second elliptical pores and installed such that the major axis of the second elliptical pores and the flow direction of the fluid are perpendicular to each other.

Figure R1020160170642
Figure R1020160170642

Description

연료전지용 분리판 및 그 제조 방법{SEPERATOR FOR FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Separator for fuel cell and manufacturing method thereof

본 발명은 연료전지용 분리판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell and a method for manufacturing the same.

일반적으로 연료전지 스택은, 고분자 전해질막과 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층인 애노드 및 캐소드로 이루어진 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)을 포함한다. 또한, 애노드와 캐소드의 바깥 부분에는 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 가스켓이 차례로 적층되고, 가스확산층의 바깥 부분에는 수소 및 공기를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 적층된다.In general, a fuel cell stack includes a polymer electrolyte membrane and an electrode membrane assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) composed of an anode and a cathode, which are catalyst layers coated to allow hydrogen and oxygen to react on both sides of the electrolyte membrane. In addition, a gas diffusion layer (GDL) and a gasket are sequentially stacked on the outer part of the anode and the cathode, and a flow field to supply hydrogen and air to the outer part of the gas diffusion layer and discharge water generated by the reaction (Flow Field) ) formed separators are stacked.

이러한 연료전지 스택의 애노드에서는 수소의 산화 반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이처럼 생성된 수소이온과 전자는 각각 고분자 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드로 이동하게 된다. 그러면, 캐소드에서는 애노드로부터 이동된 수소이온과 전자, 공기 중의 산소가 참여하는 환원 반응이 진행되어 물이 생성됨과 동시에 전자의 흐름에 의한 전기 에너지가 생성된다.At the anode of the fuel cell stack, the oxidation reaction of hydrogen proceeds to generate hydrogen ions (protons) and electrons (electrons), and the generated hydrogen ions and electrons move to the cathode through the polymer electrolyte membrane and the separator, respectively. do. Then, at the cathode, a reduction reaction involving hydrogen ions and electrons moved from the anode and oxygen in the air proceeds to generate water and electrical energy by the flow of electrons.

한편, 분리판은, 그 양단부에 각각 공기, 수소 등의 유체가 공급될 수 있는 공급 매니폴드와, 공기, 수소 등의 유체가 배출될 수 있는 배출 매니폴드가 형성되고, 공급 매니폴드와 배출 매니폴드 등 사이의 공간에 공기, 수소 등의 유체가 유동할 수 있는 유로가 형성된다.On the other hand, the separator is formed with a supply manifold to which a fluid such as air and hydrogen can be supplied, and an exhaust manifold to which a fluid such as air and hydrogen can be discharged, respectively, at both ends thereof, the supply manifold and the exhaust manifold A flow path through which a fluid such as air or hydrogen can flow is formed in a space between the folds and the like.

이러한 연료전지 스택의 내부에서의 수분의 양 및 분포는, 일반적으로 공기 매니폴드에서 배출 매니폴드 쪽으로 증가한다. 그런데, 연료전지 스택의 내부에 분포된 수분의 양이 적정 수준 이상으로 많을 경우에는 기체확산층, 애노드, 캐소드 등의 기공을 통한 수소와 공기의 이동이 제한된다. 그러면, 수소와 산소의 산화 환원 반응의 제한이 발생함으로써, 연지전지 스택의 유효 반응 면적이 감소되고, 연료전지 스택의 성능 및 내구성이 떨어진다.The amount and distribution of moisture in the interior of such a fuel cell stack generally increases from the air manifold towards the exhaust manifold. However, when the amount of moisture distributed inside the fuel cell stack is more than an appropriate level, the movement of hydrogen and air through the pores of the gas diffusion layer, the anode, and the cathode is restricted. Then, by limiting the oxidation-reduction reaction of hydrogen and oxygen, the effective reaction area of the fuel cell stack is reduced, and the performance and durability of the fuel cell stack are deteriorated.

그런데, 종래의 연료전지 스택에는 내부의 수분의 양을 적정 수준으로 유지함과 동시에 수분을 균일하게 분포시킬 수 있는 구성이 마련되지 않았다. 따라서, 종래의 연료전지 스택은, 수소와 산소의 산화 환원 반응이 일어나는 연료전지 스택의 유효 반응 면적이 감소되고, 연료전지 스택의 성능 및 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.However, the conventional fuel cell stack is not provided with a configuration capable of uniformly distributing moisture while maintaining the amount of internal moisture at an appropriate level. Accordingly, the conventional fuel cell stack has a problem in that the effective reaction area of the fuel cell stack in which the redox reaction of hydrogen and oxygen occurs is reduced, and the performance and durability of the fuel cell stack are deteriorated.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연료전지 스택의 반응면에 적정한 양의 수분이 균일하게 분포될 수 있도록 구조를 개선한 연료전지용 분리판 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide a separator for a fuel cell and a method for manufacturing the same, the structure of which is improved so that an appropriate amount of moisture can be uniformly distributed on the reaction surface of a fuel cell stack. There is a purpose.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 연료전지용 분리판은, 유체가 공급되는 공급 매니폴드; 상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드; 및 상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드 쪽을 향해 유동하도록 유로를 형성하는 금속 다공체를 포함하며; 상기 금속 다공체는, 복수의 제1 타원형 기공들을 갖고, 상기 제1 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 금속 다공체; 및 복수의 제2 타원형 기공들을 갖고, 상기 제2 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 설치되는 제2 금속 다공체를 구비한다.A separator for a fuel cell according to an aspect of the present invention for solving the above-described problems includes: a supply manifold to which a fluid is supplied; a discharge manifold through which the fluid is discharged; and a metal porous body forming a flow path so that the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold; The metal porous body may include: a first metal porous body having a plurality of first elliptical pores and installed such that a long axis of the first elliptical pores and a flow direction of the fluid are parallel to each other; and a second porous metal body having a plurality of second elliptical pores and installed such that the major axis of the second elliptical pores and the flow direction of the fluid are perpendicular to each other.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 연료전이용 분리판의 제조 방법은, 유체가 공급되는 공급 매니폴드와, 상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드를 포함하며, 상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드를 향해 유동하는 연료전지용 분리판의 제조 방법에 있어서, 제1 타원형 기공들을 갖는 제1 금속 다공체와, 제2 타원형 기공들을 갖는 제2 금속 다공체를 형성하는 금속 다공체 형성 단계; 및 상기 제1 금속 다공체를 상기 제1 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 상기 분리판에 설치하고, 상기 제2 금속 다공체를 상기 제2 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 상기 분리판에 설치하는 금속 다공체 설치 단계를 포함한다.A method of manufacturing a separator for fuel transfer according to another aspect of the present invention for solving the above-described problems includes a supply manifold to which a fluid is supplied, and an exhaust manifold to which the fluid is discharged, wherein the fluid is In the method of manufacturing a separator plate for a fuel cell flowing from a supply manifold toward the exhaust manifold, a porous metal body forming a first porous metal body having first elliptical pores and a second porous metal body having second elliptical pores is formed step; and installing the first porous metal body on the separation plate so that the long axis of the first elliptical pores and the flow direction of the fluid are parallel to each other, and the second porous metal body is arranged between the long axis of the second elliptical pores and the flow direction of the fluid and installing the metal porous body on the separating plate to achieve this verticality.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판 및 그 제조 방법은, 연료전지 스택의 반응면의 전체 영역에 걸쳐 적정한 양의 수분을 균일하게 분포시킴으로써, 연료전지 스택의 유효 반응 면적을 증가시키고 연료전지 스택의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.The separator for fuel cell and method for manufacturing the same according to the present invention increases the effective reaction area of the fuel cell stack and the performance of the fuel cell stack by uniformly distributing an appropriate amount of moisture over the entire area of the reaction surface of the fuel cell stack. and durability.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 애노드면을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 연료전지용 분리판의 캐소드면을 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 금속 다공체의 제조에 필요한 다공성 고분자 소재의 개념도.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 다공성 고분자 소재를 이용해 제조된 금속 다공체의 사진.
도 6은 금속 다공체의 종류를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 금속 다공체들의 수분 투과성을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 연료전지용 분리판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 9는 도 8에 도시된 금속 다공체 형성 방법의 다른 일 예를 설명하기 위한 위한 순서도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 애노드면을 나타내는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 연료전지용 분리판의 캐소드면을 나타내는 도면.
도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 연료전지용 분리판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도.1 is a view showing an anode surface of a separator for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a cathode surface of the separator for a fuel cell shown in FIG. 1; FIG.
3 is a conceptual diagram of a porous polymer material required for manufacturing the metal porous body shown in FIG. 1 .
4 and 5 are photographs of a metal porous body manufactured using the porous polymer material shown in FIG. 2 .
6 is a view for explaining the type of the metal porous body.
7 is a view for explaining the moisture permeability of the metal porous bodies shown in FIG.
8 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the separator for a fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 ;
9 is a flowchart for explaining another example of the method for forming a porous metal body shown in FIG. 8;
10 is a view showing an anode surface of a separator for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
11 is a view showing a cathode surface of the separator for a fuel cell shown in FIG. 10;
12 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the separator for a fuel cell shown in FIGS. 10 and 11 ;

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.In the drawings, the size of each component or a specific part constituting the component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. Therefore, the size of each component does not fully reflect the actual size. If it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such description will be omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 애노드면을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 연료전지용 분리판의 캐소드면을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the anode surface of the separator for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the cathode surface of the separator for a fuel cell shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 분리판(이하, '분리판(1)'이라고 함)은, 유체를 공급하는 공급 매니폴드(10, 20); 유체를 배출하는 배출 매니폴드(30, 40); 및 유체가 공급 매니폴드(10, 20)에서 배출 매니폴드(30, 40) 쪽을 향해 유동하도록 유로를 형성하는 금속 다공체(70, 80)를 포함할 수 있다. 이러한 분리판(1)은, 연료전지용 시스템에 포함된 연료전지용 스택에 설치되어 사용될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 분리판(1)의 일면에는 전극막 접합체의 애노드와 대면하는 애노드면(50)이 마련되고 분리판(1)의 타면에는 전극막 접합체의 캐소드와 대면하는 캐소드면(60)이 마련되는 경우를 예로들어 본 발명을 설명하기로 한다.1 and 2, a fuel cell separator (hereinafter, referred to as a 'separator plate 1') according to a first embodiment of the present invention includes: supply manifolds 10 and 20 for supplying a fluid; exhaust manifolds (30, 40) for discharging the fluid; and metal porous bodies 70 and 80 forming flow paths so that the fluid flows from the supply manifolds 10 and 20 toward the exhaust manifolds 30 and 40 . The separator 1 may be installed and used in a fuel cell stack included in a fuel cell system. Hereinafter, for convenience of description, an anode surface 50 facing the anode of the electrode membrane assembly is provided on one surface of the separator 1, and the other surface of the separator 1 is a cathode surface facing the cathode of the electrode membrane assembly. The present invention will be described by taking the case where (60) is provided as an example.

먼저, 공급 매니폴드(10, 20)는, 연료전지 스택을 이용해 수소(H2)와 산소(O2)의 산화 환원 반응을 진행하여 전기를 생성하기 위한 유체 즉, 수소(H2)와 공기(A)를 공급하도록 마련된다. 예를 들어, 공급 매니폴드(10, 20)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수소(H2)를 외부로부터 공급하는 수소 공급 매니폴드(10)와, 산소(O2)를 포함하는 공기(A)를 외부로부터 공급하는 공기 공급 매니폴드(20) 등을 구비할 수 있다. 수소 공급 매니폴드(10)는 애노드면(50)에 배치된 후술할 애노드측 금속 다공체(70)에 수소(H2)를 전달할 수 있도록 분리판(10)의 일측에 형성될 수 있다. 이에 대응하여, 공기 공급 매니폴드(20)는 캐소드면(60)에 배치된 후술할 캐소드측 금속 다공체(80)에 공기(A)를 전달할 수 있도록 분리판(10)의 타측에 형성될 수 있다.First, the supply manifolds 10 and 20 are a fluid for generating electricity by performing a redox reaction of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) using a fuel cell stack, that is, hydrogen (H 2 ) and air. (A) is provided to supply. For example, the supply manifolds 10 and 20, as shown in FIGS. 1 and 2 , the hydrogen supply manifold 10 for supplying hydrogen (H 2 ) from the outside, and oxygen (O 2 ) An air supply manifold 20 for supplying the included air (A) from the outside may be provided. The hydrogen supply manifold 10 may be formed on one side of the separator 10 so as to deliver hydrogen (H 2 ) to the anode-side porous body 70 to be described later disposed on the anode surface 50 . Correspondingly, the air supply manifold 20 may be formed on the other side of the separation plate 10 so as to deliver the air A to the cathode-side metal porous body 80 to be described later disposed on the cathode surface 60 . .

다음으로, 배출 매니폴드(30, 40)는, 전극막 접합체를 이용해 수소(H2)와 산소(O2)의 산화 환원 반응을 진행하고 남은 수소(H2)와 공기(A), 및 수소(H2)와 산소(O2)의 산화 환원 반응 시에 발생한 수분(H20)을 배출하도록 마련된다. 예를 들어, 배출 매니폴드(30, 40)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수소(H2) 및 이에 포함된 수분(H20)을 외부로 배출하는 수소 배출 매니폴드(30)와, 공기(A) 및 이에 포함된 수분(H20)을 외부로 배출하는 공기 배출 매니폴드(40) 등을 포함할 수 있다. 수소 배출 매니폴드(30)는, 애노드면(50)에 배치된 후술할 애노드측 금속 다공체(70)로부터 수소(H2) 및 이에 포함된 수분(H20)을 전달 받을 수 있도록 분리판(1)의 타측에 형성된다. 이에 대응하여, 공기 배출 매니폴드(40)는, 캐소드면(60)에 배치된 후술할 캐소드측 금속 다공체(80)로부터 공기(A) 및 이에 포함된 수분(H20)을 전달 받을 수 있도록 분리판(1)의 일측에 형성된다.Next, the exhaust manifolds 30 and 40, hydrogen (H 2 ), air (A), and hydrogen remaining after the oxidation-reduction reaction of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) is performed using the electrode membrane assembly (H 2 ) and oxygen (O 2 ) It is provided to discharge moisture (H 2 0) generated during the redox reaction. For example, the exhaust manifolds 30 and 40 are, as shown in FIGS. 1 and 2 , a hydrogen exhaust manifold ( 30) and the air (A) and moisture (H 2 0) contained therein may include an air exhaust manifold 40 for discharging to the outside. The hydrogen discharge manifold 30 is a separator plate ( 1) is formed on the other side. Corresponding to this, the air exhaust manifold 40 receives air (A) and moisture (H 2 0) contained therein from the cathode-side metal porous body 80 to be described later disposed on the cathode surface 60 . It is formed on one side of the separating plate (1).

다음으로, 금속 다공체(70, 80)는, 수소(H2) 및 공기(A)와 이에 포함된 수분(H20)의 유로를 형성할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 금속 다공체(70, 80)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 애노드면(50)에 배치되는 애노드측 금속 다공체(70)와, 캐소드면(60)에 배치되는 캐소드측 금속 다공체(80)를 구비할 수 있다.Next, the metal porous bodies 70 and 80 are provided to form a flow path of hydrogen (H 2 ) and air (A) and moisture (H 2 0) contained therein. For example, as shown in FIGS. 1 and 2 , the porous metal bodies 70 and 80 include an anode-side porous metal body 70 disposed on the anode surface 50 and a cathode disposed on the cathode surface 60 . A side metal porous body 80 may be provided.

애노드측 금속 다공체(70)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 타원형 기공들(72)을 갖고, 제1 타원형 기공들(72)의 장축(73)과 수소(H2)의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 애노드측 금속 다공체(71)와, 복수의 제2 타원형 기공들(75)을 갖고, 제2 타원형 기공들(75)의 장축(76)과 수소(H2)의 유동 방향이 수직을 이루도록 설치되는 제2 애노드측 금속 다공체(74)를 구비할 수 있다. 여기서, 수소(H2)의 유동 방향이란, 수소 공급 매니폴드(10)로부터 공급된 수소(H2) 및 이에 포함된 수분(H20)이 수소 배출 매니폴드(30)에 도달하도록 애노드측 금속 다공체(70)를 가로질러 통과하는 방향을 말한다.The anode-side metal porous body 70, as shown in FIG. 1, has a plurality of first elliptical pores 72, and the long axis 73 of the first elliptical pores 72 and the hydrogen (H 2 ) The first anode-side metal porous body 71 is installed so that the flow direction is parallel, it has a plurality of second elliptical pores 75, the long axis 76 of the second elliptical pores 75 and the hydrogen (H 2 ) ) may be provided with a second anode-side metal porous body 74 installed so that the flow direction is vertical. Here, the flow direction of hydrogen (H 2 ) refers to the anode side so that hydrogen (H 2 ) supplied from the hydrogen supply manifold 10 and moisture (H 2 0) contained therein reach the hydrogen discharge manifold 30 . Refers to a direction passing through the metal porous body (70).

제1 애노드측 금속 다공체(71)는 수소 공급 매니폴드(10)와 제2 애노드측 금속 다공체(74) 사이에 위치하도록 애노드면(50)에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 대응하여, 제2 애노드측 금속 다공체(74)는 제1 애노드측 금속 다공체(71)와 수소 배출 매니폴드(30) 사이에 위치하도록 애노드면(50)에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 애노드측 금속 다공체(70)에 의하면, 수소 공급 매니폴드(10)를 통해 공급된 수소(H2) 및 이에 포함된 수분(H20)은 제1 애노드측 금속 다공체(71)와 제2 애노드측 금속 다공체(72)를 순차적으로 통과한 후 수소 배출 매니폴드(30)를 통해 배출된다.The first anode-side porous metal body 71 is preferably installed on the anode surface 50 so as to be positioned between the hydrogen supply manifold 10 and the second anode-side metal porous body 74, but is not limited thereto. Correspondingly, the second anode-side porous metal body 74 is preferably installed on the anode surface 50 so as to be positioned between the first anode-side metal porous body 71 and the hydrogen discharge manifold 30, but limited thereto it is not According to this anode-side porous metal body 70, the hydrogen (H 2 ) supplied through the hydrogen supply manifold 10 and the moisture (H 2 0) contained therein are the first anode-side porous metal body 71 and the second After sequentially passing through the anode-side metal porous body 72 , the hydrogen is discharged through the exhaust manifold 30 .

캐소드측 금속 다공체(80)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 타원형 기공들(82)을 갖고, 제1 타원형 기공들(82)의 장축(83)과 공기(A)의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 캐소드측 금속 다공체(81)와, 복수의 제2 타원형 기공들(85)을 갖고, 제2 타원형 기공들(85)의 장축(86)과 공기(A)의 유동 방향이 수직을 이루도록 설치되는 제2 캐소드측 금속 다공체(84)를 구비할 수 있다. 여기서, 공기(A)의 유동 방향이란, 공기 공급 매니폴드(20)로부터 공급된 공기(A) 및 이에 포함된 수분(H20)이 공기 배출 매니폴드(40)에 도달하도록 캐소드측 금속 다공체(80)를 가로질러 통과하는 방향을 말한다.The cathode-side metal porous body 80, as shown in FIG. 2, has a plurality of first elliptical pores 82, and the long axis 83 of the first elliptical pores 82 and the flow of air (A). It has a first cathode-side metal porous body 81 installed so that the direction is parallel, and a plurality of second elliptical pores 85, the long axis 86 of the second elliptical pores 85 and the air (A) A second cathode-side metal porous body 84 installed so that the flow direction is vertical may be provided. Here, the flow direction of the air (A) refers to the cathode-side metal porous body such that the air (A) supplied from the air supply manifold ( 20 ) and the moisture (H 2 0 ) contained therein reach the air exhaust manifold ( 40 ). (80) is the direction through which it passes.

제1 캐소드측 금속 다공체(81)는 공기 공급 매니폴드(20)와 제2 캐소드측 금속 다공체(84) 사이에 위치하도록 캐소드면(60)에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 대응하여, 제2 캐소드측 금속 다공체(84)는 제1 캐소드측 금속 다공체(81)와 공기 배출 매니폴드(40) 사이에 위치하도록 캐소드면(60)에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 캐소드측 금속 다공체(80)에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기 공급 매니폴드(20)를 통해 공급된 공기(A) 및 이에 포함된 수분(H20)은 제1 캐소드측 금속 다공체(81)와 제2 캐소드측 금속 다공체(84)를 순차적으로 통과한 후 공기 배출 매니폴드(40)를 통해 배출된다.The first cathode-side metal porous body 81 is preferably installed on the cathode surface 60 so as to be positioned between the air supply manifold 20 and the second cathode-side metal porous body 84, but is not limited thereto. Correspondingly, the second cathode-side metal porous body 84 is preferably installed on the cathode surface 60 so as to be positioned between the first cathode-side metal porous body 81 and the air exhaust manifold 40, but limited thereto it is not According to this cathode-side metal porous body 80, as shown in FIG. 2, the air (A) supplied through the air supply manifold 20 and the moisture (H 2 0) contained therein is the first cathode-side metal After passing through the porous body 81 and the second cathode-side metal porous body 84 sequentially, the air is discharged through the exhaust manifold 40 .

도 3은 도 1에 도시된 금속 다공체의 제조에 필요한 다공성 고분자 소재의 개념도이며, 도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 다공성 고분자 소재를 이용해 제조된 금속 다공체의 사진이며, 도 6은 금속 다공체의 종류를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 금속 다공체들의 수분 투과성을 설명하기 위한 도면이다.3 is a conceptual diagram of a porous polymer material required for manufacturing the porous metal body shown in FIG. 1 , FIGS. 4 and 5 are photographs of a porous metal body manufactured using the porous polymer material shown in FIG. 2 , and FIG. 6 is a porous metal body It is a view for explaining the type of , and FIG. 7 is a view for explaining the moisture permeability of the metal porous bodies shown in FIG. 6 .

위와 같이 분리판(1)은 타원형 기공들(72, 75, 82, 85)을 갖는 금속 다공체(71, 74, 81, 84)에 의해 수소(H2) 및 공기(A)와 이에 포함된 수분(H20)의 유로가 형성되도록 구성된다. 이처럼 금속 다공체(71, 74, 81, 84)를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다.As above, the separator 1 is formed of hydrogen (H 2 ) and air (A) and moisture contained therein by the metal porous body (71, 74, 81, 84) having oval pores (72, 75, 82, 85). (H 2 0) is configured to be formed. As such, the method of forming the metal porous bodies 71, 74, 81, and 84 is not particularly limited.

예를 들어, 타원형 기공들(72, 75, 82, 85)을 갖는 금속 다공체(71, 74, 81, 84)는, 다공성 고분자 소재(90)에 증착된 금속 소재(110, 120)로부터 다공성 고분자 소재(90)를 제거한 후, 금속 소재(110, 120) 중 타원형 기공들(122)이 형성된 구간(120)을 선택적으로 분리하여 형성할 수 있다. 다공성 고분자 소재(90)와 금속 소재(110, 120)는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다공자 고분자 소재(90)는 폴리우레탄 폼일 수 있고, 금속 소재(110, 120)는 Ni, Cu, Al 중 어느 하나일 수 있다.For example, the metal porous body 71 , 74 , 81 , 84 having the elliptical pores 72 , 75 , 82 , 85 is formed from the metal material 110 , 120 deposited on the porous polymer material 90 . After the material 90 is removed, the section 120 in which the oval pores 122 are formed among the metal materials 110 and 120 may be selectively separated and formed. The porous polymer material 90 and the metal materials 110 and 120 are not particularly limited. For example, the porous polymer material 90 may be polyurethane foam, and the metal materials 110 and 120 may be any one of Ni, Cu, and Al.

일반적으로 다공성 고분자 소재(90)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 원형 기공들(92)이 형성된 영역과 타원형 기공들(94)이 형성된 영역을 구비할 수 있다. 따라서, 이러한 다공성 고분자 소재(90)를 깎아 길게 연장된 다공성 고분자 스트립(100)을 형성하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 원형 기공들(102)이 형성된 구간과 타원형 기공들(104)이 형성된 구간이 반복적으로 나타난다.In general, the porous polymer material 90 may include a region in which circular pores 92 are formed and a region in which oval pores 94 are formed, as shown in FIG. 3 . Therefore, when the porous polymer material 90 is cut to form the elongated porous polymer strip 100 , as shown in FIG. 3 , the section in which the circular pores 102 are formed and the oval pores 104 are formed. The section appears repeatedly.

이러한 다공성 고분자 스트립(100)에 금속 소재(110, 120)를 증착한 후 금속 소재(110, 120)로부터 다공성 고분자 스트립(100)을 제거함으로써 금속 소재(110, 120)에 기공들(112, 122)을 형성할 수 있다. 다공성 고분자 스트립(100)의 제거 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다공성 고분자 스트립(100)은 열처리를 통해 금속 소재(110, 120)로부터 제거할 수 있다. 금속 소재(110, 120)에 형성된 기공들(112, 122)은, 다공성 고분자 스트립(100)의 기공들(102, 104)과 대응하는 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 원형 기공들(102)이 형성된 다공성 고분자 스트립(100)의 일 구간에 증착되었던 금속 소재(110, 120)의 일 구간(110)에는 원형 기공들(112)이 형성되고, 타원형 기공들(104)이 형성된 다공성 고분자 스트립(100)의 타 구간에 증착되었던 금속 소재(110, 120)의 타 구간(120)에는 타원형 기공들(122)이 형성된다.After depositing the metal materials 110 and 120 on the porous polymer strip 100 , the pores 112 and 122 are formed in the metal materials 110 and 120 by removing the porous polymer strip 100 from the metal materials 110 and 120 . ) can be formed. A method of removing the porous polymer strip 100 is not particularly limited. For example, the porous polymer strip 100 may be removed from the metal materials 110 and 120 through heat treatment. The pores 112 and 122 formed in the metal materials 110 and 120 have shapes corresponding to the pores 102 and 104 of the porous polymer strip 100 . For example, as shown in FIGS. 4 and 5 , in one section 110 of the metal material 110 , 120 that was deposited in one section of the porous polymer strip 100 in which the circular pores 102 are formed, a circular shape is provided. The pores 112 are formed, and the oval pores 122 are formed in the other sections 120 of the metal materials 110 and 120 that have been deposited in the other sections of the porous polymer strip 100 in which the oval pores 104 are formed. is formed

이처럼 원형 기공들(112)이 형성된 금속 소재(110, 120)의 일 구간(110)과 타원형 기공들(122)이 형성된 금속 소재(110, 120)의 타 구간(120)을 각각 분리함으로써, 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 원형 기공들(132)을 갖는 금속 다공체(CASE 1)(130)와, 타원형 기공들(142)을 갖고 타원형 기공들(142)의 장축(144)과 수분(H20)의 유동 방향이 수직을 이루도록 배치된 금속 다공체(CASE 2)(140)와, 타원형 기공들(152)을 갖고 타원형 기공들(152)의 장축(154)과 수분(H20)의 유동 방향이 평행을 이루도록 배치된 금속 다공체(CASE 3)(150)를 형성할 수 있다. 이러한 금속 다공체들(130, 140, 50)이 설치된 연료전지 스택의 중/고전류 영역에서의 성능은 기공(132, 142, 152)의 형상과 배치 양상에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, CASE 1 및 CASE 2에 따른 금속 다공체들(130, 140)이 설치된 연료전지 스택의 중/고전류 영역에서의 성능은 거의 유사하지만, CAS3 3에 따른 금속 다공체(150)가 설치된 연료전지 스택의 중/고전류 영역에서의 성능은 CASE 1 및 CASE 2에 따른 금속 다공체들(130, 140)에 비해 상대적으로 낮다. 그런데, 일반적으로 연료전지 스택의 중/고전류 영역에서의 성능 저하는 주로 금속 다공체에 분포된 수분량의 증가에 따른 물넘침(flooding)에 의한 것이다. 따라서, CASE 1 및 CASE에 따른 금속 다공체(130, 140)는 상대적으로 물 배출성이 높고, CASE 3에 따른 금속 다공체(150)는 상대적으로 물 배출성이 낮다고 볼 수 있다.By separating one section 110 of the metal material 110 and 120 in which the circular pores 112 are formed and the other section 120 of the metal material 110 and 120 in which the oval pores 122 are formed, respectively, in FIG. As shown in 6(a) to 6(c), the metal porous body (CASE 1) 130 having circular pores 132, and oval pores 142 having elliptical pores 142 A metal porous body (CASE 2) 140 disposed so that the long axis 144 and the flow direction of water (H 2 0) are perpendicular to each other, and the long axis 154 of the elliptical pores 152 having elliptical pores 152 A metal porous body (CASE 3) 150 arranged so that the flow direction of water and moisture (H 2 0) is parallel may be formed. Performance in the medium/high current region of the fuel cell stack in which the metal porous bodies 130 , 140 , and 50 are installed may vary depending on the shape and arrangement of the pores 132 , 142 , and 152 . For example, as shown in FIG. 7 , the performance in the medium/high current region of the fuel cell stack in which the metal porous bodies 130 and 140 according to CASE 1 and CASE 2 are installed is almost similar, but the metal according to CAS3 3 Performance in the medium/high current region of the fuel cell stack in which the porous body 150 is installed is relatively low compared to the metal porous bodies 130 and 140 according to CASE 1 and CASE 2 . However, in general, the performance degradation in the medium/high current region of the fuel cell stack is mainly due to flooding due to an increase in the amount of moisture distributed in the metal porous body. Accordingly, it can be seen that the porous metal bodies 130 and 140 according to CASE 1 and CASE have relatively high water discharge properties, and the porous metal bodies 150 according to CASE 3 have relatively low water discharge properties.

한편, 연료전지 스택의 애노드, 캐소드 등의 반응면에 적정 수준에 비해 많은 양의 수분(H20)이 분포된 경우에는, 반응면과 기체 확산층의 기공을 통한 수소(H2) 또는 공기(A)의 이동이 제한됨으로써 수소(H2)와 산소(O2)의 산화 환원 반응이 제한된다. 그러면, 수소(H2)와 산소(O2)의 산화 환원 반응이 일어나는 연료전지 스택의 유효 반응 면적은 감소된다.On the other hand, when a large amount of moisture (H 2 0) is distributed to the reaction surface of the anode, the cathode, etc. of the fuel cell stack compared to the appropriate level, hydrogen (H 2 ) or air (H 2 ) or air ( By restricting the movement of A), the redox reaction between hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) is limited. Then, the effective reaction area of the fuel cell stack in which the redox reaction of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) occurs is reduced.

또한, 연료전지 스택의 반응면에 적정 수준에 비해 적은 양의 수분이 분포된 경우에는, 전극막 접합체의 전해질막의 수소 이온 전달 속도가 저하되어 연료전지 스택의 성능이 저하되고, 전해질막에 손상이 발생하여 연료전지 스택의 내구성이 저하된다.In addition, when a small amount of water is distributed on the reaction surface of the fuel cell stack compared to an appropriate level, the hydrogen ion transfer rate of the electrolyte membrane of the electrode membrane assembly is lowered, so that the performance of the fuel cell stack is reduced, and damage to the electrolyte membrane is caused. As a result, the durability of the fuel cell stack is reduced.

그런데, 일반적으로 연료전지 스택의 반응면에 분포된 수분(H20)의 양은 유체가 공급되는 공급 매니폴드에서 유체가 배출되는 배출 매니폴드 쪽으로 갈수록 증가된다. 그러므로, 전술한 수분 과도 또는 수분 부족으로 인한 악 영향을 해소하기 위해서는, 공급 매니폴드와 인접한 반응면의 일 영역에 분포되는 수분(H20)의 양은 증가시키고, 배출 매니폴드와 인접한 반응면의 타 영역에 분포되는 수분(H20)의 양은 줄이는 것이 바람직하다.However, in general, the amount of moisture (H 2 0) distributed on the reaction surface of the fuel cell stack increases from the supply manifold to which the fluid is supplied to the exhaust manifold from which the fluid is discharged. Therefore, in order to solve the adverse effects caused by excessive moisture or insufficient moisture, the amount of moisture (H 2 0) distributed in one area of the reaction surface adjacent to the supply manifold is increased, and It is preferable to reduce the amount of moisture (H 2 0) distributed in other areas.

이를 해결하기 위하여 분리판(1)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공급 매니폴드(10, 20)와 인접한 영역에는 제1 타원형 기공들(72, 82)의 장축(73, 83)이 유체의 유동 방향과 평행을 이루도록 제1 금속 다공체(71, 81)를 설치하고, 배출 매니폴드(30, 40)와 인접한 영역에는 제2 타원형 기공들(75, 85)의 장축(76, 86)이 유체의 유동 방향과 수직을 이루도록 제2 금속 다공체(74, 84)를 설치한다. 여기서, 제1 금속 다공체(71, 81)는 전술한 CASE 3에 따른 금속 다공체(150)와 대응하고, 제2 금속 다공체(74, 84)는 전술한 CASE 2에 따른 금속 다공체(140)와 대응한다.In order to solve this problem, as shown in FIGS. 1 and 2 , the separator plate 1 has the long axes 73 and 83 of the first elliptical pores 72 and 82 in the region adjacent to the supply manifolds 10 and 20 . ) installs the first metal porous bodies 71 and 81 so as to be parallel to the flow direction of the fluid, and the long axis 76 of the second elliptical pores 75 and 85 in the region adjacent to the exhaust manifolds 30 and 40, The second metal porous bodies 74 and 84 are installed so that the 86 is perpendicular to the flow direction of the fluid. Here, the first porous metal bodies 71 and 81 correspond to the porous metal body 150 according to CASE 3 described above, and the second porous metal bodies 74 and 84 correspond to the porous metal body 140 according to CASE 2 described above. do.

이처럼 제1 금속 다공체(71, 81)와 제2 금속 다공체(74, 84)를 설치하면, 공급 매니폴드(10, 20)와 인접한 반응면의 일 영역에 분포되는 수분(H20)의 양은 제1 금속 다공체(71, 81)에 의해 상대적으로 증가되고, 배출 매니폴드(30, 40)와 인접한 반응면의 타 영역에 분포되는 수분(H20)의 양은 제2 금속 다공체(74, 84)에 의해 상대적으로 감소된다. 이를 통해 분리판(1)은, 반응면의 전체 영역에 걸쳐 적정한 양의 수분(H20)을 균일하게 분포시킴으로써, 연료전지 스택의 유효 반응 면적을 증가시키고 연료전지 스택의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.As such, when the first porous metal bodies 71 and 81 and the second porous metal bodies 74 and 84 are installed, the amount of moisture (H 2 0) distributed in one area of the reaction surface adjacent to the supply manifolds 10 and 20 is The amount of moisture (H 2 0) relatively increased by the first porous metal bodies 71 and 81 and distributed in other regions of the reaction surface adjacent to the exhaust manifolds 30 and 40 is increased by the second porous metal bodies 74 and 84. ) is relatively reduced by Through this, the separator 1 uniformly distributes an appropriate amount of moisture (H 2 0) over the entire area of the reaction surface, thereby increasing the effective reaction area of the fuel cell stack and improving the performance and durability of the fuel cell stack. can do it

도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 연료전지용 분리판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 9는 도 8에 도시된 금속 다공체 형성 방법의 다른 일 예를 설명하기 위한 위한 순서도이다.8 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the separator for a fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 , and FIG. 9 is a flowchart for explaining another example of the method for forming a porous metal body shown in FIG. 8 .

분리판(1)의 제조 방법은, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 타원형 기공들(72, 82)을 갖는 제1 금속 다공체(71, 81)와, 제2 타원형 기공들(75, 85)을 갖는 제2 금속 다공체(74, 84)를 형성하는 금속 다공체 형성 단계(S 10); 제1 금속 다공체(71, 81)를 제1 타원형 기공들(72, 82)의 장축(73, 83)과 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 분리판(10)에 설치하고, 제2 금속 다공체(74, 84)를 제2 타원형 기공들(75, 85)의 장축(76, 86)과 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 분리판(1)에 설치하는 금속 다공체 설치 단계(S 20)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the separator 1 is, as shown in FIG. 8 , a first porous metal body 71 and 81 having first elliptical pores 72 and 82 , and a second elliptical pores 75 and 85 . ) forming a second porous metal body (74, 84) having a metal porous body forming step (S10); The first porous metal bodies 71 and 81 are installed on the separator 10 so that the long axes 73 and 83 of the first elliptical pores 72 and 82 and the flow direction of the fluid are parallel to each other, and the second metal porous body ( A metal porous body installation step (S 20) of installing the 74 and 84 on the separator 1 so that the long axis 76 and 86 of the second elliptical pores 75 and 85 and the flow direction of the fluid are perpendicular to each other. can

먼저, 금속 다공체 형성 단계(S 10)는, 다공성 고분자 스트립(100)에 금속 소재(110, 120)를 증착하는 증착 단계(S 11)와, 금속 소재(110, 120)로부터 다공성 고분자 스트립(100)을 제거하는 다공성 고분자 스트립 제거 단계(S 12)와, 금속 소재(110, 120) 중 타원형 기공들(122)이 형성된 구간(120)을 분리하여 제1 금속 다공체(71, 81)와 제2 금속 다공체(74, 84)를 각각 형성하는 금속 다공체 분리 단계(S 13)를 포함할 수 있다.First, the metal porous body forming step (S 10), the deposition step (S 11) of depositing the metal material (110, 120) on the porous polymer strip 100, and the porous polymer strip (100) from the metal material (110, 120) ), removing the porous polymer strip removing step (S 12), and separating the section 120 in which the oval pores 122 are formed among the metal materials 110 and 120 to form the first porous metal bodies 71 and 81 and the second A metal porous body separation step (S13) of forming the metal porous bodies 74 and 84, respectively, may be included.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 9에 도시된 바와 같이, 금속 다공체 형성 단계(S 10)는, 다공성 고분자 스트립(100) 중 타원형 기공들(104)이 형성된 일 구간을 분리하는 다공성 고분자 스트립 분리 단계(S 14)와, 다공성 고분자 스트립(100)의 일 구간에 금속 속재(120)를 증착하는 증착 단계(S 15)와, 금속 소재(120)로부터 다공성 소분자 스트립(100)의 일 구간을 제거하는 다공성 고분자 스트립 제거 단계(S 16)와, 금속 소재(120)를 분리하여 제1 금속 다공체(71, 81)와 제2 금속 다공체(74, 84)를 형성하는 금속 다공체 분리 단계(S 17)를 포함할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 9 , the metal porous body forming step ( S 10 ) is a porous polymer strip separating a section in which the oval pores 104 are formed in the porous polymer strip 100 . Step (S 14), a deposition step (S 15) of depositing the metal inclusion material 120 in one section of the porous polymer strip 100, and removing a section of the porous small molecule strip 100 from the metal material 120 removing the porous polymer strip (S16), and separating the metal material 120 to form the first porous metal bodies 71 and 81 and the second porous metal bodies 74 and 84 by separating the metal material 120 (S17) may include

이후에, 금속 다공체 설치 단계(S 20)는, 제1 금속 다공체(71, 81)를 공급 매니폴드(10, 20)와 제2 금속 다공체(74, 84) 사이에 위치하도록 설치함과 함께, 제2 금속 다공체(74, 84)를 제1 금속 다공체(71, 81)와 배출 매니폴드(30, 40) 사이에 위치하도록 설치하여 수행할 수 있다.Thereafter, in the porous metal body installation step (S 20), the first porous metal bodies 71 and 81 are installed to be positioned between the supply manifolds 10 and 20 and the second porous metal bodies 74 and 84, This may be performed by installing the second porous metal bodies 74 and 84 to be positioned between the first metal porous bodies 71 and 81 and the exhaust manifolds 30 and 40 .

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 애노드면을 나타내는 도면이며, 도 11은 도 10에 도시된 연료전지용 분리판의 캐소드면을 나타내는 도면이다.10 is a view showing the anode surface of the separator for fuel cell according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a view showing the cathode surface of the separator for fuel cell shown in FIG. 10 .

본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 분리판(이하, '분리판(2)'이라고 함)은, 금속 다공체의 구조가 변경되었다는 점에서, 전술한 분리판(1)과 차이점을 갖는다. 이러한 분리판(2)은, 연료전지 시스템에 포함된 연료전지 스택에 설치되어 사용될 수 있다.The separator for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a 'separator plate 2') is different from the aforementioned separator 1 in that the structure of the porous metal body is changed. The separator 2 may be installed and used in a fuel cell stack included in a fuel cell system.

도 10에 도시된 바와 같이, 애노드측 금속 다공체(160)는, 복수의 타원형 기공들(162)을 갖고, 타원형 기공들(162)의 장축(163)과 수소(H2)의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 애노드측 금속 다공체(161)와, 복수의 원형 기공들(165)을 갖는 제2 애노드측 금속 다공체(164)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 애노드측 금속 다공체(161)는 전술한 CASE 3에 따른 금속 다공체(150)와 대응하고, 제2 애노드측 금속 다공체(164)는 전술한 CASE 1에 따른 금속 다공체(130)와 대응한다.As shown in FIG. 10 , the anode-side porous metal body 160 has a plurality of elliptical pores 162 , and the major axis 163 of the elliptical pores 162 and the flow direction of hydrogen (H 2 ) are parallel. It may include a first anode-side porous metal body 161 installed to form a, and a second anode-side metal porous body 164 having a plurality of circular pores 165 . Here, the first anode-side porous metal body 161 corresponds to the porous metal body 150 according to CASE 3 described above, and the second anode-side porous metal body 164 corresponds to the porous metal body 130 according to CASE 1 described above. do.

제1 애노드측 금속 다공체(161)는 수소 공급 매니폴드(10)와 제2 애노드측 금속 다공체(164) 사이에 위치하도록 애노드면(50)에 설치될 수 있다. 제2 애노드측 금속 다공체(164)는 제1 애노드측 금속 다공체(161)와 수소 배출 매니폴드(30) 사이에 위치하도록 애노드면(50)에 설치될 수 있다.The first anode-side porous metal body 161 may be installed on the anode surface 50 to be positioned between the hydrogen supply manifold 10 and the second anode-side metal porous body 164 . The second anode-side porous metal body 164 may be installed on the anode surface 50 to be positioned between the first anode-side metal porous body 161 and the hydrogen discharge manifold 30 .

도 11에 도시된 바와 같이, 캐소드측 금속 다공체(170)는, 복수의 타원형 기공들(172)을 갖고, 타원형 기공들(172)의 장축(173)과 공기(A)의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 캐소드측 금속 다공체(171)와, 복수의 원형 기공들(175)을 갖는 제2 캐소드측 금속 다공체(174)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1 캐소드측 금속 다공체(171)는 전술한 CASE 3에 따른 금속 다공체(150)와 대응하고, 제2 캐소드측 금속 다공체(174)는 전술한 CASE 1에 따른 금속 다공체(130)와 대응한다.11, the cathode-side metal porous body 170 has a plurality of elliptical pores 172, and the long axis 173 of the elliptical pores 172 and the flow direction of the air A are parallel. It may include a first cathode-side porous metal body 171 installed to achieve this, and a second cathode-side metal porous body 174 having a plurality of circular pores 175 . Here, the first cathode-side porous metal body 171 corresponds to the porous metal body 150 according to CASE 3 described above, and the second cathode-side porous metal body 174 corresponds to the porous metal body 130 according to CASE 1 described above. do.

제1 캐소드측 금속 다공체(171)는 공기 공급 매니폴드(20)와 제2 캐소드측 금속 다공체(174) 사이에 위치하도록 캐소드면(60)에 설치될 수 있다. 제2 캐소드측 금속 다공체(174)는 제1 캐소드측 금속 다공체(171)와 공기 배출 매니폴드(40) 사이에 위치하도록 캐소드면(60)에 설치될 수 있다.The first cathode-side metal porous body 171 may be installed on the cathode surface 60 to be positioned between the air supply manifold 20 and the second cathode-side metal porous body 174 . The second cathode-side metal porous body 174 may be installed on the cathode surface 60 to be positioned between the first cathode-side metal porous body 171 and the air exhaust manifold 40 .

전술한 바와 같이, 원형 기공들(132)을 갖는 CASE 1에 따른 금속 다공체(130)는 타원형 기공들(152)을 갖고 타원형 기공들(152)의 장축(154)이 유체의 유동 방향과 수직을 이루도록 배치된 CASE 3에 따른 금속 다공체(150)와 거의 유사한 수분 투과성을 갖는다. 따라서, 분리판(2)은, 전술한 분리판(1)과 같이, 연료전지 스택의 반응면에 적정량의 수분(H20)을 균일하게 분포시킴으로써, 연료전지 스택의 유효 반응 면적을 증가시키고 연료전지 스택의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.As described above, the metal porous body 130 according to CASE 1 having circular pores 132 has elliptical pores 152 and the long axis 154 of the oval pores 152 is perpendicular to the flow direction of the fluid. It has a water permeability almost similar to that of the metal porous body 150 according to CASE 3 arranged to achieve this. Accordingly, the separator 2 increases the effective reaction area of the fuel cell stack by uniformly distributing an appropriate amount of moisture (H 2 0) on the reaction surface of the fuel cell stack, as in the above-described separator 1, and It is possible to improve the performance and durability of the fuel cell stack.

도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 연료전지용 분리판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.12 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the separator for a fuel cell shown in FIGS. 10 and 11 .

분리판(2)의 제조 방법은, 도 12에 도시된 바와 같이, 타원형 기공들(162, 172)을 갖는 제1 금속 다공체(161, 171)와, 원형 기공들(165, 175)을 갖는 제2 금속 다공체(164, 174)를 형성하는 금속 다공체 형성 단계(S 110); 및 제1 금속 다공체(161, 171)와 제2 금속 다공체(164, 174)를 각각 분리판(20)에 설치하는 금속 다공체 설치 단계(S 120)를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the separator 2 is, as shown in FIG. 12 , a first metal porous body 161 and 171 having elliptical pores 162 and 172 , and a first metal porous body having circular pores 165 and 175 . 2 metal porous body forming step (S110) of forming the metal porous body (164, 174); and a metal porous body installation step (S 120) of installing the first porous metal bodies 161 and 171 and the second porous metal bodies 164 and 174 on the separator 20, respectively.

먼저, 금속 다공체 형성 단계(S 110)는, 다공성 고분자 스트립(100)에 금속 소재(110, 120)를 증착하는 증착 단계(S 112)와, 금속 소재(110, 120)로부터 다공성 고분자 스트립(100)을 제거하는 다공성 고분자 스트립 제거 단계(S 114)와, 금속 소재(110, 120) 중 타원형 기공들(122)이 형성된 구간(120)과 원형 기공들(112)이 형성된 구간(110)을 개별적으로 분리하여 제1 금속 다공체(161, 171)와 제2 금속 다공체(164, 174)를 각각 형성하는 금속 다공체 분리 단계(S 120)를 포함할 수 있다.First, the metal porous body forming step (S 110), a deposition step (S 112) of depositing the metal materials 110 and 120 on the porous polymer strip 100, and the porous polymer strip 100 from the metal materials 110 and 120 ) removing the porous polymer strip removing step (S 114) and the section 120 in which the oval pores 122 are formed and the section 110 in which the circular pores 112 are formed among the metal materials 110 and 120 are individually separated It may include a metal porous body separation step (S120) of forming the first porous metal bodies 161 and 171 and the second porous metal bodies 164 and 174, respectively.

다음으로, 금속 다공체 설치 단계(S 120)는, 제1 금속 다공체(161, 171)를 공급 매니폴드(10, 20)와 제2 금속 다공체(164, 174) 사이에 위치하되 타원형 기공들(162, 172)의 장축(163, 173)이 유체의 유동 방향과 평행을 이루도록 설치함과 함께, 제2 금속 다공체(164, 174)를 제1 금속 다공체(161, 171)와 배출 매니폴드(30, 40) 사이에 위치하도록 설치하여 수행할 수 있다.Next, in the metal porous body installation step (S 120), the first metal porous body 161, 171 is positioned between the supply manifolds 10 and 20 and the second metal porous body 164 and 174, but oval pores 162 , 172) is installed to be parallel to the flow direction of the fluid, and the second porous metal bodies 164 and 174 are connected to the first porous metal bodies 161 and 171 and the exhaust manifold 30, 40) can be installed to be located between

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.In the above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below with the technical idea of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims.

1, 2 : 연료전지용 분리판
10 : 수소 공급 매니폴드
20 : 공기 공급 매니폴드
30 : 수소 배출 매니폴드
40 : 공기 공급 매니폴드
50 : 애노드면
60 : 캐소드면
70 : 애노드측 금속 다공체
71 : 제1 애노드측 금속 다공체
74 : 제2 애노드측 금속 다공체
80 : 캐소드측 금속 다공체
81 : 제1 캐소드측 금속 다공체
84 : 제2 캐소드측 금속 다공체
90 : 다공질 고분자 소재
100 : 다공질 고분자 스트립
110, 120 : 금속 소재
130, 140, 150 : 금속 다공체
160 : 애노드측 금속 다공체
161 : 제1 애노드측 금속 다공체
164 : 제2 애노드측 금속 다공체
170 : 캐소드측 금속 다공체
171 : 제1 캐소드측 금속 다공체
174 : 제2 캐소드측 금속 다공체1, 2: Separator for fuel cell
10: hydrogen supply manifold
20: air supply manifold
30: hydrogen exhaust manifold
40: air supply manifold
50: anode side
60: cathode side
70: anode side metal porous body
71: first anode side metal porous body
74: second anode side metal porous body
80: cathode side metal porous body
81: first cathode side metal porous body
84: second cathode side metal porous body
90: porous polymer material
100: porous polymer strip
110, 120: metal material
130, 140, 150: metal porous body
160: anode side metal porous body
161: first anode side metal porous body
164: second anode side metal porous body
170: cathode side metal porous body
171: first cathode side metal porous body
174: second cathode side metal porous body

Claims (10)

유체가 공급되는 공급 매니폴드;
상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드; 및
상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드 쪽을 향해 유동하도록 유로를 형성하는 금속 다공체를 포함하며;
상기 금속 다공체는,
복수의 제1 타원형 기공들을 갖고, 상기 제1 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 금속 다공체; 및
복수의 제2 타원형 기공들을 갖고, 상기 제2 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 설치되는 제2 금속 다공체를 구비하는 연료전지용 분리판.a supply manifold to which a fluid is supplied;
a discharge manifold through which the fluid is discharged; and
and a metal porous body forming a flow path so that the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold;
The metal porous body,
a first porous metal body having a plurality of first elliptical pores and installed such that a long axis of the first elliptical pores and a flow direction of the fluid are parallel to each other; and
A fuel cell separator comprising: a second porous metal body having a plurality of second elliptical pores, the second porous body having a long axis of the second elliptical pores and a flow direction of the fluid being perpendicular to each other. 제1항에 있어서,
상기 제1 금속 다공체는 상기 공급 매니폴드와 상기 제2 금속 다공체 사이에 설치되며,
상기 제2 금속 다공체는 상기 제1 금속 다공체와 상기 배출 매니폴드 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.According to claim 1,
The first porous metal body is installed between the supply manifold and the second porous metal body,
and the second porous metal body is installed between the first metal porous body and the exhaust manifold. 유체가 공급되는 공급 매니폴드;
상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드; 및
상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드 쪽을 향해 유동하도록 유로를 형성하는 금속 다공체를 포함하며;
상기 금속 다공체는,
복수의 타원형 기공들을 갖고, 상기 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 설치되는 제1 금속 다공체; 및
복수의 원형 기공들을 갖는 제2 금속 다공체를 구비하는 연료전지용 분리판.a supply manifold to which a fluid is supplied;
a discharge manifold through which the fluid is discharged; and
and a metal porous body forming a flow path so that the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold;
The metal porous body,
a first porous metal body having a plurality of elliptical pores and installed such that the major axes of the elliptical pores and the flow direction of the fluid are parallel to each other; and
A separator for a fuel cell comprising a second metal porous body having a plurality of circular pores. 제3항에 있어서,
상기 제1 금속 다공체는 상기 공급 매니폴드와 상기 제2 금속 다공체 사이에 설치되며,
상기 제2 금속 다공체는 상기 제1 금속 다공체와 상기 배출 매니폴드 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.4. The method of claim 3,
The first porous metal body is installed between the supply manifold and the second porous metal body,
and the second porous metal body is installed between the first metal porous body and the exhaust manifold. 유체가 공급되는 공급 매니폴드와, 상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드를 포함하며, 상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드를 향해 유동하는 연료전지용 분리판의 제조 방법에 있어서,
(a) 제1 타원형 기공들을 갖는 제1 금속 다공체와, 제2 타원형 기공들을 갖는 제2 금속 다공체를 형성하는 금속 다공체 형성 단계; 및
(b) 상기 제1 금속 다공체를 상기 제1 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 평행을 이루도록 상기 분리판에 설치하고, 상기 제2 금속 다공체를 상기 제2 타원형 기공들의 장축과 상기 유체의 유동 방향이 수직을 이루도록 상기 분리판에 설치하는 금속 다공체 설치 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.A method of manufacturing a separator for a fuel cell comprising a supply manifold to which a fluid is supplied and a discharge manifold to which the fluid is discharged, wherein the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold,
(a) forming a porous metal body having a first porous metal body having first elliptical pores and a second porous metal body having second oval pores; and
(b) the first porous metal body is installed on the separator so that the long axis of the first elliptical pores and the flow direction of the fluid are parallel to each other, and the second metal porous body is formed between the long axis of the second elliptical pores and the fluid A method of manufacturing a separator for a fuel cell, comprising the step of installing a metal porous body installed on the separator so that the flow direction is vertical. 제5항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a1) 다공성 고분자 소재에 금속 소재를 증착하는 증착 단계;
(a2) 상기 금속 소재로부터 상기 다공성 고분자 소재를 제거하는 다공성 고분자 소재 제거 단계;
(a3) 상기 금속 소재 중 타원형 기공들이 형성된 구간을 분리하여 상기 제1 금속 다공체와 상기 제2 금속 다공체를 각각 형성하는 금속 다공체 분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.6. The method of claim 5,
The step (a) is,
(a1) a deposition step of depositing a metal material on the porous polymer material;
(a2) a porous polymer material removal step of removing the porous polymer material from the metal material;
(a3) separating a section in which oval pores are formed among the metal material to form the first porous metal body and the second porous metal body, respectively. 제5항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 제1 금속 다공체를 상기 공급 매니폴드와 상기 제2 금속 다공체 사이에 위치하도록 설치함과 함께, 상기 제2 금속 다공체를 상기 제1 금속 다공체와 상기 배출 매니폴드 사이에 위치하도록 설치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.6. The method of claim 5,
Step (b) is,
The first porous metal body is installed to be positioned between the supply manifold and the second porous metal body, and the second porous metal body is installed to be positioned between the first porous metal body and the exhaust manifold. A method for manufacturing a separator for a fuel cell, characterized in that. 유체가 공급되는 공급 매니폴드와, 상기 유체가 배출되는 배출 매니폴드를 포함하며, 상기 유체가 상기 공급 매니폴드에서 상기 배출 매니폴드를 향해 유동하는 연료전지용 분리판의 제조 방법에 있어서,
(a) 타원형 기공들을 갖는 제1 금속 다공체와, 원형 기공들을 갖는 제2 금속 다공체를 형성하는 금속 다공체 형성 단계; 및
(b) 상기 제1 금속 다공체와 상기 제2 금속 다공체를 각각 상기 분리판에 설치하는 금속 다공체 설치 단계를 포함하며,
상기 (b) 단계는, 상기 제1 금속 다공체를 상기 타원형 기공들의 장축이 상기 유체의 유동 방향과 평행을 이루도록 설치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.A method of manufacturing a separator for a fuel cell comprising a supply manifold to which a fluid is supplied and a discharge manifold to which the fluid is discharged, wherein the fluid flows from the supply manifold toward the exhaust manifold,
(a) a metal porous body forming step of forming a first porous metal body having elliptical pores and a second porous metal body having circular pores; and
(b) a metal porous body installation step of installing the first porous metal body and the second porous metal body on the separator, respectively;
The step (b) may be performed by installing the first porous metal body so that the long axes of the elliptical pores are parallel to the flow direction of the fluid. 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
다공성 고분자 소재에 금속 소재를 증착하는 증착 단계;
상기 금속 소재로부터 상기 다공성 고분자 소재를 제거하는 다공성 고분자 소재 제거 단계;
상기 금속 소재 중 상기 타원형 기공들이 형성된 구간과 상기 원형 기공들이 형성된 구간을 개별적으로 분리하여 상기 제1 금속 다공체와 상기 제2 금속 다공체를 각각 형성하는 금속 다공체 분리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The step (a) is,
A deposition step of depositing a metal material on the porous polymer material;
a porous polymer material removal step of removing the porous polymer material from the metal material;
and a metal porous body separation step of separately separating a section in which the oval pores are formed and a section in which the circular pores are formed among the metal material to form the first porous metal body and the second porous metal body, respectively. A method for manufacturing a separator. 제8항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 제1 금속 다공체를 상기 공급 매니폴드와 상기 제2 금속 다공체 사이에 위치하도록 설치함과 함께, 상기 제2 금속 다공체를 상기 제1 금속 다공체와 상기 배출 매니폴드 사이에 위치하도록 설치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Step (b) is,
The first porous metal body is installed to be positioned between the supply manifold and the second porous metal body, and the second porous metal body is installed to be positioned between the first porous metal body and the exhaust manifold. A method for manufacturing a separator for a fuel cell, characterized in that.
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