KR20050075817A - Current collector in fuelcell applications and manufacturing method thereof, and fuelcell current collector manufactured thereby - Google Patents

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KR20050075817A
KR20050075817A KR1020040003363A KR20040003363A KR20050075817A KR 20050075817 A KR20050075817 A KR 20050075817A KR 1020040003363 A KR1020040003363 A KR 1020040003363A KR 20040003363 A KR20040003363 A KR 20040003363A KR 20050075817 A KR20050075817 A KR 20050075817A
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Abstract

본 발명은 고분자 전해질형 연료전지 스택에 적용되어 연료전지의 성능향상과 화학적 내구성을 증가시킬 수 있는 연료전지용 전류집전체와 그 제조방법, 그리고 이를 구비한 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell current collector, a method for manufacturing the same, and a fuel cell having the same, which can be applied to a polymer electrolyte fuel cell stack to increase performance and chemical durability of a fuel cell.

본 발명에 따른 연료전지용 전류집전체는 다수의 매니폴더가 형성되는 매니폴더부와 연료전지의 유체분배층에 대응되는 유체분배층 대응부로 구분되어, 매니폴더부는 내화학성이 우수한 카본호일로 이루어지고 유체분배층 대응부는 금속판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 그리고 이와 같은 전류집전체는 카본호일에 매니폴더를 펀칭하여 형성하고 유체분배층 대응부가 형성될 부분에 개구부를 펀칭가공한 다음 이에 맞도록 금속판을 가공하여 끼워 접합시켜 완성한다.The current collector for fuel cells according to the present invention is divided into a manifold portion in which a plurality of manifolds are formed and a fluid distribution layer corresponding portion corresponding to the fluid distribution layer of the fuel cell, and the manifold portion is made of carbon foil having excellent chemical resistance. The fluid distribution layer counterpart is made of a metal plate. Such a current collector is formed by punching a manifold in a carbon foil, punching an opening in a portion where a fluid distribution layer counterpart is to be formed, and then machining and joining a metal plate to fit it.

본 발명에 따른 전류집전체에 의하면, 연료전지 스택 운전 시 매니폴더부는 수분이나 갈바닉 부식환경에 견딜 수 있는 화학적 내구성을 가지게 되며, 유체분배층 대응부에서 매우 균일한 응력분포를 얻을 수 있다.According to the current collector according to the present invention, when the fuel cell stack is operated, the manifold portion has chemical durability that can withstand moisture or galvanic corrosion environment, and a very uniform stress distribution can be obtained at the fluid distribution layer counterpart.

Description

연료전지용 전류집전체와 그 제조방법, 그리고 이를 구비한 연료전지{CURRENT COLLECTOR IN FUELCELL APPLICATIONS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND FUELCELL CURRENT COLLECTOR MANUFACTURED THEREBY}CURRENT COLLECTOR IN FUELCELL APPLICATIONS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND FUELCELL CURRENT COLLECTOR MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자 전해질형 연료전지 스택에 적용되어 연료전지의 성능향상과 화학적 내구성을 증가시킬 수 있는 연료전지용 전류집전체와 그 제조방법, 그리고 이를 구비한 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, a current collector for a fuel cell and a manufacturing method thereof, and a fuel having the same, which can be applied to a polymer electrolyte fuel cell stack to increase performance and chemical durability of a fuel cell. It relates to a battery.

고분자 전해질형 연료전지(PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cells)는 수소이온 교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 수소를 함유한 연료가스와 산소를 함유한 공기를 사용하여 전기화학반응을 일으켜 전기 및 열을 발생시킨다. 고분자 전해질형 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비하여 작동온도가 60∼80℃ 정도로 낮은 반면에 높은 전류밀도를 유지할 수 장점이 있다. 이러한 이유로 고분자 전해질형 연료전지는 빠른 시동능력이 있으며, 소형화할 수 있고 가벼운 전지를 만들 수 있어서 이동용 전원, 자동차용 전원, 가정용 열병합 발전설비 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFC) is a fuel cell that uses a polymer membrane with hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte. It generates an electrochemical reaction using fuel gas containing hydrogen and air containing oxygen. Generates electricity and heat The polymer electrolyte fuel cell has an advantage of maintaining a high current density while operating temperature is lower than about 60 ~ 80 ℃ compared to other types of fuel cells. For this reason, the polymer electrolyte fuel cell has a fast starting capability, can be miniaturized, and can be made into a light battery, which can be applied to various fields such as a mobile power source, a car power source, and a home cogeneration plant.

고분자 전해질형 연료전지의 단위전지는 고분자 전해질막, 산화전극 및 환원전극으로 이루어진 막전극접합체(MEA)와, 반응에 사용되는 가스를 전극에 전달하고 반응 생성물을 배출하는 유체분배층(fluid distribution layer), 및 반응가스와 냉각수를 외부로부터 공급하며 산화전극(anode)과 환원전극(cathode)을 분리하는 기능을 하는 도전성 분리판(separator) 등으로 구성된다.The unit cell of the polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) consisting of a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode, and a fluid distribution layer that delivers a gas used for the reaction to the electrode and discharges the reaction product. And a conductive separator for supplying the reaction gas and cooling water from the outside and separating the anode and the cathode.

연료전지 스택(stack)은 이러한 막전극접합체와 유체분배층 및 분리판을 필요한 용량만큼 적층하여 구성되며, 적층된 스택은 한 쌍의 전류집전체와 연결바아로 연결된 한 쌍의 엔드 플레이트에 의하여 압력을 제공받으며 각 단위전지가 어긋나거나 미끄러짐 없이 일체형을 이루게 된다. 이 때, 전류집전체는 외부로의 전류통로 역할을 하게 된다.The fuel cell stack is constructed by stacking such a membrane electrode assembly, a fluid distribution layer and a separator plate as necessary, and the stacked stack is pressurized by a pair of end plates connected to a pair of current collectors and connecting bars. Each unit cell is integrated without slipping or slipping. At this time, the current collector serves as a current path to the outside.

전기 발생을 위한 반응가스는 스택 외부 배관으로부터 분리판에 형성되어 있는 매니폴드(manifold)를 거쳐 각 단위전지의 분리판 혹은 유체분배층에 형성되어 있는 가스유로를 통해 전극으로 공급된다. 전기화학반응으로 발생하는 열을 제거하기 위한 냉각수는 반응가스와 마찬가지로 스택 외부배관으로부터 분리판에 형성되어 있는 매니폴드를 거쳐 각 단위전지의 분리판에 형성되어 있는 냉각수 유로를 통해 스택 내부로 공급된다.Reaction gas for electricity generation is supplied to the electrode through a manifold formed in the separation plate from the outer pipe of the stack through a gas flow path formed in the separation plate or fluid distribution layer of each unit cell. Cooling water for removing heat generated by the electrochemical reaction is supplied into the stack through the cooling water flow path formed in the separator plate of each unit cell through the manifold formed on the separator plate from the external pipe of the stack like the reaction gas. .

또한 스택에 공급되는 반응가스 및 냉각수가 외부로 누출되거나, 서로 섞이는 것을 방지하기 위해서 전극 및 매니폴드 주위에는 가스켓이 배치된다. 연료전지 밀봉을 위한 가스켓으로는 실리콘계, 불소계 혹은 올레핀계 고무나 유리섬유로 강화시킨 실리콘 시트(sheet)나 테프론 시트가 많이 사용된다.In addition, a gasket is disposed around the electrode and the manifold to prevent the reaction gas and the cooling water supplied to the stack from leaking out or mixing with each other. As a gasket for sealing a fuel cell, a silicon sheet or a teflon sheet reinforced with silicon, fluorine or olefin rubber or glass fiber is used.

도 8은 종래의 연료전지의 전류집전체를 도시한 정면도이다.8 is a front view illustrating a current collector of a conventional fuel cell.

도 8을 참조하면, 종래의 전류집전체(300)는 연료가스 입·출구(310, 360) 매니폴더, 공기 입·출구(330, 340) 매니폴더 그리고 냉각수 입·출구(320, 350) 매니폴더, 외부와의 전류통로 역할을 하는 탭(370)을 포함하여 구성된다. 전류집전체(300)는 통상적으로 스테인레스 강 표면 위에 금 도금을 한 것을 사용하고 있으며, 스테인레스 표면과 금 도금층의 접착력을 향상시키기 위해 니켈 버퍼층을 첨가하여 사용한다. 이러한 전류집전체(300)는 연료전지 스택 운전 시, 갈바닉 부식환경과 수분을 함유한 연료가스 때문에 장시간 운전할 경우 전류집전체 입·출구 매니폴더 영역의 반응가스와 접촉하는 곳에서 스테인레스와 금 도금층 계면 부식이 발생하며, 부식생성물로 인해 연료전지 스택이 오염되거나, 전류집전체의 전기전도도가 저하되는 등 연료전지 성능이 감소한다.Referring to FIG. 8, the current collector 300 includes a manifold of fuel gas inlet / outlets 310 and 360, a manifold of air inlet and outlet 330 and 340, and a manifold of coolant inlet and outlet 320 and 350. The folder is configured to include a tab 370 that serves as a current path to the outside. The current collector 300 typically uses a gold plated surface on a stainless steel surface, and is used by adding a nickel buffer layer to improve adhesion between the stainless surface and the gold plated layer. The current collector 300 is a stainless steel plated gold interface at the contact point of the current collector inlet / outlet manifold area when the fuel cell stack is operated for a long time because of the galvanic corrosion environment and fuel gas containing moisture. Corrosion occurs, and the corrosion product reduces fuel cell performance, such as contaminating the fuel cell stack or lowering the electrical conductivity of the current collector.

엔드 플레이트나 전류집전체의 성능을 개선할 목적으로 대한민국 특허공개 제2002-0084186호에서는 루테늄 산화물 및 선택적으로 루테늄 산화물 및 비불화성 금속 산화물을 포함하는 활성 전기촉매재료로 엔드 플레이트나 전류집전체를 코팅하여 사용하는 방법을 개시하고 있으나 활성 전기촉매 재료를 별도의 공정으로 코팅해야 하는 번거로움과 이로 인한 제조단가 상승 등의 문제점이 있다.In order to improve the performance of end plates or current collectors, Korean Patent Publication No. 2002-0084186 discloses coating an end plate or current collector with an active electrocatalyst containing ruthenium oxide and optionally ruthenium oxide and non-fluorinated metal oxide. It discloses a method of using, but there is a problem such as the hassle of having to coat the active electrocatalyst material in a separate process and the resulting manufacturing cost increases.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 카본호일과 금속판을 소재로 채택하여 매니폴더 영역과 유체분배층 반응영역에 대응되는 영역을 서로 다른 소재로 제작함으로써, 연료전지 운전 시 계면부식현상을 막을 수 있으며 두께를 줄여 경량화되고 가격이 저렴한 연료전지용 전류집전체와 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention was devised to solve the above problems, the object of which is to use a carbon foil and a metal plate as a material to produce a region corresponding to the manifold region and the fluid distribution layer reaction region of different materials, fuel It is possible to prevent interfacial corrosion during battery operation and to reduce the thickness to provide a lightweight and inexpensive current collector for fuel cells and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 연료 및 환원가스(공기, 산소)를 유도하는 전류집전체의 매니폴더 영역에서 발생할 수 있는 계면 부식 현상을 제거함으로써, 고성능, 고신뢰성을 갖는 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell having high performance and high reliability by eliminating interfacial corrosion that may occur in the manifold region of a current collector that induces fuel and reducing gas (air, oxygen).

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료전지는, 적어도 하나 이상의 단위전지를 적층하여 구비하는 연료전지 스택(stack)으로 이루어지는데, 여기서 상기 단위전지는, 고분자 전해질막과 그 양쪽면에 각각 형성되는 산화전극과 환원전극을 포함하는 막전극접합체(MEA)과; 상기 막전극접합체 양쪽면에서 상기 산화전극 및 환원전극에 각각 인접하도록 배치되는 한 쌍의 유체분배층과; 상기 각각의 유체분배층의 바깥쪽면에 밀착 결합되며, 상기 유체분배층과 대응되는 표면에 다수개의 유로가 형성되어 반응영역을 이루고, 이 반응영역의 주변부에 반응가스의 통로를 이루는 매니폴드(manifold) 영역이 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함한다. 그리고 상기 양쪽 최외각에 배치되는 단위전지의 분리판 바깥쪽에 인접하도록 한 쌍의 전류집전체가 배치되며, 이 전류집전체는 상기 분리판을 사이에 두고 유체분배층과 대응되는 유체분배층 대응부와 상기 분리판의 매니폴드 영역에 대응되는 매니폴더부를 포함한다. 이 때, 상기 전류집전체의 매니폴더부는 카본호일(carbon foil)로 이루어지고, 유체분배층 대응부는 금속판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention comprises a fuel cell stack having at least one unit cell stacked thereon, wherein the unit cell is formed on a polymer electrolyte membrane and both surfaces thereof. A membrane electrode assembly (MEA) including an anode and a cathode formed; A pair of fluid distribution layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly so as to be adjacent to the anode and the cathode; The manifold is tightly coupled to the outer surface of each fluid distribution layer, and a plurality of flow paths are formed on a surface corresponding to the fluid distribution layer to form a reaction zone, and a passage of a reaction gas at the periphery of the reaction zone. ) A pair of separator plates in which regions are formed. In addition, a pair of current collectors are disposed to be adjacent to the outside of the separator plates of the unit cells disposed at both outermost sides, and the current collectors correspond to the fluid distribution layer corresponding to the fluid distribution layer with the separator plates therebetween. And a manifold part corresponding to the manifold area of the separator. At this time, the manifold portion of the current collector is made of carbon foil, and the fluid distribution layer counterpart is made of a metal plate.

상기 전류집전체는 유체분배층 대응부로부터 연장되어 외측으로 인출되어 외부와의 전류통로 역할을 하는 인출탭을 구비하며, 이 인출탭은 상기 유체분배층 대응부와 동일한 금속소재로 이루어진다.The current collector has a drawing tab extending from the fluid distribution layer counterpart and drawn out to serve as a current path to the outside, and the draw tab is made of the same metal material as the fluid distribution layer counterpart.

상기 전류집전체의 유체분배층 대응부를 이루는 금속판은 스테인레스강(鋼), 황동, 알루미늄, 알루미늄합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 소재로 이루어질 수 있다.The metal plate forming the fluid distribution layer corresponding part of the current collector may be made of a material selected from the group consisting of stainless steel, brass, aluminum, and aluminum alloy.

한편, 상기 전류집전체는 매니폴더부를 이루는 카본호일의 두께가 상기 반응영역부를 이루는 금속판의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 카본호일의 두께가 상기 금속판의 두께보다 10 내지 100㎛ 의 범위 내에서 더 두껍게 형성될 수 있다.On the other hand, the current collector may have a thickness of the carbon foil forming the manifold portion is thicker than the thickness of the metal plate forming the reaction region, the thickness of the carbon foil is in the range of 10 to 100㎛ than the thickness of the metal plate. It can be formed thicker in.

상기 전류집전체의 매니폴더부는 이에 형성된 각각의 매니폴더 외곽을 따라 실링부재가 더욱 형성될 수 있다.The manifold portion of the current collector may further have a sealing member formed along the outer manifold of each manifold formed therein.

상기 전류집전체의 매니폴더부를 이루는 카본호일은 체적밀도(bulk density)가 1.5 내지 1.8g/㎤ 의 범위에 속하도록 형성되는 것이 바람직하다.The carbon foil constituting the manifold portion of the current collector is preferably formed so that the bulk density is in the range of 1.5 to 1.8 g / cm 3.

상기 전류집전체의 매니폴더에 대응되는 매니폴더를 구비하면서, 상기 전류집전체의 양쪽면 중 적어도 한쪽면에 인접하여 배치되는 카본호일 판을 더욱 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 카본호일 판에 형성되는 각각의 매니폴더 외곽을 따라 실링부재가 형성되는 것이 바람직하다.It may further comprise a carbon foil plate having a manifold corresponding to the manifold of the current collector, disposed adjacent to at least one side of both sides of the current collector. At this time, it is preferable that the sealing member is formed along each manifold outer edge formed on the carbon foil plate.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전류집전체 제조방법은, 막전극접합체, 유체분배층 및 분리판을 포함하는 단위전지가 적층되어 이루어지는 연료전지 스택에 적용되는 연료전지용 전류집전체를 제조하는 방법에 있어서, 임의의 두께, 체적밀도(bulk density) 및 크기(가로×세로)를 갖는 카본호일을 준비하는 단계와; 상기 카본호일에 상기 분리판의 매니폴더들과 대응하는 매니폴더를 형성하는 단계와; 상기 카본호일에 상기 분리판을 사이에 두고 유체분배층과 대응되는 부분에 개구부를 형성하는 단계와; 상기 카본호일의 개구부에 맞도록 금속판을 가공한 다음, 이를 끼워 접합시키는 단계와; 상기 접합된 카본호일과 금속판을 프레스에서 기설정된 압력으로 프레스 하는 단계를 포함한다.On the other hand, the fuel cell current collector manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the fuel cell current collector is applied to the fuel cell stack is laminated with a unit cell including a membrane electrode assembly, a fluid distribution layer and a separator plate. CLAIMS 1. A process for making a process comprising the steps of: preparing a carbon foil having any thickness, bulk density, and size (width x length); Forming a manifold corresponding to the manifolds of the separation plate in the carbon foil; Forming an opening in a portion corresponding to the fluid distribution layer with the separator plate in the carbon foil; Processing the metal plate to fit the opening of the carbon foil, and then bonding the metal plate; And pressing the bonded carbon foil and the metal plate at a predetermined pressure in a press.

이 때, 상기 매니폴더를 형성하는 단계는, 상기 분리판의 매니폴더들과 대응하는 카본호일의 부분을 펀칭(punching)가공하여 형성할 수 있으며, 또한 상기 유체분배층 대응부에 개구부를 형성하는 단계는, 상기 유체분배층과 대응하는 카본호일의 부분을 펀칭가공하여 형성할 수 있다.In this case, the forming of the manifold may be formed by punching a portion of the carbon foil corresponding to the manifolds of the separation plate and forming an opening in a corresponding portion of the fluid distribution layer. The step may be formed by punching a portion of the carbon foil corresponding to the fluid distribution layer.

그리고 상기 카본호일은 두께가 상기 금속판의 두께보다 0.03 내지 0.07㎜의 범위 내에서 더 두껍게 마련되어 서로 접합되어, 상기 프레스 단계에서 함께 프레스된다.The carbon foils are thicker than the thickness of the metal plate in a range of 0.03 to 0.07 mm, and are bonded to each other, and pressed together in the pressing step.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 연료전지 스택(100)의 기본을 이루는 단위전지는 막전극접합체(MEA : Membrane and Electrode Assembly)(120)와 유체분배층(125) 및 분리판(130)을 차례로 적층하는 구조로 되어 있으며, 연료전지의 출력에 따라 스택(100)에 적층되는 셀(cell)의 수, 즉 막전극접합체(120), 유체분배층(125) 및 분리판(130)이 구성하는 단위전지의 수는 결정된다. 연료전지 스택(100)의 적층구조 외측에는 양쪽으로 한 쌍의 전류집전체(150)와 엔드 플레이트(160)가 결합된다.Referring to FIG. 1, a unit cell that forms the basis of a fuel cell stack 100 includes a membrane electrode assembly (MEA) 120, a fluid distribution layer 125, and a separator 130 sequentially stacked. The unit cell constituted by the number of cells stacked in the stack 100 according to the output of the fuel cell, that is, the membrane electrode assembly 120, the fluid distribution layer 125, and the separator 130. The number of is determined. A pair of current collectors 150 and end plates 160 are coupled to both sides of the stack structure of the fuel cell stack 100 on both sides.

막전극접합체(120)는 고분자 전해질막(121)에 의하여 분리되는 산화전극(123)과 환원전극(산화전극 반대쪽에 위치)의 두 전극을 구비하고 있으며, 이들 전극들 상에는 유체분배층(125)이 각각 인접하여 배치되면서 덮고 있다. 유체분배층(125)은 대략 사각형상의 평면을 가지며, 전극들을 보호하고 반응에 필요한 수소 및 공기를 전극으로 공급한다.The membrane electrode assembly 120 includes two electrodes, an anode 123 and a cathode (located on the opposite side of the anode), separated by the polymer electrolyte membrane 121, and the fluid distribution layer 125 is disposed on these electrodes. These are covered while being disposed adjacent to each other. The fluid distribution layer 125 has a substantially rectangular plane and protects the electrodes and supplies hydrogen and air necessary for the reaction to the electrodes.

분리판(130)은 유체분배층(125)의 바깥쪽면에 밀착 결합되며, 상기 유체분배층(125)과 대응되는 표면에 다수개의 유로(132)가 형성된다. 분리판(130)의 유로(132)는 유체분배층(125)과 결합하여 수소유로 또는 공기유로를 형성하면서 반응영역을 이루게 되며, 이 반응영역의 주변부에 반응가스 등의 통로를 이루는 매니폴드 영역이 형성된다. 상기 반응영역의 유로(132)는 매니폴드 영역의 매니폴드(140)와 연결되어 스택(100) 외부로부터 반응가스 등을 공급받게 된다. The separator 130 is tightly coupled to the outer surface of the fluid distribution layer 125, and a plurality of flow paths 132 are formed on a surface corresponding to the fluid distribution layer 125. The flow path 132 of the separation plate 130 forms a reaction zone by combining with the fluid distribution layer 125 to form a hydrogen flow passage or an air flow passage, and a manifold region forming a passage of a reaction gas at the periphery of the reaction zone. Is formed. The flow path 132 of the reaction region is connected to the manifold 140 of the manifold region to receive the reaction gas from the outside of the stack 100.

분리판(130)은 연료전지 내에 수소와 공기가 서로 섞이지 않도록 하고 막전극접합체(120)를 전기적으로 연결하는 역할을 하며, 적층된 단위전지들의 기계적인 지지체의 기능을 수행한다. 또한 반응기체가 전극에 골고루 흘러가도록 하고 적절한 수분 관리를 통해 막이 건조되지 않도록 하며 환원전극에서 생성되는 물을 배출시키는 기능을 한다.The separating plate 130 prevents hydrogen and air from mixing in the fuel cell and electrically connects the membrane electrode assembly 120, and serves as a mechanical support of the stacked unit cells. In addition, the reactor flows evenly to the electrode, prevents the membrane from drying through proper moisture management, and discharges the water generated from the cathode.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 일부를 도시한 부분 분해 사시도이다.2 is a partially exploded perspective view illustrating a portion of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전류집전체(150)는 상기 분리판(130)의 매니폴더(140)와 연통되는 매니폴더를 구비하고 있는데, 구체적으로는 연료가스 입·출구 매니폴더(161, 166), 공기 입·출구 매니폴더(163, 164) 및 냉각수 입·출구 매니폴더(162, 165)가 형성된다. 따라서 전류집전체(150)는 상기 매니폴더들(161, 162, 163, 164, 165, 166)을 포함하는 매니폴더부(156)와, 상기 유체분배층(125)에 대응되는 유체분배층 대응부(151)로 구분될 수 있으며, 또한 유체분배층 대응부(151)로부터 연장되어 외측으로 인출되어 외부와의 전류통로 역할을 하는 인출탭(153)을 포함한다. 유체분배층(125)은 분리판(130)의 유로(132)와 결합하여 반응영역을 이루게 되므로, 전류집전체(150)의 유체분배층 대응부(151)는 결국 상기 분리판(130)의 반응영역과 대응된다.Referring to FIG. 2, the current collector 150 includes a manifold that communicates with the manifold 140 of the separator 130. Specifically, the fuel gas inlet and outlet manifolds 161 and 166 may be used. , Air inlet and outlet manifolds 163 and 164 and cooling water inlet and outlet manifolds 162 and 165 are formed. Accordingly, the current collector 150 corresponds to the manifold unit 156 including the manifolds 161, 162, 163, 164, 165, and 166 and the fluid distribution layer corresponding to the fluid distribution layer 125. It may be divided into the unit 151, and also includes a withdrawal tab 153 extending from the fluid distribution layer counterpart 151 to be drawn outward to serve as a current path to the outside. Since the fluid distribution layer 125 is combined with the flow path 132 of the separation plate 130 to form a reaction region, the fluid distribution layer counterpart 151 of the current collector 150 eventually becomes a portion of the separation plate 130. Corresponds to the reaction zone.

한편, 본 실시예에서 전류집전체(150)의 매니폴더부(156)는 카본호일(carbon foil)로 이루어지고, 유체분배층 대응부(151)는 금속판으로 이루어진다. 유체분배층 대응부(151)로부터 연장되는 인출탭(153)도 유체분배층 대응부(151)와 마찬가지로 금속판으로 이루어진다.Meanwhile, in the present embodiment, the manifold portion 156 of the current collector 150 is made of carbon foil, and the fluid distribution layer counterpart 151 is made of a metal plate. The lead tab 153 extending from the fluid distribution layer counterpart 151 is made of a metal plate similarly to the fluid distribution layer counterpart 151.

상기 전류집전체(150)의 매니폴더부(156)를 이루는 카본호일은 연료전지 스택(100) 체결 시 균일한 압력을 전달하면서도 커다란 변형이 없어야 하고, 또한 전기전도성이 우수하여야 하므로 체적밀도(bulk density)가 1.5 내지 1.8g/㎤의 범위에 속하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 체적밀도가 1.5g/㎤ 미만일 경우에는 연료전지 스택 체결 시 전류집전체(150)의 두께가 심하게 변형되어 반응가스의 누설(leak)이나 접촉저항의 증가 등의 문제점이 있고, 1.8g/㎤ 초과일 경우에는 카본호일의 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 이와 같은 카본호일은 화학적 내구성이 우수하여 전류집전체(150)의 매니폴더부(156)에 적용될 경우 연료전지 운전 시 계면 부식현상 등이 발생하지 않는다.Carbon foil constituting the manifold portion 156 of the current collector 150 has a bulk density while delivering a uniform pressure when the fuel cell stack 100 is fastened, and should also have excellent electrical conductivity. It is preferable to use those having a density in the range of 1.5 to 1.8 g / cm 3. If the volume density is less than 1.5 g / cm 3, the thickness of the current collector 150 is severely deformed when the fuel cell stack is fastened, which causes problems such as leakage of the reaction gas and an increase in contact resistance. In one case, there is a problem that the manufacturing cost of the carbon foil is increased. Since the carbon foil is excellent in chemical durability, when applied to the manifold portion 156 of the current collector 150, no interfacial corrosion occurs during fuel cell operation.

상기 전류집전체(150)의 유체분배층 대응부(151)를 이루는 금속판은 스테인레스강(鋼), 황동(Cu-Zn Alloy), 알루미늄, 알루미늄합금 등의 소재로 된 것을 사용하거나 상기의 금속판 위에 접촉저항을 줄이기 위해 금 도금을 행하여 사용한다.The metal plate forming the fluid distribution layer counterpart 151 of the current collector 150 may be made of a material such as stainless steel, brass (Cu-Zn Alloy), aluminum, an aluminum alloy, or the like. Gold plating is used to reduce contact resistance.

전류집전체(150)에 있어서, 상기 카본호일의 두께를 금속판의 두께보다 더 두껍게 형성함으로써 반응가스의 통로가 되는 매니폴더부(156)의 실링(sealing) 안전성을 더욱 더 높일 수 있으며, 연료전지 스택 체결 시의 압력으로 카본호일과 금속판의 두께가 동일한 전류집전체(150)를 용이하게 제조할 수 있다.In the current collector 150, the thickness of the carbon foil is made thicker than the thickness of the metal plate to further increase the sealing safety of the manifold portion 156, which is a passage for the reaction gas, and further improves the fuel cell. Due to the pressure at the time of stack fastening, the current collector 150 having the same thickness as the carbon foil and the metal plate can be easily manufactured.

매니폴더부(156)를 이루는 카본호일의 두께는 유체분배층 대응부(151)를 이루는 금속판의 두께보다 10 내지 100㎛의 범위 내에서 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 50㎛의 범위 내에서 카본호일의 두께가 금속판의 두께보다 더 두껍게 형성되는 것이다.The thickness of the carbon foil constituting the manifold portion 156 is preferably formed thicker within the range of 10 to 100 μm than the thickness of the metal plate forming the fluid distribution layer counterpart 151, more preferably 10 to 50. The thickness of the carbon foil is formed thicker than the thickness of the metal plate within the range of μm.

전류집전체(150)의 매니폴더부(156)를 이루는 각 매니폴더들(161, 162, 163, 164, 165, 166)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 외곽을 따라 실링부재(157)가 배치된다. 이러한 실링부재(157)는 실링 가스켓으로 이루어질 수 있다. 실링부재(157)를 배치함으로써 각 매니폴더(161, 162, 163, 164, 165, 166)들을 통해 전달되는 반응가스 등의 기밀을 유지할 수 있다.Each of the manifolds 161, 162, 163, 164, 165, and 166 constituting the manifold portion 156 of the current collector 150 has a sealing member along each outer edge thereof, as shown in FIG. 3. 157 is disposed. The sealing member 157 may be made of a sealing gasket. By arranging the sealing member 157, it is possible to maintain the airtightness of the reaction gas and the like delivered through the manifolds 161, 162, 163, 164, 165, and 166.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a current collector of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 도시한 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating a current collector of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

연료전지용 전류집전체를 제조하기 위하여, 먼저 소정의 두께, 체적밀도, 크기(가로×세로)를 갖는 카본호일을 준비한다. 일례로 두께(tc) 1㎜, 체적밀도 1.8g/㎤, 크기 140㎜×250㎜ 의 카본호일을 준비할 수 있다.In order to manufacture a current collector for a fuel cell, first, a carbon foil having a predetermined thickness, volume density, and size (width × length) is prepared. For example, a carbon foil having a thickness t c of 1 mm, a volume density of 1.8 g / cm 3, and a size of 140 mm × 250 mm can be prepared.

준비된 카본호일에, 도 4에 도시된 바와 같이, 유체통로인 매니폴더들(161, 162, 163, 164, 165, 166)을 형성하고, 유체분배층 대응부(151) 및 탭(153)이 끼워질 수 있는 개구부(168)를 형성한다. 매니폴더들(161, 162, 163, 164, 165, 166)과 상기 유체분배층 대응부(151) 및 탭(153)에 대응되는 개구부(168)는 펀칭(punching)가공을 통해 형성할 수 있다.In the prepared carbon foil, as shown in FIG. 4, manifolds 161, 162, 163, 164, 165, and 166 which are fluid passages are formed, and the fluid distribution layer counterpart 151 and the tab 153 are formed. An opening 168 that can be fitted is formed. The manifolds 161, 162, 163, 164, 165, and 166 and the openings 168 corresponding to the fluid distribution layer counterpart 151 and the tab 153 may be formed by punching. .

다음으로, 유체분배층 대응부(151) 및 탭(153)의 형상에 따라 이루어지는 금속판을 준비하여, 상기 가공된 카본호일에 끼워 접합시킨다. 이 때, 상기 금속판의 측면과 가공된 카본호일 개구부(168)의 대응 측면을 접착제로 접합시킬 수 있다.Next, a metal plate formed according to the shapes of the fluid distribution layer counterpart 151 and the tab 153 is prepared and bonded to the processed carbon foil. At this time, the side of the metal plate and the corresponding side of the processed carbon foil opening 168 may be bonded with an adhesive.

여기서 상기 카본호일의 두께(tc)는 상기 금속판의 두께(tm)보다 0.03 내지 0.07㎜의 범위 내에서 더 두꺼운 소재를 채택하여 상기와 같이 가공하여 각각을 접착제로 측면을 접합시킨 다음, 접합된 카본호일과 금속판을 소정의 압력으로 프레스(press)하여 전류집전체(150)를 완성한다. 일례로 두께(tc) 1㎜인 카본호일에 두께(tm) 0.95㎜인 금속판을 적용하여 100kg/㎠ 압력으로 프레스할 수 있다. 이와 같이 매니폴더부(156)와 유체분배층 대응부(151)의 두께를 다르게 가공한 다음 프레스하여 제작함으로써 제조단계에서 카본호일과 금속판의 두께 편차에 따른 제조공정 불량률을 제거할 수 있어, 제조방법이 용이하고 재현성이 우수한 연료전지용 전류집전체를 제공할 수 있다.Wherein the thickness (t c ) of the carbon foil is adopted in the range of 0.03 to 0.07 mm thicker than the thickness (t m ) of the metal plate and processed as described above to join each side with an adhesive, then join The obtained carbon foil and the metal plate are pressed at a predetermined pressure to complete the current collector 150. For example, by applying a metal plate having a thickness (t m ) of 0.95 mm to a carbon foil having a thickness (t c ) of 1 mm, it may be pressed at a pressure of 100 kg / cm 2. As described above, the thicknesses of the manifold part 156 and the fluid distribution layer counterpart 151 are processed differently and then pressed to manufacture the manufacturing process defect rate according to the thickness variation of the carbon foil and the metal plate in the manufacturing step. It is possible to provide a current collector for a fuel cell having a simple method and excellent reproducibility.

이렇게 프레스하여 완성된 전류집전체(150)에서, 카본호일로 이루어지는 매니폴더부(156)는 금속판으로 이루어지는 유체분배층 대응부(151)와 동일한 두께를 가지도록 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 매니폴더부(156)가 유체분배층 대응부(151)보다 10 내지 100㎛ 의 범위 내에서 더 두껍게 형성되도록 제작할 수도 있다. In the current collector 150, which is thus completed, the manifold portion 156 made of carbon foil can be manufactured to have the same thickness as the fluid distribution layer counterpart 151 made of a metal plate, and the manifold portion 156 may be made thicker than the fluid distribution layer counterpart 151 in the range of 10 to 100 μm.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 도시한 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view illustrating a current collector of a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 전류집전체는 3층의 어셈블리 구조로 이루어진 것으로, 앞서 설명한 실시예의 전류집전체(150)의 양쪽으로 한쌍의 카본호일 판(257, 258)이 인접하여 배치되면서 하나의 전류집전체 어셈블리(250)를 구성한다.The current collector according to the present embodiment has a three-layer assembly structure, and a pair of carbon foil plates 257 and 258 are disposed adjacent to both sides of the current collector 150 of the above-described embodiment, and one current collector is provided. Constitute the entire assembly 250.

전류집전체(150)는 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 다수의 매니폴더들을 구비하며 카본호일로 이루어지는 매니폴더부(156)와 금속판으로 이루어지며 인출탭(153)을 구비하고 있는 유체분배층 대응부(151)가 서로 접합되어 형성된다.As described above, the current collector 150 includes a manifold part 156 made of carbon foil, a metal plate, and a fluid distribution layer counterpart 151 having a lead tab 153, including a plurality of manifolds. ) Are bonded to each other.

이러한 전류집전체(150)의 양쪽면에 인접 배치되는 카본호일 판(257, 258)은 전체가 카본호일로 이루어지며, 상기 전류집전체(150)에 형성된 매니폴더들과 각각 통하는 매니폴더(260, 270)가 또한 형성된다. 그리고 이들 각 매니폴더들(260, 270)의 외곽을 따라서는 실링 가스켓(261, 271)이 형성되어 매니폴더(260, 270)를 통해 전달되는 반응가스 등의 기밀을 유지할 수 있다. The carbon foil plates 257 and 258 disposed adjacent to both sides of the current collector 150 are made of carbon foil as a whole, and the manifolds 260 communicating with the manifolds formed in the current collector 150, respectively. , 270 is also formed. In addition, sealing gaskets 261 and 271 are formed along the periphery of each of the manifolds 260 and 270 to maintain the airtightness of the reaction gas delivered through the manifolds 260 and 270.

본 실시예에 따른 전류집전체 어셈블리(250)를 제조하기 위하여, 먼저 전류집전체(150)를 준비한다. 이 전류집전체(150)의 제조방법은 상기에서 설명하였으므로 여기서는 생략한다.In order to manufacture the current collector assembly 250 according to the present embodiment, first, the current collector 150 is prepared. Since the manufacturing method of this current collector 150 has been described above, it is omitted here.

다음으로, 전류집전체(150)의 외부 테두리와 형상이 일치하도록 한 쌍의 카본호일 판(257, 258)을 가공한다. 일례로 두께 1㎜, 체적밀도 1.8g/㎤ 의 카본호일 판이 사용될 수 있다.Next, the pair of carbon foil plates 257 and 258 are processed to match the shape of the outer edge of the current collector 150. For example, a carbon foil plate having a thickness of 1 mm and a bulk density of 1.8 g / cm 3 may be used.

가공된 카본호일 판(257, 258)에 상기 전류집전체(150)의 매니폴더들과 대응되는 부분에 매니폴더(260, 270)를 펀칭가공하고, 각각의 매니폴더(260, 270)의 외곽을 따라 반응가스의 누설(leak)을 방지하기 위해 실링 가스켓(261, 271)을 배치한다.The manifolds 260 and 270 are punched into the carbon foil plates 257 and 258 corresponding to the manifolds of the current collector 150, and the outer edges of the manifolds 260 and 270, respectively. The sealing gaskets 261 and 271 are disposed to prevent leakage of the reaction gas along the lines.

다음으로, 이렇게 준비된 한 쌍의 카본호일 판(257, 258)을 전류집전체(150)의 양쪽 면에 매니폴더들이 연통되도록 인접 배치하여 3층 구조의 전류집전체 어셈블리(250)를 완성한다. 이와 같은 3층 구조의 전류집전체 어셈블리(250)는 카본호일 판(257, 258)이 전류집전체 제조공정에서 발생할 수 있는 각각의 판의 두께 편차를 수용하여 대량생산 시 수율을 안정적으로 높일 수 있다.Next, the pair of carbon foil plates 257 and 258 thus prepared are adjacently disposed to communicate manifolds on both sides of the current collector 150 to complete the current collector assembly 250 having a three-layer structure. The current collector assembly 250 having a three-layer structure accommodates variations in thicknesses of the carbon foil plates 257 and 258 that may occur in the current collector manufacturing process, thereby stably increasing the yield in mass production. have.

상기에서는 전류집전체(150)의 양쪽면에 각각 인접하여 배치되는 카본호일 판(257, 258)을 실시예로 설명하였으나, 양쪽면 중 어느 하나에만 카본호일 판이 인접하여 배치되어 전류집전체 어셈블리를 형성할 수도 있다.In the above description, the carbon foil plates 257 and 258 disposed adjacent to both sides of the current collector 150 have been described as examples, but the carbon foil plates are disposed adjacent to both sides of the current collector 150 to form the current collector assembly. It may be formed.

[실험예]Experimental Example

종래의 전류집전체와 본 발명의 실시예에 따른 전류집전체에 대하여 동일한 조건으로 운전한 다음 각각의 매니폴더부에서의 부식정도를 관찰하여 도 6 및 도 7에 나타내었다.The current collector and the current collector according to the embodiment of the present invention were operated under the same conditions, and the corrosion levels of the manifolds were observed in FIGS. 6 and 7.

즉 황동(Cu-Zn Alloy)에 금 도금한 금속판으로만 제작된 종래의 전류집전체를 연료전지 스택에 장착하여 300㎃/㎠의 전류밀도에서 150시간 운전 후에 촬영한 사진을 도 6에 나타내었으며, 본 발명에 따른 전류집전체를 연료전지 스택에 장착하여 마찬가지로 300㎃/㎠의 전류밀도에서 150시간 운전 후 촬영한 사진을 도 7에 나타내었다.In other words, the conventional current collector made only of a gold plated metal plate on brass (Cu-Zn Alloy) was mounted on a fuel cell stack, and the photograph taken after operation for 150 hours at a current density of 300 mA / cm 2 was shown in FIG. 6. 7 shows a photograph taken after 150 hours of operation at a current density of 300 mA / cm 2 by mounting the current collector according to the present invention on a fuel cell stack.

도 6에 나타난 바와 같이, 종래 전류집전체에 있어 반응가스의 통로인 매니폴더 주변에 부식이 발생하고 있음을 확인할 수 있다. 반면에, 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전류집전체에 있어 반응가스의 통로인 매니폴더 부분이 화학적으로 안정한 카본호일로 이루어져 있기 때문에 물질파괴와 접촉저항 증가현상을 일으키는 부식현상이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.As shown in Figure 6, it can be seen that the corrosion occurs around the manifold which is the passage of the reaction gas in the conventional current collector. On the other hand, as shown in Figure 7, in the current collector according to an embodiment of the present invention, since the manifold portion, which is a passage of the reaction gas, is made of chemically stable carbon foil, corrosion causing material destruction and an increase in contact resistance. It can be seen that the phenomenon does not occur.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 전류집전체에 의하면, 수분이 함유된 반응가스나 냉각수와 같은 유체의 통로 역할을 하는 매니폴더부는 카본호일로 이루어지고 유체분배층 대응부는 금속판으로 이루어지는 구조를 가짐으로써, 화학적 내구성이 우수할 뿐만 아니라 흑연 또는 탄소소재로 이루어지는 분리판과의 계면저항이 거의 없어 우수한 전기전도성을 얻을 수 있다. As described above, according to the current collector for fuel cell according to the present invention, the manifold portion that serves as a fluid passage such as a reaction gas containing water or cooling water is made of carbon foil, and the fluid distribution layer counterpart is made of a metal plate. By having excellent chemical durability, there is little interfacial resistance with a separator made of graphite or carbon material and excellent electrical conductivity can be obtained.

또한 연료전지용 전류집전체의 소재로 카본호일과 금속판을 사용함으로써 저비용화 및 경량화를 달성할 수 있다.In addition, by using carbon foil and a metal plate as a material of the current collector for fuel cells, cost reduction and weight reduction can be achieved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 일부를 도시한 부분 분해 사시도이다.2 is a partially exploded perspective view illustrating a portion of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 도시한 정면도이다.3 is a front view illustrating a current collector of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 도시한 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating a current collector of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지의 전류집전체를 도시한 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view illustrating a current collector of a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 6은 종래의 전류집전체를 적용한 연료전지 운전 후 부식정도를 확인하기 위하여 매니폴더부를 촬영한 사진이다.6 is a photograph of a manifold part to check the degree of corrosion after operation of a fuel cell using a conventional current collector.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류집전체를 적용한 연료전지 운전 후 부식정도를 확인하기 위하여 매니폴더부를 촬영한 사진이다.7 is a photograph of a manifold part to check the corrosion degree after operation of a fuel cell to which a current collector according to an embodiment of the present invention is applied.

도 8은 종래의 연료전지의 전류집전체를 도시한 정면도이다.8 is a front view illustrating a current collector of a conventional fuel cell.

Claims (16)

적어도 하나 이상의 단위전지를 구비하는 연료전지 스택(stack)에 있어서,In a fuel cell stack having at least one unit cell, 상기 단위전지는,The unit cell, 고분자 전해질막과 그 양쪽면에 각각 형성되는 산화전극과 환원전극을 포함하는 막전극접합체(MEA);A membrane electrode assembly (MEA) comprising a polymer electrolyte membrane and an anode and a cathode formed on both surfaces thereof; 상기 막전극접합체 양쪽면에서 상기 산화전극 및 환원전극에 각각 인접하도록 배치되는 한 쌍의 유체분배층;A pair of fluid distribution layers disposed adjacent to the anode and the cathode on both sides of the membrane electrode assembly; 상기 각각의 유체분배층의 바깥쪽면에 밀착 결합되며, 상기 유체분배층과 대응되는 표면에 다수개의 유로가 형성되어 반응영역을 이루고, 이 반응영역의 주변부에 반응가스의 통로를 이루는 매니폴드(manifold) 영역이 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고,The manifold is tightly coupled to the outer surface of each fluid distribution layer, and a plurality of flow paths are formed on a surface corresponding to the fluid distribution layer to form a reaction zone, and a passage of a reaction gas at the periphery of the reaction zone. ) A pair of separator plates in which the region is formed, 상기 양쪽 최외각에 배치되는 단위전지의 분리판 바깥쪽에 인접하도록 한 쌍이 배치되며, 상기 분리판을 사이에 두고 유체분배층과 대응되는 유체분배층 대응부와 상기 분리판의 매니폴드 영역에 대응되는 매니폴더부를 포함하는 전류집전체를 포함하며,A pair is disposed to be adjacent to an outer side of the separator plate of the unit cell disposed at both outermost sides, and corresponding to the fluid distribution layer corresponding to the fluid distribution layer with the separation plate therebetween and corresponding to the manifold area of the separator plate. Including a current collector including a manifold portion, 상기 전류집전체의 매니폴더부가 카본호일(carbon foil)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.A fuel cell, characterized in that the manifold portion of the current collector is made of carbon foil. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류집전체의 유체분배층 대응부가 금속판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.A fuel cell, characterized in that the fluid distribution layer corresponding portion of the current collector is made of a metal plate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전류집전체는 유체분배층 대응부로부터 연장되어 외측으로 인출되어 외부와의 전류통로 역할을 하는 인출탭을 구비하며,The current collector extends from the fluid distribution layer counterpart and is drawn outward to have a drawing tab serving as a current path to the outside. 상기 인출탭은 상기 유체분배층 대응부와 동일한 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.The draw tab is a fuel cell, characterized in that made of the same metal material as the fluid distribution layer counterpart. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 금속판은 스테인레스강(鋼), 황동, 알루미늄, 알루미늄합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.The metal plate is a fuel cell, characterized in that made of a material selected from the group consisting of stainless steel, brass, aluminum, aluminum alloy. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 전류집전체는 매니폴더부를 이루는 카본호일의 두께가 상기 반응영역부를 이루는 금속판의 두께보다 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.The current collector is a fuel cell, characterized in that the thickness of the carbon foil constituting the manifold portion is formed thicker than the thickness of the metal plate constituting the reaction region portion. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 카본호일의 두께는 상기 금속판의 두께보다 10 내지 100㎛ 의 범위 내에서 더 두껍게 형성되는 연료전지.The thickness of the carbon foil is a fuel cell that is formed thicker in the range of 10 to 100㎛ than the thickness of the metal plate. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 카본호일의 두께는 상기 금속판의 두께보다 10 내지 50㎛ 의 범위 내에서 더 두껍게 형성되는 연료전지.The thickness of the carbon foil is a fuel cell that is formed thicker than the thickness of the metal plate in the range of 10 to 50㎛. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류집전체의 매니폴더부는 이에 형성된 각각의 매니폴더 외곽을 따라 실링부재가 더욱 형성된 카본호일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.The manifold portion of the current collector, characterized in that the fuel cell characterized in that made of a carbon foil further formed with a sealing member along the outer manifold formed on each manifold. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전류집전체의 매니폴더부를 이루는 카본호일은 체적밀도(bulk density)가 1.5 내지 1.8g/㎤ 의 범위에 속하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.The carbon foil forming the manifold portion of the current collector is formed so that the bulk density is in the range of 1.5 to 1.8 g / cm 3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류집전체의 매니폴더에 대응되는 매니폴더를 구비하면서, 상기 전류집전체의 양쪽면 중 적어도 한쪽면에 인접하여 배치되는 카본호일 판을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지.And a carbon foil plate disposed adjacent to at least one of both surfaces of the current collector while having a manifold corresponding to the manifold of the current collector. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 카본호일 판에 형성되는 각각의 매니폴더 외곽을 따라 실링부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.A fuel cell, characterized in that the sealing member is formed along the outer periphery of each manifold formed on the carbon foil plate. 막전극접합체, 유체분배층 및 분리판을 포함하는 단위전지가 적층되어 이루어지는 연료전지 스택에 적용되는 연료전지용 전류집전체를 제조하는 방법에 있어서,A method of manufacturing a current collector for a fuel cell applied to a fuel cell stack in which a unit cell including a membrane electrode assembly, a fluid distribution layer, and a separator is stacked, 임의의 두께, 체적밀도(bulk density) 및 크기(가로×세로)를 갖는 카본호일을 준비하는 단계;Preparing a carbon foil having any thickness, bulk density and size (horizontal × vertical); 상기 카본호일에 상기 분리판의 매니폴더들과 대응하는 매니폴더를 형성하는 단계;Forming a manifold corresponding to the manifolds of the separation plate in the carbon foil; 상기 카본호일에 상기 분리판을 사이에 두고 유체분배층과 대응되는 부분에 개구부를 형성하는 단계;Forming an opening in a portion corresponding to the fluid distribution layer with the separator plate in the carbon foil; 상기 카본호일의 개구부에 맞도록 금속판을 가공한 다음, 이를 끼워 접합시키는 단계;Processing the metal plate to fit the opening of the carbon foil, and then bonding the metal plate; 상기 접합된 카본호일과 금속판을 프레스에서 기설정된 압력으로 프레스 하는 단계Pressing the bonded carbon foil and the metal plate at a predetermined pressure in a press; 를 포함하는 것을 특징하는 연료전지용 전류집전체 제조방법.A current collector manufacturing method for a fuel cell comprising a. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 매니폴더를 형성하는 단계와 상기 유체분배층 대응부에 개구부를 형성하는 단계는 각각,Forming the manifold and forming an opening in the fluid distribution layer counterpart, respectively, 상기 분리판의 매니폴더들과 대응하는 카본호일의 부분을 펀칭(punching)가공하고, 상기 유체분배층과 대응하는 카본호일의 부분을 펀칭가공하여 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전류집전체 제조방법.Punching a portion of the carbon foil corresponding to the manifolds of the separator plate, and punching the portion of the carbon foil corresponding to the fluid distribution layer is formed by the current collector manufacturing method for a fuel cell. . 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 카본호일은 두께가 상기 금속판의 두께보다 0.03 내지 0.07㎜의 범위 내에서 더 두껍게 마련되어 서로 접합되어, 상기 프레스 단계에서 함께 프레스되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전류집전체 제조방법.The carbon foil is thicker than the thickness of the metal plate is provided in the range of 0.03 to 0.07 mm thicker is bonded to each other, the current collector manufacturing method for a fuel cell, characterized in that pressed together in the pressing step. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전류집전체.A current collector for a fuel cell, which is manufactured according to the method according to any one of claims 12 to 14. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조되는 연료전지용 전류집전체를 포함하는 연료전지. A fuel cell comprising a current collector for a fuel cell manufactured according to the method according to any one of claims 12 to 14.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100704437B1 (en) * 2005-02-28 2007-04-06 (주)엘켐텍 Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator
KR100727430B1 (en) 2005-12-02 2007-06-14 조성화 The product method and end plate of fuel sell
KR100868652B1 (en) * 2007-04-25 2008-11-12 지에스퓨얼셀 주식회사 fuel cell stack
KR20160035777A (en) * 2014-09-24 2016-04-01 (주)에너지와공조 Redox flow battery stack having a structure for protecting metal current collectors
KR102025750B1 (en) * 2018-05-04 2019-09-26 에스퓨얼셀(주) Fuel cell separator for and the fuel cell stack having the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100704437B1 (en) * 2005-02-28 2007-04-06 (주)엘켐텍 Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator
KR100727430B1 (en) 2005-12-02 2007-06-14 조성화 The product method and end plate of fuel sell
KR100868652B1 (en) * 2007-04-25 2008-11-12 지에스퓨얼셀 주식회사 fuel cell stack
KR20160035777A (en) * 2014-09-24 2016-04-01 (주)에너지와공조 Redox flow battery stack having a structure for protecting metal current collectors
KR102025750B1 (en) * 2018-05-04 2019-09-26 에스퓨얼셀(주) Fuel cell separator for and the fuel cell stack having the same

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