KR20070034855A

KR20070034855A - 연료전지용 금속제 분리판

Info

Publication number: KR20070034855A
Application number: KR1020050089471A
Authority: KR
Inventors: 박정옥; 김태영; 김규영; 유덕영
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-03-29
Also published as: KR100723386B1; US20070072039A1; US8148034B2

Abstract

본 발명은 연료전지용 금속제 분리판에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 몰리브덴을 포함하는 스테인레스 스틸 100 중량부에 대하여 텅스텐을 2.2 중량부 내지 6.0 중량부 더 포함하고, 상기 몰리브덴과 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 0.15 내지 1.60인 연료전지용 금속제 분리판에 관한 것이다.

본 발명의 연료전지용 분리판은 금속제로서 내부식성이 현저히 우수하고, 또한 접촉 저항이 작기 때문에 효율이 우수한 연료전지를 저렴하게 제조할 수 있게 하는 효과가 있다.

내부식성, 접촉 저항, 금속제 분리판, 텅스텐, 몰리브덴/텅스텐

Description

연료전지용 금속제 분리판 {Metallic separator for fuel cell}

도 1은 실시예 1 및 비교예 1의 시편에 대하여 전압에 따른 수동 전류 밀도(passive current density)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2는 실시예 1 및 실시예 2의 시편에 대하여 압력에 따른 접촉 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 실시예 2에서 제작한 연료전지 스택의 I-V 성능 및 접촉 저항을 나타낸 그래프이다.

도 4a 및 도 4b는 실시예 2에서 제작한 연료전지 스택의 시간에 따른 전압 및 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 연료전지용 금속제 분리판에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 내부식성이 현저히 우수하고, 또한 접촉 저항이 작은 연료전지용 금속제 분리판에 관한 것이다.

연료 전지의 작동 메카니즘은, 수소, 천연가스, 메탄올 등과 같은 연료를 애노드에서 산화시켜 전자와 수소이온(양성자)을 생성시키는 것에서 시작한다. 애노 드에서 생성된 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 이동하고, 애노드에서 생성된 전자는 도선을 통하여 외부의 회로에 공급된다. 캐소드에 도달한 수소이온은, 외부 회로를 통하여 캐소드에 도달한 전자 및 외부로부터 공급된 산소와 결합하여 물을 생성한다.

연료전지는 발전 효율이 높고 환경친화적인 차세대 에너지 전환 장치로서 각광 받고 있다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 폴리머 전해질막 연료전지 (PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell), 인산 연료전지 (PAFC: phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC: molten carbonate fuel cell), 고체산화물 연료전지 (SOFC: solid oxide fuel cell) 등으로 구분될 수 있다. 이러한 연료전지의 종류에 따라, 작동온도, 구성 부품의 재질 등이 달라진다.

그 중 PEMFC는, 연료전지의 작동 온도로서는 비교적 낮은 온도인 약 80 내지 120℃에서 작동될 수 있으며, 매우 높은 전력밀도를 가질 수 있기 때문에, 자동차용, 가정용 등의 전력원으로서 적용될 수 있다. 이러한 PEMFC에 있어서, 작고 가벼우며 저렴한 PEMFC를 얻기 위하여 개선할 필요가 있는 중요 부품 중의 하나가 바로 바이폴라 플레이트(bipolar plate)이다.

PEMFC의 주된 구성요소로서는 바이폴라 플레이트, MEA(membrane electrode assembly) 등이 있다.

MEA는, 연료의 산화가 일어나는 애노드, 산화제의 환원이 일어나는 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 전해질막을 포함한다. 전해질막은, 애노드에서 생성된 수소이온을 캐소드로 전달시키기 위하여 이온전도성을 가지며, 애노드와 캐소드를 전자절연시키기 위한 전자절연성을 갖는다.

당해 기술 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 바이폴라 플레이트는 연료 및 공기가 흐르는 유로(channel)를 구비하고 있으며, MEA 간의 전자이동을 위한 전자전도체역할을 한다. 따라서, 바이폴라 플레이트는, 연료와 산소가 분리될 수 있도록 비다공성이어야 하고, 전기전도성이 우수하여야 하고, 연료전지의 온도 제어를 위한 충분한 열전도도를 가져야 하며, 연료전지를 클램핑(clamping)하는 힘을 견딜 정도의 충분한 기계적 강도를 가져야 할 뿐만 아니라, 수소이온에 대한 내부식성을 가져야 한다.

종래에, PEMFC의 바이폴라 플레이트의 재료로서는 주로 그래파이트 플레이트(graphite plate)가 사용되었으며, 이때, 연료 및 공기 유로는 주로 밀링(milling) 가공에 의하여 형성되었다. 그래파이트 플레이트는 전기전도성이 좋고 부식이 잘되지 않는 이점을 가지고 있지만, 그래파이트 플레이트 자체의 가격과 밀링 가공비는 바이폴라 플레이트의 높은 가격의 주된 요인으로 작용하고 있다. 게다가, 그래파이트 플레이트는 깨지기 쉽기 때문에 2mm 내지 3mm 이하의 두께로 가공하기가 용이하지 않다. 이러한 그래파이트계 바이폴라 플레이트의 두께로 인하여, 수 십 내지 수 백 개의 단위전지(unit cell)로 이루어지는 연료전지 스택(stack)의 크기를 줄이는 데는 어려움이 있었다.

바이폴라 플레이트의 가공비와 두께를 줄이기 위한 대안 중의 하나로서, 바이폴라 플레이트의 재료를 금속으로 대체하려는 시도가 행해져 왔다. 금속은 바이폴라 플레이트로서 필요한 물성을 대부분 갖추고 있고, 재료비와 가공비가 매우 저 렴하다. PEMFC에 있어서, 바이폴라 플레이트의 재료가 금속으로 대체될 경우, 바이폴라 플레이트의 가격은 1/100 이하로 떨어질 것으로 예상된다.

그러나, 금속제 바이폴라 플레이트의 경우, 연료전지 내부의 산성 환경에서 금속이 부식되고, 전기전도 저항이 큰 산화피막이 형성되기 쉽다. 그에 따라, 막오염(membrane poisoning)의 발생과 접촉저항의 증가라는 심각한 문제점이 드러났다. 금속 바이폴라 플레이트의 부식은, 바이폴라 플레이트 자체의 결함을 유발시킬 뿐만 아니라, 금속 이온의 전해질막으로의 확산에 의한 촉매와 전해질의 피독 현상을 일으킨다. 촉매가 피독되면 촉매의 활성이 저하되고, 전해질이 피독되면 전해질의 수소이온전도도가 저하되므로, 상기 피독에 따라 연료전지의 성능도 저하된다.

또한, 부식된 금속이 소실됨으로써 분리판과 MEA사이의 접촉이 불량해지고 전기 저항이 증가하여 연료전지의 성능이 저하된다.

이러한 부식문제는 금속제 바이폴라 플레이트의 적용에 가장 큰 장애가 되고 있다. 예를 들면, 스테인리스강, Ti 합금, Al 합금 또는 Ni 합금을 사용하여 제조된 바이폴라 플레이트를 채용한 PEMFC는, 1000 시간 성능 시험에서, 그래파이트 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지보다 나쁜 성능을 보인다.

그리하여, 내부식성 표면 코팅을 적용하는 방법과 같은, 금속제 바이폴라 플레이트의 내부식성을 향상시키기 위한 방안이 연구되고 있다. 예를 들면, TiN과 같은 내부식성 및 전기전도성이 우수한 재료를, Ti 또는 스테인리스강으로 된 바이폴라 플레이트의 표면에 코팅하는 방법이 공지되어 있다 [대한민국 공개특허공보 제2003-0053406호 참조].

그러나, Al 합금 또는 Ti 합금 소재인 경우에는 산화피막의 영향을 크게 받기 때문에, 산화피막의 영향을 비교적 적게 받고 부식에도 강한 스테인레스 스틸이 그라파이트를 대체할 가장 우수한 후보로 지목되고 있다.

바이폴라 플레이트와 관련된 상기의 논의는 엔드 플레이트, 냉각 플레이트 및 (협의의) 분리판에도 동일하게 적용된다.

당해 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 엔드 플레이트는, 그 일면에만 연료 또는 산화제를 위한 유로가 형성되어 있는 전자전도성 판재로서, 연료전지 스택의 양 말단에 위치하는 MEA에 부착된다.

당해 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 냉각 플레이트는, 그 일면에는 연료 또는 산화제를 위한 유로가 형성되어 있고 다른 면에는 냉각유체를 위한 유로가 형성되어 있는, 전자전도성 판재이다.

당해 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, (협의의) 분리판은, 애노드와 캐소드의 확산층에 플로우필드가 형성되어 있는 경우에 사용되는데, 일반적으로 플로우필드를 구비하지 않는 바이폴라 플레이트인 것으로 이해된다. 분리판 역시, 낮은 가스 투과성, 우수한 전기전도도, 우수한 내부식성을 갖는 것이 바람직하다.

본 명세서에서는 상기 바이폴라 플레이트, 엔드 플레이트, 냉각 플레이트 및 (협의의) 분리판을 모두 분리판으로 통칭하도록 한다.

지금까지 주로 PEMFC의 경우에 대하여 바이폴라 플레이트의 문제점을 설명하였지만, 바이폴라 플레이트에 관련된 그러한 문제점은 MCFC, PAFC, DMFC 등에 대해서도 동일하게 발생한다.

이와 관련하여 내부식성은 물론 접촉 저항 측면에서도 개선된 물성을 갖는 분리판의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 내부식성이 우수하고 접촉 저항이 현저히 개선된 연료전지용 금속제 분리판을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 효율이 우수하며 값싸게 제조할 수 있는 연료전지를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 크롬(Cr) 17.3 중량% 내지 19.0 중량%, 니켈(Ni) 10.5 중량% 내지 14.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 1.0 중량% 내지 4.3 중량%, 텅스텐(W) 2.26 중량% 내지 6.0 중량% 및 철(Fe) 58.0 중량% 내지 65.0 중량%을 포함하고, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 0.15 내지 1.60인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판을 제공한다.

본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여 상기 연료전지용 분리판을 채용한 연료전지를 제공한다.

본 발명의 연료전지용 분리판은 내부식성이 우수하고 접촉 저항이 현저히 개선되었기 때문에 이를 이용하여 제조한 연료전지는 효율이 우수하고 값싸게 제조할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명은 몰리브덴을 함유하는 스테인레스 스틸 소재의 연료전지용 분리판 에 있어서, 텅스텐을 첨가함으로써 내부식성 및 접촉저항 측면에서 물성 향상을 가져올 수 있는 연료전지용 분리판을 제공한다.

일반적으로 스테인레스 스틸은 철(Fe)에 크롬(Cr)과 니켈(Ni), 기타 탄소(C), 실리콘(Si), 또는 몰리브덴(Mo)과 같은 금속 성분을 첨가함으로써 내부식성을 어느 정도 갖도록 한 소재를 말한다.

상기와 같은 스테인레스 스틸 소재로 연료전지용 분리판을 제조할 경우 기계적 강도 및 비용 절감 측면에서 매우 유리하다. 다만, 연료전지의 캐소드 및 애노드의 화학적 환경에서 견고한 내부식성을 부여하는 것이 필요하다.

이에 대하여, 본 발명은 크롬(Cr) 17.3 중량% 내지 19.0 중량%, 니켈(Ni) 10.5 중량% 내지 14.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 1.0 중량% 내지 4.3 중량%, 텅스텐(W) 2.26 중량% 내지 6.0 중량% 및 철(Fe) 58.0 중량% 내지 65.0 중량%을 포함하고, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 0.15 내지 1.60인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판을 제공한다.

크롬(Cr)은 내식성을 향상시키는 중요한 원소로서 17.3 중량% 내지 19.0 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 크롬의 함량이 17.3 중량%에 미달하는 경우 스테인레스 스틸의 안정한 부동태 피막이 형성되지 않아 내식성이 미흡하게 되고, 19.0 중량%를 초과하면 금속간 화합물의 석출속도가 빨라져서 내식성 및 충격 인성이 현저하게 감소하고 가공이 어려워지는 단점이 있다.

니켈(Ni)은 오스테나이트 상을 안정화시키는 중요한 원소로서 10.5 중량% 내지 14.5 중량% 포함되는 것이 바람직하며 함량이 증가할수록 스테인레스 스틸 중에 존재하는 오스테나이트 분율이 증가한다. 만일 니켈의 함량이 적절한 범위를 벗어나게 되면 오스테나이트 상과 페라이트 상의 비율이 적정하지 못하여 스테인레스강 고유의 특성을 나타내지 못한다. 특히, 니켈의 함량이 10.5 중량%에 미달하면 질소(N)의 용해도가 낮은 페라이트 상이 증가하고, 크롬 나이트라이드가 페라이트상 내에 형성되어 내식성 및 충격인성을 감소시키는 단점이 있다. 또, 니켈의 가격이 높기 때문에 14.5 중량%보다 많이 함유하게 되면 경제적으로 불리하다.

몰리브덴(Mo)은 크롬과 같이 내식성을 향상시키는 중요한 원소로서 1.0 중량% 내지 4.3 중량% 함유하는 것이 바람직하다. 특히, 우수한 내공식 저항성을 나타낸다. 상기 몰리브덴의 함량이 1.0 중량%에 미달하면 내공식 저항성이 미흡하게 되고, 상기 몰리브덴의 함량이 4.3 중량%를 초과하면 금속간 화합물의 석출을 조장하여 내식성 및 충격인성을 저하시키는 단점이 있다.

텅스텐(W)은 몰리브덴과 같이 내부식성을 향상시키는 중요한 원소로서 2.26 중량% 내지 6.0 중량% 함유하는 것이 바람직하다. 특히 낮은 pH에서 우수한 내공식 저항성을 갖도록 해주며, 시그마상의 석출을 지연시키는 효과도 있다. 만일, 상기 텅스텐(W)의 함량이 2.26 중량%에 미달할 경우 내부식성을 부여하는 효과가 미흡해지고, 상기 텅스텐(W)의 함량이 6.0 중량%를 초과할 경우 기계적 물성이 나빠지고 경제적으로도 불리하다.

또한, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)는 0.15 내지 1.60인 것이 바람직하다. 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비가 0.15에 미달할 경우 내부식성이 미흡하여 바람직하지 않고, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 1.60을 초과할 경우 스테인레스 스틸의 내부식성 및 기계적 성질에 악영향을 미치는 2차상(시그마(sigma) 상 및/또는 카이(chi) 상)의 석출이 촉진되는 단점이 있어 바람직하지 않다.

또한, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)는 0.15 내지 0.50인 것이 더욱 바람직하다.

철은 상기 크롬 및 니켈 기타 다른 원소와 더해져 잔부를 이루도록 함량이 결정된다.

본 발명의 연료전지용 분리판은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 및/또는 질소(N)를 더 포함할 수 있다.

탄소는 강력한 오스테나이트상 안정화 원소이지만 0.03 중량% 이상 존재할 경우, 크롬탄화물을 석출하여 내부식성을 저하시키므로 0.03 중량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.

실리콘은 탈산제로부터 포함되며, 다량 함유된 금속간 화합물의 석출을 조장하기 때문에 함량을 제한하여야 한다. 실리콘의 함량은 0.50 중량% 내지 0.75 중량%인 것이 바람직하다.

망간은 2상 스테인레스강을 용해시 질소의 용해도를 증가시키는 이점이 있다. 그러나, 망간은 MnS를 형성하여 내부식성을 손상시키기 때문에 함량을 제한하여야 한다. 망간의 함량은 0.60 중량% 내지 1.55 중량%인 것이 바람직하다.

황은 불순물 원소로서 다량 함유되면 비금속 개재물을 발생시켜 불균일한 물성의 원인이 된다. 따라서, 이러한 폐해의 정도가 비교적 적도록 함량을 0.03 중량 % 이내로 함유하는 것이 바람직하다.

질소는 강력한 오스테나이트 안정화 원소이며 내부식성을 향상시키는 원소이다. 질소의 함량은 0.10 중량% 내지 0.30 중량%인 것이 바람직하다. 질소의 함량이 0.10 중량%에 미달하는 경우 2상 스테인레스 스틸로서 가져야 할 강도와 내식성을 갖지 못하고 금속간 화합물의 석출이 용이해지는 단점이 있다. 또, 0.30 중량%를 초과하면 오스테나이트 상의 강도를 너무 높게 하여 가공성을 현저하게 감소시키는 단점이 있다.

분리판은 전기전도도가 우수해야 함은 물론(전기전도도 > 10 S/cm), 산성 전해질, 수소, 산소, 열, 습기 등으로 인한 부식에 강해야 하고(부식속도 < 16 μA/cm²), 열전도도가 뛰어나야 하고(열전도도 > 20 W/(m·K)), 가스 밀폐성이 좋아야 한다(가스 밀폐성 < 10^-7 mbar·I/(sec·cm²)).

따라서, 본 발명의 분리판은 전기전도도가 10 S/cm 이상인 것이 바람직하다. 만일 분리판의 전기전도도가 10 S/cm 보다 작으면 전지의 효율이 낮아지는 단점이 있다. 또한, 본 발명의 분리판은 부식으로 인한 전류밀도가 16 μA/cm²보다 작은 것이 바람직하다. 만일 분리판의 부식으로 인한 전류밀도가 16 μA/cm²보다 크면 부식이 너무 많이 발생함을 의미하므로 전지의 수명이 단축되는 단점이 있다.

또, 본 발명의 분리판의 접촉저항은 60 N/cm²의 압력 하에서 0.38 Ω·cm² 이하인 것이 바람직하다. 선택적으로, 본 발명의 분리판의 접촉저항은 210 N/cm²의 압력 하에서 0.105 Ω·cm² 이하인 것이 바람직하다. 만일 상기 접촉저항이 60 N/cm²의 압력 하에서 0.38 Ω·cm²를 초과하거나, 210 N/cm²의 압력 하에서 0.105 Ω·cm²를 초과하면, 생산되는 에너지의 활용이 비효율적이 되므로 바람직하지 않다.

또한, 본 발명은 상기 연료전지용 분리판을 채용한 연료전지를 제공한다. 상기 연료전지의 제공은 당 업계에 알려진 통상의 방법에 의할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 연료전지용 분리판은 상기 연료전지의 바이폴라 플레이트, 엔드 플레이트, 냉각 플레이트, (협의의) 분리판으로 사용할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1 및 비교예 1>

하기 표 1에 나타낸 성분 비율로 합금 시편을 제조하였다. 하기 표 1의 단위는 중량%이다.

[표 1]

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	W	N	Fe
실시예 1	0.020	0.52	1.52	0.029	0.003	17.92	14.04	2.05	4.16	0.2	잔부
비교예 1	0.017	0.50	1.54	0.029	0.003	18.70	13.83	3.79	-	0.2	잔부

상기와 같이 제조한 시편을 각각 연료전지의 작동 환경과 유사한 80℃의 0.15 M 농도 인산 용액에 침지시키고 0.5 mV/초의 스캔 속도로 전압을 가하여 전류를 측정하였다. 이 때, 연료전지의 작동 환경과 더욱 유사한 환경을 조성하기 위해 공기를 통과시키는 경우와 수소를 통과시키는 경우에 대하여 각각 실험을 수행하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에서 보는 바와 같이 실시예 1의 시편(적색)은 비교예 1의 시편에 비하여 더 낮은 전류 밀도를 보인다. 이는 비교예 1의 시편에 비하여 실시예 1의 시편에서 부식이 적게 발생함을 의미한다.

접촉 저항(contact resistance)의 개선 여부를 검증하기 위해, 각 시편에 대하여 압력에 따른 접촉 저항을 측정하였다. 연료전지의 작동 환경과 유사한 환경을 조성하기 위해 80 ℃의 0.15 M 농도 인산 용액을 준비하고 여기에 공기 또는 수소를 버블링하여 각각 캐소드 또는 애노드 환경에 가깝게 하였다. 상기 용액 내에서 상기 시편을 금(Au) 전극 상에 30 N/cm²부터 30 N/cm² 간격으로 가압하면서 전류를 가하여 접촉 저항을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1의 시편의 경우 비교예 1의 시편에 비하여 접촉 저항이 현저히 개선되었다. 특히 210 N/cm²의 캐소드 환경/애노드 환경에서 실시예 1과 비교예 1의 접촉 저항은 각각 104.5/92.5, 134.5/101(N/cm²)로서, 실시예 1의 접촉 저항이 비교예 1의 접촉 저항에 비하여 현저히 개선된 것을 알 수 있다.

<실시예 2>

상기 실시예 1의 시편과 동일한 조성으로 바이폴라 플레이트 및 엔드 플레이 트를 제작하여 3개의 MEA가 적층되는 연료전지 스택을 제조하였다. 전해질막으로는 65 μm 두께의 인산이 함침된 PBI 막을 사용하고, 전극으로는 백금 담지량이 1.4 mg/cm²인 Pt/C 촉매를 사용하였다.

150 ℃의 온도로 캐소드에는 공기를 1000 ml/분, 애노드에는 수소를 300 ml/분으로 하여 통과시키면서 연료전지 스택의 I-V 특성 및 접촉 저항을 관찰하여 도 3에 나타내었다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 작동 초기의 안정화를 거치면서 저항이 감소하고 전지 전압이 상승하였으며, 그 후에는 15일 동안 작동시킨 후에도 6일 동안 작동시켰던 결과와 거의 차이가 없이 매우 안정한 작동 거동을 나타내었다.

상기 I-V 특성을 0.2 A/cm²의 전류 밀도에서 시간에 따라 관찰한 결과를 도 4a 및 도 4b에 각각 나타내었다. 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이 연료전지의 작동 후 2주(약 340 시간)가 경과한 후에도 스택 전체의 전압은 물론 개별 셀의 전압도 일정하게 유지되어 안정하였다. 또한, 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이 스택의 저항도 일정하게 유지되었다.

이러한 점을 통해서 본 발명의 연료전지용 분리판이 연료전지 전극의 부식환경에서도 안정한 성능을 보일 수 있을만큼 내부식성이 강함을 알 수 있다.

<실시예 3, 실시예 4, 비교예 2 및 비교예 3>

하기 표 2와 같이 조성을 변화시키면서 실시예 3, 실시예 4, 비교예 2 및 비교예 3의 시편을 제작하였다(함량은 중량%). 제작한 시편을 이용하여 수동 전류 밀 도(passive current density) 및 접촉저항을 측정하였다.

[표 2]

	Cr	Ni	Mo	W	Mo/W	C	Si	Mn	P	N	Fe
실시예 3	18	12	2	4	0.5	0.02	0.60	0.80	0.02	0.15	잔부
실시예 4	18	12	1	6	0.17	0.02	0.65	0.85	0.02	0.15	잔부
비교예 2	18	12	4	0	-	0.02	0.70	0.90	0.03	0.20	잔부
비교예 3	18	12	3	2	1.5	0.02	0.70	0.90	0.03	0.20	잔부

[표 3]

	수동전류밀도^a (μA/cm²)	접촉저항^b (mΩ·cm²)
실시예 3	1.91	16.5
실시예 4	2.04	12.1
비교예 2	2.48	17.2
비교예 3	2.31	21.9

^a : 캐소드 전압 0.6 V, 애노드 전압 -0.1 V

^b : 210 N/cm²으로 가압

상기 표 3의 수동 전류 밀도(passive current density)에서 알 수 있는 바와 같이 실시예의 수동 전류 밀도가 비교예의 수동 전류 밀도에 비하여 10 % 내지 23 % 감소하였다. 이는 내부식성이 증가하였음을 의미한다.

또, 접촉저항도 비교예 2 및 비교예 3에 비하여, 실시예 3 및 실시예 4의 경우 5 % 내지 45 % 감소한 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시 예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

크롬(Cr) 17.3 중량% 내지 19.0 중량%, 니켈(Ni) 10.5 중량% 내지 14.5 중량%, 몰리브덴(Mo) 1.0 중량% 내지 4.3 중량%, 텅스텐(W) 2.26 중량% 내지 6.0 중량% 및 철(Fe) 58.0 중량% 내지 65.0 중량%을 포함하고, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 0.15 내지 1.60인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
제 1 항에 있어서, 탄소(C) 0.03 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.50 중량% 내지 0.75 중량%, 망간(Mn) 0.60 중량% 내지 1.55 중량%, 황(P) 0.03 중량% 이하, 질소(N) 0.10 중량% 내지 0.30 중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
제 1 항에 있어서, 상기 몰리브덴과 상기 텅스텐의 중량비(Mo/W)가 0.15 내지 0.50인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
제 1 항에 있어서, 상기 연료전지용 분리판의 접촉저항이 60 N/cm²의 압력 하에서 0.38 Ω·cm² 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
제 1 항에 있어서, 상기 연료전지용 분리판의 부식으로 인한 전류밀도가 16 μA/cm²보다 작은 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 따른 연료전지용 분리판을 채용한 연료전지.