KR20070112367A - 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법 - Google Patents

고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20070112367A
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히로시 야기
토오루 세리자와
야스히로 우치다
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다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

세퍼레이터를 적어도 일방의 면에 홈부를 구비한 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비한 것으로 하고, 이 수지층을 도전 재료와 발수성 재료를 함유한 구성, 또는, 도전 재료를 함유하고, 또한, 적어도 홈부에 위치하는 수지층이 발수성 층으로 피복된 구성으로 한다. 이것에 의해, 플러딩(물 참)이 발생하기 어렵고, 강도, 내식성이 우수하며, 제조 비용의 저감이 가능한 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터가 얻어진다.
Figure 112007051303485-PCT00001
고분자 전해질, 연료전지, 세퍼레이터, 발수성.

Description

고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법{SEPARATOR FOR POLYMER ELECTROLYTE TYPE FUEL CELL AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 연료전지용 세퍼레이터에 관한 것으로, 특히 고체 고분자 전해질 막의 양측에 전극을 배치한 단위 셀을 복수개 적층한 연료전지의 단위 셀 사이에 사용하는 세퍼레이터와 그 제조방법에 관한 것이다.
연료전지는, 간단하게는, 외부로부터 연료(환원제)와 산소 또는 공기(산화제)를 연속적으로 공급하여, 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 얻어내는 장치로, 그 작동 온도, 사용 연료의 종류, 용도 등으로 분류된다. 또, 최근에는, 주로 사용되는 전해질의 종류에 따라, 크게, 고체 산화물형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 인산형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리 수용액형 연료전지의 5종류로 분류시키는 것이 일반적이다.
이들 연료전지는 메탄 등으로부터 생성된 수소 가스를 연료로 하는 것이지만, 최근에는, 연료로서 메탄올 수용액을 직접 사용하는 다이렉트 메탄올형 연료전지(이하, DMFC 라고도 함)도 알려져 있다.
그중에서도, 고체 고분자막을 2종류의 전극으로 끼워 넣고, 또한 이들 부재를 세퍼레이터로 끼운 구성의 고체 고분자형 연료전지(이하, PEFC라고도 함)가 주 목받고 있다.
이 PEFC에서는, 고체 고분자 전해질 막의 양측에, 공기극(산소극), 연료극(수소극)을 배치한 단위 셀을 복수개 적층하고, 목적에 따라 기전력을 크게 한 스택 구조의 것이 일반적이다. 단위 셀 사이에 배열 설치되는 세퍼레이터는, 일반적으로, 그 일방의 면에, 인접하는 일방의 단위 셀에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급용 홈부가 형성되고, 타방의 면에, 인접하는 타방의 단위 셀에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급용 홈부가 형성되어 있다.
그러나, 단위 셀에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급용 홈부에서는, 단위 셀을 투과한 수소 이온과 산화제 가스인 산소가 이하와 같이 반응하여 생성된 물이 가득 차서, 소위 플러딩(flooding)(물 참)이 발생한다.
1/2O2+2e-+2H+ → H2O
이러한 플러딩이 발생하면, 산화제 가스 공급용 홈부 내에서의 가스의 흐름이 저지되어, PEFC의 성능저하를 초래한다는 문제가 있었다.
상기의 플러딩 발생을 방지하기 위해서, 예를 들면, 산화제 가스 공급용 홈부의 내면에 금도금 층, 금과 불화 카본과의 복합도금 층, 또는 불소수지막 등으로 이루어지는 발수처리 층을 설치한 세퍼레이터(일본 특개평9-298064호 공보), 산화제 가스 공급용 홈부의 바닥벽면에 배수용 홈부를 설치한 세퍼레이터(일본 특개2000-123848호 공보) 등이 개발되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 금을 사용한 세퍼레이터는 제조 비용이 높다고 하 는 문제가 있었다. 또, 산화제 가스 공급용 홈부의 형상을 따른 불소수지막 등의 형성이 곤란하여, 산화제 가스 공급용 홈부 이외의 세퍼레이터에 불소수지막 등의 절연막이 형성되면, 집전성이 저하된다고 하는 문제도 있었다.
한편, 산화제 가스 공급용 홈부의 바닥벽면에 배수용 홈부를 설치한 세퍼레이터에서는, 반응생성된 물이 많은 경우에는, 배수가 적시에 이루어지지 않아, 플러딩이 발생한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 플러딩(물 참)이 발생하기 어렵고, 강도, 내식성이 우수하고, 제조 비용의 저감이 가능한 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터와, 이러한 세퍼레이터를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료와 발수성 재료를 함유하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은, 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 높이는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료와 발수성 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지는 구성으로 했다.
또, 본 발명은, 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료를 함유하고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되어 있는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되어 있는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되어 있는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 수지층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유한 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유한 제 1 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 제 2 수지층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 수지층을 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유한 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 높이는 도펀트를 함유한 제 1 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 제 2 수지층을 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 제 2 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 수지층이 전착 또는 전해중합에 의해 형성되어 있으므로, 홈부의 형상을 따른 균일한 수지층이며, 높은 내식성을 나타냄과 아울러, 이 수지층이 발수성 재료를 함유하고, 또는, 홈부 내에 위치하는 수지층이 발수성 층으로 피복되어 있으므로, 반응생성된 물이 산화제 가스에 의해 외부로 배출되기 쉬워, 홈부에 막히는 것이 억제되고, 또한, 금속 기체를 사용하고 있음으로써 강도가 높고, 또, 귀금속의 사용이 없기 때문에, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료를 함유함과 아울러, 발수성인 구성으로 했다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지가 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유함과 아울러, 발수성인 구성으로 했다.
또, 본 발명은 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료를 함유하고 발수성인 제 2 수지층으로 이루어지는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기의 적어도 1종을 구조중에 갖는 수지에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 발수성의 수지층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기의 적어도 1종을 구조중에 갖는 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유한 발수성의 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명의 제조방법은 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 높이는 도펀트를 함유한 제 1 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기의 적어도 1종을 구조 중에 갖는 수지에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 발수성의 제 2 수지층을 형성하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 수지층이 전착 또는 전해중합에 의해 형성되어 있으므로, 홈부의 형상을 따른 균일한 수지층이며, 높은 내식성을 나타냄과 아울러, 이 수지층이 발수성을 발현하므로, 반응생성된 물이 산화제 가스에 의해 외부로 배출되기 쉬워, 홈부에 막히는 것이 억제되고, 또한, 금속 기체를 사용하고 있음으로써 강도가 높고, 또한 귀금속의 사용이 없기 때문에, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 1실시형태를 도시하는 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 다른 실시형태를 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 다른 실시형태를 도시하는 부분 단면도이다.
도 4A∼도 4D는 본 발명의 세퍼레이터의 제조방법을 도 1에 도시되는 세퍼레이터를 예로 하여 설명하는 도면이다.
도 5A∼도 5D는 본 발명의 세퍼레이터의 제조방법을 도 3에 도시되는 세퍼레이터를 예로 하여 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 세퍼레이터를 사용한 고분자 전해질형 연료전지의 1예를 설명하기 위한 부분 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시되는 고분자 전해질형 연료전지를 구성하는 막전극 복합 체를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시되는 고분자 전해질형 연료전지의 세퍼레이터와 막전극 복합체를 이간시킨 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 6에 도시되는 고분자 전해질형 연료전지의 세퍼레이터와 막전극 복합체를 이간시킨 상태를 도 8과는 다른 방향에서 도시하는 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 1실시형태를 도시하는 부분 단면도이다. 도 1에서, 본 발명의 세퍼레이터(1)는 금속 기체(2)와 이 금속 기체(2)의 양면에 형성된 홈부(3)와, 금속 기체(2)의 양면을 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층(5)을 구비하고 있다. 그리고, 이 수지층(5)은 도전 재료와 발수성 재료(6)를 함유하는 것이다. 또한, 도시예에서, 수지층(5)에 함유되는 발수성 재료(6)만을 모식적으로 도시하고, 도전 재료는 도시하지 않았다.
세퍼레이터(1)를 구성하는 금속 기체(2)의 재질은 전기 도전성이 양호하고, 원하는 강도를 얻을 수 있고, 가공성이 좋은 것이 바람직하며, 예를 들면, 스테인리스, 냉간압연 강판, 알루미늄, 티탄, 구리 등을 들 수 있다.
금속 기체(2)가 갖는 홈부(3)는 세퍼레이터(1)가 고분자 전해질형 연료전지에 편입되었을 때, 일방이 인접하는 단위 셀에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급용 홈부가 되고, 타방이 인접하는 다른 단위 셀에 산화제 가스를 공급하기 위 한 산화제 가스 공급용 홈부로 되는 것이다. 또, 홈부(3)의 일방이 연료가스 공급용 홈부, 산화제 가스 공급용 홈부 중 어느 하나가 되고, 타방이 냉각수용 홈이 되는 것이어도 된다. 또한, 금속 기체(2)의 일방의 면에만 홈부(3)를 구비하는 것이어도 된다.
이러한 홈부(3)의 형상은, 특별히 제한은 없고, 구불구불 구부러진 연속 형상, 빗살 형상이어도 되고, 또, 깊이, 폭, 단면 형상도 특별히 제한은 없다. 또, 금속 기체(2)의 표리에서, 홈부(3)의 형상이 상이한 것이어도 된다.
세퍼레이터(1)를 구성하는 수지층(5)은 도전성을 가짐과 아울러, 금속 기체(2)에 내식성을 부여하고, 또한, 홈부(3)에 발수성을 부여하기 위한 것이다. 이 수지층(5)은 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지 중에 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 형성할 수 있다.
음이온성 합성 고분자 수지로서는, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 말레인화 오일 수지, 폴리부타디엔 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합에 의한 혼합물로서 사용할 수 있다. 또, 상기의 음이온성 합성 고분자 수지와 멜라민 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지 등의 가교성 수지를 병용해도 된다. 한편, 양이온성 합성 고분자 수지로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합에 의한 혼합물로서 사용할 수 있다. 또, 상기의 양이온성 합성 고분자 수지와 폴 리에스테르 수지, 우레탄 수지 등의 가교성 수지를 병용해도 된다.
또, 상기의 전착성을 갖는 합성 고분자 수지에 점착성을 부여하기 위해서, 로진계, 테르펜계, 석유 수지 등의 점착성 부여 수지를 필요에 따라 첨가해도 된다.
이러한 전착성의 합성 고분자 수지는 알칼리성 또는 산성 물질에 의해 중화되어 물에 가용화된 상태, 또는 수분산 상태로 전착에 제공된다. 즉, 음이온성 합성 고분자 수지는 트리메틸아민, 디에틸아민, 디메틸에탄올아민, 디이소프로판올아민 등의 아민류, 암모니아, 수산화칼륨 등의 무기 알칼리로 중화한다. 또, 양이온성 합성 고분자 수지는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산 등의 산으로 중화한다. 그리고, 중화된 수 가용의 고분자 수지는 수분산형 또는 용해형으로서 물에 희석된 상태로 사용된다.
전착에 의해 형성된 수지층(5)의 두께는 0.1∼100㎛, 바람직하게는 3∼30㎛의 범위로 할 수 있다. 수지층(5)의 두께가 0.1㎛ 미만이면, 핀홀 등의 발생에 의해, 양호한 내식성을 확보할 수 없게 되는 경우가 있고, 100㎛를 초과하면, 건조 고화 후의 균열 등의 발생이나, 생산성의 저하, 비용 상승과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
수지층(5)에 함유되는 도전 재료로서는, 예를 들면, 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼(carbon nanohorn) 등의 카본 소재, 내식성 금속 등을 들 수 있지만, 원하는 내산성과 도전성이 얻어진다면, 이들 도전 재료에 한정되지 않는다. 특히, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼 등의 미세 섬 유상 탄소재료는 수지층(5)에 도전성을 부여하기 때문에 적합하다. 이러한 도전 재료의 수지층(5)에서의 함유량은 수지층(5)에 요구되는 도전성에 따라 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면, 30∼90중량%의 범위로 설정할 수 있다.
한편, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼 등의 미세 섬유상 탄소재료는 나노 기술의 소재로서, 복합 재료, 전자 디바이스 등의 여러 분야에 적용이 기대되고 있는 것으로, 이것들을 필러로서 복합 재료에 사용한 경우에는, 이것들이 갖는 물성을 복합 재료에 부여할 수 있다. 예를 들면, 카본 나노튜브는 도전성, 내산성, 가공성, 기계적 강도 등의 면에서 우수하고, 필러로서 복합 재료에 사용된 경우에는, 이러한 카본 나노튜브의 우수한 물성을 복합 재료에 부여할 수 있다.
수지층(5)에 함유되는 발수성 재료(6)로서는 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 불소함유 수지나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리페닐렌 등으로 대표되는 탄화수소계 수지의 미립자, 및, 그들 수지로 코팅된 금속, 무기 화합물, 유기 수지 등의 미립자를 들 수 있다. 또한, 실리카, 알루미나 등의 무기 화합물 미립자를 메틸기, 장쇄 알킬기, 페닐기, 퍼플루오로알킬기 등을 함유하는 실란커플링제로 실란 처리한 것, 금속의 미립자에 PTFE를 분산한 도금액으로 전기도금을 행하여 복합 도금 피막을 형성한 것 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 임의의 조합으로 사용할 수 있다. 이러한 발수성 재료(6)는 평균 입자직경이 0.1∼50㎛, 바람직하게는 0.5∼10㎛의 범위의 것이 바람직하고, 상기의 수지층(5)의 두께보다도 작은 것이 바람직하다. 발수성 재료(6)의 평균 입자직경이 0.1㎛ 미만이면 발수성 재료끼리가 응집하거나, 수지층(5) 속에 매몰되어 버리고, 한편, 50㎛를 초과하면, 전착액 중에서의 분산상태가 나빠지거나, 전착피막의 표면 조도가 커져 바람직하지 못하다. 이러한 발수성 재료(6)는 도시한 바와 같이 수지층(5)의 표면에 일부가 노출되어 있어도 된다. 또한, 본 발명에서는, 평균 입자직경의 측정은 레이저 회절 산란식의 측정 장치(예를 들면, 니키소(주)제 마이크로트랙 시리즈 등), 또는 동적 광산란식의 측정 장치(예를 들면,(주)호리바 제작소제 LA-920 등)를 사용하여 행한다.
이러한 발수성 재료(6)의 수지층(5)에서의 함유량은 수지층(5)에 원하는 발수성을 부여할 수 있는 정도이며, 예를 들면, 수지층(5)에서의 물의 접촉각이 90°∼150°의 범위로 되도록 함유량을 설정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 물의 접촉각의 측정은 시판의 액적 접촉각 측정 장치에 의해 행한다.
본 발명에서는, 세퍼레이터(1)를 구성하는 수지층(5)이 전해중합에 의해 형성되고, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 수지층이어도 된다. 전해중합은, 기본적으로는, 방향족 화합물을 모노머로서 포함하는 전기분해액에 전극을 침지하고 통전하여 행하고, 전기화학적으로 산화 또는 환원하여 중합하는 공지의 방법이다. 수지층 중에의 도펀트의 함유는 전해중합시에 도펀트를 포함시키는 전기적 도핑, 또는, 전해중합 후에 도전성 고분자를 도펀트의 액체, 또는 도펀트 분자를 포함하는 용액에 침지하는 액상 도핑에 의해 행할 수 있다. 도펀트로서는, 알칼리 금속, 알킬 암모늄 이온 등의 도너형의 도펀트, 할로겐류, 루이스산, 프로톤산, 전이금속 할라이드, 유기산 등의 억셉터형의 도펀트를 들 수 있다.
수지층(5) 중의 도펀트량은 수지층(5)에 요구되는 도전성에 따라 적당하게 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 세퍼레이터(1)를 구성하는 수지층(5)이 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료와 발수성 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지는 복합막 구조이어도 된다.
도 2는 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 다른 실시형태를 도시하는 부분 단면도이다. 도 2에서, 본 발명의 세퍼레이터(11)는 금속 기체(12)와, 이 금속 기체(12)의 양면에 형성된 홈부(13)와, 금속 기체(12)의 양면을 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층(15)을 구비하고 있다. 그리고, 이 수지층(15)은 도전 재료를 함유하는 것이고, 또, 홈부(13)에 위치하는 수지층(15)은 발수성 층(17)으로 피복되어 있다.
세퍼레이터(11)를 구성하는 금속 기체(12)는 상기의 세퍼레이터(1)를 구성하는 금속 기체(2)와 동일한 재질로 할 수 있다.
또, 금속 기체(12)가 갖는 홈부(13)는 상기의 금속 기체(2)가 갖는 홈부(3)와 동일할 수 있다. 따라서, 홈부(13)의 형상은, 특별히 제한은 없고, 구불구불 구부러진 연속 형상, 빗살 형상 등이어도 되고, 또, 깊이, 폭, 단면 형상도 특별히 제한은 없다. 또한, 금속 기체(12)의 표리에서, 홈부(13)의 형상이 상이한 것이어도 된다.
세퍼레이터(11)를 구성하는 수지층(15)은 도전성을 가짐과 아울러, 금속 기체(12)에 내식성을 부여하기 위한 것이다. 이 수지층(15)은 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지 중에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 형성할 수 있다.
음이온성 합성 고분자 수지 및 양이온성 합성 고분자 수지로서는, 상기의 수지층(5)의 설명에서 든 합성 고분자 수지를 사용할 수 있고, 가교성 수지와의 병용도 가능하다. 또, 전착성을 갖는 합성 고분자 수지에 점착성을 부여하기 위해서, 로진계, 테르펜계, 석유 수지 등의 점착성 부여 수지를 필요에 따라 첨가해도 된다. 그리고, 상기의 수지층(5)의 전착 형성과 동일하게, 전착성의 합성 고분자 수지는 알칼리성 또는 산성 물질에 의해 중화하여 물에 가용화된 상태, 또는 수분산 상태로 전착에 제공된다.
전착에 의해 형성된 수지층(15)의 두께는 0.1∼100㎛, 바람직하게는 3∼30㎛의 범위로 할 수 있다. 수지층(15)의 두께가 0.1㎛ 미만이면 핀홀 등의 발생에 의해 양호한 내식성을 확보할 수 없게 되는 경우가 있고, 100㎛를 초과하면 건조 고화 후의 균열 등의 발생이나, 생산성의 저하, 비용 상승과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
수지층(15)에 함유되는 도전 재료는 상기의 수지층(5)에 함유되는 도전 재료로서 든 것을 사용할 수 있고, 도전 재료의 수지층(15)에서의 함유량은 수지층(15)에 요구되는 도전성에 따라 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면, 30∼90중량%의 범위에서 설정할 수 있다.
홈부(13)에 위치하는 수지층(15)을 피복하는 발수성 층(17)은 홈부(13)에 발수성을 부여하기 위한 것으로, 바인더에 발수성 재료가 함유된 것이면 된다. 사용하는 발수성 재료로서는, 상기의 발수성 재료(6)와 동일한 것을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합으로 사용할 수 있다. 또, 바인더로서 β-나프탈린술폰산포르말린 축합물 나트륨염, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체 폴리에틸렌, 산화 폴리에틸렌계 폴리카르복실산 나트륨염, 특수 카르복실산형 고분자 계면활성제 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합으로 사용할 수 있다.
발수성 층(17)의 두께, 발수성 층(17)에 함유되는 발수성 재료의 함유량은 발수성 층(17)이 원하는 발수성을 발현할 수 있을 정도이며, 예를 들면, 발수성 층(17)에서의 물의 접촉각이 90°∼150°의 범위가 되도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 발수성 층(17)의 두께는 0.1∼100nm, 바람직하게는 1∼10nm의 범위로 할 수 있다.
도시예에서는, 홈부(13)에 위치하는 수지층(15)만이 발수성 층(17)으로 피복 되어 있고, 다른 부위에는 발수성 층(17)이 형성되어 있지 않으므로, 세퍼레이터(11)가 고분자 전해질형 연료전지에 편입되었을 때 도전성의 수지층(15)이 후술하는 막전극 복합체(MEA)에 직접 접촉하여 집전성이 높은 것으로 된다. 물론, 본 발명의 세퍼레이터(11)는 수지층(15)의 전체면이 발수성 층(17)으로 피복된 것이어도 되고, 이 경우, 세퍼레이터(11)을 고분자 전해질형 연료전지에 편입하는 공정에서, 홈부(13)를 제외한 부위의 발수성 층(17)이 탈락하고, 도전성의 수지층(15)이 막전극 복합체(MEA)에 직접 접촉할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 수지층(15) 상에 발수성 층(17)이 해도(海島) 형상으로 형성된 것이어도 된다. 이 경우의 해도 형상의 발수성 층(17)의 크기, 피복의 정도는 홈부(13) 내에서 물의 접촉각이 90°∼150°의 범위로 되도록 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 세퍼레이터(11)를 구성하는 수지층(15)이 전해중합에 의해 형성되고, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 수지층이어도 된다.
또, 세퍼레이터(1)를 구성하는 수지층(5)이 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지는 복합막 구조이어도 된다.
도 3은 본 발명의 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다. 도 3에서, 본 발명의 세퍼레이터(21)는 금속 기체(22)와, 이 금속 기체(22)의 양면에 형성된 홈부(23)와, 금속 기체(22)의 양면을 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층(25)을 구비하고 있다. 그리고, 이 수지층(25)은 도전 재료를 함유하고, 또한, 발수성을 갖고 있다.
세퍼레이터(21)를 구성하는 금속 기체(22)는 상기의 세퍼레이터(1)를 구성하는 금속 기체(2)와 동일한 재질로 할 수 있다.
금속 기체(22)가 갖는 홈부(23)는 상기의 금속 기체(2)가 갖는 홈부(3)와 동일하게 할 수 있다. 따라서, 홈부(23)의 형상은, 특별히 제한은 없고, 구불구불 구부러진 연속 형상, 빗살 형상 등이어도 되고, 또한 깊이, 폭, 단면형상도 특별히 제한은 없다. 또한, 금속 기체(22)의 표리에서 홈부(23)의 형상이 상이한 것이어도 된다.
세퍼레이터(21)를 구성하는 수지층(25)은 도전성과 발수성을 가짐과 아울러, 금속 기체(22)에 내식성을 부여하기 위한 것이다. 이 수지층(25)은 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지이며, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 구조 중에 갖는 합성 고분자 수지에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 형성할 수 있다.
수지층(25)에 함유되는 발수성을 발현하기 위한 원소로서는, 예를 들면 불소, 규소 등을 들 수 있다. 또, 발수성을 발현하기 위한 작용기로서는, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, n-부틸, 이소부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 라우릴 등의 알킬기를 들 수 있다.
발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 구조 중에 갖는 음이온성 합성 고분자 수지로서는, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 말레인화 오일 수지, 폴리부타디엔 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합에 의한 혼합물로서 사용할 수 있다. 이러한 음이온성 합성 고분자 수지와 멜라민 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지 등의 가교성 수지를 병용해도 된다.
한편, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 구조중에 갖는 양이온성 합성 고분자 수지로서는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리부타디엔 수 지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있고, 이것들을 단독으로, 또는 임의의 조합에 의한 혼합물로서 사용할 수 있다. 이러한 양이온성 합성 고분자 수지와 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지 등의 가교성 수지를 병용해도 된다.
또, 상기의 전착성을 갖는 합성 고분자 수지에 점착성을 부여하기 위해서, 로진계, 테르펜계, 석유 수지 등의 점착성 부여 수지를 필요에 따라서 첨가해도 된다.
이러한 전착성의 합성 고분자 수지는 알칼리성 또는 산성 물질에 의해 중화하고 물에 가용화된 상태, 또는 수분산 상태로 전착에 제공된다. 즉, 음이온성 합성 고분자 수지는 트리메틸아민, 디에틸아민, 디메틸에탄올아민, 디이소프로판올아민 등의 아민류, 암모니아, 수산화 칼륨 등의 무기 알칼리로 중화한다. 또, 양이온성 합성 고분자 수지는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 락트산 등의 산으로 중화한다. 그리고, 중화된 수 가용의 고분자 수지는 수분산형 또는 용해형으로 하여 물에 희석된 상태로 사용된다.
수지층(25)에 함유되는 도전 재료로서는, 상기의 세퍼레이터(1)의 수지층(5)에 함유되는 도전 재료로서 든 것을 사용할 수 있다. 도전 재료의 수지층(25)에서의 함유량은 수지층(25)에 요구되는 도전성에 따라 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 30∼90중량%의 범위에서 설정할 수 있다.
이러한 수지층(25)의 발수성은 물의 접촉각이 90°∼150°의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 물의 접촉각의 측정은 시판의 액적 접촉각 측정 장치에 의해 행한다. 이러한 수지층(25)의 두께는 0.1∼100㎛, 바람직하게는 3∼30㎛의 범위로 할 수 있다. 수지층(25)의 두께가 0.1㎛ 미만이면 핀홀 등의 발생에 의해 양호한 내식성을 확보할 수 없게 되는 경우가 있고, 100㎛를 초과하면 건조 고화 후의 균열 등의 발생이나, 생산성의 저하, 비용 상승과 같은 문제가 발생하여 바람직하지 못하다.
본 발명에서는, 세퍼레이터(21)를 구성하는 수지층(25)이 전해중합에 의해 형성되고, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하고, 도전성 고분자의 구조 중에 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 갖는 수지층이어도 된다. 전해중합은, 기본적으로는, 방향족 화합물을 모노머로서 포함하는 전기분해액에 전극을 침지하고 통전하여 행하고, 전기화학적으로 산화 또는 환원하여 중합하는 공지의 방법이다. 수지층 중에의 도펀트의 함유는 전해중합시에 도펀트를 포함시키는 전기적 도핑, 또는, 전해중합 후에 도전성 고분자를 도펀트의 액체, 또는 도펀트 분자를 포함하는 용액에 침지하는 액상 도핑에 의해 행할 수 있다. 도펀트로서는, 알칼리 금속, 알칼리 암모늄 이온 등의 도너형의 도펀트, 할로겐류, 루이스산, 프로톤산, 전이금속 할라이드, 유기산 등의 억셉터형의 도펀트를 들 수 있다.
수지층(25) 중의 도펀트량은 수지층(25)에 요구되는 도전성에 따라 적당하게 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 세퍼레이터(21)를 구성하는 수지층(25)이 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고, 도전 재료를 함유하며, 또한, 발수성인 제 2 수지층으로 이루어지는 복합막 구조이어도 된다.
도 4A∼도 4D는 상술한 바와 같은 본 발명의 세퍼레이터의 제조를 도 1에 도시되는 세퍼레이터(1)를 예로 하여 설명하는 도면이다. 우선, 금속 판재(2')의 양면에 포트리소그래피에 의해 원하는 패턴으로 레지스트(9, 9)를 형성하고(도 4A), 이 레지스트(9, 9)를 마스크로 하여 양면에서 금속 판재(2')를 에칭하여 홈부(3, 3)을 형성한다(도 4B). 그 후, 레지스트(9, 9)를 박리하여 금속 기체(2)를 얻는다(도 4C). 이 금속 기체(2)의 양면에 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지 중에 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 수지층(5)을 형성한다(도 4D). 이와 같이 형성된 수지층(5)은 양호한 도전성과 높은 내식성을 나타냄과 아울러, 발수성을 구비한 것으로 된다. 이것에 의해 세퍼레이터(1)가 얻어진다.
또, 도 2에 도시되는 세퍼레이터(11)의 제조에서는, 홈부(13, 13)를 구비한 금속 기체(12)의 제작까지 상기의 금속 기체(2)의 제작과 동일하게 행한다. 다음에, 이 금속 기체(12)의 양면에 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지 중에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 수지층(15)을 형성한다. 이와 같이 형성된 수지층(15)은 양호한 도전성과 높은 내식성을 구비하게 된다. 이어서, 홈부(13)를 제외한 부위에 포트리소그래피로 마스크를 형성하고, 바인더에 발수성 재료를 함유시킨 도공액을 사용하여 스프레이법, 디핑법 등에 의해, 홈부(13)에 위치하는 수지층(15) 상에 성막하고, 그 후에 경화시켜서 발수성 층(17)을 형성한다. 또, 발수성 층(17)은 상기의 마스크를 통하여 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해 형성해도 된다. 이와 같이 형성된 발수성 층(17)은 발수성을 구비하게 된다. 다음에, 상기의 마스크를 제거함으로써, 세퍼레이터(11)가 얻어진다.
또, 도 5A∼도 5D는 본 발명의 세퍼레이터의 제조를 도 3에 도시되는 세퍼레이터(21)를 예로 하여 설명하는 도면이다. 우선, 금속 판재(22')의 양면에 포트리소그래피에 의해 원하는 패턴으로 레지스트(29, 29)를 형성하고(도 5A), 이 레지스트(29, 29)를 마스크로 하여 양면에서 금속 판재(22')를 에칭하여 홈부(23, 23)를 형성한다(도 5B). 그 후에 레지스트(29, 29)를 박리하여 금속 기체(22)를 얻는다(도 5C). 이 금속 기체(22)의 양면에 전착성을 갖는 각종 음이온성, 또는 양이온성의 합성 고분자 수지에, 도전 재료와 발수성을 발현하기 위한 원소나 발수성을 발현하기 위한 작용기를 갖는 물질 중 적어도 1종을 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 성막하고, 그 후에 경화시켜서 수지층(25)을 형성한다(도 5D). 전착액으로서는, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 구조 중에 갖는 합성 고분자 수지를 사용하고, 이것에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용할 수도 있다. 또한 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기를 구조 중에 갖는 합성 고분자 수지를 사용하고, 이것에 발수성을 발현하기 위한 원소나, 발수성을 발현하기 위한 작용기를 갖는 물질과, 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용할 수도 있다. 이와 같이 형성된 수지층(5)은 양호한 도전성과 높은 내식성을 나타냄과 아울러, 발수성을 구비하게 된다. 이것에 의해 세퍼레이터(21)가 얻어진다.
여기에서, 본 발명의 세퍼레이터를 사용한 고분자 전해질형 연료전지의 1예를 도 6∼도 9를 참조하여 설명한다. 도 6은 고분자 전해질형 연료전지의 구조를 설명하기 위한 부분 구성도이고, 도 7은 고분자 전해질형 연료전지를 구성하는 막전극 복합체를 설명하기 위한 도면이고, 도 8 및 도 9는 각각 고분자 전해질형 연료전지의 세퍼레이터와 막전극 복합체를 이간시킨 상태를 다른 방향에서 도시하는 사시도이다.
도 6∼도 9에서, 고분자 전해질형 연료전지(31)는 단위 셀인 막전극 복합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)(41)와 세퍼레이터(51)로 이루어진다.
MEA(41)는 도 7에 도시되는 바와 같이, 고분자 전해질 막(42)의 일방의 면에 배열 설치된 촉매층(43)과 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)(44)으로 이루어지는 연료극(수소극)(45)과, 고분자 전해질 막(42)의 타방의 면에 배열 설치된 촉매층(46)과 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)(47)으로 이루어지는 공기극(산소극)(48)을 구비하고 있다.
세퍼레이터(51)는 일방의 면에 연료가스 공급용 홈부(53a)를 구비하고, 타방의 면에 산화제 가스 공급용 홈부(54a)를 구비한 세퍼레이터(51A)와, 일방의 면에 연료가스 공급용 홈부(53a)를 구비하고, 타방의 면에 냉각수용 홈부(54b)를 구비한 세퍼레이터(51B)와, 일방의 면에 냉각수용 홈부(53b)를 구비하고, 타방의 면에 산화제 가스 공급용 홈부(54a)를 구비한 세퍼레이터(51C)로 이루어져 있다. 이러한 세퍼레이터(51A, 51B, 51C)는, 본 발명의 세퍼레이터이며, 그 양면에, 도 1에 도시되는 바와 같은 수지층(5), 또는, 도 2에 도시되는 바와 같은 수지층(15)과 발수성 층(17), 또는, 도 3에 도시되는 바와 같은 수지층(25)이 형성되어 있는데, 도시예에서는, 생략하고 있다. 또한, 산화제 가스 공급용 홈부(54a)를 구비하지 않은 세퍼레이터(51B)에 대해서는, 금속 기체의 양면이 발수성을 구비하지 않은 수지층으로 피복되어 도전성과 내식성이 부여된 세퍼레이터, 즉, 본 발명의 세퍼레이터가 아닌 것이어도 된다.
각 세퍼레이터(51A, 51B, 51C)와 상기의 고분자 전해질 막(42)의 소정 위치에는 2개의 연료가스 공급 구멍(55a, 55b), 2개의 산화제 가스 공급 구멍(56a, 56b), 2개의 냉각수 공급 구멍(57a, 57b)이 관통 구멍으로서 형성되어 있다. 그리고, 세퍼레이터(51A)의 산화제 가스 공급용 홈부(54a)가 형성되어 있는 면에 MEA(41)의 공기극(산소극)(48)이 맞닿고, 세퍼레이터(51B)의 연료가스 공급용 홈부(53a)가 형성되어 있는 면에 MEA(41)의 연료극(수소극)(45)이 맞닿도록, 또, 세퍼레이터(51B)의 냉각수용 홈부(54b)가 형성된 면과 세퍼레이터(51C)의 냉각수용 홈부(53b)가 형성된 면이 맞닿도록, 각 세퍼레이터(51A, 5lB, 51C)와 단위 셀인 MEA(41)가 적층되고, 이 반복으로 고분자 전해질형 연료전지(31)가 구성되어 있다. 이와 같이 적층된 상태에서, 상기의 2개의 연료가스 공급 구멍(55a, 55b)은 각각 적층방향으로 관통하는 연료가스의 공급로를 형성하고, 2개의 산화제 가스 공급 구멍(56a, 56b)은 각각 적층방법으로 관통하는 산화제 가스의 공급로를 형성하고, 2개의 냉각수 공급 구멍(57a, 57b)은 각각 적층방향으로 관통하는 냉각수의 공급로를 형성하고 있다.
상기의 본 발명의 세퍼레이터의 실시형태는 예시이며, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
다음에, 보다 구체적인 실시예를 제시하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
금속 판재로서, 두께 4.5mm의 스테인리스 판(SUS304)을 준비하고, 표면의 탈지 처리를 행했다.
다음에 이 스테인리스 판의 양면에, 감광재료(카세인과 중크롬산 암모늄과의 혼합물)를 딥 코팅법에 의해 도포하여 두께 20㎛의 도포막을 형성하고, 홈부 형성용의 포토마스크를 통하여 노광(5kW 수은등에 의해 60초간 조사), 현상(40℃ 온수를 스프레이)하여 레지스트를 형성했다.
이어서, 상기의 레지스트를 통하여 스테인리스 판의 양면에서 70℃로 가열한 염화제2철 용액을 스프레이 하고, 소정의 깊이까지 하프 에칭을 행했다. 그 후에 80℃의 수산화 나트륨 수용액으로 레지스트를 박리하고, 세정 처리를 했다. 이것에 의해, 폭이 1mm, 깊이가 0.5mm의 거의 반원 형상의 단면을 갖고, 진동 폭 100mm, 피치 50mm로 구불구불 구부러진 길이 1000mm의 홈부를 구비한 금속 기체를 얻었다.
한편, 이하와 같이 하여, 에폭시 전착액을 조제했다.
우선, 비스페놀A의 디글리시딜에테르(에폭시 당량 910) 1000중량부를 교반하에서 70℃로 유지하면서, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 463중량부에 용해시키고, 또한, 디에틸아민 80.3중량부를 가하고 100℃에서 2시간 반응시켜서 아민에폭시 부 가물 (A)를 조제했다.
또, 코로네이트L(닛뽄 폴리우레탄(주) 제 디이소시아네이트: NCO 13%의 불휘발분 75중량%) 875중량부에 디부틸주석라우레이트 0.05중량부를 가하고 50℃로 가열하고, 이것에 2-에틸헥사놀 390중량부를 첨가하고, 그 후에 120℃에서 90분간 반응시켰다. 얻어진 반응생성물을 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 130중량부로 희석한 성분 (B)를 얻었다.
다음에 상기의 아민에폭시 부가물 (A) 1000중량부와 성분 (B) 400중량부로 이루어지는 혼합물을 빙초산 30중량부로 중화한 후, 탈이온수 570중량부를 사용하여 희석하고, 불휘발분 50중량%의 수지 A를 조제했다. 이 수지 A 200.2중량부(수지성분 86.3 용량), 탈이온수 583.3중량부, 및 디부틸주석 라우레이트 2.4중량부를 배합하여 에폭시 전착액을 조제했다.
이어서, 상기의 에폭시 전착액에 도전 재료로서 카본 나노튜브(쇼와덴코(주) 제 기상법 탄소 섬유 VGCF)를 수지 고형분에 대해 60중량%, 발수성 재료로서, 폴리테트라플루오르에틸렌 미립자(아사히가라스(주) 제 풀루온)를 수지 고형분에 대해 10중량% 첨가하고 분산시켜서, 전착액으로 했다.
상기의 전착액을 20℃에 유지하여 교반하고, 이 속에 상기의 금속 기체를 침지하고, 극간 40mm, 전압 50V로 1분간 전착을 행하고, 끌어올린 금속 기체를 순수로 세정했다. 그 후에 핫플레이트 상에서 150℃, 3분간 건조하고, 또한, 질소분위기 속에서 180℃, 1시간의 가열 경화 처리를 했다. 이것에 의해, 홈부를 포함한 금속 기체 상에 15㎛의 균일한 두께로 수지층이 형성되어, 세퍼레이터가 얻어졌다.
이 세퍼레이터의 수지층에서의 물의 접촉각을 하기의 방법으로 측정한 결과, 110°로, 높은 발수성을 갖추고 있는 것이 확인되었다.
(물의 접촉각 측정 방법)
상온 상압하에서 피측정물의 표면에 순수를 적하하고, 액적의 정상점의 높이 h, 물방울의 반경 a를 바로 읽는다. 고액 계면·수평선과 액적 정상점을 연결하는 선이 이루는 각 θB는 접촉각 θA의 절반의 관계에 있기 때문에, θA=2θB=2arctan(h/a)로부터 물의 접촉각을 측정한다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하여, 홈부를 구비한 금속 기체를 제작했다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여 에폭시 전착액을 조제했다. 이 에폭시 전착액에 도전 재료로서 카본블랙(Cabot(주)제 Vulcan XC-72)을 수지 고형분에 대해 75중량% 첨가하고 분산시켜 전착액으로 했다.
상기의 전착액을 사용하여, 실시예 1과 동일한 조건에서 전착, 세정, 경화를 행하고, 홈부를 포함한 금속 기체 상에, 15㎛의 균일한 두께로 수지층을 형성했다.
다음에, 감광성 레지스트(JSR(주) 제 THB 레지스트)를 스핀코팅법에 의해 수지층 상에 도포하고, 이어서, 금속 기체의 홈부에 대응한 차광부를 갖는 포토마스크를 통하여 노광(5kW 수은등에 의해 30초간 조사), 현상(JSR(주) 제 THB 현상액을 스프레이) 했다. 이것에 의해, 홈부를 제외한 금속 기체의 수지층 상에 마스크를 형성했다.
이어서, 상기의 마스크를 통하여, CVD법에 의해 불소화 수지로 이루어지는 발수성 층을 형성하고, 그 후에 JSR(주) 제 THB 박리액을 사용하여 마스크를 제거했다. 이것에 의해, 홈부 내의 수지층 상에 발수성 층(두께 5nm)을 갖는 세퍼레이터가 얻어졌다.
이 세퍼레이터의 발수성 층에서의 물의 접촉각을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 결과, 120°로, 높은 발수성을 갖추고 있는 것이 확인되었다.
또한, 발수성 층이 형성되어 있지 않은 수지층에서의 물의 접촉각을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 결과, 60°로, 발수성이 극히 낮은 것이 확인되었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 하여, 홈부를 구비한 금속 기체를 제작했다.
또, 이하와 같이 하여, 발수성 아크릴에폭시 전착액을 조제했다.
우선, 비페닐 A의 디글리시딜에테르(에폭시 당량=910) 1000중량부를 교반하에서 70℃로 유지하면서, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 463중량부에 용해시키고, 또한, 디에틸아민 80.3중량부를 가하고 100℃에서 2시간 반응시켜 아민에폭시 부가물 (A)를 조제했다.
또, 코로네이트 L(닛뽄폴리우레탄(주)제 디이소시아네이트: NCO 13%의 불휘발분 75중량%) 875중량부에 디부틸주석 라우레이트 0.05중량부를 가하고 50℃로 가열하고, 이것에 2-에틸헥사놀 390중량부를 첨가하고, 그 후에 120℃에서 90분간 반응시켰다. 얻어진 반응생성물을 에틸렌글리콜모노에틸에테르 130중량부로 희석한 성분 (B)를 얻었다.
다음에, 상기의 아민에폭시 부가물 (A) 1000중량부와 성분 (B) 400중량부로 이루어지는 혼합물을 빙초산 30중량부로 중화한 후, 탈이온수 570중량부를 사용하여 희석하고, 불휘발분 50중량%의 수지 A를 조제했다. 이 수지 A 200.2 중량부와 수산기 함유 불화 아크릴 공중합체(미쓰비시 레이온(주)제 AS-1301) 200중량부 코로네이트」 100중량부, 탈이온수 1000중량부, 및 디부틸주석 라우레이트 2.4중량부를 배합하고 발수성 아크릴에폭시 전착액을 조제했다.
이어서, 상기의 발수성 아크릴에폭시 전착액에 도전 재료로서 카본 나노튜브(쇼와덴코(주) 제 기상법 탄소 섬유 VGCF)를 수지 고형분에 대하여 60중량% 첨가하고, 분산시켜 전착액으로 했다.
상기의 전착액을 20℃에 유지하여 교반하고, 이 중에 상기의 금속 기체를 침지하고, 극간 40mm, 전압 50V로 1분간 전착을 행하고, 끌어올린 금속 기체를 순수로 세정했다. 그 후에 핫플레이트 상에서 150℃, 3분간 건조하고, 또한, 질소분위기 중에서 180℃, 1시간의 가열 경화 처리를 시행했다. 이것에 의해, 홈부를 포함한 금속 기체 상에 15㎛의 균일한 두께로 수지층이 형성되어, 세퍼레이터가 얻어졌다.
이 세퍼레이터의 수지층에서의 물의 접촉각을 실시예 1과 동일한 조건에서 측정한 결과, 110°로, 높은 발수성을 갖추고 있는 것이 확인되었다.
[비교예 1]
발수성 아크릴 에폭시 전착액을 실시예 1과 동일하게 조제한 에폭시 전착액으로 바꾼 것 이외는 실시예와 동일하게 하여 세퍼레이터를 제작했다.
이 세퍼레이터의 수지층에서의 물의 접촉각을 실시예 1과 동일한 조건에서 측정한 결과, 60°로, 발수성이 극히 낮은 것이 확인되었다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일하게 하여, 홈부를 구비한 금속 기체를 제작했다.
또, 폴리테트라플루오르에틸렌의 콜로이드 용액(다이킨 공업(주) 제 ND-2)에, 도전 재료로서 카본블랙(Cabot(주) 제 Vulcan XC-72)을 수지 고형분에 대하여 75중량% 첨가하고 분산시켜, 도전 도료로 했다.
다음에 상기의 도전 도료를 금속 기체 상에 스프레이 도포하고, 그 후에 적외선 건조로 속에서 80℃, 1시간 가열하고, 또한, 380℃에서 1시간의 가열 처리를 시행했다. 이것에 의해, 홈부를 포함한 금속 기체 상에는 수지층이 형성되어, 세퍼레이터가 얻어졌다.
이 세퍼레이터의 수지층에서의 물의 접촉각을 실시예 1과 동일한 조건에서 측정한 결과, 120°로, 높은 발수성을 갖추고 있는 것이 확인되었다.
그러나, 이 세퍼레이터의 수지층은 실시예 1∼3의 수지층에 비해 두껍게 되어 있지만, 두께 불균일이 크고, 특히 측벽부에서는 수지층이 형성되지 않은 핀홀 형상의 부위가 존재하여, 세퍼레이터로서의 신뢰성이 낮은 것이었다.
본 발명은 고체 고분자 전해질 막의 양측에 전극을 배치한 단위 셀을 복수개 적층한 연료전지의 제조에 적용할 수 있다.

Claims (54)

  1. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료와 발수성 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 평균 입자직경이 0.1∼50㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 발수성 재료의 일부가 상기 수지층 표면에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  7. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 평균 입자직경이 0.1∼50㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 발수성 재료의 일부가 상기 수지층 표면에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  12. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료와 발수성 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리 한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 발수성 재료는 평균 입자직경이 0.1∼50㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 발수성 재료의 일부가 상기 수지층 표면에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  18. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료를 함유하고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 발수성 층은 바인더에 발수성 재료를 함유하는 것으로, 이 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 수지층 상에 해도 형상으로 상기 발수성 층이 존재하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 발수성 층은 두께가 1∼100nm의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  23. 금속 기체와 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 발수성 층은 바인더에 발수성 재료를 함유하는 것 으로, 이 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 수지층 상에 해도 형상으로 상기 발수성 층이 존재하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 발수성 층은 두께가 1∼100nm의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  27. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료를 함유하는 제 2 수지층으로 이루어지고, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층은 발수성 층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노혼, 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 발수성 층은 바인더에 발수성 재료를 함유하는 것으로, 이 발수성 재료는 불소함유 수지의 미립자, 탄화수소계 수지의 미립자, 표면을 불소함유 수지 또는 탄화수소계 수지로 코팅한 금속, 무기 화합물, 유기 화합물 중 어느 하나의 미립자, 표면을 실란커플링제로 실란 처리한 무기 화합물의 미립자 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  30. 제 27 항에 있어서, 상기 수지층 상에 해도 형상으로 상기 발수성 층이 존재하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  31. 제 27 항에 있어서, 상기 발수성 층은 두께가 1∼100nm의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  32. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전착에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전 재료를 함유함과 아울러, 발수성인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼 , 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 수지층은 발수성을 발현하는 원소나 작용기의 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 원소는 불소, 규소이고, 상기 작용기는 알킬기인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  37. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 전해중합에 의해 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유함과 아울러, 발수성인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 수지층은 발수성을 발현하는 원소나 작용기 중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 원소는 불소, 규소이고, 상기 작용기는 알킬기인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  40. 제 37 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  41. 금속 기체와, 이 금속 기체의 적어도 일방의 면에 형성된 홈부와, 상기 금속 기체를 피복하도록 형성된 수지층을 구비하고, 이 수지층은 전해중합에 의해 형성된 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유하는 제 1 수지층과, 이 제 1 수지층을 피복하도록 전착에 의해 형성되고 도전 재료를 함유하며 발수성인 제 2 수지층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 도전 재료는 카본 입자, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 내식성 금속 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 수지층은 발수성을 발현하는 원소나 작용기 중 적 어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 원소는 불소, 규소이며, 상기 작용기는 알킬기인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  45. 제 41 항에 있어서, 상기 수지층은 두께가 0.1∼100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터.
  46. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 수지층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  47. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유한 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  48. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트와 발수성 재료를 함유한 제 1 수지 층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 도전 재료와 발수성 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 제 2 수지층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  49. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 수지층을 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  50. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유한 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  51. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 높이는 도펀트를 함유한 제 1 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 제 2 수지층을 형성하는 공정과, 적어도 상기 홈부에 위치하는 상기 제 2 수지층을 피복하도록 발수성 층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  52. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기의 적어도 1종을 구조 중에 갖는 수지에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 발수성의 수지층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  53. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기 중 적어도 1종을 구조 중에 갖는 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유한 발수성의 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
  54. 금속 기체의 적어도 일방의 면에 홈부를 형성하는 공정과, 도전성 고분자로 이루어지는 수지에 도전성을 향상시키는 도펀트를 함유한 제 1 수지층을 전해중합에 의해 상기 금속 기체를 피복하도록 형성하는 공정과, 발수성을 발현하기 위한 원소나 작용기 중 적어도 1종을 구조 중에 갖는 수지에 도전 재료를 분산시킨 전착액을 사용하여 전착에 의해 상기 제 1 수지층을 피복하도록 발수성의 제 2 수지층을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100839193B1 (ko) * 2008-01-21 2008-06-17 현대하이스코 주식회사 바인더 수지에 카본입자가 분산되어 있는 코팅층을 가지는연료전지용 금속분리판 및 그 제조방법
KR100888327B1 (ko) * 2007-12-21 2009-03-12 주식회사 포스코 고분자 전해질막 연료전지용 분리판 및 그 제조방법
KR20150125710A (ko) * 2013-04-11 2015-11-09 쇼와 덴코 가부시키가이샤 카본 부재, 카본 부재의 제조 방법, 레독스 플로우 전지 및 연료 전지

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090017361A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Dae Soon Lim Separator for fuel cell and method for fabricating the same
KR101084074B1 (ko) * 2010-06-10 2011-11-16 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 스택
JP5545150B2 (ja) * 2010-09-21 2014-07-09 大日本印刷株式会社 燃料電池用のセパレータおよびその製造方法
FR2971628B1 (fr) * 2011-02-14 2013-02-22 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible a membrane d'echange de protons presentant des performances accrues
KR101500067B1 (ko) * 2013-03-29 2015-03-06 현대자동차주식회사 연료전지용 분리판 및 이의 제조방법
TW201633590A (zh) * 2014-10-29 2016-09-16 昭和電工股份有限公司 電極用集電體，電極用集電體之製造方法，電極，鋰離子二次電池，氧化還原液流電池，電雙層電容器
FR3079675B1 (fr) 2018-03-29 2020-04-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Plaque collectrice ayant un revetement anticorrosion
DE102019127626A1 (de) * 2019-10-14 2021-04-15 Elringklinger Ag Bipolarplatte, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung
DE102020210209A1 (de) * 2020-08-12 2022-02-17 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte
CN116632455B (zh) * 2023-07-20 2023-10-20 宁德新能源科技有限公司 隔膜、包括其的电化学装置和电子装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US316606A (en) * 1885-04-28 Piston engine
US310778A (en) * 1885-01-13 Axle box and skein
JP3524305B2 (ja) * 1996-12-03 2004-05-10 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6511775B2 (en) * 1998-03-20 2003-01-28 Ensci Inc. Separator containing efficiency improving additives for a lead acid batteries
JP2000100452A (ja) * 1998-09-21 2000-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池とその製造法
JP3524807B2 (ja) * 1998-09-30 2004-05-10 三洋電機株式会社 燃料電池
JP4656683B2 (ja) * 1999-09-02 2011-03-23 パナソニック株式会社 高分子電解質型燃料電池
JP4011922B2 (ja) * 2001-12-20 2007-11-21 大日本印刷株式会社 高分子電解質型燃料電池用のセパレータ
WO2003058738A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-17 Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha Polyelectrolyte type fuel cell and separator for polyelectrolyte type fuel cell
JP4498664B2 (ja) * 2002-05-15 2010-07-07 大日本印刷株式会社 平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ部材及び該セパレータ部材を用いた高分子電解質型燃料電池
US6887613B2 (en) * 2002-12-04 2005-05-03 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
US7396559B2 (en) * 2003-08-11 2008-07-08 General Motors Corporation Method of making an electrically conductive element for use in a fuel cell
JP2005116179A (ja) * 2003-10-02 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
JP3858016B2 (ja) * 2003-10-29 2006-12-13 三洋電機株式会社 燃料電池および燃料電池用セパレータ
WO2007120763A2 (en) * 2006-04-12 2007-10-25 Steven Allen Carlson Safety shutdown separators

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100888327B1 (ko) * 2007-12-21 2009-03-12 주식회사 포스코 고분자 전해질막 연료전지용 분리판 및 그 제조방법
KR100839193B1 (ko) * 2008-01-21 2008-06-17 현대하이스코 주식회사 바인더 수지에 카본입자가 분산되어 있는 코팅층을 가지는연료전지용 금속분리판 및 그 제조방법
WO2009093843A3 (ko) * 2008-01-21 2009-10-22 현대하이스코 주식회사 바인더 수지에 카본입자가 분산되어 있는 코팅층을 가지는 연료전지용 금속분리판 및 그 제조방법
US8852827B2 (en) 2008-01-21 2014-10-07 Hyundai Hysco Metal separator plate for a fuel cell having a coating layer comprising carbon particles dispersed in a binder resin, and a production method therefor
KR20150125710A (ko) * 2013-04-11 2015-11-09 쇼와 덴코 가부시키가이샤 카본 부재, 카본 부재의 제조 방법, 레독스 플로우 전지 및 연료 전지
US10109870B2 (en) 2013-04-11 2018-10-23 Showa Denko K.K. Carbon member, carbon member manufacturing method, redox flow battery and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007046522A1 (ja) 2007-04-26
US20080113253A1 (en) 2008-05-15

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