KR20090118129A - 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 양단에 체결되는 샌드위치 구조의 엔드플레이트에 허니콤과 폼 구조를 갖는 하이브리드 형태의 심재를 적용함으로써, 무게당 굽힘강성을 높이고, 파단까지 견딜 수 있는 변형률을 향상시킬 수 있으며, 열전달을 감소시킬 수 있는 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연료전지 스택의 양단에 체결되는 엔드플레이트를 스택에 고른 면압을 줄 수 있도록 적절한 강성을 가지는 구조, 그리고 경량화를 위해 무게를 줄일 수 있는 구조, 또한 냉시동 특성을 향상시킬 수 있는 구조로 새롭개 개선하고자 한 것으로서, 폼 필드 허니콤(Foam filled honeycomb) 심재를 열전도계수가 매우 작은 이산화탄소를 폼에 주입하는 방식 또는 진공을 이용하여 전체를 쉴드(Shield)하는 등의 방법으로 손쉽게 제조하여 엔드플레이트에 적용함으로써, 냉시동을 위한 단열특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법을 제공하고자 한 것이다.
연료전지 스택, 엔드플레이트, 단열, 폼 필드 허니콤, 제조 방법

Description

연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법{End plate for fuel cell stack and method for manufacturing the same}
본 발명은 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 양단에 체결되는 샌드위치 구조의 엔드플레이트에 허니콤과 폼 구조를 갖는 하이브리드 형태의 심재를 적용함으로써, 무게당 굽힘강성을 높이고, 파단까지 견딜 수 있는 변형률을 향상시킬 수 있으며, 열전달을 감소시킬 수 있는 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고분자 전해질 연료전지(Polyer Electrolyte Membrane Fuel Cells) 혹은 양자교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력밀도가 크며, 또한 시동 시간이 짧고 부하 변화에 빠른 응답 특성을 갖는다.
이러한 특성을 갖는 연료전지 스택(Fuel Cell Stack)의 가장 안쪽에는 주요 구성 부품인 전극막(MEA: Membrane-Electrode Assembly)이 위치하고 있고, 이 전극막은 수소 양자(Proton)를 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(Cathode) 및 연료극(Anode)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 전극막의 바깥 부분, 즉 공기극(Cathode) 및 연료극(Anode)가 위치한 바깥 부분에 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 가스켓 등이 적층되며, 상기 가스 확산층의 바깥쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(Separator)이 위치하며, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End plate)가 결합된다.
따라서, 연료전지의 연료극에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온 (Proton)과 전자 (Electron)가 발생하며, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 공기극로 이동하게 된다.
이때, 공기극에서는 연료극로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기 화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.
이러한 구성 및 작용을 하는 연료전지 스택(Stack)에 있어서, 상기 엔드플레이트는 스택 내에서 고른 면압이 유지되도록 각 구성품들을 지지하는 것이 주된 기능이나, 외부로의 열손실을 최소화하고 연료전지 스택내의 온도를 빠른 시간 내에 일정하게 유지시켜 연료 전지가 양호한 냉시동 특성을 갖게 하는 것 또한 중요한 기능중 하나이다.
즉, 상기 엔드플레이트는 스택 내에서 고른 면압이 유지되도록 각 구성품들을 지지하는 기능은 스택 내의 유체의 누설 방지, 셀(Cell)간 전기 접촉저항의 증가 방지와 관련하여 스택 성능을 좌우하는 중요한 인자이다.
또한, 엔드플레이트는 스택의 열 손실을 막아서 연료전지내 스택의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있도록 열전도율이 작을수록 유리하다.
기존의 엔드플레이트는 고른 면압을 유지시키기 위하여 스테인리스 강으로 제작되었으나, 한 개당 질량이 7~8 kg이나 되어 그 무게가 무겁기 때문에 다루기가 쉽지 않고, 금속이므로 단열 성능이 낮아서 냉시동 특성이 좋지 않다.
이에, 연료전지 스택의 분리판과 접촉하는 엔드플레이트가 경량이면서 적절한 굽힘강성을 가지고, 특히 열전도도가 낮아서 냉시동 특성을 향상시킬 수 있도록 그 재료 및 설계, 그리고 제조방법에 대한 여러가지 연구가 진행되고 있다.
그 대안으로, 샌드위치 구조로 제작되는 엔드플레이트가 제시된 바 있으며, 이 엔드플레이트의 심재 제작 방법으로는 압축 또는 충격 완화 구조를 위해 허니콤 부재에 폼을 발포시키는 방법이 있다.
그러나, 이 방법은 폼 필드 허니콤(Foam filled honeycomb)이라는 심재를 제조하기 위한 전용 추가 장비가 필요하며, 제작에 있어서 여러가지 공정이 필요하고 비용이 많이 드는 제약이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여, 연료전지 스택의 양단에 체결되는 엔드플레이트를 스택에 고른 면압을 줄 수 있도록 적절한 강성을 가지는 구조, 그리고 경량화를 위해 무게를 줄일 수 있는 구조, 또한 냉시동 특성을 향상시킬 수 있는 구조로 새롭개 개선하고자 한 것으로서, 폼 필드 허니콤(Foam filled honeycomb) 심재를 열전도계수가 매우 작은 이산화탄소를 폼에 주입하는 방식 또는 진공을 이용하여 전체를 쉴드(Shield)하는 등의 방법으로 손쉽게 제조하여 엔드플레이트에 적용함으로써, 냉시동을 위한 단열특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 스택용 엔드플레이트 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 허니콤의 각 셀내에 폼이 내재된 심재와, 이 심재를 감싸며 접착된 면재를 포함하는 연료전지 스택용 엔드플레이트에 있어서, 상기 허니콤의 각 셀내에 내재되는 폼은 발포된 폼 또는 폐쇄형 셀로 이루어진 폼으로 채택되고, 상기 허니콤 또는 폼에 단열수단을 포함시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트를 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 단열수단은 허니콤 또는 폼의 겉면에 도포되어 경화시킨 열가소성 수지인 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 단열수단은 상기 허니콤의 각 셀내에서 폼이 발포될 때, 폼에 주입되는 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 단열수단은 허니콤의 각 셀 내부에서 그 상부 및 하부에 폐쇄형 셀로 이루어진 폼이 내재될 때, 상부 및 하부에 내재되는 폼사이 생성된 이산화탄소층 또는 에어로젤 시트인 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 단열수단은 상기 허니콤의 각 셀 벽면에 형성되는 다수의 작은 구멍과, 상기 구멍을 통해 허니콤내의 폼에 제공되는 진공제공수단과, 가열에 의하여 녹으면서 상기 구멍에 채워지는 열가소성 플라스틱 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 허니콤의 위에 발포된 상태의 폼 재료를 올려 놓는 다음 프레스를 이용하여 상기 폼에 압력을 가하는 동시에 허니콤의 각 셀내에 폼이 압입되도록 하거나, 상기 허니콤의 각 셀내에서 폼 재료를 발포시켜, 상기 허니콤의 각 셀내에 폼이 발포된 상태로 채워지도록 하여 이루어지는 심재 제작 단계와; 상기 심재의 전체표면 또는 일부표면를 감싸는 면재 접착 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 허니콤 또는 폼에 수지를 도포하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폼 재료의 발포시, 이산화탄소를 폼 재료에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 프레스에 의하여 허니콤의 각 셀 공간에 압입되는 폼은 폐쇄형 셀로 이루어진 폼으로서, 이 폐쇄형 셀로 이루어진 폼은 허니콤의 각 셀 공간에 상하로 배치되되, 그 사이에 이산화탄소 가스층을 형성시키거나 에어로젤 시트를 삽 입하여 단열층을 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 심재는 허니콤의 각 셀내에 폼이 내재되는 동시에 각 셀의 벽면에 다수의 작은 구멍들이 형성되고, 모서리 부분의 셀 벽면에 열가소성 플라스틱 물질이 배치된 구조로서, 이 심재를 진공 포장하여 심재의 폼 내부를 진공으로 만들어주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열가소성 플라스틱 물질이 녹으면서 상기 허니콤에 형성된 작은 구멍을 막아줄 수 있도록 상기 진공 포장된 심재를 가열하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 허니콤과 폼, 두 소재를 겹쳐놓고 일정한 압력을 주어 폼이 허니콤에 삽입되는 방법, 또는 허니콤내에서 폼을 발포시키는 방법 등으로 엔드플레이트용 심재를 손쉽게 제조하여, 샌드위치 복합재료 엔드플레이트로 채택함으로써, 경량화를 도모할 수 있고, 특히 연료전지 스택에 체결되었을 때 적절한 굽힘강성을 발휘하면서 스택에 대한 고른 면압을 유지시킬 수 있다.
또한, 별도의 단열수단을 허니콤 또는 폼에 부가하여, 단열특성이 강화될 수 있으며, 단열특성 강화로 인해 냉시동시에도 연료전지 스택의 작동이 용이하게 이루어질 수 있고, 결국 연료전지의 효율을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1a는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 엔드플레이트 구조를 설명하는 종단면도이고, 도 1b는 횡단면도이다.
본 발명에 따른 엔드플레이트는 심재(20)와, 이 심재(20)의 상하에 배치되는 면재(10)로 이루어진 샌드위치 구조로 만들어지되, 상기 심재(20)를 허니콤(21)과 폼(22)이 조합된 구조로 적용한 점에 주안점이 있다.
상기 엔드플레이트의 면재(10)는 금속재료, 충진제가 첨가된 복합재료, 섬유강화 복합재료, 폴리머 재료 등이 사용될 수 있다.
특히, 상기 심재(20)는 허니콤(21)과 폼(22)으로 이루어지되, 상기 허니콤(21)은 알루미늄 허니콤, 유리섬유 허니콤, 각종 플라스틱 허니콤 등이 사용될 수 있고, 상기 폼(22)으로는 열전도도가 낮은 PVC, PET, PS, PU 등이 사용될 수 있다.
이때, 상기 면재(10)와 심재(10)는 그 경계면에 접착된 접착제(40)에 의하여 서로 접합된다.
첨부한 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 허니콤 구조만을 심재로 사용하면 엔드플레이트의 굽힘강성이 커지고, 폼 재료만을 심재로 사용하면 파단 변형률이 커지는 것으로 알려져 있는 바, 본 발명에 따른 허니콤-폼 하이브리드 심재는 두 가지의 장점을 모두 수용하는 수준의 물성치를 가질 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 엔드플레이트의 제조 방법에 대한 각 실시예를 순서대로 설명하면 다음과 같다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법은 심재를 압입 방식으로 제조하는 점에 주안점이 있다.
샌드위치 구조의 엔드플레이트 즉, 심재 및 이 심재의 양면에 접합되는 면재로 구성된 엔드플레이트를 제조함에 있어서, 상기 심재는 다음과 같은 방법으로 만들어진다.
첨부한 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드플레이트의 심재를 제조하는 방법을 설명하는 개략도이다.
상기 심재(20)는 허니콤(21)과 폼(22)이 조합된 구조를 갖는 바, 상기 허니콤(21)은 얇은판이 육각형을 이루며 수직으로 세워진 다수의 셀 구조로 제작되기 때문에 압축에 강한 특성을 갖고, 상기 폼은 밀도가 낮은 성질을 갖는다.
이러한 허니콤 및 폼의 특성을 이용하면, 허니콤의 각 셀에 폼을 용이하게 압입시킬 수 있다.
즉, 상부가 개방된 박스 형태의 면재(10)내에 허니콤(21)을 안착시킨 다음, 이 허니콤(21)의 위에 밀도가 낮은 발포된 상태의 폼(22) 재료(40~50 kg/㎥)를 올려 놓은 후, 프레스(미도시됨)를 이용하여 폼(22) 재료에 압력을 가하면, 허니콤(21)의 각 셀 공간(23)내에 폼(22) 재료가 용이하게 삽입된다.
이와 같이, 허니콤(21)과 폼(20)을 따로 제작하여, 서로 포개어놓은 상태에서 폼 재료를 프레스 압력으로 눌러주면, 허니콤과 폼의 장점을 동시에 가지는 샌드위치 구조의 심재를 손쉽게 제작할 수 있다.
이렇게 제작된 심재(20)의 상면 즉, 허니콤(21)의 각 셀 공간(23)에 폼(22)이 압입된 심재(20)의 상면에 면재(10)를 접착제를 사용하여 접합하면, 심재(20)의 전체가 면재(10)로 둘러싸인 형태의 엔드플레이트로 제작되며, 이 엔드플레이트는 허니콤(21)과 폼(22)으로 구성되어 있기 때문에 질량이 작을 뿐만 아니라, 단열성을 보유하여 냉시동 특성이 향상되고, 적절한 굽힘강성을 갖게 된다.
한편, 상기 심재(20)의 두께방향 뿐만아니라, 면방향 강성을 더욱 증가시키기 위해, 폼(22) 또는 허니콤(21) 부재를 수지에 담구었다가 뺀 후, 상기와 같이 폼(22)이 허니콤(21)의 각 셀 공간(23)로 삽입되도록 프레스를 이용하여 압력을 가해준 다음, 수지를 경화시킴으로써, 허니콤과 폼의 장점을 동시에 가지면서 면방향 강성이 증가된 심재를 제작할 수 있다.
이때, 상기 폼이나 허니콤 부재의 겉면에 도포된 수지는 폼(22)이 허니콤(21)의 각 셀 공간안으로 쉽게 삽입될 수 있게 하는 윤활 역할을 할 뿐만 아니라, 경화 후에는 허니콤과 폼을 서로 단단하게 접착시키는 역할도 하게 되며, 특히 일종의 단열수단이 되어 단열 효과를 발휘할 수 있다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법은 허니콤의 각 셀내에 폼을 내재시켜 직접 발포시킨 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔드플레이트의 심재를 제조하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 허니콤(21)의 각 셀 공간(23)내에 폼(22) 재료를 내재시킨 다음, 발포장치(미도시됨)에서 폼 재료를 발포시킴으로써, 허니콤(21)의 각 셀 공간(23)내에 폼(22)이 발포된 상태로 채워진 심재(20)로 제조된다.
이때, 엔드플레이트의 열전달 계수를 낮추기 위해서는 폼(22) 재료를 발포할 때, 이산화탄소를 폼(22) 재료에 주입하여 발포시키거나, 발포된 후 폼(22) 표면에 단열수단이 되는 이산화탄소를 주입하여 별도의 이산화탄소층을 가지도록 한다.
이때, 두 경우 모두 폼으로부터 이산화탄소가 빠져나가지 않도록 해야 초기의 단열성능이 지속될 수 있다.
이에, 상기 심재(20)의 옆면은 허니콤의 셀(Cell) 공간 벽면이므로, 이산화탄소 기체투과가 외부로 차단될 수 있지만, 심재(20)의 위, 아래 면은 개방되어 있는 상태이므로, 도 3에 도시된 바와 같이 박스형의 면재(10)를 심재(20)의 전체 표면에 접착하여 밀폐시켜줌으로써, 이산화탄소 발포기체 또는 이산화탄소 단열층의 기체가 천천히 공기중으로 빠져나가는 것을 막아줄 수 있다.
상기 이산화탄소는 아래의 표 1에 기재된 바와 같이 열전도도가 낮은 특성을 가지므로 단열 특성을 향상시키는 역할을 한다.
Figure 112008033478816-PAT00001
제3실시예
본 발명의 제3실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법은 제1실시예와 동일한 방법을 진행하되, 드라이 아이스 또는 에어로젤 시트 등을 이용하여 단열 효과를 향상시킨 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 엔드플레이트의 심재를 제조하는 방법을 설명하는 개략도이다.
상부가 개방된 박스 형태의 면재(10)내에 허니콤(21)을 안착시킨 다음, 이 허니콤(21)의 위에 밀도가 높은 폐쇄형(Closed cell) 셀로 이루어진 폼(22)을 올려 놓은 후, 이 폼(22)에 프레스 압력을 가해줌으로써, 허니콤(21)의 각 셀 공간에 폐쇄형 셀로 이루어진 폼(22)이 용이하게 삽입되도록 한다.
이때, 상기 허니콤(21)의 각 셀 공간에 폐쇄형(Closed cell) 셀로 이루어진 폼(22)이 반쯤 채워지게 한 다음, 이 폼(22)상에 단열층(24)으로서, 드라이 아이스를 주입하여 이산화탄소층을 생성시키거나, 에어로젤 시트(Aerogel sheet)를 삽입한 후, 다시 그 위에 폐쇄형 셀(Closed cell)로 이루어진 폼(22)을 프레스로 압입시킨다.
상기 에어로젤 시트는 위의 표 1에 기재된 바와 같이 열전도도가 낮은 특성을 가지므로 단열 특성을 향상시키는 역할을 한다.
물론, 이렇게 제작된 심재(20)의 전체 표면을 박스형의 면재(10)로 접착하여 밀폐시켜줌으로써, 이산화탄소층의 가스가 공기중으로 빠져나가는 것을 막아줄 수 있다.
제4실시예
본 발명의 제4실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법은 제1실시예와 동일한 방법을 진행하되, 엔드플레이트의 열전달 계수를 진공을 이용하여 더욱 낮출 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 엔드플레이트의 심재를 제조하는 방법을 설명하는 개략도이다.
먼저, 상부가 개방된 박스 형태의 면재(10)내에 허니콤(21)을 안착시킨 다음, 이 허니콤(21)의 위에 밀도가 낮은 발포된 상태의 폼(22) 재료(40~50 kg/㎥)를 올려 놓은 후, 프레스를 이용하여 폼(22) 재료에 압력을 가하면, 허니콤(21)의 각 셀 공간내에 폼(22) 재료가 용이하게 삽입된 심재(20)로 제작된다.
이때, 상기 허니콤(21)의 각 셀 공간 벽면에는 다수의 작은 구멍(Porous holes)(26)들이 관통 형성되어 있으며, 모서리 부분의 허니콤 셀 벽면에는 열가소성 플라스틱 물질(28)이 삽입된다.
다음으로, 상기 심재(20)의 전체 표면에 면재(10)를 접착시킨 후, 진공백(30)으로 포장을 하여 그 내부를 진공으로 만들어주면, 상기 허니콤(21)의 작은 구멍(26)들을 통해 심재(20) 내부의 폼(22)에 진공이 형성되어진다.
이러한 진공상태를 유지시키기 위하여, 상기 진공 포장된 엔드플레이트를 가열하게 되면, 상기 열가소성 플라스틱 물질(28)이 녹으면서 모서리 부분의 허니콤에 형성된 작은 구멍(26)을 막게 되어, 심재(20) 내부가 계속 진공상태로 유지될 수 있고, 이러한 진공 상태로 인해 단열 효과를 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 엔드플레이트는 그 심재를 가벼운 폼 필드 허니콤(Foam filled honeycomb)를 사용함과 함께 각종 단열 수단을 부가하여 제작함으로써, 경량화를 실현하면서, 열저항을 높여 냉시동 특성을 향상시킬 수 있고, 적절한 강성을 보유하여 고른 스택 면압을 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 엔드플레이트 구조를 설명하는 종단면도 및 횡단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 엔드플레이트 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 6 및 도 7은 허니콤-폼 심재의 물성치를 설명하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 면재 20 : 심재
21 : 허니콤 22 : 폼
23 : 셀 공간
24 : 단열층(이산화탄소층 또는 에어로젤 시트)
26 : 구멍 28 : 열가소성 플라스틱 물질
30 : 진공백 40 : 접착제

Claims (11)

  1. 허니콤의 각 셀내에 폼이 내재된 심재와, 이 심재를 감싸며 접착된 면재를 포함하는 연료전지 스택용 엔드플레이트에 있어서,
    상기 허니콤의 각 셀내에 내재되는 폼은 발포된 폼 또는 폐쇄형 셀로 이루어진 폼으로 채택되고, 상기 허니콤 또는 폼에 단열수단을 포함시킨 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 단열수단은,
    상기 허니콤 또는 폼의 겉면에 도포되어 경화시킨 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 단열수단은,
    상기 허니콤의 각 셀내에서 폼이 발포될 때, 폼에 주입되는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 단열수단은,
    상기 허니콤의 각 셀 내부에서 그 상부 및 하부에 폐쇄형 셀로 이루어진 폼이 내재될 때, 상부 및 하부에 내재되는 폼 사이에 놓이는 이산화탄소 가스층 또는 에어로젤 시트인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 단열수단은,
    상기 허니콤의 각 셀 벽면에 형성되는 다수의 작은 구멍과,
    상기 구멍을 통해 허니콤내에 채워진 폼에 제공되는 진공제공수단과,
    가열에 의하여 녹으면서 상기 구멍에 채워지는 열가소성 플라스틱 물질,
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트.
  6. 허니콤의 위에 발포된 상태의 폼 재료를 올려 놓는 다음 프레스를 이용하여 상기 폼에 압력을 가하는 동시에 허니콤의 각 셀내에 폼이 압입되도록 하거나, 상기 허니콤의 각 셀내에서 폼 재료를 발포시켜, 상기 허니콤의 각 셀내에 폼이 발포된 상태로 채워지도록 하여 이루어지는 심재 제작 단계와;
    상기 심재의 전체표면 또는 일부표면를 감싸는 면재 접착 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 허니콤 또는 폼에 수지를 도포하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 폼 재료의 발포시, 이산화탄소를 폼 재료에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 프레스에 의하여 허니콤의 각 셀 공간에 압입되는 폼은 폐쇄형 셀로 이루어진 폼으로서, 이 폐쇄형 셀로 이루어진 폼은 허니콤의 각 셀 공간에 상하로 배치되되, 그 사이에 이산화탄소 가스층을 형성시키거나 에어로젤 시트를 삽입하여 단열층을 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 심재는 허니콤의 각 셀내에 폼이 내재되는 동시에 각 셀의 벽면에 다수 의 작은 구멍들이 형성되고, 모서리 부분의 셀 벽면에 열가소성 플라스틱 물질이 배치된 구조로서, 이 심재를 진공 포장하여 심재의 폼 내부를 진공으로 만들어주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 열가소성 플라스틱 물질이 녹으면서 상기 허니콤에 형성된 작은 구멍을 막아줄 수 있도록 상기 진공 포장된 심재를 가열하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 엔드플레이트의 제조 방법.
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DE102008043827A DE102008043827A1 (de) 2008-05-13 2008-11-18 Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Herstellung
US12/276,953 US20090286134A1 (en) 2008-05-13 2008-11-24 End plate for fuel cell stack and method for manufacturing the same
CN200810179133.4A CN101582507B (zh) 2008-05-13 2008-11-25 燃料电池组用端板及其制造方法

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101304946B1 (ko) * 2011-08-18 2013-09-06 현대자동차주식회사 차량용 배터리패드 제조 방법
KR101379323B1 (ko) * 2013-02-01 2014-03-31 한국과학기술원 레독스 흐름 전지용 엔드플레이트
KR20160015052A (ko) * 2014-07-30 2016-02-12 한국과학기술원 전지용 복합 엔드플레이트 구조물
KR20210014707A (ko) * 2021-01-20 2021-02-09 신한정공주식회사 엔드 플레이트 제조방법 및 그로써 제조된 엔드 플레이트

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9029033B2 (en) * 2010-10-08 2015-05-12 GM Global Technology Operations LLC Composite end cell thermal barrier with an electrically conducting layer
DE102011076583A1 (de) * 2011-05-27 2012-11-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeichermodul aus mehreren insbesondere prismatischen Speicherzellen und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichermoduls
DE102012010994A1 (de) 2012-06-02 2013-12-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Endplatte für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102012218686A1 (de) * 2012-10-15 2014-04-17 Zf Friedrichshafen Ag Bauteil für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs
CN103022540A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 新源动力股份有限公司 一种-20℃快速启动质子交换膜燃料电池系统
KR101407314B1 (ko) * 2012-12-14 2014-06-13 엘지디스플레이 주식회사 디스플레이 장치
CA2903277C (en) * 2013-03-12 2021-06-15 Next Hydrogen Corporation End pressure plate for electrolysers
DE102013206334A1 (de) * 2013-04-10 2014-10-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem
JP6008202B2 (ja) * 2013-05-29 2016-10-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
US10297802B2 (en) * 2013-09-05 2019-05-21 Gm Global Technology Operations Llc. Fuel cell stack sealing methods, apparatus, and systems
US10581041B2 (en) * 2017-10-24 2020-03-03 Ford Global Technologies, Llc Battery array plate assembly with pressure retention pad
US10724432B2 (en) * 2017-11-07 2020-07-28 General Electric Company Integrated fuel cell and engine combustor assembly
DE102018200847A1 (de) * 2018-01-19 2019-07-25 Audi Ag Brennstoffzellensystem mit verbesserten Gasdiffusionsschichten sowie Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem
JP2019129032A (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 株式会社東芝 燃料電池、及び燃料電池の組み立て方法
US10850474B2 (en) * 2018-01-23 2020-12-01 Textron Innovations Inc. Large cell carbon core sandwich panel and method of manufacturing same
CN110323379B (zh) * 2018-03-30 2022-09-27 本田技研工业株式会社 电池模块以及端板的制造方法
EP3683406B1 (en) * 2019-01-18 2023-11-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Abradable hybrid material, particularly for seal elements in gas turbines, and manufacturing method thereof
KR102359588B1 (ko) 2021-01-05 2022-02-09 현대자동차주식회사 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 연료전지 스택
US20220359901A1 (en) * 2021-05-09 2022-11-10 Bell Textron Inc. Lightweight fuel cell stack end plate

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3970324A (en) * 1973-03-05 1976-07-20 American Marine Industries, Inc. Foam-filled, cellular structural product
US4964936A (en) 1988-10-11 1990-10-23 Imi-Tech Corporation Method of making foam-filled cellular structures
US5002841A (en) * 1990-01-10 1991-03-26 Globe-Union Inc. Composite end block for a battery
US5114807A (en) * 1990-04-30 1992-05-19 California Institute Of Technology Lightweight bipolar storage battery
US5834082A (en) * 1992-05-04 1998-11-10 Webcore Technologies, Inc. Reinforced foam cores and method and apparatus of production
US5308718A (en) 1993-01-15 1994-05-03 Globe-Union Inc. End block constructions for batteries
DE69505381T2 (de) * 1994-06-24 1999-04-08 Ici Plc Geschäumte formteile aus styrol - und acryl - polymer - zusammensetzung
US5996297A (en) * 1998-02-04 1999-12-07 H.K. Composites, Inc. Connectors and brackets used in making insulated composite wall structures
US6872270B2 (en) * 2001-04-19 2005-03-29 Textile Rubber & Chemical Co. Bubble pack cushioned composite, method of making and article made therefrom
TWI226350B (en) * 2002-12-26 2005-01-11 Ind Tech Res Inst Open-cell microcellular polystyrene foams and method for making the same
CA2510402A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-29 Gencell Corporation Fuel cell end plate
US7955739B2 (en) * 2005-03-11 2011-06-07 Bdf Ip Holdings Ltd. Shutdown methods and designs for fuel cell stacks
GB0519807D0 (en) 2005-09-28 2005-11-09 Welding Inst Fuel cell assembly

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101304946B1 (ko) * 2011-08-18 2013-09-06 현대자동차주식회사 차량용 배터리패드 제조 방법
KR101379323B1 (ko) * 2013-02-01 2014-03-31 한국과학기술원 레독스 흐름 전지용 엔드플레이트
KR20160015052A (ko) * 2014-07-30 2016-02-12 한국과학기술원 전지용 복합 엔드플레이트 구조물
KR20210014707A (ko) * 2021-01-20 2021-02-09 신한정공주식회사 엔드 플레이트 제조방법 및 그로써 제조된 엔드 플레이트

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