KR20110062676A - 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법 - Google Patents

연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110062676A
KR20110062676A KR1020090119465A KR20090119465A KR20110062676A KR 20110062676 A KR20110062676 A KR 20110062676A KR 1020090119465 A KR1020090119465 A KR 1020090119465A KR 20090119465 A KR20090119465 A KR 20090119465A KR 20110062676 A KR20110062676 A KR 20110062676A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
amorphous carbon
carbon layer
metal
fuel cell
separator
Prior art date
Application number
KR1020090119465A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101209791B1 (ko
Inventor
김세훈
양유창
백석민
안승균
유승을
구영모
김명환
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
자동차부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사, 자동차부품연구원 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020090119465A priority Critical patent/KR101209791B1/ko
Priority to US12/880,413 priority patent/US20110135812A1/en
Priority to CN2010102999727A priority patent/CN102088097A/zh
Publication of KR20110062676A publication Critical patent/KR20110062676A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101209791B1 publication Critical patent/KR101209791B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 높은 전기전도성 및 전기화학적 내식성을 가지도록 처리되는 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법에 관한 것으로,
표면에 아몰퍼스 카본층을 가지되, 열처리를 통해 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이도록 된 연료전지용 금속분리판과,
분리판 모재의 표면에 아몰퍼스 카본층을 형성하고, 열처리를 통해 상기 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법을 제공한다.
이에 본 발명은 연료전지용 분리판에 요구되는 가용 조건을 만족시키는 금속분리판을 제공함으로써, 기존 금속분리판의 전기화학적 부식성을 보완하게 되어 연료전지의 장기 구동시 금속분리판에서 발생하는 금속산화물의 생성 및 부식을 억제하고, 연료전지의 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
연료전지, 금속분리판, 표면처리, 아몰퍼스 카본, 열처리, 레이저 빔

Description

연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법{Metal separator of fuel cell and method for treating surface of the same}
본 발명은 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 전기전도성 및 전기화학적 내식성을 가지도록 처리되는 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 스택에서 분리판은 애노드(anode)와 캐소드(cathode)에 연료인 수소 및 공기 또는 산소를 공급하고, MEA(Membrane electrode assembly)와 지지체 및 애노드에서 생성된 전자를 캐소드 쪽으로 전도하며, 전기발생으로 인해 생성된 물 및 열을 제거하는 역할을 한다.
이러한 분리판은 통상 연료전지에 사용되기 위하여 우수한 전기전도도와 열전도도 및 뛰어난 화학적 특성, 그리고 낮은 수소투과성 등의 특성이 요구된다.
현재 사용 중인 분리판은 요구되는 특성을 만족시키기 위하여 흑연(graphite) 소재를 이용하고 있으나, 이는 CNC 가공을 통해 제조됨으로 인해 제 조단가가 스택 구성품 중 가장 높은 단점이 있다.
이러한 흑연 소재를 대체하기 위하여 연료전지용 분리판은 크게 탄소복합재 분리판과 금속분리판으로 개발되고 있다.
상기 탄소복합재 분리판은 카본/카본 복합재(Carbon/carbon composite), 카본 폴리머 복합재(carbon polymer composite), 익스팬디드 카본(expanded carbon) 등을 이용하여 제조될 수 있고, 상기 금속분리판은 금속 합금(Metal alloy)을 원소재로 하고, 메탈 시트(metal sheet)나 메탈 포옴(metal foam)의 형태로 가공하여, 팔라듐(Pd), 금(Au), 질화크롬(CrN), 질화티타늄 코티드 메탈(TiN coated metal) 등을 이용한 표면처리를 통하여 제조될 수 있다.
이 중 금속분리판은 우수한 기리적 특성에도 불구하고 전기화학적 부식으로 인한 금속이온의 용출이 발생하며, 이러한 금속이온의 용출은 MEA를 오염시켜 이온전도도의 감소를 유발하고, GDL(Gas diffusion layer) 내부에서의 산화물 형성을 야기시켜 전극으로의 가스 침투를 방해함으로써 연료전지의 성능을 감소시킨다. 또한, 금속분리판의 표면에 비전도성 부동태 피막을 성장시켜 분리판과 GDL 간의 접촉저항을 상승시켜 연료전지 성능에 치명적인 영향을 준다.
이를 방지하기 위하여 금속분리판의 표면처리를 통한 고내식성 및 산화 피막 생성 억제력의 확보가 시급한 실정이다.
이에 금속분리판의 전기화학적 부식으로 인해 초래되는 현상을 방지하기 위하여 다양한 표면처리 기술들이 적용되고 있으며, 특히 금속분리판의 표면을 질화 처리(Cr-TiN이나 CrN 이용)하여 표면처리하거나, 또는 STS 계열을 개선시킨 금속합 금이 개발되고 있다.
금속분리판 등의 표면처리를 위한 질화처리 기술은 국내외적으로 많이 사용되고 있으나, 금속분리판의 전기화학적 부식에 따른 문제점으로 인하여 만족할 만한 내구성을 확보하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 내부식성 및 내화학성을 확보하기 위하여 표면에 아몰퍼스 카본(Amorphous Carbon)층을 형성하고 열처리 또는 레이저 빔 조사를 통해 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 증대시킨 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 표면에 아몰퍼스 카본층을 가지되, 열처리를 통해 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판을 제공한다.
또한, 본 발명은 분리판 모재의 표면에 아몰퍼스 카본층을 형성하고, 열처리를 통해 상기 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법도 제공한다.
본 발명은 내부식성 및 내화학성이 우수한 아몰퍼스 카본층을 코팅하고, 이 아몰퍼스 카본층의 열처리를 통해 전기전도성을 부여하여 연료전지용 분리판에 요 구되는 가용 조건을 만족시키는 금속분리판을 제공할 수 있다.
이에 따라, 기존 금속분리판의 전기화학적 부식성을 보완하게 됨으로 인해 연료전지의 장기 구동시 금속분리판에서 발생하는 금속산화물의 생성 및 부식을 억제하고, 이에 연료전지의 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
주지된 바와 같이, 탄소는 지구 상에 현존하는 원소 중 가장 많이 존재하는 원소의 하나로 유기물과 무기물의 경계를 결정짓는 역할을 하며 주기율표상에서 4족에 속하며 내각(Inner shell)에 전자를 가지지 않는 유일한 원소로서, 같은 족에 속하는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과는 매우 다른 특성을 보여준다.
즉, 탄소는 sp3, sp2 그리고 sp1 의 결합이 모두 가능한 유일한 4족의 원소로서, 그 결합 구조에 따라 전기적 초전도체인 풀러린(fullerene, C60)부터 절연체(다이아몬드)에 이르기까지, 그리고 저경도 흑연으로부터 초고경도의 다이아몬드에 이르는 매우 다양한 물리화학적 특성을 가진다.
이러한 탄소의 결합은 열역학적으로 가장 안정된 상태에서 흑연(100%의 sp2 결합을 이룸) 구조를 이루며, 고온 고압의 조건에서 준안정 상태의 다이아몬 드(100%의 sp3 결합을 이룸) 구조를 이루기도 한다.
그 중 합성온도가 매우 낮아 상온에서의 합성이 가능한 아몰퍼스 카본은 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 흑연 구조와 절연성을 가지게 하는 sp3 의 다이아몬드 구조가 혼합된 형태를 이루는 것으로, 다이아몬드와 매우 유사한 높은 경도와 내마모성, 윤활성, 전기적 절연성, 화학적 안정성 및 광투과성 등의 물리화학적 특성을 보유한 탄소의 비정질 화합물로서, 합성을 위하여 CH4, C2H2 그리고 C6H6 등의 탄화수소를 이용한다.
이러한 아몰퍼스 카본은 sp3 및 sp2 의 분율에 따라서 전기전도성이 큰 차이를 보이며, 일반적으로 전기적인 절연성을 가짐으로 인해 104 ~ 1014 Ωcm 의 높은 비저항(접촉저항) 값을 보인다.
이에 본 발명은 연료전지용 금속분리판의 표면을 아몰퍼스 카본으로 코팅하되, 열처리나 레이저 빔 조사 등을 통해 전기전도성을 부여하여 전도성의 아몰퍼스 카본층을 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판의 표면처리과정을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열처리 전후 아몰퍼스 카본층의 탄소 결합 구조의 변화를 도시한 비교도이다.
본 발명에 따른 금속분리판이 연료전지용 분리판으로서의 조건을 만족하기 위해서는 높은 전기전도성 및 우수한 전기화학적 내식성을 가지도록 해야 하는 바, 아몰퍼스 카본은 전기화학적 내식성은 우수하므로 본 발명에 따른 표면처리방법을 통해 아몰퍼스 카본층의 전기전도성을 증대시키도록 한다.
이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 표면처리되지 않은 금속분리판(이하, '분리판 모재'라고 함)의 표면을 세척하여 산화층을 제거한 다음, 건식코팅방법을 이용하여 상기 분리판 모재에 아몰퍼스 카본층(혹은 다이아몬드상 카본 박막)을 형성한다.
상기 분리판 모재의 산화층 제거를 위한 표면 세척은 산성 용액을 이용한 습식 방법이나 이온 에칭법을 이용한다.
일반적으로 아몰퍼스 카본층의 합성을 위하여 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 이온 플레이팅(ion plating), 스퍼터링(sputtering), 레이저 애블레이션(laser ablation), 여과 진공 아크(filtered vacuum arc) 등의 여러 가지 장비를 사용한 건식코팅방법이 사용되고 있다.
그 중 RF-PECVD나 이온 플레이팅 등에서는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 벤젠(C6H6) 등과 같은 탄화수소 계열의 가스(gas)를 사용하며, 스퍼터링이나 레이저 애블레이션 그리고 여과 진공 아크 등에서는 고상의 카본 타겟(target)을 사용하고 있다.
그리고, 분리판 모재의 표면에 치밀한 아몰퍼스 카본층을 합성하기 위해서는 카본 이온이 박막성장표면(아몰퍼스 카본층이 형성되는 분리판 모재의 표면)에 바이어스 전압 50 ~ 500eV의 에너지를 가지고 충돌하도록 하는 것이 바람직하다.
다음, 분리판 모재에 코팅된 아몰퍼스 카본층에 높은 전기전도도를 부여하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 아몰퍼스 카본층에 혼재되어 있는 다이아몬드 구조(sp3)를 흑연 구조(sp2)로 변경한다.
이를 위하여 질소(N2)와 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체를 혼합하여 이루어진 분위기에서 아몰퍼스 카본층을 500℃ 이상의 온도로 열처리하여 전기전도성을 부여한다.
이때, 열처리 온도가 높아질수록 아몰퍼스 카본층 내에 sp2 의 분율이 높아지게 되어 상기 아몰퍼스 카본층이 높은 전기전도성을 가지게 되며, 만약 500℃ 미만의 온도에서 아몰퍼스 카본층을 열처리하게 되면 분리판으로서의 충분한 전기전도성을 가지지 못하므로 바람직하지 못하다.
상기와 같은 조건에서의 열처리를 통해 분리판 모재의 표면에 높은 전기전도성 및 우수한 전기화학적 내식성을 가지는 아몰퍼스 카본층이 형성된다.
이러한 아몰퍼스 카본층은 분리판 모재의 표면에 생성시 비정질의 고상 박막 형태로 합성되는 바, 합성 시 발생하는 높은 잔류응력으로 인하여 합성두께에 제약을 받게 되며, 이에 그 합성방법에 따라 다르나 수 ㎛ 이상 두께의 합성 시에는 스스로 파괴되는 양상을 가진다.
이에 본 발명에서 아몰퍼스 카본층은 2㎛ 이하의 두께로 생성하는 것이 바람 직하며, 상기 아몰퍼스 카본층을 2㎛ 이하의 두께로 합성하기 위하여, 코팅 시간과 바이어스 전압을 적절히 조절한다.
도 3은 일반적인 분리판을 개략적으로 도시한 구조도이다.
분리판 모재에 표면처리된 아몰퍼스 카본층의 전도성을 높이기 위한 방법으로는 전술한 열처리 방법 외에 레이저 빔 조사 방법이 있다.
금속분리판을 열처리하여 전도성을 높일 경우, 전체 표면을 흑연 구조로 변환시켜 탄화시키게 되는 반면, 레이저 빔을 조사하여 전도성을 높일 경우, 금속분리판의 선택된 부분, 예를 들어 도 3에서 금속분리판의 반응부만을 흑연 구조로 변환시킬 수 있다.
또한, 레이저 빔 조사를 통해 아몰퍼스 카본층에 전도성 처리를 할 경우, 레이저 빔의 조사 시간이나 강도 등을 조정하여 아몰퍼스 카본층의 탄화 두께를 조절하는 것이 가능하다.
금속분리판 중 전기전도도가 필요한 반응부에만 선택적으로 레이저 빔을 조사하는 공정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 주지된 바에 따라 수행할 수 있으므로 생략한다.
이렇게 레이저 빔을 이용하여 아몰퍼스 카본층에 전도성을 부여하게 되면, 금속분리판 중 전기전도성이 필요한 반응부에 코팅되어 있는 아몰퍼스 카본만을 탄화시켜 흑연 구조로 변환시키고, 높은 절연성이나 강한 내부식성을 필요로 하는 매니폴드부나 외곽부는 아몰퍼스 카본층의 다이아몬드 구조를 유지시켜 연료전지 분리판의 선택적 표면처리가 가능하게 되며, 이에 성능과 내구성을 모두 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예와 실험예에 대해 설명한다.
첨부한 도 4는 본 발명의 실험예에 따른 금속분리판 시편의 계면접촉저항 측정치를 도시한 그래프이다.
실시예
질산과 염산의 혼합액을 이용하여 STS 소재로 이루어진 분리판 모재의 표면을 세척하여 분리판 모재의 산화층을 제거하였다.
다음, PECVD 코팅법을 이용하여 분리판 모재에 아몰퍼스 카본층을 생성하여 금속분리판 시편을 제작하였다.
금속분리판 시편은 모두 6개로 제작하였고, 질소 및 아르곤이 혼합된 불활성 분위기에서 각각의 시편을 300℃, 400℃, 500℃ , 550℃, 600℃, 700℃ 의 온도에서 열처리하였다.
실험예
상기 실시예에서 열처리한 각각의 금속분리판 시편에 대한 계면접촉저항을 압축력에 따라 측정하였다.
그리고, 아몰퍼스 카본층을 코팅하지 않은 스테인리스 스틸(STS) 소재의 분리판 모재와 흑연(Graphite)분리판의 계면접촉저항을 압축력에 따라 측정하였다.
계면접촉저항은 분리판과 GDL 사이에 발생하는 계면저항으로, 우수한 계면접촉저항을 가진 분리판은 애노드에서 생성된 전자를 캐소드 측으로 손실없이 원활하게 이동시킬 수 있다.
따라서, 계면접촉저항의 값이 감소되도록 하면 분리판의 전기전도성을 증대시킬 수 있다.
이에 본 발명의 실험예에서 각각의 금속분리판 시편 및 흑연분리판과 분리판 모재의 계면접촉저항을 측정하였으며, 그 측정 결과를 도 4에 도시하였고, 하기 표 1에 정량적 측정치를 나타내었다.
Figure 112009074883362-PAT00001
도 4에 도시된 바와 같이, 700℃로 열처리된 금속분리판 시편의 경우 흑연분리판과 동등한 계면접촉저항을 보여주고 있고, 550℃ 이상의 온도에서 열처리된 금속분리판 시편의 계면접촉저항은 연료전지 분리판으로서의 가용 수준인 10 mΩcm2 이하로 측정되었으며, 500℃에서 열처리된 금속분리판 시편은 STS 모재(STS 소재의 분리판 모재)와 동등한 계면접촉저항을 보여주고 있다.
이에 아몰퍼스 카본층에 전도성을 부여하기 위한 금속분리판의 열처리 온도는 500℃ 이상이 적합한 것을 알 수 있다.
그리고, 금속분리판의 열처리 온도가 높아질수록 계면접촉저항이 감소하는 것으로 보아 아몰퍼스 카본층 내에 sp2 의 분율이 높아짐을 짐작할 수 있다.
도 5는 본 발명의 표면처리과정에 따른 금속분리판의 표면을 보여주는 사진으로, (a)는 분리판 모재의 표면을 나타내고, (b)는 아몰퍼스 카본층이 형성된 금속분리판의 표면을 나타내며, (c)는 600℃의 온도에서 열처리된 금속분리판의 표면을 나타낸다.
상기와 같이 본 발명은 금속분리판을 표면처리함에 있어서 분리판 모재의 표면에 내부식성 및 내화학성이 우수한 아몰퍼스 카본층을 코팅하고, 아몰퍼스 카본층을 코팅한 금속분리판을 500℃ 이상의 온도 조건에서 열처리하여 탄화시킴으로써 전기전도성을 부여하여, 연료전지용 분리판으로서 요구되는 가용 수준을 만족시키는 금속분리판을 제공할 수 있다.
이에 본 발명은 기존 금속분리판의 전기화학적 부식성을 보완하여 연료전지의 장기 구동시 금속분리판에서 발생하는 금속산화물의 생성 및 부식을 억제하고, 이에 연료전지의 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판의 표면처리과정을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열처리 전후 아몰퍼스 카본층의 탄소 결합 구조의 변화를 도시한 비교도
도 3은 일반적인 분리판을 개략적으로 도시한 구조도
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 금속분리판 시편의 계면접촉저항 측정치를 도시한 그래프
도 5는 본 발명의 표면처리과정에 따른 금속분리판의 표면을 보여주는 사진

Claims (10)

  1. 표면에 아몰퍼스 카본층을 가지되, 열처리를 통해 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  2. 표면에 아몰퍼스 카본층을 가지되, 레이저 빔 조사를 통해 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층의 두께는 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  4. 분리판 모재의 표면에 아몰퍼스 카본층을 형성하고, 열처리를 통해 상기 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이는 것을 특 징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  5. 분리판 모재의 표면에 아몰퍼스 카본층을 형성하고, 레이저 빔 조사를 통해 상기 아몰퍼스 카본층을 탄화시켜 전기전도성을 가지게 하는 sp2 의 분율을 높이는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층의 열처리 온도는 500℃ 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층의 두께를 2㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층을 질소와 아르곤을 혼합한 불활성 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층에 레이저 빔 조사시, 아몰퍼스 카본층의 선택된 부분에만 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
  10. 청구항 5 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 아몰퍼스 카본층에 레이저 빔 조사시, 레이저 빔의 조사 시간이나 조사 강도를 조정하여 상기 아몰퍼스 카본층의 탄화 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판의 표면처리방법.
KR1020090119465A 2009-12-04 2009-12-04 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법 KR101209791B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090119465A KR101209791B1 (ko) 2009-12-04 2009-12-04 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법
US12/880,413 US20110135812A1 (en) 2009-12-04 2010-09-13 Metal separator for fuel cell and method for treating surface of the same
CN2010102999727A CN102088097A (zh) 2009-12-04 2010-09-30 用于燃料电池的金属隔板和处理该金属隔板的表面的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090119465A KR101209791B1 (ko) 2009-12-04 2009-12-04 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110062676A true KR20110062676A (ko) 2011-06-10
KR101209791B1 KR101209791B1 (ko) 2012-12-10

Family

ID=44082295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090119465A KR101209791B1 (ko) 2009-12-04 2009-12-04 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110135812A1 (ko)
KR (1) KR101209791B1 (ko)
CN (1) CN102088097A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180082234A (ko) * 2017-01-10 2018-07-18 한국타이어 주식회사 다공성 연료전지 분리판 및 이의 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8598593B2 (en) * 2011-07-15 2013-12-03 Infineon Technologies Ag Chip comprising an integrated circuit, fabrication method and method for locally rendering a carbonic layer conductive
JP5973790B2 (ja) * 2012-05-28 2016-08-23 株式会社中山アモルファス 耐食性、導電性、成形性に優れた薄板およびその製造方法
TWI464952B (zh) * 2012-10-03 2014-12-11 Ind Tech Res Inst 雙極板製造方法
KR20140122114A (ko) * 2013-04-09 2014-10-17 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판 및 이의 제조방법
CN109860649B (zh) * 2019-01-17 2022-02-08 上海大学 一种用于燃料电池的含渗碳层的隔板的制备方法
CN111964991A (zh) * 2020-08-13 2020-11-20 上海交通大学 基于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4134315B2 (ja) * 2003-01-14 2008-08-20 独立行政法人産業技術総合研究所 炭素薄膜及びその製造方法
US7327374B2 (en) * 2003-04-30 2008-02-05 Byong Mok Oh Structure-preserving clone brush

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180082234A (ko) * 2017-01-10 2018-07-18 한국타이어 주식회사 다공성 연료전지 분리판 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN102088097A (zh) 2011-06-08
US20110135812A1 (en) 2011-06-09
KR101209791B1 (ko) 2012-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101209791B1 (ko) 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법
RU2472257C1 (ru) Электропроводный узел и топливный элемент с полимерным электролитом с его использованием
CN110684946B (zh) 一种金属双极板高导电耐蚀防护涂层及其制备方法与应用
TWI428474B (zh) 鑽石電極以及鑽石電極的製造方法
WO2021259046A1 (zh) 一种Cr-Al-C系MAX相涂层的制备方法及其应用
JP5833587B2 (ja) ステンレス鋼を母材とする耐食性及び伝導性ナノカーボンコーティング方法及びそれによる燃料電池分離板の製造方法
CN113235062B (zh) 一种max相多层复合涂层及其制备方法与应用
EA024612B1 (ru) Способ получения батареи топливных элементов
KR101000697B1 (ko) 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면층 형성 방법
JP2010248572A (ja) チタン系材料、その製造方法及び燃料電池用セパレータ
JP2011198764A (ja) 燃料電池用金属分離板及びその製造方法
WO2023284596A1 (zh) 高导电耐蚀长寿命max相固溶复合涂层、其制法与应用
RU2660484C1 (ru) Титановый продукт, сепаратор и топливный элемент с протонообменной мембраной, а также способ производства титанового продукта
CN114481048A (zh) 高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用
KR20100127577A (ko) 그라핀이 코팅된 연료전지용 분리판 및 이의 제조방법
KR101413144B1 (ko) 내부식 및 내구성 향상을 위한 다층보호막이 증착된 연료전지용 금속분리판의 증착방법
JP2018104806A (ja) チタン材、セパレータ、セル、および固体高分子形燃料電池
CN114231925A (zh) 一种燃料电池金属双极板复合涂层及其制备方法
CN112820890B (zh) 一种防腐导电涂层制备方法、结构以及燃料电池极板
KR100897323B1 (ko) 플라즈마 화학기상증착과 물리기상증착을 복합한 박막 코팅방법
KR100917610B1 (ko) 고체산화물 연료전지용 금속연결재의 코팅방법
CN116855900A (zh) 一种改性碳基复合涂层及制备方法、双极板
CN109301259B (zh) 一种质子交换膜燃料电池双极板及其制备方法
KR102496792B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 연료전지용 분리판의 코팅 방법
CN115411285A (zh) 一种含有防腐薄膜的燃料电池双极板及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee