KR20120022145A - 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 막 전극 접합체의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 핫 프레스(Hot Press)의 상부 기판 및 하부 기판 사이에서, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)의 양측 매니폴더(manifold)를 관통하도록 형성되어, 막 전극 접합체를 적층 위치로 안내하여 위치 고정하도록 형성된 지그부와, 핫 프레스의 하부 기판 상에 구비되어, 막 전극 접합체를 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 막 전극 접합체 흡착부와, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면에 각각 구비되어, 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)을 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 가스확산층 흡착부와, 막 전극 접합체 및 한 쌍의 가스확산층을 개별적으로 흡착한 후, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 적층 위치까지 운반하도록 형성된 이송부를 포함한다.

Description

막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING FUEL CELL HAVING MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND GAS DIFFUSION LAYER IMPROVED STACK PRECISION, QUALITY AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly) 및 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 상호 간의 적층 정밀도를 향상시킴과 동시에, 개별적인 운반 시에도 각 부재의 품질 손상을 방지하여, 더 나은 성능 및 품질을 갖는 연료전지를 제조할 수 있는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 기술이다.
석유 자원으로 인한 환경 공해 및 석유 자원의 고갈에 따른 에너지 문제를 해결하기 위하여 현재 많은 시도가 이루어지고 있다. 풍력, 태양열, 조력 등 많은 자연 자원을 이용하려는 시도가 있지만, 효율이 극히 낮다는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결할 현실적인 대안 중의 하나가 수소 에너지의 사용이다.
그리고 수소를 가장 효율적으로 활용할 수 있는 에너지 기술은 연료전지이다. 그러나 연료전지는 다른 석유 대체 에너지 기술보다 효율은 높지만 상용화를 위해서는 성능 향상을 위한 연구개발이 절실히 요구된다.
연료전지(Fuel Cell)란, 연료를 전기화학적으로 산화하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 장치이다.
전기화학적 산화와 환원 반응을 이용한다는 점은 일반적인 이차전지와 비슷하지만, 연료를 계속 공급할 경우 충전이라는 작업 없이 연속적으로 전기를 발생할 수 있는 것이 이차전지와 매우 큰 다른 특성이다.
연료전지는 이용되는 전해질의 종류에 따라 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell), 인산 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 나눠진다.
이 중에서 고분자전해질 연료전지는 높은 효율, 높은 출력밀도(Power Density), 빠른 응답속도 그리고 비교적 낮은 온도(10~150℃)에서 운전할 수 있어서 주택용, 휴대용, 자동차용 등의 전원으로 이용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
특히 자동차용 연료전지의 경우, 내연기관, 이차전지, 하이브리드 시스템에 비해 연비가 1.5에서 3배 정도 높을 뿐만 아니라, CO2를 비롯하여, NOx나 SOx 등의 오염물질 배출이 거의 없어서, 온실효과나 환경오염에 의해 야기되는 많은 문제점을 해결할 수 있다.
연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 전기에너지로 변환시킨다.
즉, 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는데, 공기극(Cathode)에서는 산소 환원반응이, 연료극(Anode)에서는 수소의 산화반응이 전기화학적으로 진행된다.
전체적인 연료전지의 반응은 물의 전기분해 역반응으로서, 이 과정에서 전기를 비롯하여, 열, 물이라는 세가지 생산물이 생성된다.
그리고 이러한 연료전지는, 이러한 연료전지는, 고분자전해질 막과 전극(연료극, 공기극), 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 분리판(Separator)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
특히, 연료극과 공기극, 이 두 전극을 고분자전해질 막에 부착시킨 것을 고분자전해질 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly, 이하 '막 전극 접합체'라 함)라 부르며, 막 전극 접합체가 가스확산층 및 분리판 사이에 삽입되어 단위전지(Unit Cell)로 제조된다.
그리고 하나의 연료전지 스택은, 상기의 막 전극 접합체 하나와, 가스확산층 및 분리판 각각이 한 쌍을 이루는 단위전지가 반복적으로 적층되어 제조된다.
조성 성분이 동일한 촉매잉크(Catalyst ink)로 단위면적당 함침시킨 촉매 함량 또한 동일하다는 가정하에 연료전지 스택의 출력 용량은, 막 전극 접합체 상의 활성 면적(Active Area)과 단위전지의 적층 숫자에 따라 결정되는데, 상기의 활성 면적이 커질 경우, 스택의 전류가 커질 수 있으며, 단위전지의 적층 숫자가 증가될 경우, 스택의 전압이 커질 수 있다.
막 전극 접합체는, 고분자전해질 막, 연료극, 공기극으로만 이루어진 3-layer 형태, 상기 3-layer 형태에 가스확산층 두 장이 더해진 상태인 5-layer 형태 및 상기 5-layer 형태에 개스킷(Gasket)까지 덧붙여진 7-layer 형태로 주로 제작된다.
이러한 막 전극 접합체의 제조 방법은, 촉매를 코팅하는 방법에 따라 크게 두 가지로 나눠지는데, 전해질 막에 직접 코팅하는 CCM(Catalyst Coated Membrane) 방법과, 가스확산층에 촉매를 코팅한 후 핫 프레스(Hot Press) 공정으로 막 전극 접합체를 제작하는 CCG(Catalyst Coated Gas diffusion media) 방법이 그것이다.
여기서, 막 전극 접합체 및 가스확산층은 연료전지의 성능을 결정짓는 가장 핵심적인 구성요소들로서, 연료전지 스택 제조 시 상호 간의 적층 결합 방법 또한 연료전지의 성능을 향상시키는 데에 중대한 부분을 차지한다.
먼저, 막 전극 접합체의 전해질 막은, 그 재질로서 이온전도성 고분자를 이용한다. 이러한 재질은 높은 이온전도도는 물론, 100% 가습 조건에서 높은 기계적 강도를 가질 수 있어야 하며, 낮은 기체투과도와, 높은 열/화학적 안정성이 요구된다.
그리고 막 전극 접합체의 공기극 및 연료극을 구성하는 촉매층은 주로 백금(Pt)과 같은 귀금속이 카본 담체(擔體)에 담지되어 있는 Pt/C 형태의 촉매가 주로 이용된다.
또한, 가스확산층은, 분리판으로부터 유입되는 수소와 공기를 더욱 미세하게 확산시켜, 막 전극 접합체로 공급하는 역할을 담당하는데, 일반적으로 가공율이 높은 카본 페이퍼(Carbon Paper)나 카본 클로스(Carbon Cloth)를 그 재질로 이용한다.
다만, 이와 같은 막 전극 접합체 및 가스확산층은, 모두 박막 또는 박판 형태로 이루어져, 서로 간의 적층 성형 시 제조된 연료전지의 기계적 열화(Mechanical degradation)를 야기시킬 수 있다.
이에 해당되는 예로서, 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 위치 오차에 따라 제조된 연료전지에 기계적 열화가 야기될 수 있으며, 또 다른 예로서, 막 전극 접합체 및 가스확산층 각각의 이송 과정 중 초래될 수 있는 개별 부재 각각의 손상으로도 제조된 연료전지의 기계적 열화를 야기시킬 수 있다.
즉, 연료전지의 상업화를 앞당겨 다양한 분야에서 이러한 연료전지를 효과적으로 활용하기 위해서는, 상기에 언급한 바와 같은 연료전지의 제품 불량에 따른 기계적 열화를 최대한 억제하는 것이 가장 시급한 해결 과제라 할 수 있으며, 이를 위해선 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도를 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되는 바이다.
본 발명은, 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly) 및 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 상호 간의 적층 결합을 위해 핫 프레스(Hot Press) 가공을 실시하여 5-layer 막 전극 접합체를 제조 함으로써, 상호 간의 적층 위치 상의 오차 발생을 최대한 억제시키는 적층 정밀도 향상을 통해 더 나은 성능 및 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 막 전극 접합체 및 가스확산층을 상호 적층 성형하기 위하여, 각각을 핫 프레스 상, 하부 기판 사이로 운반함에 있어, 박막 또는 박판 형태의 각각의 부재 표면은 물론, 내부 품질에도 손상을 가하지 않도록, 각 부재를 운반 시 공기 흡입(suction) 메커니즘을 적용함으로써, 더 나은 성능 및 품질을 갖는 연료전지를 제조할 수 있는 막 전극 접합체 및 가스확산층의 상호 간 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 핫 프레스(Hot Press)의 상부 기판 및 하부 기판 사이에서, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)의 양측 매니폴더(manifold)를 관통하도록 형성되어, 상기 막 전극 접합체를 적층 위치로 안내하여 위치 고정하도록 형성된 지그부; 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 구비되어, 상기 막 전극 접합체를 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 막 전극 접합체 흡착부; 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면에 각각 구비되어, 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)을 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 가스확산층 흡착부; 및 상기 막 전극 접합체 및 상기 한 쌍의 가스확산층을 개별적으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 적층 위치까지 운반하도록 형성된 이송부;를 포함하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치를 제공한다.
이때, 상기 지그부는, 상기 핫 프레스의 하부 기판으로부터 상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더를 관통하도록 상향 돌출 형성된 돌기부; 및 상기 핫 프레스의 상부 기판 상으로 상기 돌기부를 내입시켜 끼움 결합 가능하게 형성된 요홈부;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 지그부는, 상기 핫 프레스의 하부 기판으로부터 상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더를 관통하도록 상향 돌출 형성되되, 하단에서 구속 개재된 스프링에 의해 탄지되어, 상기 핫 프레스의 상부 기판에 의한 누름 가압 시, 상기 핫 프레스의 하부 기판 내측으로 삽입 가능한 탄설 돌기를 이용할 수도 있다.
이러한 상기 지그부는, 상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더 중 서로 대각으로 형성된 매니폴더 상에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 막 전극 접합체 흡착부는, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에서의 상기 막 전극 접합체의 적층 위치에 대응하여 상기 막 전극 접합체의 테두리를 따라 흡입(suction) 기능을 발휘하는 흡입공이 복수 배치되는 형태로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 가스확산층 흡착부는, 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면 각각에서, 상기 한 쌍의 가스확산층을 적층 위치에 상호 대면하여 배치시킬 수 있도록, 상기 한 쌍의 가스확산층을 부분 삽입하여 위치 고정할 수 있는 고정홈을 구비하며, 상기 고정홈의 내면에는 상기 배치된 한 쌍의 가스확산층을 흡착하도록 흡입(suction) 기능을 발휘하는 흡입공이 복수 배치되는 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 또 하나의 사상에 따르면, (a) 하단 가스확산층을 흡착 운반하여, 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치에 흡착 고정하는 단계; (b) 막 전극 접합체를 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 상기 하단 가스확산층의 상부로 적층하여 흡착 고정하는 단계; (c) 상단 가스확산층을 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치로 흡착 고정하는 단계; (d) 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판을 상호 밀착시켜, 핫 프레스 성형 가공을 실시하여, 상기 막 전극 접합체 및 상기 상, 하단 가스확산층의 적층을 완료하는 단계;를 포함하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 하단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계; 및 (a-2) 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 상기 하단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 막 전극 접합체의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 상기 하단 가스확산층 상부로 운반하여 배치하는 단계; 및 (b-2) 상기 프레스의 하부 기판 쪽으로 흡착력을 발휘하여, 상기 막 전극 접합체의 위치를 고정하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 상단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계; 및 (c-2) 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 상기 상단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계 이후에, (e) 상기 (d) 단계에서 적층 완료된 부재를 연료극 및 공기극 사이에 개재시켜 반복 적층하는 단계; 및 (f) 상기 연료극 및 상기 공기극 사이에서 반복 적층된 부재에 대한 기밀 측정을 실시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 따르면, 촉매층(Catalyst layer) 처리된 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)의 상, 하부면 상에 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)과의 상호 간 적층 정밀도를 향상시켜 연료전지의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명의 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 따르면, 막 전극 접합체 및 가스확산층의 상호 적층을 위하여 각 부재의 운반에 있어서, 부재의 표면 및 내부 손상을 최대한 억제할 수 있는 공기 흡입(suction) 방식을 도입함에 따라 더 개선된 품질을 갖는 연료전지를 제조할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
도 1은 막 전극 접합체와 가스확산층 상호 간의 적층 형태를 모식적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치를 이용한 이송 형태를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서 상단 가스확산층의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서 핫 프레스의 상부 기판을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서 하단 가스확산층의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서 핫 프레스의 하부 기판을 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서 막 전극 접합체의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서 핫 프레스의 하부 기판에 막 전극 접합체가 적층 배치된 형태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지그부의 끼움 결합을 통해 막 전극 접합체와 한 쌍의 가스확산층이 서로 정밀하게 적층되는 모습을 구조적으로 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄설 돌기에 의해 막 전극 접합체와 한 쌍의 가스확산층이 서로 정밀하게 적층되는 모습을 구조적으로 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도,
도 12는 도 11에 도시된 단계 이후에 연료전지를 제조하기 위해 추가적으로 실시 가능한 단계를 도시한 순서도,
도 13은 도 11에 도시된 단계를 통해 적층 성형된 막 전극 접합체 및 한 쌍의 가스확산층의 단면 구조를 도시한 도면,
도 14는 도 12에 도시된 단계(ST200)를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 15는 도 12에 도시된 단계(ST300)를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 일실시예에 다른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 통해 제조된 연료전지 스택의 구조를 개략적으로 도시한 도면임.
이하, 본 발명에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 대해 설명하기에 앞서, 일반적인 연료전지의 특징과, 연료전지 스택에 포함되는 구성에 대해 간략히 설명하기로 한다.
연료전지(Fuel Cell)는, 수소와 산소가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의하여 전기에너지로 변환시키는 발전 장치이다.
즉, 연료의 산화로 인해 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 작용을 수행하는데, 연료전지의 공기극(Cathode)에서는 산소 환원반응이, 연료전지의 연료극(Anode)에서는 수소와 산화반응이 전기화학적으로 진행된다.
이러한 연료전지의 전체적인 반응은 물의 전기분해 역반응에 해당되며, 그 결과, 전기를 비롯하여, 열 그리고 물이 생성된다.
통상, 연료전지는, 공기극(Cathode) 및 연료극(Anode)이 전해질 막에 부착 형성된 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)와, 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 분리판(Separator 또는 bipolar plate)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
단위 형태 연료전지는, 막 전극 접합체가 가스확산층 및 분리판 사이에 삽입되어 제조될 수 있으며, 본 발명에서 지칭되는 연료전지 스택이란, 이러한 단위 형태 연료전지가 반복적으로 적층되어 제조될 수 있는 묶음 형태 연료전지라 볼 수 있다.
조성 성분이 동일한 촉매잉크로 단위면적당 함침시킨 촉매의 함량 또한 동일하다는 가정하에 연료전지 스택의 출력 용량은, 막 전극 접합체 상의 활성 면적(Active Area)과, 단위 형태 연료전지의 적층 개수에 따라 정해질 수 있는데, 이 중에서 활성 면적은 연료전지 스택의 전류와 관계가 있으며, 단위 형태 연료전지의 적층 개수는 전압과 관계가 있다.
특히, 연료전지를 제조할 때 그 성능 및 품질을 결정짓는 가장 핵심적 요인 중 하나가, 막 전극 접합체(MEA)와 가스확산층(GDL)의 적층 정밀도라 할 수 있을 것이다.
막 전극 접합체(MEA)는, 전해질 막과 촉매층으로 이루어지는데, 전해질 막은 이온전도성 고분자를 재질로 하며, 박판 형태의 부재로 이루어지며, 공기극 및 연료극을 구성하는 촉매층은 주로 백금(Pt) 등과 같은 귀금속이 카본 담체에 담지되어 있는 Pt/C 형태가 될 것이다.
그리고 가스확산층(GDL)은, 분리판으로부터 유입되는 수소와 공기를 미세하게 확산시켜 막 전극 접합체(MEA)로 공급하는 부재로서, 이 역시 박막 또는 박판 형태로 이루어지는데, 주로 가공율이 높은 카본 페이퍼(Carbon Paper)나 카본 클로스(Carbon Cloth) 등을 소재로 하여 제작된다.
이때, 상기 막 전극 접합체(MEA) 및 가스확산층(GDL)은, 그 부재의 형상 및 형태에 따라 상호 간의 적층 성형 시, 위치 오차가 발생할 수 있음은 물론, 적층을 위한 운반 과정 중 각 부재에 손상 또는 파손의 우려가 있다.
결과적으로, 이러한 문제점은 연료전지의 성능 및 품질을 저해하는 요인으로 작용될 수 있다.
도 1은 막 전극 접합체와 가스확산층 상호 간의 적층 형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 도시된 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)(10)는, 판상의 부재로서, 양측으로는 매니폴더(manifold)(12)라고 불리는 복수 구획된 통공이 구비되며, 내측 면상으로 촉매층(CL, Catalyst Layer)(30)이 형성된다.
이처럼 상, 하부면 상으로 촉매층(20)이 형성된 막 전극 접합체(10)는 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)(30)에 의해 적층되어 성형된다.
도 1의 (b)를 참조하면, 상기 막 전극 접합체(10)에 한 쌍의 가스확산층(30)의 적층 형성된 모습을 확인할 수 있는데, 이러한 한 쌍의 가스확산층(20)은 상기 막 전극 접합체(10)의 매니폴더(12)를 제외한 내부 영역, 즉 상기 촉매층(20)이 형성된 영역에서 적층 형성되는 형태로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치를 이용한 이송 형태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서 상단 가스확산층의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서 핫 프레스의 상부 기판을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서 하단 가스확산층의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서 핫 프레스의 하부 기판을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서 막 전극 접합체의 이송을 담당하는 이송부의 측면 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
이러한 도 2 내지 도 7은 본 발명의 구성을 개념적으로 명확하게 이해하기 위하여, 주요 특징되는 부분만을 분명하게 명시한 것으로, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 2 내지 도 7를 병행 참조하면, 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 제조 장치는, 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치로서, 이송부(130)를 제외한 주요 구성은 막 전극 접합체(10) 및 가스확산층(30)을 적층 위치로 정렬시킨 후 성형 가공을 실시하도록 구비된 핫 프레스(Hot Press)의 상, 하부 기판 상에 형성된다.
이러한 본 발명에 따른 연료전지 제조 장치는, 막 전극 접합체(10)를 적층 위치로 안내하여 위치 고정하는 지그부(예: 돌기부(113)와 요입부(103)를 포함하는 구성)와, 막 전극 접합체를 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 막 전극 접합체 흡착부(117)와, 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)을 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 각각에 해당되는 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하는 가스확산층 흡착부(104, 114)와, 막 전극 접합체 및 한 쌍의 가스확산층을 개별적으로 흡착한 후, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 적층 위치까지 운반하도록 형성된 이송부(130)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
먼저, 도 2를 참조하면, 이송부(130)를 이용하여 가스확산층(30) 및 막 전극 접합체(10)를 공기 흡입(suction) 방식으로 흡착한 후, 핫 프레스의 상부 기판(또는 하부 기판) 상의 적층 위치로 운반하는 모습을 확인할 수 있다.
이때, 이송부(130)는, 로봇 암 형태로 이동 제어 가능한 보와, 상기 보의 끝단에서 공기 흡입 기능을 발휘하는 흡입공(132)을 구비하여 가스확산층(30) 및 막 전극 접합체(10)를 흡착하여 파지하는 그립부를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다. 이때의 흡입공(132)은 운반 목적에 해당되는 부재의 표면 형상 및 무게에 대응하여 그 배치 및 개수가 정해질 수 있다.
이러한 공기 흡입 방식 이송부(130)를 통해, 연료전지의 주요 부품에 해당하는 막 전극 접합체(10) 및 가스확산층(30)의 품질 및 특성을 더욱 안정적으로 유지시킬 수 있다.
상기 이송부(130)에 의해 운반된 막 전극 접합체(10) 및 한 쌍의 가스확산층(30)은, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판으로 각각 구분되어 배치 고정될 수 있다.
막 전극 접합체(10)를 중심으로 상층부를 이루는 상단 가스확산층(도 3의 30a)은 핫 프레스의 상부 기판 내의 적층 위치에 배치 고정된다.
그리고 막 전극 접합체(10) 및 막 전극 접합체(10)를 중심으로 하층부를 이루는 하단 가스확산층(도 5의 30b)은 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치로 배치 고정된다.
이와 같은 막 전극 접합체(10) 및 한 쌍의 가스확산층(30)의 배치 구조에 의해, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판이 상호 밀착되어 가압될 경우, 정밀한 적층 형태로 성형 가공될 수 있다.
또한, 이를 위해 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면에는 상단 가스확산층(도 3의 30a) 및 하단 가스확산층(도 5의 30b)을 정확한 적층 위치로 유도하여 흡착 고정시키기 위한 가스확산층 흡착부(도 4의 104 및 도 6의 114)가 구비될 수 있다. 도 3 내지 도 7을 참조하여, 핫 프레스의 상부 기판(101) 및 하부 기판(111)의 상세한 구조를 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 핫 프레스의 상부 기판(101)의 하부면 구조를 확인할 수 있다. 도시된 바와 같이, 핫 프레스의 상부 기판(101)은, 핫 프레스의 하부 기판(111)과의 대향면 즉, 하부면 내측 중앙에서 상단 가스확산층(30a)의 흡착 고정을 위한 상단 가스확산층 흡착부(104)를 구비한다.
이러한 상단 가스확산층 흡착부(104)는, 상단 가스확산층(30a)을 부분 삽입하여 위치 고정시킬 수 있는 고정홈(105)과, 상기 고정홈의 내면 상에 복수 배치된 흡입공(106)을 포함하는 형태로 이루어진다.
여기서, 흡입공(106)이란, 도시된 바로는 원형의 홀 형상으로 이루어지나, 이러한 형태는 하나의 예시적인 것일 뿐, 본 발명은 이에 제한될 필요는 없다. 다만, 상단 가스확산층(30a)을 보다 효과적으로 흡착시켜 고정할 수 있도록, 별도 구성된 흡기 장치와 연동되어, 공기 흡입 기능이 발휘될 수 있다면 어떤 형태라도 무방하다.
그리고 상기 핫 프레스의 상부 기판(101) 상에서 상단 가스확산층 흡착부(104)의 양측 대각 상으로는 요홈부(103)가 구비될 수 있다.
이러한 요홈부(103)는 후술될 핫 프레스의 하부 기판(도 6의 111)에 구비된 돌기부(도 6의 113)가 끼움 결합될 수 있도록, 돌기부(도 6의 113)와 대응되는 구성이다.
따라서, 돌기부(도 6의 113)의 형상 및 크기에 따라 상기 요홈부(103)의 형상 및 크기는 정해질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상단 가스확산층 이송부(130)는 흡입공(132)을 구비하여, 흡입공(132)을 통해 흡착된 상단 가스확산층(30a)이 핫 프레스의 상부 기판(도 4의 101)까지 운반되어 상단 가스확산층 흡착부(도 4의 104)를 통해 정확한 적층 위치로 배치 고정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 핫 프레스의 하부 기판(111)의 하부면 구조를 확인할 수 있다. 도시된 바와 같이, 핫 프레스의 하부 기판(111)은, 핫 프레스의 상부 기판(도 3의 101)과의 대향면 즉, 상부면 내측 중앙에서 하단 가스확산층(30b)의 흡착 고정을 위한 하단 가스확산층 흡착부(114)를 구비한다.
아울러, 앞서 간략히 살펴본 바와 같이, 도 4의 요홈부(103)에 대응하는 형상 및 크기를 지니며, 상기 요홈부(103)와 함께 지그부를 구성하는 돌기부(113)가 구비된다.
또한, 핫 프레스의 하부 기판(111) 내에는 하단 가스확산층(30b)의 상부로 적층되어 배치 고정되어야 할 막 전극 접합체(10)의 흡착 고정을 위한 막 전극 접합체 흡착부(117)가 더 구비된다.
이러한 막 전극 접합체 흡착부(117)는, 막 전극 접합체의 크기에 대응하여 막 전극 접합체의 테두리 내측을 따라 복수 배치되는 흡입공(117a)들로 구성될 수 있으며, 이러한 흡입공(117a)의 배치 형태 및 형상 역시 바람직한 일 예에 불과할 뿐, 본 발명은 이에 제한될 필요가 없다.
그리고 여기서, 한가지 더 확인할 수 있는 사실은, 앞서 살펴본 도 4의 요홈부(103)와, 도 6의 돌기부(113)로 이루어지는 본 발명의 지그부는, 막 전극 접합체(10)의 양측 매니폴더(도 1의 12)를 관통할 수 있도록 배치 형성되며, 이로써, 막 전극 접합체(10)를 올바른 적층 위치로 안내하여 적층 정밀도를 향상시킨다는 것이다.
더욱 향상된 적층 정밀도를 확보하기 위해서, 본 발명의 지그부는, 도 4 및 도 6에 도시된 요홈부(103) 및 돌기부(113)는 막 전극 접합체(10)의 양측 매니폴더(도 1의 12) 중 서로 대각 방향에 형성된 매니폴더 위치에 구비되도록 이격 배치되는 것이 좋다.
또한, 막 전극 접합체(10)의 운반에 이용되는 이송부(130′)는, 도 7을 통해 확인할 수 있는데, 앞서 가스확산층(30)의 운반에 이용되는 이송부(130)와 다소 상이한 형태의 그립부를 갖는 것을 알 수 있다.
즉, 막 전극 접합체(10)의 운반에 이용되는 이송부(130′)의 그립부에 구비되는 흡입공(132′)은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 막 전극 접합체(10)의 표면 형상에 대응하여 더 많은 개수로 배치 형성될 수 있으며, 이로써, 막 전극 접합체(10)를 더욱 효과적으로 흡착하여 운반 안정성을 확보할 수 있다. 이러한 막 전극 접합체(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 돌기부(113)가 매니폴더를 통해 관통 돌출되어 위치 고정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지그부의 끼움 결합을 통해 막 전극 접합체와 한 쌍의 가스확산층이 서로 정밀하게 적층되는 모습을 구조적으로 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄설 돌기에 의해 막 전극 접합체와 한 쌍의 가스확산층이 서로 정밀하게 적층되는 모습을 구조적으로 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10을 병행 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 제조 장치를 이용하여 막 전극 접합체 및 한 쌍의 가스확산층이 더욱 정밀하게 적층되는 모습을 구조적으로 확인할 수 있다.
먼저, 도 9를 참조하면, 도시된 지그부는 핫 프레스의 하부 기판(111)에서 상향 돌출되어 막 전극 접합체(10)의 매니폴더(12)를 관통하는 돌기부(113)와, 이와 대응하여, 핫 프레스의 상부 기판(101) 상에서 상기 돌기부(113)를 내입시켜 끼움 결합 가능하게 형성된 요홈부(103)로 이루어진다.
이러한 지그부의 조립 형태에 따라, 핫 프레스의 하부 기판(111) 상에 순차적으로 적층된 하단 가스확산층(30b), 막 전극 접합체(10)와, 핫 프레스의 상부 기판(101) 상에 배치 고정된 상단 가스확산층(30a)은 적층 위치 정밀도가 향상될 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 실시예와 다른 형태로서, 핫 프레스의 상부 기판(101) 상에 별도의 요홈부(103)를 구비하지 않고, 스프링에 의해 탄지되어 상하 이동하는 탄설 돌기 형상의 지그부를 구비할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 앞서 도 9에서의 지그부의 실시 형태와 다른 탄설 돌기 방식의 지그부를 구비하는 본 발명의 다른 실시예를 확인할 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 지그부는, 핫 프레스 하부 기판(111)으로부터 막 전극 접합체(10)의 양측 매니폴더(12)를 관통하여 상향 돌출 형성되는 돌기부(113)를 구비한다.
다만, 이러한 실시예에 따르는 돌기부(113)는, 핫 프레스의 하부 기판(111)에서 내입 형성된 홈(118) 상에 구속 내장된 스프링(119)에 의해 탄지되어, 탄성 가압 및 복원에 따라 상하 방향으로 승강 조절되는 형태로 이루어진다.
이러한 구조적인 특징에 따라, 상기 돌기부(113)는 핫 프레스의 상부 기판(101)의 누름 가압 시, 핫 프레스의 하부 기판(111) 내측으로 삽입되어, 핫 프레스 가공 수행 시 상부 기판(101) 및 하부 기판(111) 사이에서 간섭을 주지 않는다.
아울러, 이러한 돌기부(113)는 막 전극 접합체(10)의 매니폴더(12)를 견고하게 고정 지지함으로써, 도 9에서 살펴보았던 실시예 상의 지그부의 구조와 비교하여 보다 동일 또는 유사한 적층 정밀도 향상의 효과를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 11을 참조하면, 먼저, 도시된 바와 같이, 하단 가스확산층을 흡착 운반하여, 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치에 하단 가스확산층을 흡착 고정시킨다(ST100).
본 단계(ST100)의 세부 단계로서, 도면을 통해 별도로 도시하진 않았으나, 이러한 단계(ST100)는, 하단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계와, 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 하단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 막 전극 접합체를 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 상기 하단 가스확산층의 상부로 막 전극 접합체를 흡착 고정시킨다(ST120).
본 단계(ST120)의 세부 단계로서, 도면을 통해 별도로 도시하진 않았으나, 이러한 단계(ST120)는, 막 전극 접합체의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 하단 가스확산층 상부로 운반하여 배치하는 단계와, 프레스의 하부 기판 쪽으로 흡착력을 발휘하여, 막 전극 접합체의 위치를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그 다음으로, 상단 가스확산층을 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치로 상단 가스확산층을 흡착 고정시킨다(ST140).
본 단계(ST140)의 세부 단계로서, 도면을 통해 별도로 도시하진 않았으나, 이러한 단계(ST140)는, 상단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계와, 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 상단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기의 전 단계(ST100, ST120, ST140)에서의 흡착 기능으로는 공기 흡입(suction) 방식이 이용될 수 있으며, 이러한 흡착 기능을 발휘하기 위한 구성 형태에 관해서는 앞서 연료전지 제조 장치를 통해 상세히 설명한 바 있으므로, 불필요한 중복 설명은 생략하기로 한다.
그 다음으로, 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판을 상호 밀착시켜, 핫 프레스 성형 가공을 실시하여, 상기 막 전극 접합체 및 상기 상, 하단 가스확산층의 적층을 완료한다(ST160).
이상과 같은 전(全) 단계(ST100, ST120, ST140, ST160)를 통해, 막 전극 접합체 및 가스확산층의 적층 단계는 완료될 수 있다. 이와 같은 방법으로 막 전극 접합체 및 가스확산층이 적층 성형되어 제조된 제품의 구조 형태는 도 13을 통해 확인 가능하다.
다만, 완전한 연료전지를 제조하기 위해서는 도 12에 도시된 후 공정 단계(ST200, ST300)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 12를 참조하면, 앞서 도 11의 전 단계를 거쳐 제조된 막 전극 접합체 및 가스확산층의 적층 형태인 연료전지 제품을 분리판(예: cathode CP, anode CP)과 반복 적층시킨다(ST200). 이 단계(ST200)에서 분리판과 반복 적층된 연료전지 제품의 구조 형태는 도 14를 통해 확인할 수 있다.
그 다음으로, 분리판과 반복 적층된 제품에 대해 기밀 측정일 실시하는데(ST300), 이러한 실시 형태에 대한 방법은 도 15를 통해 확인할 수 있다.
도 15에서 화살표의 방향은 기밀을 측정하는 방향을 의미하며, 만일 이러한 단계(ST300)에서의 기밀 측정 실시 이후에, 연료전지에 대한 품질에 문제가 없을 경우, 개선된 품질을 갖는 연료전지를 제공할 수 있다. 도 16에 도시된 연료전지 스택은 본 발명에 따른 전 단계를 거쳐 제조된 연료전지에 대한 하나의 실시 형태를 보여준다.
이상에서 본 발명에 따른 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치 및 그 제조 방법에 대하여 설명하였다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)
20: 촉매층(CL, Catalyst layer)
30: 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)
101: 핫 프레스의 상부 기판
103: 요홈부
104, 114: 가스확산층 흡착부
111: 핫 프레스의 하부 기판
113: 돌기부
117: 막 전극 접합체 흡착부
130, 130′: 이송부

Claims (11)

  1. 핫 프레스(Hot Press)의 상부 기판 및 하부 기판 사이에서, 막 전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)의 양측 매니폴더(manifold)를 관통하도록 형성되어, 상기 막 전극 접합체를 적층 위치로 안내하여 위치 고정하도록 형성된 지그부;
    상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 구비되어, 상기 막 전극 접합체를 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 막 전극 접합체 흡착부;
    상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면에 각각 구비되어, 한 쌍의 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)을 적층 위치 상에 흡착시켜 배치 고정하도록 형성된 가스확산층 흡착부; 및
    상기 막 전극 접합체 및 상기 한 쌍의 가스확산층을 개별적으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 적층 위치까지 운반하도록 형성된 이송부;를 포함하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 핫 프레스의 하부 기판으로부터 상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더를 관통하도록 상향 돌출 형성된 돌기부; 및
    상기 핫 프레스의 상부 기판 상으로 상기 돌기부를 내입시켜 끼움 결합 가능하게 형성된 요홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 핫 프레스의 하부 기판으로부터 상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더를 관통하도록 상향 돌출 형성되되, 하단에서 구속 개재된 스프링에 의해 탄지되어, 상기 핫 프레스의 상부 기판에 의한 누름 가압 시, 상기 핫 프레스의 하부 기판 내측으로 삽입 가능한 탄설 돌기인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 막 전극 접합체의 양측 매니폴더 중 서로 대각으로 형성된 매니폴더 상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 전극 접합체 흡착부는,
    상기 핫 프레스의 하부 기판 상에서의 상기 막 전극 접합체의 적층 위치에 대응하여 상기 막 전극 접합체의 테두리를 따라 흡입(suction) 기능을 발휘하는 흡입공이 복수 배치되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 상호 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스확산층 흡착부는,
    상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판 사이의 대향면 각각에서,
    상기 한 쌍의 가스확산층을 적층 위치에 상호 대면하여 배치시킬 수 있도록, 상기 한 쌍의 가스확산층을 부분 삽입하여 위치 고정할 수 있는 고정홈을 구비하며,
    상기 고정홈의 내면에는 상기 배치된 한 쌍의 가스확산층을 흡착하도록 흡입(suction) 기능을 발휘하는 흡입공이 복수 배치되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 장치.
  7. (a) 하단 가스확산층을 흡착 운반하여, 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치에 흡착 고정하는 단계;
    (b) 막 전극 접합체를 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 상기 하단 가스확산층의 상부로 적층하여 흡착 고정하는 단계;
    (c) 상단 가스확산층을 흡착 운반하여, 상기 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치로 흡착 고정하는 단계;
    (d) 상기 핫 프레스의 상부 기판 및 하부 기판을 상호 밀착시켜, 핫 프레스 성형 가공을 실시하여, 상기 막 전극 접합체 및 상기 상, 하단 가스확산층의 적층을 완료하는 단계;를 포함하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 하단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계; 및
    (a-2) 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 상기 하단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 막 전극 접합체의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 하부 기판 상에 흡착 고정된 상기 하단 가스확산층 상부로 운반하여 배치하는 단계; 및
    (b-2) 상기 프레스의 하부 기판 쪽으로 흡착력을 발휘하여, 상기 막 전극 접합체의 위치를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 상단 가스확산층의 표면을 공기 흡입 방식으로 흡착한 후, 상기 핫 프레스의 상부 기판 상의 적층 위치까지 운반하여 배치하는 단계; 및
    (c-2) 적층 위치에 구비된 고정홈 내측으로 흡착력을 발휘하여, 상기 상단 가스확산층의 위치를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e) 상기 (d) 단계에서 적층 완료된 부재를 연료극 및 공기극 사이에 개재시켜 반복 적층하는 단계; 및
    (f) 상기 연료극 및 상기 공기극 사이에서 반복 적층된 부재에 대한 기밀 측정을 실시하는 단계;를 더 포함하는 막 전극 접합체 및 가스확산층 간의 적층 정밀도 향상을 통해 개선된 품질을 갖는 연료전지 제조 방법.
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