KR20120115637A - 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법 - Google Patents

막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120115637A
KR20120115637A KR1020110033064A KR20110033064A KR20120115637A KR 20120115637 A KR20120115637 A KR 20120115637A KR 1020110033064 A KR1020110033064 A KR 1020110033064A KR 20110033064 A KR20110033064 A KR 20110033064A KR 20120115637 A KR20120115637 A KR 20120115637A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode assembly
membrane electrode
press
electromagnet
lower press
Prior art date
Application number
KR1020110033064A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101304883B1 (ko
Inventor
이훈희
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110033064A priority Critical patent/KR101304883B1/ko
Publication of KR20120115637A publication Critical patent/KR20120115637A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101304883B1 publication Critical patent/KR101304883B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • 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
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/18—Fuel cells
    • 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

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

Abstract

본 발명은 고분자 전해질막 연료전지용 막전극접합체를 제조하기 위한 핫 프레스 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막전극접합체와 기체확산층을 핫 프레싱하여 접합함에 있어서 열로 인한 막전극접합체의 변형을 최소화할 수 있는 핫 프레스 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 상부 프레스와 하부 프레스를 포함하여 구성되는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치에 있어서, 상기 각 프레스에 막전극접합체와 기체확산층의 핫 프레스 접합시 접합대상물의 선택된 영역에 접촉되는 열차단부가 설치되고, 상기 열차단부에 의해 상기 접합대상물의 선택된 영역으로의 열이 차단될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치가 개시된다.

Description

막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법{Hot press apparatus for manufacturing membrane-electrode assembly and method for manufacturing membrane-electrode assembly using the same}
본 발명은 연료전지용 막전극접합체 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 전해질막 연료전지의 막전극접합체와 기체확산층을 핫 프레싱하여 접합할 수 있는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치와 이를 이용한 막전극 접합체 제조 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용 및 가정용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품 및 휴대용 전기기기, 차량 구동을 위한 전력의 공급에도 적용될 수 있다.
현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소 이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.
이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지 스택을 조립할 때, 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다.
기체확산층의 바깥쪽에는 반응기체(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.
이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.
한편, 연료전지 스택의 생산시 서브가스켓(Sub-gasket) 및 기체확산층이 접합된 7-레이어(7-Layer) 구조의 막전극접합체를 제작한 뒤 이를 자동화 공정에 투입하여 분리판, 엔드플레이트 등과 조립하는 방식을 취하면 스택을 대량 생산할 수 있게 된다.
즉, 고분자 전해질막의 양면에 촉매전극층이 고정된 3-레이어(3-Layer) 구조의 막전극접합체를 제조하고, 이어 막전극접합체의 반응활성영역(Active Area)(즉 촉매전극층 영역)을 노출시키도록 반응활성영역을 제외한 나머지 전해질막 양면 부분에 서브가스켓을 접합하여 5-레이어(5-Layer) 구조로 만든다.
상기와 같이 5-레이어 구조의 막전극접합체가 제조되고 나면, 서브가스켓의 개구부(Opening)를 통해 노출된 막전극접합체의 반응활성영역에 접촉될 수 있게 막전극접합체 양면에 기체확산층을 핫 프레싱(Hot Pressing) 공법으로 접합하여 7-레이어(7-Layer) 구조로 만든 다음, 이를 진공흡착 등을 이용하는 자동적층방식이 적용된 스택조립공정에 투입하여 스택을 조립(Stacking)하는 것이다.
도 1은 통상적인 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 공정도로서, 이를 참조하여 좀더 상세히 설명하면, 도시된 바와 같이 5-레이어 막전극접합체(5-Layer MEA)를 제조하는 방식으로는 직접 코팅(Direct Coating) 방식과 데칼(Decal) 방식을 들 수 있다.
직접 코팅 방식의 경우, 촉매 슬러리(전극 슬러리)를 제조하고, 제조된 촉매 슬러리(2a)를 전해질막(1)의 양면에 직접 코팅 후 건조하여 촉매전극층(2)을 형성한 다음, 3-레이어 막전극접합체(3)의 양면에 서브가스켓(4)을 핫 프레싱 또는 롤 라미네이팅(Roll Laminating) 공법으로 접합하여 5-레이어 막전극접합체(5)를 제조하는 것이다.
반면, 데칼 방식의 경우, 이형 필름(9)의 표면에 촉매 슬러리(2a)를 코팅 후 건조하여 촉매전극층(2)을 형성하고, 전해질막(1)의 양면으로 각각 촉매전극층(2)이 형성된 이형 필름(9)을 적층한 다음, 핫 프레싱 공법을 이용하여 촉매전극층(2)을 전해질막(1) 양면에 전사시켜 접합하고, 이어 이형 필름(9)을 제거하여 3-레이어 막전극접합체(3)를 완성한 다음, 3-레이어 막전극접합체(3)의 양면에 서브가스켓(4)을 핫 프레싱 또는 롤 라미네이팅 공법으로 접합하여 5-레이어 막전극접합체(5)를 제조하게 된다.
이후 상기와 같이 제조된 5-레이어 막전극접합체(5)의 양면에 기체확산층(6)을 핫 프레싱하여 접합함으로써 7-레이어 막전극접합체(7)를 완성하게 된다.
한편, 스택의 대량 생산을 위해서는 최대한 각 단계에서 자동화 공정을 적용하는 것이 필수적이며, 이에 5-레이어 막전극접합체의 양면에 기체확산층을 접합하고 스택 체결에 적합한 형태로 절단하여 7-레이어 막전극접합체를 자동으로 제작하는 장치가 제시된바 있다[공개특허 제2009-0111898호].
이러한 자동화 장치는 5-레이어 막전극접합체의 공급을 위한 MEA 공급부와, 기체확산층 공급을 위한 GDL 공급부와, 적층된 막전극접합체와 기체확산층을 고온 및 고압으로 압착하여 일체화하는 핫 프레스와, 5-레이어 막전극접합체와 기체확산층, 핫 프레스 접합된 7-레이어 막전극접합체를 이송하는 로봇과, 접합된 7-레이어 막전극접합체를 일정한 크기로 컷팅하는 타발 프레스를 포함한다.
이를 이용하게 되면 5-레이어 막전극접합체 및 기체확산층의 투입에서부터 핫 프레스 접합 및 타발 공정까지의 전 공정을 자동화 공정으로 진행할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 자동화 장치를 적용함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있다.
막전극접합체는 그 특성상 본질적으로 수분을 함유하면 팽창하고 수분을 잃으면 원래의 상태로 돌아오는 성질을 갖고 있다.
따라서, 기체확산층의 접합을 위해 막전극접합체(5-레이어)가 고온의 핫 프레스에 올려지면 핫 프레스의 열에 의해 평상시 함유되어 있던 수분이 증발하게 되어 막전극접합체가 수축된다.
이와 같이 막전극접합체의 전체 형상이 일그러진 상태, 즉 막전극접합체의 변형이 발생한 상태로 기체확산층을 접합하기 위한 핫 프레싱 공정을 진행하게 되면, 최종 완성된 7-레이어 막전극접합체의 가장자리가 평평하지 않게 되고, 이로 인해 스택 체결시 기체의 기밀이 유지되지 않는 문제가 발생하게 된다.
도 2는 종래기술에 따라 접합된 7-레이어 막전극접합체의 상태를 나타낸 것으로, 기체확산층의 핫 프레싱을 위해, 서브가스켓이 접합된 5-레이어 막전극접합체가 핫 프레스 위에 올려지면, 이때부터 서브가스켓을 포함한 5-레이어 막전극접합체에는 열로 인한 변형이 발생하게 된다.
이 상태에서 기체확산층을 접합하고 나면, 기체확산층이 적층된 막전극접합체 중앙부 영역뿐만 아니라, 도 2에 나타낸 바와 같이 기체확산층 주변으로도 쭈글쭈글해진 부분이 존재하게 되고, 이 부분으로 인해 스택 체결시 기밀 유지가 되지 않게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 고분자 전해질막 연료전지의 막전극접합체와 기체확산층을 핫 프레싱하여 접합함에 있어서 열로 인한 막전극접합체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치와 이를 이용한 막전극접합체의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 상부 프레스와 하부 프레스를 포함하여 구성되는 연료전지 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치에 있어서, 하부 프레스에 전자석이 설치되어, 상기 전자석에서 발생한 자기장이 하부 프레스 위에 올려진 막전극접합체의 서브가스켓 부분에 포함된 자성분말에 작용되도록 함으로써 막전극접합체가 하부 프레스에 밀착 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 연료전지용 막전극접합체를 제조하는 방법에 있어서, (a) 서브가스켓 부분에 자성분말이 포함된 막전극접합체를 제공하는 단계; (b) 핫 프레스 장치의 하부 프레스 위에 기체확산층과 막전극접합체를 적층 로딩함과 동시에 하부 프레스의 전자석에 전원을 인가하여 전자석과 자성분말의 상호작용에 의해 막전극접합체를 고정하는 단계; (c) 하부 프레스 위에 고정된 막전극접합체 위로 또 다른 기체확산층을 적층하고 상부 프레스를 하강시켜 막전극접합체에 기체확산층을 핫 프레스 접합하는 단계; 및 (d) 핫 프레스 접합 후 전자석의 전원을 차단하여 기체확산층이 접합된 막전극접합체를 하부 프레스로부터 분리하는 단계;를 포함하는 연료전지용 막전극접합체의 제조 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치 및 막전극접합체 제조 방법에서는 고분자 전해질막 연료전지의 막전극접합체와 기체확산층을 핫 프레싱하여 접합함에 있어서 열로 인한 막전극접합체의 변형을 방지할 수 있게 된다.
특히, 기체확산층/막전극접합체/기체화산층의 접합시에 막전극접합체의 일그러짐을 효과적으로 방지할 수 있게 되어 품질이 우수한 7-레이어 막전극접합체의 제작이 가능해진다.
또한 연료전지 스택의 체결시 가스 누설이 감소하게 되므로 스택 제작시 불량률을 현저히 감소시킬 수 있으며, 기밀 성능이 우수한 스택의 생산이 가능해진다.
도 1은 통상적인 막전극접합체의 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 종래 7-레이어 막전극접합체의 변형된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 핫 프레스 장치와 5-레이어 막전극접합체의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 핫 프레스 장치에서 하부 프레스에 전자석이 설치된 상태를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법에 관한 것으로서, 고분자 전해질막 연료전지의 막전극접합체와 기체확산층을 핫 프레싱하여 접합함에 있어서 열로 인한 막전극접합체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 핫 프레스 장치 및 막전극접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 핫 프레스 장치는 7-레이어의 막전극접합체를 제조하기 위해 서브가스켓이 접합된 5-레이어 막전극접합체의 양면에 기체확산층을 핫 프레스 접합하는데 사용되는 것으로서, 서브가스켓이 접합된 5-레이어 막전극접합체가 하부 프레스 위에 올려지면, 자력에 의해 막전극접합체를 변형되지 않게 잡아줄 수 있도록 구성되는 것에 주된 특징이 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 핫 프레스 장치와 5-레이어 막전극접합체의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 핫 프레스 장치에서 하부 프레스에 전자석이 설치된 상태를 나타내는 평면도이다.
먼저, 막전극접합체의 제조 과정에 대해 살펴보면, 고분자 전해질막(1)의 양면에 촉매전극층(2)이 고정된 3-레이어 구조의 막전극접합체를 제조하고, 이어 막전극접합체의 반응활성영역(즉 촉매전극층 영역)을 노출시키도록 반응활성영역을 제외한 나머지 전해질막 양면 부분에 서브가스켓(4)을 접합하여 5-레이어 구조를 만든다.
상기와 같이 5-레이어 구조의 막전극접합체(5)가 제조되고 나면, 서브가스켓(4)의 개구부를 통해 노출된 막전극접합체의 반응활성영역(2)(이하 촉매전극층의 도면부호인 2로 나타냄)에 접촉될 수 있게 막전극접합체 양면에 기체확산층(6)을 핫 프레싱 공법으로 접합하여 7-레이어 구조를 만들게 된다.
상기 5-레이어 막전극접합체(5)를 제조하는 과정에서는 촉매 슬러리를 전해질막(1)의 양면에 직접 코팅하는 방식, 또는 촉매 슬러리를 이형 필름의 표면에 먼저 코팅한 후 전해질막(1)의 양면에 전사하는 데칼 방식 등을 이용하여 3-레이어 막전극접합체를 제조하고, 이어 3-레이어 막전극접합체의 양면에 접착제를 사용하여 서브가스켓(4)을 접합하여 5-레이어 막전극접합체(5)를 완성하게 된다.
이때, 본 발명에서는 3-레이어 막전극접합체에 서브가스켓(4)을 접합하기 위한 용도로서 자성분말(자성재료 분말)이 첨가된 접착제를 사용한다.
일례로서 통상의 서브가스켓 접합용 접착제에 자성재료 분말을 첨가하여 분산시킨 접착제가 사용될 수 있으며, 첨가되는 자성재료 분말로는 Fe3O4이나 Fe2O3와 같은 산화철을 기반으로 하는 강자성 분말이 사용될 수 있다.
상기와 같이 자성분말이 혼합된 접착제를 사용하여 서브가스켓(4)을 3-레이어 막전극접합체에 접합함으로써(예로서, 접착제를 개재한 상태로 핫 프레싱 또는 롤라미네이팅 접합) 5-레이어 막전극접합체(5)를 제조하고 나면, 5-레이어 막전극접합체를 핫 프레스 장치(100)에서 기체확산층(6)과 핫 프레스 접합하여 최종의 7-레이어 막전극접합체를 완성하게 된다.
상기 핫 프레스 장치(100)는 접합대상물인 막전극접합체(5)과 기체확산층(6)에 열과 압력을 가해주는 상부 프레스(110)와 하부 프레스(120)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 기체확산층 접합용 핫 프레스 장치(100)에 전자석(121)이 삽입되어 설치되는데, 이 전자석(121)은 기체확산층(6)과의 핫 프레스 접합시 기체확산층 바깥쪽으로 막전극접합체(5)의 서브가스켓 부분이 놓이게 되는 프레스 영역에 설치된다.
하부 프레스(120) 위에 기체확산층(6), 5-레이어 막전극접합체(5), 기체확산층(6)의 순으로 적층된 뒤 상부 프레스(110)가 이동하여 핫 프레스 접합을 하게 되고, 이때 막전극접합체(5)의 서브가스켓(4)이 기체확산층(6)의 외곽에서 하부 프레스(120)와 상부 프레스(110) 사이에 놓이게 되므로, 전자석(121)은 기체확산층(6)이 올려지는 부분의 바깥쪽으로 설치되는 것이다(도 4 참조).
또한 상부 프레스(110)와 하부 프레스(120)를 사용하여 막전극접합체(5)와 기체확산층(6)을 핫 프레스 접합함에 있어서, 막전극접합체(5)의 변형이 하부 프레스(120) 위에 올려지고 난 뒤 가해지는 열에 의해 발생하므로, 막전극접합체(5)를 고온의 하부 프레스(120)에 로딩된 순간부터 고정하기 위해, 상기 전자석(121)은 하부 프레스(120)에 설치되는 것이 바람직하다.
결국, 하부 프레스(120) 위로 하측의 기체확산층(6)과 막전극접합체(5)가 올려진 뒤 하부 프레스에 설치된 전자석(121)에 전원을 인가하게 되면, 전자석에 의해 형성된 자기장이 막전극접합체의 서브가스켓 부분에 포함되어 있는 자성분말에 작용되면서, 서브가스켓(4)이 하부 프레스(120) 위에 밀착 고정될 수 있다.
상기 전자석(121)은 전원을 인가받아야 구동될 수 있으므로 외부의 전원공급부(122)로부터 전원을 공급받을 수 있도록 연결되며, 이때 핫 프레스 장치(100)의 작동 전반을 제어하는 컨트롤러(123)의 제어신호에 따라 전원공급부(122)가 전자석(121)에 선택적으로 전원을 인가하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 사용자 조작에 따른 조작부(미도시)의 신호 또는 하부 프레스 위로 막전극접합체의 로딩을 감지하는 센서(미도시)의 신호에 따라 컨트롤러(123)가 전자석(121)의 코일에 전원을 인가하도록 전원공급부(122)를 제어하는 방식이 적용될 수 있다.
또한 컨트롤러(123)는 핫 프레스 접합 후 상부 프레스(110)가 상승하게 되면 전원공급부(122)를 제어하여 전자석(121)에 인가되는 전원을 자동 차단하도록 설정될 수 있다.
결국, 막전극접합체(5)가 하부 프레스(120)에 밀착 고정된 상태에서 상측의 기체확산층(6)이 적층되고 상부 프레스(120)가 하강하여 핫 프레스 접합을 행하게 되면, 막전극접합체의 변형이 최소화될 수 있고, 막전극접합체의 일그러짐 현상이 해결될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 7-레이어 막전극접합체의 제조 과정을 요약하면, (a) 서브가스켓 부분에 자성분말이 포함된 5-레이어 막전극접합체(5)를 제공하는 단계, (b) 하부 프레스(120) 위에 기체확산층(6)을 로딩한 뒤 그 위로 5-레이어 막전극접합체(50)를 적층 로딩함과 동시에 하부 프레스(120)의 전자석(121)에 전원을 인가하여 5-레이어 막전극접합체(5)를 고정하는 단계, (c) 하부 프레스(120)에 고정된 5-레이어 막전극접합체(5) 위로 또 다른 기체확산층(6)을 적층한 뒤 상부 프레스(110)를 하강시켜 5-레이어 막전극접합체(5)에 기체확산층(6)을 핫 프레스 접합하는 단계, (d) 상부 프레스(110)를 상승시킨 뒤 전자석(121)의 전원을 차단하여 핫 프레스 접합된 7-레이어 막전극접합체를 하부 프레스(120)로부터 분리하는 단계의 순으로 진행된다.
상기 (a) 단계는 자성분말이 첨가된 접착제를 사용하여 서브가스켓(4)을 3-레이어 막전극접합체에 접합시키는 단계이며, 실제로 자성분말은 접착층에 분포되게 된다.
상기 (b) 단계는 전자석(121)을 작동시켜 5-레이어 막전극접합체(5)의 서브가스켓 부분을 하부 프레스(120)에 밀착시킴으로써 고정하는 단계로서, 하부 프레스에 올려진 막전극접합체의 열로 인한 변형을 막아주게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 전해질막 2 : 촉매전극층
3 : 3-레이어 막전극접합체 4 : 서브가스켓
4a : 개구부 5 : 5-레이어 막전극접합체
6 : 기체확산층 7 : 7-레이어 막전극접합체
100 : 핫 프레스 장치 110 : 상부 프레스
120 : 하부 프레스 121 : 전자석
122 : 전원공급부 123 : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 상부 프레스(110)와 하부 프레스(120)를 포함하여 구성되는 연료전지 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치(100)에 있어서,
    하부 프레스(120)에 전자석(121)이 설치되어, 상기 전자석(121)에서 발생한 자기장이 하부 프레스(120) 위에 올려진 막전극접합체(5)의 서브가스켓(4) 부분에 포함된 자성분말에 작용되도록 함으로써 막전극접합체(5)가 하부 프레스(120)에 밀착 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자석(121)은 하부 프레스(120)에서 기체확산층(6)의 바깥쪽으로 막전극접합체(5)의 서브가스켓(4) 부분이 올려지는 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치.
  3. 청구항 1에 잇어서,
    사용자 조작에 따른 조작부의 신호 또는 하부 프레스(120) 위로 막전극접합체(5)의 로딩을 감지하는 센서의 신호에 따라 전원공급부(122)를 제어하여 전자석(121)에 전원이 선택 인가되도록 하는 컨트롤러(123)가 구비되고, 상기 컨트롤러(123)는 핫 프레스 접합 후 상부 프레스(110) 상승시 전자석(121)의 전원을 차단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성분말이 막전극접합체(5)의 서브가스켓 접합용 접착제에 포함된 것임을 특징으로 하는 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치.
  5. 연료전지용 막전극접합체를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 서브가스켓 부분에 자성분말이 포함된 막전극접합체를 제공하는 단계;
    (b) 핫 프레스 장치의 하부 프레스 위에 기체확산층과 막전극접합체를 적층 로딩함과 동시에 하부 프레스의 전자석에 전원을 인가하여 전자석과 자성분말의 상호작용에 의해 막전극접합체를 고정하는 단계;
    (c) 하부 프레스 위에 고정된 막전극접합체 위로 또 다른 기체확산층을 적층하고 상부 프레스를 하강시켜 막전극접합체에 기체확산층을 핫 프레스 접합하는 단계; 및
    (d) 핫 프레스 접합 후 전자석의 전원을 차단하여 기체확산층이 접합된 막전극접합체를 하부 프레스로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는 막전극접합체 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    (a) 단계에서 촉매전극층이 고분자 전해질막에 형성된 3-레이어 막전극접합체에 서브가스켓를 접합할 때 자성분말이 첨가된 접착제를 사용하여 접합하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 전자석은 하부 프레스에서 기체확산층의 바깥쪽으로 막전극접합체의 서브가스켓 부분이 올려지는 영역에 설치하는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    사용자 조작에 따른 조작부의 신호 또는 하부 프레스 위로 막전극접합체의 로딩을 감지하는 센서의 신호에 따라 전원공급부를 제어하여 전자석에 전원이 인가되도록 하는 컨트롤러가 구비되고, 상기 컨트롤러는 상부 프레스의 상승시 전자석의 전원을 자동 차단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 막전극접합체 제조 방법.
KR1020110033064A 2011-04-11 2011-04-11 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법 KR101304883B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110033064A KR101304883B1 (ko) 2011-04-11 2011-04-11 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110033064A KR101304883B1 (ko) 2011-04-11 2011-04-11 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120115637A true KR20120115637A (ko) 2012-10-19
KR101304883B1 KR101304883B1 (ko) 2013-09-06

Family

ID=47284206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110033064A KR101304883B1 (ko) 2011-04-11 2011-04-11 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101304883B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013225837A1 (de) 2013-10-18 2015-04-23 Hyundai Motor Company Gerät für das Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung
US10103393B2 (en) 2015-07-10 2018-10-16 Hyundai Motor Company Hot press device and method of hot pressing membrane-electrode assembly of fuel cell
WO2019048101A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-14 Audi Ag Verfahren zur herstellung eines verbunds aus einer bipolarplatte und einer membran-elektroden-einheit mit hilfe einer magnetischen fixierung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05305630A (ja) * 1992-04-30 1993-11-19 Japan Steel Works Ltd:The インサート成形方法、これに使用される金型装置及び磁性粉混合材料
JP4291199B2 (ja) 2004-04-07 2009-07-08 株式会社名機製作所 燃料電池用セパレータ成形用金型
JP2007242532A (ja) 2006-03-10 2007-09-20 Toyota Motor Corp 燃料電池及びその製造方法
KR100957368B1 (ko) * 2008-04-11 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지용 ｍｅａ 소재 자동 타발 및 접합 설비

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013225837A1 (de) 2013-10-18 2015-04-23 Hyundai Motor Company Gerät für das Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung
US10103393B2 (en) 2015-07-10 2018-10-16 Hyundai Motor Company Hot press device and method of hot pressing membrane-electrode assembly of fuel cell
US11217798B2 (en) 2015-07-10 2022-01-04 Hyundai Motor Company Hot press device and method of hot pressing membrane-electrode assembly of fuel cell
DE102015224030B4 (de) 2015-07-10 2023-11-23 Hyundai Motor Company Warmpresseinrichtung und Verfahren zum Warmpressen einer Membran-Elektrodenanordnung einer Brennstoffzelle
WO2019048101A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-14 Audi Ag Verfahren zur herstellung eines verbunds aus einer bipolarplatte und einer membran-elektroden-einheit mit hilfe einer magnetischen fixierung
US11316179B2 (en) 2017-09-05 2022-04-26 Volkswagen Ag Method for producing a composite of a bipolar plate and a membrane electrode assembly with the aid of a magnetic fixing

Also Published As

Publication number Publication date
KR101304883B1 (ko) 2013-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2506592C (en) Membrane electrode assembly with periphery gasket and sealing channels
KR100957368B1 (ko) 연료전지용 ｍｅａ 소재 자동 타발 및 접합 설비
JP5164348B2 (ja) 膜電極組立体およびその製造方法ならびにそれを用いた固体高分子形燃料電池
KR20060090216A (ko) 전기화학적 디바이스용 멤브레인-전극 어셈블리
WO2008017251A1 (fr) Structure d'étanchéité de pile à combustible et procédé pour sa fabrication
KR20120063574A (ko) 고분자 전해질막 연료전지용 막전극접합체의 제조방법
KR20120117266A (ko) 막전극접합체 제조 장치
JP2009176573A (ja) 燃料電池の膜・電極接合体の製造方法
KR101304883B1 (ko) 막전극접합체 제조를 위한 핫 프레스 장치 및 이를 이용한 막전극접합체 제조 방법
US20110162784A1 (en) Membrane electrode assembly fabrication
JP5061755B2 (ja) 燃料電池
JP5076681B2 (ja) 燃料電池の組立装置および組立方法，この組立方法によって組み立てた燃料電池
KR20160056028A (ko) 막전극접합체 제조용 타발열처리 금형 및 이를 이용한 막전극접합체의 제조 방법
KR101282618B1 (ko) 막전극접합체 제조용 핫 프레스 장치
JP2010225484A (ja) 燃料電池、および、燃料電池の製造方法
JP2004079246A (ja) 燃料電池スタックの組み立て方法
JP5251139B2 (ja) 燃料電池の膜・電極接合体の製造方法
KR101509734B1 (ko) 연료 전지 스택 접합 장치 및 방법
JP2013093292A (ja) 燃料電池及びその製造方法
CN110311152B (zh) 密封方法
JP5272571B2 (ja) 燃料電池の製造方法、及び、燃料電池
KR100957302B1 (ko) 연료전지용 막-전극 접합체의 제조방법
JP5993987B2 (ja) 燃料電池の製造方法
JP6079381B2 (ja) 膜電極接合体の製造方法、及び膜電極接合体の製造装置
CN220585260U (zh) 燃料电池膜电极转印及热压贴合装置

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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180829

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190827

Year of fee payment: 7