KR20130007355A - 공정개선을 통해 우수한 성능을 갖는 연료전지용 금속분리판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

금속분리판의 제조 공정 변경을 통하여, 코팅층의 전도성을 개선하고 가스켓 이탈 불량을 미연에 방지할 수 있는 코팅 전도성 개선 및 가스켓 이탈 방지 효과가 우수한 연료전지용 금속 분리판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판은 금속분리판 모재; 상기 금속분리판 모재의 상면의 정해진 영역에 형성되는 접착층; 상기 접착층에 의하여 상기 금속분리판 모재에 부착되는 가스켓; 및 상기 금속분리판 모재의 상면의 상기 가스켓이 형성되지 않은 영역에 코팅되는 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공정개선을 통해 우수한 성능을 갖는 연료전지용 금속분리판 및 그 제조 방법{METALLIC SEPERATOR OF FUEL CELL WITH EXCELLENT PERFORMANCE THROUTHOUT ALTERATION OF COATING AND GASKET PROCESS FLOW AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 연료전지용 금속분리판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지용 금속분리판의 공정 순서의 변경을 통해 코팅 전도성 개선 및 가스켓 이탈 불량을 미연에 방지할 수 있는 연료전지용 금속분리판에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 연료전지 스택은 단위셀의 전압이 낮아 실용성이 떨어지는 문제가 있으므로, 수 ~ 수백 개의 단위셀을 적층하여 사용하고 있다.
이때, 단위셀의 적층 시 단위셀 간 전기적 접속이 이루어지게 하고, 반응 가스를 분리시켜주는 역할을 하는 것이 금속분리판이다. 금속분리판은 막전극집합체(Membrane Electrode Assembly : MEA)와 기체 확산층(Gas Diffusion Layer : GDL)의 구조적 지지, 발생된 전류의 수집 및 전달, 반응가스의 수송 및 제거, 반응열제거를 위한 냉각수 수송 등의 다양한 역할을 담당한다.
즉, 연료전지 스택의 경우, 금속분리판, 막전극집합체 및 기체확산층을 포함하는 단위 셀이 수 ~ 수백 개가 적층되며, 상하로 배치되는 금속분리판들의 가스켓들 상호 간이 맞닿아 하중이 가해져 결합되는 구조를 이루고 있다.
이때, 단위 셀로 볼 때, 종래의 금속분리판은 금속 분리판 모재 상에 코팅층, 접착층 및 가스켓이 순차적으로 적층되는 구조를 갖는다. 이때, 접착층은 코팅층에서의 산화를 통해 코팅층의 상부에 가스켓을 부착시켜주는 역할을 한다.
그러나, 코팅층의 경우 고내식성을 갖춘 코팅 물질로 접착층과의 접착력이 저조한 문제로 접착층과 더불어 접착층의 상부에 부착되는 가스켓이 함께 이탈되는 문제가 있다.
또한, 코팅층과 접착제가 견고하게 부착되지 못할 경우, 슬립 현상에 의하여 연료전지 스택이 함몰되는 문제가 있다.
다음으로, 현재 공정인 성형, 코팅 및 가스켓 공정을 거치면서 금속분리판이 제작되는 데, 이 경우 코팅 후에 실시되는 가스켓 공정에서는 사출성형을 한 후 가스켓의 내구성을 확보하기 위해 가교공정을 수행하고 있다. 이러한 가교공정은 200℃ 이상에서 6시간 이상 유지하기 때문에 코팅층을 노화시키거나 산화피막을 형성하여 전기 전도성을 저하시키는 원인이 된다. 결과적으로, 연료전지 성능과 직접적으로 연관성이 있는 금속분리판의 전도성 저하로 인해 연료전지 스택 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 금속분리판의 공정 변경으로 금속분리판과 가스켓 간의 접착력을 향상시킴으로써, 코팅 전도성 개선 및 가스켓 접착력을 개선하여 가스켓 이탈 방지 효과가 우수한 연료전지용 금속분리판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 금속분리판 모재와의 접착력이 우수한 접착제 및 가스켓을 먼저 형성한 후에 코팅층을 형성함으로써, 금속분리판 모재로부터 가스켓이 이탈되는 불량을 미연에 방지할 수 있는 연료전지용 금속분리판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 종래와 같이, 금속 분리판을 코팅한 후 가스켓을 사출하는 경우, 200℃ 이상의 고온에서 장시간 동안 가교됨에 따라 코팅층의 내구성을 악화시켜 전도성을 떨어뜨리는 문제가 발생하는데 이를 해결하여 우수한 성능의 연료전지용 금속분리판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코팅 및 가스켓 공정 변경으로 우수한 성능을 갖는 연료전지용 금속분리판은 금속분리판 모재; 상기 금속분리판 모재의 상면의 정해진 영역에 형성되는 접착층; 상기 접착층에 의하여 상기 금속분리판 모재에 부착되는 가스켓; 및 상기 금속분리판 모재의 상면의 상기 가스켓이 형성되지 않은 영역에 코팅되는 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코팅 및 가스켓 공정 변경으로 우수한 성능을 갖는 연료전지용 금속분리판 제조 방법은 금속 분리판 모재를 마련하는 단계; 상기 금속분리판 모재 상면의 정해진 영역에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층이 형성된 금속 분리판 모재에 가스켓 형성 물질이 부착되도록 인서트 사출하여 상기 금속 분리판 모재에 결합되는 가스켓을 형성하는 단계; 및 상기 금속 분리판 모재 상면의 상기 가스켓이 형성되지 않는 영역에 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판 및 그 제조 방법은 금속분리판 모재와의 접착력이 우수한 접착제 및 가스켓을 코팅층보다 먼저 형성함으로써, 금속분리판 모재로부터 가스켓이 이탈되는 불량을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판 및 그 제조 방법은 인서트 사출로 금속분리판 모재에 가스켓을 형성함으로써, 전도성 불량 및 표면오염 불량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속분리판을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속분리판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 비교예 1에 대한 가스켓 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1에 대한 가스켓 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예 1에 따라 제조되는 시편에 대한 코팅 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조되는 시편에 대한 코팅 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조되는 시편들에 대한 가스켓 불량율 및 코팅 불량율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
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 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코팅 및 가스켓 공정 변경으로 우수한 성능을 갖는 연료전지용 금속분리판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속분리판을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 연료전지용 금속분리판(100)은 금속분리판 모재(110), 접착층(120), 가스켓(130) 및 코팅층(140)을 포함한다.
금속분리판 모재(110)는 사출 성형에 의하여 일정한 형상으로 가공될 수 있다. 이때, 금속분리판 모재(110)는 금속계, 흑연계 등 제한 없이 사용할 수 있으나, 금속분리판 모재의 소재로서 금속계를 적용할 경우, 금속분리판 모재(110)의 두께 감소를 통한 연료전지 스택의 부피감소 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 스탬핑 등을 이용한 제조가 가능하므로 대량 생산이 용이하다는 장점이 있다.
일 예로, 금속분리판 모재(110)로는 스테인리스 스틸 소재, 구체적으로는 SUS 316L을 제시할 수 있다. 이러한 스테인리스 스틸 소재의 금속분리판 모재(110)는 가공성이 우수하며, 내식성 및 내구성이 우수한 특성을 갖는다.
접착층(120)은 금속 분리판 모재(110)의 상면 가장자리, 즉 가스켓(130)이 형성될 가스켓 형성 영역(미도시)에 대응되도록 형성된다. 이때, 접착층(120)은 금속분리판 모재(110)에 가스켓(130)이 용이하게 부착되도록 하는 역할을 한다.
이때, 접착층(120)으로는 다양한 접착제가 이용될 수 있으나, 불소고무를 접착시키는 접착제의 경우 표면을 일부 에칭시켜 모재와 결합력을 증가시키는 방법을 사용하기 때문에 내산성이 강한 금속분리판의 코팅층에는 적합하지 않다. 즉, 금속분리판 코팅층 위에 가스켓 고무를 접착시키기 위한 접착층 형성이 용이하지 않다. 따라서, 상대적으로 접착제 에칭이 잘 되는 모재는 가스켓 고무와 결합이 용이한 접착층을 형성할 수 있기 때문에 코팅과 가스켓 공정 교체를 통해 해결이 가능하다.
가스켓(130)은 접착층(120)의 상부에 부착된다. 즉, 가스켓(130)은 접착층(120)에 의하여 금속분리판 모재(110)에 부착될 수 있다. 이때, 가스켓(130)은 기밀성을 확보하고 스택 적층 시 금속분리판들 끼리 맞닿아 체결을 용이하게 하기 위한 목적으로 형성되는 것으로, 그 재질은 고무 재질이 이용될 수 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 다양한 플라스틱 재질이 이용될 수 있다.
코팅층(140)은 금속분리판 모재(110)의 상면에 코팅된다. 이때, 코팅층(140)은 가스켓(130)이 형성되지 않는 영역에 형성될 수 있으나, 본 발명에서는 가스켓(130)이 형성된 영역에 코팅되어도 무방하다.
이때, 코팅층(140)은 PVD(Physical Vapor Deposition)법 및 CVD(Chemical Vapor Deposition)법과 같은 건식 코팅과 전해 도금법, 무전해 도금법, 스프레이 코팅 등 습식코팅 중 어느 하나의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 코팅층(140)은 금속 분리판 모재(110)의 상면에만 형성되거나, 또는 상면과 하면에 모두 형성될 수 있다.
이때, 코팅층(140)은 금속분리판 모재(110)의 내식성 및 전도성을 동시에 확보하기 위한 목적으로 형성되는 것으로, 그 재질로는 금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2), 산화이리듐(IrO2) 및 카본입자가 분산된 고분자 중 1종 이상이 이용될 수 있다. 이와 달리, 코팅층(140)으로는 표면처리를 통하여 Cr계 부동태 피막을 형성하거나, 또는 CrN 금속질화물을 이용할 수도 있다. 이때, CrN 금속 질화물을 이용할 경우, 금속분리판(100)의 내식성 및 전도성을 안정적으로 확보할 수 있는 이점이 있다.
전술한 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판은 금속분리판 모재의 상부에 접착층, 가스켓 및 코팅층이 차례로 적층되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 종래에는 금속분리판 모재의 상부에 코팅층, 접착층 및 가스켓이 차례로 적층되는 구조로 형성됨에 따라, 고내식성을 갖춘 코팅층이 접착층과의 접착력이 저조한 관계로 접착층과 더불어 접착층의 상부에 부착되는 가스켓이 함께 이탈되는 문제가 있었다.
이와 달리, 본 발명에서는 금속분리판 모재와의 접착력이 우수한 접착제 및 가스켓을 코팅층보다 먼저 형성함으로써, 금속분리판 모재로부터 가스켓이 이탈되는 불량을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판은 가스켓 사출 후 코팅을 함으로써 기존의 코팅 후 가스켓 가교 시 고온에서 장시간 유지됨으로 인한 코팅층 노화 및 산화피막 형성을 방지할 수 있어 전도성 불량 및 표면오염 불량을 감소시킬 수 있다.
이에 대해서는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속분리판 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 금속분리판 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 연료전지용 금속분리판 제조 방법은 모재 마련 단계(S210), 접착층 형성 단계(S220), 가스켓 형성 단계(S230) 및 코팅층 형성 단계(S240)를 포함한다.
모재 마련 단계
모재 마련 단계(S210)에서는 사출 성형에 의하여 일정한 형상으로 가공된 금속분리판 모재를 마련한다.
이때, 금속분리판 모재로는 금속계, 흑연계 등 제한 없이 사용할 수 있으나, 금속분리판 모재의 소재로서 금속계를 적용할 경우, 금속분리판 모재의 두께 감소를 통한 연료전지 스택의 부피감소 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 스탬핑 등을 이용한 제조가 가능하므로 대량 생산이 용이하다는 장점이 있다.
금속분리판 모재는 스테인리스 스틸 소재, 구체적으로는 SUS 316L을 제시할 수 있다. 이러한 스테인리스 스틸 소재의 금속분리판 모재는 가공성이 우수하며, 내식성 및 내구성이 우수한 특성을 갖는다.
접착층 형성 단계
접착층 형성 단계(S220)에서는 금속분리판 모재의 상면 가장자리, 즉 가스켓이 형성될 가스켓 형성 영역에 대응되도록 접착층을 형성된다. 이때, 접착층은 금속분리판 모재에 가스켓이 용이하게 부착되도록 하는 역할을 한다. 상기 접착층으로는 여러가지 접착제가 사용될 수 있으나, 금속분리판 모재의 에칭 효과를 동반하는 접착제를 사용해야 가스켓 재료와 금속분리판 모재의 결합력을 증대시킬 수 있다.
가스켓 형성 단계
가스켓 형성 단계(S230)에서는 접착층이 형성된 금속분리판 모재에 가스켓 형성 물질이 부착되도록 인서트 사출하여 상기 금속분리판 모재에 결합되는 가스켓을 형성한다. 이때, 가스켓은 기밀성을 확보하기 위한 목적으로 형성되는 것으로, 그 재질은 고무 재질이 이용될 수 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 다양한 재질이 이용될 수 있다.
상기 인서트 사출시, 성형 온도는 150 ~ 250℃에서 실시될 수 있고 가스켓 사출 후 가교를 위해 150 ~ 300℃에서 1 ~ 12시간 동안 진공 또는 상압 열처리 챔버 내에 유지해야 한다. 일반적으로 온도가 높으면 가교 시간은 단축되며 적합한 조건을 선정하여 가교 온도와 시간을 맞춰야 한다.
만일, 접착층 및 가스켓이 필름 형태로 제조될 경우에는 접착 필름을 포함하는 가스켓을 금속분리판 모재에 부착하여 인서트 사출할 수도 있다. 이와 같이 진행될 경우에는 접착층 형성 단계가 생략될 수 있다.
코팅층 형성 단계
코팅층 형성 단계(S240)에서는 금속분리판 모재의 상면에 코팅층을 형성한다. 이때, 코팅층은 가스켓이 형성되지 않는 영역에 형성될 수 있으나, 본 발명에서는 가스켓이 형성된 영역에 코팅되어도 무방하다.
도면으로 제시하는 않았지만, 코팅층 형성 단계(S240)는 전처리, 도포 및 열처리를 포함할 수 있다.
전처리 단계에서는 가스켓이 형성된 금속 분리판 모재를 50 ~ 70℃에서 2 ~ 10분간 황산 탈지 용액으로 산세 및 탈지 처리를 동시에 수행한다.
도포 단계에서는 전처리된 금속 분리판 모재에 코팅 물질을 도포한다. 이때, 도포는 PVD(Physical Vapor Deposition)법, 전해 도금법, 무전해 도금법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 중 어느 하나의 방법이 이용될 수 있다.
이때, 코팅 물질로는 금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2), 산화이리듐(IrO2) 및 카본입자가 분산된 고분자 중 1종 이상이 이용될 수 있다. 이와 달리, 코팅 물질로는 Cr계 부동태 피막 또는 CrN 금속질화물이 이용될 수도 있다. 이때, CrN 금속질화물을 이용할 경우, 금속분리판 모재의 내식성 및 전도성을 안정적으로 확보할 수 있는 이점이 있다.
열처리 단계에서는 코팅 물질이 도포된 금속 분리판을 150 ~ 300℃에서 1 ~ 3시간 동안 열처리한다.
이상으로, 본 발명에 따른 연료전지용 금속분리판이 제조될 수 있다.
상기의 방법으로 제조되는 연료전지용 금속분리판은 금속분리판 모재에 접착층을 형성한 후, 인서트 사출 성형으로 가스켓을 형성하고 나서, 코팅층을 형성하기 때문에, 금속분리판 모재와의 접착력이 향상되는 효과로 가스켓 이탈 불량을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 종래와 같이 코팅층을 형성하고 나서 가스켓을 형성할 경우에는 접착 특성이 나쁜 관계로 사출시간 및 온도를 증가시키는 방법을 사용하였다. 그럼에도 불구하고, 접착불량으로 인한 가스켓 이탈 현상이 다수 발생하였다. 또한, 가스켓이 사출 금형에 부착되어 결합력이 낮은 접착층으로 인해 추가적으로 가스켓이 이탈되는 것을 방지하기 위한 목적으로 사출 금형과 가스켓 사이에 이형제를 도포하였으나, 이는 결국 이형제 성분에 의하여 코팅층의 표면이 오염되는 결과를 초래하였다. 또한, 종래에는 가스켓 사출 성형 후, 150 ~ 300℃에서 6시간 이상 유지하는 열처리(가스켓 가교) 공정을 더 수행하고 있는 데, 이 경우 코팅층의 노화 및 산화피막의 성장으로 전도성 불량이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명에서는 종래와 같이 코팅 후 금속분리판 가스켓을 하지 않아도 되기 때문에 사출성형 시 금형에 도포하는 이형제로부터의 표면오염 및 가스켓 고온 장시간 가교에 의한 코팅 전도성 감소를 막을 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 금속 분리판 시편 제조
실시예 1
0.1mm 두께의 금속분리판 모재 상에 접착제를 도포하고 60℃에서 30분간 경화하여 접착층을 형성하였다.
이후, 접착층이 형성된 금속 분리판 모재를 사출 금형 내의 지그에 고정시킨 후, 가스켓 형성 물질이 부착되도록 인서트 사출하여 금속 분리판 모재에 결합되는 가스켓을 형성 한 후 230℃에서 6시간 동안 열처리하여 가스켓을 가교하였다.
이후, 가스켓이 형성된 금속분리판 모재를 60℃에서 2분간 황산탈지 용액으로 탈지 및 산세를 동시에 처리한 후, 전해도금으로 Au 코팅층을 형성하였다.
실시예 2
코팅을 Au 대신 카본입자가 분산된 고분자 코팅을 실시한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 금속분리판 시편을 제조하였다.
비교예 1
60℃에서 2분간 황산탈지 용액으로 탈지 및 산세를 동시에 처리한 후, 전해도금으로 Au 코팅층을 형성하였다. 이후, Au 코팅층이 형성된 금속분리판 모재 상에 접착제를 도포하고 60℃에서 30분간 경화하여 접착층을 형성하였다.
이후, 접착층이 형성된 금속분리판 모재를 사출 금형 내의 지그에 고정시킨 후, 사출 금형에 가스켓 형성 물질이 부착되지 않도록 이형제를 도포하고 사출하여 금속분리판 모재에 결합되는 가스켓을 형성하였다.
이후, 가스켓이 형성된 금속분리판 모재를 230℃에서 6시간 동안 건조하였다.
비교예 2
코팅을 Au 대신 카본입자가 분산된 고분자 코팅을 실시한 것 이외에는 비교예 1과 동일한 방식으로 금속분리판 시편을 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편에 대한 물성 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편의 경우, 접촉저항 : 17 ~ 20 mΩㆍ㎠, 내식성 : 1.2 ~ 2.5 ㎂/㎠ 및 스택성능 : 1.25 ~ 1.29 A/㎠을 갖는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편의 경우, 실시예 1 ~ 2에 비하여 다소 열악한 접촉저항 : 19 ~ 21 mΩㆍ㎠, 내식성 : 1.0 ~ 2.4 ㎂/㎠ 및 스택성능 : 1.23 ~ 1.26 A/㎠을 갖는 것을 알 수 있다. 그리고, 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2 모두 도금 박리가 없다는 것을 육안으로 확인하였다.
위의 실험 데이터를 토대로, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편의 경우, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편에 비해 다소 양호한 연료전지 물성 및 성능을 갖는다는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 앞서 언급한대로, 코팅 후 가스켓 사출성형을 하는 경우, 가교(열처리) 공정에 의한 산화피막의 형성으로 인해 접촉저항이 미세하게 증가하고 전도성에 따라 결정되는 연료전지 스택의 성능이 다소 개선 되었기 때문이다.
3. 접착력 평가
표 2는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 금속분리판에 대한 접착력 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 각 시편에 대한 접착력을 알아 보기 위해, 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편에서 모재와 가스켓 사이의 인장력을 측정하였다.
[표 2]
Figure pat00002
표 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편의 경우, 인장력 : 0.9 ~ 1.0 kgf를 갖는 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편의 경우, 인장력 : 0.4 ~ 0.5 Kgf를 갖는 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 데이터를 토대로, 실시예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편이 비교예 1 ~ 2에 따라 제조되는 시편에 비해 대략 2배 정도 접착력이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 3은 비교예 1에 대한 가스켓 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이고, 도 4는 실시예 1에 대한 가스켓 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 이때, 도 3 및 도 4는 비교예 1 및 실시예 1에 따라 제조되는 시편들 20개씩, 즉 총 40개의 시편에 대하여 가스켓 불량 발생 원인을 분석하여 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 금속 분리판 제조 공정 불량의 15%를 차지하는 가스켓 불량 중 접착 불량에 의한 가스켓 이탈이 52%를 차지하고 있는 것을 알 수 있다. 이 밖에, 사출불량이 22%, 작업불량이 20%, 표면오염에 의한 불량이 3%, 그리고 이외의 기타 불량이 3%를 차지하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 가스켓 불량 중 사출 불량이 43%, 작업불량이 44%, 표면오염이 8%, 그리고 이외의 기타 불량이 5%를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이때, 실시예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 가스켓 접착 불량이 발생되지 않는 것을 확인하였으며, 금속 분리판 제조 공정 불량이 15%에서 7% 이하로 감소하는 것을 확인하였다.
한편, 도 5는 비교예 1에 따라 제조되는 시편에 대한 코팅 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 실시예 1에 따라 제조되는 시편에 대한 코팅 불량 발생 원인을 분석한 결과를 나타낸 도면이다. 이때, 도 5 및 도 6은 비교예 1 및 실시예 1에 따라 제조되는 시편들 20개씩, 즉 총 40개의 시편에 대하여 코팅 불량 발생 원인을 분석하여 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 금속 분리판 제조 공정 불량의 4.5%를 차지하는 코팅 불량 중 전도성 불량이 52%, 표면 변색 불량이 15%, 추락 불량이 8%, 미코팅 불량이 3%, 그리고 이외의 기타 불량이 3%를 차지하는 것을 알 수 있다.
반면, 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 코팅 불량 중 표면 변색 불량이 18%, 추락 불량이 35%, 미코팅 불량이 7%, 그리고 이외의 기타 불량이 40%를 차지하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 실시예 1에 따라 제조되는 시편의 경우, 전도성 불량이 발생하지 않았으며, 금속 분리판 제조 공정 불량이 4.5%에서 0.5% 이하로 감소하는 것을 확인하였다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조되는 시편들에 대한 가스켓 불량율 및 코팅 불량율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조되는 시편은 가스켓 불량율이 15%, 그리고 코팅 불량율이 4.5%를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 1에 따라 제조되는 시편은 가스켓 불량율이 7%, 그리고 코팅 불량율이 0.5%를 갖는 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조되는 시편에 비하여 실시예 1에 따라 제조되는 시편이 가스켓 불량율 및 코팅 불량율이 현격히 낮아진 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 연료전지용 금속분리판
110 : 금속분리판 모재
120 : 접착층
130 : 가스켓
140 : 코팅층

Claims (8)

  1. 금속분리판 모재;
    상기 금속분리판 모재의 상면의 정해진 영역에 형성되는 접착층;
    상기 접착층에 의하여 상기 금속분리판 모재에 부착되는 가스켓; 및
    상기 금속분리판 모재의 상면의 상기 가스켓이 형성되지 않은 영역에 코팅되는 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은
    상기 가스켓이 형성된 영역에도 코팅되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은
    금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2), 산화이리듐(IrO2) 및 카본입자가 분산된 고분자 중 1종 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속분리판 모재와 가스켓 간의 인장력은
    0.6 ~ 1.0 Kgf를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
  5. 금속분리판 모재를 마련하는 단계;
    상기 금속분리판 모재 상면의 정해진 영역에 접착층을 형성하는 단계;
    상기 접착층이 형성된 금속분리판 모재에 가스켓 형성 물질이 부착되도록 인서트 사출하여 상기 금속분리판 모재에 결합되는 가스켓을 형성하는 단계; 및
    상기 금속분리판 모재 상면의 상기 가스켓이 형성되지 않는 영역에 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코팅층 형성 단계는
    상기 가스켓이 형성된 금속분리판 모재를 전처리하는 단계와,
    상기 전처리된 금속분리판 모재에 코팅 물질을 도포하는 단계와,
    상기 코팅 물질이 도포된 금속분리판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 단계는
    150 ~ 300℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 물질은
    금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2), 산화이리듐(IrO2) 및 카본입자가 분산된 고분자 중 1종 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판.
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