KR20130103049A - Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite - Google Patents

Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite Download PDF

Info

Publication number
KR20130103049A
KR20130103049A KR1020120024369A KR20120024369A KR20130103049A KR 20130103049 A KR20130103049 A KR 20130103049A KR 1020120024369 A KR1020120024369 A KR 1020120024369A KR 20120024369 A KR20120024369 A KR 20120024369A KR 20130103049 A KR20130103049 A KR 20130103049A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
fuel cell
manufacturing
washing
impregnation
Prior art date
Application number
KR1020120024369A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신부섭
박미진
Original Assignee
박미진
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 박미진 filed Critical 박미진
Priority to KR1020120024369A priority Critical patent/KR20130103049A/en
Publication of KR20130103049A publication Critical patent/KR20130103049A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213Gas-impermeable carbon-containing materials
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a fuel cell separator is provided to supply a separator with improved quality by a mass production and to reduce manufacturing time and manufacturing cost by introducing automatic equipment for improving a manufacturing process. CONSTITUTION: A manufacturing method of a fuel cell separator comprises a step of polishing each graphite plate; a step of impregnating the graphite plate with an impregnating solution, curing the cured graphite plate, and drying the cured graphite plate; a step of forming a fuel gas channel, an oxidation gas channel, and a coolant channel on a dried graphite plate; a step of impregnating the semi-product with the impregnating solution and washing and curing the semi-product; a step of manufacturing a final product by attaching the semi-product; and a step of carrying out the surface inspection of the fuel gas channel, oxidation gas channel, and coolant channel and a gas leakage inspection to manufacture a separator. [Reference numerals] (S11) Cutting raw material with graphite plate (cuter); (S12,S15) Grinding (grinder); (S13) Graphite plate; (S14) Transfer (transferring device); (S21) Washing (washing bath); (S22) Drying (dryer); (S23) Impregnating; (S24) Washing the surface (washing bath); (S25) Curing (curing furnace); (S26) Drying (drying furnace); (S31) Fine grinding (grinder); (S32) Shape processing (processor)

Description

다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법{Method for Manufacturing Fuel Cell Separator using Porous Graphite}Fuel cell separator manufacturing method using porous graphite {Method for Manufacturing Fuel Cell Separator using Porous Graphite}

본 발명은 연료전지용 세퍼레이터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지에 사용되는 세퍼레이터의 제조를 표준화하여 대량생산 및 비용을 절감하기 위한 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator, and more particularly, to a method for manufacturing a fuel cell separator using porous graphite for standardizing the production of a separator used in a fuel cell to reduce mass production and cost.

일반적으로 연료전지 스택(Fuel Cell Stack)은 세퍼레이터(Separator, 분리판), MEA(Membrane Electrode Assembly, 전극막), GDL(Gas Diffusion Layer, 가스확산층)으로 나눌 수 있다. 연료전지 스택은 수십 내지 수백 개 이상 적층하여 구성하고 양단에 금속판과 체결 바를 이용하여 일정한 면압을 부여한다. 세퍼레이터의 입구와 출구를 통하여 연료가스(수소)와 산화가스(공기) 및 유체(물)가 공급되어 상호 화학반응에 의해 생성된 전기에너지와 화학반응에 의해 생성된 물의 이동통로 역할을 수행하는 매우 중요한 기능을 담당한다.In general, a fuel cell stack may be divided into a separator (separator), a membrane electrode assembly (MEA), and a gas diffusion layer (GDL). The fuel cell stack is constructed by stacking tens to hundreds or more and imparts a constant surface pressure by using metal plates and fastening bars at both ends. Fuel gas (hydrogen), oxidizing gas (air), and fluid (water) are supplied through the inlet and outlet of the separator to act as a transport passage for the electrical energy generated by the chemical reaction and the water generated by the chemical reaction. It plays an important role.

세퍼레이터의 종류로는 다공질 흑연을 가공하여 제조하는 세퍼레이터, 복합분말을 고압 압축된 판재를 가공하여 제조하는 세퍼레이터, 복합분말의 성형으로 제조되는 세퍼레이터, 그리고 금속판재를 프레싱하여 제조하는 세퍼레이터 등이 있다.Types of the separator include a separator produced by processing porous graphite, a separator produced by processing a high-pressure compressed plate material of a composite powder, a separator produced by molding a composite powder, and a separator produced by pressing a metal plate material.

종래에 상기 세퍼레이터 중에서 다공질 흑연을 가공하여 제조하는 세퍼레이터의 제조방법은, 원자재 투입 및 표면가공 공정, 표면처리 공정, 형상 기계가공 공정, 수지함침 공정, 완제품 본딩 공정, 가공 후처리 공정, 그리고 성능검사 공정 및 출하 공정을 거쳐 제조된다.Conventionally, the method of manufacturing a separator manufactured by processing porous graphite in the separator, raw material input and surface processing process, surface treatment process, shape machining process, resin impregnation process, finished product bonding process, post-processing process, and performance inspection It is manufactured through a process and a shipment process.

따라서 원자재의 투입부터 출하까지의 단계가 복잡하고, 수작업 공정이 많아 제조시간이 많이 소요되며, 공정별 제조공정 기술에 대한 명확한 표준화가 되어 있지 않아 대량생산과 상용화를 위한 제조원가의 비율이 매우 높은 문제점이 있었다.
Therefore, the steps from the input of raw materials to the shipment are complicated, many manual processes are required, and a lot of manufacturing time is required, and the ratio of manufacturing cost for mass production and commercialization is very high because there is no clear standardization of manufacturing process technology for each process. There was this.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료전지 스택의 핵심부품인 세퍼레이터의 제조방법을 안정화시키고, 세퍼레이터 생산을 위한 자동화 설비의 활용 효율을 극대화시킴과 더불어, 공정별 세부 제조기술을 확립하여 제조시간의 절감으로 인한 생산원가 안정화 및 절감을 도모하며, 제조공정을 체계화하여 표준화 모델을 구현함으로써 세퍼레이터의 대량생산을 통한 양산을 향상시키기 위한 것이 목적이다.
The present invention is to solve the above problems, to stabilize the manufacturing method of the separator, which is the core component of the fuel cell stack, to maximize the utilization efficiency of the automation equipment for the production of the separator, and to establish a detailed manufacturing technology for each process to manufacture The aim is to improve production volume by stabilizing and reducing production costs due to time savings, and to implement a standardized model by systematically manufacturing manufacturing processes.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 준비된 흑연 원자재로부터 일정 체적의 흑연블록으로 절단기로 절단하고 연마기로 연마한 후에 일정 두께의 흑연판재를 절단기로 복수로 절단하여 이송장치로 이송하며 각 흑연판재의 평면을 연마기로 연마하는 단계; (b) 상기 흑연판재 표면에 부착된 분진을 세척조에서 세척한 후에 건조기에서 표면의 습기를 제거하고 습기가 제거된 흑연판재를 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시키며 함침이 완료된 흑연판재를 세척조에서 표면 세척한 다음에 경화로에서 경화시키고 경화가 완료된 흑연판재 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 표면 건조시키는 단계; (c) 상기 표면 건조된 흑연판재를 정해진 규격에 맞추어 연마기로 정밀 연마를 한 후에 가공기를 사용하여 연료가스 통로 및 산화가스 통로와 냉각수 통로의 형상을 가공하는 단계; (d) 상기 형상이 가공된 반제품 표면에 부착된 분진을 세척조에서 세척한 후에 건조기에서 표면의 습기를 제거하고 습기가 제거된 반제품을 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시키며 함침이 완료된 반제품을 세척조에서 표면 세척한 다음에 경화로에서 경화시키고 경화가 완료된 반제품 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 표면 건조시키는 단계; (e) 상기 표면 건조된 반제품을 수소판과 공기판으로 나누어 연료전지의 운전조건과 가동온도에 따라 접착제의 점도와 사용 한계온도와 양생조건을 고려하여 접착제를 선정한 후에 접착하고 접착과정에서 발생된 불순물을 후처리기를 사용하여 제거하여 완제품을 제조하는 단계; 및 (f) 상기 완제품에 형성된 연료가스 통로 및 산화가스 통로와 냉각수 통로의 표면검사와 함께 접착 경계면에 대한 가스 누출검사를 수행하여 연료전지 세퍼레이터를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법을 제공한 것이 특징이다.In order to achieve the above object, the present invention (a) from the graphite raw material prepared by cutting with a certain volume of graphite blocks with a cutter and polished with a grinder, and then cut a plurality of graphite plate materials with a cutter with a plurality of cutters and transfer them to a transfer device. Polishing the plane of the graphite sheet with a polishing machine; (b) After washing the dust attached to the surface of the graphite plate in the washing tank to remove the moisture of the surface in the dryer, the moisture-impregnated graphite plate is put into the impregnation tank, impregnated by adding the impregnation liquid and the impregnated graphite plate in the washing tank Surface washing followed by curing in a curing furnace and surface drying in a drying furnace to remove moisture from the surface of the hardened graphite plate; (c) precisely polishing the surface-dried graphite sheet material with a grinder according to a predetermined standard, and then processing shapes of a fuel gas passage, an oxidizing gas passage, and a cooling water passage using a processing machine; (d) After washing the dust attached to the surface of the semi-finished product processed in the washing tank, remove the moisture of the surface from the dryer, impregnate the semi-finished product is removed into the impregnation tank, impregnated by adding the impregnation liquid, and the semi-finished product finished impregnation Surface washing in the curing furnace and then surface drying in a drying furnace to remove moisture from the finished semi-finished surface; (e) dividing the surface-dried semi-finished product into a hydrogen plate and an air plate, and selecting the adhesive in consideration of the viscosity of the adhesive, the limit temperature and curing condition according to the operating conditions and operating temperature of the fuel cell, Removing impurities using a post-process to produce a finished product; And (f) manufacturing a fuel cell separator by performing a gas leakage test on an adhesive interface together with surface inspection of the fuel gas passage, the oxidizing gas passage, and the cooling water passage formed in the finished product. It is a feature that a separator manufacturing method is provided.

또한, 본 발명에서, 상기 단계(a)에서, 건조기에서 100~120℃로 건조하고, 함침조에서 함침액을 투입하기 전에 흑연판재 표면에 부착된 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 1시간 동안 외부로 배출하며, 함침조에 함침액을 투입하여 진공압력 -750mmHg 하에서 1시간 동안 외부공기를 차단시킨 상태에서 5kg/㎠ 하의 압력으로 1시간 동안 가압하고, 세척기로 표면 세척 때에 온수의 온도는 90℃ 이며, 경화로에서 30분 동안 경화하며, 건조로에서 110±5℃ 하에서 1시간 동안 건조할 수 있다.In addition, in the present invention, in the step (a), dried at 100 ~ 120 ℃ in the dryer, the external for 1 hour to remove the fine dust and moisture adhered to the surface of the graphite plate before the impregnation liquid is added in the impregnation tank The impregnating solution was added to the impregnation tank and pressurized for 1 hour under the pressure of 5kg / ㎠ under the condition that the external air was blocked for 1 hour under the vacuum pressure of -750mmHg. , Curing in a curing furnace for 30 minutes, can be dried for 1 hour at 110 ± 5 ℃ in a drying furnace.

또한, 본 발명에서, 상기 단계(d)에서, 건조기에서 100~120℃로 건조하고, 함침조에서 함침액을 투입하기 전에 흑연판재 표면에 부착된 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 30분 동안 외부로 배출하며, 함침조에 함침액을 투입하여 진공압력 -750mmHg 하에서 1시간 동안 외부공기를 차단시킨 상태에서 6kg/㎠ 하의 압력으로 1시간 동안 가압하고, 세척기로 표면 세척 때에 온수의 온도는 90℃이며, 경화로에서 30분 동안 경화하며, 건조로에서 110±5℃ 하에서 1시간 동안 건조할 수 있다.In addition, in the present invention, in the step (d), dried to 100 ~ 120 ℃ in the dryer, the external for 30 minutes to remove the fine dust and moisture adhered to the graphite plate surface before the impregnation liquid is added in the impregnation tank The impregnating solution was poured into the impregnation tank and pressurized for 1 hour under the pressure of 6kg / ㎠ under the condition that the external air was blocked for 1 hour under vacuum pressure -750mmHg. , Curing in a curing furnace for 30 minutes, can be dried for 1 hour at 110 ± 5 ℃ in a drying furnace.

또한, 본 발명에서, 상기 함침액은 수소성계열의 수지를 적용할 수 있다.In addition, in the present invention, the impregnation liquid may be applied to the resin of the hydrophobic series.

또한, 본 발명은, 상기 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조하는 방법을 구현하기 위한 연료전지 세퍼레이터를 제조하는 장치를 제공한다.The present invention also provides an apparatus for manufacturing a fuel cell separator for implementing a method for manufacturing a fuel cell separator using the porous graphite.

또한, 본 발명은, 상기 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법으로 제조되는 연료전지 세퍼레이터를 제공한다.
The present invention also provides a fuel cell separator manufactured by the fuel cell separator manufacturing method using the porous graphite.

본 발명은 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터의 제조공정을 단순화 및 안정화시켜 대량생산에 따른 향상된 품질의 세퍼레이터를 공급할 수 있고, 또한, 제조공정의 개선을 위한 자동화 설비의 도입과 제작을 통하여 인건비와 제조시간 및 제조비용을 절감한 장점이 있다.
The present invention can simplify and stabilize the manufacturing process of a fuel cell separator using porous graphite, thereby providing a separator of improved quality according to mass production, and also through the introduction and manufacture of an automated facility for improving the manufacturing process, It has the advantage of saving time and manufacturing costs.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 세퍼레이터를 나타낸 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 세퍼레이터를 자동으로 테스트하기 위한 장치를 나타낸 블록도이다.
1 is a block diagram showing a fuel cell separator according to the present invention.
2A and 2B are flowcharts illustrating a method of manufacturing a fuel cell separator using porous graphite according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating an apparatus for automatically testing a fuel cell separator according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법에 관한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of a fuel cell separator manufacturing method using porous graphite according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에서, 연료전지의 핵심 부품인 세퍼레이터(10)는 연료가스, 즉 수소가 이동되는 통로(11), 산화가스, 즉 공기가 이동되는 통로(12), 그리고 유체인 물이 이동되는 통로(13)가 형성되어 있다. 세퍼레이터(10)에 형성된 각각의 통로(11, 12, 13)는 상호 화학적인 반응에 의하여 생성된 전기에너지와 화학반응에 의하여 생성된 물이 이동되는 것이다. 세퍼레이터(10)는 박판의 판재 형상으로 복수, 통상 수십 내지 수백 개가 적층된다. 세퍼레이터(10)의 재료는 다공질의 인조흑연이 사용되지만, 이와 유사한 다양한 재료가 사용될 수 있다.In FIG. 1, the separator 10, which is a core component of the fuel cell, includes a passage 11 through which fuel gas, that is, hydrogen, a passage 12 through which oxidizing gas, ie, air, and a passage through which water, which is fluid, moves ( 13) is formed. Each of the passages 11, 12, 13 formed in the separator 10 transfers electric energy generated by a chemical reaction and water generated by a chemical reaction. The separator 10 is laminated | stacked in plurality, normally tens to hundreds in the shape of a thin plate material. As the material of the separator 10, porous artificial graphite is used, but various similar materials may be used.

연료전지 세퍼레이터의 제조를 위하여 절단기, 연마기, 세척조, 건조기, 함침조, 경화로, 건조로 등이 기본적으로 구비되고, 이송장치, 가공장치, 접착제 등의 부가적인 장치나 설비 또는 시스템이 이용된다.In order to manufacture the fuel cell separator, a cutting machine, a grinding machine, a washing tank, a dryer, an impregnation tank, a curing furnace, a drying furnace, and the like are basically provided, and additional devices, equipment, or systems such as a transfer device, a processing device, and an adhesive are used.

연료전지 세퍼레이터의 제조방법을 대별하여 6단계의 공정으로 이루어지고, 해당 단계는 세부적인 공정으로 나누어질 수 있다. 즉 다공질 인조흑연으로 이루어진 원자재로부터 모형의 절단과 자동 연마하는 제1단계, 다공질 흑연판재를 함침하는 제2단계, 흑연판재의 정밀연마 및 형상별 정밀 기계 가공하는 제3단계, 형상 가공된 반제품을 함침하는 제4단계, 후처리 가공하는 제5단계, 그리고 성능을 검사하는 제6단계를 거쳐 이루어진다.The manufacturing method of the fuel cell separator is roughly divided into six steps, and the steps may be divided into detailed processes. That is, the first step of cutting and autopolishing the model from the raw material made of porous artificial graphite, the second step of impregnating the porous graphite plate material, the third step of precision grinding of the graphite plate material and the precise machining of the shape by shape, and the semi-finished product The fourth step of impregnation, the fifth step of post-treatment, and the sixth step of inspecting performance.

상기 연료전지 세퍼레이터를 제조하는 세부적인 공정을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.A detailed process of manufacturing the fuel cell separator will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a에서, 원자재로부터 모형의 절단과 자동 연마하는 제1단계(S10)는 먼저, 준비된 다공질 흑연 원자재를 절단기를 이용하여 일정 체적의 흑연블록(1)으로 절단한다(S11). 절단된 흑연블록(1)이 이송장치에 의해 자동 이송되면 연마기를 이용하여 흑연블록(1)의 평면을 연마한다(S12). 그리고 절단기로 흑연블록(1)을 일정 두께의 흑연판재(2)로 절단한다(S13). 절단기로 흑연블록(1)을 복수의 흑연판재(2)로 반복 절단하고 절단된 흑연판재(2)는 이송장치에 의해 이송된다(S14). 이때, 이송장치에서 이송되는 흑연판재(2)는 절단면이 위로가게 이송된다. 이송되는 각 흑연판재(2)의 평면을 연마기로 평면 황삭 자동 연마한다(S15).In FIG. 2A, in the first step S10 of cutting and auto-polishing a model from raw materials, first, the prepared porous graphite raw material is cut into a predetermined volume of graphite block 1 using a cutter (S11). When the cut graphite block 1 is automatically transferred by the transfer apparatus, the plane of the graphite block 1 is polished using a polishing machine (S12). Then, the graphite block 1 is cut into a graphite plate 2 having a predetermined thickness with a cutter (S13). The graphite block 1 is repeatedly cut into a plurality of graphite plate materials 2 by a cutter, and the cut graphite plate material 2 is transferred by a transfer device (S14). At this time, the graphite plate 2 conveyed from the conveying device is conveyed with the cutting surface upward. The roughness of the plane of each graphite plate material 2 to be transferred is automatically rough-polished with a polishing machine (S15).

다공질 흑연판재(2)를 함침하는 제2단계(S20)는 제1단계(S10)의 세부 공정을 거치면서 흑연판재(2)의 내부와 외부에 미세 기포층이 존재하게 된다. 이 기포층의 제거하기 위하여 함침 공정이 수행된다. 이때, 흑연판재(2)의 함침을 위한 함침액의 선정은 연료가스 통로(11)와 산화가스 통로(12), 그리고 냉각수 통로(13)에 의해 화학적인 반응으로 수지가 외부로 녹아 나오거나 세퍼레이터(10)의 표면과 내부에서 이탈되어 냉각수에 오염물질이 배출되는 문제점이 발생되지 않도록 흑연판재의 함침 후에 경화된 수지가 변형되지 않는 수소성계열의 수지를 선정하는 것이 매우 중요하다.In the second step S20 of impregnating the porous graphite plate 2, a fine bubble layer is present inside and outside the graphite plate 2 while undergoing the detailed process of the first step S10. An impregnation process is performed to remove this bubble layer. At this time, the impregnation liquid for the impregnation of the graphite plate 2 is melted to the outside by the chemical reaction by the fuel gas passage 11, the oxidizing gas passage 12, and the cooling water passage 13 or the separator It is very important to select a hydrogen-based resin that does not deform the cured resin after the impregnation of the graphite sheet so that the contaminants are discharged from the surface and the inside of (10) so that the pollutant is not discharged from the cooling water.

따라서 상기 제1단계(S10)에서 연마를 거친 흑연판재(2) 표면에 부착된 분진을 제거하기 위하여 세척조에서 흐르는 물에 가볍게 세척한다(S21). 세척이 이루어진 흑연판재(2)를 건조기에서 대략 100~120℃ 이상에서 표면의 습기를 충분히 제거한다(S22). 습기가 제거된 흑연판재(2)를 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시킨다. 이때, 습기가 제거된 흑연판재(2)를 함침조에 투입한 후에 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 외부로 배출시키기 위하여 대략 1시간 동안 최적의 조건을 제공한다. 함침액을 함침조에 투입하여 진공압력 대략 -750mmHg 이상을 1시간 동안 진행한 후에 외부공기를 차단시키고 5Kg/㎠ 이상의 압력으로 1시간 동안 가압하여 함침액이 충분히 침투되도록 한다(S23). 또한, 함침이 완료된 흑연판재(2)를 세척조에서 표면 세척을 한 후(S24), 세척된 흑연판재(2)를 경화로에 넣고 대략 30분 동안 경화시킨다(S25). 이때, 온수의 온도는 대략 90℃ 이상이 유지되도록 한다. 경화가 완료되면 흑연판재(2) 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 대략 110±5도 이내의 온도에서 표면을 건조시킨다(S26).Therefore, in order to remove the dust adhering to the surface of the graphite plate 2 which has been polished in the first step (S10) it is lightly washed with water flowing in the washing tank (S21). The washed graphite plate 2 is sufficiently removed from the surface of the moisture in the dryer at approximately 100 ~ 120 ℃ (S22). The graphite plate material 2 from which moisture has been removed is placed in an impregnation tank, and an impregnation solution is added to impregnate it. At this time, after the graphite plate 2, which has been dehumidified, is introduced into the impregnation tank, optimum conditions are provided for about 1 hour to be discharged to the outside to remove fine dust and moisture. After the impregnation solution was introduced into the impregnation tank, the vacuum pressure was approximately -750 mmHg or more for 1 hour, the external air was blocked, and the impregnation liquid was sufficiently infiltrated by pressurizing for 1 hour at a pressure of 5 Kg / cm 2 or more (S23). In addition, the surface of the impregnated graphite plate 2 is washed in a washing tank (S24), the washed graphite plate 2 is put into a curing furnace and cured for about 30 minutes (S25). At this time, the temperature of the hot water is maintained to be approximately 90 ℃ or more. When curing is completed, the surface is dried at a temperature of about 110 ± 5 degrees in a drying furnace to remove moisture on the surface of the graphite plate (2) (S26).

다음으로, 정밀연마와 형상별 정밀 기계가공 제3단계(S30)를 수행한다. 상기 (S26)에서 표면 건조된 흑연판재(2)를 정해진 규격에 맞추어 연마기로 정밀 연마를 한다(S31). 이때, 흑연판재(2)의 앞부분과 뒷부분의 치수편차가 발생되지 않도록 하고, 연마기에 적용된 연마석의 가공면 조도(표면거칠기)를 조절해야 한다. 그리고 정밀 연마가 이루어진 흑연판재(2)는 가공기를 사용하여 연료가스 통로(11)와 산화가스 통로(12) 및 냉각수 통로(13)의 형상을 가공한다(S32). 상기 정밀 평탄 연마가 완료된 흑연판재(2)의 재질은 탄소를 많이 함유하고 있으므로 일반 공구로 가공할 때에 마모율이 빠르게 진행되어 가공하기 어렵다. 따라서 인조다이아몬드 공구와 특수코팅 공구를 사용해야 하지만, 정밀 평탄 연마에 이용되는 공구별 가격차이가 많으므로 흑연판재(2)의 형상에 따라 순서를 정하여 순차적으로 가공하는 것이 좋다. 형상을 정밀하게 가공할 때에 투입된 공구와 기계 가동시간에 의하여 원가절감 및 제조비용의 생산원가에 반영되므로 충분한 검토 후에 적용하는 것이 좋다.Next, the third step (S30) for precision machining and precise machining by shape. In step S26, the surface-dried graphite plate 2 is precisely polished using a grinder according to a predetermined standard (S31). At this time, the dimensional deviation of the front and rear portions of the graphite plate 2 should not be generated, and the roughness (surface roughness) of the processed surface of the abrasive stone applied to the polishing machine should be adjusted. Then, the graphite plate 2, which has been precisely polished, processes the shape of the fuel gas passage 11, the oxidizing gas passage 12, and the cooling water passage 13 using a processing machine (S32). Since the material of the graphite plate material 2, which has been precisely ground polished, contains a large amount of carbon, the wear rate progresses rapidly when processing with a general tool, and thus it is difficult to process the graphite plate. Therefore, the artificial diamond tool and the special coating tool should be used. However, since the price difference for each tool used for precision flat grinding is many, it is preferable to set the order according to the shape of the graphite sheet 2 and process the chips sequentially. When the shape is precisely processed, it is recommended to apply it after sufficient consideration because it is reflected in the production cost of the cost reduction and manufacturing cost by the tool and machine operating time.

도 2b에서, 형상 가공된 반제품을 함침하는 제4단계(S40)를 수행한다. 형상이 가공된 반제품 표면에 부착된 분진의 제거를 위하여 세척조에서 흐르는 물에 부드러운 솔 등을 이용하여 가볍게 표면을 세척한다(S41). 세척이 이루어진 반제품을 건조기에서 대략 100~120℃ 이상에서 표면의 습기를 충분히 제거한다(S42). 습기가 제거된 반제품을 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시킨다. 이때, 습기가 제거된 반제품을 함침조에 투입한 후에 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 외부로 배출시키기 위하여 대략 30분 동안 최적의 조건을 제공한다. 함침액을 함침조에 투입하여 진공압력 대략 -750mmHg 이상을 1시간 동안 진행한 후에 외부공기를 차단시키고 6Kg/㎠ 이상의 압력으로 1시간 동안 가압하여 함침액이 충분히 침투되도록 한다(S43). 함침액은 수소성계열의 수지를 적용하는 것이 좋다. 또한, 함침이 완료된 반제품을 세척조에서 표면 세척을 한 후(S44), 세척된 반제품을 경화로에 넣고 대략 30분 동안 경화시킨다(S45). 이때, 온수의 온도는 대략 90℃ 이상이 유지되도록 한다. 경화가 완료되면 반제품 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 대략 110±5도 이내의 온도에서 표면을 건조시킨다(S46).In FIG. 2B, a fourth step S40 of impregnating the shaped semifinished product is performed. In order to remove the dust attached to the surface of the processed semi-finished product, the surface is lightly washed using a soft brush or the like in the water flowing from the washing tank (S41). Semi-finished product is washed to remove enough moisture from the surface of approximately 100 ~ 120 ℃ in the dryer (S42). The semi-finished product is removed from the moisture in the impregnation tank and impregnated with the impregnation solution. At this time, after the semi-finished product is dehumidified in the impregnation tank to provide an optimum condition for about 30 minutes to discharge to the outside to remove the fine dust and moisture. After the impregnation solution was introduced into the impregnation tank, the vacuum pressure was approximately -750 mmHg or more for 1 hour, the external air was blocked, and the impregnation solution was sufficiently infiltrated by pressurizing for 1 hour at a pressure of 6Kg / cm 2 or more (S43). For the impregnation solution, it is preferable to apply a resin of hydrogen series. In addition, after the surface of the semi-finished product is impregnated in the washing bath (S44), the washed semi-finished product is put into the curing furnace and cured for about 30 minutes (S45). At this time, the temperature of the hot water is maintained to be approximately 90 ℃ or more. When curing is completed, the surface is dried at a temperature of about 110 ± 5 degrees in a drying furnace to remove moisture on the surface of the semifinished product (S46).

다음으로, 후처리 가공하는 제5단계(S50)를 수행한다. 그 세부 공정은 상기 정밀 함침이 완료된 연료전지 스택 세퍼레이터용 흑연판은 수소판(Anode)과 공기판(Cathode)으로 나누어 분리한다(S51). 그리고 연료전지의 운전조건과 가동온도에 따라 접착제의 점도와 사용 한계온도와 양생조건을 고려하여 접착제를 선정한 후에 접착한다(S52). 접착과정에서 발생된 불순물을 후처리기를 사용하여 제거하여 완제품을 제조한다(S53).Next, a fifth step S50 of post-processing is performed. In the detailed process, the graphite plate for the fuel cell stack separator in which the precise impregnation is completed is divided into hydrogen plate (Anode) and air plate (Cathode) (S51). In addition, the adhesive is selected after the adhesive is selected in consideration of the viscosity of the adhesive, the limit temperature of use, and the curing condition according to the operating conditions and operating temperatures of the fuel cell (S52). Impurities generated in the bonding process are removed using a post-treatment to produce a finished product (S53).

마지막으로, 성능을 검사하는 제6단계(S60)를 거쳐 이루어진다. 상기 완제품에 형성된 연료가스 통로(11) 및 산화가스 통로(12)와 냉각수 통로(13)의 표면검사를 수행하고(S61), 세퍼레이터의 접착 경계면에 대한 가스 누출검사를 수행한다(S62). 이로써 연료전지 세퍼레이터의 제조가 완료된다(S63).Finally, the sixth step (S60) to check the performance is made. The surface inspection of the fuel gas passage 11, the oxidizing gas passage 12 and the cooling water passage 13 formed in the finished product is performed (S61), and the gas leakage inspection on the adhesive interface of the separator is performed (S62). This completes the manufacture of the fuel cell separator (S63).

상기 누출검사는 세퍼레이터(10)의 성능을 판단하는 매우 중요한 과정이므로 도 3에서, 정밀 자동화 테스트 설비로서 프로그램 모니터(Program Monitor, 20), 오토 컨트롤러(Auto Controller, 21), 가스 입출력 시스템(Gas In/Out System, 22), 프레스 테스트 머신(Press Test machine, 23), 알람(OK/NG Alarm, 24) 및 프린터(Result Printor, 25) 등의 투자 또는 제작을 통해 세퍼레이터의 생산성 극대화와 품질향상 및 제조원가의 절감을 구현할 수 있을 것이다.Since the leak test is a very important process for determining the performance of the separator 10, in FIG. 3, as a precision automated test facility, a program monitor 20, an auto controller 21, and a gas input / output system may be used. Maximize the productivity of the separator and improve the quality through the investment or production of / Out System, 22), Press Test machine 23, OK / NG Alarm 24, and Printer 25 Reduction of manufacturing cost will be realized.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who has it will know it easily.

1: 흑연블록 2: 흑연판재 10: 세퍼레이터 11: 연소가스 통로 12: 산화가스 통로 13: 냉각수 통로DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Graphite block 2: Graphite plate material 10: Separator 11: Combustion gas passage 12: Oxidation gas passage 13: Cooling water passage

Claims (6)

(a) 준비된 흑연 원자재로부터 일정 체적의 흑연블록으로 절단기로 절단하고 연마기로 연마한 후에 일정 두께의 흑연판재를 절단기로 복수로 절단하여 이송장치로 이송하며 각 흑연판재의 평면을 연마기로 연마하는 단계;
(b) 상기 흑연판재 표면에 부착된 분진을 세척조에서 세척한 후에 건조기에서 표면의 습기를 제거하고 습기가 제거된 흑연판재를 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시키며 함침이 완료된 흑연판재를 세척조에서 표면 세척한 다음에 경화로에서 경화시키고 경화가 완료된 흑연판재 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 표면 건조시키는 단계;
(c) 상기 표면 건조된 흑연판재를 정해진 규격에 맞추어 연마기로 정밀 연마를 한 후에 가공기를 사용하여 연료가스 통로 및 산화가스 통로와 냉각수 통로의 형상을 가공하는 단계;
(d) 상기 형상이 가공된 반제품 표면에 부착된 분진을 세척조에서 세척한 후에 건조기에서 표면의 습기를 제거하고 습기가 제거된 반제품을 함침조에 넣고 함침액을 투입하여 함침시키며 함침이 완료된 반제품을 세척조에서 표면 세척한 다음에 경화로에서 경화시키고 경화가 완료된 반제품 표면의 습기를 제거하기 위하여 건조로에서 표면 건조시키는 단계;
(e) 상기 표면 건조된 반제품을 수소판과 공기판으로 나누어 연료전지의 운전조건과 가동온도에 따라 접착제의 점도와 사용 한계온도와 양생조건을 고려하여 접착제를 선정한 후에 접착하고 접착과정에서 발생된 불순물을 후처리기를 사용하여 제거하여 완제품을 제조하는 단계; 및
(f) 상기 완제품에 형성된 연료가스 통로 및 산화가스 통로와 냉각수 통로의 표면검사와 함께 접착 경계면에 대한 가스 누출검사를 수행하여 연료전지 세퍼레이터를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법.
(a) cutting the prepared graphite raw material with a certain volume of graphite blocks with a cutter, grinding with a grinder, cutting a plurality of graphite plates with a cutter, transferring them to a transfer device, and polishing the plane of each graphite plate with a polishing machine. ;
(b) After washing the dust attached to the surface of the graphite plate in the washing tank to remove the moisture of the surface in the dryer, the moisture-impregnated graphite plate is put into the impregnation tank, impregnated by adding the impregnation liquid and the impregnated graphite plate in the washing tank Surface washing followed by curing in a curing furnace and surface drying in a drying furnace to remove moisture from the surface of the hardened graphite plate;
(c) precisely polishing the surface-dried graphite sheet material with a grinder according to a predetermined standard, and then processing shapes of a fuel gas passage, an oxidizing gas passage, and a cooling water passage using a processing machine;
(d) After washing the dust attached to the surface of the semi-finished product processed in the washing tank, remove the moisture of the surface from the dryer, impregnate the semi-finished product is removed into the impregnation tank, impregnated by adding the impregnation liquid, and the semi-finished product finished impregnation Surface washing in the curing furnace and then surface drying in a drying furnace to remove moisture from the finished semi-finished surface;
(e) dividing the surface-dried semi-finished product into a hydrogen plate and an air plate and then selecting the adhesive in consideration of the viscosity of the adhesive, the limit temperature of use and curing conditions according to the operating conditions and operating temperature of the fuel cell, Removing impurities using a post-process to produce a finished product; And
(f) preparing a fuel cell separator by performing a gas leakage test on an adhesive interface together with surface inspection of the fuel gas passage, the oxidizing gas passage and the cooling water passage formed in the finished product, and manufacturing a fuel cell separator. Manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 단계(a)에서,
건조기에서 100~120℃로 건조하고,
함침조에서 함침액을 투입하기 전에 흑연판재 표면에 부착된 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 1시간 동안 외부로 배출하며,
함침조에 함침액을 투입하여 진공압력 -750mmHg 하에서 1시간 동안 외부공기를 차단시킨 상태에서 5kg/㎠ 하의 압력으로 1시간 동안 가압하고,
세척기로 표면 세척 때에 온수의 온도는 90℃이며,
경화로에서 30분 동안 경화하며,
건조로에서 110±5도 하에서 1시간 동안 건조하는 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein in step (a)
Dried in a dryer to 100-120 ℃,
In order to remove the fine dust and moisture adhering to the surface of the graphite sheet before the impregnation solution is added to the impregnation tank, it is discharged to the outside for 1 hour,
The impregnation solution was added to the impregnation tank and pressurized for 1 hour at a pressure of 5 kg / cm 2 while blocking external air for 1 hour under a vacuum pressure of -750 mmHg.
When washing the surface with a washer, the temperature of the hot water is 90 ℃,
30 minutes in the curing furnace,
A fuel cell separator manufacturing method using porous graphite which is dried for 1 hour at 110 ± 5 degrees in a drying furnace.
제1항에 있어서, 상기 단계(d)에서,
건조기에서 100~120℃로 건조하고,
함침조에서 함침액을 투입하기 전에 흑연판재 표면에 부착된 미세분진과 습기를 제거하기 위하여 30분 동안 외부로 배출하며,
함침조에 함침액을 투입하여 진공압력 -750mmHg 하에서 1시간 동안 외부공기를 차단시킨 상태에서 6kg/㎠ 하의 압력으로 1시간 동안 가압하고,
세척기로 표면 세척 때에 온수의 온도는 90℃이며,
경화로에서 30분 동안 경화하며,
건조로에서 110±5도 하에서 1시간 동안 건조하는 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법.
The method of claim 1, wherein in step (d),
Dried in a dryer to 100-120 ℃,
In order to remove the fine dust and moisture adhering to the surface of the graphite sheet before the impregnation solution is added to the impregnation tank, it is discharged to the outside for 30 minutes,
The impregnating solution was added to the impregnation tank and pressurized for 1 hour at a pressure of 6 kg / cm 2 while blocking external air for 1 hour under a vacuum pressure of -750 mmHg.
When washing the surface with a washer, the temperature of the hot water is 90 ℃,
30 minutes in the curing furnace,
A fuel cell separator manufacturing method using porous graphite which is dried for 1 hour at 110 ± 5 degrees in a drying furnace.
제2항 또는 제3항에 있어서, 함침액은 수소성계열의 수지를 적용한 다공질 흑연을 이용한 연료전지 세퍼레이터 제조방법.
The method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 2 or 3, wherein the impregnation liquid is made of porous graphite to which a hydrophobic resin is applied.
상기 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법을 구현하기 위한 연료전지 세퍼레이터를 제조하는 장치.
An apparatus for manufacturing a fuel cell separator for implementing the method of any one of claims 1 to 3.
상기 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 연료전지 세퍼레이터.A fuel cell separator manufactured by the method of any one of claims 1 to 3.
KR1020120024369A 2012-03-09 2012-03-09 Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite KR20130103049A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024369A KR20130103049A (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024369A KR20130103049A (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130103049A true KR20130103049A (en) 2013-09-23

Family

ID=49452548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120024369A KR20130103049A (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130103049A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101720294B1 (en) 2015-10-29 2017-03-28 신부섭 Method for manufacturing a separator of fuel cell using graphite manufactured by system for standardization and mass production
US9846113B2 (en) 2014-04-01 2017-12-19 Hyundai Motor Company Interfacial adhesion strength measuring apparatus and method of a gas diffusion layer for fuel cells
KR20190064367A (en) 2017-11-30 2019-06-10 고려대학교 산학협력단 Ventilation mattress for preventing pressure sore
KR102111657B1 (en) * 2019-01-16 2020-05-15 김범수 Apparatus of Manufacturing Carbon Electrod Block Continuously in Bulk for Boiler
KR102111654B1 (en) * 2019-01-16 2020-05-15 김범수 Method of Manufacturing Carbon Electrod Block Continuously in Bulk for Boiler

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9846113B2 (en) 2014-04-01 2017-12-19 Hyundai Motor Company Interfacial adhesion strength measuring apparatus and method of a gas diffusion layer for fuel cells
KR101720294B1 (en) 2015-10-29 2017-03-28 신부섭 Method for manufacturing a separator of fuel cell using graphite manufactured by system for standardization and mass production
KR20190064367A (en) 2017-11-30 2019-06-10 고려대학교 산학협력단 Ventilation mattress for preventing pressure sore
KR102111657B1 (en) * 2019-01-16 2020-05-15 김범수 Apparatus of Manufacturing Carbon Electrod Block Continuously in Bulk for Boiler
KR102111654B1 (en) * 2019-01-16 2020-05-15 김범수 Method of Manufacturing Carbon Electrod Block Continuously in Bulk for Boiler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130103049A (en) Method for manufacturing fuel cell separator using porous graphite
CN101412120B (en) Numerical control machining method based on rigid construction parts and clamping fixture for numerical control machining
KR102084470B1 (en) Flow structures for use with an electrochemical cell
JP5368738B2 (en) Separation plate for fuel cell and method for producing the same
KR20080056010A (en) A method for preparing a membrane electrode of a fuel cell
CN109514962A (en) A kind of composite dual-electrode plates and the preparation method and application thereof for fuel cell
KR101219394B1 (en) Manufacturing method of composite separation plate for fuel cell and composite separation plate manufactured by the same
CN101750239B (en) Method for processing composite material test plate
CN113555578A (en) Composite graphite material for fuel cell bipolar plate and preparation method thereof
KR20090111898A (en) Automation system for manufacturing fuel cell stack parts
CN104955615B (en) Circular base slab, supatex fabric polishing roll, roll assembly, and polishing method
CN101676091A (en) Manufacturing method of composite material work piece with matte appearance
CN105880935A (en) Manufacturing method for intaglio roller
CN112408806A (en) Processing method of K9 ultrathin glass
JP2007216306A (en) Manufacturing method of grinding wheel
CN108942425B (en) Special fixture for machining bipolar plate and bipolar plate machining method using fixture
CN101969129B (en) Batch production method of membrane electrode and manufacturing mould therefor
KR101509908B1 (en) Stacking device of fuel cell stack and method there of
KR101720294B1 (en) Method for manufacturing a separator of fuel cell using graphite manufactured by system for standardization and mass production
JP3930774B2 (en) Manufacturing method of fuel cell
KR101425561B1 (en) Separator and method for manufacturing the same
CN112542594B (en) Membrane electrode catalyst slurry batch recovery process and equipment
CN106425857A (en) Novel polishing fixing jig for small and medium single liquid crystal display panels
CN109252185B (en) Manufacturing process method of electrolytic tank of oxyhydrogen generator
JP2012234639A (en) Method of manufacturing fuel cell separator

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application