KR20180040456A - Separator for fuel cell and surface treatment method of the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a separator for fuel cells. The disclosed separator for fuel cells comprises: a reaction surface on which reaction gas including air flows; and a manifold part through which the reaction gas flows in and out of the reaction surface. A continuous water contact angle gradient can be formed on the reaction surface based on the flow direction of the reaction gas flowing through the reaction surface through the manifold part.

Description

연료전지용 분리판 및 이의 표면 처리 방법 {SEPARATOR FOR FUEL CELL AND SURFACE TREATMENT METHOD OF THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a separator for a fuel cell,

본 발명의 실시 예는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 영역을 표면 처리한 연료전지용 금속 분리판 및 이의 표면 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a metal separator for a fuel cell having a reaction area surface-treated and a surface treatment method thereof.

알려진 바와 같이 연료전지는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 금속 분리판(이하에서는 편의 상 "분리판" 이라고 한다)이 배치된 구조로 이루어진다. 이러한 연료전지는 복수의 단위 셀로 직렬 연결되며 연료전지 스택으로 구성된다.As is known, a fuel cell generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell includes a metal separator (hereinafter referred to as " separator ") on both sides of a membrane- electrode assembly Quot; separator plate "). This fuel cell is connected in series to a plurality of unit cells and is constituted by a fuel cell stack.

연료전지용 분리판은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 그 막-전극 어셈블리로 연료기체(수소가스)를 공급하는 애노드 분리판과, 막-전극 어셈블리로 산화기체(공기)를 공급하는 캐소드 분리판으로 구성된다.The separator for a fuel cell includes an anode separator for supplying a fuel gas (hydrogen gas) to the membrane-electrode assembly with the membrane-electrode assembly therebetween, and a cathode separator for supplying an oxidizing gas (air) to the membrane- .

애노드 분리판 및 캐소드 분리판은 연료기체와 산화기체로서의 반응기체를 막-전극 어셈블리로 각각 공급하는 반응 유로를 반응 면에 형성하고, 그 애노드 분리판과 캐소드 분리판이 맞닿는 반응 면의 반대 면에는 냉각수를 유동시키는 냉각 유로를 형성하고 있다. 그리고 상기한 분리판에는 반응기체와 냉각수를 유입 및 유출하는 매니폴드부가 형성되어 있다.The anode separator plate and the cathode separator plate form a reaction channel on the reaction surface for supplying a reactive gas as a fuel gas and an oxidizing gas to the membrane-electrode assembly, respectively. On the opposite side of the reaction surface where the anode separator plate and the cathode separator contact each other, Thereby forming a cooling flow path. A manifold portion for introducing and discharging the reaction gas and the cooling water is formed in the separation plate.

이와 같은 연료전지의 운전 중 분리판의 반응 면에서는 응축된 가습수와 반응 생성수가 응축되어 공존하게 되며, 분리판의 반응 유로를 통해서 응축수를 배출하게 된다. 분리판 반응 면의 응축수가 원활하게 배출이 되는 경우에는 반응 유로를 통한 반응기체의 공급이 원활하게 이루어지나, 응축수의 배출이 원활하지 않은 경우에는 반응기체의 공급이 불 균일해지게 되며, 해당 셀의 성능이 순간적으로 저하되고, 악화 시에는 비가역적인 셀 역 전압에까지 이르게 된다. 이에 분리판 표면의 물 접촉 각에 기인한 물 배출 특성은 연료전지 셀의 운전 안정성에 주요한 영향을 주는 인자이다.During operation of the fuel cell, the condensed humidification water and the reaction product water condense and coexist on the reaction surface of the separation plate, and the condensed water is discharged through the reaction channel of the separation plate. When the condensed water on the reaction surface of the separator is discharged smoothly, the reaction gas is smoothly supplied through the reaction channel. However, if the discharge of the condensed water is not smooth, the supply of the reactive gas becomes uneven, The deterioration of the performance of the cell is instantaneously deteriorated. Therefore, the water discharge characteristic due to the water contact angle on the surface of the separator plate is a factor that largely influences the operation stability of the fuel cell.

한편, 분리판의 반응 면은 반응기체와 냉각수의 입출구 구조에 의해서 반응기체가 풍부한 영역과 부족한 영역, 냉각수의 온도가 낮은 영역과 높은 영역의 구배가 발생하게 된다. 이러한 구배에 의해서 반응면 내의 위치별 온도 차이, 물 생성량 차이 등의 변수가 발생하며, 결과적으로 반응면 내의 물 분포 차이가 생기게 된다.On the other hand, the reacting surface of the separator plate has a gradient of the reaction gas rich region, the deficient region, the low-temperature region and the high-temperature region due to the inlet and outlet structures of the reaction gas and the cooling water. These gradients lead to variables such as the temperature difference in the reaction plane and the difference in the water production amount, resulting in a difference in the water distribution in the reaction plane.

이와 같이 반응 면의 특정 위치에서 축적된 물은 물리적으로 반응기체의 흐름을 방해하고, 전극의 국부적인 전위차(혼합전위)를 발생시켜 전극의 내구를 저하시키는 요인이 된다. As described above, the water accumulated at a specific position on the reaction surface physically interferes with the flow of the reaction gas, and generates a local potential difference (mixing potential) of the electrode, thereby causing a decrease in the endurance of the electrode.

더 나아가, 분리판의 표면에는 코팅성분 또는 기재성분이 산화물 상으로 존재하고 있다. 예를 들면, 분리판의 표면에는 Au/Fe/Cr/Ni 등의 성분이 산소와 결합된 산화물 상으로 존재할 수 있고, 금속 분리판은 무코팅 전도성 소재로 구성될 수 있으며, Fe/Cr 성분이 분리판의 표면에 산화물 상으로 존재할 수도 있다.Furthermore, on the surface of the separator, the coating component or the base component is present in the form of oxide. For example, on the surface of the separator, a component such as Au / Fe / Cr / Ni may be present in the form of an oxide-bound oxide, the metal separator may be comprised of an uncoated conductive material, It may be present in the form of oxide on the surface of the separator.

연료전지 셀의 운전 안정성에 주요한 영향을 끼치는 분리판의 물 배출 특성은 금속 표면의 물 접촉 각은 분리판의 형상에 의해서 영향을 받을 수도 있으며, 금속 표면의 산화물 및 비율에 의해서도 영향을 받을 수 있다.The water discharge characteristics of the separator plate, which have a major influence on the operational stability of the fuel cell, can be influenced by the shape of the separator and by the oxide and ratio of the metal surface .

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background section are intended to enhance the understanding of the background of the invention and may include matters not previously known to those skilled in the art.

본 발명의 실시 예들은 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하여 반응면 내의 물 분포 차이를 최소화함으로써 반응 면에서의 물 밸런스를 개선할 수 있도록 한 연료전지용 분리판 및 이의 표면 처리 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a separation plate for a fuel cell and a method of treating the surface of the separation plate so as to improve the water balance on the reaction surface by minimizing the water distribution difference in the reaction surface by forming a continuous water contact angle gradient on the reaction surface do.

본 발명의 실시 예는 공기를 포함하는 반응기체를 유동시키는 반응 면과, 상기 반응 면으로 반응기체를 유출입시키는 매니폴드부를 포함하며, 상기 매니폴드부를 통해 상기 반응 면을 유동하는 반응기체의 유동 방향을 기준으로, 상기 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하는 연료전지용 분리판이 제공될 수 있다.An embodiment of the present invention includes a reaction surface for flowing a reactant gas containing air and a manifold for injecting and discharging a reactant gas into and out of the reaction surface and a flow direction of the reactant flowing through the reaction surface through the manifold A separation plate for a fuel cell which forms a continuous water contact angle gradient on the reaction surface can be provided.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판은, 상기 반응 면에서 상기 매니폴드부 측의 영역을 물 비축적 영역, 나머지 영역을 물 축적 영역으로 구획 설정될 수 있다.Further, in the separator plate for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the area on the manifold side of the reaction surface may be divided into a water non-accumulation area and a remaining area as a water accumulation area.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 반응 면에는 상기 물 비축적 영역과 물 축적 영역에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하는 접촉각 구배부가 구비될 수 있다.Further, in the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the reaction surface may be provided with a contact angle gradient portion that forms a continuous water contact angle gradient in the water non-accumulation region and the water accumulation region.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 접촉각 구배부는 상기 매니폴드부 입구 측의 물 비축적 영역에서 상기 물 축적 영역의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하고, 상기 물 축적 영역의 중심에서 상기 매니폴드부 출구 측의 물 비축적 영역으로 갈수록 물 접촉각이 증가할 수 있다.Further, in the separator for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the contact angle gradient decreases as the distance from the water non-accumulation area on the inlet side of the manifold part to the center of the water accumulation area decreases, The water contact angle may be increased from the center of the manifold portion toward the water non-accumulation region on the manifold portion outlet side.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 물 접촉각 구배부는 상기 반응 면의 플라즈마 표면 처리에 의해 형성될 수 있다.Further, in the separator for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the water contact angle gradient portion may be formed by plasma surface treatment of the reaction surface.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 물 접촉각 구배부는 플라즈마 소스에 의해 활성화 된 산소가 상기 반응 면의 유기 물질을 제거하고 OH-라디칼을 생성하여 형성될 수 있다.Also, in the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the water contact angle gradient portion may be formed by oxygen activated by a plasma source to remove organic substances on the reaction surface and generate OH-radicals.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 플라즈마 표면 처리유닛을 통해 조사되되, 상기 물 접촉각 구배부의 물 접촉각은 상기 플라즈마 소스의 조사 거리 및 상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도에 의해 결정될 수 있다.Further, in the separation plate for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the plasma source is irradiated through a plasma surface treatment unit, and the water contact angle of the water contact angle gauge part is set so that the irradiation distance of the plasma source, As shown in FIG.

그리고, 본 발명의 실시 예는 공기를 포함하는 반응기체를 유동시키는 반응 면과, 상기 반응 면으로 반응기체를 유출입시키는 매니폴드부를 포함하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법으로서, 플라즈마 표면 처리유닛에 의해 플라즈마 소스를 상기 반응 면으로 조사하되, 상기 플라즈마 소스의 강도를 조정하며, 상기 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성할 수 있다.An embodiment of the present invention is a surface treatment method of a separator for a fuel cell comprising a reaction surface for flowing a reactant gas containing air and a manifold for injecting and discharging a reactant gas into and out of the reaction surface, To adjust the intensity of the plasma source and form a continuous water contact angle gradient on the reaction surface.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법은, 상기 플라즈마 소스의 조사 거리 및 상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도를 조절하여 플라즈마 소스의 강도를 조정할 수 있다.In addition, the surface treatment method of the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can adjust the intensity of the plasma source by adjusting the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma surface treatment unit.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 플라즈마 소스의 조사 거리 범위는 3~5mm를 만족할 수 있다.Further, in the surface treatment method of the separator for fuel cells according to the embodiment of the present invention, the range of irradiation distance of the plasma source may be 3 to 5 mm.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도 범위는 1~4m/min을 만족할 수 있다.In the surface treatment method of the separator for fuel cells according to the embodiment of the present invention, the moving speed range of the plasma surface treatment unit may satisfy 1 to 4 m / min.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법은, 상기 플라즈마 소스의 조사거리 및 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도를 조절하여 상기 반응 면에 20~90도의 물 접촉각 구배를 형성할 수 있다.The surface treatment method for a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention adjusts the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma surface treatment unit to form a water contact angle gradient of 20 to 90 degrees on the reaction surface can do.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법은, 상기 매니폴드부를 통해 상기 반응 면을 유동하는 반응기체의 유동 방향을 기준으로, 상기 반응 면에서 상기 매니폴드부 측의 영역을 물 비축적 영역, 나머지 영역을 물 축적 영역으로 구획 설정할 수 있다.The method for surface treatment of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include a step of regulating a flow rate of the reactant gas flowing through the reaction surface through the manifold portion, The area can be divided into the water non-accumulation area and the remaining area can be defined as the water accumulation area.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법은, 상기 물 비축적 영역에 80도 이상의 물 접촉각 구배를 형성하고, 상기 물 축적 영역에 30도 이하의 물 접촉각 구배를 형성할 수 있다.The surface treatment method for a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is characterized in that a water contact angle gradient of 80 degrees or more is formed in the water non-accumulation area and a water contact angle gradient of 30 degrees or less is formed in the water accumulation area can do.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법은, 상기 매니폴드부 입구 측의 물 비축적 영역에서 상기 물 축적 영역의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하는 물 접촉각 구배를 형성하고, 상기 물 축적 영역의 중심에서 상기 매니폴드부 출구 측의 물 비축적 영역으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 물 접촉각 구배를 형성할 수 있다.The surface treatment method for a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention further includes a step of forming a water contact angle gradient in which the water contact angle decreases toward the center of the water accumulation region in the water non- And a water contact angle gradient in which the water contact angle increases from the center of the water accumulation region toward the water non-accumulation region on the manifold portion outlet side can be formed.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 물 접촉각의 크기는 상기 플라즈마 소스의 강도에 반비례할 수 있다.In the surface treatment method for a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the magnitude of the water contact angle may be inversely proportional to the intensity of the plasma source.

본 발명의 실시 예들은 플라즈마 표면 처리를 통해 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성함에 따라, 입구 및 출구 매니폴드부 측에서의 물 배출성은 그대로 유지하면서 응축수가 축적되어 있는 영역에서의 물 배출성을 증대시킬 수 있다.As the embodiments of the present invention form a continuous water contact angle gradient on the reaction surface through the plasma surface treatment, the water discharging property in the region where the condensed water is accumulated is increased while maintaining the water discharging property on the inlet and outlet manifold portion side as it is .

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 반응 면 내의 물 분포 차이를 최소화함으로써 반응 면에서의 물 밸런스를 개선할 수 있고, 이로 인해 반응 면을 통해 반응기체의 흐름을 원활하게 함으로써 연료전지 셀의 전극 내구 및 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the water balance in the reaction surface can be improved by minimizing the water distribution difference in the reaction surface, thereby smoothly flowing the reaction gas through the reaction surface, The driving stability can be improved.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 플라즈마 표면 처리유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 표와 그래프를 도시한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a view schematically showing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view illustrating a plasma surface treatment unit for explaining a surface treatment method of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are tables and graphs for explaining a surface treatment method of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판(100)은 연료 가스로서의 수소 가스 및 산화제 가스로서의 공기(이하에서는 "반응기체"라고 한다)를 제공받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지에 적용될 수 있다.1, a separation plate 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is provided with a hydrogen gas as a fuel gas and air (hereinafter referred to as a "reaction gas") as an oxidant gas, The present invention can be applied to a fuel cell that generates electric energy through a phosphorous reaction.

이러한 연료전지는 복수의 단위 셀들이 연속적으로 적층되며 연료전지 스택으로 구성될 수 있는데, 반응 부산물로서 열을 발생시키고 응축수로서의 생성수를 배출할 수 있다.Such a fuel cell can consist of a plurality of unit cells continuously stacked and constitute a fuel cell stack, which can generate heat as a reaction by-product and discharge generated water as condensed water.

예를 들면, 상기 연료전지는 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)와, 막-전극 어셈블리의 양측에 각각 구비되는 기체 확산층과, 기체 확산층에 밀착되게 배치되는 본 발명의 실시 예에 따른 분리판(100)을 포함한다.For example, the fuel cell may include a membrane-electrode assembly (MEA), a gas diffusion layer disposed on both sides of the membrane-electrode assembly, and a gas diffusion layer disposed in close contact with the gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention And a separator plate 100.

상기에서 막-전극 어셈블리는 전해질막을 사이에 두고 그 전해질막의 일면에 애노드 전극층을 형성하고, 그 전해질막의 다른 일면에 캐소드 전극층을 형성한다. 상기 애노드 전극층은 수소 가스로서의 반응기체를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극층으로 이동시키는 기능을 하게 된다. 상기 캐소드 전극층은 애노드 전극층으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 별도로 제공되는 공기로서의 반응 기체를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.In the above membrane-electrode assembly, an anode electrode layer is formed on one side of the electrolyte membrane with an electrolyte membrane therebetween, and a cathode electrode layer is formed on the other side of the electrolyte membrane. The anode electrode layer oxidizes and reacts the reaction gas as hydrogen gas to separate electrons and hydrogen ions, and the electrolyte membrane functions to transfer hydrogen ions to the cathode electrode layer. The cathode electrode layer functions to generate water and heat by reducing reaction of electrons, hydrogen ions, and a reaction gas as air separately provided from the anode electrode layer.

상기에서 기체 확산층은 분리판(100)을 통해 공급되는 반응기체를 막-전극 어셈블리의 애노드 전극층 및 캐소드 전극층으로 확산시키는 것으로, 전기 전도성을 지니며 애노드 전극층 및 캐소드 전극층 상에 형성된다.The gas diffusion layer diffuses the reactive gas supplied through the separator 100 to the anode electrode layer and the cathode electrode layer of the membrane electrode assembly and has electrical conductivity and is formed on the anode electrode layer and the cathode electrode layer.

본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판(100)은 반응 기체를 기체 확산층을 통해 막-전극 어셈블리로 공급하기 위한 것으로서, 전기 전도성을 지닌 소재로 이루어진다. 예를 들면, 상기 연료전지용 분리판(100)은 금속 분리판으로 구비된다. The separator plate 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention is for supplying the reactive gas to the membrane-electrode assembly through the gas diffusion layer, and is made of an electrically conductive material. For example, the separator plate 100 for a fuel cell is provided as a metal separator plate.

여기서, 상기 연료전지용 분리판(100)은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 그 막-전극 어셈블리로 수소가스로서의 반응 기체를 공급하는 애노드 분리판과, 막-전극 어셈블리로 산화기체로서의 공기를 공급하는 캐소드 분리판으로 구성된다. 그러나, 이하에서는 연료전지용 분리판(100)으로서 공기를 막-전극 어셈블리로 공급하는 캐소드 분리판을 예로 들어 설명하기로 한다.Here, the separator plate 100 for a fuel cell includes an anode separator for supplying reactive gas as hydrogen gas to the membrane-electrode assembly through a membrane-electrode assembly, and an anode separator for supplying air as an oxidizing gas to the membrane- And a cathode separator plate. However, in the following description, a separator plate 100 for a fuel cell will be described by taking as an example a cathode separator plate for supplying air to a membrane-electrode assembly.

상기 연료전지용 분리판(100)은 양측 가장자리에 반응기체를 유출입시키는 입구 매니폴드부(11) 및 출구 매니폴드부(12)를 각각 형성한다. 그리고 상기 분리판(100)은 기체 확산층에 대응하는 영역으로서 입구 매니폴드부(11) 및 출구 매니폴드부(12)와 연결되는 반응 면(13)을 형성하고 있다.The separator plate for a fuel cell 100 has an inlet manifold portion 11 and an outlet manifold portion 12 for discharging the reaction gas into and out of opposite side edges thereof. The separator plate 100 forms reaction surfaces 13 connected to the inlet manifold portion 11 and the outlet manifold portion 12 as regions corresponding to the gas diffusion layers.

상기 반응 면(13)에는 입구 매니폴드부(11)를 통해 유입되는 반응 기체를 출구 매니폴드부(12)로 유동시키며 그 반응 기체를 막-전극 어셈블리로 공급하기 위한 반응 유로(15)를 형성하고 있다. 그리고 상기 반응 면(13)의 반대 면 측에는 냉각수를 유동시키기 위한 냉각수 유동 통로(도면에 도시되지 않음)를 형성하고 있다.The reaction gas flowing through the inlet manifold portion 11 flows into the outlet manifold portion 12 and a reaction channel 15 for supplying the reactant gas to the membrane electrode assembly is formed on the reaction surface 13 . On the opposite side of the reaction surface 13, a cooling water flow passage (not shown) for flowing cooling water is formed.

더 나아가, 상기 연료전지용 분리판(100)에 있어 반응 면(13)의 가장자리 측에는 가스켓(도면에 도시되지 않음)이 사출 성형될 수 있다. 그리고, 상기 반응 면(13)의 표면에는 Au/Fe/Cr/Ni 등의 성분이 산소와 결합된 산화물 상으로 존재할 수 있고, 금속 분리판은 무코팅 전도성 소재로 구성될 수 있으며, Fe/Cr 성분이 금속 표면에 산화물 상으로 존재할 수도 있다.Furthermore, a gasket (not shown) may be injection-molded on the edge side of the reaction surface 13 of the separator plate 100 for a fuel cell. On the surface of the reaction surface 13, a component such as Au / Fe / Cr / Ni may exist as an oxide-bound oxide. The metal separator may be made of an uncoated conductive material, and Fe / Cr The component may be present in an oxide phase on the metal surface.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판(100)은 반응 면(13) 내의 물 분포 차이를 최소화함으로써 반응 면(13)에서의 물 밸런스를 개선할 수 있는 구조로 이루어진다.The separation plate 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention as described above has a structure capable of improving the water balance on the reaction surface 13 by minimizing the water distribution difference in the reaction surface 13.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 분리판(100)은 입구 매니폴드부(11) 및 출구 매니폴드부(12)를 통해 반응 면(13)을 유동하는 반응기체의 유동 방향을 기준으로, 그 반응 면(13)에 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성하고 있다.For this purpose, the separator plate 100 according to the embodiment of the present invention has a flow direction of the reactant gas flowing through the reaction surface 13 through the inlet manifold portion 11 and the outlet manifold portion 12, And a continuous water contact angle gradient 31 is formed on the reaction surface 13.

상기 반응 면(13)에서 입구 및 출구 매니폴드부(11, 12) 측의 영역을 물 비축적 영역(S1), 나머지 영역을 물 축적 영역(S2)으로 구획 설정할 때, 상기 반응 면(13)에는 물 비축적 영역(S1)과 물 축적 영역(S2)에 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성하는 물 접촉각 구배부(30)가 구비된다.When the reaction surface 13 is divided into the water non-accumulating region S1 and the remaining region by the water accumulating region S2, A water contact angle regulating portion 30 for forming a continuous water contact angle gradient 31 in the water non-accumulating region S1 and the water accumulating region S2 is provided.

상기에서 상기 물 접촉각 이라 함은 액체-고체-기체 접촉면에서 물방울 곡선의 끝점과 고체 표면의 접촉점에서 측정되는 각도를 의미한다. 통상적으로 물 접촉각이 90도 이상인 표면을 소수성 표면이라 하고, 물 접촉각이 90도보다 작을 경우를 친수성 표면이라고 한다.In the above, the water contact angle means an angle measured at the contact point between the end point of the water droplet curve and the solid surface at the liquid-solid-gas contact surface. Generally, a surface having a water contact angle of 90 degrees or more is referred to as a hydrophobic surface, and a case where the water contact angle is less than 90 degrees is referred to as a hydrophilic surface.

본 발명의 실시 예에서, 상기 물 접촉각 구배부(30)는 입구 매니폴드부(11) 측의 물 비축적 영역(S1)에서 물 축적 영역(S2)의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하고, 물 축적 영역(S2)의 중심에서 출구 매니폴드부(12) 측의 물 비축적 영역(S1)으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 물 접촉각 구배(31)를 형성한다.In the embodiment of the present invention, the water contact angle of the water contact angle regulating portion 30 decreases as the distance from the water non-accumulating region S1 on the inlet manifold portion 11 side to the center of the water accumulating region S2 decreases, A water contact angle gradient 31 in which the water contact angle increases from the center of the accumulation region S2 to the water non-accumulation region S1 on the outlet manifold portion 12 side is formed.

상기 물 접촉각 구배부(30)는 반응 면(13)의 플라즈마 표면 처리에 의해 형성되는 바, 플라즈마 표면 처리유닛에 의해 조사되는 플라즈마 소스에 의해 활성화 된 산소가 반응 면(13)의 유기 물질을 제거하고 OH-라디칼을 생성하여 형성될 수 있다.The water contact angle regulating portion 30 is formed by the plasma surface treatment of the reaction surface 13 so that the oxygen activated by the plasma source irradiated by the plasma surface treatment unit removes the organic substance on the reaction surface 13 And forming an OH-radical.

상기한 물 접촉각 구배부(30)의 물 접촉각은 플라즈마 소스의 조사 거리 및 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도에 의해 결정될 수 있다. 이와 같은 플라즈마 표면 처리유닛을 이용하여 물 접촉각 구배부(30)를 형성하는 과정은 뒤에서 자세하게 설명하기로 한다.The water contact angle of the above-mentioned water contact angle sphere portion 30 can be determined by the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma surface treatment unit. The process of forming the water contact angle portion 30 using such a plasma surface treatment unit will be described in detail later.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판(100)의 표면 처리 방법을 앞서 개시한 도면 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the surface treatment method of the separator plate 100 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 플라즈마 표면 처리유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic view illustrating a plasma surface treatment unit for explaining a surface treatment method of a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 분리판(100)과, 그 분리판(100)의 반응 면(13)을 플라즈마 표면 처리하기 위한 플라즈마 표면 처리유닛(101)을 제공한다.1 and 2, an embodiment of the present invention provides a separation plate 100 and a plasma surface treatment unit 101 for plasma surface treatment of the reaction surface 13 of the separation plate 100 do.

여기서, 상기 분리판(100)은 반응 면(13)에 반응 유로(15)를 형성하고 있으며, 그 반응 면(13)의 가장자리 측에는 가스켓(도면에 도시되지 않음)이 사출 성형되어 있다.Here, the separation plate 100 forms a reaction channel 15 on the reaction surface 13, and a gasket (not shown) is injection-molded on the edge of the reaction surface 13.

상기에서 플라즈마 표면 처리유닛(101)은 플라즈마 소스(PS)의 에너지를 이용하여 반응 면(13)의 표면을 개질하기 위한 것으로서, 예를 들면 제1 및 제2 전극부(103, 105)를 가지며 방전 공간을 형성하고 있는 플라즈마 소스 조사부(107)를 포함하고 있다.The plasma surface treatment unit 101 is for modifying the surface of the reaction surface 13 using the energy of the plasma source PS and has for example first and second electrode portions 103 and 105 And a plasma source irradiating portion 107 forming a discharge space.

상기 플라즈마 표면 처리유닛(101)은 플라즈마 소스 조사부(107)의 방전 공간으로 방전 가스를 주입하고, 제2 전극부(105)를 접지시킨 상태에서 제1 전극부(103)에 전원을 연결하면, 제1 전극부(103)와 제2 전극부(105)의 전압 차에 의해 방전 공간에 플라즈마 소스(PS)를 발생시키며, 그 플라즈마 소스(PS)를 분리판(100)의 반응 면(13)으로 조사한다.The plasma surface treatment unit 101 injects the discharge gas into the discharge space of the plasma source irradiating unit 107 and connects the power source to the first electrode unit 103 while the second electrode unit 105 is grounded, The plasma source PS is generated in the discharge space by the voltage difference between the first electrode unit 103 and the second electrode unit 105 and the plasma source PS is applied to the reaction surface 13 of the separator plate 100, .

이러한 플라즈마 표면 처리유닛(101)의 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 플라즈마 표면 개질 장치의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the configuration of the plasma surface treatment unit 101 is constituted by a known plasma surface modification apparatus which is well known in the art, a detailed description of the configuration thereof will be omitted herein.

상기와 같은 플라즈마 표면 처리유닛(101)은 서보 모터와 같은 공지기술의 구동수단(111)에 의하여 플라즈마 소스 조사부(107)를 수직 방향으로 이동시키며, 플라즈마 소스 조사 거리(위치)를 조절할 수 있다.The plasma surface treatment unit 101 may move the plasma source irradiating unit 107 in the vertical direction by a driving means 111 such as a servomotor and adjust the irradiation distance (position) of the plasma source.

또한, 상기 플라즈마 표면 처리유닛(101)은 구동수단(111)에 의하여 플라즈마 소스 조사부(107)를 수평 방향으로 이동시키며 그 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도를 조절할 수 있다.The plasma surface treatment unit 101 can move the plasma source irradiating unit 107 in the horizontal direction by the driving unit 111 and adjust the moving speed of the plasma source irradiating unit 107.

본 발명의 실시 예에서는 상기한 바와 같은 플라즈마 표면 처리유닛(101)을 이용하여 반응 면(13)에 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성하는데, 플라즈마 소스 조사부(107)를 통해 반응 면(13)으로 조사되는 플라즈마 소스(PS)의 강도를 조정하며, 반응 면(13)에 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the continuous water contact angle gradient 31 is formed on the reaction surface 13 by using the plasma surface treatment unit 101 as described above. The reaction surface 13 ) To adjust the intensity of the plasma source (PS) to be irradiated, and form a continuous water contact angle gradient (31) on the reaction surface (13).

여기서, 상기 플라즈마 소스(PS)의 강도는 플라즈마 소스 조사부(107)에 의한 플라즈마 소스(PS)의 조사 거리 및 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도를 조절하여 조정될 수 있다.The intensity of the plasma source PS may be adjusted by adjusting the irradiation distance of the plasma source PS by the plasma source irradiating part 107 and the moving speed of the plasma source irradiating part 107.

예를 들면, 본 발명의 실시 예에서 상기 플라즈마 소스(PS)의 조사 거리 범위는 3~5mm를 만족하고, 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도 범위는 1~4m/min을 만족한다.For example, in the embodiment of the present invention, the irradiation distance range of the plasma source PS is 3 to 5 mm, and the moving speed range of the plasma source irradiating unit 107 is 1 to 4 m / min.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 플라즈마 소스 조사부(107)를 통해 플라즈마 소스(PS)를 분리판(100)의 반응 면(13)에 조사하는데, 구동수단(111)을 통하여 플라즈마 소스 조사부(107)의 조사 거리 및 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도를 조절하며, 반응 면(13)에 20~90도의 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the plasma source PS is irradiated to the reaction surface 13 of the separation plate 100 through the plasma source irradiating unit 107, and the plasma source irradiating unit 107 is irradiated through the driving unit 111, And a water contact angle gradient 31 of 20 to 90 degrees can be formed on the reaction surface 13 by adjusting the irradiation distance of the plasma source irradiation unit 107 and the moving speed of the plasma source irradiation unit 107.

이 과정을 구체적으로 설명하면, 상기 플라즈마 소스 조사부(107)를 통해 분리판(100)의 반응 면(13)으로 플라즈마 소스(PS)를 조사하면, 플라즈마 소스(PS)에 의해 활성화 된 산소가 반응 면(13) 표면의 유기 물질을 제거하고, 그 표면에 물과 친화력이 우수한 OH-라디칼을 생성한다.More specifically, when the plasma source PS is irradiated to the reaction surface 13 of the separation plate 100 through the plasma source irradiation unit 107, the oxygen activated by the plasma source PS reacts Organic substances on the surface 13 are removed, and OH-radicals having excellent affinity with water are produced on the surface.

상기 활성화 된 산소의 농도는 반응 면(13)에 대한 플라즈마 소스 조사부(107)의 조사 거리가 가까울수록 높고, 그 반응 면(13)으로부터 멀어질수록 낮아지게 된다. 그리고, 상기 활성화 된 산소의 농도는 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도가 늦을수록 높고, 그 이동 속도가 빠를수록 낮아지게 된다.The concentration of the activated oxygen becomes higher as the irradiation distance of the plasma source irradiating part 107 with respect to the reaction surface 13 becomes closer and decreases as the distance from the reaction surface 13 increases. The concentration of the activated oxygen is higher as the moving speed of the plasma source irradiating unit 107 is slower, and becomes lower as the moving speed of the plasma source irradiating unit 107 is faster.

즉, 상기 플라즈마 소스 조사부(107)로부터 조사되는 플라즈마 소스(PS)의 강도는 조사 거리가 가까울수록 그리고 조사시간이 증가할수록 커지며, 조사 거리가 멀수록 그리고 조사시간이 짧을수록 작아지게 된다.That is, the intensity of the plasma source PS irradiated from the plasma source irradiating unit 107 increases as the irradiation distance becomes shorter and the irradiation time increases, and as the irradiation distance becomes longer and the irradiation time becomes shorter, the intensity of the plasma source PS becomes smaller.

이와 같은 플라즈마 표면 처리 특성을 이용하여 본 발명의 실시 예에서는 플라즈마 소스(PS)의 조사 거리 및 플라즈마 소스 조사부(107)의 이동 속도를 조절하며 반응 면(13)에 20~90도의 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시 예에서는 반응 면(13)의 물 비축적 영역(S1)에 80도 이상의 물 접촉각 구배(31)를 형성하고, 물 축적 영역(S2)에 30도 이하의 물 접촉각 구배(31)를 형성한다.In this embodiment of the present invention, the irradiation distance of the plasma source PS and the moving speed of the plasma source irradiating part 107 are adjusted and a water contact angle gradient of 20 to 90 degrees is applied to the reaction surface 13 31 can be formed. For example, in the embodiment of the present invention, a water contact angle gradient 31 of 80 degrees or more is formed in the water non-accumulating region S1 of the reaction surface 13, and a water contact angle gradient Thereby forming a gradient 31.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 입구 매니폴드부(11) 측의 물 비축적 영역(S1)에서 물 축적 영역(S2)의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하는 물 접촉각 구배(31)를 형성하며, 물 축적 영역(S2)의 중심에서 출구 매니폴드부(12) 측의 물 비축적 영역(S1)으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, the water contact angle gradient 31 is formed such that the water contact angle decreases toward the center of the water accumulation region S2 in the water non-accumulation region S1 on the inlet manifold portion 11 side, The water contact angle gradient 31 in which the water contact angle increases from the center of the water accumulation region S2 toward the water non-accumulation region S1 on the outlet manifold portion 12 side can be formed.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 반응 면(13)의 물 비축적 영역(S1)으로 조사되는 플라즈마 소스(PS)의 강도를 최소화하며 그 물 비축적 영역(S1)에서의 물 접촉각을 80도 이상으로 유지하고, 물 축적 영역(S2)으로 조사되는 플라즈마 소스(PS)의 강도를 최대화하며 그 물 축적 영역(S2)에서의 물 접촉각을 30도 이하로 유지한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the intensity of the plasma source PS irradiated to the water non-accumulating region S1 of the reaction surface 13 is minimized, and the water contact angle in the water non- So that the intensity of the plasma source PS irradiated to the water accumulation region S2 is maximized and the water contact angle in the water accumulation region S2 is maintained at 30 degrees or less.

다시 말해, 본 발명의 실시 예에서는 물 접촉각의 크기가 플라즈마 소스(PS)의 강도에 반비례하기 때문에, 플라즈마 소스(PS)의 강도를 최소화하며 물 비축적 영역(S1)에서의 물 접촉각 크기를 증가시킬 수 있고, 플라즈마 소스(PS)의 강도를 최대화하며 물 축적 영역(S2)에서의 물 접촉각을 감소시킬 수 있다.In other words, in the embodiment of the present invention, since the magnitude of the water contact angle is inversely proportional to the intensity of the plasma source PS, the intensity of the plasma source PS is minimized and the magnitude of the water contact angle in the water non- So that the intensity of the plasma source PS can be maximized and the water contact angle in the water accumulation region S2 can be reduced.

상기에서 물 접촉각의 크기가 증가하면 반응 면(13)에 대한 물의 접촉 저항이 증가하고, 물 접촉각의 크기가 감소하면 반응 면(13)에 대한 물의 접촉 저항이 감소하며 친수성을 갖는다.If the size of the water contact angle is increased, the contact resistance of water to the reaction surface 13 increases and the contact resistance of water to the reaction surface 13 decreases to decrease the size of the water contact angle.

한편, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 플라즈마 소스 조사 거리, 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도 및 표면 처리 회수의 조건으로서 반응 면에 20~90도의 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다.3A to 3C, the plasma source irradiation distance, the moving speed of the plasma source irradiating unit, and the number of times of surface treatment are shown in FIGS. 3A and 3B. A continuous water contact angle gradient 31 of 90 degrees can be formed.

이에 따라 도 3c에서와 같이, 반응 면의 매니폴드 입구부 측에서는 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 최대화하여 플라즈마 소스의 강도를 최소화함으로써 매니폴드 입구부 측에서의 물 접촉각을 최대화할 수 있다.3C, the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma source irradiating unit are maximized on the manifold inlet side of the reaction surface to minimize the intensity of the plasma source, thereby maximizing the water contact angle on the manifold inlet side .

상기 반응 면의 매니폴드 입구부와 중심부 사이에서는 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 감소시키며, 플라즈마 소스의 강도를 증가시킴으로써 매니폴드 입구부와 중심부 사이에서의 물 접촉각을 감소시킬 수 있다.The irradiation distance of the plasma source and the traveling speed of the plasma source irradiating portion are reduced between the inlet portion and the central portion of the reaction surface of the reaction surface and the water contact angle between the inlet portion and the center portion of the manifold is decreased by increasing the intensity of the plasma source have.

상기 반응 면의 중심부 측에서는 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 최소화하여 플라즈마 소스의 강도를 최대화함으로써 중심부 측에서의 물 접촉각을 최소화할 수 있다.The irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma source irradiating portion are minimized at the central portion side of the reaction surface to maximize the intensity of the plasma source to minimize the water contact angle at the central portion side.

상기 반응 면의 매니폴드 출구부와 중심부 사이에서는 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 증가시키며, 플라즈마 소스의 강도를 감소시킴으로써 매니폴드 출구부와 중심부 사이에서의 물 접촉각을 증가시킬 수 있다.The irradiation distance of the plasma source and the traveling speed of the plasma source irradiating portion are increased between the outlet portion and the central portion of the reaction surface of the reaction surface and the water contact angle between the outlet portion and the central portion of the manifold can be increased by reducing the intensity of the plasma source have.

그리고 상기 반응 면의 매니폴드 출구부 측에서는 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 최대화하여 플라즈마 소스의 강도를 최소화함으로써 매니폴드 입구부 측에서의 물 접촉각을 최대화할 수 있다.At the manifold outlet side of the reaction surface, the irradiation distance of the plasma source and the traveling speed of the plasma source irradiating part are maximized to minimize the intensity of the plasma source, thereby maximizing the water contact angle at the inlet side of the manifold.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 반응 면의 매니폴드 입구부 측에서 중심부 으로 갈수록 물 접촉각이 감소하는 물 접촉각 구배(31)를 형성하며, 그 중심부 측에서 매니폴드 입구부 측으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 물 접촉각 구배(31)를 형성할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the water contact angle gradient 31 is formed so that the water contact angle decreases from the inlet side of the manifold to the center of the reaction surface, and the water contact angle increases from the center side toward the inlet side of the manifold A water contact angle gradient 31 can be formed.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의하면, 플라즈마 소스의 조사 거리와 플라즈마 소스 조사부의 이동 속도를 조절하는 플라즈마 표면 처리를 통해 반응 면(13)에 연속적인 물 접촉각 구배(31)를 형성함에 따라, 입구 및 출구 매니폴드부(11, 12) 측에서의 물 배출성은 그대로 유지하면서 응축수가 축적되어 있는 영역에서의 물 배출성을 증대시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the continuous water contact angle gradient 31 is formed on the reaction surface 13 through the plasma surface treatment for adjusting the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma source irradiating portion Accordingly, the water discharging property in the region where the condensed water is accumulated can be increased while the water discharging property on the inlet and outlet manifold portions 11, 12 side is maintained as it is.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 반응 면(13) 내의 물 분포 차이를 최소화함으로써 반응 면(13)에서의 물 밸런스를 개선할 수 있고, 이로 인해 반응 면(13)을 통해 반응기체의 흐름을 원활하게 함으로써 연료전지 셀의 전극 내구 및 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.Thus, in the embodiment of the present invention, the water balance in the reaction surface 13 can be improved by minimizing the water distribution difference in the reaction surface 13, and as a result, the flow of the reaction gas through the reaction surface 13 is smooth The electrode endurance and the operation stability of the fuel cell can be improved.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

11... 입구 매니폴드부
12... 출구 매니폴드부
13... 반응 면
15... 반응 유로
30... 물 접촉각 구배부
31... 물 접촉각 구배
100... 분리판
101... 플라즈마 표면 처리유닛
103... 제1 전극부
105... 제2 전극부
107... 플라즈마 소스 조사부
111... 구동수단
PS... 플라즈마 소스
S1... 물 비축적 영역
S2... 물 축적 영역11 ... inlet manifold portion
12 ... outlet manifold portion
13 ... reaction surface
15 ... reaction channel
30 ... Water contact angle sphere distribution
31 ... water contact angle gradient
100 ... partition plate
101 ... plasma surface treatment unit
103 ... first electrode portion
105 ... second electrode portion
107 ... Plasma source irradiating unit
111 ... driving means
PS ... plasma source
S1 ... water non-accumulating region
S2 ... Water accumulation area

Claims (13)

공기를 포함하는 반응기체를 유동시키는 반응 면과, 상기 반응 면으로 반응기체를 유출입시키는 매니폴드부를 포함하는 연료전지용 분리판에 있어서,
상기 매니폴드부를 통해 상기 반응 면을 유동하는 반응기체의 유동 방향을 기준으로, 상기 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.1. A separation plate for a fuel cell, comprising: a reaction surface for flowing a reaction gas containing air; and a manifold portion for introducing and discharging a reaction gas into the reaction surface,
Wherein a continuous water contact angle gradient is formed on the reaction surface based on a flow direction of the reactant gas flowing through the reaction surface through the manifold portion. 제1 항에 있어서,
상기 반응 면에서 상기 매니폴드부 측의 영역을 물 비축적 영역, 나머지 영역을 물 축적 영역으로 구획 설정하고,
상기 반응 면에는 상기 물 비축적 영역과 물 축적 영역에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하는 접촉각 구배부가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.The method according to claim 1,
The area on the manifold side of the reaction surface is divided into a water non-accumulation area and a remaining area as a water accumulation area,
Wherein the reaction surface is provided with a contact angle gradient portion that forms a continuous water contact angle gradient in the water non-accumulation region and the water accumulation region. 제2 항에 있어서,
상기 접촉각 구배부는,
상기 매니폴드부 입구 측의 물 비축적 영역에서 상기 물 축적 영역의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하고,
상기 물 축적 영역의 중심에서 상기 매니폴드부 출구 측의 물 비축적 영역으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.3. The method of claim 2,
The contact-
The water contact angle decreases toward the center of the water accumulation region in the water non-accumulation region on the inlet side of the manifold portion,
And the water contact angle increases from the center of the water accumulation region toward the water non-accumulation region at the outlet side of the manifold portion. 제2 항에 있어서,
상기 물 접촉각 구배부는 상기 반응 면의 플라즈마 표면 처리에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.3. The method of claim 2,
Wherein the water contact angle gradient portion is formed by plasma surface treatment of the reaction surface. 제2 항에 있어서,
상기 물 접촉각 구배부는,
플라즈마 소스에 의해 활성화 된 산소가 상기 반응 면의 유기 물질을 제거하고 OH-라디칼을 생성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.3. The method of claim 2,
The water contact angle gradient portion
Wherein the oxygen activated by the plasma source is formed by removing the organic substances on the reaction surface and generating OH-radicals. 제2 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 플라즈마 표면 처리유닛을 통해 조사되되,
상기 물 접촉각 구배부의 물 접촉각은 상기 플라즈마 소스의 조사 거리 및 상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.3. The method of claim 2,
The plasma source is irradiated through a plasma surface treatment unit,
Wherein the water contact angle of the water contact angle gauge part is determined by the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma surface treatment unit. 공기를 포함하는 반응기체를 유동시키는 반응 면과, 상기 반응 면으로 반응기체를 유출입시키는 매니폴드부를 포함하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법으로서,
플라즈마 표면 처리유닛에 의해 플라즈마 소스를 상기 반응 면으로 조사하되, 상기 플라즈마 소스의 강도를 조정하며, 상기 반응 면에 연속적인 물 접촉각 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.1. A method for surface treatment of a separator for a fuel cell, comprising: a reaction surface for flowing a reaction gas containing air; and a manifold portion for introducing and discharging a reaction gas into the reaction surface,
Wherein the plasma surface treatment unit irradiates the plasma source with the reaction surface and adjusts the intensity of the plasma source to form a continuous water contact angle gradient on the reaction surface. 제7 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스의 조사 거리 및 상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도를 조절하여 플라즈마 소스의 강도를 조정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the intensity of the plasma source is adjusted by adjusting the irradiation distance of the plasma source and the moving speed of the plasma surface treatment unit. 제8 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스의 조사 거리 범위는 3~5mm를 만족하고,
상기 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도 범위는 1~4m/min을 만족하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.9. The method of claim 8,
The irradiation distance range of the plasma source satisfies 3 to 5 mm,
Wherein the moving speed range of the plasma surface treatment unit is 1 to 4 m / min. 제9 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스의 조사거리 및 플라즈마 표면 처리유닛의 이동 속도를 조절하여 상기 반응 면에 20~90도의 물 접촉각 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the irradiation distance of the plasma source and the traveling speed of the plasma surface treatment unit are adjusted to form a water contact angle gradient of 20 to 90 degrees on the reaction surface. 제10 항에 있어서,
상기 매니폴드부를 통해 상기 반응 면을 유동하는 반응기체의 유동 방향을 기준으로, 상기 반응 면에서 상기 매니폴드부 측의 영역을 물 비축적 영역, 나머지 영역을 물 축적 영역으로 구획 설정할 때,
상기 물 비축적 영역에 80도 이상의 물 접촉각 구배를 형성하고, 상기 물 축적 영역에 30도 이하의 물 접촉각 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.11. The method of claim 10,
When a region on the manifold side is defined as a water non-accumulation region and a remaining region is defined as a water accumulation region based on a flow direction of a reactive gas flowing through the reaction surface through the manifold portion,
Wherein a water contact angle gradient of not less than 80 degrees is formed in the water non-accumulation region and a water contact angle gradient of not more than 30 degrees is formed in the water accumulation region. 제11 항에 있어서,
상기 매니폴드부 입구 측의 물 비축적 영역에서 상기 물 축적 영역의 중심으로 갈수록 물 접촉각이 감소하는 물 접촉각 구배를 형성하고,
상기 물 축적 영역의 중심에서 상기 매니폴드부 출구 측의 물 비축적 영역으로 갈수록 물 접촉각이 증가하는 물 접촉각 구배를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.12. The method of claim 11,
A water contact angle gradient in which the water contact angle decreases toward the center of the water accumulation region in the water non-accumulation region on the manifold portion inlet side,
Wherein a water contact angle gradient increasing from a center of the water accumulation region to a water non-accumulation region on the manifold portion outlet side is formed. 제12 항에 있어서,
상기 물 접촉각의 크기는 상기 플라즈마 소스의 강도에 반비례하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 표면 처리 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the size of the water contact angle is inversely proportional to the intensity of the plasma source.
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