KR20210137760A - 연료전지용 서브 가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합방법, 이를 이용한 제작된 막-전극 접합체 - Google Patents

연료전지용 서브 가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합방법, 이를 이용한 제작된 막-전극 접합체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합공정은 롤형태의 서브 가스켓을 컷팅롤에 투입하는 투입공정; 상기 커팅롤에서 투입된 상기 서브 가스켓을 일정간격 마다 기 설정된 크기로 중앙 부위를 연속적으로 커팅하여 보호필름에 의해 중앙 부위만 제거하는 커팅공정; 상기 커팅공정단계에서 타발된 서브 가스켓의 커팅영역 내에 압하롤로 투입되는 제1 전극막 접합체(3Lyer MEA)의 애노드가 인입되도록 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 위치를 조정하여 압하롤로 투입하는 서브 가스켓 위치제어공정; 및 상기 타발된 서브 가스켓 및 상기 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 기 설정된 압하력 및 온도를 가하여 접합한 제2 전극막 접합체(5Layer MEA)를 생산하는 서브 가스켓 접합공정을 포함한다.

Description

연료전지용 서브 가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합방법, 이를 이용한 제작된 막-전극 접합체{Sub-gasket Assembly for Fuel Cells and Sub-Gaskets for Fuel Cells, Membrane-Electrode Assembly Made Using them}
본 발명은 연료전지용 서브가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합방법, 이를 이용한 제작된 막-전극 접합체에 관한 것이다.
고분자 전해질 연료전지는 중앙에 도 1과 같이 전극-막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 있고 이 구조는 Anode-Membrane-Cathode의 3층 구조를 이루기 때문에 3layer라 부른다.
또한 상기 전극층 바깥쪽 부분에 도 2와 같이 Sub-gasket 층이 양쪽으로 더해져 5Layer라 부른다.
이렇게 구성된 5Layer 층 중 Sub-gasket은 산화/환원 반응이 일어나는 중앙 부분에 연료를 공급하고 반응에 의해 생선된 물이 배출될 때 MEA 측면부로 연료나 물이 새지 않게 Sealing해주는 역할을 해준다.
막-전극 접합체를 제조하는 방법은 가스 확산층에 직접 촉매층을 도포하여 고분자 전해질막과 접합시키는CCG(Catalyst Coated on GDL) 방식과 고분자 전해질 막에 직접 촉매층을 도포하거나 이형필름 위에 전극층을 도포하여 전해질막 위에 전사방식을 통해 제조하는CCM(Catalyst Coated on Membrane) 방식이 있다.
특히 CCG방식은 가스 확산층 소재의 두께편차 때문에 전극층이 균일하게 코팅되지 않는 단점으로 인해 대량생산 방식에서는 거의 사용되지 않고 대부분의 막-전극 접합체 제조사 들은 CCM방식으로 막-전극 접합체를 제조하고 있다.
상기 3Layer 가장자리 양쪽 면에 Sub-gasket을 붙여 5Layer(Sub gasket - Anode - Membrane - Cathode - Sub gasket)를 제조하기 위해서는 도 3과 같이 일반적으로 Sub-gasket을 레이저 나 칼판 등을 이용하여 가운데 부분을 제거하는 공정과 판상 Plate 위에서 3Layer 양쪽 면에 Matching 시키는 공정, 이러한 Plate를 판상형 Hot press 위에서 접합하는 3단계 공정으로 제조된다.
특히 3Layer 양쪽 테두리 면에 Sub-gasket을 Matching시켜 접합시키기 때문에 시간이 오래 걸리고 Miss-Matching되는 불량도 많은 단점이 있다.
등록특허공보 제10-1304881호 (발명의 명칭: 연료전지 막-전극 접합체 생산용 연속식 서브가스켓 접합 장치)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 연료전지용 서브가스켓 접합장치 및 이를 이용한 막-전극 접합체 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합공정은 롤형태의 서브 가스켓을 컷팅롤에 투입하는 투입공정; 상기 커팅롤에서 투입된 상기 서브 가스켓을 일정간격 마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하여 타발하는 커팅공정; 상기 커팅공정단계에서 타발된 서브 가스켓의 커팅영역 내에 압하롤로 투입되는 제1 전극막 접합체(3Lyer MEA)의 애노드가 인입되도록 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 위치를 조정하여 압하롤로 투입하는 서브 가스켓 위치제어공정; 및 상기 타발된 서브 가스켓 및 상기 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 기 설정된 압하력 및 온도를 가하여 접합한 제2 전극막 접합체(5Layer MEA)을 생산하는 서브 가스켓 접합공정을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 서브 가스켓 위치제어공정은 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 각각의 투입 시점과 포지셔닝롤의 위치를 좌우측으로 조정하여 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓이 정확하게 matching이 될수 있도록 위치를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 서브 가스켓 접합공정은 상기 압하롤의 선압을 5~200kg Force, 압하온도를 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도를 0.1~10m/min로 진행하는 공정인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치는 롤형태의 서브 가스켓이 투입되면, 일정간격 마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하여 타발하는 한쌍의 컷팅롤; 상기 한쌍의 커팅롤에서 타발된 한쌍의 서브 가스켓이 서로 정확하게 matching 될 수 있도록 주행속도 및 위치를 조절하는 한쌍의 포지셔닝롤; 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 공급하는 MEA 공급부; 상기 한쌍의 서브 가스켓 및 상기 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 공급받아 기 설정된 선압 및 온도로 가압하여 접합하는 압하롤; 및 상기 한쌍의 커팅롤, 한쌍의 포지셔닝롤, MEA 공급부 및 압하롤의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 한쌍의 컷팅롤 각각은 상기 기 설정된 크기의 중앙영역을 커팅하는 커팅부; 및 상기 로커리 커터에서 커팅된 중앙 부위를 제거하는 De-Lami 롤을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 커팅부는 상기 서브 가스켓의 일부층을 커팅하는 로터리 커터 또는 판산형 지그인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 한쌍의 포지셔닝롤을 따라 주행하는 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 커팅위치를 검출하는 비젼카메라를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 비젼카메라에서 측정한 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 중 어느 하나의 서브 가스켓의 커팅위치로 나머지 서브 가스켓의 커팅위치가 매칭되도록 상기 포지셔닝롤의 주행동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 압하롤의 선압을 5~200kg Force, 압하온도가 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도가 0.1~10m/min로 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 5 Layer 구조를 갖는 전극막 접합체는 본 발명의 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법으로 제작된 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 5 Layer 구조를 갖는 전극막 접합체는 본 발명의 청구항 제4항 내지 제8항 중 어느 하나에 기재된 연료전지용 서브 가스켓 접합장치를 이용하여 제작된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합공정을 이용하면, 5Layer MEA의 생산성 향상과 커팅(Cutting)된 서브 가스켓(Sub-gasket)의 피스 투 피스 매칭(Piece to Piece Matching)시 발생되는 미스 매칭(Miss Matching) 불량을 저감하여 전극막 접합체(MEA)를 대량으로 생산할 수 있다는 이점이 있다.
보다 상세하게는 롤 형태의 원단들이 롤 투 롤(Roll to Roll) 형식으로 연속 투입되어 커팅 및 접합까지 동시 진행되는 공정이기 때문에 5Layer 반제품을 제조할 때 기존의 피스 투 피스(Piece to Piece) 생산 방식의 생산량에 비해 20배 이상 생산성이 향상되고 또한 제조 인력의 감소로 인해 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 롤 프레스(Roll press) 위에 고정된 형태로 서브 가스켓(Sub-gasket)을 매칭(Matching) 시키기 때문에 불량률이 낮아져 전극접합체(MEA)의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 3Layer MEA의 구조를 나타내 예시도이다.
도 2는 5Layer MEA의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치의 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 입체도이다.
도 4는 서브 가스켓의 커팅영역(라인)을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합공정의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
먼저, 본원을 설명하기에 앞서, 본 발명은 연료전지 제조 공정 중 하나인 막-전극접합체 양단에 서브 가스켓(Sub-gasket)을 접합하는 공정 및 장치에 관한 발명으로, 롤 형태의 원단들이 Roll to Roll 형식으로 연속 투입되어 Cutting및 접합까지 동시 진행하여 5Layer 전극막 접합체를 제조하고자 하는 방법 및 장치에 관한 발명이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치의 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 입체도이고, 도 4는 서브 가스켓의 커팅영역(라인)을 나타낸 예시도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치(100)는 한쌍의 컷팅롤(10), 한쌍의 포지션닝롤(20), MEA 공급부(30), 압하롤(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
상기 한쌍의 커팅롤(10)은 롤형태의 서브 가스켓(1)이 기 설정된 속도(0.1 ~ 10m/min)로 투입되면, 일정간격 마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하는 구성일 수 있다.
여기서, 커팅롤(10)은 서브 가스켓 필름(Sub-gasket Film)과 접착층까지만을 커팅한다(도 4 참조). 그 이유로는 보호필름을 커팅하지 않아야 후술하는 De-Lami 공정에서 보호필름이 서브 가스켓의 중앙 부위를 제거하면서 Re-Winding 될 수 있다.
참고로, 커팅롤(10)로 서브 가스켓이 투입되는 속도가 0.1보다 느릴 경우 후술하는 서브 가스켓 매칭(Matching) 제어가 어려운 단점이 있고, 속도가 10m/min 보다 빠를 경우 서브 가스켓(Sub-gasket)의 중앙 부위를 자를 때 제대로 컷팅(Cutting)이 되지 않거나 압하롤에서 접착층의 경화가 일어나지 않아 후술하는 3Layer 전극막 접합체의 막 부위에서 서브 가스켓이 이 떨어질 수 있다.
여기서, 한쌍의 커팅롤(10) 각각은 상기 기 설정된 크기의 중앙영역을 커팅하는 커팅부(11) 및 상기 커팅부(11)에서 커팅된 부위를 제거하는 De-Lami 롤(12)을 포함할 수 있고, 상기 커팅부(11)는 상기 서브 가스켓(1)의 일부층(서브 가스켓 필름 및 접착층)을 커팅하는 로터리 커터 또는 판산형 지그일 수 있다.
다음으로, 한쌍의 포지셔닝롤(20)은 상기 한쌍의 커팅롤(10)에서 타발된 한쌍의 서브 가스켓(1a)의 주행속도 및 위치를 조절하는 구성으로, 후술하는 제어부(50)의 제어신호에 기초하여 동작이 제어된다. 상기 제어부(50)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.
다음으로, MEA 공급부(30)는 3Layer 전극막접합체를 고정시켜 후술하는 압하롤로 공급하는 구성일 수 있다. 참고로, 상기 3Lyer 전극막접합체는 애노드(Anode), 맴브레인(Membrane), 캐소드(Cathode)가 순차적으로 적층된 구조이다(도 1참조).
다음으로, 압하롤(40)는 한쌍의 타발된 서브 가스켓 및 3Layer 전극막 접합체를 공급받아 기 설정된 선압 및 온도로 가압한 5Layer 전극막 접합체를 제공하는 구성일 수 있다(도 2 참조).
여기서, 상기 압하롤(40)의 선압은 5~200kg Force, 압하온도는 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도는 0.1~10m/min로 진행된다.
참고로, 압하롤 선압이 5kg force 미만이면 서브 가스켓과 전해질막 면 사이에 기포가 제거되지 않아 단차가 생기고, 이는 누수(Leak) 문제를 야기해 연료전지 스택에 적용될 수 없다.
또한 선압이 200kg force 이상이면 윗면과 아랫면의 Sub-gasket이 맞물리는 부위의 전해질 막이 찢어져 불량 MEA가 제조되거나 과도한 선압으로 서브 가스켓의 양 측면이 벌어지면서 붙는 불량 MEA가 제조된다.
또한 접합온도가 100°C 미만이면 서브 가스켓의 열 경화성 접착제가 경화되지 않아 전해질막과 접합이 제대로 되지 않고, 접합온도가 200°C 이상이 되면 전극내의 바인더와 전해질 막의 작용기가 손상을 입어 MEA 성능이 저하되는 단점이 있다.
다음으로, 제어부(50)는 상기 한쌍의 커팅롤(10), 한쌍의 포지셔닝롤(20), MEA 공급부(30) 및 압하롤(40)의 동작, 보다 구체적으로는 한쌍의 서브 가스켓 및 3Layer 전극막접합체의 위치 매칭제어 및 압하롤의 장력 및 온도를 제어하는 구성일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브 가스켓 접합장치(100)는 상기 한쌍의 포지셔닝롤(20)을 따라 주행하는 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 커팅위치를 검출하는 비젼카메라, 접합온도를 계측하는 온도계측부, 압하롤의 선압(장력)을 측정하는 선압측정부 등을 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(50)는 상기 비젼카메라에서 측정한 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 중 어느 하나의 서브 가스켓의 커팅위치로 나머지 서브 가스켓의 커팅위치가 매칭되도록 상기 포지셔닝롤(20)의 주행동작을 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브 가스켓 접합공정의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브 가스켓 접합공정(S700)은 투입공정(S710), 커팅공정(S720), 서브 가스켓 위치제어공정(S730) 및 접합공정(S740)을 포함한다.
상기 투입공정(S710)은 롤 형태로 감겨진 서브 가스켓을 컷팅롤에 투입하 공정일 수 있다.
여기서, 서브 가스켓은 0.1~10m/min의 속도로 Unwinding(풀림)되어 투입되고, 풀리는 속도가 0.1보다 느릴 경우 매칭 제어가 어려운 단점 이 있고, 속도가 10m/min 보다 빠를 경우 서브 가스켓의 중앙 부위를 자를 때 제대로 커팅이 되지 않거나 접착층의 경화가 일어나지 않아 후술하는 3Layer MEA의 막 부위에서 서브 가스켓이 떨어질 수 있다.
다음으로, 커팅공정(S720)은 상기 커팅롤(10)로 투입된 서브 가스켓을 일정간격 마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하여 타발하는 공정일 수 있다. 여기서, 커팅공정(S720)은 서브 가스켓 필름(Sub-gasket Film)과 접착층까지 만을 커팅하며, 그 이유로는 보호필름을 커팅하지 않아야 후술하는 De-Lami 공정에서 보호필름이 서브 가스켓의 중앙 부위를 제거하면서 Re-Winding 될 수 있기 때문이다.
다음으로, 서브 가스켓 위치제어공정(S730)은 커팅공정(S720)에서 타발된 서브 가스켓의 커팅영역 내에 압하롤로 투입되는 3Lyer MEA의 애노드가 인입되도록 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 위치를 조정하여 압하롤로 투입하는 공정일 수 있다.
상기 서브 가스켓 위치제어공정(S730)은 타발된 서브 가스켓의 장력 제어를 위해 포지션닝롤과 인접하여 주행되도록 포지션닝롤의 속도를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 과정으로 주행하지 않으면 장력제어 과정에서 가운데가 타발된 서브 가스켓의 모양이 마름모 형상으로 변형되어 장력 및 위치 제어를 할 수 없다.
또한, 상기 서브 가스켓 위치제어공정(S730)은 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 각각의 투입시점을 조절하는 장치와 포지셔닝롤의 위치를 좌/우로 조절하여 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 커팅영역이 Matching 될 수 있도록 위치를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
다음으로, 서브 가스켓 접합공정(S740)은 타발된 서브 가스켓 및 3Layer MEA를 기 설정된 압하력 및 온도를 가하여 접합한 5Layer MEA를 제공하는 공정일 수 있다.
여기서, 상기 압하롤의 선압은 5~200kg Force, 압하온도는 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도는 0.1~10m/min로 진행된다.
참고로, 압하롤 선압이 5kg force 미만이면 서브 가스켓과 전해질막 면 사이에 기포가 제거되지 않아 단차가 생기고, 이는 누수(Leak) 문제를 야기해 연료전지 스택에 적용될 수 없다.
또한 선압이 200kg force 이상이면 윗면과 아랫면의 Sub-gasket이 맞물리는 부위의 전해질 막이 찢어져 불량 MEA가 제조되거나 과도한 선압으로 서브 가스켓의 양 측면이 벌어지면서 붙는 불량 MEA가 제조된다.
또한 접합온도가 100°C 미만이면 서브 가스켓의 열 경화성 접착제가 경화되지 않아 전해질막과 접합이 제대로 되지 않고, 접합온도가 200°C 이상이 되면 전극내의 바인더와 전해질 막의 작용기가 손상을 입어 MEA 성능이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 서브가스켓 접합장치 및 연료전지용 서브 가스켓 접합공정을 이용하면, 5Layer MEA의 생산성 향상과 커팅(Cutting)된 서브 가스켓(Sub-gasket)의 피스 투 피스 매칭(Piece to Piece Matching)시 발생되는 미스 매칭(Miss Matching) 불량을 저감하여 전극막 접합체(MEA)를 대량으로 생산할 수 있다는 이점이 있다.
보다 상세하게는 롤 형태의 원단들이 롤 투 롤(Roll to Roll) 형식으로 연속 투입되어 커팅 및 접합까지 동시 진행되는 공정이기 때문에 5Layer 반제품을 제조할 때 기존의 피스 투 피스(Piece to Piece) 생산 방식의 생산량에 비해 20배 이상 생산성이 향상되고 또한 제조 인력의 감소로 인해 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 롤 프레스(Roll press) 위에 고정된 형태로 서브 가스켓(Sub-gasket)을 매칭(Matching) 시키기 때문에 불량률이 낮아져 전극접합체(MEA)의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100: 연료전지용 서브 가스켓 접합장치
10: 컷팅롤
11: 컷팅부
12: De-Lami롤
20: 주행롤 및 포지션닝롤
30: MEA 공급부
40: 압하롤
50: 제어부

Claims (10)

  1. 롤형태의 서브 가스켓을 컷팅롤에 투입하는 투입공정;
    상기 커팅롤에서 투입된 서브 가스켓을 일정 간격마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하여 중앙 부위만 제거하는 타발공정;
    상기 타발된 서브 가스켓 및 상기 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 Matching시키는 위치제어공정; 및
    상기 matching이 완료된 5Layer의 MEA를 기 설정된 압하력 및 온도를 가하여 접합한 제2 전극막 접합체(5Layer MEA)를 생산하는 서브 가스켓 접합공정을 포함하는 연료전지용 서브 가스켓 접합공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 가스켓 위치제어공정은
    상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 각각의 투입시점을 조절하는 주행롤과 포지셔닝롤의 좌/우측 위치를 조정하여 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 커팅영역이 Matching 되도록 조절하는 단계를 더 포함하는 연료전지용 서브 가스켓 접합공정.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브 가스켓 접합공정은
    상기 압하롤의 선압을 5~200kg Force, 압하온도를 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도를 0.1~10m/min로 진행하는 공정인 것을 특징으로 하는 연료전지용 서브 가스켓 접합공정.
  4. 롤형태의 서브 가스켓이 투입되면, 일정간격 마다 기 설정된 크기의 중앙영역을 연속적으로 커팅하여 타발하는 한쌍의 컷팅롤;
    상기 한쌍의 커팅롤에서 타발된 한쌍의 서브 가스켓의 주행속도 및 위치를 조절하는 한쌍의 주행롤과 포지셔닝롤;
    제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 공급하는 MEA 공급부;
    상기 한쌍의 서브 가스켓 및 상기 제1 전극막 접합체(3Layer MEA)를 공급받아 기 설정된 선압 및 온도로 가압하여 접합하는 압하롤; 및
    상기 한쌍의 커팅롤, 한쌍의 포지셔닝롤, MEA 공급부 및 압하롤의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 연료전지용 서브 가스켓 접합장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한쌍의 컷팅롤 각각은
    상기 기 설정된 크기의 중앙영역을 커팅하는 커팅부; 및
    상기 로커리 커터에서 커팅된 중앙 부위를 제거하는 De-Lami 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 서브 가스켓 접합장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커팅부는
    상기 서브 가스켓의 일부층을 커팅하는 로터리 커터 또는 판산형 지그인 것을 특징으로 하는 연료전지용 서브 가스켓 접합장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 한쌍의 포지셔닝롤을 따라 주행하는 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓의 커팅위치를 검출하는 비젼카메라를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 비젼카메라에서 측정한 상기 한쌍의 타발된 서브 가스켓 중 어느 하나의 서브 가스켓의 커팅위치로 나머지 서브 가스켓의 커팅위치가 매칭되도록 상기 주행롤 및 포지셔닝롤의 주행동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 서브 가스켓 접합장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 압하롤의 선압을 5~200kg Force, 압하온도가 100~200 ℃, 상기 압하롤의 주행 속도가 0.1~10m/min로 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 서브 가스켓 접합장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법으로 제작된 5 Layer 구조를 갖는 전극막 접합체.
  10. 제4항 내지 제8항 중 어느 하나에 기재된 연료전지용 서브 가스켓 접합장치를 이용하여 제작된 5 Layer 구조를 갖는 전극막 접합체.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129292A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Toyota Motor Corp 薄膜からパターン部分を切り出す装置
KR20120117266A (ko) * 2011-04-15 2012-10-24 현대자동차주식회사 막전극접합체 제조 장치
KR101304881B1 (ko) 2011-08-10 2013-09-06 기아자동차주식회사 연료전지 막-전극 접합체 생산용 연속식 서브가스켓 접합 장치
KR101575312B1 (ko) * 2014-10-21 2015-12-07 현대자동차 주식회사 연료전지의 막-전극 어셈블리 제조 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005129292A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Toyota Motor Corp 薄膜からパターン部分を切り出す装置
KR20120117266A (ko) * 2011-04-15 2012-10-24 현대자동차주식회사 막전극접합체 제조 장치
KR101304881B1 (ko) 2011-08-10 2013-09-06 기아자동차주식회사 연료전지 막-전극 접합체 생산용 연속식 서브가스켓 접합 장치
KR101575312B1 (ko) * 2014-10-21 2015-12-07 현대자동차 주식회사 연료전지의 막-전극 어셈블리 제조 장치

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