KR20220089684A - 전기화학 반응기용 유동 가이드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기화학 반응기를 위한 적어도 하나의 유동 가이드(1, 1')의 제조 방법에 관한 것으로,
a) 기판(10)을 제공하는 단계,
b) 제 1 유동 가이드(1)의 리브(211)의 제 1 패턴(21)을 형성하도록 구성되는 개구(111)를 포함하는 제 1 메쉬 스크린(11)을 제공하는 단계,
c) 제 1 유동 가이드(1)의 리브(221)의 제 2 패턴(22)을 형성하도록 구성되는 개구(121)를 포함하는 제 2 메쉬 스크린(12)을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 큰 채널 깊이와 1 이상의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 유체 회로를 생성하는 메쉬 스크린 인쇄 기술을 사용한다.

Description

전기화학 반응기용 유동 가이드의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A FLOW GUIDE FOR AN ELECTROCHEMICAL REACTOR}

본 발명은 연료 전지와 같은 전기화학 반응기의 적어도 하나의 구성요소의 제조의 최적화에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료 전지에서 사용하도록, 특히 250℃ 미만의 온도에서의 연료 전지에서 사용하도록 의도된 전기화학 전지들의 제조의 정황에서 인쇄된 유체 회로들을 제조하는 것에 관한 것이다.

예를 들어, 연료 전지들은 다수의 다른 응용 분야들을 위한 것과 마찬가지로 미래에 대규모로 생산될 것으로 의도되는 자동차를 위한 전기 공급 시스템으로 고려된다. 연료 전지는 화학 에너지를 직접적으로 전기 에너지로 변환하는 전기화학 장치이다. 디히드로겐(dihydrogen) 또는 메탄올과 같은 가연성 물질이 연료 전지의 연료로 사용된다.

PEM으로 불리우는 양성자-교환막(proton-exchange membrane) 연료 전지는 전형적으로 250℃ 미만의 낮은 온도에서 작동하며 특히 흥미로운 압축 특성들을 갖는다.

연료 전지의 원리

연료 전지는 산화-환원 반응을 통하여 화학 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 전기화학 발전기이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 전지의 전기화학 코어(electrochemical core)(5)는 이온-교환막(6)에 의해 분리된 2개의 전극(110)들에 의해 형성된다. 전극(110)들에는 각각 적절한 시약, 음극(anode)에 대해서는 연소제(combustible)가 그리고 양극(cathode)에 대해서는 조연제(comburent)가 공급되고, 그에 의해 전극(110)들의 표면에서 전기화학적 반응을 생성시키고 이는 전류를 생성할 수 있다.

도 2를 참조하면, 연료 전지는 "스택(stack)"이라 불리우는 전기화학 코어(5)들의 스택으로 형성될 수 있다. 전기화학 코어(5, 5')들의 각 스택 사이에서, 전극(110)들에 시약들을 공급할 수 있도록 분리판(bipolar plate)(3)이 형성될 수 있다. 따라서, 연료 전지는 분리판(3)에 의해 쌍들로 분리된 단위 전지들의 스택으로 형성될 수 있다.

특히, 양성자-교환막 연료 전지 또는 PEMFC("Proton Exchange Membrane Fuel Cell")는 양성자들을 선택적으로 통과시킬 수 있는 전해질 막(6) 및 이 전해질 막(6) 전체에 걸친 전극(110)들로 형성되는 막-전극 조립체 또는 MEA(membrane-electrodes assembly)(110/6/110)를 포함하는 적어도 하나의 단위 전지를 포함한다.

일반적으로, 막(6)은 Nafion®과 같은 과불화술폰산염 이오노머(perfluorosulfonate ionomer)로 이루어진다. 또한 촉매층 또는 활성층들로도 불리우는 전극(110)들은 탄소 및 가능하게는 일반적으로 막(6)을 형성하는 것과 동일한 이오노머에 의해 지지되는 촉매, 유리하게는 백금(Pt)을 포함한다.

음극의 수준에서, 연료로 사용되는 디히드로겐(H2)이 산화되어 막(6)을 가로지는 양성자를 생성한다. 이러한 반응에 의해 생성된 전자들은 유체 회로 쪽으로 이동한 후, 계속해서 전지(5) 외부의 전기 회로를 통과하여 전류를 형성한다. 양극의 수준에서, 산소(O2)가 환원되고 막(6)을 통과한 양성자와 반응하여 물을 형성한다.

통상적으로 흑연 섬유들로 만들어지는 가스-확산층(120)들 또는 GDL("Gas Diffusion Layer")이 전극(110)들과 분리판(3)들 사이에 개재될 수 있다.

분리판의 원리

분리판(3)은 여러 기능들, 그 중에서도 특히 하기들을 보장한다:

- 가능하게는 채널(2)들 및/또는 그 안에 형성된 오리피스들을 경유하는 시약들의 분배 및 형성된 부산물들의 배출;

- 상이한 단위 전지(5)들의 음극들에서 생성된 전자들의 이동, 이는 분리판(3)이 전기-전도성임을 의미함;

- 가능하게는 그 안의 냉각액의 순환을 통한 단위 전지(5)들의 냉각;

- 전기화학 코어(5)에 대한 기계적 지지.

(판의 중앙에서) 각각 음극 유체(anode fluid), 양극 유체 및 냉각 유체의 흐름들의 안내 전용의 3개의 유체 회로들을 포함하는, 도 3에 나타낸 것과 같은 분리판(3)의 전형적인 경우를 고려하는 것이 가능하다. 흐름들의 안내는 유체의 흐름에 영향을 주는 벽들 또는 스터드(studs)들과 같이 이하에서 리브(ribs)들로 불리우는 장애물들의 설정을 통하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 이들 리브들은 평행 채널(2)들의 다발의 형태일 수 있으며, 이들 리브들을 본 명세서에서는 "유체 회로(fluidic circuit)"라고 불리운다. 전지 코어와 전기적 연결 및 열적 연결을 이루는 이들 리브들은 전기-전도성이어야 한다.

일반적으로, 연료 전지의 각 유체 회로는 흑연, 탄소 섬유들로 보강된 플라스틱 또는 스테인레스 강과 같은 금속, 금속 합금일 수 있는 전류-전도성 물질 또는 임의의 다른 전류-전도성 물질로 만들어진다. 양극 유체 및 음극 유체들은 유체 회로들의 채널(2)들에 의해 각 전극의 활성 표면 전체에 걸쳐 분배되며, 각 유체 회로는 유체의 공급을 허용하는 인입구 및 비-시약 유체 및 전기화학적 반응의 부산물의 배출을 허용하는 인출구를 포함한다.

현재까지, 유체 회로의 채널(2)들은 여전히 주로 전기-전도성 판(130)을 가공하거나 전기-전도성 판(130)을 성형하여 만들어진다. 첫 번째 경우에서는, 물질이 제거되고, 두 번째 경우에서는, 전기-전도성 판(130)의 변형에 의해 채널(2)들이 생성된다. 판의 채널(2)들은 그 안에서 순환하는 흐름들의 압력 강하를 제어하도록 설계된다.

특히, 양성자-교환막 연료 전지에서 사용되는 각 유체 회로는 비용, 규모 및 성능들과 연관되는 이유들로 주로 스탬핑된(stamped) 금속으로 만들어진다. 일반적으로, 전기-전도성 판(130)의 두께는 1 내지 4 ㎜에 포함되고 채널(2)들은 바람직하게는 0.2 내지 2 ㎜에 포함되는 폭, 0.2 내지 0.5 ㎜에 포함되는 깊이 및 0.2 내지 2 ㎜에 포함되는 간격(또는 톱니 폭(tooth width))을 갖는다. 유체들의 확산 표면은 전지의 크기 및 원하는 출력에 의존하여 가변적이다. 고출력 용도들의 경우, 유체들을 냉각하기 위한 회로는 일반적으로 음극에서의 수소의 확산 표면과 양극에서의 산소의(또는 공기의) 확산 표면 사이에 삽입된다. 2개 층들로의 그리고 가능하게는 3개 층들로의 유체 회로들의 적층(stacking)(도 3에 나타낸 바와 같이)은 분리판(3)을 형성한다.

그럼에도 불구하고, 판금 스탬핑(sheet metal stamping)에 의해 수득되는 유체 회로는 몇가지 단점들, 그 중에서도 특히 하기들을 갖는다:

- 복잡한 제조 방법 및 특히 낮은 생산량들에 대한 여전히 높은 생산비;

- 전지(5)의 밀봉을 보장하기 위한 시일(seals)들의 데포(deposition)를 복잡하게 만드는 성형으로 인한 판(130)의 캠버(camber);

- 심지어 추가로 이미 고도로 최적화된 판(130)의 두께 및 판의 무게를 감소시키기 어려움, 이는 연료 전지의 용적 및 질량 에너지 밀도에 상당하게 영향을 미침; 및

- 사용된 판금들의 성형에의 제한 때문에, 전지의 성능들을 개선시키기 위한 채널(2)들의 폭을 감소시키기 어려움.

제조 방법을 단순화하고 연료 전지의 전체 비용의 대략 40%를 차지하는 분리판들의 비용을 줄이기 위해, 선행 기술에서 구현된 해결책들은 특히 금속 또는 복합 평면 기판을 인쇄하여 흐름에 대한 장애물들을 만들어 유동-가이드를 형성하도록 하고, 그리고 계속해서 적어도 2개의 유동-가이드들로부터 분리판을 형성하도록 하는 것으로 이루어졌다. 대안으로, 이러한 방법은 분리판(3) 외측의 가스-확산 층(120) 상에 유체 회로를 만들 수 있게 한다.

본 명세서에서 상술되지 않은 다른 유체 회로들의 배열도 가능하다. 예를 들어, 분리판(3)은 각각 2가지 시약들 각각에 전용되는 2개의 유체 회로들 만을 포함할 수 있다. 더욱이, 2개 또는 3개의 유체 회로들을 포함하는 분리판(3)은 각각이 적어도 하나의 유체 회로를 포함하는 여러 개의 개별 하위 집합들로 형성될 수 있다. 계속해서 전지들이 적층되고 압축 하중이 전지들에 가해지는 경우에, 전지가 조립될 때 이전에 기술된 기능들을 갖는 분리판(3)이 형성된다.

인쇄된 유체 회로들의 제조

도 4를 참조하면, 인쇄되어야 할 유체 회로의 영상을 포함하는 스크린-인쇄 마스크(screen-printing mask)(11, 12)의 사용의 덕분으로 전도성 유체 회로들의 인쇄가 수행된다. 매우 높은 요변성(thixotropy)을 갖는 전도성 잉크(7)가 이 마스크(11, 12)를 통과하고 그리고 인쇄는 또한 톱니라고도 불리우는 리브들의 패턴(21, 22)들을 기판(10)의 면(101) 상에 데포시켜 전도성 유체 회로를 수득하도록 한다.

특히, 메쉬 스크린(mesh screen)으로의 스크린-인쇄는 2가지 주요 구성요소들: 망목(meshing ; "mesh") 및 에멀젼으로 형성된 마스크 또는 스크린(11, 12)의 사용에 기반하고 있다. 프레임(8) 내측에 연신된 망목은 스크린(11, 12)의 기계적 지지체이다. 망목의 통공(porosity)은 잉크가 쉽게 넘어갈 수 있도록 한정된다. 에멀젼은 망목 상에 실행되고, 그 데포의 위치에서 망목을 함침시켜 잉크-밀착층(ink-tight layer)(7)을 형성하도록 하는 데포이다. 이러한 에멀젼 층 중에 존재하는 공극들은 스크린-인쇄 시 잉크(7)로 채워지도록 의도된다. 에멀젼 층의 두께는 데포된 잉크 층의 두께를 크게 결정한다.

중요한 이유로, 200 ㎛ 초과의 두께를 갖는 '망목' 스크린-인쇄 데포들로 인쇄하는 것은 불가능하며, 그 이유는 '망목' 스크린 인쇄 마스크들의 제조업자들에 의해 데포될 수 있는 최대 에멀젼 두께이기 때문이다. 실제로, 보다 더 두꺼운 에멀젼의 데포에 의해, 잉크와 에멀젼 사이의 접촉 표면이 보다 더 커지는 반면에, 망목과 에멀젼 사이의 접촉 표면은 동일하게 유지된다. 따라서, 200 ㎛ 초과의 에멀젼 두께로는, 에멀젼을 망목에 제대로 고정하지 못할 뿐만 아니라 기판 상에 잉크를 제대로 고정하지 못할 위험이 있다. 보다 더 큰 형태 계수(shape factor)의 경우에서, 망목과 에멀젼 사이의 접촉 표면에 비해 잉크와 에멀젼 사이의 접촉 표면이 너무 커질 수 있기 때문에 이러한 추론은 0.5 초과의 형태 계수를 갖는 어떠한 인쇄에 대해서도 동일하다.

스크린-인쇄에 의한 인쇄가 수년 전부터 PEMFC에서의 사용을 위해 의도된 전도성 유체 회로들을 제조하는 데 사용되어 왔다. 여러 특허 문헌들이 높이와 폭의 측면에서의 인쇄 가능성들에 대해 대략 상세한 설명들을 제공하였다. 또한 이들 유체 회로들을 만드는 데 사용된 잉크들의 속성(용매, 전도성 물질...) 및 특성(점도, 흐름 임계값)들에 대한 정보도 제공되었다.

이들 문헌들 모두는 스크린-인쇄에 의한 유체 회로들의 인쇄가 톱니의 높이와 관련된 문제를 가지고 있다고 주장하고 있다(도달될 수 있는 특정된 최대 높이가 200 내지 400 ㎛임). 당분간, 마스크들의 제조업자들은 여전히 1의 형태 계수(인쇄된 높이/폭)를 초과할 수 없으며, 대부분의 스크린-인쇄 마스크들은 0.5(예를 들어 200 ㎛의 높이에 대해 400 ㎛의 톱니 폭에 해당)의 형태 계수를 갖는다.

일부 문헌들은 제조 방법을 상세하게 기술하지 않으면서도, 여러 층들 또는 다층으로 인쇄하는 기술을 사용하여 톱니 높이를 증가시킨다. 이러한 기술은 인쇄된 데포의 높이를 무한정으로 증가시키는 것을 허용하지 않는다. 실제로, 기판(10)이 더 이상 평면형이 아닌 리브들 중의 적어도 하나의 제1 인쇄물을 포함하는 즉시, 리브가 부분적으로, 마스크 중의, 대개는 잉크를 수용하도록 의도된 공간을 채운다. 연속적인 데포 각각이 이러한 현상을 강조하고, 그리고 데포된 층들의 두께가 빠르게 무시될 수 있게 된다.

이러한 제한된 인쇄 높이의 문제는 유체 회로의 채널(2)들의 깊이가 더 작을수록 회로가 더 많은 압력 강하를 일으키고 그에 따라 전지가 덜 효율적이 된다는 것이다. 그러나, 인쇄된 회로들의 경우, 톱니/채널 계단의 폭을 감소시키는 데 상당한 관심이 있으며, 이는 형태 계수가 최대 1 또는 대부분의 경우 0.5로 제한되기 때문에 이는 채널(2)들의 깊이를 불가피하게 감소될 수 있다. 예를 들어, 원하는 채널(2) 폭이 100 ㎛인 경우, 현재 기술로는 100 ㎛의 채널 깊이를 초과하는 것이 불가능하다. PEM 응용에서는, 둘 모두 100 ㎛인 채널(2) 폭과 깊이를 갖는 유체 회로는 너무 많은 압력 강하를 일으켜 사용할 수 없게 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 선행기술의 단점들 중의 적어도 하나를 극복할 수 있는 인쇄된 유체 회로들을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 유체 회로들의 톱니/채널 계단의 폭을 줄일 수 있는 인쇄된 유체 회로들을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 검토하는 것에 의해 명백해질 수 있다. 다른 장점들이 통합될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태는 하기의 단계들:

a. 기판을 제공하는 단계,

b. 제1 유동-가이드의 리브들의 제1 패턴을 형성하도록 구성된 개구(openings)들을 포함하는 제1 메시 스크린을 제공하는 단계,

c. 제1 유동-가이드의 리브들의 제2 패턴을 형성하도록 구성된 개구들을 포함하는 제2 메시 스크린을 제공하는 단계,

제2 패턴은, 제2 메시 스크린이 제1 메시 스크린과 중첩되는 경우, 개구 각각이 다른 개구들과 동시적으로 제1 메시 스크린의 개구가 제1 메시 스크린의 개구들에 비하여 감소된 표면을 갖는 제2 메시 스크린의 개구들이 일직선으로 위치되도록 제2 메시 스크린의 개구들이 위치될 수 있고; 계속해서

기판의 제1 면 상에:

d. 제1 메시 스크린을 사용하여 스크린-인쇄에 의해 제1 전기-전도성 잉크의 제1 층을 인쇄하는 단계,

e. 제1 층을 건조하는 것에 의해 리브들의 제1 패턴을 형성하는 단계,

f. 제2 메시 스크린이 부분적으로 제1 패턴의 각각의 리브들 상에 놓이도록 제2 메시 스크린을 위치시키고, 제2 메시 스크린의 각 개구가 제1 패턴의 리브와 일렬로 위치되도록 하는 단계, 계속해서

g. 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린을 사용하여 스크린-인쇄에 의해 제2 전기-전도성 잉크의 제2 층을 인쇄하는 단계

를 포함하여 제2 층의 건조 이후 제1 패턴 상에 제2 패턴의 중첩을 수득하도록 하는, 전기화학 반응기를 위한 적어도 하나의 유동-가이드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 상당한 채널 깊이(> 200 ㎛)와 1 이상의 형태 계수를 갖는 유체 회로들을 만들기 위해 메시 스크린-인쇄에 의한 인쇄 기술의 혁신적인 사용에 기초하고 있다. 실제로, 2개의 상이한 인쇄 마스크들 또는 메시 스크린들의 사용 덕분으로, 매우 간단하게 그리고 매우 저렴한 추가 비용(단지 하나의 추가 스크린-인쇄 마스크)으로 치아 높이가 200 ㎛를 초과하고 1 이상의 형태 계수를 갖는 인쇄된 유체 회로를 제조하는 것이 가능하다.

본 발명의 제2 양태는 하기:

- 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법에 의한, 적어도 2개의 기판들 상에의 적어도 3개의 유동-가이드들의 제조 및

- 조립체가 상기 적어도 2개의 기판들 사이에 상기 적어도 3개의 유동-가이드들 중의 하나의 유동-가이드를 그리고 상기 적어도 2개의 기판들의 두 측면들 상에 상기 적어도 3개의 유동-가이드들 중의 2개의 다른 유동-가이드들을 갖도록 함께 조립된 상기 적어도 2개의 기판들의 적어도 하나의 조립체

를 포함하는, 전기화학 반응기, 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 분리판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제3 양태는, 본 발명의 제2 양태에 따른 제조 방법을 실행하여 수득되는, 전기화학 반응기, 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 유동-가이드에 관한 것이다.

본 발명의 제4 양태는 본 발명의 제2 양태에 따른 제조 방법을 실행하여 수득되는, 전기화학 반응기, 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 분리판에 관한 것이다.

본 발명의 양태들의 다른 것들에 따르면, 본 발명은 하기들 중의 적어도 하나에 관한 것일 수 있다:

- 기판의 두 면들 중의 적어도 한 면 상에 유동 채널들을 한정하는 리브 들이 연장되는 기판을 포함하는, 예를 들어 본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 실행하여 수득되는 전기화학 반응기를 위한 유동-가이드, 리브들은 기판이 만들어지는 물질과는 상이한 적어도 하나의 물질에 기초하여 만들어지고/지거나 유동 채널들의 폭 보다 엄밀히 더 큰 두께를 가짐;

- 상기 소개된 유동-가이드, 여기에서 각 리브는 유동 채널들의 폭과 실질적으로 동일한 두께를 갖고 제1 전도성 물질로 만들어진 적어도 하나의 제1 부분 및 제1 부분으로부터 연장되고, 각 리브의 제1 부분의 폭에 비해 감소된 폭을 갖고 그리고 제2 전도성 물질로 만들어진 제2 부분에 의해 기판의 두 면들 중의 적어도 하나의 면으로부터 연장되고, 적절한 경우 제2 전도성 물질이 제1 전도성 물질과는 상이함;

- 앞서의 특징에 따른 유동-가이드, 여기에서 각 리브는, 적절한 경우, 제2 부분을 커버할 때까지, 제2 부분의 적어도 하나의 측면으로부터, 바람직하게는 2개의 측면들로부터 연장하는 제3 부분을 추가로 포함하고, 제3 부분은 바람직하게는 제1 부분의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 갖고/갖거나 바람직하게는 제1 부분과 일렬로 연장되고, 제3 부분은 제3 전도성 물질로 만들어지고, 적절한 경우, 제3 전도성 물질은 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질들 중의 적어도 하나의 전도성 물질과 상이함;

- 조립체가 상기 적어도 2개의 기판들의 2개의 기판들 사이에 상기 적어도 3개의 유동-가이드들 중의 하나의 유동-가이드를 그리고 상기 적어도 2개의 기판들의 두 측면들 상에 상기 적어도 3개의 유동-가이드들 중의 2개의 다른 유동-가이드들을 갖도록 하는 적어도 2개의 기판들 상에 상기 소개된 바와 같은 적어도 3개의 유동-가이드들을 포함하도록 함께 조립된, 전기화학 반응기, 그리고 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 분리판; 및

- 상기 적어도 하나의 기판의 제1 면 상에 상기 적어도 2개의 유동-가이드들 중의 하나의 유동-가이드가를 그리고 상기 적어도 하나의 기판의 제2 면 상에 상기 적어도 2개의 유동-가이드들 중의 하나의 유동-가이드를 갖도록 적어도 하나의 기판 상에 상기 소개된 바와 같은 적어도 2개의 유동-가이드들을 포함하는, 전기화학 반응기 그리고 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 분리판.

본 발명의 목표들, 목적들과 마찬가지로 특징들 및 장점들은 다음의 첨부된 도면들로 설명되는 본 발명의 하나의 구현예의 상세한 설명으로부터 보다 잘 나타날 수 있으며 여기에서:
도 1은 선행기술의 하나의 구현예에 따른 전기화학 반응기의 일부의 전개 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 구현예에 따른 전기화학 반응기의 2개의 부분들의 스택의 조립된 사시도를 모식적으로 나타내고 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 구현예에 따른 전기화학 반응기의 2개의 전기화학 코어들 사이에 위치되도록 의도된 분리판의 적어도 하나의 부분의 사시도를 나타내고 있다.
도 4는 인쇄 패턴의 형성을 위한 스크린-인쇄에 의한 인쇄의 단계의 모식적인 측단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 양태에 따른 유동-가이드를 제조하기 위한 방법 동안에 구현되는 제1 메시 스크린의 평면도를 모식적으로 나타내고 있다.
도 5b는 도 5a에 나타낸 바와 같은 제1 메시 스크린의, 도 5a에 나타낸 축 A-A를 포함하는 평면에 따른, 단면도를 모식적으로 나타내고 있다.
도 5c는 본 발명의 제1 양태에 따른 유동-가이드를 제조하기 위한 방법 동안에 구현된 제2 메시 스크린의 평면도를 모식적으로 나타내고 있다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 제1 양태에 따른 유동-가이드를 제조하기 위한 방법의 하나의 구현예의 상이한 단계들을 나타내는 단면도들을 모식적으로 나타내고 있다.
도 12 내지 도 14는, 각각, 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 하나의 구현예를 구현하는 것에 의해 수득된 유동-가이드의 구성의 하나의 예의 모식적인 단면도를 나타내고 있다.
도 15 및 도 16은, 각각, 본 발명의 제2 양태에 따른 제조 방법의 하나의 구현예를 구현하는 것에 의해 수득된 분리판의 구성의 하나의 예의 모시적인 단면도를 나타내고 있다.
도 17은 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 하나의 구현예를 구현하는 것에 의해 수득된 유동-가이드의 구성의 하나의 예의 모식적인 단면도를 나타내고 있다.
도 18은 도 17의 유동-가이드와 전기화학 반응기의 다른 구성요소들의 결합을 나타내고 있다.
도 19는 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 하나의 구현예를 구현하는 것에 의해 수득된 유동-가이드의 구성의 하나의 예의 모식적인 단면도를 나타내고 있다.
도 20은 도 19의 유동-가이드와 전기화학 반응기의 다른 구성요소의 결합을 나타내고 있다.
도면들은 예시로 제공되며 본 발명을 제한하지 않는다. 이들 도면들은 본 발명의 이해를 용이하게 하도록 의도된 모식적인 원리 표현들을 구성하며 반드시 실제 적용의 규모에 대한 것은 아니다. 특히, 상이한 설명된 요소들의 두께들 및 폭들이 필연적으로 현실이나 현실적 형태 계수들을 나타내는 것은 아니다.

본 발명의 구현예들의 상세한 검토를 시작하기 전에, 조합으로 또는 대안으로 사용될 수 있는 임의선택적인 특징들이 아래에 설정된다.

본 발명의 제1 양태의 하나의 예에 따르면, 제2 메시 스크린의 개구들은 제2 메시 스크린을 위치시킬 때 제1 패턴의 리브들 상에 실질적으로 중심이 맞춰질 수 있도록 구성되고 위치된다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 제1 전기-전도성 잉크 및 제2 전기-전도성 잉크가 동일하다.

본 발명의 제1 양태의 임의선택적인 특징에 따르면, 상기 소개된 바와 같은 제조 방법은 하기의 단계들:

h. 제2 패턴의 각각의 리브들 상에 부분적으로 머무르도록 제1 메시 스크린을 위치시키는 단계, 제1 메시 스크린의 개구들은 제2 패턴의 리브들의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되고, 바람직하게는 제2 패턴의 리브들에 중심이 맞춰짐, 및

i. 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린을 사용하는 스크린 인쇄에 의해 제3 전기-전도성 잉크의 제3 층을 인쇄하는 단계

를 추가로 포함하여 제2 패턴의 리브들의 확대 및 그에 따라 제3 잉크층의 건조 이후 확대된 리브들을 수득하도록 한다.

따라서, 관련된 전기 전도 표면이나 리브들의 기계적인 강도에 대해 절충할 필요가 없다.

앞서의 임의선택적인 특징에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법은 다음의 단계:

j. 제2 메시 스크린이 부분적으로 각각의 확대된 리브들 상에 놓이도록 제2 메시 스크린을 위치시키는 단계, 계속해서

k. 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하여, 건조 후, 확대된 리브들 상에 제2 패턴의 중첩을 수득하는 단계, 계속해서

l. 제1 메시 스크린이 이전에 인쇄된 제2 패턴의 각각의 리브들 상에 놓이도록 제1 메시 스크린을 위치시키고, 제1 메시 스크린의 개구들이 확대된 리브들에 중첩된 제2 패턴의 리브들의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되고, 바람직하게는 제2 패턴의 상기 리브들에 중심이 맞춰지도록 하는 단계 및

m. 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하는 단계

의 순서 중 적어도 하나를 추가로 포함하여, 건조 후, 제2 패턴의 리브들의 확대 및 그에 따른 새로운 확대된 리브들을 수득하도록 한다.

앞서의 예에 따르면, 각 메시 스크린은 망목과 에멀젼을 포함하고, 제1 메시 스크린의 망목의 일부가 제2 패턴의 각각의 리브들 상에 놓이도록 제1 메시 스크린이 제2 메시 스크린 상에 위치된다.

상기 소개된 임의선택적인 특징에 대한 대안으로, 본 방법은 하기들을 추가로 포함할 수 있다:

- 제1 유동-가이드의 리브들의 제3 패턴을 형성하도록 구성된 개구들을 포함하는 적어도 하나의 제3 메시 스크린을 제공,

- 제3 패턴은, 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린이 이전에 사용된 메시 스크린과 중첩되는 경우, 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린의 개구들이 위치되어 각각이 다른 개구들과 동시적으로 이전에 사용된 메시 스크린의 개구들과 일렬로 위치되도록 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린의 개구들이 위치되고 그리고 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린의 개구들이 이전에 사용된 메시 스크린의 개구들에 비해 감소된 표면을 갖고

- 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린이 위치되어 제3 메시 스크린이 부분적으로 이전에 형성된 패턴의 각각의 리브들 상에 놓이도록 하고, 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린의 각 개구가 이전에 형성된 패턴의 리브와 일렬로 위치되고, 계속해서

- 이전에 위치된 바와 같은 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 적어도 하나의 제3 전기-전도성 잉크를 인쇄하여 상기 적어도 하나의 제3 층의 건조 후 이전에 형성된 패턴 상에 제3 패턴의 중첩을 수득하도록 함. 바람직하게는 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린의 개구들은 상기 적어도 하나의 제3 메시 스크린을 위치시킬 때 이전에 형성된 패턴의 리브들 상에 실질적으로 중심이 맞춰지도록 구성되고 배치된다. 하나의 예에 따르면, 제2 전기-전도성 잉크와 제3 전기-전도성 잉크는 동일하다.

본 발명의 제1 양태의 하나의 예에 따르면, 제2 메시 스크린의 개구들과 제1 메시 스크린의 개구들 사이의 표면 차이는, 제2 메시 스크린이 제1 메시 스크린 상에 위치될 때, 제2 메시 스크린이 제1 패턴의 리브들의 상부 표면의 5 내지 20%으로 놓이도록 한다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 제2 메시 스크린의 개구들과 제1 메시 스크린의 개구들 사이의 표면 차이는 실질적으로 40 ㎛ 초과인 제2 메시 스크린의 개구들과 제1 메시 스크린의 개구들 사이의 폭 차이를 포함하고, 가능하게는 이로 이루어지며, 제2 메시 스크린의 개구들과 제1 메시 스크린의 개구들 사이의 폭 차이가 그의 최소값에 근접하기 때문에, 제2 메시 스크린의 개구들은, 제2 메시 스크린이 제1 패턴 상에 위치될 때, 심지어 보다 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴의 리브들 상에 중심이 맞춰진다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 각 메시 스크린은 망목과 에멀젼을 포함하고, 제2 메시 스크린의 에멀젼의 일부가 제1 패턴의 각각의 리브들 상에 부분적으로 놓이도록 제2 메시 스크린이 제1 패턴 상에 위치된다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 각 메시 스크린은 망목과 에멀젼을 포함하고, 에멀젼은 실질적으로 100 내지 200 ㎛에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 150 내지 200 ㎛에 포함되고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 200 ㎛와 동등한 두께를 갖고/갖거나 망목이 실질적으로 50 내지 150 ㎛에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 80 내지 120 ㎛에 포함되고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 100 ㎛와 동등한 두께를 갖는다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 제1 메시 스크린이 망목과 에멀젼을 포함하고, 제1 메시 스크린의 에멀젼이 제1 패턴의 음화이고 그리고 그 폭이 제1 메시 스크린의 개구들에 의해 한정하는 제1 패턴의 리브들 사이에 제1 가이드의 유동 채널들을 한정하는 패턴을 갖고, 유동 채널들의 폭이 실질적으로 제1 패턴의 리브들의 폭의 1 내지 4 배에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴의 리브들의 폭의 1 내지 2 배에 포함되고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴의 리브들의 폭과 실질적으로 동등하다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 전기-전도성 잉크의 각 층의 스크린-인쇄에 의한 각 인쇄가 이 층 상에 전단 응력을 적용하는 동안 실행되고, 인쇄된 잉크의 점도는 0.1 s^-1의 전단 속도에 대해 70 내지 500 Paㆍs에 포함되고, 그리고 인쇄된 잉크의 점도는 100 s^-1의 전단 속도에 대해 2.5 내지 7 Paㆍs에 포함된다. 이들 특징들을 갖는 전도성 잉크는 매우 높은 요변성을 갖는다고 한다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 제공된 기판은 전기화학 반응기의 가스-확산층, 전기화학 반응기의 전극층 및 전기-전도성 판들 중의 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 제1 양태의 다른 예에 따르면, 제공된 기판은 전기-전도성 판이고, 본 방법의 단계 d 내지 g들이 기판의 제2 면에 대해 반복되어 그 안에 제2 유동-가이드를 제조한다. 보완적으로, 단계 h 및 i들, 그리고 가능하면 h 내지 m들이 기판의 제2 면에 대해 반복되어 그 안에 제2 유동-가이드를 제조할 수 있다.

보완적으로, h와 i 단계, 그리고 아마도 h에서 m 단계는 기질의 두 번째 면에 반복되어 두 번째 유동 가이드를 제작할 수 있다.

제1 구성요소가 제2 구성요소로 "중첩될 수 있는(superimposable)" 것에 의해, 구성요소들 사이의 중첩 평면 내의 제1 구성요소의 돌출이 동일한 중첩 평면 내의 제2 구성요소의 돌출 내에 전적으로 내접되고, 그 반대도 마찬가지라는 것은 이해되어야 한다.

주어진 값보다 "실질적으로 동등하거나/높은" 매개변수에 의해, 이러한 매개변수가 이 값의 20% 그리고 가능하게는 10% 내에서 주어진 값과 동등하거나/높거나/낮다는 것은 이해되어야 한다. 2개의 주어진 값들 "사이에 실질적으로 포함되는" 매개변수에 의해, 이러한 매개변수가 20% 그리고 가능하게는 10% 내에서 적어도 주어진 최소값과 동등하고, 그리고 최대로 이 값의 20% 그리고 가능하게는 10% 내에서 주어진 최대값과 동등하다는 것은 이해되어야 한다.

특히 PEM 응용에 전용인 유동-가이드의 제조를 위한 메시 스크린-인쇄에 의한 프린트 높이의 문제를 해결하기 위해, 피라미드식 인쇄(pyramidal printing) 기술이 상상되고 구현되었다.

이러한 피라미드식 인쇄는 본 발명의 제1 양태에 따른 전기화학 반응기를 위한 적어도 하나의 유동-가이드를 제조하기 위한 방법을 구현하는 것에 의해 실행된다.

도 4 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법은 먼저 하기 단계들을 포함한다:

- 기판(10)을 제공하는 단계,

- 제1 유동-가이드(1)의 리브(211)들의 제1 패턴(21)을 형성하도록 구성된 개구(111)들을 포함하는 제1 메시 스크린(11)을 제공하는 단계, 및

- 제1 유동-가이드(1)의 리브(221)들의 제2 패턴(22)을 형성하도록 구성된 개구(121)들을 포함하는 제2 메시 스크린(12)을 제공하는 단계.

각 메시 스크린(11, 12)은 망목(112, 122) 및 에멀젼(113, 123)을 포함한다. 전형적으로, 각 에멀젼(113, 123)은 실질적으로 100 내지 200 ㎛에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 150 내지 200 ㎛에 포함되고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 200 ㎛와 동등한 두께를 갖고; 각 망목(112, 122)은 실질적으로 50 내지 150 ㎛에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 80 내지 120 ㎛에 포함되고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 100 ㎛와 동등한 두께를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 에멀젼 및/또는 망목 두께의 값들로 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 각 망목의 메시 크기와 같은 다른 매개변수들이 고려될 수 있다.

도 5b에서, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들이 에멀젼(113)으로 덮이지 않는 제1 메시 스크린(11)의 영역들에 해당하는 것이 관찰되었다. 그의 개구(111)들에서, 제1 메시 스크린(11)의 망목(112)이 에멀젼(113)으로 적셔지지 않는다는 것이 또한 관찰되었다. 따라서, 이 스크린(11)을 통하여 인쇄될 잉크는 망목(112)을 통과하여 에멀젼(113)에 의해 비워진 공간들을 채울 수 있다.

제2 메시 스크린(12)은 대응하는 구조를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 제2 패턴(22)은 제1 패턴(21)과 중첩될 수 있고 그리고 제2 메시 스크린(12)의 개구(221)들은 제1 메시 스크린(11)의 개구(211)들에 비해 감소된 표면을 갖는다.

다시 말해, 도 5a 및 도 5c를 절단하고, 이들을 (개구들이 동일한 방향으로 지향되도록) 서로의 상부에 중첩시키고 투명하게 얻은 중첩을 관찰하면, 베2 메시 스크린(12)의 각 개구(121)가 제1 메시 스크린(11)의 개구(111) 내에 내접된다는 것을 알 수 있다. 도 5a 및 도 5c에 나타낸 예에서, 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들이 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들에 대해 길이방향으로 중심이 맞춰지기 때문에, 개구(111 및 121)들의 단부들만 서로 일치한다. 실제로, 서로의 상부 상에의 도 5a 및 도 5c를 중첩시키면 각 개구(111)의 길이방향의 형상이, 그의 길이를 따라, 중첩된 개구(121)의 길이방향의 형상과 일치하는 중앙값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

개구(111 및 121)들은 동일한 길이를 갖고, 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 사이의 표면 차이는 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 사이의 폭 차이로 구성된다. 바람직하게는, 이러한 차이는 바람직하게는 40 ㎛ 초과이다. 더욱이, 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 사이의 폭 차이가 그의 최소값, 즉 실질적으로 40 ㎛에 근접하기 때문에, 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들은 보다 더 바람직하게는 실질적으로 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 상에 중심이 맞춰진다.

특히, 제2 인쇄층(32)은 바람직하게는 제2 메시 스크린(12)이 제1 패턴(21)의 리브(211)들 상에 안정적인 방법으로 충분히 견디게 지지되도록 각 측면 상에 적어도 20 ㎛로, 전형적으로는 각 측면 상에 적어도 50 ㎛로 제1 층(31) 보다 폭이 더 좁다.

보다 일반적으로, 제2 메시 스크린(12)의 각 개구(121)와 제1 메시 스크린(11)의 각 개구(111) 사이의 표면 차이가 즉 개구(111)의 표면의 5% 내지 20% 사이로 중첩되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 제2 메시 스크린(12)은 개구(111 및 121)들이 서로의 위에 중심을 맞출 수 있는 지의 여부에 관계없이 제1 패턴(21)의 리브(211)들 상에 안정적인 방법으로 견디도록 하는 지지를 갖는다.

본 명세서에서 리브(211 및 221)들과 마찬가지로 개구(111 및 121)들이 직선 형태나 평행 분포로 제한되는 것이 아님에 주의해야 한다.

특히, 유동 채널(2) 내에서의 시약들 또는 냉각 액체의 3가지 순환 모드들은 본질적으로 하기들로 구별될 수 있다:

- 구불구불한 채널들: 수 차례 앞뒤로의 주행(back-and-forth runs)으로 활성 영역 전체에 걸쳐 하나 또는 여러 채널(들)의 주행(들);

- 평행 채널들: 평행 및 개방-관통(open-through) 채널들의 다발이 활성 영역에 걸쳐 주행함; 및

- 깍지형의 채널(interdigitated channels)들: 평행하고 폐색된 채널들의 다발이 활성 영역에 걸쳐 주행함. 각 채널은 인입측(inlet side) 또는 유체 인출측(outlet side) 중의 한 쪽에서 폐색된다. 하나의 채널 내로 유입되는 유체는 계속해서 국소적으로 가스-확산층을 가로질러 인접하는 채널과 결합하고 그후 이 인접 채널의 유체 출구에 도달하도록 제한된다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 제조 방법은 적어도 위에 명시된 3가지 순환 모드들 중의 어느 하나에 따른 유동-가이드(1)의 제조에 적합하다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법은 기판(10)의 제1 면(101) 상에서 실행되는 하기 단계들을 추가로 포함한다:

- 예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 메시 스크린(11)을 사용하는 스크린-인쇄에 의한 제1 전기-전도성 잉크의 제1 층(31)을 인쇄하는 단계,

- 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 층(31)을 건조시키는 것에 의해 리브(211)들의 제1 패턴(21)을 형성하는 단계,

- 제2 메시 스크린이 제1 패턴(21)의 각각의 리브(211)들 상에 부분적으로 놓이도록 제2 메시 스크린(12)을 위치시키는 단계, 계속해서

- 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린(12)을 사용하는 스크린-인쇄에 의한 제2 전기-전도성 잉크의 제2 층(32)을 인쇄하는 단계.

따라서, 제1 패턴(21) 상의 제2 패턴(22)의 중첩은 예를 들어 도 9에 나타낸 바와 같이 제2 층(32)의 건조 후에 수득된다.

본 명세서에서 각 개구(111) 및 이 개구와 중첩되는 각 개구(121)이 서로에 대해 중심이 맞춰질 수 있는 도 5a 및 도 5c에 나타낸 예에 따르면, 제1 메시 스크린(11) 및 제2 메시 스크린(12)이 서로 중첩되는 경우, 제1 패턴(21)의 리브(211)들 위에 제2 메시 스크린(12)을 위치시킬 때 제1 패턴(21)의 리브(211)들 상에 실질적으로 중심을 두도록 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들이 구성되고 위치된다는 것은 주의해야 한다.

따라서, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 구현은 실제로 이미 존재하고 있는 층(31) 상에 인쇄될 전도성 잉크층(32)이 더 좁은 피라미드-형태의 인쇄를 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다. 제2 층(32)의 인쇄 동안, 제1 패턴(21)의 리브(211)들 상에 놓여지는 제2 스크린(12)은, 제2 층(32)의 인쇄 동안, 기판(10)에 대하여 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 두께와 실질적으로 동등한 거리에 위치되며, 이는 약간의 인쇄가능한 높이를 얻는 것을 가능하게 한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 메시 스크린(12)은 특히 제1 패턴(21)의 각각의 리브(211)들의 일부 상에 그리고 특히 제2 패턴의 일부를 통하여 제2 패턴의 상단들의 일부 상에 놓여진다.

적절한 경우, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 특정한 구현예의 덕분으로, 2개 이상의 층들을 갖는 피라미드식의 인쇄물을 제조하는 것이 가능하다.

이를 위해, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법은 하기 단계들을 추가로 포함할 수 있다:

- 제1 유동-가이드(1)의 리브들의 제3 패턴을 형성하도록 구성된 개구들을 포함하는 제3 메시 스크린을 제공하는 단계,

제3 패턴은 제2 패턴(22)과 중첩되고 그리고 제3 메시 스크린의 개구들은 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들에 비해 감소된 표면을 가짐,

- 제3 메시 스크린이 제2 패턴(22)의 각 리브(221)들 상에 부분적으로 놓이도록 제3 메시 스크린을 위치시키는 단계, 계속해서

- 제3 층의 건조 후 제2 패턴(22) 상에 제3 패턴의 중첩을 수득하도록 이전에 위치된 바와 같은 제3 메시 스크린을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 제3 전기-전도성 잉크를 인쇄하는 단계.

도 5a 및 도 5c에 나타낸 예에서와 같이, 제3 메시 스크린을 제2 패턴(22)의 리브(221)들 상에 위치시킬 때 제2 패턴(22)의 리브(221)들 상에 실질적으로 중심을 둘 수 있도록 제3 메시 스크린의 개구들이 구성되고 위치되는 것이 추가로 가능하다.

이러한 피라미드식 성장 작업은 마지막 인쇄층이 새로운 층을 지지하기에 충분히 넓은 한(전형적으로 마지막 인쇄층의 폭이 실질적으로 200 ㎛ 초과인 한) 그리고 보다 더 미세한 크기를 갖는 스크린-인쇄 마스크들이 사용될 수 있는 한 얼마든지 갱신가능하다.

이러한 피라미드식 성장은, 적절한 경우, 적어도 2개의 층들을 지지하게 충분히 넓어야 하는 기초로부터 출발하는 이러한 피라미드식 성장과 같은 정황에서 존재하는 단점들을 보상하기 위한 보다 좁은 상부층이 필연적으로 그 층에서의 채널들 내에 유체 통로 부분을 감소시키는, 형성된 리브들의 높이에 대해 어떠한 절충도 없이 인쇄 단계들의 수를 제한하는 것(가능하게는 이전에 형성된 리브들을 확대하는 단계들이 없음)에 의해 제조 방법의 실행 속도의 면에서의 이득을 특징으로 한다.

그러나, 2 층 초과의 피라미드식 인쇄가 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법에 의해 가능해지는 반면, 보다 더 유리하게는, 도 9에 나타낸 구성에서 출발하여, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법은, 예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이 하기의 단계들을 추가로 포함하는 것을 고려할 수 있다:

- 제1 메시 스크린이 제2 패턴(22)의 각각의 리브(221)들 상에 부분적으로 머무르도록 제1 메시 스크린(11)을 위치시키는 단계, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들은 제2 패턴(22)의 리브(221)들 중의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되고, 그리고 바람직하게는 제2 패턴(21)의 리브(221)들 위에 중심이 맞춰짐 및

- 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린(11)을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 제3 전기-전도성 잉크의 제3 층(33)을 인쇄하는 단계.

이러한 방식으로, 제2 패턴(22)의 리브(221)들의 확대 및 그에 따라, 예를 들어 도 11에 나타낸 바와 같이, 제3 잉크층(32)의 건조 후, 확대된 리브(222)들이 얻어진다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 제3 층(33)을 인쇄할 때, 제1 메시 스크린(11)이 특히 제2 패턴(22)의 각각의 리브(221) 상에, 그리고 특히 리브들의 상단 위에 제1 메시 스크린의 망목(112)의 일부만큼 놓여 있다는 점에 유의해야 한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 제3 전기-전도성 잉크층(33)의 데포가 또한 제2 패턴(22)의 리브(221)들의 높이와 비교하여 리브들의 추가적인 확장을 야기할 수 있다는 점 또한 유의해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 확장은 제1 메시 스크린(11)의 망목(112)의 두께로 제한된다.

따라서 하기 단계들의 순서를 가능한 한 여러번 반복하는 것에 의해 리브들의 높이를 2배로, 3배로 그리고 심지어 4배로 리브(222)들을 성장시키는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다:

- 제2 메시 스크린이 각각의 확대된 리브(222)들 위에 부분적으로 놓이도록 제2 메시 스크린(12)을 위치시키는 단계, 계속해서

- 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린(12)을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하여, 건조 후, 확대된 리브(222)들 위에 제2 패턴의 중첩을 수득하는 단계, 계속해서

- 제1 메시 스크린이 이전에 인쇄된 제2 패턴의 각각의 리브들 위에 놓이도록 제1 메시 스크린(11)을 위치시키는 단계, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들은 확대된 리브(222)들로 중첩된 제2 패턴의 리브들 중의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되고, 그리고 바람직하게는 제2 패턴의 상기 리브들 위에 중심이 맞춰짐, 그리고

- 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린(11)을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하는 단계.

위에서 나열된 단계들의 순서를 반복할 때마다 리브들의 상부 층들의 폭에 대한 어떠한 절충도 없이 확대된 리브(222)들과 실질적으로 동등한 높이로의 리브들의 확대를 가능하게 한다.

예를 들어, 위에서 기술된 피라미드식 인쇄 기술의 이들 변형들은 "교번에 의한 피라미드식 인쇄(들)"라고 불린다.

이러한 교번에 의한 피라미드식 인쇄 기술은 제1 메시 스크린(11) 또는 대안으로 매우 근접하는 개구 폭을 갖는 메시 스크린을 사용하는 인쇄의 적어도 하나의 단계를 추가하는 것에 의해 리브들의 높이를 증가시키는 동시에 새로운 잉크층을 인쇄하는 데 사용되는 각 메시 스크린에 대한 양호한 지지를 보장한다. 각 교호 마다, 제1 패턴(21) 상에 이미 추가된 미세한 리브(221)들에는 전기-전도성 잉크의 새로운 공급(33)으로 완성된다.

따라서, 실질적으로 제1 패턴의 리브(211)들의 폭과 동일한 폭을 갖는 리브(222)들이 수득된다. 계속해서 2개 이상의 메시 스크린들(또는 동등하게 스크린-인쇄 마스크들)을 가질 필요 없이 그리고 먼저 형성된 리브(211)들의 폭에 의해 제한됨이 없이(위에서 기술된 소위 피라미드식 인쇄 기술에 비해) 다시 시작하여 항상 리브들의 동일한 폭에서 출발하는 층들을 쌓는 것이 가능하다.

특히, 이러한 확대된 리브(222)들은, 제2 패턴(22)의 리브(221)들에 비해, 더 나은 기계적 강도 및 더 큰 접촉 표면, 특히 도 12 내지 도 20들을 참조하여 이하에서 나타내고 기술되는 방법 중의 하나로 제1 유동-가이드 상에 조립되도록 의도되는 전기화학 반응기의 다른 구성요소들과의 전기적 접촉을 갖는다.

도 6 내지 도 11 각각에서, 각각 사용된 잉크를 설명하기 위해 다른 질감을 사용하는 것은 각 인쇄 단계가 그에 특정된 전기-전도성 잉크로 실행될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 각 확대된 리브(222)는 1가지, 2가지 또는 3가지의 전기-전도성 잉크들로 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전기 전도도 품질, 기계적 강도 품질 또는 본 발명의 제1 양태의 상이한 변형들에 따른 방법의 구현과 연관되는 제조 비용을 변경하도록 인쇄된 전기-전도성 잉크들의 조성(들)을 조정하는 것이 가능하다.

특히, 층들 각각의 잉크의 제형을 변화시킬 수 있는 가능성은 예를 들어 하기들을 허용한다:

- 유동-가이드(1)가 집적되도록 의도되는 전기화학적 전지의 물의 배출을 개선하기 위하여 톱니의 젖음각(wet angle)을 톱니의 높이에 따라 변화시키는 것, 및/또는

- 적절한 경우, 전기 전도도를 희생하면서 보다 더 큰 강도 또는 보다 더 나은 부착과 같은 상이한 기계적 특성들을 갖도록 하기 위한 최량의 데포(도 11에 나타낸 예에서 제2 패턴(22)의 리브(221)들의) 및/또는

- 데포가 가장 광범위한 데포(제3 층(33)의)에 의해 캡슐화(특히 도 11에 나타낸 바와 같이 적어도 측면들 중의 3개의 측면들로)되기 때문에, 그리고 가장 광범위한 데포가 충분히 보호하는 경우, 연료 전지에 통합되도록 의도되는 연료 전지의 주변 환경과 거의 화합되지 않는 요소들(예를 들어 금속성 입자들)을 포함하는 것을 가능하게 하는 최량의 데포(도 11에 나타낸 예에서 제2 패턴(22)의 리브(221)들의).

따라서, 본 발명은 인쇄될 전기-전도성 잉크들의 변형에 유리한 가능성을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 이들 잉크들 각각은 매우 높은 요변성을 갖고 있다고 말할 수 있는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 잉크는 도 4에 나타낸 바와 같이, 전단 응력을 적용하는 것에 의해 스크린-인쇄에 의한 잉크의 인쇄가 효과적으로 실행될 수 있다는 사실로 특정될 수 있으며, 잉크는 하기들을 갖는다:

- 실질적으로 0.1 s^-1과 동등한 전단 속도가 잉크에 적용될 때 실질적으로 70 내지 500 Paㆍs에 포함되는 점도 및

- 실질적으로 100 s^-1과 동등한 전단 속도가 잉크에 적용될 때 실질적으로 2.5 내지 7 Paㆍs에 포함되는 점도.

본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 구현하는 것에 의해 제조된 유동-가이드(1)에 관한 다른 매개변수는 유동 채널(2)들의 폭과 연관된다. 유동 채널들의 폭은, 상기-기술된 구현예들에 따르면, 제1 메시 스크린(11)으로 한정된다. 실제로, 제1 메시 스크린(11)의 에멀젼(113)은 리브(211)들의 제1 패턴(21)의 음화이고 그리고 이들 리브들 사이의 가이드(1)의 유동 채널(2)들의 폭을 한정하는 패턴을 갖는다. 더욱이, 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭이 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들에 의해 한정된다는 것을 상기하여야 한다. 따라서, 특히 제1 메시 스크린(11)이 실질적으로 1과 동등한 형태 계수(폭과 높이 사이의) 및 실질적으로 리브(211)들의 폭과 동등한 폭을 갖는 유동 채널(2)들을 갖는 리브(211)들을 한정하는 경우, 유동 채널(2)들의 폭은, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 구현을 통하여, 궁극적으로는 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭의 1 내지 4배 사이에 포함되어야 하고, 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭의 1 내지 2배 사이에 포함되어야 하고, 그리고 보다 더 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭과 동등하여야 하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 톱니/채널 단계의 폭을 감소시키는 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 덕분으로 유동 채널(2)들의 폭과 깊이 사이의 형태 계수가 더 이상 1로 제한되지 않기 때문에, 도 11에서의 참조 번호 P는 불가피하게 유동 채널(2)들의 깊이를 감소시키지 않는다. 따라서, 지금까지 인쇄된 유체 회로들의 대상을 제한해 온 기술적인 장애가 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 위에서 기술된 상이한 변형들의 덕분으로 유리하게 극복된다.

기판(10)의 면(102) 상에 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법을 반복하여 이 면(102) 상에 예를 들어 도 12 내지 도 14들에 나타낸 방법들 중의 하나로 제2 유동-가이드(1')를 제조하는 것 또한 가능하다. 본 명세서에서 이들 구현예들이 전기화학 반응기의 전극층(110) 및 가스-확산층(120)과는 대조적으로 단순한 전기-전도성 판(130)을 포함하거나 또는 이로 만들어지는 기판에 특히 적합하다는 점에 유의해야 한다.

예를 들어, 이러한 전기-전도성 판(130)은, 예를 들어, 스테인레스 강, 알루미늄 또는 티타늄들 중에서 선택되는 금속을 기반으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 금속은 부식에 대해 판(130)을 보호하거나 접촉 저항을 감소시키기 위해 탄화되거나 금속화된 데포 또는 금속화 층(metallisation layer)을 포함하는 전자-전도성 복합 폴리머에 의해 보호될 수 있다. 판(130)은 실질적으로 단단한 것일 수 있다. 바람직하게는, 판은 0.01 내지 1 ㎜ 사이에 포함되고, 보다 바람직하게는 0.02 내지 0.1 ㎜ 사이에 포함되는 두께를 갖는다.

도 12로 나타낸 예에서, 제1 유동-가이드(1)가 본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 구현에 의해 전기 전도성 판(130)의 상부면(201) 상에 제조되었고 그리고 제2 유동-가이드(1')가 판(130)의 하부면(202) 상에 제조되었다. 따라서, 리브들 사이에서 판(130)의 양 면 상에 유동 채널들이 형성된다. 이 예에서, 두 대향면들의 리브들이 평행하게 연장되고, 동일한 크기를 갖고 그리고 중첩되며: 두 면들의 리브들은 판(130)에 대해 서로 대칭이다.

도 13으로 나타낸 예에서, 두 대향면들의 리브들이 평행하게 연장되고 동일한 크기들을 가지기는 하나, 연장의 주 방향에 대해 가로지르는 방향으로 이동된다.

도 14의 예에서, 두 대향면들의 리브들은 수직 방향들을 따라 연장된다.

이들 예들은 기판(10)의 제1 면(101) 상에 제조된 제1 유동-가이드(1)와 기판(10)의 제2 면(102) 사이의 임의의 변형이 고려될 수 있고, 본 발명의 제1 양태의 변형들 중의 임의의 하나에 따른 유동-가이드(1 및 1')들의 제조가 본 발명의 제1 양태의 변형들 중의 임의의 하나에 따른 다른 하나의 제조를 제한하지 않는다는 것을 보여주기 위한 것이다. 예를 들어, 동일한 판(130)의 양 측면 상에 제조된 제1 및 제2 유동 가이드(1 및 1')들 각각은 상기 기술된 3가지 순환 모드들 중의 임의의 모드를 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 방법의 구현의 하나의 예는 하기들을 갖는 전도성 유체 회로의 제조를 가능하게 한다:

- 400 ㎛의 톱니(222) 폭,

- 400 ㎛의 채널(2) 폭 및

- 400 ㎛의 톱니 높이.

이를 위해, 제1 메시 스크린(11)은 200 ㎛의 에멀젼(113) 두께를 가질 수 있고, 그리고 제2 메시 스크린(12)은 200 ㎛의 에멀젼(123) 두께 및 300 ㎛의 개구(121) 폭을 가질 수 있다.

제1 인쇄 단계는 400 ㎛-폭과 200 ㎛-높이의 톱니(211)를 형성할 수 있다. 제2 인쇄 단계는 400 ㎛-폭과 400 ㎛-높이의 확대된 톱니(222)를 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 양태는 특히 PEM 응용을 위해 고려되는 분리판의 제조를 위한 방법에 관한 것이다. 무엇보다도, 본 발명의 제2 양태에 따른 제조 방법은 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 상기-기술된 변형들 중의 하나의 구현을 포함한다. 그 후, 이러한 방식으로 제조된 복수의 유동-가이드(1, 1')들을 함께 조립하는 것으로 구성된다. 이러한 분리판(3)들의 예들을 도 15 및 도 16에 각각 나타내었다.

도 15는 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 상기 기술된 변형들 중의 하나의 구현에 의해 수득된 유동-가이드(1, 1' 및 1")의 중첩에 의해 형성된 분리판(3)을 나타내고 있다. 이 예에서, 3개의 유동-가이드(1, 1' 및 1")들이 3개의 기판(10, 10' 및 10")들로부터 제조된다. 이들 3개의 유동-가이드들은 하나의 면 위에 리브들을 포함한다. 상부 가이드(1)는 기판(10)의 상부면으로부터 돌출하는 리브들을 갖는다. 중간 가이드(1') 및 하부 가이드(1")는 각각 기판(10' 및 10")들의 하부면들로부터 돌출하는 리브(31)들을 갖는다. 이들 3개의 가이드(1, 1' 및 1")들이 중첩되는 경우, 시약의 유동 채널들이 상부 가이드(1)의 리브들 사이에서 혼합되고, 열전달 액체의 유동 채널들이 중간 가이드(1')의 리브들 사이에서 혼합되고, 그리고 다른 시약의 유동 채널들은 하부 가이드(1")의 리브들 사이에서 혼합된다.

도 16은 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 상기 기술된 변형들 중의 하나의 구현에 의해 2개의 기판(10, 10')들로부터 제조된 유동-가이드(1, 1' 및 1")의 중첩에 의해 형성된 분리판(3)을 나타내고 있다. 이 예에서, 3개의 유동-가이드(1, 1' 및 1")들이 중첩된다. 상부 가이드(1) 및 중간 가이드(1')들이 동일한 기판(10)을 공유하고 도 4에 나타낸 바와 같은 구성을 형성하며 여기에서 기판(10)은 단순한 전기-전도성 판(130)이다. 따라서, 나타낸 바와 같은 이 판(130)은 이 판의 면들 둘 모두로부터 돌출하는 리브들을 포함한다. 하부 가이드(1")는 기판(10')의 하부면으로부터 돌출하는 리브들을 갖는다. 도 15와 같이, 3개의 가이드(1, 1' 및 1")들이 중첩되는 경우, 시약의 유동 채널들은 상부 가이드(1)의 리브들 사이에서 혼합되고, 열-전달 액체의 유동 채널들은 중간 가이드(1')의 리브들 사이에 형성되고, 그리고 다른 시약의 유동 채널들은 하부 가이드(1")의 리브들 사이에서 혼합된다.

도 17은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유동-가이드의 모식적인 단면도이다. 그 위에 전기-전도성 잉크층이 스크린-인쇄에 의해 인쇄되는 기판(10)은 본 명세서에서 가스-확산층(120)이다. 잉크는 상기 기술된 것과 유사한 인쇄 매개변수들로 가스-확산층(120)의 하나의 면(101) 상에 인쇄될 수 있다. 본 발명의 제1 양태에 따른 제조 방법의 상기 기술된 변형들 중의 하나의 구현에 의해 유동-가이드(1)가 가스-확산층(120)에 걸쳐 수득된다.

도 18은 전기화학 반응기의 다른 구성요소들과 연관되는 본 발명의 제1 양태의 상기 기술된 변형들 중의 하나를 구현하는 것에 의해 수득되는 유동-가이드(1)의 모식적인 단면도이다. 도 12 내지 도 14들을 참조하여 기술된 구현예들에서 상술된 것과 같은 전기-전도성 판(130)은 유동-가이드(1)의 리브들의 상단에 대해 가압될 수 있다. 막(6)과 2개의 전극(110)들을 포함하는 막-전극 조립체는 유동-가이드의 리브들을 지지하는 가스-확산층(120)의 하부면에 대해 가압된다.

도 19는 전기화학 반응기의 다른 구성요소들과 연관되는 본 발명의 제1 양태의 상기 기술된 변형들 중의 하나를 구현하는 것에 의해 수득되는 유동-가이드(1)의 모식적인 단면도이다. 그 위에 최소한 제1 전기-전도성 잉크층(31 및 32)들이 스크린-인쇄에 의해 인쇄되는 기판(110)은 본 명세서에서는, 인쇄 전 또는 후에, 막-전극 조립체의 양성자-교환막(6)에 고정된 전극(110)이다. 잉크는 상기 기술된 것과 유사한 인쇄 매개변수들로 전극(110)의 하나의 면 상에 인쇄될 수 있다.

도 20은 전기화학 반응기의 다른 구성요소, 즉 전기-전도성 판(130)과 연관되는 도 19에 나타낸 조립체의 모식적인 단면도이다. 도 12 내지 도 14들을 참조하여 기술된 구현예들에서와 유사할 수 있는 전기-전도성 판은 전극(110)들 중의 하나의 표면으로부터 연장되는 리브들의 상단에 대해 가압될 수 있다.

본 발명은 앞서-기술된 구현예들로 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 각 전기-전도성 잉크층(31, 32 및 33)은 여러 번 인쇄될 수 있고, 그에 따라 각각은 다층을 형성할 수 있다. 이는 데포의 밀도 및/또는 이들 데포들의 높이를 증가시킬 수 있다. 이 경우에서, 각 다층 중에 층들이 있는 만큼 건조 단계가 반복된다.

본 명세서에서 건조 단계는 예를 들어 오븐 내에서 실질적으로 80℃와 동등한 온도에서 실질적으로 10분과 동등한 시간 동안 실행될 수 있다.

본 발명은 특히 시약들의 공급 및 반응의 생성물들의 배출 및/또는 냉각 유체의 순환을 위한 적어도 하나의 유체 회로를 필요로 하는 임의의 형태의 전기화학 반응기들에 적용될 수 있다. 이들 전기화학 반응기들 중에서, 위에서 이미 언급된 바와 같이, 연료 전지들 뿐만 아니라 추가적인 예로서 전기분해장치들이 언급될 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 스탬핑으로 대규모로 만들어질 수 없는 미세한 유동 채널들을 갖는, 즉 400 ㎛ 미만의 폭을 갖는 유체 회로의 제조를 가능하게 한다는 점에 유의해야 한다.

Claims (15)

1. 전기화학 반응기를 위한 적어도 하나의 유동-가이드(1, 1')를 제조하는 방법으로서,
   a. 기판(10)을 제공하는 단계,
   b. 제1 유동-가이드(1)의 리브(211)들의 제1 패턴(21)을 형성하도록 구성된 개구(openings)(111)들을 포함하는 제1 메시 스크린(11)을 제공하는 단계,
   c. 제1 유동-가이드(1)의 리브(221)들의 제2 패턴(22)을 형성하도록 구성된 개구(121)들을 포함하는 제2 메시 스크린(12)을 제공하는 단계를 포함하며,
   상기 제2 패턴(22)은, 제2 메시 스크린(12)이 제1 메시 스크린(11)과 중첩되는 경우, 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들이 각각 다른 개구들과 동시적으로, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111) 및 제1 메시 스크린(21)의 개구(211)들에 비하여 감소된 표면을 갖는 제2 메시 스크린(12)의 개구(221)들과 일직선으로 놓이도록 위치될 수 있도록 형성되고;
   상기 기판(10)의 제1 면(101) 상에:
   d. 제1 메시 스크린(11)을 사용하여 스크린-인쇄에 의해 제1 전기-전도성 잉크의 제1 층(31)을 인쇄하는 단계,
   e. 제1 층(31)을 건조하는 것에 의해 리브(211)들의 제1 패턴(21)을 형성하는 단계,
   f. 제2 메시 스크린(12)이 부분적으로 제1 패턴(21)의 각각의 리브(211) 상에 놓이도록 제2 메시 스크린(12)을 위치시키고, 제2 메시 스크린(12)의 각 개구(121)가 제1 패턴(21)의 리브(211)와 일렬로 위치되도록 하는 단계,
   g. 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린(12)을 사용하여 스크린-인쇄에 의해 제2 전기-전도성 잉크의 제2 층(32)을 인쇄하는 단계를 포함하여
   제2 층(32)의 건조 이후 제1 패턴(21) 상에 제2 패턴(22)의 중첩을 수득하도록 하며;
   상기 방법은:
   h. 제1 메시 스크린(11)이 제2 패턴(22)의 각각의 리브(221)들 상에 부분적으로 머무르고, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들은 제2 패턴(22)의 리브(221)들의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되도록, 제1 메시 스크린(11)을 위치시키는 단계, 및
   i. 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린(11)을 사용하는 스크린 인쇄에 의해 제3 전기-전도성 잉크의 제3 층(33)을 인쇄하는 단계를 더 포함하여,
   제2 패턴(22)의 리브(221)들의 확대 및 그에 따라 제3 잉크층(32)의 건조 이후 확대된 리브(222)들을 수득하도록 하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들은, 제2 메시 스크린(12)을 위치시킬 때, 제1 패턴(21)의 리브(211)들 상에 실질적으로 중심이 맞춰질 수 있도록 구성되고 위치되는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   j. 제2 메시 스크린(12)이 부분적으로 각각의 확대된 리브(222)들 상에 놓이도록 제2 메시 스크린(12)을 위치시키는 단계,
   k. 이전에 위치된 바와 같은 제2 메시 스크린(12)을 사용하는 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하여, 건조 후, 확대된 리브(222)들 상에 제2 패턴의 중첩을 수득하는 단계,
   l. 제1 메시 스크린(11)이 이전에 인쇄된 제2 패턴의 각각의 리브들 상에 놓이고, 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들이 확대된 리브(222)들에 중첩된 제2 패턴의 리브들의 적어도 하나의 부분에 의해 부분적으로 점거되도록, 제1 메시 스크린(11)을 위치시키는 단계, 및
   m. 이전에 위치된 바와 같은 제1 메시 스크린(11)을 사용하여 스크린-인쇄에 의해 전기-전도성 잉크의 다른 층을 인쇄하는 단계의 순서 중 적어도 하나를 추가로 포함하여,
   건조 후, 제2 패턴의 리브들의 확대 및 그에 따른 새로운 확대된 리브들을 수득하도록 하는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 사이의 표면 차이는, 제2 메시 스크린(12)이 제1 패턴(21) 상에 위치될 때, 제2 메시 스크린(12)이 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 상부 표면의 5 내지 20%로 놓이도록 하는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들 사이의 표면 차이는, 실질적으로 40 ㎛ 초과인 제2 메시 스크린(12)의 개구(121)들과 제1 메시 스크린(12)의 개구(111)들 사이의 폭 차이를 포함하고, 가능하게는 이로 이루어지는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 메시 스크린(11, 12)은 망목(112, 122)과 에멀젼(113, 123)을 포함하고, 제2 메시 스크린의 에멀젼(123)의 일부가 제1 패턴(21)의 각각의 리브(211)들 상에 부분적으로 놓이도록, 제2 메시 스크린(12)이 제1 패턴(21) 상에 위치되는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 메시 스크린(11, 12)은 망목(112, 122)과 에멀젼(113, 123)을 포함하고, 제1 메시 스크린의 망목(112)의 일부가 제2 패턴(22)의 각각의 리브(221)들 상에 놓이도록 제1 메시 스크린(11)이 제2 패턴(22) 상에 위치되는, 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 메시 스크린(11, 12)은 망목(112, 122)과 에멀젼(113, 123)을 포함하고,
   ㆍ 상기 에멀젼(113, 123)은 실질적으로 100 내지 200 ㎛에 포함되는 두께, 바람직하게는 실질적으로 150 내지 200 ㎛, 더 바람직하게는 실질적으로 200 ㎛와 같은 두께를 가지며, 및/또는
   ㆍ 상기 망목(112, 122)은 실질적으로 50 내지 150 ㎛에 포함되는 두께, 바람직하게는 실질적으로 80 내지 120 ㎛, 더 바람직하게는 실질적으로 100 ㎛와 같은 두께를 가지는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 메시 스크린(11)은 망목(112)과 에멀젼(113)을 포함하고, 제1 메시 스크린(11)의 에멀젼(113)은 제1 패턴(21)의 음화이고 그 폭이 제1 메시 스크린(11)의 개구(111)들에 의해 한정되는 제1 패턴(21)의 리브(211)들 사이의 제1 가이드(1)의 유동 채널(2)들을 한정하는 패턴을 가지며, 상기 유동 채널(2)들의 폭은 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭의 1 내지 4 배에 포함되고, 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭의 1 내지 2 배에 포함되고, 더 바람직하게는 실질적으로 제1 패턴(21)의 리브(211)들의 폭과 실질적으로 동일한, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기-전도성 잉크의 각 층(31, 32, 33)의 스크린-인쇄에 의한 각 인쇄가 이 층 상에 전단 응력을 적용하는 동안 실행되고, 인쇄된 잉크의 점도는 0.1 s^-1의 전단 속도에 대해 70 내지 500 Paㆍs에 포함되고, 인쇄된 잉크의 점도는 100 s^-1의 전단 속도에 대해 2.5 내지 7 Paㆍs에 포함되는, 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제공된 기판(10)은 전기화학 반응기의 가스-확산층(120), 전기화학 반응기의 전극층(110), 및 전기-전도성 판(130) 중의 적어도 하나를 포함하는, 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제공된 기판(10)은 전기-전도성 판(130)이고, 상기 방법의 단계 d 내지 g, 가능하게는 단계 d 내지 i가 기판(10)의 제2 면(102)에 대해 반복되어 제2 유동-가이드(1')를 제조하는, 방법.
13. 제3항에 있어서,
    단계 j 내지 m이 기판(10)의 제2 면(102)에 대해 반복되어 제2 유동-가이드(1')를 제조하는, 방법.
14. 전기화학 반응기, 특히 양성자-교환막 연료 전지를 위한 분리판(3)을 제조하는 방법으로서,
    ㆍ 제1항 내지 제13항에 따른 방법에 의해, 적어도 2개의 기판(10, 10', 10")들 상에서 적어도 3개의 유동-가이드(1, 1', 1")들의 제조, 및
    ㆍ 상기 적어도 2개의 기판(10, 10', 10")들 사이에 적어도 3개의 유동-가이드들 중 하나의 유동-가이드(1')를, 그리고 상기 적어도 2개의 기판들(10, 10', 10")의 두 측면들 상에 상기 적어도 3개의 유동-가이드(1, 1")들 중의 2개의 다른 유동-가이드들을 갖도록 조립된 상기 적어도 2개의 기판들(10, 10', 10")의 적어도 하나의 조립체를 포함하는, 방법.
15. 전기화학 반응기를 위한 유동-가이드(1, 1')로서,
    두 면 중 적어도 한 면 상에 유동 채널들을 한정하는 리브들이 연장되는 기판(10)을 포함하고, 상기 리브들은 기판(10)이 만들어지는 물질과는 상이한 적어도 하나의 전기-전도성 물질에 기초하여 만들어지고, 유동 채널들의 폭 보다 엄밀히 더 큰 두께를 가지며,
    각각의 리브는 기판(10)과는 상이한 제1 전도성 물질에 기초하여 만들어진 적어도 하나의 제1 부분에 의해 기판(10)의 두 면 중 적어도 하나의 면으로부터 연장되고, 적어도 하나의 제2 부분이 각 리브의 제1 부분의 폭에 비해 감소된 폭으로 제1 부분으로부터 연장되고 기판과는 상이한 제2 전도성 물질에 기초하여 만들어지며, 적절한 경우 제2 전도성 물질은 제1 전도성 물질과 상이하고,
    상기 제2 부분의 적어도 하나의 측면, 바람직하게는 두 개의 측면으로부터, 적절한 경우 제2 부분을 커버할 때까지, 제3 부분이 연장되고, 상기 제3 부분은 바람직하게는 제1 부분의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 갖고, 및/또는 바람직하게는 제1 부분과 일렬로 연장되며,
    상기 제3 부분은 제3 전도성 물질에 기반하여 만들어지고, 적절한 경우 제3 전도성 물질은 제1 전도성 물질과 제2 전도성 물질들 중 적어도 하나의 전도성 물질과 상이한, 유동-가이드(1, 1').

Images