KR20230064770A - 금속 코팅층이 형성된 연료전지용 분리판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법은모재를 마련하는 단계; 상기 모재에 백금(Pt)을 포함하는 코팅제 및 전해액을 적용하여 불연속적인 코팅막을 형성하는 단계; 및 코팅막이 형성된 모재를 열처리 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법이다.
Description
본 발명은 금속 코팅층이 형성된 연료전지용 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백금 및 귀금속을 활용한 불연속적인 코팅층이 형성된 연료전지용 분리판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수소전기에 사용되는 연료전지는 반응가스와 촉매의 전기화학반응으로 전기를 생성하는 동력원으로 활용된다. 연료전지의 전지 본체(stack)는 막전극접합체(membrane electrode assembly, MEA), 분리판(separator, bipolar plate), 개스킷(gasket), 집전체(current collector), 앤드 플레이트(end plate) 등의 부품들이 연결된 구조를 가지고 있으며, 그 중 상기 막전급합체(MEA)는 고분자 전해질막을 가운데에 두고 촉매층과 가스확산층(gas diffusion layer, GDL)으로 이루어진 가스확산전극(gas diffusion electrode, GDE)이 양측에 접해있는 구조로 이루어져 있다.
연료전지용 금속분리판은 연료전지의 본체를 구성하는 부품 중 하나로서, 단위전지 셀의 수소극과 인접 셀의 공기극에 전기적으로 접촉하며, 수소와 공기는 상기 분리판 양면의 유로(fluid flow channel)를 통하여 각 전극 내부에 공급된다. 따라서 연료전지의 금속분리판은 전기 화학반응에서 생성된 전기를 수집 및 전달하며 전기의 전도, 전기 반응으로 형성된 물의 배출, 전지 내부의 열관리의 핵심적인 역할을 수행한다.
분리판의 모재로서는 스테인리스강, 티타늄 합금, 알류미늄 합금 내지 고분자 복합소재 등 그 자체로 우수한 전기전도성을 가지는 소재가 사용되지만, 금속의 특성상 분리판이 고온 다습한 차량용 연료전지의 작동환경에 장시간 노출되었을 때 부식이 촉진되고, 표면에 생성된 금속산화물이 전기 절연체로 작용하여 전도성의 저하 또는 촉매의 오염 등으로 연료전지 전반의 성능 저감이 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해서 금속분리판 모재의 표면에 고분자, 카본, 금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 등을 포함한 다양한 귀금속 재료들을 포함하는 불연속적인 코팅막을 형성함으로써 내식성을 확보하고 전도성을 개선하려는 연구가 계속되고 있으나, 실질적으로는 금(Au) 나노 코팅막을 사용한 코팅막이 주류를 이루고 있다. 그러나 지속적인 금(Au) 가격의 상승으로 인한 대체 코팅막 개발의 필요성이 대두되고 있다.
나아가, 모재 표면에 불연속적인 백금(Pt) 코팅막이 형성될 수 있다는 실험 내지 연구는 기존에도 있어왔으나, 공정의 효율성과 백금을 사용한 코팅막을 적용함에 있어 뚜렷한 의의를 보여준 결과물은 미흡한 실정이다.
불연속적 코팅막이 적용될 경우 분리판 모재의 표면의 일부가 외부로 직접 노출되게 되는데, 높은 출력과 긴 내구성을 요하는 미래 연료전지 스택의 경우 신규 코팅재의 코팅 균일성에 의한 성능확보와 도금된 전극체의 안정성 검증에 많은 재원이 소요됨에도 불구하고 가혹한 환경에서 사용되더라도 우수한 전도성, 화학적 안정성을 가지는 코팅 기술이 요구되고 있다.
관련된 기술로는 공개특허공보 제10-2015-0138105호(2017. 04. 07. 공개, 발명의 명칭: 고체산화물 연료전지 금속분리판용 코팅 조성물 및 그 제조방법)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내식성, 접촉 저항이 우수하면서도 생산 효율이 우수한 차량용 연료전지 금속분리판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법은 모재를 마련하는 단계; 상기 모재에 백금(Pt)을 포함하며, 금(Au), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2) 또는 산화이리듐(IrO2)으로 이루진 군 중 적어도 한 가지를 더 포함하는 코팅제 및 전해액을 적용하여 불연속적인 코팅막을 형성하는 단계; 및 코팅막이 형성된 모재를 열처리 하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모재는 스테인리스 강판, 티타늄 또는 알루미늄일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 코팅막 형성 단계는 전해도금, 무전해도금 또는 PVD 공정 중 어느 한 가지를 통해 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 코팅제에 포함되는 백금(Pt)으로서 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6)이 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열처리 단계는 80 내지 600℃의 온도범위 및 10 내지 180분의 시간 범위에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열처리 단계는 진공상태, 대기 중 및 산소 분위기 중 어느 하나의 조건에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 연료전지 금속분리판은 상기한 실시예 중 어느 한가지 방법으로 제조된 차량용 연료전지 금속분리판일 수 있다.
본 발명에 따르면 내식성, 접촉 저항이 우수하면서도 생산 효율이 우수한 연료전지용 금속분리판 및 그 제조방법을 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 백금 코팅 단계를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 열처리 단계를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 접촉저항을 측정하기 위한 시편 및 측정 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 백금 코팅 단계를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 열처리 단계를 모식적으로 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 접촉저항을 측정하기 위한 시편 및 측정 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 차량용 연료전지 금속분리판의 제조방법에 사용되는 흐름도이다. 본 발명에 따른 제조방법은 모재 형성 단계(S110), 모재 표면상 코팅층 형성 단계(S120) 및 열처리 단계(S130)를 포함한다.
모재 형성 단계(S110)
차량용 연료전지 금속분리판의 강제는 금속분리판에 사용되는 금속 내지 비철금속이라면 특별한 제한이 없을 것이나, 스테인리스, 티타늄, 알루미늄 등이 사용될 수 있고, 예를 들어 SUS 300계, 및 400계의 스테인리스나 Grade 1의 티타늄이 연신률 및 내구성 측면에서 바람직할 수 있다.
모재 표면상 코팅층 형성 단계(S120)
도 2는 상기 모재의 표면에 불연속적인 백금이 포함된 코팅막을 형성하는 단계를 대략적으로 나타낸 것이다.
차량용 연료전지가 고온다습한 작동환경에 장기간 노출될 경우 모재의 표면에 연료전지의 전도성에 점진적인 악영향을 미치게되는 금속산화물이 형성되게 되므로, 본 발명에서는 내식성 및 전도도 측면에서 모두 우수한 연료전지를 제공하기 위해 모재 표면상에 불연속적인 코팅층을 형성한다.
내식성 및 전도도가 모두 우수한 코팅층을 형성시키기 위해서는 통상적으로 금(Au), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir)을 포함한 다양한 귀금속이 사용되는데, 본 발명은 그 목적에 따라서 백금(Pt)을 포함한 코팅층을 모재 표면에 형성시킴으로써 내식성 및 전도도가 우수한 차량용 연료전지 금속분리판의 코팅층을 형성할 수 있다.
구체적으로 코팅층 형성 단계에서는 코팅재와 전해액을 이용하여 일정한 코팅 온도에서 전류를 인가함으로써 코팅막을 형성하게 된다. 코팅재로서는 백금(Pt)을 포함하면서 코팅재로 사용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 특히 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6)이 안정적이고 효율적인 공정을 위해 바람직하다.
코팅재로 사용되는 백금(Pt) 및 추가 귀금속 계열 코팅재는 10 ㎚ 내지 1 ㎛의 크기를 가지는 나노파티클이 사용될 수 있으며, 위 범위에서 모재의 표면에 밀도를 낮춘 불연속적 코팅막 형태를 구비할 수 있다.
전해액으로서는 산성 전해액이 사용될 수 있으며, 예를 들어 황산계 또는 염산계 전해액이 사용될 수 있고, 특히 H2SO4 또는 HClO4가 공정의 백금 코팅층 형성 과정에서 효율적인 화학 반응 측면에서 바람직하다.
코팅재와 전해액의 함량은 구체적인 실시 양태에 따라 요구되는 Pt 증착량 및 코팅밀도에 따라 변동이 가능할 것이나, 예를 들어 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6)을 (1 × 10-4 ~ 1)M과 과염소산(HClO4) 또는 황산(H2SO4) (1 × 10-2 ~ 1)M의 범위에서 혼합하여 사용될 수 있고, 특히 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6) 2 mM 내지 0.1 M과 과염소산(HClO4) 또는 황산(H2SO4) 0.1 M 내지 0.5 M의 범위에서 사용될 경우 부식성능 및 접촉저항이 우수할 수 있고, 더욱 바람직하게는 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6) 10 mM 내지 0.05 M과 과염소산(HClO4) 또는 황산(H2SO4) 0.2 M 내지 0.3 M의 범위에서 사용될 수 있다.
상기 범위 내에서 코팅재와 전해액의 상대적인 함량은 전해액 단위 몰함량 대비 1 내지 10배의 범위 내에서 우수한 부식성능 및 접촉저항을 가지는 코팅막이 형성될 수 있으며, 상기 범위 미만에서는 충분한 백금(Pt) 코팅이 이루어지지 않을 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 공정의 효율성이 저하된다.
코팅재로서 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6)이 5 × 10-3 미만으로 사용될 경우 충분한 백금(Pt) 증착량을 확보하기 어렵게 될 수 있고, 전해액이 5 × 10-3 미만으로 사용될 경우 충분한 환원의 확보가 어려워질 수 있다.
코팅재로서 상기 백금을 포함하는 염화백금산 또는 염화백금산칼륨에 더하여 금(Au), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2) 및 산화이리듐 (IrO2) 등의 귀금속 계열 성분으로 구성된 코팅재가 추가로 사용될 수 있다. 추가적인 코팅재가 사용될 경우 황산계 내지 염산계 전해액 외에도 추가되는 물질의 화학적 성질에 따라 불산계 내지 왕산계 전해액이 추가로 사용될 수 있다.
코팅 단계는 코팅 온도는 상온에서도 가능하나 가열을 통해 반응성을 향상시킬 수 있다는 점에서 예를 들어 25 내지 80 ℃ 범위에서 수행될 수 있으나, 특히 40 내지 60 ℃의 범위에서 수행될 경우 공정의 효율을 재고하는 동시에 부식성능 및 접촉저항이 우수하며, 특히 50℃ 내지 60℃ 범위에서 부식성능 및 접촉저항이 우수하다.
코팅시 인가 전류는 5 내지 60 mA/cm2의 범위에서 수행하는 것이 백금(Pt) 증착량 미도포 내지 과도포를 억제하는 한편, 과전류로 인한 표면산화를 방지하기 위해 바람직하며, 특히 10 내지 20 mA/cm2의 범위에서 수행되는 것이 모재의 표면 안정성 및 코팅막의 우수한 성능 측면에서 바람직하다.
모재 표면 코팅 공정 방법은 통상적으로 사용되는 방법이면 특별한 제한이 없으나, 예를 들어 전해도금, 무전해도금 내지 PVD 방식 중에서 선택될 수 있으며, 이들 방식을 이용하였을 때 공정의 효율성이 증대될 수 있다. 특히 전해도금의 경우, 분리판 양극의 코팅 및 제조에 있어서 균일한 코팅성과 대량생산 측면에서 바람직하다.
열처리 단계(S130)
도 3은 상기 코팅막이 형성된 모재를 열처리하는 단계를 대략적으로 나타낸 것이다.
모재 표면 코팅 단계에서 모재 표면에는 불연속적인 백금(Pt) 및 기타 물질의 코팅층이 형성되어 모재의 표면 일부가 외부로 노출되므로, 분리판 전반에 걸쳐 우수한 부식전류 및 접촉저항 확보를 위해서 열처리 공정을 통한 산화막 형성 단계(S130)를 수행한다.
구체적으로, 열처리 공정의 온도는 모재의 산화막 형성 특징에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 80 내지 600 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있고, 특히 스테인리스 모재의 경우 170 내지 230 ℃의 온도 범위에서, 티타늄 모재의 경우 300 내지 500 ℃의 온도 범위에서 산화막 형성속도 및 산화막의 효율이 우수하다.
열처리 공정의 시간 또한 모재의 특성에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 10 내지 180분 간 수행될 수 있고, 특히 30 내지 60 분 간 수행되었을 때 산화막의 부식전류 및 접촉저항 성능이 우수하다.
열처리 공정은 일반 대기 중에서 이루어질 수도 있으나, 저산소, 진공 내지 질소 분위기 내에서 수행될 경우 산화막 형성 효율과 형성된 산화막의 성능이 향상된다. 특히 저산소 분위기에서 열처리 공정을 진행할 경우, 산화막의 과생성을 방지하여 접촉저항 성능이 우수하며 코팅 접착성능을 유지하는데 바람직하다.
차량용 연료전지 금속분리판
상기 차량용 연료전지 금속분리판의 제조 방법에 의할 때 고온다습한 작동환경에서도 연료전지의 금속분리판이 장기간 우수한 내식성 및 전기전도성을 가질 수 있다.
따라서 우수한 내식성 및 전기전도성을 가지는 차량용 연료전지 금속분리판은 전술한 바와 같이 백금(Pt)을 포함한 코팅재 및 전해액을 이용한 모재 코팅 단계 및 열처리 단계를 거쳐 모재, 그 표면에 불연속적인 코팅막 그리고 상기 코팅막이 형성되지 않는 부분에 산화막이 형성된 차량용 연료전지 금속분리판이 완성될 수 있다.
실시예 및 비교예
하기 표 1의 모재, 코팅재와 전해액의 성분계, 인가전류 및 온도를 가지는 모재 형성단계 및 코팅 단계를 수행하고, 불연속적인 코팅층이 형성된 모재에 표 2의 조건으로 열처리 단계를 진행하여 각각 실시예 및 비교예의 시편을 제조하였다.
구체적으로, 본발명에 따른 실시예와 대비했을 때 코팅재 형성 단계에 있어서 비교예 1은 코팅재의 양을, 비교예 5는 전해액의 양을, 비교예 2 및 6는 인가전류를 각각 표 1과 같이 달리하였고, 열처리 단계에 있어서 비교예 3 및 6은 열처리 시간을, 비교예 4 및 비교예 8은 표 2와 같이 열처리 온도를 각각 변화하여 금속분리판 시편을 제조하였다.
| 구분 | 모재 | 코팅재 (M) |
전해액 (M) |
인가전류 (mA/cm2) |
온도 (℃) |
| 실시예 1 | SUS316L | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 10 | 60 |
| 실시예 2 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 60 | |
| 실시예 3 | 0.05 H2PtCl6 | 0.5 H2SO4 | 10 | 60 | |
| 실시예 4 | 0.02 K2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 40 | |
| 실시예 5 | 0.02 K2PtCl6 | 0.5 H2SO4 | 30 | 40 | |
| 비교예 1 | 5×10-5 H2PtCl6 | 0.5 H2SO4 | 10 | 60 | |
| 비교예 2 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 3 | 60 | |
| 비교예 3 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 50 | |
| 비교예 4 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 60 | |
| 실시예 6 | Ti grade 1 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 10 | 60 |
| 실시예 7 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 60 | |
| 실시예 8 | 0.05 H2PtCl6 | 0.5 H2SO4 | 10 | 60 | |
| 실시예 9 | 0.02 K2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 40 | |
| 실시예 10 | 0.02 K2PtCl6 | 0.5 H2SO4 | 30 | 40 | |
| 비교예 5 | 0.1 H2PtCl6 | 0.05 HClO4 | 20 | 60 | |
| 비교예 6 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 3 | 60 | |
| 비교예 7 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 60 | |
| 비교예 8 | 0.1 H2PtCl6 | 0.1 HClO4 | 20 | 60 |
| 구분 | 열처리 온도 (℃) |
열처리 시간 (분) |
| 실시예 1 | 190 | 60 |
| 실시예 2 | 200 | 60 |
| 실시예 3 | 210 | 60 |
| 실시예 4 | 220 | 50 |
| 실시예 5 | 230 | 40 |
| 비교예 1 | 210 | 60 |
| 비교예 2 | 220 | 60 |
| 비교예 3 | 220 | 120 |
| 비교예 4 | 150 | 60 |
| 실시예 6 | 350 | 60 |
| 실시예 7 | 350 | 40 |
| 실시예 8 | 450 | 60 |
| 실시예 9 | 450 | 40 |
| 실시예 10 | 350 | 60 |
| 비교예 5 | 350 | 60 |
| 비교예 6 | 450 | 60 |
| 비교예 7 | 350 | 120 |
| 비교예 8 | 250 | 60 |
접촉저항 측정
실시예 및 비교예에 대해서 계면접촉저항(interfacial contact resistance, ICR) 측정을 실시하였다. 도 4는 본 발명에 따른 차량용 연료전지 금속분리판의 접촉저항을 측정하는 시편의 구조 및 비교 시편(더미)의 측정 위치를 도시한 개략도이다. 실측에 앞서 각각의 비교예 및 실시예의 금속분리판(bipolar plate, bp)(110) 양면 각각에 2개의 가스확산층(GDL)(120) 및 1개의 집전체(current collector)(130)를 형성하여 시편을 제작한 다음, 분리판과 가스확산층(GDL)간의 접촉저항을 두 지점 R1 및 R2를 측정하여 아래 식과 같이 계산하여 분리판과 가스확산층간의 저항을 계산하였다. R2 측정을 위해서 금속분리판을 제외한채 3개의 가스확산층(120)을 적층하고 그 양면에 집전체(130)를 적층하여 더미(dummy) 시편을 제작한 다음, 접촉저항 측정시 더미에 대하여 압력기(Instron社 68SC5)를 사용하여 50 내지 100 N/cm2의 압력을 가하였다.
R1 = 2Rcc-GDL + 2RGDL-GDL + 2Rbp-GDL
R2 = 2Rcc-GDL + 2RGDL-GDL
Rbp-GDL = (R1 - R2)/2
ICR = Rbp-GDL × S
위 식에서, bp는 금속분리판, GDL은 가스확산층, cc는 집전체, S는 분리판-GDL 반응면적을 의미한다.
부식성능 측정
상기 실시예 및 비교예의 금속분리막으로부터 시편을 제작하여 각각의 시편에 대하여 모재 및 표면처리 층의 단기 내식 평가를 실시하였다. 동전위 분극 시험법(Potentiodynamic polarization method)을 실시하였으며, 시험 조건은 아래 표 3과 같다. 전류 인가 및 저항 측정 장비로는 HIOKI 社의 3541 정밀저항측정 장비를 사용하였다.
| 구분 | 내용 |
| 부식용액 | 0.1N H2SO4 + 2ppm HF |
| 용액온도 | 80℃에서 유지 |
| 작동전극 노출면적 |
1.0 cm2 |
| 기준전극 | 환산수은전극(MSE) SCE(@0.6V vs SCE) |
| 상대전극 | 탄소전극봉 |
| 스캔 속도 | 1 mV/s |
| 스캔 범위 | -0.25V vs. OCV ~ 1.0 V |
| 평가기준 | 10 μA/cm2 이하 |
이상과 같이 측정한 계면접촉저항 및 부식 성능 결과값은 하기 표 4에 나타내었다.
| 구분 | 계면접촉저항 (mΩ·cm2) |
부식성능 (μA/cm2) |
| 실시예 1 | 8.3 | 2.5 |
| 실시예 2 | 9.7 | 1.8 |
| 실시예 3 | 9.9 | 1.5 |
| 실시예 4 | 8.9 | 1.9 |
| 실시예 5 | 9.8 | 1.3 |
| 비교예 1 | 20.1 | 3.3 |
| 비교예 2 | 28.2 | 1.2 |
| 비교예 3 | 42.9 | 0.8 |
| 비교예 4 | 7.8 | 13.1 |
| 실시예 6 | 11.2 | 2.2 |
| 실시예 7 | 9.3 | 2.4 |
| 실시예 8 | 12.6 | 0.8 |
| 실시예 9 | 11.7 | 1.2 |
| 실시예 10 | 10.6 | 2.5 |
| 비교예 5 | 18.6 | 4.5 |
| 비교예 6 | 33.2 | 3.1 |
| 비교예 7 | 38.5 | 0.7 |
| 비교예 8 | 9.8 | 11.1 |
비교예 및 실시예에 대하여 스티어링 랙바를 제작하여 냉간인발 테스트를 수행하고, 제품의 균열 발생 여부를 육안으로 관찰하여 그 결과를 표 4에 기재하였다.
표 1 내지 4를 참조하면, 스테인레스 모재를 사용한 실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4 및 티타늄 모재를 사용한 실시예 6 내지 10, 비교예 5 내지 8에 있어서, 각각의 실시예는 비교예와 비교했을 때 부식성능 및 계면접촉저항 측면에서 우수하다는 점이 나타났다.
구체적으로, 전해액 내지 코팅재의 양이 본 발명의 범위에서 벗어날 경우 계면접촉저항과 부식성능 양 측면에서 같은 모재를 사용한 다른 실시예에 비하여 눈에 띄는 성능저하가 확인되었고, 인가전류와 코팅 온도가 일정 범위를 벗어나면 계면접촉저항이 성능이 저하되는 것으로 확인되었는데, 이는 적절한 코팅 공정 조건이 본 발명의 목적을 달성하는데 영향을 크게 미친다는 것을 의미한다.
열처리 단계에 있어서도 열처리 온도와 열처리 시간은 각각 계면접촉저항과 부식성능에 영향을 미친 것으로 나타났는데, 특히 열처리 시간은 계면접촉저항 측면에서 열처리 온도는 부식성능의 측면에서 영향을 크게 미치는 것으로 확인되었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나 지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이 하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 모재를 마련하는 단계;
상기 모재에
백금(Pt)을 포함하는 코팅제 및 전해액을 적용하여 불연속적인 코팅막을 형성하는 단계; 및
코팅막이 형성된 모재를 열처리 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 코팅제는 금(Au), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 산화루테늄(RuO2) 또는 산화이리듐(IrO2)으로 이루진 군 중 적어도 한 가지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 모재는 스테인리스 강판, 티타늄 또는 알루미늄인 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅막 형성 단계는 전해도금, 무전해도금 또는 PVD 공정 중 어느 한 가지를 통해 이루어지는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 코팅제에 포함되는 백금(Pt)으로서 염화백금산(H2PtCl6) 또는 염화백금산칼륨(K2PtCl6)이 포함되는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는 80 내지 600℃의 온도범위 및 10 내지 180분의 시간 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료전지 금속분리판 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계는 진공상태, 대기 중 및 산소 분위기 중 어느 하나의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 금속분리판 제조방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 방법으로 제조된 차량용 연료전지 금속분리판.
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| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |