KR20230127571A - Metal seperator for solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판에 관한 것으로, 연료가스나 공기가 공급되는 유로가 형성되는 금속 판형부재와, 금속 판형부재의 표면에 형성되는 Co-Ni-X 도금층을 포함하며, Co-Ni-X 도금층은 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성되며, X는 B(boron)인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a metal separator of a solid oxide fuel cell, which includes a metal plate-like member in which a flow path through which fuel gas or air is supplied is formed, and a Co-Ni-X plating layer formed on the surface of the metal plate-like member, -The Ni-X plating layer is formed by an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution, and X is characterized in that B (boron).

Description

고체 산화물 연료전지의 금속 분리판{Metal seperator for solid oxide fuel cell}Metal separator for solid oxide fuel cell}

본 발명은 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판에 관한 것으로, 특히 무전해 도금 방법의 이온화 반응을 이용해 금속 판형부재의 표면에 Co(cobalt)-Ni(nickel)-X(환원제) 도금층을 형성하여 금속 판형부재의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용함에 따라 발생될 수 있는 Cr2O3의 형성을 방지하여 내식성을 개선하며, 공석 반응으로 형성되는 X를 통해 석출량을 조절하여 Ni의 함량을 최소로 억제하면서 Co의 함량이 최대가 되도록 하여 면저항 저항을 낮추어 전기적인 특성을 개선시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a metal separator of a solid oxide fuel cell, and in particular, by forming a Co(cobalt)-Ni(nickel)-X (reducing agent) plating layer on the surface of a metal plate-shaped member using an ionization reaction of an electroless plating method to form a metal Corrosion resistance is improved by preventing the formation of Cr 2 O 3 that can occur as STS 400 series (Fe-Cr series) is used for the plate-shaped member, and Ni It relates to a metal separator of a solid oxide fuel cell capable of improving electrical characteristics by reducing sheet resistance resistance by maximizing the content of Co while minimizing the content of.

고체 산화물 연료전지는 평판형 SOFC(solid oxide fuel cell) 스택과 다양한 형상으로 제조되고 있다. 평판형 SOFC 스택은 단위전지와 금속 분리판이 교대로 스택(stack)된 구조로 제조된다. 단위전지는 산소 이온 전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(cathode) 및 연료극(anode)이 배치된다. 금속 분리판은 연료 가스나 공기를 공급하기 위한 유로가 음각이나 양각으로 성형된다. 단위전지와 금속 분리판으로 이루어지는 고체 산화물 연료전지에 관련된 기술이 한국공개특허공보 제10-2009-0015121호(특허문헌 1)에 공개되어 있다. Solid oxide fuel cells are manufactured in various shapes and with a flat-type solid oxide fuel cell (SOFC) stack. The flat SOFC stack is manufactured in a structure in which unit cells and metal separators are alternately stacked. In the unit cell, an oxygen ion conductive electrolyte, a cathode and an anode are disposed on both sides of the electrolyte. In the metal separator, a flow path for supplying fuel gas or air is formed in a concave or embossed shape. A technology related to a solid oxide fuel cell composed of a unit cell and a metal separator is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2009-0015121 (Patent Document 1).

특허문헌 1은 판 고체 산화물형 연료전지에 관한 것으로, 판-형 고체 전해질로 각각 구성된 판-형 단전지와, 고체 전해질의 양 측면에 배치된 연료극 및 공기극은 각각 금속제 분리판과 교대로 배치되고, 연료 공급실은 연료극과 이 연료극의 맞은편에 있는 금속제 분리판의 측면사이에 형성되고, 공기 공급실은 공기극과 이 공기극의 맞은 편에 있는 금속제 분리판의 측면 사이에 형성된다. Patent Document 1 relates to a plate solid oxide fuel cell, a plate-type single cell each composed of a plate-type solid electrolyte, and an anode and an air electrode disposed on both sides of the solid electrolyte are alternately arranged with metal separators, respectively. , The fuel supply chamber is formed between the anode and the side of the metal separator opposite the fuel electrode, and the air supply chamber is formed between the air electrode and the side of the metal separator opposite the air electrode.

특허문헌 1과 같은 판 고체 산화물형 연료전지는 평판형 SOFC 스택이고, 판-형 단전지는 단위전지이며, 금속제 분리판은 금속 분리판을 나타낸다. 특허문헌 1과 같은 종래의 평판형 SOFC 스택 즉, 고체 산화물 연료전지에 사용되는 금속 분리판은 연료 가스나 공기를 공급하기 위한 유로가 음각이나 양각 성형되어 있는 판상으로 형성되며, 평판형 SOFC 스택을 650 ~ 1000℃의 높은 온도에서 구동하면서 장기 수명 확보를 위한 내구성 개선을 위해 페라이트계 스테인리스강을 사용하고 있다. 페라이트계 스테인리스강은 STS 400계가 있으며, STS 400계는 Fe-Cr 합금으로 이루어진다. The plate solid oxide fuel cell as in Patent Document 1 is a plate-type SOFC stack, the plate-type unit cell is a unit cell, and the metal separator represents a metal separator. A metal bipolar plate used in a conventional flat SOFC stack, that is, a solid oxide fuel cell, as in Patent Document 1 is formed in a plate shape in which a flow path for supplying fuel gas or air is engraved or embossed, and the flat SOFC stack Ferritic stainless steel is used to improve durability to secure long life while operating at a high temperature of 650 ~ 1000℃. Ferritic stainless steel has STS 400 series, and STS 400 series is made of Fe-Cr alloy.

특허문헌 1에 기재된 종래의 고체 산화물 연료전지는 금속 분리판으로 Fe-Cr 합금을 사용하는 경우에 Cr의 휘발현상으로 인하여 평판형 SOFC 스택의 운전에 따라 높은 온도에서 크롬의 증발에 부도체 특성을 갖는 Cr2O3가 금속 표면에 형성되어 고체 산화물 연료전지의 전기적인 특성을 저하시키는 문제점이 있다. The conventional solid oxide fuel cell described in Patent Document 1 has insulator properties in evaporation of chromium at high temperature according to the operation of the flat SOFC stack due to volatilization of Cr when Fe-Cr alloy is used as a metal separator. There is a problem in that Cr 2 O 3 is formed on the metal surface and deteriorates the electrical characteristics of the solid oxide fuel cell.

: 한국공개특허공보 제10-2009-0015121호: Korean Patent Publication No. 10-2009-0015121

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무전해 도금 방법의 이온화 반응을 이용해 금속 판형부재의 표면에 Co(cobalt)-Ni(nickel)-X(환원제) 도금층을 형성하여 금속 판형부재의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용함에 따라 발생될 수 있는 Cr2O3의 형성을 방지하여 내식성을 개선하며, 공석 반응으로 형성되는 X를 통해 석출량을 조절하여 Ni의 함량을 최소로 억제하면서 Co의 함량이 최대가 되도록 하여 면저항 저항을 낮추어 전기적인 특성을 개선시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above-described problems, by using the ionization reaction of the electroless plating method to form a Co (cobalt) -Ni (nickel) -X (reducing agent) plating layer on the surface of the metal plate-like member to form a metal plate-like member Corrosion resistance is improved by preventing the formation of Cr 2 O 3 that can occur as the material of STS 400 (Fe-Cr) is used, and the amount of Ni is controlled by adjusting the amount of precipitation through X formed by the eutectoid reaction. It is to provide a metal separator of a solid oxide fuel cell capable of improving electrical characteristics by reducing sheet resistance resistance by maximizing the content of Co while suppressing to a minimum.

본 발명의 다른 목적은 금속 판형부재의 표면에 Co-Ni-X 도금층을 형성하여 확산방지막으로 형성함으로써 금속 판형부재의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용함에 따라 높은 온도에서 Cr(크롬)의 증발에 의한 저항상승을 억제시켜 열적 안정성을 증대시켜 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to form a Co-Ni-X plating layer on the surface of the metal plate-shaped member to form a diffusion barrier, so that the material of the metal plate-shaped member is Cr ( It is an object of the present invention to provide a metal separator for a solid oxide fuel cell capable of improving reliability of a product by increasing thermal stability by suppressing an increase in resistance due to evaporation of chromium).

본 발명의 또 다른 목적은 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층을 형성함으로써 유로가 음각이나 양각으로 성형되어 요철이 많은 금속 판형부재의 형상이나 표면적의 크기에 관계없이 균일하게 도포할 수 있어 Co-Ni-X 도금층의 밀도를 개선시켜 금속 분리판을 스택 시 접합력을 개선시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to form a Co-Ni-X plating layer using an electroless plating method so that the flow path is formed in a concave or embossed manner so that it can be applied uniformly regardless of the shape or surface area of a metal plate-shaped member with many irregularities. It is to provide a metal separator of a solid oxide fuel cell that can improve the bonding strength when stacking metal separators by improving the density of the Co-Ni-X plating layer.

본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판은 연료가스나 공기가 공급되는 유로가 형성되는 금속 판형부재와, 상기 금속 판형부재의 표면에 형성되는 Co-Ni-X 도금층을 포함하며, 상기 Co-Ni-X 도금층은 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성되며, 상기 X는 B(boron)인 것을 특징으로 한다.The metal separator of the solid oxide fuel cell of the present invention includes a metal plate-like member in which a flow path through which fuel gas or air is supplied is formed, and a Co-Ni-X plating layer formed on the surface of the metal plate-like member, and the Co- The Ni-X plating layer is formed by an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution, and the X is characterized in that B (boron).

본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판은 무전해 도금 방법의 이온화 반응을 이용해 금속 판형부재의 표면에 Co-Ni-X 도금층을 형성하여 금속 판형부재의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용함에 따라 발생될 수 있는 Cr2O3의 형성을 방지하여 내식성을 개선하며, 공석 반응으로 형성되는 X를 통해 석출량을 조절하여 Ni의 함량을 최소로 억제하면서 Co의 함량이 최대가 되도록 하여 면저항 저항을 낮추어 전기적인 특성을 개선시킬 수 있는 이점이 있고, 금속 판형부재의 표면에 Co-Ni-X 도금층을 형성하여 확산방지막으로 형성함으로써 금속 판형부재의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용함에 따라 높은 온도에서 Cr(크롬)의 증발에 의한 저항상승을 억제시켜 열적 안정성을 증대시켜 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층을 형성함으로써 유로가 음각이나 양각으로 성형되어 요철이 많은 금속 판형부재의 형상이나 표면적의 크기에 관계없이 균일하게 도포할 수 있어 Co-Ni-X 도금층의 밀도를 개선시켜 금속 분리판을 스택 시 접합력을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.The metal separator of the solid oxide fuel cell of the present invention uses the ionization reaction of the electroless plating method to form a Co-Ni-X plating layer on the surface of the metal plate member to make the material of the metal plate member STS 400 (Fe-Cr) ) is used to prevent the formation of Cr 2 O 3 that can occur, thereby improving corrosion resistance, and by controlling the amount of precipitation through X formed by eutectoid reaction, the content of Ni is minimized while the content of Co is maximized. It has the advantage of improving the electrical characteristics by lowering the sheet resistance resistance, and by forming a Co-Ni-X plating layer on the surface of the metal plate member to form a diffusion barrier, the material of the metal plate member is made of STS 400 series (Fe- By using Cr-based), it has the advantage of improving product reliability by increasing thermal stability by suppressing the increase in resistance due to evaporation of Cr (chromium) at high temperature, and by using the electroless plating method, Co-Ni- By forming the X plating layer, the flow path is molded in a negative or embossed shape, so that it can be applied uniformly regardless of the shape or surface area of a metal plate member with many irregularities, improving the density of the Co-Ni-X plating layer to stack the metal separators. There is an advantage that can improve bonding strength upon application.

도 1은 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판의 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 금속 분리판의 A1-A2선 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 A3 부분의 SEM 사진을 나타낸 표,
도 4는 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판의 제조공정을 나타낸 흐름도.
1 is a plan view of a metal separator of a solid oxide fuel cell of the present invention;
2 is a cross-sectional view along line A1-A2 of the metal separator shown in FIG. 1;
3 is a table showing an SEM image of part A3 shown in FIG. 1;
Figure 4 is a flow chart showing a manufacturing process of the metal separator of the solid oxide fuel cell of the present invention.

이하, 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an embodiment of a metal separator of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판(100)은 금속 판형부재(110), Co(cobalt)-Ni(nickel)-X 도금층(120) 및 금속 스트라이크층(130)을 포함하여 구성된다. 1 and 2, the metal separator 100 of the solid oxide fuel cell of the present invention includes a metal plate-like member 110, a Co (cobalt) -Ni (nickel) -X plating layer 120 and a metal strike layer ( 130).

금속 판형부재(110)는 연료가스나 공기가 공급되는 유로(111)가 형성되고, Co-Ni-X 도금층(120)은 금속 판형부재(110)의 표면에 형성되며, Co-Ni-X 도금층(120)은 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성되며, X는 B(boron)이 사용된다.In the metal plate-like member 110, a flow path 111 through which fuel gas or air is supplied is formed, a Co-Ni-X plating layer 120 is formed on the surface of the metal plate-shaped member 110, and a Co-Ni-X plating layer (120) is formed by an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution, and B (boron) is used for X.

본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판(100)의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다. A specific embodiment of the metal bipolar plate 100 of the solid oxide fuel cell of the present invention will be described.

금속 판형부재(110)는 도 1에서와 같이, 고체 산화물 연료전지(도시 않음)로 연료가스나 공기를 공급하기 위해 유로(111)가 형성되며, 유로(111)는 도 1에서와 같이 양각이나 음각(도시 않음)으로 형성된다. 이러한 금속 판형부재(110)는 표면이 사각형으로 형성되며, 재질은 스테인리스(stainless)가 사용되며, 스테인리스는 STS 400계(Fe-Cr계)가 사용된다. 유로(111)는 금속 판형부재(110)의 일측이나 타측의 표면에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열되게 돌출부재(111a)를 형성하여 돌출부재(111a)와 돌출부재(111a) 사이에 형성된다. 즉, 금속 판형부재(110)는 돌출되게 양각으로 다수개의 돌출부재(111a)가 서로 일정한 간격으로 이격되게 형성되어 돌출부재(111a)와 돌출부재(111a) 사이에 유로(111)가 형성된다.As shown in FIG. 1, the metal plate member 110 has a flow path 111 formed to supply fuel gas or air to a solid oxide fuel cell (not shown), and the flow path 111 is embossed or embossed as shown in FIG. It is formed as an intaglio (not shown). The metal plate-shaped member 110 has a rectangular surface, is made of stainless steel, and uses STS 400 (Fe-Cr) stainless steel. The flow path 111 is formed between the protruding members 111a and the protruding members 111a by forming protruding members 111a spaced apart from each other and arranged on the surface of one side or the other side of the metal plate-shaped member 110 at regular intervals. That is, the metal plate-shaped member 110 is embossed so that a plurality of protruding members 111a are formed to be spaced apart from each other at regular intervals, and a flow path 111 is formed between the protruding members 111a and the protruding members 111a.

금속 판형부재(110)는 금속 스트라이크층(130)을 형성하기 전에 전처리가 수행된다. 금속 판형부재(110)의 전처리는 1 ~ 20% 농도의 메타규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 이용해 알칼리 탈지를 수행하고, 알칼리 탈지가 수행된 금속 판형부재(110)는 산 용액을 이용해 15 ~ 35℃에서 5 ~ 15분 동안 침지하여 산 에칭을 수행하며, 산 용액은 염산 수용액이 사용되며, 염산 수용액은 염산 10 ~ 20 부피% 및 물 80 ~ 90 부피%를 혼합하여 형성된다. 여기서, 1 ~ 20% 농도의 메타규산나트륨(Na2SiO3) 수용액은 물 100g에 메타규산나트륨(Na2SiO3) 1 ~ 20g이 녹아 있는 상태를 나타낸다.The metal plate member 110 is subjected to pretreatment before forming the metal strike layer 130 . The pretreatment of the metal plate-shaped member 110 is performed by alkali degreasing using an aqueous solution of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) at a concentration of 1 to 20%, and the metal plate-shaped member 110 subjected to alkali degreasing is 15 Acid etching is performed by immersion at ~35°C for 5 to 15 minutes, an aqueous hydrochloric acid solution is used as the acid solution, and the aqueous hydrochloric acid solution is formed by mixing 10 to 20% by volume of hydrochloric acid and 80 to 90% by volume of water. Here, the aqueous solution of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) at a concentration of 1 to 20% represents a state in which 1 to 20 g of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) is dissolved in 100 g of water.

Co-Ni-X 도금층(120)은 도 1 및 도 2에서와 같이 전처리 후 표면에 금속 스트라이크층(130)이 형성된 금속 판형부재(110)에 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성되고 X는 B(boron)이 이며, Co, Ni 및 B의 함량비율은 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되어 면저항이 25mΩ 이하가 되게 형성된다. 이러한 Co-Ni-X 도금층(120)을 두께가 3 ~ 15㎛가 되게 형성한다. The Co-Ni-X plating layer 120 is an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution on the metal plate-shaped member 110 having the metal strike layer 130 formed on the surface after pretreatment as shown in FIGS. 1 and 2 X is B (boron), and the content ratio of Co, Ni, and B is 88 to 93 wt% for Co, 4 to 10 wt% for Ni, and 2 to 3 wt% for B, so that the sheet resistance is 25 mΩ or less. Formed. The Co-Ni-X plating layer 120 is formed to have a thickness of 3 to 15 μm.

Co-Ni-X 도금 용액은 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하기 위한 도금 용액으로 코발트 화합물 15 ~ 25g/L, 니켈 화합물 2 ~ 5g/L, 유기산 30 ~ 50g/L, 환원제 5 ~ 10g/L 및 계면활성제 0.5 ~ 1 g/L을 포함하며, 환원제의 농도를 Co-Ni-X 도금 용액에서 5 ~ 10g/L가 되게 조정하여 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되어 Co-Ni-X 도금층(120)의 면저항이 25mΩ 이하가 되게 형성된다. Co-Ni-X 도금 용액 중 유기산은 구연산암모늄(ammonium citrate)을 사용하고 환원제는 DMBA(dimethyl amino borane)나 MB(morpholine borane) 중 하나를 사용하여 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되게 한다. 즉, Co-Ni-X 도금층(120)은 Co-Ni-X 도금 용액을 무전해 도금방법으로 도금하고, Co-Ni-X 도금 용액에 포함되는 유기산으로 구연산암모늄(ammonium citrate)을 사용함으로써 환원제로 DMBA나 MB 중 하나를 사용하며, Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되게 한다. The Co-Ni-X plating solution is a plating solution for forming the Co-Ni-X plating layer 120 and contains 15 to 25 g/L of a cobalt compound, 2 to 5 g/L of a nickel compound, 30 to 50 g/L of an organic acid, and 5 to 50 g/L of a reducing agent. 10 g/L and a surfactant of 0.5 to 1 g/L, and the concentration of the reducing agent is adjusted to be 5 to 10 g/L in the Co-Ni-X plating solution so that Co, Ni of the Co-Ni-X plating layer 120 And the content ratio of Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt%, and B 2 ~ 3wt%, so that the sheet resistance of the Co—Ni—X plating layer 120 is 25 mΩ or less. In the Co-Ni-X plating solution, ammonium citrate is used as the organic acid and either dimethyl amino borane (DMBA) or morpholine borane (MB) is used as the reducing agent, and Co, The content ratio of Ni and B is 88 to 93 wt% of Co, 4 to 10 wt% of Ni, and 2 to 3 wt% of B. That is, the Co-Ni-X plating layer 120 is plated with a Co-Ni-X plating solution by an electroless plating method, and ammonium citrate is used as an organic acid included in the Co-Ni-X plating solution to form a reducing agent. Either DMBA or MB is used, and the content ratios of Co, Ni, and B are 88 to 93 wt% for Co, 4 to 10 wt% for Ni, and 2 to 3 wt% for B.

Co-Ni-X 도금 용액 중 코발트 화합물은 황산 코발트가 사용되고, 니켈 화합물은 황산 니켈이 사용되며, 환원제는 DMBA(dimethyl amino borane)나 MB(morpholine borane) 중 하나가 선택되어 사용된다. 유기산은 구연산암모늄(ammonium citrate)이 사용되고, 계면활성제는 벤즈알코늄클로라이드, 키토산, 암모늄라우릴설페이트, 메탄올, 에탄올 및 아세테이트 중에서 하나가 사용된다. 이러한 Co-Ni-X 도금 용액은 금속염을 포함할 수 있으며, 금속염은 인, 브롬, 비스무스, 납, 갈륨, 인듐 및 탈륨 중 하나 이상이 선택되어 사용된다.In the Co-Ni-X plating solution, cobalt sulfate is used as the cobalt compound, nickel sulfate is used as the nickel compound, and either dimethyl amino borane (DMBA) or morpholine borane (MB) is used as the reducing agent. Ammonium citrate is used as the organic acid, and one of benzalkonium chloride, chitosan, ammonium lauryl sulfate, methanol, ethanol, and acetate is used as the surfactant. The Co-Ni-X plating solution may include a metal salt, and the metal salt is selected from among phosphorus, bromine, bismuth, lead, gallium, indium, and thallium.

계면활성제는 Co-Ni-X 도금 용액에 포함 여부에 따라 Co-Ni-X 도금층(120)이 도 3에서와 같이 형성된다. 도 3은 도 1에 도시된 에 도시된 Co-Ni-X 도금층(120) 중 A3을 부분적으로 확대한 SEM(scanning electrone microscope) 사진을 나타낸 표이다. 도 3에서 SEM 사진(#1)은 Co-Ni-X 도금 용액에 계면활성제를 포함하지 않은 상태에서 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성한 것으로 Co-Ni-X 도금층(120)이 균일하게 형성되지 않은 반면에 SEM 사진(#2)은 Co-Ni-X 도금 용액에 계면활성제을 포함한 상태에서 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성한 것으로 Co-Ni-X 도금층(120)이 균일하게 형성된 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 금속 분리판(100)은 도 3에서와 같이 Co-Ni-X 도금 용액에 계면활성제을 포함하여 SEM 사진(#2)에서와 같이 Co-Ni-X 도금층(120)을 균일하게 형성하였다. 즉, 도 3의 SEM 사진(#2)은 Co-Ni-X 도금 용액에 계면활성제를 포함함으로써 SEM 사진(#1)에서 부분적으로 흰색으로 표시되는 부분과 같은 피트(pit) 등의 발생을 방지하여 Co-Ni-X 도금층(120)을 균일하게 형성된 상태를 나타낸 것으로, 이러한 균일하게 도금된 Co-Ni-X 도금층(120)으로 인해 면저항을 낮출 수 있게 된다. The Co-Ni-X plating layer 120 is formed as shown in FIG. 3 depending on whether the surfactant is included in the Co-Ni-X plating solution. FIG. 3 is a table showing a partially enlarged SEM (scanning electron microscope) picture of A3 of the Co-Ni-X plating layer 120 shown in FIG. 1 . In FIG. 3, the SEM picture (#1) shows that the Co-Ni-X plating layer 120 is formed in a state where no surfactant is included in the Co-Ni-X plating solution, and the Co-Ni-X plating layer 120 is uniform. On the other hand, the SEM picture (#2) shows that the Co-Ni-X plating layer 120 is formed in a state in which a surfactant is included in the Co-Ni-X plating solution, and the Co-Ni-X plating layer 120 is uniform. It can be seen that it has been formed. As such, the metal bipolar plate 100 of the present invention includes a surfactant in the Co-Ni-X plating solution as shown in FIG. was formed. That is, the SEM picture (#2) of FIG. 3 prevents the occurrence of pits, such as the part partially displayed in white in the SEM picture (#1), by including a surfactant in the Co-Ni-X plating solution. This shows a state in which the Co-Ni-X plating layer 120 is uniformly formed, and sheet resistance can be lowered due to the uniformly plated Co-Ni-X plating layer 120.

금속 스트라이크층(130)의 일 실시예는 도 2에서와 같이, 금속 판형부재(110)와 Co-Ni-X 도금층(120) 사이에 형성되고, 금속 스트라이크층(130)은 니켈 스트라이크층(도시 않음)이 사용되며 니켈 스트라이크층은 전처리가 완료된 금속 판형부재(110)의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 도금하여 형성된다.One embodiment of the metal strike layer 130 is formed between the metal plate-like member 110 and the Co-Ni-X plating layer 120, as shown in FIG. 2, and the metal strike layer 130 is a nickel strike layer (shown not) is used, and the nickel strike layer is formed by plating a nickel strike plating solution containing nickel chloride on the surface of the pretreated metal plate-like member 110.

금속 스트라이크층(130)의 다른 실시예는 전처리가 완료된 금속 판형부재(110)의 표면에 니켈 스트라이크층을 형성한 후 니켈 스트라이크층의 표면에 코발트 스트라이크층(도시 않음)을 형성한다. 니켈 스트라이크층은 전처리가 완료된 금속 판형부재(110)의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 도금하여 형성하며, 코발트 스트라이크층은 니켈 스트라이크층의 표면에 염화 코발트를 포함하는 코발트 스트라이크 도금액을 도금하여 형성하며, 코발트 스트라이크층의 두께나 도금시간은 각각 니켈 스트라이크층의 두께나 도금시간보다 작게 수행하여 코발트 스트라이크층을 도금한 후 니켈 스트라이크층의 표면이 부분적으로 노출되게 된다. 이와 같이, 금속 스트라이크층(130)은 니켈 스트라이크층을 형성하여 Co-Ni-X 도금층(120)의 형성 시 금속 판형부재(110)의 표면과 접착력을 개선시키면서 니켈 스트라이크층에 코발트 스트라이크층이 부분적으로 도금함으로써 니켈 스트라이크층으로 인해 Co-Ni-X 도금층(120)에 Ni 함량이 증가되는 것을 방지한다. In another embodiment of the metal strike layer 130, a nickel strike layer is formed on the surface of the pre-treated metal plate member 110, and then a cobalt strike layer (not shown) is formed on the surface of the nickel strike layer. The nickel strike layer is formed by plating a nickel strike plating solution containing nickel chloride on the surface of the pretreated metal plate-like member 110, and the cobalt strike layer is formed by plating a cobalt strike plating solution containing cobalt chloride on the surface of the nickel strike layer The thickness or plating time of the cobalt strike layer is smaller than the thickness or plating time of the nickel strike layer, respectively, so that the surface of the nickel strike layer is partially exposed after plating the cobalt strike layer. As such, the metal strike layer 130 forms a nickel strike layer to improve the adhesion with the surface of the metal plate-like member 110 when the Co-Ni-X plating layer 120 is formed, and the cobalt strike layer is partially formed on the nickel strike layer By plating with, the Ni content in the Co-Ni-X plating layer 120 is prevented from increasing due to the nickel strike layer.

본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판(100)의 전기적인 특성을 시험하기 위해 비교예들과 본 발명의 실시예들들을 각각 제작하였다. In order to test the electrical characteristics of the metal bipolar plate 100 of the solid oxide fuel cell of the present invention, comparative examples and embodiments of the present invention were manufactured, respectively.

비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 모두 동일하게 유로(111)가 형성된 금속 분리판(100)을 사용하였으며, 금속 분리판(100)의 재질은 STS 400계(Fe-Cr계)를 사용하였다. STS 400계(Fe-Cr계)의 금속 분리판(100)은 도 4에서와 같이, 전처리를 수행하였다. 비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)의 전처리는 도 4에서와 같이, 모두 동일하게 무전해 알칼리 탈지 단계(S110)를 수행한 후 산성 에칭 단계(S120)를 수행하였으며, 산성 에칭이 완료된 금속 분리판(100)은 니켈 스트라이트층 형성 단계(S130)를 수행하였다. All of the metal separators 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 used the same metal separators 100 having the flow path 111 formed thereon, and the metal separators 100 The material used was STS 400 system (Fe-Cr system). The STS 400-based (Fe-Cr-based) metal separator 100 was pretreated as shown in FIG. 4 . In the pretreatment of the metal bipolar plate 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4, as shown in FIG. 4, the electroless alkali degreasing step (S110) is performed and then the acid etching step is performed. (S120) was performed, and a nickel strite layer forming step (S130) was performed on the metal bipolar plate 100 after acid etching was completed.

무전해 알칼리 탈지 단계(S110)는 비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)을 10% 농도의 메타규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 이용해 알칼리 탈지를 수행하였고, 알칼리 탈지의 기능을 개선하기 위해 계면활성제를 첨부하였으며, 계면활성제은 아세테이트를 사용하였다. In the electroless alkali degreasing step (S110), the metal separator 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 is alkaline using an aqueous solution of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) at a concentration of 10%. Degreasing was carried out, a surfactant was added to improve the function of alkali degreasing, and the surfactant silver acetate was used.

산성 에칭 단계(S120)는 무전해 알칼리 탈지가 완료된 비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)의 표면적을 증가시켜 밀착력을 개선시키기 위해 수행하였고, 산 용액을 이용해 25℃에서 10분 동안 침지하여 산 에칭을 수행하였으며, 산 용액은 염산 15 부피%와 물 85 부피%를 혼합하여 형성한 염산 수용액을 사용하였다. The acid etching step (S120) was performed to improve adhesion by increasing the surface area of the metal bipolar plate 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 in which electroless alkali degreasing was completed, and acid Acid etching was performed by immersing at 25° C. for 10 minutes using the solution, and an aqueous hydrochloric acid solution formed by mixing 15 vol% of hydrochloric acid and 85 vol% of water was used as the acid solution.

니켈 스트라이트층 형성 단계(S130)는 일 실시예로 산성 에칭이 완료된 금속 분리판(100)의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 이용하여 두께는 05 ~ 0.1㎛가 되게 니켈 스트라이크층을 형성한다. 니켈 스트라이트층 형성 단계(S130)의 다른 실시예는 전처리 즉, 산성 에칭이 완료된 금속 판형부재(110)의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 이용하여 두께는 0.5 ~ 0.1㎛가 되게 니켈 스트라이크층을 형성한 후 니켈 스트라이크층의 표면에 염화 코발트를 포함하는 코발트 스트라이크 도금액을 이용해 두께가 00.5 ~ 1㎛가 되게 코발트 스트라이크층(도시 않음)을 형성한다. 여기서, 코발트 스트라이크층은 니켈 스트라이크층의 두께보다 작게 형성된다. 다만, 본 발명의 비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 니켈 스트라이크 도금액을 이용해 두께가 0.1㎛가 되게 니켈 스트라이크층을 형성하였다. In the step of forming a nickel strike layer (S130), in one embodiment, a nickel strike layer is formed to a thickness of 05 to 0.1 μm by using a nickel strike plating solution containing nickel chloride on the surface of the acid-etched metal separator 100. form Another embodiment of the nickel strite layer forming step (S130) is to use a nickel strike plating solution containing nickel chloride on the surface of the metal plate-like member 110 after the pretreatment, that is, acid etching, to have a thickness of 0.5 to 0.1 μm. After forming the strike layer, a cobalt strike layer (not shown) is formed on the surface of the nickel strike layer to have a thickness of 00.5 to 1 μm using a cobalt strike plating solution containing cobalt chloride. Here, the cobalt strike layer is formed smaller than the thickness of the nickel strike layer. However, in the metal separators 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 of the present invention, a nickel strike layer was formed to a thickness of 0.1 μm using a nickel strike plating solution.

비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)의 표면에 니켈 스트라이트층(130)을 형성하는 방법은 금속 분리판(100)의 재질이 STS 400계(Fe-Cr계)가 사용됨으로 염화니겔(NiSO4-6H2O) 240g/L을 포함하는 도금액을 사용하여 2V(voltage)에서 2분간 도금하여 두께가 0.1㎛가 되게 니켈 스트라이크층을 형성하여 활성도가 낮은 금속 분리판(100)의 표면에 도 3에서와 같이 무광 회색도금으로 형성되어 후도금 즉, Co-Ni-X 도금층(120)의 밀착력을 개선시켰다. 이러한 니켈 스트라이크층의 도금 용액은 염화니겔(NiSO4-6H2O)과 염산(HCl)을 혼합한 도금액을 이용해 2V(voltage)에서 2분간 도금하여 두께가 0.1㎛가 되게 니켈 스트라이크층을 형성할 수 있으며, 염화니겔(NiSO4-6H2O)과 염산(HCl)을 혼합한 도금액은 염화니겔(NiSO4-6H2O) 240g/L와 염산(HCl) 125g/L를 혼합하여 형성하였다. In the method of forming the nickel strite layer 130 on the surface of the metal bipolar plate 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4, the material of the metal bipolar plate 100 is STS 400 series (Fe-Cr-based) is used, so it is plated at 2V (voltage) for 2 minutes using a plating solution containing 240g/L of nigel chloride (NiSO 4 -6H 2 O) to form a nickel strike layer to a thickness of 0.1㎛ As shown in FIG. 3, the surface of the metal bipolar plate 100 with low activity is formed with matte gray plating to improve post-plating, that is, the adhesion of the Co-Ni-X plating layer 120. The plating solution of the nickel strike layer is plated at 2V (voltage) for 2 minutes using a plating solution containing a mixture of nigel chloride (NiSO 4 -6H 2 O) and hydrochloric acid (HCl) to form a nickel strike layer with a thickness of 0.1 μm. A plating solution in which nigel chloride (NiSO 4 -6H 2 O) and hydrochloric acid (HCl) are mixed is formed by mixing 240 g/L of nigel chloride (NiSO 4 -6H 2 O) and 125 g/L of hydrochloric acid (HCl).

비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 각각의 표면에 동일한 조건으로 니켈 스트라이크층을 형성하는 후처리가 완료되면 도 4에서와 같이, Co-Ni-X 도금층 형성 단계(S140)를 수행하여 각각 Co-Ni-X 도금층(120)을 두께가 10㎛가 되게 형성하였다. When the post-treatment of forming a nickel strike layer on each surface of the metal bipolar plate 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4 is completed under the same conditions, as shown in FIG. 4, Co- By performing the Ni-X plating layer forming step (S140), each Co-Ni-X plating layer 120 was formed to have a thickness of 10 μm.

비교예1에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에서와 같이, Co-Ni-X 도금층(120)을 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성하였다. As shown in Table 1, in the metal bipolar plate 100 according to Comparative Example 1, the Co-Ni-X plating layer 120 was formed by an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution.

비교예1에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 코발트 화합물로 황산 코발트 15g/L, 니켈 화합물로 황산 니켈 5g/L, 유기산으로 구연산암모늄 35g/L, 환원제로 하이포아인산나트륨 15g/L 및 계면활성제로 벤즈알코늄클로라이드 0.5 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 비교예2에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 15g/L, 황산 니켈 15g/L, 구연산암모늄 50g/L, 하이포아인산나트륨 25g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 1 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 비교예3에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 25g/L, 황산 니켈 25g/L, 구연산암모늄 35g/L, 하이포아인산나트륨 20g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 0.5 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 비교예4에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 25g/L, 황산 니켈 5g/L, 구연산암모늄 50g/L, 하이포아인산나트륨 25 g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 1 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. As shown in Table 1, the metal separator 100 according to Comparative Example 1 includes 15 g/L of cobalt sulfate as a cobalt compound, 5 g/L of nickel sulfate as a nickel compound, and 5 g/L of nickel sulfate as an organic acid in the metal plate-like member 110 having a nickel strike layer formed thereon. Co-Ni-X plating layer using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing 35 g/L of ammonium citrate, 15 g/L of sodium hypophosphite as a reducing agent, and 0.5 g/L of benzalkonium chloride as a surfactant. (120) was formed. As shown in Table 1, the metal separator 100 according to Comparative Example 2 contains 15 g/L of cobalt sulfate, 15 g/L of nickel sulfate, 50 g/L of ammonium citrate, hypophosphorous acid The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing 25 g/L of sodium and 1 g/L of benzalkonium chloride. As shown in Table 1, the metal separator 100 according to Comparative Example 3 contains 25 g/L of cobalt sulfate, 25 g/L of nickel sulfate, 35 g/L of ammonium citrate, and hypophosphorous acid in the metal plate member 110 having a nickel strike layer. The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing 20 g/L of sodium and 0.5 g/L of benzalkonium chloride. As shown in Table 1, the metal separator 100 according to Comparative Example 4 contains 25 g/L of cobalt sulfate, 5 g/L of nickel sulfate, 50 g/L of ammonium citrate, and hypophosphorous acid in the metal plate-like member 110 having a nickel strike layer. The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing 25 g/L of sodium and 1 g/L of benzalkonium chloride.

실시예1에 따른 금속 분리판(100)은 표 2에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 코발트 화합물로 황산 코발트 15g/L, 니켈 화합물로 황산 니켈 2g/L, 유기산으로 구연산암모늄 35g/L, 환원제로 DMBA 5g/L 및 계면활성제로 벤즈알코늄클로라이드 0.5 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 실시예2에 따른 금속 분리판(100)은 표 2에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 15g/L, 황산 니켈 2g/L, 구연산암모늄 50g/L, DMBA 10g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 1 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 실시예3에 따른 금속 분리판(100)은 표 2에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 25g/L, 황산 니켈 5g/L, 구연산암모늄 35g/L, DMBA 5g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 0.5 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 표 2에서와 같이, 니켈 스트라이크층이 형성된 금속 판형부재(110)에 황산 코발트 25g/L, 황산 니켈 5g/L, 구연산암모늄 50g/L, DMBA 10 g/L 및 벤즈알코늄클로라이드 1 g/L이 포함된 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법을 이용해 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하였다. As shown in Table 2, the metal separator 100 according to Example 1 includes 15 g/L of cobalt sulfate as a cobalt compound, 2 g/L of nickel sulfate as a nickel compound, and 2 g/L of nickel sulfate as an organic acid in the metal plate-shaped member 110 on which the nickel strike layer is formed. Co-Ni-X plating layer (120 ) was formed. As shown in Table 2, the metal separator 100 according to Example 2 contains 15 g/L of cobalt sulfate, 2 g/L of nickel sulfate, 50 g/L of ammonium citrate, and 10 g of DMBA in the metal plate-like member 110 having a nickel strike layer. The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing /L and 1 g/L of benzalkonium chloride. As shown in Table 2, the metal separator 100 according to Example 3 contains 25 g/L of cobalt sulfate, 5 g/L of nickel sulfate, 35 g/L of ammonium citrate, and 5 g of DMBA in the metal plate-shaped member 110 on which the nickel strike layer is formed. The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing /L and 0.5 g/L of benzalkonium chloride. As shown in Table 2, the metal separator 100 according to Example 4 contains 25 g/L of cobalt sulfate, 5 g/L of nickel sulfate, 50 g/L of ammonium citrate, and 10 DMBA in the metal plate-like member 110 having a nickel strike layer. The Co-Ni-X plating layer 120 was formed using an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution containing g/L and 1 g/L of benzalkonium chloride.

구분division 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4

도금액
조성


plating solution
Furtherance
황산코발트(g/L)Cobalt sulfate (g/L) 1515 1515 2525 2525
황산 니켈(g/L)Nickel sulfate (g/L) 55 1515 55 2525 구연산 암모늄(g/L)Ammonium citrate (g/L) 3535 5050 3535 5050 하이포아인산나트륨(g/L)Sodium hypophosphite (g/L) 1515 2525 2020 2525 계면활성제(g/L)Surfactant (g/L) 0.50.5 1One 0.50.5 1One
평가
결과

evaluation
result

EDS 분석결과
(wt%)

EDS analysis result
(wt%)
CoCo

X


X
6565 8080 7171
NiNi 2727 1414 2222 PP 88 66 77 면저항(mΩ/㎠)Sheet resistance (mΩ/cm2) 510510 180180 230230

구분division 실시예1Example 1 실시예3Example 3 실시예3Example 3 실시예4Example 4

도금액
조성


plating solution
Furtherance
황산코발트(g/L)Cobalt sulfate (g/L) 1515 1515 2525 2525
황산 니켈(g/L)Nickel sulfate (g/L) 22 22 55 55 구연산 암모늄(g/L)Ammonium citrate (g/L) 3535 5050 3535 5050 DMAB(g/L)DMAB (g/L) 55 1010 55 1010 계면활성제(g/L)Surfactant (g/L) 0.50.5 1One 0.50.5 1One
평가
결과

evaluation
result

EDS 분석결과
(wt%)

EDS analysis result
(wt%)
CoCo 8888 9090 9292 9393
NiNi 1010 7.77.7 5.25.2 44 BB 22 2.32.3 2.82.8 33 면저항(mΩ/㎠)Sheet resistance (mΩ/cm2) 2525 2323 2121 1919

비교예1 ~ 비교예4 및 실시예1 ~ 실시예 4에 따른 금속 분리판(100)은 모두 동일하게 금속 판부재(110)의 재질을 STS 400계(Fe-Cr계)가 사용하였고 전처리로 니켈 스트라이크층까지 형성하였으나 비교예1 ~ 비교예4에 따른 금속 분리판(100)은 Co-Ni-X 도금 용액에 포함되는 유기산으로 구연산암모늄을 사용하였고 환원제로 하이포아인산나트륨을 사용하여 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 10㎛가 되게 형성하였다. In the metal separators 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4, the same material of the metal plate member 110 was used as STS 400 (Fe-Cr), and the pretreatment Even the nickel strike layer was formed, but the metal separator 100 according to Comparative Examples 1 to 4 used ammonium citrate as an organic acid included in the Co-Ni-X plating solution and sodium hypophosphite as a reducing agent to form Co-Ni The thickness of the -X plating layer 120 was formed to be 10 μm.

비교예1 따른 금속 분리판(100)의 평가 결과는 표 1에 기재된 바와 같이, 평가결과가 'X'로 표시되었다. 즉, 'X'로 표시된 비교예1 따른 금속 분리판(100)은 유기산으로 구연산암모늄을 사용하였고 환원제로 하이포아인산나트륨을 사용하였으나 하이포아인산나트륨의 농도를 낮게 포함시킴에 의해 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co와 Ni의 함량비율, P(phosphorus)의 함유량 및 면저항 등이 측정되지 않았다. 비교예2 ~ 비교예4에 따른 금속 분리판(100)의 평과 결과는 각각 표 1에 기재된 바와 같이, 유기산으로 구연산암모늄을 사용하였으나 환원제로 하이포아인산나트륨을 사용함으로써 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 각각 Co 65 ~ 80wt%, Ni 14 ~ 27wt% 및 P 6 ~ 8wt%가 되게 형성되어 Ni의 함량비율이 10%를 초과하게 형성되어 Co의 함량비율이 88wt%보다 낮게 형성 즉, 최대가 되지않게 형성되었으며, 이로 인해 면저항은 각각 510mΩ, 180mΩ 및 230mΩ 등으로 높게 측정되었다. As for the evaluation results of the metal bipolar plate 100 according to Comparative Example 1, as shown in Table 1, the evaluation results are indicated by 'X'. That is, the metal separator 100 according to Comparative Example 1 indicated by 'X' used ammonium citrate as an organic acid and sodium hypophosphite as a reducing agent, but contained a low concentration of sodium hypophosphite to form a Co-Ni-X plating layer. (120), the content ratio of Co and Ni, P (phosphorus) content and sheet resistance were not measured. As shown in Table 1, the evaluation results of the metal separators 100 according to Comparative Examples 2 to 4 show that ammonium citrate was used as an organic acid, but sodium hypophosphite was used as a reducing agent, so that the Co-Ni-X plating layer (120 ) is formed so that the content ratio of Co, Ni, and B is 65 to 80 wt% Co, 14 to 27 wt% Ni, and 6 to 8 wt% P, respectively, so that the content ratio of Ni exceeds 10%, so that the content ratio of Co It was formed lower than 88wt%, that is, it was not formed to the maximum, and as a result, the sheet resistance was measured as high as 510mΩ, 180mΩ, and 230mΩ, respectively.

비교예1 ~ 비교예4에 따른 금속 분리판(100)은 표 1에와 같이 Co-Ni-X 도금 용액 중 환원제로 하이포아인산나트륨을 사용하는 경우에 하이포아인산나트륨의 농도를 낮게 설정하는 경우에 Co-Ni-X 도금층(120)이 물리적이나 전기적인 특성을 측정할 수 없으며, 농도를 높게 설정하는 경우에는 Co-Ni-X 도금층에서 X는 P(phosphorus)가 되며 P의 함량은 5 ~ 8wt%로 높게 측정되며 이로 인해 면저항이 증가된다. 예를 들어, 비교예1 ~ 비교예4에 따른 금속 분리판(100)은 유기산으로 구연산암모늄을 사용하였고 환원제로 하이포아인산나트륨을 사용함으로써 황산 니켈과 하이포아인산나트륨의 농도가 높게 설정되어야 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 0㎛가 되게 형성할 수 있다. 즉, 비교예1 ~ 비교예4에 따른 금속 분리판(100)은 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 10㎛가 되게 형성하기 위해 Co-Ni-X 도금 용액에 황산 니켈 5 ~ 25g/L와 하이포아인산나트륨 15 ~ 25g/L가 요구되며, 황산 니켈의 농도가 높게 포함됨으로써 Co-Ni-X 도금층(120)의 Ni의 함량을 최소화할 수 없어 Co의 함량을 최대화할 수 없고, 이로 인해 면저항이 25mΩ을 초과되게 형성되었다. As shown in Table 1, in the case of using sodium hypophosphite as a reducing agent in the Co-Ni-X plating solution, the metal bipolar plate 100 according to Comparative Examples 1 to 4 is set to a low concentration of sodium hypophosphite. The physical or electrical properties of the Co-Ni-X plating layer 120 cannot be measured, and when the concentration is set high, X becomes P (phosphorus) in the Co-Ni-X plating layer and the content of P is 5 to 8 wt. %, which increases the sheet resistance. For example, the metal separators 100 according to Comparative Examples 1 to 4 used ammonium citrate as an organic acid and sodium hypophosphite as a reducing agent, so that the concentrations of nickel sulfate and sodium hypophosphite should be set high to Co-Ni The -X plating layer 120 may be formed to have a thickness of 0 μm. That is, in the metal separator 100 according to Comparative Examples 1 to 4, 5 to 25 g of nickel sulfate is added to the Co-Ni-X plating solution to form the thickness of the Co-Ni-X plating layer 120 to be 10 μm. /L and 15 to 25 g/L of sodium hypophosphite are required, and since the concentration of nickel sulfate is high, the Ni content of the Co-Ni-X plating layer 120 cannot be minimized, so the Co content cannot be maximized, As a result, the sheet resistance was formed to exceed 25 mΩ.

실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 표 2에서와 같이, Co-Ni-X 도금 용액에 포함되는 유기산으로 구연산암모늄을 사용하였고 환원제로 DMBA를 사용함으로써 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 10㎛가 되게 형성하기 위해 황산 니켈 2 ~ 5g/L와 DMBA 5 ~ 10g/L가 요구되며, Co-Ni-X 도금층(120)의 Ni의 함량을 최소화한 상태에서 Co의 함량을 최대화할 수 있어 면저항이 25mΩ이하가 되게 형성되었다. 즉, 실시예1에 따른 금속 분리판(100)의 평가 결과는 표 2에 기재된 바와 같이, 유기산으로 구연산암모늄을 사용하고 환원제로 DMBA 을 사용함으로써 Co-Ni-X 도금층(120)에서 X는 B(boron)이며 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 각각 Co 88wt%, Ni 10wt% 및 B 2wt%가 되게 형성되어 Ni의 함량비율이 10%로 형성됨으로 인해 Co의 함량비율이 최대가 되게 형성되어 Co-Ni-X 도금층(120)의 면저항 25mΩ으로 낮게 측정되었다. 실시예1과 같이 실시예2 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)의 평가 결과는 표 2에 기재된 바와 같이, 환원제로 DMBA 을 사용함으로써 Co-Ni-X 도금층(120)에서 X는 B(boron)이며 Co-Ni-X 도금층(120)의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 각각 Co 90 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 7.7wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되게 형성되어 Ni의 함량비율이 모두 10%이하 형성됨으로 Co의 함량비율이 최대가 되게 형성되어 Co-Ni-X 도금층(120)의 면저항이 각각 19 ~ 23mΩ으로 낮게 측정되었다. As shown in Table 2, the metal separators 100 according to Examples 1 to 4 used ammonium citrate as an organic acid included in the Co-Ni-X plating solution and used DMBA as a reducing agent to form Co-Ni-X In order to form the thickness of the plating layer 120 to be 10 μm, 2 to 5 g/L of nickel sulfate and 5 to 10 g/L of DMBA are required, and in a state where the Ni content of the Co-Ni-X plating layer 120 is minimized The content of Co can be maximized so that the sheet resistance is less than 25 mΩ. That is, as shown in Table 2, the evaluation results of the metal bipolar plate 100 according to Example 1 show that X is B in the Co-Ni-X plating layer 120 by using ammonium citrate as an organic acid and using DMBA as a reducing agent. (boron), and the content ratio of Co, Ni, and B of the Co-Ni-X plating layer 120 is formed to be 88wt% Co, 10wt% Ni, and 2wt% B, respectively, so that the content ratio of Ni is 10%. The content ratio of Co was formed to be maximum, and the sheet resistance of the Co-Ni-X plating layer 120 was measured as low as 25 mΩ. As in Example 1, the evaluation results of the metal bipolar plate 100 according to Examples 2 to 4 are as shown in Table 2, by using DMBA as a reducing agent, X in the Co-Ni-X plating layer 120 is B (boron), and the content ratio of Co, Ni, and B of the Co-Ni-X plating layer 120 is formed so that Co 90 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 7.7wt%, and B 2 ~ 3wt%, respectively, so that the content ratio of Ni Since all of these were formed at 10% or less, the content ratio of Co was formed to be maximum, and the sheet resistance of the Co-Ni-X plating layer 120 was measured as low as 19 to 23 mΩ, respectively.

표 2에서와 같이, 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 Co-Ni-X 도금층(120)을 형성하기 위해 사용되는 Co-Ni-X 도금 용액에 포함되는 유기산으로 구연산암모늄을 사용함으로써 니켈 함량 조정이나 환원제를 하이포아인산나트륨에서 DMBA로 변경해도 도금이 가능한 것을 확인하였다. 즉, 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 Co-Ni-X 도금 용액에서 유기산으로 구연산암모늄을 사용함에 따라 환원제를 하이포아인산나트륨에서 DMBA로 변경하고, 환원제를 DMBA를 사용함으로써 Co-Ni-X 도금 용액에 황산 니켈 2 ~ 5g/L와 DMBA 5 ~ 10g/L로 각각 낮게 설정하는 경우에도 Co-Ni-B 도금층(도시 않음)의 두께가 10㎛가 되게 도금이 가능한 것을 확인하였다. 이와 같이 실시예1 ~ 실시예4에 따른 금속 분리판(100)은 Co-Ni-X 도금 용액에 황산 니켈과 DMBA의 농도를 낮게 포함시킨 상태에서 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 10㎛가 되게 형성할 수 있으며, Co-Ni-X 도금층(120)에서 Ni의 함량을 최소화하여 Co의 함량을 최대화할 수 있어 면저항이 25mΩ이하게 되게 형성되었다. As shown in Table 2, in the metal bipolar plate 100 according to Examples 1 to 4, citric acid is an organic acid included in the Co-Ni-X plating solution used to form the Co-Ni-X plating layer 120. By using ammonium, it was confirmed that plating was possible even if the nickel content was adjusted or the reducing agent was changed from sodium hypophosphite to DMBA. That is, the metal separator 100 according to Examples 1 to 4 uses ammonium citrate as an organic acid in the Co-Ni-X plating solution, so that the reducing agent is changed from sodium hypophosphite to DMBA, and the reducing agent uses DMBA. As a result, it is possible to plate so that the thickness of the Co-Ni-B plating layer (not shown) is 10 μm even when the nickel sulfate 2 ~ 5 g / L and DMBA 5 ~ 10 g / L are respectively set low in the Co-Ni-X plating solution. confirmed that As such, the metal bipolar plate 100 according to Examples 1 to 4 increases the thickness of the Co-Ni-X plating layer 120 in a state where the concentrations of nickel sulfate and DMBA are low in the Co-Ni-X plating solution. It can be formed to be 10 μm, and the content of Co can be maximized by minimizing the content of Ni in the Co-Ni-X plating layer 120, so that the sheet resistance is less than 25 mΩ.

표 2의 평가결과에서와 같이, 본 발명의 금속 분리판(100)의 Co-Ni-X 도금층(120)은 환원제로 DMBA를 사용하고 Co, Ni 및 B의 함량비율을 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%로 낮게 설정하는 경우에도 면저항이 25mΩ 이하가 되게 Co-Ni-X 도금층(120)의 두께를 10㎛가 되게 형성할 수 있다. 표 1 및 표 2의 평가결과 중 Co와 Ni의 함량비율(%)이나 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석 결과(wt%)는 각각 공지된 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 측정장치를 이용해 측정하였으며, 면저항은 공정된 4탐침(four point probe) 장치를 이용해 측정했다. As shown in the evaluation results of Table 2, the Co-Ni-X plating layer 120 of the metal bipolar plate 100 of the present invention uses DMBA as a reducing agent, and the content ratio of Co, Ni, and B is Co 88 to 93 wt%, Even when Ni 4 to 10wt% and B 2 to 3wt% are set low, the thickness of the Co—Ni—X plating layer 120 can be formed to be 10 μm so that the sheet resistance is 25 mΩ or less. Among the evaluation results of Tables 1 and 2, the content ratio (%) of Co and Ni and the analysis result (wt%) of EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) were obtained using a known EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) measuring device. The sheet resistance was measured using a processed four point probe device.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판은 Co-Ni-X 도금 용액 중 환원제로 DMBA를 사용하고 DMBA의 농도를 낮게 설정하여 Co-Ni-X 도금층에서 B의 함량이 낮게 함유한 상태에서 Co함량의 수치를 높일 수 있어 면저항을 낮출 수 있게 되며, 부식거동이 우수하며, 균일한 함량을 가진 도금층을 가질 수 있다. 도금 방법을 통하여 형성된 Co-Ni-X층은 내식성, 내마모성 등이 우수한 특성을 가질 수 있다.As described above, the metal separator of the solid oxide fuel cell of the present invention uses DMBA as a reducing agent in the Co-Ni-X plating solution and sets the concentration of DMBA low to reduce the B content in the Co-Ni-X plating layer. In the contained state, the value of the Co content can be increased, so that the sheet resistance can be lowered, the corrosion behavior is excellent, and the plating layer having a uniform content can be obtained. The Co-Ni-X layer formed through the plating method may have excellent characteristics such as corrosion resistance and wear resistance.

본 발명의 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판은 연료전지나 정밀 기계 부품 등의 표면처리용 도금 기술로서 광범위하게 적용 수 있다. The metal separator of the solid oxide fuel cell of the present invention can be widely applied as a plating technology for surface treatment of fuel cells or precision machine parts.

100: 금속 분리판
110: 금속 판형부재
120: Co-Ni-X 도금층
130: 금속 스트라이크층
100: metal separator
110: metal plate member
120: Co-Ni-X plating layer
130: metal strike layer

Claims (9)

연료가스나 공기가 공급되는 유로가 형성되는 금속 판형부재와,
상기 금속 판형부재의 표면에 형성되는 Co(cobalt)-Ni(nickel)-X 도금층을 포함하며,
상기 Co-Ni-X 도금층은 Co-Ni-X 도금 용액을 이용한 무전해 도금방법으로 형성되며, 상기 X는 B(boron)인 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
A metal plate-shaped member in which a flow path through which fuel gas or air is supplied is formed;
It includes a Co (cobalt) -Ni (nickel) -X plating layer formed on the surface of the metal plate-like member,
The Co-Ni-X plating layer is formed by an electroless plating method using a Co-Ni-X plating solution, and the metal separator of the solid oxide fuel cell in which X is B (boron).
제1항에 있어서,
상기 금속 판형부재의 재질은 스테인리스(stainless)가 사용되며, 상기 스테인리스는 STS 400계(Fe-Cr계)가 사용되는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
A metal separator of a solid oxide fuel cell in which stainless is used as the material of the metal plate-like member, and the stainless steel is STS 400 (Fe-Cr).
제1항에 있어서,
상기 금속 판형부재는 전처리가 수행되고, 상기 전처리는 1 ~ 20% 농도의 메타규산나트륨(Na2SiO3) 수용액을 이용해 알칼리 탈지를 수행하고, 상기 알칼리 탈지가 수행된 금속 판형부재는 산 용액을 이용해 15 ~ 35℃에서 5 ~ 15분 동안 침지하여 산 에칭을 수행하며, 상기 산 용액은 염산 수용액이 사용되며, 상기 염산 수용액은 염산 10 ~ 20 부피% 및 물 80 ~ 90 부피%를 혼합하여 형성되며, 상기 1 ~ 20% 농도의 메타규산나트륨(Na2SiO3) 수용액은 물 100g에 메타규산나트륨(Na2SiO3) 1 ~ 20g이 녹아 있는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
The metal plate-like member is subjected to a pretreatment, and the pretreatment is performed by alkali degreasing using an aqueous solution of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) at a concentration of 1 to 20%. Acid etching is performed by immersing at 15 to 35 ° C. for 5 to 15 minutes, the acid solution is an aqueous hydrochloric acid solution, and the aqueous hydrochloric acid solution is formed by mixing 10 to 20% by volume of hydrochloric acid and 80 to 90% by volume of water. The aqueous solution of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) having a concentration of 1 to 20% is a metal separator of a solid oxide fuel cell in which 1 to 20 g of sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ) is dissolved in 100 g of water.
제1항에 있어서,
상기 Co-Ni-X 도금층은 Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되어 면저항이 25mΩ 이하가 되게 형성되는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
The Co-Ni-X plating layer is a metal of a solid oxide fuel cell formed such that the content ratio of Co, Ni, and B is 88 to 93 wt% for Co, 4 to 10 wt% for Ni, and 2 to 3 wt% for B so that the sheet resistance is 25 mΩ or less. separator plate.
제1항에 있어서,
상기 Co-Ni-X 도금 용액은 코발트 화합물 15 ~ 25g/L, 니켈 화합물 2 ~ 5g/L, 유기산 30 ~ 50g/L, 환원제 5 ~ 10g/L 및 계면활성제 0.5 ~ 1 g/L을 포함하며,
상기 환원제의 농도를 상기 Co-Ni-X 도금 용액에서 5 ~ 10g/L가 되게 조정하여 상기 Co-Ni-X 도금층의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되어 Co-Ni-X 도금층의 면저항이 25mΩ 이하가 되게 형성되는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
The Co-Ni-X plating solution includes 15 to 25 g/L of a cobalt compound, 2 to 5 g/L of a nickel compound, 30 to 50 g/L of an organic acid, 5 to 10 g/L of a reducing agent, and 0.5 to 1 g/L of a surfactant, ,
The concentration of the reducing agent is adjusted to be 5 to 10 g/L in the Co-Ni-X plating solution so that the content ratio of Co, Ni, and B in the Co-Ni-X plating layer is 88 to 93 wt% Co and 4 to 10 wt% Ni. A metal separator of a solid oxide fuel cell formed so that the sheet resistance of the Co-Ni-X plating layer is 25 mΩ or less when the % and B are 2 to 3 wt%.
제5항에 있어서,
상기 유기산은 구연산암모늄(ammonium citrate)을 사용하고 상기 환원제는 DMBA(dimethyl amino borane)나 MB(morpholine borane) 중 하나를 사용하여 Co-Ni-X 도금층의 Co, Ni 및 B의 함량비율이 Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% 및 B 2 ~ 3wt%가 되게 하는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 5,
The organic acid uses ammonium citrate, and the reducing agent uses either dimethyl amino borane (DMBA) or morpholine borane (MB), so that the Co, Ni, and B content ratio of the Co-Ni-X plating layer is Co 88 ~ 93wt%, Ni 4 ~ 10wt% and B 2 ~ 3wt% of the metal separator of the solid oxide fuel cell.
제5항에 있어서,
상기 코발트 화합물은 황산 코발트가 사용되고,
상기 니켈 화합물은 황산 니켈이 사용되며,
상기 환원제는 DMBA나 MB 중 하나가 선택되어 사용되며,
상기 유기산은 구연산암모늄(ammonium citrate)이 사용되며,
상기 계면활성제는 벤즈알코늄클로라이드, 키토산, 암모늄라우릴설페이트, 메탄올, 에탄올 및 아세테이트 중에서 하나가 사용되는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 5,
As the cobalt compound, cobalt sulfate is used,
Nickel sulfate is used as the nickel compound,
The reducing agent is used by selecting one of DMBA or MB,
As the organic acid, ammonium citrate is used,
The metal separator of the solid oxide fuel cell in which one of benzalkonium chloride, chitosan, ammonium lauryl sulfate, methanol, ethanol and acetate is used as the surfactant.
제1항에 있어서,
상기 금속 판형부재와 상기 Co-Ni-X 도금층 사이에는 금속 스트라이크층이 형성되며,
상기 금속 스트라이크층은 니켈 스트라이크층이 사용되며 상기 니켈 스트라이크층은 전처리가 완료된 금속 판형부재의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 도금하여 형성되는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
A metal strike layer is formed between the metal plate member and the Co-Ni-X plating layer,
The metal strike layer uses a nickel strike layer, and the nickel strike layer is formed by plating a nickel strike plating solution containing nickel chloride on the surface of the pretreated metal plate-like member. Metal separator of a solid oxide fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 금속 스트라이크층은 전처리가 완료된 금속 판형부재의 표면에 니켈 스트라이크층을 형성한 후 니켈 스트라이크층의 표면에 코발트 스트라이크층을 형성하고, 상기 니켈 스트라이크층은 전처리가 완료된 금속 판형부재의 표면에 염화 니켈을 포함하는 니켈 스트라이크 도금액을 도금하여 형성하며, 상기 코발트 스트라이크층은 니켈 스트라이크층의 표면에 염화 코발트를 포함하는 코발트 스트라이크 도금액을 도금하여 형성하며, 상기 코발트 스트라이크층의 두께나 도금시간은 각각 상기 니켈 스트라이크층의 두께나 도금시간보다 작게 수행하는 고체 산화물 연료전지의 금속 분리판.
According to claim 1,
The metal strike layer is formed by forming a nickel strike layer on the surface of the pretreated metal plate member and then forming a cobalt strike layer on the surface of the nickel strike layer, the nickel strike layer is nickel chloride on the surface of the pretreated metal plate member It is formed by plating a nickel strike plating solution containing, the cobalt strike layer is formed by plating a cobalt strike plating solution containing cobalt chloride on the surface of the nickel strike layer, and the thickness or plating time of the cobalt strike layer is A metal separator of a solid oxide fuel cell that performs less than the thickness of the strike layer or the plating time.
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