KR100737551B1 - Fuel cell vehicle separator structure and the manufacturing method - Google Patents

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Abstract

Provided is a separator structure for a fuel cell vehicle, which has a cooling water flow path formed through a continuous process, and is obtained with improved productivity and cost-efficiency in a short time. The separator structure for a fuel cell vehicle comprises: a first separator mounted on the stack of the fuel cell vehicle for supplying reaction gases and equipped with a metal plate having a first cooling flow path(110); and a second separator(200) facing to the first separator in close contact with the first separator, wherein the second separator has the same area as the first separator and is equipped with a metal plate having a second cooling flow path(210).

Description

연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법{fuel cell vehicle separator structure and the manufacturing method}Fuel cell vehicle separator structure and manufacturing method thereof

도 1은 종래의 세퍼레이터 제조 방식을 도시한 도면.1 is a view showing a conventional separator manufacturing method.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a separator structure of a fuel cell vehicle according to the present invention;

도 3은 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법을 도시한 순서도.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a separator of a fuel cell vehicle.

도 4a 내지 도 4g는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법에 의한 실시예를 도시한 도면.4A to 4G illustrate an embodiment according to a method of manufacturing a separator of a fuel cell vehicle.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 제1 세퍼레이터 200 : 제2 세퍼레이터100: first separator 200: second separator

300 : 접착층300: adhesive layer

본 발명은 연료전지 차량의 스택에 구비되는 세퍼레이터에 냉각수가 흐르는 냉각유로를 형성하되 상기 냉각유로를 연속 생산이 가능한 에칭(Etching)기법을 이용하여 생산함으로써 생산성 향상과 함께 시간 및 비용을 단축시 킬 수 있는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention forms a cooling flow path through which cooling water flows in a separator provided in a stack of a fuel cell vehicle, and produces the cooling flow path by using an etching technique that enables continuous production, thereby reducing productivity and time and cost. The present invention relates to a separator structure of a fuel cell vehicle and a method of manufacturing the same.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell)는 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극과, 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막과, 상기한 전극과 전해질을 지지하는 분리판으로 이루어져 있다. In general, a fuel cell is composed of an electrode which largely causes an electrochemical reaction, an electrolyte membrane which transfers hydrogen ions generated by the reaction, and a separator that supports the electrode and the electrolyte.

상기한 연료전지 중 고분자 전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 효율이 높고, 전류밀도 및 출력 밀도가 크며 시동시간이 짧은 동시에 고체 전해질을 쓰기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없는 장점을 가지고 있으며 배기가스로 순수 물만을 배출하는 친환경적인 동력원이기 때문에 현재 전세계 자동차 업계에서 활발한 연구가 진행 중에 있다.Among the fuel cells described above, the polymer electrolyte fuel cell has advantages of high efficiency, high current density, high output density, short start-up time, and solid electrolyte at the same time, and does not require corrosion and electrolyte control. As it is an environmentally friendly power source that only emits pure water as gas, active research is underway in the global automotive industry.

고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 물과 열을 발생시키면서 전기를 발생하는 장치로써, 공급된 수소가 Anode 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 Cathode로 넘어가게 되며, 이때 공급된 산소와 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다. 이때 발생되는 이론 전위는 약 1.3V이며 반응식은 다음과 같다.A polymer electrolyte fuel cell is a device that generates electricity while generating water and heat through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The supplied hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the anode electrode, and the separated hydrogen ions are electrolyte It passes through the membrane to Cathode, where it combines with the supplied oxygen and electrons from external conductors to produce water while generating water. The theoretical potential generated at this time is about 1.3V and the reaction formula is as follows.

Anode : H2 → 2H+ + 2eAnode: H 2 → 2H + + 2e

Cathode : 1/2 O2 + 2H+ + 2e → H2OCathode: 1/2 O 2 + 2H + + 2e → H 2 O

실제 자동차용 연료전지에서는 위에서 나타난 전위보다 더 큰 전위를 필요로 하는데, 더 높은 전위를 얻기 위해서는 개별 단위전지를 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 이렇게 적층한 것을 스택(Stack)이라 한다.In actual automotive fuel cells, a potential higher than that shown above is required. In order to obtain a higher potential, individual unit cells must be stacked as needed, and such a stack is called a stack.

상기한 스택에 구비된 세퍼레이터는“바이폴라플레이트”라고도 불리우며 수소와, 공기가 공급가능하도록 형성된다.The separator provided in the stack is called a "bipolar plate" and is formed to supply hydrogen and air.

첨부된 도 1은 종래의 세퍼레이터 제조 방식을 도시한 도면이다.1 is a view illustrating a conventional separator manufacturing method.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 방식을 이용한 세퍼레이터는 공작기계에 의해 드릴링 작업에 의해 냉각유로를 형성함으로써 단위 세퍼레이터 제조 작업에 필요로 하는 가공 시간이 과다하게 소요되고, 연속 생산이 어려우며 제조비용이 과다하게 소모되는 문제점이 발생 되었다.Referring to FIG. 1, the separator using the conventional method takes too much processing time for the unit separator manufacturing operation by forming a cooling flow path by a drilling operation by a machine tool, making continuous production difficult, and manufacturing cost. This excessive consumption problem has occurred.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지 차량의 스택에 구비되는 세퍼레이터에 냉각수가 유동하는 냉각유로를 형성하되 세퍼레이터의 상면에 금속판(동판)을 접착한 뒤에 부식액에 의해 부식시켜 냉각유로를 형성한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, forming a cooling flow path for the coolant flow in the separator provided in the stack of the fuel cell vehicle, but the metal plate (copper plate) is adhered to the upper surface of the separator and then corroded by a corrosion solution It is an object of the present invention to provide a separator structure of a fuel cell vehicle in which a cooling passage is formed and a method of manufacturing the same.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법은 연료전지 차량의 스택에 설치되어 반응가스를 공급하며 제1 냉각유로가 형성된 금속판이 구비된 제1 세퍼레이터; 및 상기 제1 세퍼레이터와 동일 면적을 갖도록 형성되며 제2 냉각유로가 형성된 금속판이 구비된 제2 세퍼레이터가 상기 제1 세퍼레이터와 마주보며 밀착 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조를 제공한다.In order to achieve the above object, a separator structure of a fuel cell vehicle and a method of manufacturing the same according to the present invention are provided on a stack of a fuel cell vehicle, supply a reaction gas, and include a first separator having a metal plate on which a first cooling passage is formed; And a second separator formed to have the same area as the first separator and provided with a metal plate on which a second cooling flow path is formed to face the first separator in close contact with the first separator.

상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에는 접착층이 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, an adhesive layer is formed between the first separator and the second separator.

상기 제1,2 세퍼레이터의 제1,2 냉각유로는 부식액에 의해 부식되어 냉각유로가 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the first and second cooling passages of the first and second separators are corroded by a corrosion solution to form a cooling passage.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법은 제1 세퍼레이터의 상면에 금속판을 접착한 상태에서 냉각유로를 제외한 영역에 레지스트를 입히는 레지스트 단계와; 상기 레지스트가 형성된 제1 세퍼레이터를 부식액에 침전시키는 침전단계와; 부식액에 의해 식각되어 냉각유로가 형성된 제1 세퍼레이터의 상면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계; 및 상기 레지스트 단계와, 침전단계를 거쳐 제조된 또 다른 제2 세퍼레이터를 상기 제1 세퍼레이터와 마주보게 위치시키고 상기 제1 세퍼레이터의 접착층에 제2 세퍼레이터를 부착하는 부착단계를 포함하여 구성된다.The separator manufacturing method of the fuel cell vehicle according to the present invention configured as described above comprises: a resist step of applying a resist to a region excluding the cooling passage in a state in which a metal plate is adhered to an upper surface of the first separator; A precipitation step of depositing the first separator on which the resist is formed in a corrosion solution; An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on an upper surface of the first separator etched by the corrosion solution to form a cooling passage; And an attaching step of placing the second separator prepared by the resist step and the precipitation step so as to face the first separator and attaching the second separator to the adhesive layer of the first separator.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.An embodiment of a separator structure of a fuel cell vehicle and a method of manufacturing the same according to the present invention as described above will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법을 도시한 순서도이며, 도 4a 내지 도 4g는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법에 의한 실시예를 도시한 도면이다.2 is a view showing a separator structure of a fuel cell vehicle according to the present invention, Figure 3 is a flow chart showing a separator manufacturing method of the fuel cell vehicle, Figures 4a to 4g is a separator manufacturing method of a fuel cell vehicle It is a figure which shows an Example.

첨부된 도 2 내지 도 4g를 참조하면, 연료전지 차량의 스택에 설치되어 반응가스를 공급하며 제1 냉각유로(110)가 형성된 금속판이 구비된 제1 세퍼레이 터(100); 및 상기 제1 세퍼레이터(100)와 동일 면적을 갖도록 형성되며 제2 냉각유로(210)가 형성된 금속판이 구비된 제2 세퍼레이터(200)가 상기 제1 세퍼레이터(100)와 마주보며 밀착 설치되도록 구성된다. 상기 금속판은 1mm 내외의 동판을 사용하는 것이 바람직하다.2 to 4G, the first separator 100 is installed on a stack of a fuel cell vehicle and supplies a reaction gas and includes a metal plate on which a first cooling passage 110 is formed; And a second separator 200 formed to have the same area as the first separator 100 and provided with a metal plate on which the second cooling flow path 210 is formed to face the first separator 100 in close contact with the first separator 100. . It is preferable that the metal plate uses a copper plate of about 1 mm.

상기 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200) 사이에는 접착층(300)이 형성되도록 구성된다. 상기 접착층(300)은 에폭시 수지(epoxy resin)를 사용한다.The adhesive layer 300 is formed between the first separator 100 and the second separator 200. The adhesive layer 300 uses an epoxy resin.

상기 제1,2 세퍼레이터(100,200)의 제1,2 냉각유로(110,210)는 부식액에 의해 부식되어 냉각유로가 형성되도록 구성된다. 상기 부식액은 산화제이철 또는 염화암모늄등이 사용된다.The first and second cooling passages 110 and 210 of the first and second separators 100 and 200 are configured to be corroded by a corrosion solution to form a cooling passage. As the corrosion solution, ferric oxide or ammonium chloride is used.

본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법은 제1 세퍼레이터(100)의 상면에 금속판을 접착한 상태에서 냉각유로를 제외한 영역에 레지스트를 입히는 레지스트 단계(ST100)와; 상기 레지스트가 형성된 제1 세퍼레이터를 부식액에 침전시키는 침전단계(ST200)와; 부식액에 의해 식각되어 냉각유로가 형성된 제1 세퍼레이터의 상면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계(ST300); 및 상기 레지스트 단계(ST100)와, 침전단계(ST200)를 거쳐 제조된 또 다른 제2 세퍼레이터를 상기 제1 세퍼레이터와 마주보게 위치시키고 상기 제1 세퍼레이터의 접착층에 제2 세퍼레이터를 부착하는 부착단계(ST400)를 포함하여 구성된다.A separator manufacturing method of a fuel cell vehicle according to the present invention includes a resist step (ST100) of applying a resist to a region excluding a cooling passage in a state in which a metal plate is adhered to an upper surface of a first separator (100); A precipitation step (ST200) for depositing the first separator on which the resist is formed in a corrosion solution; An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on an upper surface of the first separator etched by the corrosion solution to form a cooling flow path (ST300); And an attaching step of placing the second separator manufactured through the resist step ST100 and the precipitation step ST200 to face the first separator and attaching the second separator to the adhesive layer of the first separator. It is configured to include).

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법에 따른 과정을 도면을 참조하여 설명한다.A process according to a separator structure of a fuel cell vehicle and a method of manufacturing the same according to the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 2 내지 도 4g를 참조하면, 스택(미도시)에 설치 가능한 크기를 갖 는 제1 세퍼레이터(100)의 상면에 금속판(2)을 접착한 상태에서 냉각유로가 생성될 영역을 제외한 부분에 유성잉크를 사용하여 레지스트를 입힌다(ST100).2 to 4G, a portion excluding a region in which a cooling flow path is to be generated in a state in which the metal plate 2 is adhered to an upper surface of the first separator 100 having a size that can be installed in a stack (not shown). The resist is coated with oil-based ink (ST100).

상기와 같이 레지스트가 금속판(2)상에 입혀진 상태에서 제1 세퍼레이터(100)를 산화제이철 또는 염화암모늄등의 부식액에 침전시킨다(ST200). 상기 제1 세퍼레이터(100)는 부식액에 의해 레지스트가 형성된 부분을 제외한 영역에 식각되며, 부식액에서 꺼낸 제1 세퍼레이터(100)를 유기용제에 담궈서 유성잉크를 제거한다.As described above, the first separator 100 is precipitated in a corrosion solution such as ferric oxide or ammonium chloride while the resist is coated on the metal plate 2 (ST200). The first separator 100 is etched in a region excluding a portion where a resist is formed by the corrosion solution, and the oil-based ink is removed by dipping the first separator 100 taken out of the corrosion solution in an organic solvent.

유성잉크가 제거된 제1 세퍼레이터(100)는 제1 냉각유로(110)가 형성된 금속판(2)의 상면에 접착층(300)을 형성(ST300)하고, 상기 제1 세퍼레이터(100)와 동일한 방법으로 제조된 제2 세퍼레이터(200)를 상기 접착층(300)이 형성된 부분에 제1 세퍼레이터(100)와 마주보게 위치한 상태에서 제2 세퍼레이터(200)를 제 1세퍼레이터(100)에 부착한다.The first separator 100 from which the oil ink has been removed forms an adhesive layer 300 on the upper surface of the metal plate 2 on which the first cooling flow path 110 is formed (ST300), and in the same manner as the first separator 100. The second separator 200 is attached to the first separator 100 while the manufactured second separator 200 is positioned to face the first separator 100 on the portion where the adhesive layer 300 is formed.

상기와 같이 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200)가 부착하게 되면 각각의 제1,2 냉각유로(110,210)가 냉각수가 유동가능한 공간을 형성하게 된다.When the first separator 100 and the second separator 200 are attached as described above, each of the first and second cooling passages 110 and 210 forms a space in which cooling water can flow.

상기와 같이 세퍼레이터의 제조가 완료된 상태에서 스택에 설치하면 작업이 완료된다.As described above, the work is completed when the separator is installed on the stack in a state where the production of the separator is completed.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다. On the other hand, the present invention can be variously modified by those skilled in the art without departing from the gist of the invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 차량의 세퍼레이터 구 조 및 그 제조방법은 기존의 공작기계를 사용하는 제조 방법에 비해 연속 생산이 가능하고, 작업 시간 및 비용이 단축되며 전체적인 생상 코스트가 감소되는 효과가 있다.As described above, the separator structure of the fuel cell vehicle and the manufacturing method thereof according to the present invention can be continuously produced compared to the manufacturing method using a conventional machine tool, the working time and cost are shortened, and the overall production cost is reduced. There is a decreasing effect.

Claims (4)

연료전지 차량의 스택에 설치되어 반응가스를 공급하며 제1 냉각유로(110)가 형성된 금속판이 구비된 제1 세퍼레이터(100); 및A first separator 100 installed on a stack of the fuel cell vehicle to supply a reaction gas and having a metal plate on which a first cooling passage 110 is formed; And 상기 제1 세퍼레이터(100)와 동일 면적을 갖도록 형성되며 제2 냉각유로(210)가 형성된 금속판이 구비된 제2 세퍼레이터(200)가 상기 제1 세퍼레이터(100)와 마주보며 밀착 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조.The second separator 200 is formed to have the same area as the first separator 100 and is provided in close contact with the first separator 100. The second separator 200 is provided with a metal plate on which the second cooling flow path 210 is formed. Separator structure of a fuel cell vehicle. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200) 사이에는 접착층(300)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조.The separator structure of the fuel cell vehicle, characterized in that the adhesive layer 300 is formed between the first separator (100) and the second separator (200). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1,2 세퍼레이터(100,200)의 제1,2 냉각유로(110,210)는 부식액에 의해 부식되어 냉각유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조.The first and second cooling passages (110, 210) of the first and second separators (100,200) are corroded by a corrosion solution to form a cooling passage, characterized in that the fuel cell vehicle separator structure. 제1 세퍼레이터의 상면에 금속판을 접착한 상태에서 냉각유로를 제외한 영역에 레지스트를 입히는 레지스트 단계(ST100);A resist step (ST100) of applying a resist to a region excluding a cooling flow path in a state in which a metal plate is adhered to an upper surface of the first separator; 상기 레지스트가 형성된 제1 세퍼레이터를 부식액에 침전시키는 침전단계(ST200);A precipitation step (ST200) of precipitating the first separator on which the resist is formed in a corrosion solution; 부식액에 의해 식각되어 냉각유로가 형성된 제1 세퍼레이터의 상면에 접착층을 형성하는 접착층 형성단계(ST300); 및An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on an upper surface of the first separator etched by the corrosion solution to form a cooling flow path (ST300); And 상기 레지스트 단계(ST100)와, 침전단계(ST200)를 거쳐 제조된 또 다른 제2 세퍼레이터를 상기 제1 세퍼레이터와 마주보게 위치시키고 상기 제1 세퍼레이터의 접착층에 제2 세퍼레이터를 부착하는 부착단계(ST400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법.Attaching step (ST400) to position the second separator prepared through the resist step (ST100), the precipitation step (ST200) facing the first separator and attaching the second separator to the adhesive layer of the first separator Separator manufacturing method of a fuel cell vehicle, characterized in that comprises a.
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