KR100737551B1

KR100737551B1 - 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100737551B1
Application number: KR1020060062460A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2007-07-10

Abstract

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 것으로서 이를 위해 본 발명은 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. 또한 상기 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법으로서 제1 세퍼레이터의 상면에 금속판을 접착한 상태에서 냉각유로를 제외한 영역에 레지스트를 입히는 레지스트 단계; 상기 레지스트가 형성된 제1 세퍼레이터를 부식액에 침전시키는 침전단계; 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 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법을 제공한다.

연료전지, 세퍼레이터, 냉각유로

Description

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

도 1은 종래의 세퍼레이터 제조 방식을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조를 도시한 도면.

도 3은 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법을 도시한 순서도.

도 4a 내지 도 4g는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법에 의한 실시예를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 제1 세퍼레이터 200 : 제2 세퍼레이터

300 : 접착층

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.

일반적으로 연료전지(Fuel Cell)는 크게 전기화학 반응을 일으키는 전극과, 반응에 의해 발생된 수소이온을 전달하는 전해질 막과, 상기한 전극과 전해질을 지지하는 분리판으로 이루어져 있다.

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.

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.

Anode : H₂ → 2H+ + 2e

Cathode : 1/2 O₂ + 2H+ + 2e → H₂O

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.

상기한 스택에 구비된 세퍼레이터는“바이폴라플레이트”라고도 불리우며 수소와, 공기가 공급가능하도록 형성된다.

첨부된 도 1은 종래의 세퍼레이터 제조 방식을 도시한 도면이다.

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.

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.

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.

상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에는 접착층이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1,2 세퍼레이터의 제1,2 냉각유로는 부식액에 의해 부식되어 냉각유로가 형성되는 것이 바람직하다.

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.

상기와 같은 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

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.

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.

상기 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200) 사이에는 접착층(300)이 형성되도록 구성된다. 상기 접착층(300)은 에폭시 수지(epoxy resin)를 사용한다.

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.

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.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법에 따른 과정을 도면을 참조하여 설명한다.

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).

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.

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.

상기와 같이 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200)가 부착하게 되면 각각의 제1,2 냉각유로(110,210)가 냉각수가 유동가능한 공간을 형성하게 된다.

상기와 같이 세퍼레이터의 제조가 완료된 상태에서 스택에 설치하면 작업이 완료된다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

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.

Claims

연료전지 차량의 스택에 설치되어 반응가스를 공급하며 제1 냉각유로(110)가 형성된 금속판이 구비된 제1 세퍼레이터(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 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조.
제 1항에 있어서,

상기 제1 세퍼레이터(100)와 제2 세퍼레이터(200) 사이에는 접착층(300)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조.
제 1항에 있어서,

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.
제1 세퍼레이터의 상면에 금속판을 접착한 상태에서 냉각유로를 제외한 영역에 레지스트를 입히는 레지스트 단계(ST100);

상기 레지스트가 형성된 제1 세퍼레이터를 부식액에 침전시키는 침전단계(ST200);

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 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 세퍼레이터 제조방법.