KR101147547B1 - 연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법 - Google Patents

연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 절연층 및 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판(copper clad laminate), 동박에 형성되어, 막전극 접합체(MEA, membrane-electrode assembly)에 유체를 공급하는 채널(channel), 및 절연층 상에 적층되며 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판을 포함하는 연료 전지용 집전 플레이트가 제공된다. 이에 따르면, 일반적인 기판 제조 공정에 의해 용이하게 가공할 수 있는 동박적층판을 이용함으로써, 보다 적은 비용으로 집전 플레이트 및 연료 전지를 구현할 수 있다.
연료 전지, 집전, 동박적층판

Description

연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법{Current Collector Plate for Fuel Cell, Fuel Cell Having the Same and Method of Manufacturing Current Collector Plate for Fuel Cell }
본 발명은 연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법에 관한 것이다.
연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올 또는 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다
이러한 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 단위 전지의 적층에 의한 스택(stack) 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4 내지 10배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대 전원으로 주목받고 있다.
연료 전지의 대표적인 예로는 수소를 연료로 사용하는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와 연료로 메탄올을 사용하는 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)가 있다.
종래 기술에 따르면, 연료 전지의 막전극 접합체에서 생성된 전자를 모으기 위한 집전체로서 카본 플레이트(carbon plate) 또는 그라파이트(graphite) 등이 이용되었으나, 이러한 카본 플레이트와 그라파이트는 가격이 높아 연료 전지의 가격 대비 효용성을 떨어뜨리게 된다.
본 발명은, 보다 적은 비용으로 구현할 수 있는 연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 절연층 및 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판(copper clad laminate), 동박에 형성되어, 막전극 접합체(MEA, membrane-electrode assembly)에 유체를 공급하는 채널(channel), 및 절연층 상에 적층되며 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판을 포함하는 연료 전지용 집전 플레이트가 제공된다.
동박은 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 포함하며, 채널은 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트는, 동박적층판과 제1 절연 기판 사이에 개재되어 유체 주입구와 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 더 포함할 수 있다.
제2 절연 기판의 절연층 측 일면에는 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부가 형성되며, 제2 절연 기판에는 복수의 유체 분기 공간부와 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구가 형성될 수 있다.
제2 절연 기판에는 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성될 수 있다.
제1 절연 기판의 절연층 측 일면에는 채널을 커버하도록 유체 공급 공간부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 막전극 접합체, 및 막전극 접합체에 적층되는 집전 플레이트를 포함하며, 집전 플레이트는, 절연층 및 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판, 동박에 형성되어, 막전극 접합체에 유체를 공급하는 채널, 및 절연층 상에 적층되며 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판을 포함할 수 있다.
동박은 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 포함하며, 채널은 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트는, 동박적층판과 제1 절연 기판 사이에 개재되어 유체 주입구와 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 더 포함할 수 있다.
제2 절연 기판의 절연층 측 일면에는 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부가 형성되며, 제2 절연 기판에는 복수의 유체 분기 공간부와 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구가 형성될 수 있 다.
제2 절연 기판에는 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성될 수 있다.
제1 절연 기판의 절연층 측 일면에는 채널을 커버하도록 유체 공급 공간부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 절연층 및 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판을 제공하는 단계, 동박의 일부를 제거하여 막전극 접합체에 유체를 공급하는 채널을 형성하는 단계, 및 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판을 절연층 상에 적층하는 단계를 포함하는 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법이 제공된다.
연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법은, 채널을 형성하는 단계와 동시에, 동박의 다른 일부를 제거하여 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하며, 채널은 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법은, 제1 절연 기판을 적층하는 단계 이전에, 절연층에 유체 주입구와 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법은, 제2 절연 기판을 적층하는 단계 이전에, 제2 절연 기판의 절연층 측 일면에 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부를 형성하는 단계, 및 제2 절연 기판에 복수의 유체 분기 공간부와 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법은, 제2 절연 기판을 적층하는 단계 이전에, 제2 절연 기판에 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법은, 제1 절연 기판을 적층하는 단계 이전에, 제1 절연 기판의 절연층 측 일면에 채널을 커버하도록 유체 공급 공간부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적인 기판 제조 공정에 의해 용이하게 가공할 수 있는 동박적층판을 이용함으로써, 보다 적은 비용으로 집전 플레이트 및 연료 전지를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 전지용 집전 플레이트, 이를 구비한 연료 전지 및 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지(10)의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드, 캐소드, 전해질 막을 구비하는 막전극 접합체(140), 동박적층판(110), 제1 절연 기판(120) 및 제2 절연 기판(130)을 구비하는 집전 플레이트(100), 가스켓(150) 및 캡(160)을 포함하는 연료 전지(10)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 일반적인 기판 제조 공정에 의해 용이하게 가공할 수 있는 동박적층판(110)을 이용하여 채널(114) 및 집전 패턴(113)을 형성함으로써, 보다 적은 비용으로 집전 플레이트(100) 및 연료 전지(10)를 구현할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 연료 전지(10)의 각 구성에 대하여 설명한다.
막전극 접합체(140)는, 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산할 수 있고, 애노드 및 캐소드와, 이들 사이에 개재되는 전해질 막으로 이루어질 수 있다. 이하, 전해질 막, 애노드 및 캐소드에 대하여 상세히 설명한다.
전해질 막은, 애노드와 캐소드 사이에 개재되어 애노드의 산화 반응에 의하여 발생되는 수소 이온을 캐소드로 이동시킬 수 있으며, 고분자 물질이 이용될 수 있다.
또한, 애노드는, 전해질 막의 일면에 형성되며 수소 또는 메탄올과 같은 연료를 공급 받아 애노드의 촉매층에서 산화 반응을 일으켜 수소 이온과 전자를 발생 시킬 수 있고, 캐소드는, 전해질 막의 타면에 형성되며 산소 및 애노드에서 발생된 전자를 공급 받아 캐소드의 촉매층에서 환원 반응을 일으켜 산소 이온을 발생시킬 수 있다.
애노드 및 이와 대응되는 캐소드에서는 연료의 종류에 따라 다음의 화학식 1 또는 2과 같은 화학 반응이 일어나 전기 에너지를 발생시킬 수 있으며, 여기서, 화학식 1은 애노드에 공급되는 연료가 수소인 경우이며, 화학식 2는 애노드에 공급되는 연료가 메탄올인 경우를 제시한 것이다.
애노드: H2 -> 2H+ + 2e-
캐소드: O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O
전반응: 2H2 + O2 -> 2H2O
애노드: CH3OH + H2O -> CO2 + 6H+ + 6e-
캐소드: 1.5O2 + 6H+ + 6e- -> 3H2O
전반응: CH3OH + 1.5O2 -> CO2 + 2H2O
집전 플레이트(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동박적층판(110), 제1 절연 기판(120), 제2 절연 기판(130)으로 구성될 수 있으며, 막전극 접합체(140)의 일측, 예를 들어 애노드 측에 적층되어 전술한 바와 같이 애노드의 촉매층에서 일어나는 산화 반응에 의해 발생된 전자를 동박(112)을 통해 모으는 집전체로서의 기능을 수행할 수 있으며, 연료 전지(10)를 지지하는 엔드 플레이트로서의 기능도 수행할 수 있다.
그리고, 집전 플레이트(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동박(112)에 형성된 채널(114), 제2 절연 기판(130)에 형성된 유체 분기 공간부(132) 및 제1 절연 기판(120)에 형성된 유체 공급 공간부(122) 등에 의해 연료 등의 유체가 유동하기 위한 유로를 제공할 수 있다.
이러한 집전 플레이트(100)의 경우, 저가의 동박적층판(110)과, 저가의 프리프레그(prepreg) 등으로 이루어진 제1 절연 기판(120) 및 제2 절연 기판(130)으로 구성되며, 채널(114), 유체 공급 공간부(122) 및 유체 분기 공간부(132) 등 역시 비교적 저비용이 소요되는 일반적인 인쇄회로기판 제조 공정을 통해 형성될 수 있다. 이에 따라 결과적으로, 보다 적은 비용으로 집전 플레이트(100) 및 연료 전지(10)를 구현할 수 있어, 가격 대비 연료 전지(10)의 효용성을 향상시킬 수 있다.
집전 플레이트(100)의 보다 구체적인 구성에 대해서는, 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 집전 플레이트(100)의 일 실시예를 제시하는 부분에서 보다 구체적으로 후술하도록 한다.
캡(160)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(140)의 타측, 예를 들어 캐소드 측에 적층되어, 막전극 접합체(140)를 지지한다. 캡(160)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 관통홀(162)이 형성되어 있으므로, 캐소드에는 대류 현상 등에 의 해 공기가 공급될 수 있다.
가스켓(150)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(140)와 집전 플레이트(100) 사이, 및 막전극 접합체(140)와 캡(160) 사이에 각각 개재될 수 있다. 이러한 가스켓(150)은 막전극 접합체(140)의 애노드 및 캐소드에 각각 공급되는 연료 및 공기가 누출되지 않도록 막전극 접합체(140), 집전 플레이트(100) 및 캡(160)을 실링하는 기능을 수행하게 된다.
본 실시예의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 집전 플레이트(100)의 각 집전 패턴(113)마다 가스켓(150), 막전극 접합체(140) 및 캡(160)이 적층되어 연료 전지(10)가 구성되는 경우를 일 예로서 제시하였으나, 본 발명이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 요구되는 발생 전압의 크기에 따라 얼마든지 가스켓(150), 막전극 접합체(140) 및 캡(160)의 사이즈를 조절하고 각 집전 패턴(113) 간의 전기적 연결을 변경하여 다양한 직렬 또는 병렬 구조를 형성할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상술한 집전 플레이트(100)의 일 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 집전 플레이트(100)의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 나타낸 부분 확대도이다.
동박적층판(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(111) 및 절연층(111)에 형성된 동박(112)을 구비한다. 이러한 동박(112)은 상술한 바와 같이, 막전극 접합체(도 1의 140)에서 생성된 전자를 모으는 기능을 수행할 수 있으며, 이러한 동박(112)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(도 1의 140)에 유체를 공급하기 위한 유로로서 제공되는 채널(114)이 형성될 수 있다. 그리고 채널(114)의 단부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 절연 기판(130)의 유체 분기 공간부(132)와 연결되는 유입구(116)가 형성될 수 있다.
또한, 동박(112)의 표면에는 연료 등에 의한 동박(112)의 산화를 방지하기 위하여 니켈 및 금이 도금될 수 있다.
그리고 동박(112)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴(113)으로 이루어질 수 있으며, 채널(114)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 집전 패턴(113) 각각에 형성된 복수의 단위 채널(115)로 이루어 질 수 있다. 이러한 각 집전 패턴(113) 및 단위 채널(115)은 상술한 바와 같이, 복수의 막전극 접합체(도 1의 140)와 각각 결합되어 요구되는 전압의 크기에 따라 서로 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결되는 복수의 연료 전지 셀을 이룰 수 있다.
동박적층판(110)의 절연층(111) 측에는 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 또는 공기 등 유체의 유로를 제공하며 막전극 접합체(도 1의 140)의 지지체로서의 기능을 수행하는 제1 절연 기판(120) 및 제2 절연 기판(130)이 적층될 수 있다.
제1 절연 기판(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(111) 상에 적층되며 채널(114)과 연결되도록 유체 주입구(124)가 형성될 수 있다. 이러한 유체 주입구(124)는 제2 절연 기판(130)의 유체 분기구(134)를 통해 채널(114)과 연결될 수 있다.
제1 절연 기판(120)의 절연층(111) 측 일면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 채널(114)을 커버하도록 유체 공급 공간부(122)가 형성될 수 있다. 즉, 유체 공급 공간부(122)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 채널(115)을 모두 커버할 수 있는 넓이를 가지고 있으며, 이에 따라, 유체 주입구(124)를 통해 주입된 연료 또는 공기 등의 유체는 유체 공급 공간부(122) 내에 고루 분산된 후, 제2 절연 기판(130)의 유체 분기구(134)를 통해 유체 분기 공간부(132)로 유동될 수 있다.
제2 절연 기판(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 동박적층판(110)과 제1 절연 기판(120) 사이에 개재되어 유체 주입구(124)와 채널(114)을 연결할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 절연 기판(130)에는 유체 공급 공간부(122)와 연결되는 유체 분기구(134) 및 유체 분기 공간부(132)가 형성되어 있으므로, 이러한 유체 분기 공간부(132)와 연결되는 동박적층판(110)의 유입구(116)는 제1 절연 기판(120)의 유체 주입구(124)와 연결되어 유체 주입구(124)로부터 연료 또는 공기 등의 유체를 공급받을 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 절연 기판(130)의 절연층(111) 측 일면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 채널(115)을 일부분씩, 예를 들어, 4개씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부(132)가 형성될 수 있으며, 제2 절연 기판(130)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 유체 분기 공간부(132)와 유체 주입구(124)를 유체 공급 공간부(122)를 통해 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구(134)가 각각 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 절연 기판(130)에 복수의 유체 분기 공간부(132)가 형성됨으로써, 유체 공급 공간부(122)에 고루 분포된 유체는 각 유체 분기 공간부(132)의 저면마다 형성된 유체 분기구(134)를 통해 나누어 유동된다. 이렇게 각 유체 분기 공간부(132)로 나누어 유입된 유체는 각 단위 채널(115)로 고루 분산될 수 있으므로, 결과적으로 연료 전지(도 1의 10)의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
그리고 제2 절연 기판(130)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 막전극 접합체(도 1의 140)에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구(136)가 형성될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 막전극 접합체(도 1의 140)에서는 화학 반응에 따라 이산화탄소 또는 수증기의 가스가 배출된다. 따라서, 이러한 가스의 배출을 위해 제2 절연 기판(130)의 절연층(111) 측 일면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 배출구(136)가 형성된다.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 집전 플레이트(200) 제조 방법의 일 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 집전 플레이트(200) 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다. 도 5 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 집전 플레이트(200) 제조 방법 일 실시예의 각 공정을 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 동박적층판(210)을 제공하는 단계(S110), 동박(212)에 복수의 단위 채널(215) 및 복수의 집전 패턴(213)을 형성하는 단계(S120), 제2 절연 기판(230)에 복수의 유체 분기 공간부(232) 및 가스 배출구(236)를 형성하는 단계(S130), 제2 절연 기판(230)에 복수의 유체 분기구(234)를 형성하는 단계(S140), 제1 절연 기판(220)에 유체 공급 공간부(222)를 형성하는 단계(S150), 절연층(211)에 제2 절연 기판(230)을 적층하는 단계(S160), 및 절연층(211) 상에 제1 절연 기판(220)을 적층하는 단계(S170)를 포함하는 연료 전지용 집전 플레이트(200) 제조 방법이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 저가의 동박적층판(210), 제1 절연 기판(220) 및 제2 절연 기판(230)을 일반적인 기판 제조 공정에 의해 용이하게 가공하여, 채널(214) 및 집전 패턴(213) 등을 형성함으로써, 보다 적은 비용으로 집전 플레이트(200) 및 연료 전지를 구현할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여, 본 실시예의 각 공정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 절연층(211) 및 절연층(211)에 형성된 동박(212)을 구비하는 동박적층판(210)을 제공한다(S110). 여기서, 동박적층판(210)으로는, 절연층의 일면에만 동박이 형성되어 있는 단면 동박적층판을 이용할 수 있음은 물론이고, 절연층의 양면 모두에 동박이 형성되어 있는 양면 동박적층판의 어느 한 면의 동박을 에칭하여 제거한 동박적층판을 이용될 수도 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 동박(212)의 일부를 제거하여 복수의 단위 채널(도 3의 115)을 형성하고, 동박(212)의 다른 일부를 제거하여 복수의 집전 패턴(213)을 형성하며(S120), 동박적층판(210)에 유입구(216)를 형성한다. 즉, 동박(212)의 일부를 일반적인 인쇄회로기판 제조 공정인 포토리소그래피(photo-lithography) 및 에칭에 의해 제거하여, 하부의 절연층(211)이 노출되도록 함으로 써, 도 3에 도시된 바와 같이 잔존하는 동박(212)에 의해 구획되는 채널(도 3의 114)이 형성될 수 있다.
이 경우, 상술한 포토리소그래피 및 에칭 공정에 의해 동박(212)의 다른 일부도 함께 제거할 수 있으며, 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 이격되며 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴(213)이 형성될 수 있다.
그리고 유입구(도 3의 116)는 드릴 또는 레이저 등을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 집전 패턴(213) 상에는 산화 방지를 위한 니켈층 및 금층이 형성될 수도 있으며, 이러한 니켈층 및 금층은 ENIG 공법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 절연 기판(230)의 절연층(211) 측 일면에 복수의 유체 분기 공간부(232)를 형성하고, 제2 절연 기판(230)에 가스 배출구(236)를 형성하며(S130), 제2 절연 기판(230)에 복수의 유체 분기구(234)를 형성한다(S140).
예를 들어 프리프레그 등으로 이루어진 제2 절연 기판(230)의 일면에 라우터 또는 레이저 등에 의해 복수의 유체 분기 공간부(232) 및 가스 배출구(236)를 형성할 수 있다. 그리고 각 유체 분기 공간부(232)의 저면에는 드릴 또는 레이저 등을 이용하여 제1 절연 기판(220)의 유체 공급 공간부(222)와 연결되는 유체 분기구(234)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 절연 기판(220)의 절연층(211) 측 일면에 유체 공급 공간부(222)를 형성하고 제1 절연 기판(220)에 유체 주입구(224)를 형성한다(150).
제2 절연 기판(230)과 마찬가지로, 예를 들어 프리프레그 등으로 이루어진 제1 절연 기판(220)의 일면에 라우터 또는 레이저 등에 의해 유체 공급 공간부(222)를 형성할 수 있다. 그리고 유체 공급 공간부(222)의 저면에는 드릴 또는 레이저 등을 이용하여 외부로부터 연료 또는 공기 등의 유체를 공급받기 위한 유체 주입구(224)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 절연층(211)에 제2 절연 기판(230)을 적층하고(S160), 절연층(211) 상의 제1 절연 기판(220)에 제1 절연 기판(220)을 적층한다(S170).
본 공정은 상술한 공정에 의해 제작된 제1 절연 기판(220), 제2 절연 기판(230) 및 동박적층판(210)을 순차적으로 적층하는 공정으로, 제1 절연 기판(220), 제2 절연 기판(230) 및 동박적층판(210)을 한번에 적층 및 가압하여 이들을 결합시킬 수 있으며, 제1 절연 기판(220), 제2 절연 기판(230) 및 동박적층판(210)을 2개 층씩 개별적으로 결합시킬 수도 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 연료 전지의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따른 집전 플레이트의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 도 2의 A 부분을 나타낸 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 집전 플레이트 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 집전 플레이트 제조 방법 일 실시예의 각 공정을 나타낸 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 연료 전지
100: 집전 플레이트
110: 동박적층판
111: 절연층
112: 동박
113: 집전 패턴
114: 채널
115: 단위 채널
116: 유입구
120: 제1 절연 기판
122: 유체 공급 공간부
124: 유체 주입구
130: 제2 절연 기판
132: 유체 분기 공간부
134: 유체 분기구
136: 가스 배출구
140: 막전극 접합체
150: 가스켓
160: 캡
162: 관통홀

Claims (18)

  1. 절연층 및 상기 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판(copper clad laminate);
    상기 동박에 형성되어, 막전극 접합체(MEA, membrane-electrode assembly)에 유체를 공급하는 채널(channel);
    상기 절연층 상에 적층되며 상기 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판; 및
    상기 동박적층판과 상기 제1 절연 기판 사이에 개재되어 상기 유체 주입구와 상기 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 포함하고,
    상기 동박은 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 포함하며,
    상기 채널은 상기 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함하고,
    상기 제1 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에는 상기 복수의 단위 채널을 모두 커버하도록 유체 공급 공간부가 형성되며,
    상기 제2 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에는 상기 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부가 형성되고,
    상기 제2 절연 기판에는 상기 복수의 유체 분기 공간부와 상기 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 집전 플레이트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연 기판에는 상기 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 집전 플레이트.
  6. 삭제
  7. 화학 에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 막전극 접합체; 및
    상기 막전극 접합체에 적층되는 집전 플레이트를 포함하며,
    상기 집전 플레이트는,
    절연층 및 상기 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판;
    상기 동박에 형성되어, 상기 막전극 접합체에 유체를 공급하는 채널;
    상기 절연층 상에 적층되며 상기 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판; 및
    상기 동박적층판과 상기 제1 절연 기판 사이에 개재되어 상기 유체 주입구와 상기 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 포함하고,
    상기 동박은 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 포함하며,
    상기 채널은 상기 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함하고,
    상기 제1 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에는 상기 복수의 단위 채널을 모두 커버하도록 유체 공급 공간부가 형성되며,
    상기 제2 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에는 상기 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부가 형성되고,
    상기 제2 절연 기판에는 상기 복수의 유체 분기 공간부와 상기 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지(fuel cell).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 절연 기판에는 상기 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  12. 삭제
  13. 절연층 및 상기 절연층에 형성된 동박을 구비하는 동박적층판을 제공하는 단계;
    상기 동박의 일부를 제거하여 막전극 접합체에 유체를 공급하는 채널을 형성하는 단계; 및
    상기 채널과 연결되도록 유체 주입구가 형성된 제1 절연 기판을 상기 절연층 상에 적층하는 단계를 포함하고,
    상기 채널을 형성하는 단계와 동시에,
    상기 동박의 다른 일부를 제거하여 격자 구조로 배치된 복수의 집전 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 채널은 상기 복수의 집전 패턴 각각에 형성된 복수의 단위 채널을 포함하고,
    상기 제1 절연 기판을 적층하는 단계 이전에,
    상기 제1 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에 상기 복수의 단위 채널을 모두 커버하도록 유체 공급 공간부를 형성하는 단계;
    상기 절연층에 상기 유체 주입구와 상기 채널을 연결하는 제2 절연 기판을 적층하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 절연 기판을 적층하는 단계 이전에,
    상기 제2 절연 기판의 상기 절연층 측 일면에 상기 복수의 단위 채널을 일부분씩 나누어 커버하도록 복수의 유체 분기 공간부를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 절연 기판에 상기 복수의 유체 분기 공간부와 상기 유체 주입구를 각각 연결시키는 복수의 유체 분기구를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 절연 기판을 적층하는 단계 이전에,
    상기 제2 절연 기판에 상기 막전극 접합체에서 생성된 가스를 배출하는 가스 배출구를 형성하는 단계를 더 포함하는 연료 전지용 집전 플레이트 제조 방법.
  18. 삭제
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