KR101343223B1 - Separator for fuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR101343223B1 KR1020120029348A KR20120029348A KR101343223B1 KR 101343223 B1 KR101343223 B1 KR 101343223B1 KR 1020120029348 A KR1020120029348 A KR 1020120029348A KR 20120029348 A KR20120029348 A KR 20120029348A KR 101343223 B1 KR101343223 B1 KR 101343223B1
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Abstract

본 발명의 실시예는 연료 전지용 분리판에 관한 것으로서, 일면 및 타면을 갖고, 일면 및 타면을 관통하는 비아홀이 형성된 베이스 절연기판; 및 비아홀을 포함하여 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴이 형성된 전도성 채널부;를 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention relates to a separator for a fuel cell, comprising: a base insulating substrate having one side and the other side and having a via hole penetrating through one side and the other side; And conductive channels formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate, including via holes, and having flow path patterns formed therein for gas flow.

Description

연료 전지용 분리판 및 그 제조방법{SEPARATOR FOR FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Separator for fuel cell and its manufacturing method {SEPARATOR FOR FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 연료 전지용 분리판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a separator for a fuel cell and a method of manufacturing the same.

연료전지 스택의 구성요소는 일반적으로 전극과 전해질로 구성된 단위전지와 분리판을 포함한다. 단위전지는 수소와 산소를 이용해 전기를 생산하는 역할을 하고, 분리판은 수소와 산소의 기체 혼합을 방지하고 단위전지 간 전류를 통하게 하는 역할을 수행한다.The components of the fuel cell stack generally include a unit cell and a separator plate composed of an electrode and an electrolyte. The unit cell serves to produce electricity using hydrogen and oxygen, and the separator serves to prevent gas mixing of hydrogen and oxygen and to pass current between the unit cells.

연료전지의 여러 종류 중 고분자 전해질 연료전지와 같이 저온작동형 연료전지는 분리판으로서 그라파이트(Graphite), 수지 및 카본 혼합재료, 또는 스테인리스강으로 이루어진다.Among various kinds of fuel cells, low-temperature operation fuel cells, such as polymer electrolyte fuel cells, are composed of graphite, resin and carbon mixed materials, or stainless steel as separators.

문헌 1에서 도시하는 바와 같이, 분리판은 하나의 재질 또는 다양한 재질의 조합으로 이루어진 재질로 구성 전체를 동일 재료로 형성하기 때문에, 압축성형 또는 3D 가공으로 제조해야 한다.
As shown in Document 1, the separator is made of one material or a combination of various materials, so that the whole structure is formed of the same material, and thus, the separator should be manufactured by compression molding or 3D processing.

[문헌 1] US 2011-0027695 A 2011. 2. 3
[Document 1] US 2011-0027695 A February 3, 2011

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 영역별로 서로 다른 재질로 이루어진 연료 전지용 분리판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
The present invention is to solve the above problems of the prior art, an aspect of the present invention is to provide a fuel cell separator plate and a method for manufacturing the same made of different materials for each region.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판은 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면을 관통하는 비아홀이 형성된 베이스 절연기판; 및A separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a base insulating substrate having one side and the other side, and a via hole penetrating the one side and the other side; And

상기 비아홀을 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴이 형성된 전도성 채널부;를 포함할 수 있다.And a conductive channel part formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate including the via hole and having a flow path pattern for gas flow.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성될 수 있다.The via hole of the separator plate for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention may be formed in an edge region based on a length direction of the base insulating substrate.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성될 수 있다.The flow path pattern of the conductive channel portion of the separator plate for fuel cells according to the embodiment of the present invention may be formed to expose the base insulating substrate.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함할 수 있다.The base insulating substrate of the separator plate for fuel cell according to the embodiment of the present invention may include a cooling passage formed at the center of the thickness direction.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 베이스 절연기판은 에폭시 및 프리프레그를 비롯한 폴리머, 유리 재질 또는 이들의 결합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The base insulating substrate of the separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may be selected from the group consisting of a polymer, a glass material, or a combination thereof, including epoxy and prepreg.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 전도성 채널부는 스테인리스강, 구리 또는 니켈로 이루어질 수 있다.The conductive channel portion of the separator for fuel cell according to the embodiment of the present invention may be made of stainless steel, copper or nickel.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판은 상기 전도성 채널부 상에 형성된 표면 처리층;을 더 포함할 수 있다.The separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include a surface treatment layer formed on the conductive channel portion.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 표면 처리층은 금(Au) 및 백금(Pt)을 비롯한 귀금속 재질 또는 LaCrO3을 비롯한 페로브스카이트계 재질로 이루어질 수 있다.
The surface treatment layer of the separator plate for a fuel cell according to the embodiment of the present invention may be made of a precious metal material including gold (Au) and platinum (Pt) or a perovskite-based material including LaCrO 3 .

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판은 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면을 관통하는 비아홀이 형성된 베이스 절연기판;According to another aspect of the present invention, there is provided a separator plate for a fuel cell, the base insulating substrate having one side and the other side and having a via hole penetrating the one side and the other side;

상기 비아홀을 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴이 형성된 전도성 채널부; 및A conductive channel part formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate including the via hole and having a flow path pattern for gas flow; And

상기 전도성 채널부 상에 상기 전도성 채널부의 테두리를 따라 형성된 절연부재;를 포함하고, 상기 베이스 절연기판, 전도성 채널부 및 절연부재를 관통하는 홀 형태로 형성되되, 상기 유로패턴과 연결되어 상기 기체를 공급하는 매니폴드가 형성될 수 있다.And an insulating member formed along the edge of the conductive channel portion on the conductive channel portion, and formed in the shape of a hole penetrating the base insulating substrate, the conductive channel portion, and the insulating member. A supplying manifold can be formed.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성될 수 있다.The via hole of the separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention may be formed in an edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성될 수 있다.The flow path pattern of the conductive channel portion of the separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention may be formed to expose the base insulating substrate.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함할 수 있다.The base insulating substrate of the separator for fuel cell according to another embodiment of the present invention may include a cooling passage formed in the center of the thickness direction.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 상기 절연부재는 광경화수지, 열경화수지 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
The insulating member of the separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention may be made of a photocurable resin, a thermosetting resin, or a combination thereof.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 제조방법은 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면에 제1 전도성 부재가 형성된 베이스 절연기판을 준비하는 단계; 상기 제1 전도성 부재를 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀에 상기 제1 전도성 부재와 일체형으로 제2 전도성 부재를 형성하는 단계; 및 상기 제1 전도성 부재에 기체 유동을 위한 유로패턴을 형성하여 전도성 채널부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a separator for a fuel cell, the method including: preparing a base insulating substrate having one surface and another surface and having a first conductive member formed on the one surface and the other surface; Forming a via hole penetrating through one surface and the other surface of the base insulating substrate including the first conductive member; Forming a second conductive member integrally with the first conductive member in the via hole; And forming a conductive channel part by forming a flow path pattern for gas flow in the first conductive member.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 제조방법의 상기 전도성 채널부를 형성하는 단계는,Forming the conductive channel portion of the method for manufacturing a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention,

상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성된 제1 전도성 부재 상에 에칭 레지스트를 형성하는 단계; 및 상기 에칭 레지스트의 패턴에 따라 상기 제1 전도성 부재를 에칭하여 상기 유로 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.Forming an etching resist on the first conductive member formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate; And etching the first conductive member according to the pattern of the etching resist to form the flow path pattern.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 제조방법의 상기 전도성 채널부를 형성하는 단계에서, 상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성될 수 있다.In the forming of the conductive channel portion of the method of manufacturing a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, the flow channel pattern of the conductive channel portion may be formed to expose the base insulating substrate.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 제조방법의 상기 비아홀을 형성하는 단계에서, 상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성할 수 있다.In the forming of the via hole of the method of manufacturing a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, the via hole may be formed in an edge region based on a length direction of the base insulating substrate.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 제조방법의 상기 베이스 절연기판을 준비하는 단계에서, 상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함할 수 있다.
In the preparing of the base insulating substrate of the method of manufacturing a separator for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, the base insulating substrate may include a cooling passage formed in the center of the thickness direction.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 분리판 및 그 제조방법은 영역별로 전도성 재질과 비전도성 재질을 이용하여 연료 전지용 분리판을 제조하기 때문에, 가공 절차를 단순화시킬 수 있다는 것이다.The separator for a fuel cell and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention manufacture a fuel cell separator using a conductive material and a non-conductive material for each region, thereby simplifying a processing procedure.

또한, 본 발명의 실시예는 연료 전지용 분리판에 매니폴드를 일체형으로 구현하여 매니폴드를 별도로 구현하지 않기 때문에, 연료 전지용 분리판을 소형화시킬 수 있다는 것이다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, since the manifold is not integrally implemented by integrally implementing the manifold on the separator for fuel cell, the separator for the fuel cell can be miniaturized.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 분리판의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 연료 전지용 분리판의 구성을 나타내는 평면도.
도 3은 도 2의 연료 전지용 분리판에 단위전지를 장착한 구성을 나타내는 단면도.
도 4는 도 3의 단위전지가 장착된 연료 전지용 분리판의 평면도.
도 5는 도 3의 단위전지가 장착된 연료 전지용 분리판의 분해 사시도.
도 6 내지 도 10은 도 1의 연료 전지용 분리판의 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도.1 is a cross-sectional view showing a configuration of a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing a configuration of a separator plate for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which a unit cell is mounted on the separator plate for fuel cell of FIG. 2.
4 is a plan view of a separator for a fuel cell equipped with a unit cell of FIG. 3.
5 is an exploded perspective view of a separator plate for a fuel cell equipped with a unit cell of FIG. 3;
6 to 10 are cross-sectional views of the manufacturing process for explaining the method for manufacturing the separator for fuel cell of FIG. 1.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. In this specification, the terms first, second, etc. are used to distinguish one element from another, and the element is not limited by the terms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

연료 전지용 분리판-제1 Separator for Fuel Cell-First 실시예Example

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 분리판의 구성을 나타내는 단면도이다.
1 is a cross-sectional view showing the configuration of a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 연료 전지용 분리판(100)은 일면 및 타면을 갖고, 일면 및 타면을 관통하는 비아홀(도 7의 111)이 형성된 베이스 절연기판(110) 및 비아홀을 포함하여 베이스 절연기판(110)의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴(131a, 131b)이 형성된 전도성 채널부(130, 130a, 130b; 이하 참조번호는 130이라 하기로 함)를 포함할 수 있다.
As shown in FIG. 1, the separator 100 for fuel cell has a base insulation substrate 110 and a via hole having one side and the other side, and having a via hole (111 of FIG. 7) formed therethrough. It may be formed on one surface and the other surface of the substrate 110, and may include conductive channel portions 130, 130a, 130b (hereinafter referred to as 130) formed with the flow path patterns (131a, 131b) for gas flow .

여기에서, 비아홀은 베이스 절연기판(110)의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성될 수 있다.Here, the via hole may be formed in the edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate 110.

보다 상세히 설명하면, 비아홀은 이후 양면에 형성된 전도성 채널부(130) 간의 전기적 연결을 위해 전도성 재질로 채워지는 영역으로, 기체 유동을 위한 유로패턴(131a, 131b)의 경로를 방해하지 않기 위해 베이스 절연기판(110)의 테두리 영역에 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In more detail, the via hole is a region filled with a conductive material for electrical connection between the conductive channel portions 130 formed on both surfaces thereof, and the base insulation does not interfere with the path of the flow path patterns 131a and 131b for gas flow. It may be formed in the edge region of the substrate 110, but is not limited thereto.

또한, 전도성 채널부(130)의 유로패턴(131a, 131b)은 베이스 절연기판(110)을 노출시키도록 형성될 수 있다.In addition, the flow path patterns 131a and 131b of the conductive channel part 130 may be formed to expose the base insulating substrate 110.

또한, 베이스 절연기판(110)은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로(115)를 포함할 수 있다.In addition, the base insulating substrate 110 may include a cooling passage 115 formed at the center of the thickness direction.

상기 냉각 유로(115)는 냉각수, 냉매 등이 이동하기 위한 경로로, 연료전지로부터 발생하는 열을 효율적으로 제거하는 역할을 수행할 수 있다.The cooling passage 115 is a path for the movement of the cooling water, the refrigerant, and the like, and may efficiently remove heat generated from the fuel cell.

또한, 베이스 절연기판(110)은 에폭시 및 프리프레그를 비롯한 폴리머, 유리 재질 또는 이들의 결합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In addition, the base insulating substrate 110 may be selected from the group consisting of a polymer, a glass material, or a combination thereof, including epoxy and prepreg.

또한, 전도성 채널부(130)는 스테인리스강, 구리 또는 니켈로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
In addition, the conductive channel portion 130 may be made of stainless steel, copper or nickel, but is not limited thereto.

도시하지 않았지만, 연료 전지용 분리판(100)은 전도성 채널부(130) 상에 형성된 표면 처리층을 더 포함할 수 있다.Although not shown, the separator plate 100 for the fuel cell may further include a surface treatment layer formed on the conductive channel portion 130.

상기 표면 처리층은 금(Au) 및 백금(Pt)을 비롯한 귀금속 재질 또는 LaCrO3을 비롯한 페로브스카이트계 재질로 이루어질 수 있다.The surface treatment layer may be made of a precious metal material including gold (Au) and platinum (Pt) or a perovskite-based material including LaCrO 3 .

상술한 표면 처리층은 전도성 채널부(130)의 내식성을 향상시킬 수 있다.
The surface treatment layer described above may improve the corrosion resistance of the conductive channel portion 130.

본 발명에 의한 연료 전지용 분리판(100)은 베이스 절연기판(110) 및 전도성 채널부(130)와 같이 종래의 동일 재료로 일체형으로 구성된 연료 전지용 분리판이 아닌 이종 재료로 각각의 구성을 제조하기 때문에, 압축성형이나 3D 가공과 같이 고가의 공정 대신 저가의 화학 공정(예를 들어, 에칭, 노광, 현상 등)으로 대체할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.The separator plate 100 for a fuel cell according to the present invention includes a separator plate for a fuel cell, which is integrally formed of the same material as the conventional material, such as the base insulating substrate 110 and the conductive channel unit 130. Since each component is manufactured from different materials, it can be expected to substitute an inexpensive chemical process (eg, etching, exposure, development, etc.) instead of expensive processes such as compression molding or 3D processing.

또한, 본 발명의 연료 전지용 분리판(100)은 화학 공정을 통해 제조하는 것이 가능하기 때문에, 압축성형 또는 3D 가공에 비해 특정 부위 변형에 대해 대처할 수 있는 능력이 향상될 수 있으며, 이로 인해, 연료 전지용 분리판의 디자인 설계 자유도도 향상될 수 있다.
In addition, since the separator 100 for the fuel cell of the present invention can be manufactured through a chemical process, the ability to cope with specific site deformation can be improved as compared to compression molding or 3D processing, and thus, fuel The design freedom of design of the battery separator may also be improved.

연료 전지용 분리판-제2 Separator for fuel cells-second 실시예Example

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 연료 전지용 분리판의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 2의 연료 전지용 분리판에 단위전지를 장착한 구성을 나타내는 단면도이며, 도 4는 도 3의 단위전지가 장착된 연료 전지용 분리판의 평면도이고, 도 5는 도 3의 단위전지가 장착된 연료 전지용 분리판의 분해 사시도이다.2 is a plan view illustrating a configuration of a fuel cell separator according to another embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a unit cell is mounted on the separator plate for fuel cells of FIG. 2, and FIG. 5 is a plan view of a separator plate for a fuel cell equipped with a unit cell, and FIG. 5 is an exploded perspective view of the separator plate for a fuel cell equipped with the unit cell of FIG. 3.

다만, 제2 실시예에 대한 구성 중 제1 실시예의 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 상이한 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
However, a description of the same configuration as the configuration of the first embodiment out of the configurations of the second embodiment will be omitted, and only different parts will be described.

도 3은 도 2의 연료 전지용 분리판(100)에 연료전지(170)를 장착한 후, A-A' 기준선으로 절단한 단면도로서, 연료 전지용 분리판(100)은 일면 및 타면을 갖고, 일면 및 타면을 관통하는 비아홀(도 7의 111)이 형성된 베이스 절연기판(110), 비아홀을 포함하여 베이스 절연기판(110)의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴(131a, 131b)이 형성된 전도성 채널부(130, 130a, 130b; 이하 참조번호는 130이라 하기로 함) 및 전도성 채널부(130) 상에 전도성 채널부(130)의 테두리를 따라 형성된 절연부재(150, 150a, 150b; 이하 참조번호는 150이라 하기로 함)를 포함할 수 있다.
3 is a cross-sectional view taken along the AA ′ reference line after the fuel cell 170 is mounted on the fuel cell separator 100 of FIG. 2. The fuel cell separator plate 100 has one side and the other side, and one side and the other side. A base insulating substrate 110 having a via hole (111 of FIG. 7) formed therethrough is formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate 110 including via holes, and flow path patterns 131a and 131b for gas flow are formed. Insulating members 150, 150a, and 150b formed on the conductive channel portions 130, 130a, and 130b (hereinafter, referred to as 130) and on the conductive channel portion 130 along the edge of the conductive channel portion 130. Reference numeral 150 may be referred to).

상기 연료 전지용 분리판(100)은 베이스 절연기판(110), 전도성 채널부(130) 및 절연부재(150)를 관통하는 홀 형태로 형성되되, 상기 유로패턴(131a, 131b)과 연결되어 기체를 공급하는 매니폴드(manifold)(191, 193)가 형성될 수 있다.The separation plate 100 for the fuel cell is formed in a hole shape penetrating through the base insulating substrate 110, the conductive channel portion 130, and the insulating member 150, and is connected to the flow path patterns 131a and 131b to supply gas. Feeding manifolds 191 and 193 may be formed.

도 3 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 연료 전지용 분리판(100)은 130a, 130b의 전도성 채널부 각각에 유로패턴 131a, 131b을 형성하여 산소와 수소가 흐를 수 있도록 구성하는 것이다.As shown in FIG. 3 and FIG. 5, the separator 100 for fuel cell is configured to allow flow of oxygen and hydrogen by forming flow path patterns 131a and 131b in the conductive channel portions 130a and 130b, respectively.

이때, 매니폴드(191, 193)는 산소와 수소를 공급하기 위한 입구이거나, 또는 배출하기 위한 출구 역할을 수행하는 것이다.In this case, the manifolds 191 and 193 serve as inlets for supplying oxygen and hydrogen, or serve as outlets for discharging.

본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 분리판(100)은 매니폴드(191, 193)가 일체형으로 구현되기 때문에, 모듈을 소형화시킬 수 있다.In the fuel cell separator 100 according to the embodiment of the present invention, since the manifolds 191 and 193 are integrally implemented, the module can be miniaturized.

또한, 매니폴드(191, 193)의 최외면에 해당하는 영역이 절연부재(150)로 구성되어 있기 때문에, 다수의 연료 전지용 분리판 및 단위전지를 스택킹(stacking) 하는 경우, 각각의 구성들 간의 절연문제를 별도로 고려하지 않는다는 점으로 인해 모듈의 간소화 및 소형화를 이룰 수 있다.In addition, since regions corresponding to the outermost surfaces of the manifolds 191 and 193 are formed of the insulating member 150, when stacking a plurality of fuel cell separator plates and unit cells, respective configurations are provided. Due to the fact that the insulation problem is not considered separately, the module can be simplified and miniaturized.

도 4에서 도시하는 바와 같이, 연료 전지용 분리판(100)은 도 5의 각각의 구성이 결합된 상태에서 유로패턴(131a, 131b) 상에 도 3의 단위전지(170)가 장착되는 것이다. 이때, 단위전지(170)는 볼트와 같은 결합부재를 통해 연료 전지용 분리판(100)에 장착되며, 이에 한정되지 않는다.
As shown in FIG. 4, the unit cell 170 of FIG. 3 is mounted on the flow path patterns 131a and 131b in a state in which the respective components of FIG. 5 are combined. In this case, the unit cell 170 is mounted to the separator plate 100 for the fuel cell through a coupling member such as a bolt, but is not limited thereto.

한편, 비아홀은 베이스 절연기판(110)의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성될 수 있다.Meanwhile, the via hole may be formed in an edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate 110.

보다 상세히 설명하면, 비아홀은 이후 양면에 형성된 전도성 채널부(130) 간의 전기적 연결을 위해 전도성 재질로 채워지는 영역으로, 기체 유동을 위한 유로패턴의 경로를 방해하지 않기 위해 베이스 절연기판(110)의 테두리 영역에 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In more detail, the via hole is a region filled with a conductive material for electrical connection between the conductive channel portions 130 formed on both surfaces thereof. The via hole of the base insulating substrate 110 is disposed so as not to disturb the path of the flow path pattern for gas flow. It may be formed in the border region, but is not limited thereto.

또한, 전도성 채널부(130)의 유로패턴(131a, 131b)은 베이스 절연기판(110)을 노출시키도록 형성될 수 있다.In addition, the flow path patterns 131a and 131b of the conductive channel part 130 may be formed to expose the base insulating substrate 110.

또한, 베이스 절연기판(110)은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로(115)를 포함할 수 있다.In addition, the base insulating substrate 110 may include a cooling passage 115 formed at the center of the thickness direction.

상기 냉각 유로(115)는 냉각수, 냉매 등이 이동하기 위한 경로로, 연료전지로부터 발생하는 열을 효율적으로 제거하는 역할을 수행할 수 있다.The cooling passage 115 is a path for the movement of the cooling water, the refrigerant, and the like, and may efficiently remove heat generated from the fuel cell.

또한, 베이스 절연기판(110)은 에폭시 및 프리프레그를 비롯한 폴리머, 유리 재질 또는 이들의 결합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In addition, the base insulating substrate 110 may be selected from the group consisting of a polymer, a glass material, or a combination thereof, including epoxy and prepreg.

또한, 절연부재(150)는 광경화수지, 열경화수지 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
In addition, the insulating member 150 may be formed of a photocurable resin, a thermosetting resin, or a combination thereof, but is not limited thereto.

또한, 전도성 채널부(130)는 스테인리스강, 구리 또는 니켈로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In addition, the conductive channel portion 130 may be made of stainless steel, copper or nickel, but is not limited thereto.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 전도성 채널부(130)가 모두 금속 재질로 이루어졌기 때문에 단위전지(170)와 접촉하는 금속 면적이 증가하고, 상대적으로 면적 대비 저항이 줄어 집전성능이 향상될 수 있다. 이때, 유로패턴(131a, 131b)을 통한 기체의 유동성은 그대로 유지할 수 있기 때문에, 연료 전지용 분리판을 비롯하여 연료 전지용 분리판이 적용될 연료 전지 모듈의 소형화를 이룰 수 있는 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지용 분리판(100)은 분리판의 성능을 유지하면서 모듈의 소형화가 가능한 것이다.
As shown in FIG. 3, in the embodiment of the present invention, since all of the conductive channel parts 130 are made of a metal material, the metal area in contact with the unit cell 170 increases, and the resistance to the area decreases, so that current collection is performed. Performance can be improved. In this case, since the fluidity of the gas through the flow path patterns 131a and 131b can be maintained as it is, the fuel cell module to which the fuel cell separator plate is applied, including the fuel cell separator plate, can be miniaturized. That is, the fuel cell separator 100 according to the embodiment of the present invention is capable of miniaturizing the module while maintaining the performance of the separator plate.

도시하지 않았지만, 연료 전지용 분리판(100)은 전도성 채널부(130) 상에 형성된 표면 처리층을 더 포함할 수 있다. Although not shown, the separator plate 100 for the fuel cell may further include a surface treatment layer formed on the conductive channel portion 130.

상기 표면 처리층은 금(Au) 및 백금(Pt)을 비롯한 귀금속 재질 또는 LaCrO3을 비롯한 페로브스카이트계 재질로 이루어질 수 있다.
The surface treatment layer may be made of a precious metal material including gold (Au) and platinum (Pt) or a perovskite-based material including LaCrO 3 .

연료 전지용 분리판의 제조방법Manufacturing Method of Separator for Fuel Cell

도 6 내지 도 10은 도 1의 연료 전지용 분리판의 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.
6 to 10 are cross-sectional views of a manufacturing process for explaining a method of manufacturing the separator for fuel cell of FIG. 1.

우선, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 연료 전지용 분리판(100)은 일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면에 제1 전도성 부재(133)가 형성된 베이스 절연기판(110)을 준비할 수 있다. First, as shown in FIG. 6, the separator plate 100 for fuel cell may have a base insulating substrate 110 having one surface and the other surface and the first conductive member 133 formed on the one surface and the other surface.

이때, 베이스 절연기판(110)은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로(115)를 포함할 수 있다. 상기 냉각 유로(115)는 냉각수, 냉매 등이 이동하는 경로로 연료전지로부터 발생하는 열을 신속하게 방출시키는 역할을 수행할 수 있다.
In this case, the base insulating substrate 110 may include a cooling passage 115 formed in the center of the thickness direction. The cooling passage 115 may play a role of rapidly dissipating heat generated from a fuel cell in a path through which cooling water and a refrigerant move.

다음, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 제1 전도성 부재(133)를 포함하여 베이스 절연기판(110)의 일면 및 타면을 관통하는 비아홀(111)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 7, the via hole 111 penetrating one surface and the other surface of the base insulating substrate 110 may be formed by including the first conductive member 133.

이때, 비아홀은 YAG 레이저, CO2 레이저 등의 레이저 드릴을 이용한 방법과 CNC 드릴 등의 기계 드릴을 이용하는 방식이 사용될 수 있다.In this case, the via hole may be a method using a laser drill such as a YAG laser, a CO2 laser, or a mechanical drill such as a CNC drill.

또한, 상기 비아홀은 베이스 절연기판(110)의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성될 수 있다.
In addition, the via hole may be formed in an edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate 110.

다음, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 비아홀(111)에 상기 제1 전도성 부재(133)와 일체형으로 제2 전도성 부재(135)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 8, the second conductive member 135 may be integrally formed with the first conductive member 133 in the via hole 111.

이때, 제2 전도성 부재(135)는 도금(plating) 공정을 통해 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In this case, the second conductive member 135 may be formed through a plating process, but is not limited thereto.

다음, 도 9 및 도 10에서 도시하는 바와 같이, 제1 전도성 부재(133)에 기체 유동을 위한 유로패턴(131a, 131b)을 형성하여 전도성 채널부(130)를 형성할 수 있다.Next, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the conductive channel portions 130 may be formed by forming flow path patterns 131a and 131b for the gas flow in the first conductive member 133.

상기 전도성 채널부(130)를 형성하는 단계는, 베이스 절연기판(110)의 일면 및 타면에 형성된 제1 전도성 부재(133) 상에 드라이 필름과 같은 에칭 레지스트(180)를 형성하는 단계 및 에칭 레지스트(180)의 패턴에 따라 상기 제1 전도성 부재(133)를 에칭하여 유로 패턴(131a, 131b)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the conductive channel portion 130 may include forming an etching resist 180 such as a dry film on the first conductive member 133 formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate 110 and the etching resist. Etching the first conductive member 133 according to the pattern of 180 to form flow path patterns 131a and 131b.

이때, 에칭 레지스트(180)의 패터닝은 노광 및 현상을 통해 수행할 수 있다.In this case, patterning of the etching resist 180 may be performed through exposure and development.

한편, 전도성 채널부(130)를 제조하는 공정은 상술한 공정에 한정되지 않는다.
On the other hand, the process of manufacturing the conductive channel portion 130 is not limited to the above-described process.

또한, 전도성 채널부(130)의 유로패턴(131a, 131b)은 베이스 절연기판(110)을 노출시키도록 형성될 수 있다.
In addition, the flow path patterns 131a and 131b of the conductive channel part 130 may be formed to expose the base insulating substrate 110.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 연료 전지용 분리판
110 : 베이스 절연기판
115 : 냉각 유로
130, 130a, 130b : 전도성 채널부
131a, 131b : 유로 패턴
150, 150a, 150b : 절연부재
170 : 단위전지
180 : 에칭 레지스트
191, 193 : 매니폴드 100: separator for fuel cell
110: base insulation substrate
115: cooling passage
130, 130a, 130b: conductive channel portion
131a and 131b: Euro Pattern
150, 150a, 150b: insulation member
170: unit cell
180: etching resist
191, 193: Manifold

Claims (18)

일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면을 관통하는 비아홀이 형성된 베이스 절연기판; 및
상기 비아홀을 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴이 형성된 전도성 채널부;
를 포함하는 연료 전지용 분리판.
A base insulating substrate having one side and the other side and having via holes penetrating through the one side and the other side; And
A conductive channel part formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate including the via hole and having a flow path pattern for gas flow;
Separation plate for a fuel cell comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The via hole is a separator for a fuel cell, characterized in that formed in the edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The flow path pattern of the conductive channel portion is a separator for a fuel cell, characterized in that formed to expose the base insulating substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The base insulating substrate is a fuel cell separator, characterized in that it comprises a cooling passage formed in the center on the basis of the thickness direction.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 절연기판은 에폭시 및 프리프레그를 비롯한 폴리머, 유리 재질 또는 이들의 결합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The base insulating substrate is a separator for a fuel cell, characterized in that selected from the group consisting of a polymer, a glass material or a combination thereof, including epoxy and prepreg.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 채널부는 스테인리스강, 구리 또는 니켈로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판
The method according to claim 1,
Separation plate for a fuel cell, characterized in that the conductive channel portion made of stainless steel, copper or nickel
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 채널부 상에 형성된 표면 처리층;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method according to claim 1,
A surface treatment layer formed on the conductive channel portion;
Separation plate for a fuel cell further comprises.
청구항 7에 있어서,
상기 표면 처리층은 금(Au) 및 백금(Pt)을 비롯한 귀금속 재질 또는 LaCrO3을 비롯한 페로브스카이트계 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method of claim 7,
The surface treatment layer is a fuel cell separator, characterized in that made of a noble metal material including gold (Au) and platinum (Pt) or a perovskite-based material including LaCrO 3 .
일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면을 관통하는 비아홀이 형성된 베이스 절연기판;
상기 비아홀을 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성되되, 기체 유동을 위한 유로패턴이 형성된 전도성 채널부; 및
상기 전도성 채널부 상에 상기 전도성 채널부의 테두리를 따라 형성된 절연부재;
를 포함하고, 상기 베이스 절연기판, 전도성 채널부 및 절연부재를 관통하는 홀 형태로 형성되되, 상기 유로패턴과 연결되어 상기 기체를 공급하는 매니폴드가 형성된 연료 전지용 분리판.
A base insulating substrate having one side and the other side and having via holes penetrating through the one side and the other side;
A conductive channel part formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate including the via hole and having a flow path pattern for gas flow; And
An insulating member formed along the edge of the conductive channel portion on the conductive channel portion;
And a hole formed through the base insulating substrate, the conductive channel portion, and the insulating member, the manifold being connected to the flow path pattern to supply the gas.
청구항 9에 있어서,
상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method of claim 9,
The via hole is a separator for a fuel cell, characterized in that formed in the edge region based on the longitudinal direction of the base insulating substrate.
청구항 9에 있어서,
상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method of claim 9,
The flow path pattern of the conductive channel portion is a separator for a fuel cell, characterized in that formed to expose the base insulating substrate.
청구항 9에 있어서,
상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method of claim 9,
The base insulating substrate is a fuel cell separator, characterized in that it comprises a cooling passage formed in the center on the basis of the thickness direction.
청구항 9에 있어서,
상기 절연부재는 광경화수지, 열경화수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판.
The method of claim 9,
The insulating member is a fuel cell separator, characterized in that made of a photo-curing resin, thermosetting resin or a combination thereof.
일면 및 타면을 갖고, 상기 일면 및 타면에 제1 전도성 부재가 형성된 베이스 절연기판을 준비하는 단계;
상기 제1 전도성 부재를 포함하여 상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계;
상기 비아홀에 상기 제1 전도성 부재와 일체형으로 제2 전도성 부재를 형성하는 단계; 및
상기 제1 전도성 부재에 기체 유동을 위한 유로패턴을 형성하여 전도성 채널부를 형성하는 단계;
를 포함하는 연료 전지용 분리판의 제조방법.
Preparing a base insulating substrate having one side and the other side and having a first conductive member formed on the one side and the other side;
Forming a via hole penetrating through one surface and the other surface of the base insulating substrate including the first conductive member;
Forming a second conductive member integrally with the first conductive member in the via hole; And
Forming a conductive channel part by forming a flow path pattern for gas flow in the first conductive member;
Method of manufacturing a separator for a fuel cell comprising a.
청구항 14에 있어서,
상기 전도성 채널부를 형성하는 단계는,
상기 베이스 절연기판의 일면 및 타면에 형성된 제1 전도성 부재 상에 에칭 레지스트를 형성하는 단계; 및
상기 에칭 레지스트의 패턴에 따라 상기 제1 전도성 부재를 에칭하여 상기 유로 패턴을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판의 제조방법.
The method according to claim 14,
Forming the conductive channel portion,
Forming an etching resist on the first conductive member formed on one surface and the other surface of the base insulating substrate; And
Etching the first conductive member according to the pattern of the etching resist to form the flow path pattern;
Method for producing a separator for fuel cells comprising a.
청구항 14에 있어서,
상기 전도성 채널부를 형성하는 단계에서,
상기 전도성 채널부의 유로패턴은 상기 베이스 절연기판을 노출시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판의 제조방법.
The method according to claim 14,
In the forming of the conductive channel portion,
The flow path pattern of the conductive channel portion is a manufacturing method of a separator for a fuel cell, characterized in that formed to expose the base insulating substrate.
청구항 14에 있어서,
상기 비아홀을 형성하는 단계에서,
상기 비아홀은 상기 베이스 절연기판의 길이방향을 기준으로 테두리 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판의 제조방법.
The method according to claim 14,
In the step of forming the via hole,
And the via hole is formed in an edge region based on a length direction of the base insulating substrate.
청구항 14에 있어서,
상기 베이스 절연기판을 준비하는 단계에서,
상기 베이스 절연기판은 두께 방향을 기준으로 중앙에 형성된 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 분리판의 제조방법.The method according to claim 14,
In the preparing of the base insulating substrate,
The base insulating substrate is a manufacturing method of a fuel cell separator, characterized in that it comprises a cooling passage formed in the center on the basis of the thickness direction.
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