• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.160-165
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• 2009

연료전지 분리판은 연료전지 스택을 구성하는 부품 중에서 가장 많은 수량이 사용되는 부품의 하나로서 연료전지의 출력밀도(Power Density, W/L), 비출력(Specific Power, W/kg) 및 가격($/kWe) 관점에서 가능한 저가의 소재 및 제조공정으로 경량, 박형화가 이루어져야 하는 핵심 부품이다. 이러한 저가의 경량, 박형화 분리판 개발의 전제조건은 연료전지 스택에서 요구하는 다양한 물성, 장기수명 및 신뢰성은 나타내는 내구성을 만족해야 하는 것이다. 이렇듯 연료전지 분리판은 다음과 같은 요구 조건을 만족해야 한다. 높은 전기전도도, 전기화학적 부식 저항성, 화학적 안전성, 가스 기밀성, 기계적 강도 및 가공성 등이라 하겠다. 본 연구에서는 분리판의 요구 조건을 만족할 수 있는 분리판을 제작하기 위하여 고분자 복합소재(PCB; Printed Circuit Board)를 이용하여 전기도금을 통해 Cu/Au(1st PCB 분리판)과 Cu/Ni/Au(2st PCB 분리판)을 코팅하여 분리판을 제작하였다. 제조된 분리판을 이용하여, 접촉저항, 부식특성, 가스 기밀성, 기계적 강도를 분석하였으며, 단위전지를 제작 하여 상용 Graphite 분리판과 성능을 비교분석하였다.

• Ceramist
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• v.7 no.6
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• pp.76-81
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• 2004

가동온도가 $800^{\circ}C$ 이하인 평판형 SOFC에서는 기존의 세라믹 분리판 대신에 금속 분리판이 적용될 가능성이 높아지고 있다. 금속 분리판은 가공성 및 경제성 등이 세라믹 분리판 보다 우수하여 SOFC의 실용화를 앞당기는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 금속 분리판의 적용을 위하여서는 아직 해결되어야만 할 문제점들이 남아 있는데, 표면 산화층의 형성에 따른 접촉 저항의 증가와 합금 성분 중의 Cr의 증발에 의한 전극 열화의 문제 등이 대표적인 그것이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 SOFC용 분리판의 요구특성에 적합한 신합금의 개발과 고기능 표면 코팅 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.145.2-145.2
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• 2010

탄소복합소재 분리판의 연료전지 성능을 시험하기 위해 소형 고분자연료전지 스택을 제작하였으며 연료전지 운전에 따른 성능변화를 측정하여 탄소복합소재 분리판이 연료전지 스택의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 자체 설계한 가스유로로 디자인된 분리판과 MEA를 적층한 스택의 초기 성능과 장기간 운전에 따른 전압 감소를 측정하였다. 또한 장시간 운전 동안 각 셀의 전압 거동도 함께 측정하였으며 비교를 위해 흑연 분리판을 이용하여 제작한 스택의 성능도 함께 시험하였다. 스택에서 각 셀의 성능은 단위전지에서의 성능과 유사하게 나타나 분리판과 스택의 구조가 셀의 성능을 충분히 보여줄 만큼 적절히 디자인된 것을 알 수 있었으며, 장시간 운전 동안 전류가 증가함에 따라 스택의 성능 감소도 점차 증가하였으며 두 종류의 스택이 유사한 성능 감소를 보여 자체 제작한 탄소복합소재 분리판이 흑연 분리판과 유사한 성능을 보임을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.38 no.10
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• pp.1031-1037
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• 2010

This paper proposed lightweight aluminum bipolar plates as an alternative for conventional graphite bipolar plates in fuel cell systems used as a power source for small reconnaissance UAVs. Since bipolar plates occupy more than 80% of the total weight of the fuel cell system, lightweight aluminum bipolar plates can improve the overall payload and flight time of the fuel cell UAV. The aluminum and graphite bipolar plates were fabricated to compare the performance of each of them. A 15% higher performance per weight was obtained from aluminum bipolar plates than the graphite bipolar plates. Also, the performance of a single cell using aluminum bipolar plates was evaluated under various operating conditions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.166-166
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• 2011

연료전지 핵심 부품 가운데 하나인 분리판(Bipolar plate)는 막전극체(MEA), 기체확산층(GDL)과 함께 발생한 전류의 수집 및 전달, 반응 가스의 수송, 반응/생성물의 수송 및 제거, 반응열 제거 등을 위한 냉각수 전달 등의 다양한 역할을 담당한다. 이러한 역할을 위하여 분리판은 우수한 전기전도성, 열전도성, 화학적 안정성이 요구되어 진다. 기존의 연료전지용 분리판은 흑연계 소재 및 수지와 흑연을 혼합한 복합 흑연 재료를 통해 제조하여 요구 되어지는 물성을 만족시켜 왔으나 흑연계 분리판의 경우 강도 및 가스 밀폐성 측면에서 낮은 특성을 보이며 특히 고가의 제조 공정 비용과 낮은 양산성으로 인하여 자동차 연료전지 상용화에 수많은 해결 과제를 안고 있었다. 흑연계 분리판의 이러한 문제점을 대체하기 위한 연구로 최근 금속계 분리판의 적용 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 특히 금속계 분리판은 양산 제조 공정이 적용 가능하여 대량생산이 가능하며 자동차 연료전지 스택의 경량화 및 박판화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 박판의 스테인리스강을 소재로 적용한 금속분리판의 양산을 위하여 반드시 선행되어야 할 연구가 바로 금형 코팅 연구이다. 일반 자동차 생산 금형을 평균 약 50만타로 예측한다면 연료전지 금속계 분리판 성형 금형의 현재 수명은 약 10만타로 추정 가능하다. 이러한 원인은 고하중의 프레스 사용과 정밀 금형으로 인한 극한 공정 조건으로 야기된 결과이며 문제 해결을 위하여 성형 금형에 PVD 코팅 적용 연구를 진행하였다. 성형 금형의 PVD 코팅 적용을 통하여 금형 교체 주기 감소를 통한 생산 원가 절감 및 이형성 개선을 통한 성형성 확보를 목표로 본 연구를 진행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.41-44
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• 2008

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지용 금속분리판의 전기화학적 부식을 방지하기 위한 금속 첨가 DLC(Diamond-like-carbon) 표면처리 방법을 개발하였으며, stainless steel 304를 모재로 하여 텅스텐 첨가 DLC, 티타늄 첨가 DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 금속분리판을 제작하였다. 제작된 금속분리판을 이용하여 내구성 평가,전기화학적 부식 특성, 성능평가 및 접촉저항 특성 등을 평가하였다. 전기화학적 부식특성의 경우 각각의 분리판에 대해 6.69, 1.2, 1.0 ${\mu}A/cm^2$로 모재인 STS 304의 25 ${\mu}A/cm^2$의 부식전류밀도에 비해 우수한 부식특성을 보였다. 또한 초기 성능에서 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 300 mA/$cm^2$에서 0.757 V로 측정되었으며, 이는 graphite 분리판 측정 결과인 0.758 V와 유사한 성능을 보였다. 또한 내구성 평가에서 초기 성능 대비 성능 감소율이 10% 감소하는데 소요된 시간은 graphite 분리판의 경우 2,000시간으로 나타났으며, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판의 경우 1,700시간으로 측정되었다. 1,500시간 까지의 성능 감소율은 grphite,텅스텐 첨가DLC,티타늄 첨가DLC, 몰리브덴 첨가 DLC 분리판 순으로 각각에 대해 37.7, 60.3, 92.8, 45.7 ${\mu}V$/hr로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.288-290
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• 2005

고분자전해질 연료전지는 자동차, 분산전원 및 이동전원 등에 대한 차세대 에너지원으로 채택 가능성이 높아지고 있다. 고분자전해질 연료전지 시스템의 상용화를 위한 가장 큰 걸림돌 중 한 가지로 가격문제를 들 수 있는데, 연료전지 스택이 전체 가격의 약 $50\%$를 차지하고 있다. 또한 스택을 구성하는 요소 중 분리판의 가격 비중은 약 $30\%$를 차지하고 있어, 분리판의 생산단가 저감은 연료전지의 상용화를 위해 반드시 해결해야 될 문제이다. 본 연구에서는 탄소를 재료로 하는 분리판에 대한 연구를 수행하였으며, 압축성형방식으로 제작된 다양한 복합재료 분리판 및 흑연 분리판에 대한 기계적 강도, 물리적 특성, 화학적 안정성을 조사하였으며, 가흑 운전 시 분리판내에 함유되어있는 고분자 성분의 침출에 의한 연료전지의 성능변화가 발생하는지 확인하였으며 이에 대한 단위전지의 성능평가를 수행하였다. 이러한 결과를 토대로 최적의 압축성형 복합체 분리판 제작 방향을 제시하고, 보다 신뢰성 있는 분리판 성능평가 기준을 확립하고자 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.130.1-130.1
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• 2010

분리판(Bipolar plate)은 MEA 및 GDL의 구조적지지, 연료와 산화제를 공급해 주는 통로역할, 발생한 전류의 수집 및 전달, 그리고 반응 생성물의 수송 및 제거 등의 다양한 역할을 한다. PEMFC 및 DMFC의 분리판에 주로 사용되고 있는 재질은 Graphite 및 금속 물질이다. Graphite는 내부식성이 좋고 가벼워 현재 가장 많이 사용되고 있지만, 가공이 어렵고 깨질 위험이 있으며 두껍고 비교적 값이 비싸다. 금속은 가공성이 좋고 높은 전기 전도도를 가지며 가격이 저렴한 반면, 내부식성이 좋지 않은 단점이 있다. 연료전지를 실용화하는데 있어 중요한 문제 중 하나는 전지 성능의 수명과 경제성이며, 위와 같은 Graphite와 금속의 특성으로 인하여, Graphite 분리판을 금속 분리판으로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 원가절감을 위한 대량생산공정 중 하나인 염욕질화공정의 도입 및 적용을 위한 목적으로, 다양한 처리조건에 의해서 금속 표면을 처리하였으며, 표면처리된 금속은 부식특성, 접촉저항, 및 내구성 등을 평가하고 이를 통하여 금속계 분리판 적용성에 대해 알아보고자 한다.

• Composites Research
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• v.34 no.6
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• pp.406-411
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• 2021

PEM (proton exchange membrane) fuel cells generate only water as a by-product, and thus are in the spotlight as an eco-friendly energy source. Among the various components composing the stack of the fuel cell, research on the bipolar plate that determines the efficiency of the fuel cell is being actively conducted. The composite bipolar plate has high strength, rigidity and corrosion resistance, but has the disadvantage of having a relatively low electrical conductivity. In this study, to overcome these shortcomings, a gas diffusion layer (GDL)-composite bipolar plate assembly was developed and its performance was experimentally verified. The graphite foil coating method developed in the previous study was applied to reduce the contact resistance between the bipolar plate and the GDL. In addition, in order to improve electron path in the stack and minimize the contact resistance between the GDL and the bipolar plate, a GDL-bipolar plate assembly was fabricated using a thin metal foil. As a result of the experiment, it was confirmed that the developed GDL-bipolar plate assembly had 98% lower electrical resistance compared to the conventional composite bipolar plate.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.19-20
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• 2014

연료전지 스택을 구성하는 핵심 부품 중 하나인 분리판(Bipolar plate)은 반응 연료인 수소와 산소를 분리하여 셀(cell)의 전면적에 균일하게 분배, 공급, 배기 및 전기화학반응에 의해 생성된 전류를 수집하며, 높은 가스밀폐성, 전기전도성 및 내식성이 요구된다. 분리판 소재로는 흑연, 고분자-탄소 복합체 및 금속 등이 사용되고 있으며, 이중 연료전지 스택의 부피, 무게 및 제조비용 감소를 위하여 금속분리판이 주목받고 있다. 그러나 금속분리판의 경우 연료전지 작동환경에서 부식반응에 의한 이온 용출로 인해 전극촉매나 고분자전해질막의 오염을 유발할 수 있다는 단점이 있어 최근 금속계 분리판의 코팅을 통하여 분리판의 내식특성 및 전기적 특성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.