(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2008-0081039
(43) 공개일자 2008년09월05일
(51) Int. Cl.

H01M 4/88 (2006.01) H01M 4/86 (2006.01)
H01M 8/10 (2006.01) H01M 8/24 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2008-7017175
(22) 출원일자 2008년07월15일
심사청구일자 없음
번역문제출일자 2008년07월15일
(86) 국제출원번호 PCT/US2005/047487
국제출원일자 2005년12월29일
(87) 국제공개번호 WO 2007/084109
국제공개일자 2007년07월26일
(71) 출원인
유티씨 파워 코포레이션
미국 코넥티컷주 06074 싸우스 윈저 거버너즈 하
이웨이 195
(72) 발명자
스키바 토미
미국 06118 코네티컷주 이스트 하트포드 파크우드
드라이브 67
백치훔
미국 48134 미시간주 브라운스타운 티더블유피.
리터 불러바드27319
자비 토마스 디.
미국 06040 코네티컷주 맨체스터 케네디 로드 166
(74) 대리인
양영준, 안국찬
전체 청구항 수 : 총 14 항
(54) 초음파용접된 연료전지 단위화 전극 접합체
(57) 요 약
연료전지에 사용하기 위한 단위화 전극 접합체(9)는 제1 GDL(23), PEM(28) 및 제2 GDL을 포함하고, 상기 PEM과
각 GLD 사이에 전극 촉매(27, 30)가 배치되고, 상기 층(23, 27, 30, 12)에는 유체 밀봉(13)을 형성하기 위해
UEA의 각 모서리로부터 충분한 거리까지 열가소성폴리머가 침투한다. UEA는 상기 층(23, 27, 28, 30 및 33) 일
부 또는 모두의 샌드위치를 제작하는 단계를 포함하는 공정에 의해 형성되며, 이 때 샌드위치 제작단계에서 열가
소성폴리머 필름(22, 25, 32, 35)은 밀봉형성을 위해 상기 샌드위치 모서리로부터 충분한 거리로 내측 연장되고
상기 열가소성폴리머 필름은 각 전극과 인접 GDL 사이 및/또는 각 GDL과 샌드위치의 상면 및 하면 상의 이형필름
(21,36) 사이에 배치된 상태이다. 지지고정구(19)와 모루(40) 사이의 힘에 의해 압축된 샌드위치는 초음파 진동
으로 가열되고 상기 열가소성폴리머를 용융시키고 UEA의 상기 층(23, 27, 30, 12)들에 필름(22 및/또는 25; 32
및/또는 35)이 침투한다.
대표도 - 도2
- 1 -
공개특허 10-2008-0081039
특허청구의 범위
청구항 1
한 쌍의 대향면과 복수의 모서리를 갖는 연료전지 단위화 전극 접합체(9)를 제조하는 방법이며,
고분자 전해질막(28), 상기 표면에 각각 인접 배치되는 한 쌍의 전극 촉매층(27, 30) 및 한 쌍의 기체 확산층
(23, 12; 23a, 12a)을 포함하는 다중층 샌드위치(multi-layer sandwitch)를 형성하는 단계와,
상기 제1 및 제2 전극 촉매층에 상기 기체 확산층 내의 열가소성폴리머에 침투시키며 상기 열가소성폴리머와 결
합되도록, 상기 샌드위치에 고정력(clamping force)과 초음파 진동 에너지를 제공(19, 40)하는 단계를
포함하고,
상기 기체 확산층은 각각 상면과 하면을 갖고, 각각 (a)내부에 분산(dispersed)된 열가소성폴리머를 가지거나,
또는 (b)상기 기체 확산층 각각의 (i) 상면 또는 (ii)하면 또는 (iii)상하면 모두에 인접한 열가소성폴리머 필
름 층 내의 열가소성폴리머를 가지며,
상기 열가소성폴리머는 상기 단위화 전극 접합체의 주연 주위에 모서리 유체 밀봉을 제공하기 위해 상기 모서리
로부터 내향 이격되어 연장되는 것을 특징으로 하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 제공 단계는, 상기 열가소성폴리머가 상기 전극 촉매층과 상기 기체 확산층을 결합시키는 충분한 진동에너
지로 상기 열가소성폴리머를 가열하는 단계를 포함하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 3
제1항에 있어서,
상기 형성 단계는 (a)한번에 한 모서리에서, 또는 (b)한번에 둘 이상의 모서리에서 수행되는 단위화 전극 접합
체 제조 방법.
청구항 4
복수의 모서리를 갖는 연료전지 단위화 전극 접합체(9)를 제조하는 방법이며,
상면과 하면을 갖는 제1 기체 확산층(23), 제1 전극 촉매(27), 그리고 (a)상기 제1 기체 확산층의 상기 상면 상
에 배치된 제1 열가소성폴리머 필름(22) 또는 (b)상기 제1 기체 확산층의 상기 하면 상에 배치된 제2 열가소성
폴리머 필름 또는 (c)상기 제1 및 제2 열가소성폴리머 필름 모두, 그리고 상기 제1 전극 촉매(27)에 인접하는
제1 면을 갖는 고분자 전해질막(28), 상기 고분자 전해질막의 제2 면에 인접하는 제2 전극 촉매(30), 상면과 하
면을 갖는 제2 기체 확산층(12), 그리고 (d)상기 제2 기체 확산층의 상기 상면 상에 배치된 제3 열가소성폴리머
필름 또는 (e)상기 제2 기체 확산층의 상기 하면 상에 배치된 제4 열가소성폴리머 필름(35) 또는 (f)상기 제3
및 제4 열가소성폴리머 필름 모두를 포함하는 다중층 샌드위치를 형성하는 단계와,
상기 열가소성폴리머가 상기 기체 확산층과 상기 전극 촉매에 침투하고 이를 결합시킬 수 있도록 상기 샌드위치
에 고정력 및 초음파 진동 에너지를 제공(19, 40)하는 단계를 포함하고,
상기 열가소성폴리머 필름은 상기 단위화 전극 접합체의 주연 주위에 모서리 유체 밀봉을 제공하도록 상기 모서
리로부터 내향 이격되어 연장되는 것을 특징으로 하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 형성 단계는 (a)한번에 한 모서리에서, 또는 (b)한번에 둘 이상의 모서리에서 수행되는 단위화 전극 접합
체 제조 방법.
청구항 6
- 2 -
공개특허 10-2008-0081039
제4항에 있어서,
상기 고정력 및 초음파 진동 에너지 제공 단계 전에, 상기 샌드위치가 이형필름(21, 36) 사이에 배치되는 것을
특징으로 하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 7
복수의 모서리를 갖는 연료전지 단위화 전극 접합체(9)를 제조하는 방법이며,
제1 이형필름(21), 제1 기체 확산층(23), 제1 전극 촉매(27), 그리고 (a)상기 제1 이형필름과 상기 제1 기체 확
산층 사이에 배치된 제1 열가소성폴리머 필름(22) 또는 (b)상기 제1 기체 확산층과 상기 제1 전극 촉매 사이에
배치된 제2 열가소성폴리머 필름(25) 또는 (c)상기 제1 및 제2 열가소성폴리머 필름 모두, 그리고 상기 제1 전
극 촉매(27)에 인접한 제1 면을 가진 고분자 전해질막(28), 상기 고분자 전해질막의 제2 면에 인접한 제2 전극
촉매(30), 제2 기체 확산층(12), 제2 이형필름(36), 그리고 (d)상기 제2 전극 촉매와 상기 제2 기체 확산층 사
이에 배치된 제3 열가소성폴리머 필름 또는 (e)상기 제2 기체 확산층 및 상기 제2 이형필름 사이에 배치된 제4
열가소성폴리머 필름(35) 또는 (f)상기 제3 및 제4 열가소성폴리머 필름 모두를 포함하는 다중층 샌드위치를 형
성하는 단계와,
상기 열가소성폴리머가 상기 기체 확산층과 상기 전극 촉매에 침투하고 이를 결합시킬 수 있도록 상기 샌드위치
에 고정력 및 초음파 진동 에너지를 제공(19, 40)하는 단계를 포함하고,
상기 열가소성폴리머 필름은 상기 단위화 전극 접합체의 주연 주위에 모서리 유체 밀봉을 제공하도록 상기 모서
리로부터 내향 이격되어 연장되는 것을 특징으로 하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 8
제7항에 있어서,
상기 제공 단계는, 상기 열가소성폴리머가 상기 전극 촉매층과 상기 기체 확산층을 결합시키는 충분한 진동에너
지로 상기 열가소성폴리머를 가열하는 단계를 포함하는 단위화 전극 접합체 제조 방법.
청구항 9
제7항에 있어서,
상기 형성 단계는 (a)한번에 한 모서리에서, 또는 (b)한번에 둘 이상의 모서리에서 수행되는 단위화 전극 접합
체 제조 방법.
청구항 10
제1항의 공정에 따라 제작된 연료전지 단위화 전극 접합체.
청구항 11
제4항의 공정에 따라 제작된 연료전지 단위화 전극 접합체.
청구항 12
제7항의 공정에 따라 제작된 연료전지 단위화 전극 접합체.
청구항 13
제10항에 따른 복수의 연료전지를 포함하는 연료전지 스택.
청구항 14
초음파용접에 의해 단위화된 연료전지 단위화 전극 접합체.
명 세 서
기 술 분 야
- 3 -
공개특허 10-2008-0081039
본 발명은 양극/음극 기체확산층[gas diffusion layer(GDL)]주위에 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌<1>
(polypropylene), 또는 쉽게 용융되고 잘 흐르는 기타 플라스틱과 같은 열가소성폴리머 필름을 적층하여 생산된
연료전지를 위한 단위화 전극 접합체[unitized electrode assembly(UEA)]에 관한 것이다. 수직 진동 압접
(vertical vibrational pressure)과 같은 초음파용접은 UEA 외형면의 모서리를 가열하는 데에 사용되고 플라스
틱이 GDL과 전극 촉매를 통과하여 확산되도록 함으로써, UEA를 유체 밀봉시키도록 기능하는 고체플라스틱 모서
리(solid plastic edge)를 형성한다.
배 경 기 술
고분자 전해질 막[polymer, proton exchange membrane electrolyte (PEM)]를 이용하는 연료전지 발전장치는<2>
PEM의 일측에는 음극전극을, 타측에는 양극전극을 포함하고, 상기 전극들은 수소와 산소 반응기체를 전기와 물
로 전환시키기 위해 적합한 촉매를 포함하며, 위의 사실은 모두는 공지된 바와 같다. 상기 반응물은 물이송판
(water transport plate)이라고도 불리는 반응기체유로판(reactant gas flow field plates)과, 이어서, 기판
(substrate)으로도 불리는 기체확산층(GDL)을 이용하여 막(membrane)에 도달한다. GDL은 각 전극의 측면에 인
접한다. 상기 막은 통상적으로, 나피온®(NAFION®)이라는 제품과 같은 불소계 폴리머이다. 전극은 알려진 바
와 같이 통상적으로 폴리머와 귀금속의 혼합물이다.
최근의 기술혁신은 막의 각 측면에 양극/음극 GDL과 전극을 포함하고 열가소성수지를 이용하여 단일 구조체로<3>
단위화되고 밀봉되는 단위화 전극 접합체(UEA)를 제작하는 것이다. 열가소성수지는 고온에서는 상변화(액화)만
을 일으키고 냉각되면 고체상태로 복귀하며, 재용융 및 재성형될 수 있다. 이는 한 번 형성되면 비가역적인 화
학변화를 겪고 열을 이용하여 재성형될 수 없는 열경화성 플라스틱과 반대되는 것이다.
열가소성수지 접합 기술은, 용융에 의해 접합시키기 위한 열가소성수지 국부가열 그리고, 접합면(interface)에<4>
서의 재응결(resolidification)을 이용한다.
"마찰용접(frictional welding)"에서, 한 파트가 다른 파트에 접촉하여 이동하면 접합면에서 열이 발생하고 이<5>
는 파트 하나 또는 모두를 용융시킨다. 용융이 한번 시작되면, 상기 파트들은 상기 열가소성수지가 상호 고착
될 때까지 함께 고정된다. 이 방법은 또한 "선형 진동 용접(linear vibration welding)", "오비탈 진동 용접
(orbital vibration welding)", 또는 "회전용접(spin welding)"이라고도 알려져 있다.
"레이저 또는 적외선(Laser or IR)" 용접에서, 레이저 또는 적외선 빔이 투명한 열가소성수지를 통해 조사되고,<6>
두 열가소성수지의 접합면에서 불투명한 열가소성수지의 표면은 가열된다. 접합면이 충분한 온도에 도달하면
플라스틱들은 용융되기 시작하고 혼합되어 함께 결합된다.
"고주파(high frequency)"용접이라고도 불리는 "RF(radio frequency)"용접은 불완전 유전체에서 전자기장을 변<7>
화시키는 에너지 일부의 소실을 토대로 플라스틱을 가열하며, 그 후 냉각에 의해 두 플라스틱은 상호 결합된다.
"열판(hot plate)" 용접법에서, 접합될 플라스틱 조각 하나 또는 둘 모두는 연화(softening) 시작 전까지 열판<8>
에 접하여 고정된다. 플라스틱을 열판으로부터 제거한 후 대응면끼리 접하게 배치시켜 냉각될 때까지 고정시킨
다.
설명된 상기 용접법들은 두 열가소성수지를 그 접합면에서 결합시키는 데에만 효과가 있기 때문에, 전해질-전극<9>
접합체(MEA) 제조에는 실용적이지 않다.
"초음파용접(ultrasonic welding)"은 16kHz 내지 1GHz의 기계적 진동을 사용하는 것으로 정의된다. 통상적인<10>
초음파용접이기는 15kHz 내지 70kHz 범위에서 작동하고 가장 흔하게는 20kHz에서 작동한다. 발진기(generato
r)는 원하는 주파수의 전기적 진동을 생성하고 이는 컨버터(converter)로 전달되며 그곳에서 크리스탈이 수축팽
창하여 동일한 주파수의 기계적 진동을 생성한다. 이러한 진동은 플라스틱 파트 스택이 용접되도록 수축시키는
혼(horn)으로 전달된다. 혼이 상하로 상기 판의 평면에 수직하게 이동하면서, 플라스틱을 녹이고 상기 판을 결
합시키는 두 플라스틱 판 사이의 결합영역을 따라 마찰열이 발생한다.
모든 열가소성수지가 초음파용접에 동일하게 반응하는 것은 아니다. 분자의 임의 배열(random arrangement)을<11>
특징으로 하는 비결정 폴리머 구조를 가진 것은 더 넓은 범위의 연화점 및 용융점을 갖고 초음파 진동을 잘 전
달할 것이다. 이러한 열가소성수지의 예로는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에테르이미드(polyetherimide) 및
저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene)이 있다. 반결정질(semi-crystalline) 성질을 가진 열가소성수
지는 더 정렬된 구조를 갖고 잘 정의된 용융 온도를 가지며 초음파 진동을 그만큼 잘 전달하지 못하며 따라서
용접이 어렵다. 이러한 열가소성수지의 예로서 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 선상저
- 4 -
공개특허 10-2008-0081039
밀도폴리에틸렌[linear low density polyethylene (LLDPE)]이 있다. 통상적으로 녹는점이 높고 용융지수(melt
index)가 낮은 폴리머가 용접하기 더 어렵다.
UEA 제조를 위한 "압축판(press plate)"법은 다수층 사이에서 GDL 외면에 배치된 폴리에틸렌 필름을 갖춘 완전<12>
한 UEA를 배치하는 단계를 포함한다. 그 후, 압축판은 상기 조립체에 압력을 가하고 압축판은 섭씨 150도(화씨
320도) 정도에서 가열된다. 그 후, 압축판은 압력이 이완되고 밀봉된 UEA가 압축판으로부터 제거되기 전에 냉
각되어야 한다. 이러한 공정은 통상적으로 하나의 UEA 생산 당 최소한 10분에서 60분까지 걸릴 수 있다. 상기
공정은 비용이 많이 들고 바닥 공간(floor space) 생산을 낭비한다. 또한 이 공정은 압축판 외에 외형면 전체
를 가열해야 하는 점에서 비효율적이다. 온도 상승이 PEM의 노후화를 야기한다는 것은 알려져 있는 바, 제조
과정에서 UEA 외형면 전체를 가열하는 것은 UEA의 내구력 감소로 이어진다.
열가소성수지의 사출성형 또는 압축성형을 이용하는 다른 방법은 특허 출원 PCT/US03/01796, 국제 공보 번호<13>
No. WO03/063280에 기재되어 있다. 이 공정은 코로나 처리(corona treatment), 산소 플라즈마 처리(oxygen
plasma treatment) 또는 불소폴리머 분산처리(fluoropolymer dispersion)와 같은 사전처리를 필요로 한다. 분
수 유동 열가소성수지(fountain-flow thermoplastics)가 구성 요소(component)의 위치를 재조정하는 등의 추가
적 문제도 있다. 이러한 문제 및 그 밖의 문제는 UEA를 성공적으로 제조하기 위한 추가적인 공정 기술을 필요
로 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은, 밀봉되는 UEA의 외부 모서리만을 가열하는 연료전지 UEA 제조방법, PEM을 높은 온도에 노출<14>
시키지 않고 UEA를 제공하는 방법, 짧은 사이클 타임동안 UEA를 제조하는 방법, UEA 제조 과정에서 UEA 전체뿐
아니라 프레싱 플레이트를 가열 냉각할 필요가 없는 방법, 연료전지용 UEA를 단일하고 배타적인 방법으로 제조
하는 방법, 그리고 개선된 연료전지 UEA를 포함한다.
본 발명은 폴리에틸렌과 같은 열가소성폴리머는 진동에너지로 가열될 경우 기체 확산층의 탄소 섬유로 침투하고<15>
(impregnated) PEM에 인접한 촉매/폴리머 다공질 전극층으로 확산되어, UEA의 전체 침투성 모서리부에 고체 플
라스틱 밀봉부를 형성한다는 발견에 기초한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 폴리에틸렌과 같은, 쉽게 용융되고 잘 흐르는 열가소성폴리머 필름은 GDL의 외측<16>
및/또는 각 GDL과 인접 전극 사이에서, 적층된 UEA 샌드위치 주연 모서리를 따라 위치하고, 용융되지 않는 적합
한 이형필름(release film)은 UEA 샌드위치의 상면, 하면에 위치한다. 열가소성폴리머 필름은 UEA 샌드위치의
모서리(즉, 플라스틱 필름 인접부)에만 가해진 진동 에너지에 의해 용융된다. 진동 에너지는 필름을 용융시키고
동시에 가해진 압력은 열가소성폴리머가 GDL로 침투되고 인접하는 다공성 촉매층으로 확산되어 기계적으로 결합
되도록 한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, GDL의 모서리에 열가소성수지를 침투시키고, PEM이 전극 사이에 있고 이형필름<17>
이 상면과 하면에 있는 샌드위치 내에 상기 GDL을 전극에 인접하도록 배치시킨다. GDL 내에 미리 형성된 열가
소성수지를 이용하여 UEA를 형성하기 위해, 본 발명의 제1 형태에서 전술된 바와 같이, 진동 에너지는 압축력과
함께 가해진다.
본 발명의 일 형태에서 UEA는 직선형의 진동 모루(anvil)를 가진 초음파용접이기를 이용하여 한번에 한 모서리<18>
만 형성되며, 다른 형태에서 본 발명은 액자형의 진동 모루를 가진 초음파용접이기를 이용하여 실시된다. 본
발명의 이용에는 다른 조합의 모서리도 사용될 수 있다.
본 발명은 UEA의 활성부분이 고분자 전해질 막(polymer exchange membrane, PEM)의 내구성 감소를 유발할 수<19>
있는 높은 온도에 노출되는 것을 방지한다.
본 발명에 따라 UEA를 제작하기 위한 용융, 침투, 확산 및 냉각 단계는 5초 정도의 시간만을 필요로 한다. 본<20>
발명은 30초 정도의 사이클 타임을 수 초 정도에 가능하게 했고, 종래 기술의 접합 방법보다 적은 에너지를 사
용한다.
본 발명은 연료 전지 뿐 아니라, 전해조(electrolyzer)와 같은 전기화학적 전지용 단위화 접합체를 만들기 위해<21>
사용될 수 있다.
본 발명의 기타 목적, 구성 및 이점은, 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 후술되는 본 발명의 예시적 실시예의 상<22>
세한 설명을 참조하여 더욱 분명해 질 것이다.
- 5 -
공개특허 10-2008-0081039
실 시 예
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 단위화 전극 접합체(9)는 반응기체 유동 분산층(12)[본 명세서<29>
에서는 기체 확산층(GDL)이라고 부름]과 통합된 밀봉부(integrated seal, 13)를 포함하며, 개구(15, 16)는 밀봉
부(13)를 형성하는 동안 다수 층이 일치하도록 위치시킨다. 밀봉부(13)는 단위화 전극 접합체(9)의 주연 전체
의 모서리를 감싸며 연장된다. 통상적인 경우, 단위화 전극 접합체는 8 내지 14cm 정도이고 밀봉부는 형성되었
을 때 2 내지 3 cm의 폭을 갖도록 형성되며 그 후 상기 UEA는 밀봉부의 폭이 8 내지 10mm 정도가 되도록 테두리
가 다듬어진다(trim).
상기 공정은 도2에 도시된 바와 같이 많은 구성요소를 지지고정구(holing fixture) 상에 배치시키는 단계를 포<30>
함하며, 지지고정구는 맞춤 개구(15, 16, registering holes)를 수용하기 위한 핀을 가진다. 처음으로, 용융되
거나 폴리에틸렌에 붙지 않는 테플론®(TEFLON®), 캡톤®(KAPTON®) 또는 기타 고온 플라스틱 필름인 이형필름
(21, release film)이 배치되는데, 이는 고온 폴리에틸렌 필름을 포함한다. 그 후, 모서리 유체밀봉을 형성하
기에 충분한 간격으로 모서리로부터 연장되는 열가소성폴리머 필름 제1 층(22)이 배치되며, 상기 간격의 크기는
다양한데, 본 실시예에서 필름(22)은 UEA 접합체 모서리로부터 2 내지 3cm 정도로 연장된다. 양극 GDL과 같은
GDL(23)은 필름(22) 위에 위치한다. 열가소성폴리머 필름 제2 층(25)은 GDL(23) 위에 위치한다. 종래 연료전
지 촉매를 포함하는, 양극전극(27)과 같은 전극은 필름 제2 층(25) 위에 배치된다. PEM(28)은 전극(27) 위에
배치된다. 음극전극(30)과 같은 반대쪽 전극이 PEM(28) 위에 위치한다. 열가소성폴리머 필름 제3 층(32)은 전
극(30) 위에 위치한다. 음극 GDL과 같은 제2 GDL(12)은 필름 제3 층(32) 위에 배치된다. 열가소성폴리머 필름
제4 층(35)은 제2 GDL(12) 위에 위치한다. 이형필름(36)은 구성요소 스택의 최상면에 위치한다.
지지고정구(19)는 초음파용접이기의 부품으로서, 초음파용접이기는 상기 고정구(19)와 모루(40) 간의 거리가 초<31>
음파에 의해 2 내지 10um 정도로 변동됨에 따라 수직방향 힘을 가하는 모루(40)를 구비한다. 이러한 기능을 하
는 입수가능한 시스템으로서 브랜슨 2000 아이더블유 초음파용접 시스템(Brandon 2000 IW Ultrasonic Welding
System)이 있다. 고정력은 500kPa(60psig) 정도이다. 진동은 예를 들어 20kHz 정도이다. 모루는 UEA의 각 모
서리가 개별적으로 밀봉될 수 있도록 직선형일 수도 있고, 또는 한번의 찍어냄으로(in a single plunge) UEA의
네 모서리를 모두 밀봉할 수 있도록 그림 액자형일 수도 있다. 모서리 밀봉부에 다른 조합도 사용될 수 있다.
약 30초 동안 진동에 의해 힘이 가해진 후 폴리에틸렌 필름은 다수 층을 통과해 완벽히 확산되어 통합된 밀봉부<32>
(13)(도3에서 점으로 표시된 부분)를 형성하고 완벽히 침투(impregnate)된다.
열가소성수지 시트(22, 25; 32,35)가 각 GDL 양 측면에 배치되는 대신에, 도4에 도시된 바와 같이 열가소성수지<33>
시트(25, 32)는 GDL(23, 12)과 인접하는 전극(27, 30) 사이에만 위치할 수 있다. 적당한 시간동안의 압력과 진
동 하에서, 용융된 플라스틱은 안쪽에서 바깥으로 각 GDL 모서리로 침투하고, 전극으로 확산되어 도3을 참조하
여 전술한 것과 같은 밀봉부를 제공한다.
다르게는, 열가소성수지 시트(22, 35)는 도5에 도시된 바와 같이 GDL(23, 12) 바깥쪽에 위치할 수 있다. 용융<34>
된 플라스틱은 바깥쪽에서 안으로 각 GDL로 침투된다.
도6에 도시된 본 발명의 또 다른 형태에서, 점으로 표시된 부분과 같이 GDL (12a, 23a)은 열가소성폴리머가 흡<35>
수되고, 그 후에 이형필름(21), 양극전극(27), PEM(28), 음극전극(30) 및 이형필름(36)를 구비한 샌드위치 안에
배치된다. 그 후, 초음파용접이기(19, 40)에 의해 진동력이 가해진다.
열가소성폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 기타 적합한 폴리머를 포함한다.<36>
도면의 간단한 설명
도1은 본 발명의 공정에 따라 제작된 단위화 전극 접합체의 사시도이다.<23>
도2는 도1의 A-A에서 취해진, 단위화 전의 부분 측단면도이며, 명시성을 위해 절단선은 생략되었다. <24>
도3은 UEA가 완성되었을 때의 부분 측단면도이며, 명시성을 위해 절단선은 생략되었다.<25>
도4는 도2 및 3의 제1 대체 방법의 부분 측단면도이며, 명시성을 위해 절단선은 생략되었다.<26>
도5는 도2 및 3의 제2 대체 방법의 부분 측단면도이며, 명시성을 위해 절단선은 생략되었다.<27>
도6은 본 발명의 제2 형태의 부분 측단면도이며, 명시성을 위해 절단선은 생략되었다. <28>
- 6 -
공개특허 10-2008-0081039
도면
도면1
도면2
도면3
- 7 -
공개특허 10-2008-0081039
도면4
도면5
도면6
- 8 -
공개특허 10-2008-0081039

+ Recent posts

티스토리툴바