연료 전지 조립체를 위한 가요성 흑연/금속 분배 판 document_id A220623068892

연료 전지 조립체들 내에 사용된 양극성 판은 2개의 매우 다른 기능을 충족시킨다. 상기 연료 전지 조립체에는 연료 가스 및 산화제 가스, 즉 수소 및 공기 또는 순수 산소가 각각 공급되어야 하고, 전지는 또한 냉각되어야 하고, 즉 물과 같은 냉각제가 그를 통과하여야 한다는 것은 공지되어 있다. 상기 양극 판의 기능 중 하나는 상기 연료 전지 조립체의 동작을 위해 필요한 이들 여러 가지 유체들 을 위한 통로를 제공하는 것이다. 더욱이, 양극성 판은 또한 전기적 기능을 충족시킨다, 즉 인접한 전기 화학적 전지들의 각 양극 및 음극 사이의 전기 전도를 제공한다. 현재, 연료 전지 조립체는 항상, 직렬로 조립된 많은 기본 전기화학적 전지들로 구성되며, 상기 기본 전기화학적 전지들은 직렬로 접속되고, 상기 연료 전지 조립체의 공칭 전압은 각 기본 전기화학적 전지의 전압들의 합이다. 유체를 전달하고 전기 전도하는 이들 여러 가지 기능들은, 이들 양극성 판을 생성하기 위해 사용되는 재료들이 충족해야만 하는 상세사항들을 결정짓는다. 상기 사용된 재료들은 매우 높은 전기 전도성을 가져야 한다. 사용된 재료는 또한 사용된 유체로 불침투성이여야 하고 이들 유체에 대하여 매우 큰 화학적 안정성을 제공해야 한다. 추가로, 상기 양극성 판은, 다수의 기본 전기화학적 전지들 및 관련된 양극성 판의 병렬 배치를 제공할 만큼, 그리고 봉으로 인한 단부 판들 사이에 압축에 의하여 상기 조립체를 결합시킬 만큼 충분히 높은 기계적 특성들을 가진다. 상기 양극성 판은 이 압축을 견디기 위하여 충분히 높은 기계적 특성들을 가진다. 이 재료들은 사용된 유체에 화학적 불활성 및 높은 전기 전도성을 제공하기 때문에, 흑연이 보통 사용된다. 특허 출원 국제 공개(WO) 제 2005/006472호는 그러한 양극성 판의 한 가능한 실시예를 보여준다. 여러 가지 층들의 두께 허용오차를 수용하기 위하여 비교적 가요성인 흑연 재료로 만들어진 박편을 개재시키고 있는 2개의 비교적 단단한 고체 흑연 시트들의 중첩으로 구성된다는 것을 알 수 있다. 상기 흑연 시트들은 연료 및 산화제 가스들, 즉 수소 및 공기 또는 순수 산소를 분배하기 위하여 필요한 채널들의 네트워크들을 포함하고, 상기 채널은 물 등과 같은 냉각제가 각 양극성 판을 통과할 수 있도록 한다. 불행히도, 상기 흑연 양극성 판의 구성에 기여하는 고체 성분들은, 특히 연료 전지 조립체가 조립 중일 때 처리과정 동안 아주 낮은 충격 저항을 가진다. 상기 언급된 가요성 흑연 재료로 만들어진 층은 또한 산업적 측면에서 처리하기가 더욱 특히 어렵다. 이것은 그러한 양극성 판의 제조 비용을 대폭 증가시킨다. 미합중국 특허 제 6,379,476호는, 스테인레스 강으로 만들어지고 그 표면 상에 부동태화된 막으로 코팅되고 상기 표면에 돌출된 탄소 함유부를 가지는 양극성 판을 생산하는 것을 제안한다. 그 특허의 출원인에 따르면, 그 제안된 제조물은 그로부터 만들어질 양극성 판을 위하여 충분히 낮은 전기적 접촉 저항을 가져야만 한다. 그러나, 이 해결책이 전체적으로 흑연으로 만들어진 양극성 판에 대해 몇가지 이점을 가진다 하더라도, 특히 기계적 특성을 고려할 때 그것은 여전히 실행하기에 복잡하고 특히 그 목적이 연료 전지 조립체 용의 매우 높은 파워 밀도를 얻기 위한 것이라면 그 전기적 저항은 지나치게 높은 것으로 판명될 수 있다. 미합중국 특허 출원 제 2005/0221158호는 전도성 부식-방지 코팅을 가지는 강 지지부로부터 형성된 복합적 양극성 판을 기술하고, 상기 채널은 흑연층 내 여기저기에 관통되도록 형성되어 상기 채널들을 형성하고 있다. 그렇기 때문에, 이 해결책은 특허 출원 국제 공개(WO) 제 2005/006472호에 관한 코멘트에 언급된 바와 동일한 단점들을 가진다. 다른 특허 출원들은, 예를 들면 플라스틱과 같은 비금속 재료들로 만들어진 양극성 판을 생산하는 것을 제안하며, 이것은, 이들 중 많은 재료들이, 사용된 가스 및 냉각제로 인한 화학적 공격에 대해 매우 영향을 받지 않기 때문이다. 언급될 수 있는 하나의 실시예로는 특허 출원 국제 공개(WO) 제 2006/100029호가 있다. 양극성 판으로서 금속 판의 사용은 흑연 판에 대해 많은 이점을 제공한다. 언급될 주된 이점은 금속의 더욱 우수한 기계적 강도이고 그것은 판의 두께를 감소시킬 수 있게 하고 판 결함 문제를 피할 수 있도록 한다. 특별한 표면 처리로 결합된 금속은 (화학적 환원 반응에 대한) 음극 측에 대한 우수한 해결책이다. 그 부식 내성 및 전기전도성은 우수하다. 그러나, 우수한 표면 처리에도 (화학적 산화 반응에 대한) 양극 측 상에서, 단지 몇 백 시간 동작 후에도 부식이 나타난다.