KR-20260062054-A - PLATING DEVICE FOR PLATING TARGET USED AS FUEL CELL SEPARATOR

KR20260062054AKR 20260062054 AKR20260062054 AKR 20260062054AKR-20260062054-A

Abstract

본 발명은 판상의 도금대상을 도금하는 도금장치에 관한 것으로서, 도금액을 저장하는 도금조; 상기 도금액에 침지되는 도금대상을 지지하는 대상지지부; 상기 도금액에 침지된 상기 도금대상에 도금작업 전류를 공급하는 전류공급부; 및 상기 도금대상과 대향하도록 상기 도금액에 침지되어 상기 전류공급부의 전류 공급에 따라 도금이온을 공급하며, 판면방향으로 통상영역에 대응하는 근(近)양극면과, 상기 통상영역에 비하여 도금두께가 두껍게 형성되는 과도금영역에 대응하여 상기 근양극면보다 상기 도금대상까지의 거리가 멀리 마련된 원(遠)양극면을 갖는 양극부를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 도금대상의 영역 전반에 도금두께를 균일하게 하여 도금대상의 수명과 성능을 향상시킬 수 있다.

Inventors

장행남

Assignees

장행남

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20251023
Priority Date: 20241028

Claims (5)

판상의 도금대상을 도금하는 도금장치에 있어서, 도금액을 저장하는 도금조; 상기 도금액에 침지되는 도금대상을 지지하는 대상지지부; 상기 도금액에 침지된 상기 도금대상에 도금작업 전류를 공급하는 전류공급부; 및 상기 도금대상과 대향하도록 상기 도금액에 침지되어 상기 전류공급부의 전류 공급에 따라 도금이온을 공급하며, 판면방향으로 통상영역에 대응하는 근(近)양극면과, 상기 통상영역에 비하여 도금두께가 두껍게 형성되는 과도금영역에 대응하여 상기 근양극면보다 상기 도금대상까지의 거리가 멀리 마련된 원(遠)양극면을 갖는 양극부를 포함하는 도금장치.
제1항에 있어서, 상기 도금대상은 상기 과도금영역에 대응하는 모서리를 갖는 굴곡면을 포함하고, 상기 양극부는 상기 원양극면이 상기 모서리에 대응한 위치에 배치되도록 상기 근양극면 및 원양극면이 절곡 성형되는 도금장치.
제1항에 있어서, 상기 양극부는, 상기 근양극면 및 원양극면을 상기 판면방향의 가로로 이동 가능하게 지지하는 이동지지부를 더 포함하고, 상기 근양극면 및 상기 원양극면에 각각 연결되어 사용자 조작에 의해 상기 근양극면 또는 상기 원양극면과 상기 도금대상 사이의 거리를 조절하도록 마련된 거리조절부재를 더 포함하는 도금장치.
제1항에 있어서, 상기 양극부는, 상기 근양극면 및 상기 원양극면을 상기 판면방향의 가로로 이동 가능하게 마련되며, 상기 근양극면 또는 상기 원양극면과 상기 도금대상 사이의 거리를 조절하도록 마련된 거리조절부; 상기 도금대상의 복수 위치의 도금두께를 측정하는 도금두께측정부; 및 측정된 상기 복수 위치의 도금두께에 기초하여 상기 과도금영역을 판단하고, 상기 근양극면 또는 상기 원양극면이 상기 과도금영역에 대응하는 상기 도금대상과의 거리를 갖도록 상기 거리조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 도금장치.
제2항에 있어서, 상기 이동지지부와 상기 근양극면 및 원양극면 사이에 마련되어, 상기 근양극면 또는 상기 원양극면이 상기 이동지지부에 대하여 길이방향을 중심으로 회동 가능하게 조절하는 지지회동부재를 더 포함하는 도금장치.

Description

연료전지 분리판용 도금대상을 도금하기 위한 도금장치 {PLATING DEVICE FOR PLATING TARGET USED AS FUEL CELL SEPARATOR} 본 발명은 연료전지 분리판용 도금대상의 표면에 도금층을 형성하는 도금장치에 관한 것이다. 연료전지(Fuel Cell)란 연료의 산화로 인해 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 전지로서, 수소의 산화반응 및 환원반응을 이용한다. 음극(anode)에서 수소가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리되고, 수소 이온은 전해질을 통해 양극(cathode)으로 이동한다. 전자는 회로를 통해 양극으로 이동하고, 양극에서 수소 이온, 전자 및 산소가 반응하여 물이 되는 환원반응이 일어난다. 연료전지의 단위 셀(Unit Cell)은 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에, 복수의 단위 셀을 적층하여 사용한다. 단위 셀의 적층 시, 단위 셀 간에 전기적 접속을 가능하게 하고, 반응 가스를 분리시켜 주는 역할을 하는 것이 분리판(Separator)이다. 연료전지의 충방전 시 다양한 화학물질에 노출되기 때문에 통상적으로 코발트 등과 같은 도금물질로 도금될 수 있다. 전기도금의 경우 도금이온이 공급되면 분리판의 표면을 따라 도금물질이 석출되면서 도금층을 형성할 수 있다. 도금층이 형성되면 분리판의 내식성, 내구성, 수명 등을 향상시킬 수 있다. 분리판은 수소 및 산소를 공급하거나, 반응 후 생성된 물 및 열을 효과적으로 배출하기 위해 요철 형상을 가진 채널을 포함하도록 제작된다. 분리판은 이러한 요철 형상으로 인해 영역마다 도금두께가 불균일하게 형성될 수 있다. 일 예로, 돌출영역에서는 전류밀도가 집중되어 도금두께가 두꺼워지는 반면에, 함몰영역에서는 도금액의 흐름이 정체되어 도금이온이 지속적으로 공급되지 못하거나 불순물이 배출되지 못하여 도금두께가 얇아질 수 있다. 도금두께가 얇으면 화학물질에 쉽게 노출될 수 있고, 두꺼우면 과도한 내부 응력으로 도금층이 쉽게 박리될 수 있다. 어느 경우든지 조기 부식으로 인해 분리판의 수명과 성능 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 분리판의 형상에도 불구하고 도금두께를 균일하게 형성하도록 하여, 분리판의 수명과 성능을 향상시킬 수 있는 도금장치에 대한 요청이 증가하고 있다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치를 포함하는 도금시스템을 도시한다. 도 2는 도 1의 도금장치를 도시한다. 도 3은 도 2의 도금장치에서 도금영역의 특성에 따라 양극부의 이격 거리가 설정되는 일 예를 도시한다. 도 4는 도 2의 도금장치에서 도금영역의 특성에 따라 양극부의 형상이 성형되는 일 예를 도시한다. 도 5는 도 2의 도금장치에서 도금영역의 특성에 따라 양극부의 이격 거리가 자동으로 설정되는 일 예를 도시한다. 도 6은 도 2의 도금장치에서 도금영역의 특성에 따라 양극부가 회동하는 일 예를 도시한다. 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 도금장치를 도시한다. 도 8은 도 7의 도금장치에서 도금영역의 특성에 따라 양극부재의 노출면적을 자동으로 조절하는 일 예를 도시한다. 도 9는 도 7의 도금장치에서 복수의 셔터구동부를 활용하여 양극부재의 노출면적을 자동으로 조절하는 일 예를 도시한다. 도 10은 도 9의 도금장치에서 양극부재의 노출거리를 조절하는 일 예를 도시한다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치(5)를 포함하는 도금시스템(1)을 도시하고, 도 2는 도 1의 도금장치(5)를 도시하고, 도 3은 도 2의 도금장치(5)에서 도금영역(15, 16)의 특성에 따라 양극부(20)의 이격 거리가 설정되는 일 예를 도시한다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 제1실시예에 따른 도금장치(5)를 포함하는 도금시스템(1)에 대해 간략하게 설명하고, 도금장치(5)에 대해 상세하게 설명한다. 도금시스템(1)은 도금대상(10)의 표면에 도금층을 형성하기 위한 도금장치(5)를 포함한다. 도금은 코발트, 니켈, 백금 등과 같은 도금물질을 이용한 전기도금을 의미할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 코발트를 이용한 전기도금을 가정한다. 도금대상(10)은 판상으로 마련되며, 연료전지 분리판으로 구현될 수 있다. 도금대상(10)은 가공이 쉽고 내식성과 강도가 우수한 스테인리스 스틸(Stainless Steel), 스테인리스 스틸보다 비싸지만 내식성이 좀더 우수한 티타늄(Titanium) 등으로 제작될 수 있다. 도금시스템(1)은 도금장치(5) 이외에 로딩팔레트부(2), 다관절이송로봇(8) 및 제어서버(9)를 포함할 수 있다. 로딩팔레트부(2)는 도금을 위해 대기 중인 도금대상(10)을 적재할 수 있다. 도금대상(10)은 소정 간격으로 복수 개가 로딩팔레트부(2)에 현수 거치될 수 있다. 다관절이송로봇(8)은 제어서버(9)의 제어에 따라 로딩팔레트부(2)로부터 도금대상(10)을 파지하여 도금장치(5)로 이송하여, 도금장치(5)에서 도금대상(10)을 도금하도록 할 수 있다. 이와 같이, 도금시스템(1)에서는 다관절이송로봇(8)을 이용하여 복수의 도금대상(10)에 대한 도금을 신속하게 수행할 수 있으므로, 도금작업의 편의성과 효율성을 향상시킬 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도금시스템(1)은 사전세척부(3, 4), 도금액세척부(6) 및 에어분사부를 포함할 수 있다. 사전세척부(3, 4)는 도금을 수행하기 전에 도금대상(10)으로부터 이물질을 제거할 수 있다. 사전세척부(3, 4)는 유기용제를 사용하는 제1사전세척부(3)와, 산화제를 사용하는 제2사전세척부(4)를 포함할 수 있다. 도금액세척부(6)는 도금이 완료된 도금대상(10)에 잔존하는 도금액(12)을 세척할 수 있다. 에어분사부는 도금액세척부(6)에서 세척된 도금대상(10)을 건조시킬 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 도금장치(5)는 판상의 도금대상(10)을 도금하기 위한 것으로서, 도금조(11), 대상지지부(13), 전류공급부(14) 및 양극부(20)를 포함한다. 도금조(11)는 도금액(12)을 저장한다. 도금액(12)은 황산코발트(CoSO4), 염화코발트(CoCl2) 등과 같은 코발트염을 포함하는 전해액이 될 수 있다. 도금액(12)은 도금품질을 높이기 위한 다양한 첨가제를 포함할 수 있다. 도금조(11)는 내부에 소정 내식 처리가 된 저장탱크로 마련될 수 있으며, 도금액(12)의 유입과 배출을 위한 통로를 포함할 수 있다. 대상지지부(13)는 도금액(12)에 침지되는 도금대상(10)을 지지한다. 대상지지부(13)는 도금대상(10)의 양단을 가압하여 안정적으로 지지하는 구조를 가질 수 있다. 도금이 완료되면 도금대상(10)의 양단에 대한 가압을 해제하여 도금대상(10)을 용이하게 분리할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도금장치(5)는 도금액(12)에 침지되는 양극부(20)를 지지하는 양극지지부(21)를 더 포함할 수 있다. 도금조(11)에는 대상지지부(13) 및 양극지지부(21)를 안정적으로 고정하기 위한 고정부가 마련될 수 있다. 전류공급부(14)는 도금액(12)에 침지된 도금대상(10)에 도금작업 전류를 공급한다. 전류공급부(14)는 외부 전원과 연결되어 도금대상(10) 및 양극부(20) 사이에 전류를 인가한다. 양극부(20)는 도금대상(10)과 대향하도록 도금액(12)에 침지되어 전류공급부(14)의 전류 공급에 따라 도금이온(E)을 공급한다. 일 예로, 양극지지부(21)를 통해 양극부(20)에 양전류가 인가되면 코발트 금속이 산화되어 코발트 이온을 도금액(12)으로 공급할 수 있다. 대상지지부(13)를 통해 도금대상(10)에 음전류가 인가되면 코발트 이온이 전자를 받아 도금대상(10)의 표면에 코발트 금속으로 석출되어 코발트 도금층을 형성할 수 있다. 양극부(20)는 판면방향으로 통상영역(15)에 대응하는 근양극면(22)과, 통상영역(15)에 비하여 도금두께가 두껍게 형성되는 과도금영역(16)에 대응하여 근양극면(22)보다 도금대상(10)까지의 거리가 멀리 마련된 원양극면(23)을 갖는다. 도금대상(10)은 표면에 요철 형상을 가진 채널이 형성될 수 있는데, 이러한 요철 형상으로 인해 통상영역(15)과 통상영역(15)보다 도금두께가 두껍게 형성되는 과도금영역(16)으로 구분될 수 있다. 일 예로, 통상영역(15)이 함몰영역이고 과도금영역(16)이 돌출영역일 때, 양극부(20)가 기준위치(P0)에 배치되면 양극부(20)와의 상대적 거리에 따라 도달하는 도금이온(E)의 양에 차이가 발생한다. 따라서, 상대적으로 가까운 거리에 있는 과도금영역(16)은 도금두께가 두껍게 형성되는 반면에, 상대적으로 먼 거리에 있는 통상영역(15)은 도금두께가 얇게 형성될 수 있다. 과도금영역(16)에서는 두꺼운 도금두께로 인해 과도한 내부 응력이 발생하여 도금층이 표면으로부터 쉽게 박리될 수 있고, 통상영역(15)에서는 얇은 도금두께로 인해 화학물질에 쉽게 노출될 수 있다. 따라서, 어느 영역에서든지 조기 부식으로 인해 도금대상(10)의 수명과 성능 저하를 초래할 수 있다. 이에 양극부(20)는 도금두께가 상이한 영역 별로 상이한 거리에 배치될 수 있는 근양극면(22) 및 원양극면(23)을 포함한다. 근양극면(22)은 도금대상(10)으로부터 소정 거리만큼 이격된 통상위치(P1)에 배치되어 통상영역(15)으로 도금이온(E)을 공급하는 역할을 한다. 통상위치(P1)는 기준위치(P0)보다 도금대상(10)에 근접한 위치가 될 수 있다. 따라서, 통상영역(15)에는 근양극면(22)으로부터 공급되어 도달하는 도금이온(E)으로 인해 소정 도금두께를 가지는 도금층이 생성될 수 있다. 원양극면(23)은 통상위치(P1)보다 도금대상(10)으로부터 더 멀리 이격된 후퇴위치(P2)에 배치되어 과도금영역(16)으로 도금이온(E)을 공급할 수 있다. 이격 거리가 증가함에 따라 과도금영역(16)에 도달하는 도금이온(E)의 양이 감소하므로 과도금영역(16)에는 통상영역(15)보다 얇은 도금두께를