(57)【要約】  本発明は、強化膜の非破壊厚さ測定方法に関し、より詳細には、燃料電池用水素イオン交換強化膜が強化基材層の一側および他側にそれぞれ純粋層を含む対称の３層構造であって、各層のパワースペクトルの厚さピークを通して位置分析過程が省略可能で、非破壊全数検査が可能な強化膜の非破壊厚さ測定方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜に白色光源を入射させるステップと、
前記強化膜の各層で反射した反射光を分光し、電気信号に変換して分光スペクトルを取得するステップと、
前記分光スペクトルを演算し、前記強化膜の屈折率に対する前記強化膜の各層の厚さを演算して、厚さスペクトルを取得するステップと、を含み、
前記強化膜は、
多孔性フィルムの一側および他側にイオン交換樹脂層がそれぞれ位置し、前記イオン交換樹脂層は、同じ厚さを有する、３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法。
【請求項２】
前記厚さスペクトルは、
３つのピーク（Ｐｅａｋ）が現れる、請求項１に記載の３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法。
【請求項３】
前記分光スペクトルは、
前記多孔性フィルムの上層および下層の単独ピークが同じピークとして現れる、請求項１または２に記載の３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法。
【請求項４】
前記強化膜は、
前記多孔性フィルムにイオン伝導性親水高分子が充填されて製造され、前記イオン交換樹脂層は、同じ媒質からなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法。
【請求項５】
前記強化膜は、
前記イオン交換樹脂層の一側に搬送フィルムおよび離型フィルムのいずれか１つが付着している、請求項１から４のいずれか一項に記載の３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、２０１８年５月２４日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１８−００５９１００号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、強化膜の非破壊厚さ測定方法に関し、より詳細には、燃料電池用水素イオン交換強化膜が強化基材層の一側および他側にそれぞれ純粋層を含む対称の３層構造であって、各層のパワースペクトルの厚さピークを通して位置分析過程が省略可能で、非破壊全数検査が可能な強化膜の非破壊厚さ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池分離膜あるいは燃料電池強化膜は、絶縁体（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）としてアノード（ａｎｏｄｅ）とカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）とを分離させる分離膜の機能を有しかつ、水素イオン交換機能を同時に兼ね備えなければならない。
【０００４】
燃料電池強化膜は、耐久性を増加させるために機械的強度を有する多孔性強化基材フィルムに高分子電解質を含浸し、多孔性強化基材マトリックス層の上下部にそれぞれ形成される電解質コーティング層で構成される３層構造からなる水素イオン交換複合膜を提供した。
【０００５】
従来、燃料電池強化膜の厚さ均一性を検査するための厚さ検査方法は、燃料電池強化膜に光源を入射させてその反射光を用いて厚さを測定していた。そして、反射光を用いて分光スペクトルおよびパワースペクトルを算出して各層の厚さを分析した。
【０００６】
このような従来の燃料電池強化膜の厚さ測定方法において、パワースペクトルのピーク位置は、燃料電池強化膜の各層の境界面間の光学距離を示すものである。しかし、各層の媒質および屈折率が同じ燃料電池強化膜は、パワースペクトルのみを用いてそのピークが得られていた界面が燃料電池強化膜の最外側表面に対してどの位置に位置するかは分析不可能な問題点があった。
【０００７】
これに関連し、燃料電池強化膜の各層の位置を分析せず、パワースペクトルを用いて各層の厚さを独立して短時間で精密に測定可能な強化膜の非破壊厚さ測定方法が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２００５−３０８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、３層構造の燃料電池強化膜の各層がすべて同じ媒質で形成され、厚さスペクトルピークの位置分析が省略可能な強化膜の非破壊厚さ測定方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、強化膜の各層の界面で反射した反射光を用いて厚さスペクトルを演算することにより、総厚さの均一性、断面の個別の厚さの均一性、３層断面構造の対称性を分析できる強化膜の非破壊厚さ測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る強化膜の非破壊厚さ測定方法は、３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜に白色光源を入射させるステップと、前記強化膜の各層で反射した反射光を分光し、電気信号に変換して分光スペクトルを取得するステップと、前記分光スペクトルを演算し、前記強化膜の各層の厚さを演算して、前記強化膜の屈折率に対する厚さスペクトルを取得するステップと、を含み、前記強化膜は、多孔性フィルムの一側および他側にイオン交換樹脂層がそれぞれ位置し、前記イオン交換樹脂層は、同じ厚さを有することを特徴とする。
【００１２】
一実施形態において、前記厚さスペクトルは、３つのピーク（Ｐｅａｋ）が現れることを特徴とする。
【００１３】
一実施形態において、前記分光スペクトルは、前記多孔性フィルムの上層および下層の単独ピークが同じピークとして現れることを特徴とする。
【００１４】
一実施形態において、前記強化膜は、前記多孔性フィルムにイオン伝導性親水高分子が充填されて製造され、前記イオン交換樹脂層は、同じ媒質からなることを特徴とする。
【００１５】
一実施形態において、前記強化膜は、前記イオン交換樹脂層の一側に搬送フィルムおよび離型フィルムのいずれか１つが付着していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、３層構造の燃料電池強化膜の各層がすべて同じ媒質で形成され、燃料電池強化膜のうち上層および下層の厚さが同一であるか類似しているため、厚さスペクトルピークの位置から厚さの分析が可能であり、強化膜の各層が外側表面に対してどの位置に位置するかの分析が省略可能な効果が生じる。
【００１７】
また、強化膜の各層の界面で反射した反射光を用いて厚さスペクトルを演算することにより、総厚さの均一性、断面の個別の厚さの均一性、３層断面構造の対称性を分析することができ、強化膜コーティング工程の安定性および強化膜コーティング製品の信頼性が向上する効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料電池用水素イオン交換強化膜に照射された白色光が反射する状況を模式的に示す図である。
【図２】非破壊厚さ測定装置から得られた厚さスペクトルを示すグラフである。
【図３】本発明に係る３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法を利用して分析されたものであり、図３（ａ）は、一実施形態に係る厚さスペクトルを示すグラフ、図３（ｂ）は、一実施形態に係る水素イオン交換強化膜の断面の厚さプロファイル（Ｐｒｏｆｉｌｅ）イメージを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を添付した図面を参照して詳細に説明する。ここで、繰り返される説明、本発明の要旨を不必要にあいまいにしうる公知の機能および構成に関する詳細な説明は省略する。本発明の実施形態は当業界における平均的な知識を有する者に本発明を完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状および大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００２０】
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【００２１】
以下、本発明の理解のために望ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、実施例によって本発明の内容が限定されるものではない。
【００２２】
＜非破壊強化膜の厚さ測定方法＞
本発明に係る非破壊強化膜の厚さ測定方法は、白色光源を入射させるステップＳ１００と、分光スペクトルを取得するステップＳ２００と、厚さスペクトルを取得するステップＳ３００とを含むことができる。
【００２３】
白色光源を入射させるステップＳ１００は、光源照射部から発光する白色光源を、３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜に誘導して入射させるステップである。
【００２４】
ここで、強化膜は３層構造として提供可能である。多孔層フィルム（あるいは強化基材層）の一側および他側にイオン交換樹脂層（純粋層）がそれぞれ位置してもよい。強化膜の上層および下層に位置するイオン交換樹脂層は、厚さが同一に提供される。すなわち、強化膜は、多孔性フィルムの中心線を基準として対称の構造で提供される。
【００２５】
また、強化膜は、多孔性フィルムにイオン伝導性親水高分子が充填されて製造できる。この時、イオン伝導性親水高分子は多孔性フィルムの一側および他側にすべて充填される。したがって、多孔性フィルムの一側および他側にそれぞれ位置するイオン交換樹脂層は、同じ媒質からなり、同じ屈折率を有することができる。
【００２６】
強化膜は、搬送フィルム（離型フィルム）がさらに含まれる。搬送フィルムは、強化膜の外角に位置したイオン交換樹脂層の一側に位置してもよいが、搬送フィルムの場合、イオン交換樹脂層および多孔性フィルムと異なる屈折率を有していて、後述する分光スペクトルまたは厚さスペクトルから測定結果を容易に除くことができる。すなわち、搬送フィルムは、強化膜の総厚さより厚くて、分析限界範囲外に設定して測定結果から除くことができる。
【００２７】
これは、本発明に係る厚さ測定方法が、燃料電池強化膜の製造方法で使用できるもので、本発明は、燃料電池強化膜製造装置において、コーティングされたフィルムが搬送される時、リアルタイムに厚さを測定することができ、非破壊全数検査可能な効果が生じ得る。また、分光スペクトルを取得するステップＳ２００は、分光器が、強化膜に入射した白色光が強化膜の各層の境界面で反射する反射光を取得して分光することにより電気信号に変換するステップである。変換された電気信号は、分光スペクトルを取得するのに使用可能である。
【００２８】
前記Ｓ１００ステップで説明したように、本発明に係る強化膜は、イオン交換樹脂層が同じ媒質と同じ厚さからなっていて、強化膜の上層および下層の境界面に反射して、反射光は分光スペクトルにおいて同じ位置に重なって現れる。そして、強化膜の多孔性フィルムは、イオン交換樹脂層と同じ媒質で充填されているが、多孔性フィルムの光路距離（界面）の差によって屈折界面が形成される。
【００２９】
厚さスペクトルを取得するステップＳ３００は、分光器で取得された分光スペクトルを演算し、強化膜の各層の厚さを演算するステップである。すなわち、Ｓ３００ステップは、フーリエ変換を利用して、分光スペクトルをピークおよび各界面間の光路距離として算出することができる。したがって、厚さスペクトルは、厚さが厚い順にピークを表示するようになる。
【００３０】
図１は、燃料電池用水素イオン交換強化膜に照射された白色光が反射する状況を模式的に示す図であり、図２は、非破壊厚さ測定装置から得られた厚さスペクトルを示すグラフである。
【００３１】
本発明に係る厚さスペクトルは、３つのピーク（Ｐｅａｋ）が現れる。図２を参照すれば、本発明に係る厚さスペクトルはＰ１、Ｐ２およびＰ３のピークが現れる。図１を参照すれば、３層構造の強化膜のうち、最上層のイオン交換樹脂層をＴ１、多孔性フィルムをＴ２、および最下層のイオン交換樹脂層をＴ３とした時、分光スペクトルのＰ１はＴ１およびＴ３の厚さを示すピークであり、Ｐ２はＴ１＋Ｔ２、Ｐ３は強化膜の総厚さを示すものである。すなわち、Ｔ１およびＴ３の厚さピークは、同じ厚さでＰ１に重なって現れることが分かる。したがって、Ｔ１およびＴ３の厚さはＰ１あるいはＰ３−Ｐ２で計算することができる。これとともに、Ｔ２の厚さはＰ２−Ｐ１で計算される。
【００３２】
本発明の目的は、厚さスペクトルに現れたピークが強化膜のどの位置に位置する層であるかを分析するのではなく、強化膜のイオン交換樹脂層、すなわち、Ｔ１およびＴ３が同じ厚さの媒質からなっていて、同じ屈折率および同じピークを示すことにより、Ｔ１とＴ３が同一あるいは類似の厚さで多孔性フィルムに同じ厚さにコーティングされているかを分析するのである。したがって、本発明は、強化膜の総厚さの均一性、各層の厚さの均一性および３層構造の対称性を確認して、強化膜コーティング工程の安定性および強化膜コーティング製品の信頼性を向上させる効果が生じ得る。
【００３３】
図３は、本発明に係る３層構造の燃料電池用水素イオン交換強化膜の非破壊厚さ測定方法を利用して分析されたものであり、図３（ａ）は、一実施形態に係る厚さスペクトルを示すグラフ、図３（ｂ）は、一実施形態に係る水素イオン交換強化膜の断面の厚さプロファイル（Ｐｒｏｆｉｌｅ）イメージを示すものである。
【００３４】
本発明に係る厚さ測定方法は、燃料電池用水素イオン交換強化膜の製造方法のうち非破壊方法で測定されるもので、製造されるすべての長さの強化膜の厚さを測定することができる。したがって、本発明に係る厚さスペクトルを用いて強化膜の断面をイメージ化することができる。
【００３５】
図３（ａ）を参照すれば、一実施形態に係る厚さスペクトルは、Ｔ１の厚さが７．７μｍ、Ｔ１＋Ｔ２の厚さが１６．１μｍ、総厚さが２３．７μｍの強化膜として分析される。すなわち、イオン交換樹脂層の厚さは７．６〜７．７μｍであり、多孔性フィルムの厚さは８．３〜８．４μｍである。
【００３６】
図３（ｂ）を参照すれば、図３（ａ）のような強化膜の各ポイントの厚さスペクトルを用いて断面のプロファイルイメージを分析することができる。強化膜の総厚さは２３．７μｍでイオン交換樹脂層が対称的に形成されたことが分かる。
【００３７】
＜強化膜製造装置＞
本発明に係る強化膜製造装置は、コーティング部と、貼り合わせ部と、乾燥部と、厚さ測定部とを含むことができる。
【００３８】
コーティング部は、コーティング液が塗布されたコーティングフィルムを提供する構成で、コーティング部は、巻取られた多孔性フィルムを解いてイオン伝導性親水高分子液に含浸して、多孔性フィルムと多孔性フィルムの一側および他側をコーティングしてコーティングフィルムを製造することができる。
【００３９】
貼り合わせ部は、コーティングフィルムの最下端に搬送フィルムを付着させる構成で、この時、搬送フィルムは、コーティングフィルム、すなわち、イオン伝導性親水高分子と異なる媒質からなっていて、屈折率が異なることを特徴とする。
【００４０】
乾燥部は、搬送フィルム上に貼り合わされたコーティングフィルムを乾燥して燃料電池強化膜を製造する構成で、高分子液によって濡れた状態のフィルムを乾燥させる炉が含まれる。乾燥炉は、炉の速度および温度を制御して、強化膜の均一な物性を安定して得られる効果が生じ得る。
【００４１】
厚さ測定部は、燃料電池強化膜をなす各層の厚さを測定して、多孔性フィルムを基準として上下対称の構造、各層の均一性および強化膜の総厚さの均一性を確認する構成である。厚さ測定部は、貼り合わせ部と乾燥部との間、あるいは乾燥部の後に位置してもよい。
【００４２】
そして、厚さ測定部は、光源モジュールと、分光器と、演算モジュールとを含むことができる。光源モジュールは、白色光源を発光する構成で、強化膜に白色光源を入射させることができる。分光器は、反射光を分光する構成で、強化膜で反射した反射光を電気信号に変換後、分光スペクトルを取得することができる。演算モジュールは、分光器で生成された分光スペクトルに、所定の演算過程を経て厚さスペクトルを取得する構成である。
【００４３】
この時、強化膜のうち最外角に位置するイオン交換樹脂層が均一にコーティングされて同一あるいは類似の厚さに形成された場合、厚さスペクトルは３つのピークを取得することができ、強化膜が多孔性フィルムを基準として非対称の構造を有する場合、厚さスペクトルは４つ以上のピークを取得することができる。
【００４４】
以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野における熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載の本発明の思想および領域を逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更可能であることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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