KR20170054689A - Separator for fuel cell, method for manufacturing the same and fuel cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도, 기체 밀폐도 및 내부식성을 나타내고, 성형이 용이한 연료전지 분리판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell separator which is thin in thickness but exhibits excellent mechanical strength, gas tightness and corrosion resistance, and is easy to mold, a method for producing the same, and a fuel cell including the same.
에너지 자원의 고갈에 따른 대체에너지에 대한 중요성이 부각됨에 따라 연료전지는 신재생 에너지의 한 분야로 주목 받고 있다. 특히 연료전지는 고효율 및 환경친화적이라는 장점으로 인해 집중 연구되고 있다.Fuel cells are attracting attention as one of the renewable energy sources as the importance of alternative energy due to depletion of energy resources is highlighted. In particular, fuel cells have been intensively studied due to their advantages of high efficiency and environmental friendliness.
연료전지 시스템의 주요부품인 스택은 적층된 단위 셀들의 집합으로, 하나의 셀은 막 전극 접합체(Membrane electrode assembly: MEA)와 분리판(Bipolar plate 또는 Separator)으로 구성되어 있다. 분리판은 스택 제조시 가장 많은 수량이 사용되고 있으며, 분리판의 형태에 따라 스택의 구조가 결정된다.The stack, which is a main part of the fuel cell system, is a set of stacked unit cells, and one cell is composed of a membrane electrode assembly (MEA) and a bipolar plate or separator. In the case of separator plates, the largest quantity is used in manufacturing the stack, and the structure of the stack is determined according to the shape of the separator plate.
분리판은 음극과 양극에 대해 각각 수소와 산소를 공급하고, 공급된 가스의 혼합을 방지하며, 전극 반응시 생성된 전자를 이동시키고 양극에서 생성된 물을 밖으로 배출하는 등의 다양한 기능을 수행한다. 이에 따라 분리판은 전자의 이동이 용이하도록 우수한 전자 전도성을 가져야 하고, 양극에서 생성된 물이 원활 하게 배출될 수 있도록 적절한 표면 특성을 가져야 한다. 또한 음극 및 양극으로 공급되는 가스의 혼합을 방지하기 위해서는 우수한 가스 밀폐도를 가져야 하며, 그 외 연료전지의 작동환경과 운전조건에 따른 적절한 내식성 및 강도 특성을 가져야 한다. 또, 가정용을 비롯하여 자동차용, 휴대용 등 다양한 분야로의 접근이 용이하도록 얇고 가공성이 좋아야 한다.The separator performs various functions such as supplying hydrogen and oxygen to the cathode and the anode respectively, preventing mixing of the supplied gases, transferring the generated electrons during the electrode reaction and discharging the water generated in the anode to the outside . Accordingly, the separator plate should have excellent electron conductivity for facilitating the movement of electrons, and have appropriate surface characteristics so that the water generated from the anode can be discharged smoothly. Further, in order to prevent mixing of the gas supplied to the cathode and the anode, it is required to have an excellent gas tightness and have proper corrosion resistance and strength characteristics according to the operating environment and operating conditions of the fuel cell. In addition, it should be thin and easy to process in order to access various fields such as home, automobile, and portable.
현재 개발 및 상용되고 있는 연료전지 분리판의 소재는 흑연, 흑연과 수지의 복합재, 또는 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 소재이다. 그러나, 흑연을 사용하여 분리판을 제조하는 경우, 기계 가공에 의한 유로 가공 비용이 높을 뿐만 아니라 기계 가공에 소요되는 시간이 길어 생산성이 매우 낮은 문제가 있다. 또, 금속 기재의 분리판을 제조하는 경우 가공성 및 치수 정밀도는 좋은 반면 부식되기 쉽다는 단점이 있다. 또한 흑연과 수지의 복합재료를 이용하여 분리판을 제조하는 경우 상기한 문제점들을 모두 해결할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 소재 제조 환경 및 소재 보관의 어려움이 있고, 제품의 치수 정밀도가 낮으며, 박판화가 용이하지 않다. 또, 흑연과 수지의 복합재료를 박판화하여 사용할 경우 연료전지의 스택의 부피를 줄일 수 있기 때문에 가정용을 비롯하여 자동차용, 휴대용 등 다양한 분야로의 접근이 용이하지만, 전지의 작동환경 및 운전 조건에 따른 굴곡강도와 기체 밀폐도가 저하되는 문제점이 있다.The material of the fuel cell separator that is currently being developed and used is a composite material of graphite, graphite and resin, or a metal material such as stainless steel or aluminum. However, in the case of producing a separator using graphite, there is a problem in that not only the flow cost of machining is high but also the time required for machining is long and the productivity is very low. In addition, when a separator of a metal base is manufactured, there is a disadvantage that it is easy to corrode while having good processability and dimensional accuracy. In addition, in the case of producing a separator using a composite material of graphite and resin, the above problems can be solved. However, it is difficult to store the material manufacturing environment and material, the dimensional precision of the product is low, It is not easy. In addition, when the composite material of graphite and resin is used as a thin plate, it is possible to reduce the volume of the fuel cell stack. Therefore, it is easy to access various fields such as home use, automobile, and portable. However, The bending strength and gas tightness are lowered.
본 발명의 목적은 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도, 기체 밀폐도 및 내부식성을 나타내고, 성형이 용이한 연료전지 분리판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a fuel cell separator which exhibits excellent mechanical strength, gas tightness and corrosion resistance while being thin, and can be easily formed, and a method for producing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 연료전지 분리판을 포함하여 개선된 전지특성을 나타내는 연료전지를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a fuel cell including the fuel cell separator and exhibiting improved battery characteristics.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 박판, 및 상기 박판의 적어도 일면에 위치하는 탄소복합체 층을 포함하고, 상기 탄소복합체 층은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하는 것이고, 상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인 연료전지 분리판을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon fiber composite material comprising a metal thin plate and a carbon composite material layer disposed on at least one side of the thin metal sheet, wherein the carbon composite material layer comprises a carbon material and a polymer material, , A thermoplastic resin, and a mixture thereof. The present invention also provides a fuel cell bipolar plate.
상기 열경화성 수지는 페놀수지, 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The thermosetting resin may be any one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, and a mixture thereof.
상기 열경화성 수지는 상기 탄소복합체 층 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The thermosetting resin may be contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the total weight of the carbon composite material layer.
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리페닐설파이드(polyphenylenesulfide, PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene, FEP), 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy, PFA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The thermoplastic resin may be selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyphenylenesulfide (PPS), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated ethylene propylene (FEP), perfluoroalkoxy , PFA), and mixtures thereof.
상기 열가소성 수지는 상기 탄소복합체 층 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The thermoplastic resin may be contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the total weight of the carbon composite material layer.
상기 고분자 재료는 경화제 및 경화 촉진제를 더 포함하는 것일 수 있다.The polymer material may further comprise a curing agent and a curing accelerator.
상기 금속 박판은 알루미늄, 구리, 카본 호일, 티타늄, 철, 스테인리스 (SUS), 니켈, 코발트 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The metal thin plate may be any one selected from the group consisting of aluminum, copper, carbon foil, titanium, iron, stainless steel (SUS), nickel, cobalt and alloys thereof.
상기 금속 박판의 두께는 0.04 내지 0.3 mm인 것일 수 있다.The thickness of the thin metal plate may be 0.04 to 0.3 mm.
상기 금속박판 표면은 플라즈마 처리된 것일 수 있다.The metal thin plate surface may be plasma treated.
상기 탄소 재료는 천연흑연, 인상흑연, 팽창흑연, 인조흑연, 카본블랙, 그래핀, 탄소섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The carbon material may be any one selected from the group consisting of natural graphite, graphite impression, expanded graphite, artificial graphite, carbon black, graphene, carbon fiber, and mixtures thereof.
상기 탄소 재료는 입자 크기가 5 내지 300 ㎛인 것일 수 있다.The carbon material may have a particle size of 5 to 300 mu m.
상기 연료전지 분리판은 상기 금속 박판과 상기 탄소복합체 층 사이에 접착제 층을 더 포함하는 것일 수 있다.The fuel cell separator may further include an adhesive layer between the metal thin plate and the carbon composite material layer.
상기 접착제 층은 고분자 재료, 경화제 및 경화 촉진제를 포함하는 것일 수 있다.The adhesive layer may be one comprising a polymer material, a curing agent and a curing accelerator.
상기 연료전지 분리판은 50 내지 120 MPa의 굴곡강도, 0.8 내지 2.2 g/mL의 밀도 및 80 내지 250 S/cm의 전기전도도를 갖는 것일 수 있다.The fuel cell separator may have a flexural strength of 50 to 120 MPa, a density of 0.8 to 2.2 g / mL and an electrical conductivity of 80 to 250 S / cm.
상기 연료전지 분리판은 0.1 내지 1.5 mm의 두께에서 2 X 10-6 cm3/cm2sec 이하의 기체 투과도를 갖는 것일 수 있다.The fuel cell separator may have a gas permeability of 2 X 10 -6 cm 3 / cm 2 sec or less at a thickness of 0.1 to 1.5 mm.
상기 연료전지 분리판은 한 개의 분리판 활성화 면적 내에 연료가 흐르는 복수의 연료 채널이 형성되며, 상기 연료 채널에는 서로 다른 유입 매니폴드를 통해 연료가 유입되어 배출 매니폴드를 통해 배출되는 것일 수 있다.In the fuel cell separator, a plurality of fuel channels through which fuel flows may be formed in one separator plate activation area, and fuel may be introduced into the fuel channels through different inlet manifolds and discharged through a discharge manifold.
상기 연료전지 분리판은 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 및 인산형 연료전지(PAFC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 적용되는 것일 수 있다.The fuel cell separator may be applied to any one selected from the group consisting of a direct methanol fuel cell (DMFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC).
본 발명은 금속 박판 위에 탄소복합체 조성물을 도포하는 단계, 그리고 상기 탄소복합체 조성물이 도포된 금속 박판을 140 내지 160 ℃로 가열된 롤러에 1 내지 30 m/s의 속도로 통과시켜 압축성형하는 단계를 포함하고, 상기 탄소복합체 조성물은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하고, 상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 연료전지 분리판 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a carbon composite material, comprising the steps of: applying a carbon composite composition on a metal thin plate; passing the thin metal sheet coated with the carbon composite composition to a roller heated at 140 to 160 DEG C at a speed of 1 to 30 m / Wherein the carbon composite composition comprises a carbon material and a polymer material, and the polymer material is any one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin and a mixture thereof. .
상기 압축성형은 유로 형상을 구현하는 것일 수 있다.The compression molding may be one that implements a flow path shape.
상기 유로 형상은, 서로 반대방향(두께 반대방향)에 상이한 돌출부와 요입부를 가지는 구조 (채널 방향으로 돌출부와 요입부가 배열된 구조)인 것일 수 있다.The channel shape may be a structure (a structure in which protrusions and recesses are arranged in the channel direction) having protrusions and recesses that are different from each other in the opposite direction (opposite in thickness).
상기 제조방법은 금속 박판 위에 탄소복합체 조성물을 도포하는 단계 전에, 상기 금속 박판에 상기 고분자 재료를 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include forming the adhesive layer by applying the polymer material to the thin metal plate before coating the carbon composite composition on the thin metal plate.
본 발명에 따른 연료전지 분리판은, 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있다. 그 결과 연료전지에 적용시 전지특성을 더욱 개선시킬 수 있다. The fuel cell separator according to the present invention can exhibit excellent mechanical strength and gas tightness while being thin. As a result, the battery characteristics can be further improved when applied to a fuel cell.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판(100)을 개략적으로 나타낸 구조도로서, (110)은 금속 박판을 나타낸 평면구조도이고, (120)은 탄소복합체 층의 단면구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판(100)을 개략적으로 나타낸 구조도로서 (110)은 금속 박판을 나타낸 평면구조도이고, (120)은 탄소복합체 층, (130)은 접착제 층의 단면구조도이다.
도 3은 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 연료전지 분리판(100)의 압축성형과정을 나타낸 단면구조도이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지 분리판의 유로구조(200)를 나타낸 단면구조도이다.
도 5는 일반적인 탄소복합체 분리판의 유로구조(200)를 나타낸 단면구조도이다.FIG. 1 is a schematic structural view of a
FIG. 2 is a schematic structural view of a fuel cell
3 is a cross-sectional view illustrating the compression molding process of the
4 is a cross-sectional structural view showing the
5 is a cross-sectional structural view showing a
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판은, 금속 박판, 및 상기 박판의 적어도 일면에 위치하는 탄소복합체 층을 포함한다.A fuel cell bipolar plate according to an embodiment of the present invention includes a thin metal plate and a carbon composite layer positioned on at least one side of the thin plate.
상기 탄소복합체 층은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하는 것이고, 상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것이다.The carbon composite material layer includes a carbon material and a polymer material, and the polymer material includes any one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a mixture thereof.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 분리판(100)을 개략적으로 나타낸 구조도로서, (110)은 금속 박판, (120)은 탄소복합체 층, (130)은 접착제 층의 단면구조도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.1 and 2 are schematic structural views of a
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 연료전지 분리판(100)은 금속 박판(110) 및 탄소복합체 층(120)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the fuel cell
상기 금속 박판(110)은 지지 기능과 함께 전도성을 나타내는 것으로, 구체적으로는 알루미늄, 구리, 카본 호일, 티타늄, 철, 스테인리스 (SUS), 니켈, 코발트 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The
상기 금속 박판(110)은 필름 또는 시트상일 수 있다.The
또, 상기와 같은 금속 박판(110)은 분리판의 전체 두께 및 외피재 형성 물질의 종류 등을 고려하여 충분한 지지 효과를 나타낼 수 있는 두께를 갖도록 조절되는 것이 바람직하며 구체적으로는 0.04 내지 0.3 mm 의 두께 범위에서 30 MPa 내지 70 MPa의 강도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기 금속 박판(110)의 두께가 0.04 mm 미만이면 기계적 강도 특성이 저하될 수 있고, 또 0.3 mm를 초과하면 필름 또는 시트상으로의 제조가 용이하지 않다.
In addition, the
한편, 상기와 같은 금속 박판(110)의 적어도 일면에 위치하는 탄소복합체 층(120)이 형성된다.On the other hand, the carbon
상기 탄소복합체 층(120)은 통상 연료전지의 분리판 기능을 하는 것으로, 적어도 하나의 외측면에 기체 또는 액체가 흐를 수 있도록 형성된 유로(200)를 포함한다. 또, 탄소복합체 층(120)은 수소 및 산소를 공급하기 위한 구멍으로서 복수개의 매니폴드, 또는 연료전지 운전시 내부의 온도유지를 위한 냉각수 통로(미도시)를 선택적으로 더 포함할 수도 있다. 또 상기 매니폴드가 형성될 경우, 매니폴드로부터 유입된 기체 또는 액체가 흐를 수 있도록 상기한 유로는 매니폴드 중 임의적으로 선택된 어느 두 개를 서로 연결하여 형성되는 것이 바람직하다.The carbon
상기 탄소복합체 층(120)은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하고, 상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.The carbon
상기 탄소 재료는 천연흑연, 인상흑연, 팽창흑연, 인조흑연, 카본블랙, 그래핀, 탄소섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이 보강성 및 가공성 면에서 바람직하다.The carbon material is preferably selected from the group consisting of natural graphite, impression graphite, expanded graphite, artificial graphite, carbon black, graphene, carbon fiber, and mixtures thereof, from the viewpoint of reinforcing property and workability.
상기 탄소 재료는 입자형, 판형, 인편상 등 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 5 내지 300 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 입자인 것이 바람직할 수 있다. 탄소 재료의 평균 입자 직경이 5 ㎛ 미만이면 탄소 재료끼리의 응집 우려가 있고, 전도성 충진제의 평균 입자 크기가 300 ㎛를 초과하면 성형 및 기체밀폐도가 저하될 우려가 있다.The shape of the carbon material is not particularly limited, such as a particle shape, a plate shape and a scaly shape, but may preferably be particles having an average particle diameter of 5 to 300 탆. If the average particle diameter of the carbon material is less than 5 mu m, there is a concern that the carbon materials may aggregate, and if the average particle size of the conductive filler exceeds 300 mu m, the molding and gas tightness may decrease.
상기 탄소 재료는 탄소복합체 전체 중량에 대하여 50 내지 90 중량%로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게 70 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 상기 탄소 재료의 함량이 50 중량% 미만이면 탄소 재료의 사용에 따른 전도성 및 기계적 물성 개선 효과가 미미하고, 90 중량%를 초과하면 유동성이 낮아 분리판 제조를 위한 사출성형 또는 압축성형 등의 성형 공정시 매니폴드의 동시 성형이 어렵고, 성형하고자 하는 분리판의 크기가 커질수록 두께 편차가 커지고, 강도 및 기체밀폐도가 저하될 우려가 있다. 상기 탄소 재료의 사용에 따른 보강성 및 전도성, 그리고 기체밀폐도 개선 효과를 고려할 때, 상기 탄소 재료는 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지에 대하여 2:8 내지 3:7로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다. The carbon material may be contained in an amount of 50 to 90 wt%, more preferably 70 to 90 wt%, based on the total weight of the carbon composite material. When the content of the carbon material is less than 50% by weight, the effect of improving the conductivity and mechanical properties of the carbon material is insignificant. When the carbon material is used in an amount exceeding 90% by weight, Simultaneous molding of the manifold is difficult, and as the size of the separator to be formed becomes larger, the thickness variation becomes larger, and the strength and gas tightness may be lowered. The carbon material may be more preferably included in the thermosetting resin or the thermoplastic resin in a ratio of 2: 8 to 3: 7 in consideration of the reinforcing property, the conductivity, and the gas tightness improving effect according to the use of the carbon material .
구체적으로 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 벤조옥사진계 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 우레아계 수지, 알키드계 수지, 또는 폴리이미드계 수지 등일 수 있다. Specifically, the thermosetting resin may be a phenol resin, an epoxy resin, a benzoxazine resin, a melamine resin, a polyurethane resin, a urea resin, an alkyd resin, a polyimide resin, or the like.
상기한 열경화성 수지 중에서도 내화학성, 내부식성, 내구성의 물성이 우수한 페놀 수지, 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것이 가장 바람직 하다. Among the above-mentioned thermosetting resins, it is most preferable to use any one selected from the group consisting of phenol resins, epoxy resins and mixtures thereof having excellent chemical resistance, corrosion resistance and durability.
또, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 폴리페닐설파이드 (polyphenylenesulfide, PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (Polyvinylidene fluoride, PVDF), 플루오르화 에틸렌 프로필렌 (fluorinated ethylene propylene, FEP), 퍼플루오르알콕시 (perfluoroalkoxy, PFA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The thermoplastic resin may be at least one selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyphenylenesulfide (PPS), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated ethylene propylene (FEP), perfluoroalkoxy perfluoroalkoxy (PFA), and mixtures thereof.
상기 열경화성 수지 또는 상기 열가소성 수지는 상기 탄소복합체(120) 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The thermosetting resin or the thermoplastic resin may be contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the total weight of the
금속 박판(110)에 열경화성 탄소복합체 조성물 또는 열가소성 탄소복합체(120) 조성물을 얇게 코팅하기 위해서는 열경화성 또는 열가소성 수지의 함량을 높여 금속 박판(110)과의 결합력을 증가시킬 수 있다. 그러나 상기 열경화성 또는 열가소성 수지의 함량이 30 중량%를 초과하면 전기전도도가 낮아지기 때문에 금속 박판(110)과 충분히 결합될 수 있는 탄소복합체 조성물을 제조하기 어렵다. In order to thinly coat the
또한, 상기 탄소 재료의 종류에 따라 상기 열경화성 수지 또는 상기 열가소성 수지의 함량을 변화시킬 수 있다. 상기 탄소 재료가 팽창흑연인 경우 열경화성 수지 또는 상기 열가소성 수지는 상기 탄소복합체(120) 전체 중량에 대하여 20 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
Further, the content of the thermosetting resin or the thermoplastic resin can be changed according to the kind of the carbon material. When the carbon material is expanded graphite, the thermosetting resin or the thermoplastic resin may be contained in an amount of 20 to 30% by weight based on the total weight of the
추가적으로, 금속 박판(110)과 탄소복합체(120) 조성물의 결합력 향상을 위해 금속 박판(110) 표면을 플라즈마 처리하여 사용하거나, 금속 박판(110)과 탄소복합체 층(120) 사이에 접착제 층(130)을 더 포함시킬 수 있다.The surface of the
상기 접착제 층은 고분자 재료, 경화제 및 경화 촉진제를 포함하는 액상 조성물을 제조하여 금속 박판 표면 위에 얇게 도포하여 형성시킬 수 있다.The adhesive layer can be formed by preparing a liquid composition containing a polymer material, a curing agent and a curing accelerator and thinly coating the surface of the thin metal plate.
상기 액상 조성물의 도포 방법은 스프레이를 이용하여 분사하거나 침적하는 것일 수 있다.
The method of applying the liquid composition may be spraying or depositing using a spray.
또, 상기 탄소복합체층을 포함하는 연료전지 분리판의 물성 강화 및 제조 공정의 용이성 개선 등을 목적으로 내부이형제, 경화제, 경화촉진제, 또는 저수축제 등의 통상 분리판의 제조에 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. Further, for the purpose of enhancing the physical properties of the fuel cell separator plate including the carbon composite material layer and improving the easiness of the manufacturing process, additives such as internal mold release agents, curing agents, curing accelerators, .
상기 경화제로는 통상 열경화성 수지의 경화를 위해 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 에폭시계 화합물, 아민계 화합물, 디아민계 화합물, 폴리아민계 화합물, 폴리아미드계 화합물 또는 페놀 수지 등을 들 수 있다. 특히, 상기 벤조옥사진계 수지를 사용하는 경우 상기 경화제로서 에폭시계 화합물이 바람직할 수 있으며, 또 상기 에폭시계 화합물 중에서도 시클로알리파틱(cycloaliphatic)계 에폭시 레진 또는 크레졸 노볼락(cresol novolac)계 에폭시 레진이 바람직할 수 있다.The curing agent is not particularly limited as long as it is usually used for curing a thermosetting resin. Specific examples thereof include an epoxy compound, an amine compound, a diamine compound, a polyamine compound, a polyamide compound or a phenol resin. . In particular, when the benzoxazine-based resin is used, an epoxy compound may be preferably used as the curing agent. Among the epoxy compounds, a cycloaliphatic epoxy resin or a cresol novolac epoxy resin Lt; / RTI >
이때 경화제의 첨가량은 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 30 내지 70 중량부인 것이 바람직하다. 경화제의 함량이 30 중량부 미만이면 미반응 수지가 잔류할 우려가 있고, 70 중량부를 초과하면 경화제의 일부가 미반응할 우려가 있다.At this time, the amount of the curing agent added is preferably 30 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermosetting resin or the thermoplastic resin. When the content of the curing agent is less than 30 parts by weight, unreacted resin may remain, while when it exceeds 70 parts by weight, a part of the curing agent may be unreacted.
또한 경화 시간의 단축을 위해 상기 경화제와 함께 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제로는 구체적으로 트리페닐포스핀(triphenylphosphine: TPP) 디아미노디페닐술폰(diaminodiphenylsulfone: DDS), 제3차아민, 이미다졸계, 에폭시계, 페놀계 등의 염기성 화합물가 사용될 수 있다. Further, in order to shorten the curing time, the curing accelerator may be further added together with the curing agent. As the curing accelerator, a basic compound such as triphenylphosphine (TPP) diaminodiphenylsulfone (DDS), a tertiary amine, an imidazole compound, an epoxy compound or a phenol compound may be used.
또, 상기 경화촉진제의 첨가량은 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 8 중량부인 것이 바람직할 수 있다. 경화촉진제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 가사시간이 길어져 작업에는 용이하나 경화속도가 느리므로 성형시간이 길어져 바람직하지 않고, 8 중량부를 초과하면 가사시간이 짧아 경화속도가 빨라져 성형이 어려워지므로 바람직하지 않다.The addition amount of the curing accelerator is preferably 0.5 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermosetting resin or the thermoplastic resin. If the content of the curing accelerator is less than 0.5 parts by weight, the working time is long, which is easy for the work but the curing speed is slow, which is not preferable because the molding time is long. When the content is more than 8 parts by weight, the curing speed is shortened, not.
또, 상기와 같이 탄소복합체 조성물이 경화제 및 경화촉진제를 더 포함하는 경우, 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지, 경화제 및 경화촉진제를 먼저 혼합한 후 탄소 재료를 혼합하는 것이 바람직하며, 이때, 탄소 재료의 혼합에 앞서, 상기 수지와 경화제 및 경화촉진제의 혼합물에 대해 분쇄공정을 선택적으로 더 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 분쇄공정을 통해 상기 상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 상기 경화제의 입자 크기를 상기 탄소 재료의 입자 크기와 동등 수준의 크기가 되도록 조절함으로써 보다 균질한 혼합이 가능하고 또한 성형 시의 빠른 경화 반응을 유도할수 있다.
When the carbon composite material composition further comprises a curing agent and a curing accelerator, it is preferable to mix the thermosetting resin or the thermoplastic resin, the curing agent and the curing accelerator first, and then mix the carbon material. In this case, It may be preferable to carry out a further pulverizing step for the mixture of the resin, the curing agent and the curing accelerator. By controlling the particle size of the thermosetting resin or the thermosetting resin and the curing agent to be the same level as the particle size of the carbon material through the pulverizing process, more homogeneous mixing can be performed and a quick curing reaction during molding is induced can do.
제조된 연료전지 분리판은 두께가 0.8 내지 1.5 mm이고, 기체 투과도가 1 X 10-6 내지 2 X 10-6 cm3/cm2sec이고, 굴곡강도가 50 내지 120 Mpa, 밀도가 0.8 내지 2.2 g/mL, 전기전도도가 80 내지 250 S/cm인 것일 수 있다.The prepared fuel cell separator has a thickness of 0.8 to 1.5 mm, a gas permeability of 1 X 10 -6 to 2 X 10 -6 cm 3 / cm 2 sec, a flexural strength of 50 to 120 MPa, a density of 0.8 to 2.2 g / mL, and an electrical conductivity of 80 to 250 S / cm.
상기 연료전지 분리판은 한 개의 분리판 활성화 면적 내에 연료가 흐르는 복수의 연료 채널이 형성되며, 상기 연료 채널에는 서로 다른 유입 매니폴드를 통해 연료가 유입되어 배출 매니폴드를 통해 배출되는 것일 수 있다.In the fuel cell separator, a plurality of fuel channels through which fuel flows may be formed in one separator plate activation area, and fuel may be introduced into the fuel channels through different inlet manifolds and discharged through a discharge manifold.
상세하게는, 상기 연료전지는 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 스택, 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료공급부, 및 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하고, 상기 스택은 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 어셈블리; 그리고 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 상기 연료전지 분리판을 포함하는 단위 셀을 적어도 하나 이상 포함한다.Specifically, the fuel cell includes a stack for generating electricity through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant, a fuel supply unit for supplying fuel to the electricity generation unit, and an oxidant supply unit for supplying an oxidant to the electricity generation unit, The stack includes a membrane-electrode assembly including an anode electrode and a cathode electrode positioned opposite to each other, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode; And at least one unit cell including the fuel cell separator located on both sides of the membrane-electrode assembly.
상기 연료전지의 각 구성부는 통상의 연료전지의 구성에 의하므로 그 구체적인 기재는 생략한다.Since each constituent part of the fuel cell is based on the configuration of a typical fuel cell, detailed description thereof will be omitted.
또, 상기 연료전지는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올형 연료전지(DMFC), 고온용 고분자전해질 연료전지 또는 인산형 연료전지(PAFC)중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
The fuel cell may be any one of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a high temperature polymer electrolyte fuel cell, or a phosphoric acid fuel cell (PAFC) It is not.
다음으로, 연료전지 분리판(100) 제조방법에 대하여 설명한다. Next, a method of manufacturing the
금속 박판(110), 상기 금속 박판(110) 위에 상기 탄소복합체(120) 조성물을 도포하는 단계, 상기 탄소복합체가 도포된 금속 박판을 140 내지 160 ℃로 가열된 롤러(140)에 1 내지 30 m/s의 속도로 통과시켜 압축성형하는 단계를 포함한다.Applying the
상기 탄소복합체는 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하고, 상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함한다.The carbon composite material includes a carbon material and a polymer material, and the polymer material includes any one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin and a mixture thereof.
상기 탄소복합체 조성물을 도포하는 단계 전에 상기 금속 박판에 접착제층을 도포하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.And applying the adhesive layer to the thin metal plate before applying the carbon composite composition.
상기 접착제층은 상기 고분자 재료, 경화제 및 경화 촉진제를 포함하는 것일 수 있다.The adhesive layer may be one comprising the polymer material, a curing agent and a curing accelerator.
상기 탄소복합체 조성물에 포함된 열경화성 수지 및 열가소성 수지류의 녹는 온도인 140 내지 160 ℃에서 롤러(140)를 통해 금속 박판(110)과 탄소복합체 (120) 조성물이 결합된 박판형 연료전지 분리판 중간체를 제조한다.A thin plate fuel cell separator intermediate body in which a
이 때, 탄소복합체 조성물 중 열경화성 수지류가 포함된 것은 중간체 제조 중 완전 경화되지 않는 반경화 상태로 제조하는 것이 중요하다.In this case, it is important to prepare the semi-cured state in which the thermosetting resin is included in the carbon composite composition during the production of the intermediate, which is not completely cured.
상기 압축성형은 유로 형상을 구현하는 것일 수 있다.The compression molding may be one that implements a flow path shape.
상기 유로 형상은, 서로 반대방향(두께 반대방향)에 상이한 돌출부와 요입부를 가지는 구조 (채널 방향으로 돌출부와 요입부가 배열된 구조)인 것일 수 있다(도 4). The channel shape may be a structure (a structure in which protrusions and recesses are arranged in the channel direction) having protrusions and recesses that are different from each other in the opposite direction (opposite in thickness) (FIG.
상기 유로 형상은, 서로 반대방향(두께 반대방향)에 동일한 돌출부 또는 요입부를 가지는 구조인 것일 수 있다(도 5). The flow path shape may be a structure having protruding portions or recessed portions which are the same in opposite directions (opposite in thickness) (Fig. 5).
본 발명을 통해 제조되는 연료전지 분리판은 기존 탄소복합체 조성물을 이용하여 제조하는 분리판에서 구현할 수 없는 형상을 구현할 수 있다.The fuel cell separator manufactured through the present invention can realize a shape that can not be realized in a separator manufactured using a conventional carbon composite composition.
일반적인 탄소복합체 분리판은 도 5에 나타낸 바와 같이 서로 반대방향(두께 반대방향)에 동일한 돌출부 또는 요입부를 가지는 구조로 성형되고, 일반적인 금속 분리판은 도 4와 같이 서로 반대방향(두께 반대방향)에 상이한 돌출부와 요입부를 가지는 구조 (채널 방향으로 돌출부와 요입부가 배열된 구조)이다. As shown in Fig. 5, the general carbon composite separator is formed into a structure having protrusions or recesses that are the same in opposite directions (opposite in thickness), and the general metal separator plates are formed in the opposite direction (A structure in which protrusions and recesses are arranged in the channel direction) having different protrusions and recesses.
그러나 상기 제조방법에 따른 본원발명의 분리판은 탄소복합체 분리막의 일반적인 유로 구조 이외에도 금속 분리막의 구조도 가질 수 있는 것을 특징으로 한다.However, the separator according to the present invention may have a structure of a metal separator in addition to the general channel structure of the carbon composite separator.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 연료전지 분리판은, 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있다.
The fuel cell bipolar plate manufactured by the above-described manufacturing method can exhibit excellent mechanical strength and gas tightness while being thin.
본 발명은 또한 상기 연료전지 분리판과, 상기 분리판을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 연료전지를 제공한다.
The present invention also provides a fuel cell comprising the fuel cell bipolar plate and a fuel electrode (anode) and a cathode (cathode) arranged to face each other with the separator interposed therebetween.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
[[ 제조예Manufacturing example : 연료전지 분리판의 제조]: Manufacture of fuel cell separator]
<< 실시예Example 1> 1>
금속 박판으로 두께 0.05mm의 스테인리스 (SUS) 박판을 준비하였다.A stainless steel (SUS) thin plate having a thickness of 0.05 mm was prepared as a thin metal plate.
에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제 및 팽창흑연을 혼합하여 탄소복합체 조성물을 제조하고, 상기 스테인리스 박판 위에 탄소복합체 조성물을 도포하였다.An epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator and expanded graphite were mixed to prepare a carbon composite composition, and the carbon composite composition was coated on the thin stainless steel sheet.
상기 탄소복합체가 도포된 금속 박판을 150 ℃로 가열된 롤러에 30 m/s의 속도로 통과시켜 압축성형하여 연료전지 분리판을 제조하였다.
The metal foil coated with the carbon composite material was passed through a roller heated at 150 ° C at a speed of 30 m / s and compression molded to produce a fuel cell separator.
<< 실시예Example 2~4, 2 to 4, 비교예Comparative Example 1~2> 1 to 2>
금속 박판의 두께와, 탄소복합체 조성물을 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.The thickness of the metal thin plate, and the carbon composite composition were used as shown in Table 1 below.
(단위: 탄소복합체층 100 중량부를 기준으로 한 중량비)(Unit: weight ratio based on 100 parts by weight of carbon composite layer)
1) 금속박판: 스테인리스 (SUS)1) Thin metal plate: Stainless steel (SUS)
2) 열경화성수지: 에폭시 수지, 경화제 및 경화 촉진제를 혼합한 액상 혼합물2) Thermosetting resin: A liquid mixture of an epoxy resin, a curing agent and a curing accelerator
3) 열가소성수지: 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)3) Thermoplastic resin: Polypropylene (PP)
4) 탄소재료: 팽창흑연4) Carbon material: expanded graphite
5) 기타첨가제: 내부이형제, 저수축제
5) Other additives: internal brothers, water festival
[[ 실험예Experimental Example 1: 연료전지 분리판의 밀폐성능 측정] 1: Measurement of sealing performance of fuel cell separator]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지 분리판에 대해 가스밀폐도를 측정하였다.The gas tightness of the fuel cell bipolar plates prepared in the above Examples and Comparative Examples was measured.
열경화성 및 열가소성 수지를 포함한 탄소복합체 조성물을 이용하여 제조되는 분리판은 0.5 mm 이하의 두께에서는 가스밀폐도가 확보되지 않는 것이 일반적이다. 또한 가스밀폐도를 확보하기 위해 탄소복합체 조성물 중 열경화성 및 열가소성 수지의 함량을 증가시키면 가스밀폐도는 확보할 수 있으나, 연료전지에 적용할 수 있는 전기전도도 특성을 가질 수 없다.It is general that the gas-tightness is not ensured at a thickness of 0.5 mm or less in a separator produced using a carbon composite composition containing a thermosetting resin and a thermoplastic resin. Further, if the content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin in the carbon composite composition is increased in order to ensure the gas tightness, the gas tightness can be ensured, but the electric conductivity characteristic applicable to the fuel cell can not be obtained.
그러나 상기 표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 두께가 0.1 mm로 얇아도 가스밀폐도가 확보되는 것을 확인하였다. However, referring to Table 2, it was confirmed that the gas tightness is secured even if the thickness of the fuel cell separator according to the embodiment of the present invention is as thin as 0.1 mm.
본 발명은 연료전지 분리판을 내구성, 경량화 및 고밀폐성능을 갖으면서 얇게 제조되는 박판형 연료전지 분리판을 제조할 수 있다.
The present invention can manufacture a thin plate fuel cell bipolar plate which is thinly manufactured while having durability, light weight, and high hermeticity of the fuel cell bipolar plate.
[[ 실험예Experimental Example 2: 연료전지 분리판의 내구성 측정] 2: Measurement of durability of fuel cell separator]
(산성물질 침투정도)Internal characteristic
(Degree of penetration of acidic substance)
(단위: 0: 투과되지 않음 ~ 10: 침투되어 부식이 발생함) (Unit: 0: Not permeable to 10: Corrosion due to penetration)
연료전지 분리판이 고내구성을 갖기 위해서는 표면에 코팅되는 탄소복합체 조성물을 통해 금속 박판까지 연료전지 운전 조건에서 발생하는 산성 물질이 침투되지 않아야 한다. In order for the fuel cell separator to have high durability, the acidic substance generated in the fuel cell operating condition must not penetrate to the metal thin plate through the carbon composite composition coated on the surface.
상기 표 3을 살펴보면, 탄소 재료로 팽창흑연을 사용한 경우는 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 함량이 탄소복합체 전체 중량에 대하여 20 중량%인 경우에 내구성이 뛰어난 것을 확인하였다.When the expanded graphite was used as the carbon material, it was confirmed that the durability was excellent when the content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin was 20 wt% with respect to the total weight of the carbon composite material.
본 발명의 실시예 1 내지 4에 따른 연료전지 분리판은 탄소복합체 조성물의 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 함량을 조절하여 내구성을 향상시킨 것을 확인할 수 있었다.
It was confirmed that the durability of the fuel cell separator according to Examples 1 to 4 of the present invention was improved by controlling the content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin in the carbon composite composition.
[[ 제조예Manufacturing example 2: 연료전지 분리판 유로 구조] 2: Fuel cell separator flow path structure]
도 4에 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 분리판을 이용하여 성형한 유로 구조를 나타내었고, 도 5에 일반적인 탄소복합체의 유로 구조를 나타내었다.FIG. 4 shows a flow path structure formed using the fuel cell bipolar plate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a flow path structure of a general carbon composite material.
도 4 및 5를 비교하면, 본 발명을 통해 제조되는 연료전지 분리판은 기존 탄소복합체 조성물을 이용하여 제조하는 분리판에서 구현할 수 없는 형상을 구현할 수 있다는 것을 확인하였다.4 and 5, it was confirmed that the fuel cell separator manufactured through the present invention can realize a shape that can not be realized in a separator manufactured using the existing carbon composite composition.
특히, 연료전지 자동차에 적용 가능한 연료전지 분리판의 형상을 구현할 수 있는 장점이 있으며, 금속 분리판의 일반적인 유로 형상을 구현할 수 있다. 추가적으로 금속이 취약한 부식특성을 금속 박판 표면에 코팅된 탄소복합체 조성물이 금속을 보호하기 때문에 내부식성을 갖는 동시에 높은 전도도 특성을 유지할 수 있다.
Particularly, there is an advantage that a shape of a fuel cell separator applicable to a fuel cell vehicle can be realized, and a general flow path shape of a metal separator can be realized. In addition, since the carbon composite composition coated on the surface of the metal thin plate has a corrosive property with a weak metal, it protects the metal, so that it has corrosion resistance and can maintain high conductivity characteristics.
[[ 실험예Experimental Example 3: 연료전지 분리판의 전기전도도 측정] 3: Measurement of electrical conductivity of fuel cell separator]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지 분리판에 대해 전기전도도를 측정하였다. The electrical conductivities of the fuel cell separators prepared in the above Examples and Comparative Examples were measured.
4-탐침 프로브(4 point probe)에 의해 측정된 저항값들을 이용하여 평균 전기전도도를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The average electrical conductivity was evaluated using the resistance values measured by a 4-point probe. The results are shown in Table 4 below.
상기 표 4를 참고하면, 본 발명에 따른 탄소복합체 조성물 조건에서 열경화성 수지가 첨가되어 제조된 분리판은 120s/㎝, 열가소성 수지가 첨가되어 제조된 분리판은 100s/㎝ 정도의 전기 전도도가 나오는 것을 확인 하였다.
Referring to Table 4, in the carbon composite composition according to the present invention, the separator prepared by adding the thermosetting resin had a conductivity of about 120 s / cm, and the separator prepared by adding the thermoplastic resin had electric conductivity of about 100 s / cm Respectively.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
100: 연료전지 분리판
110: 금속 박판
120: 탄소복합체 층
130: 접착제 층
140: 롤러
200: 연료전지 분리판 유로100: Fuel cell separator plate
110: metal foil
120: carbon composite layer
130: adhesive layer
140: Rollers
200: fuel cell separator plate
Claims (12)
상기 박판의 적어도 일면에 위치하는 탄소복합체 층을 포함하고,
상기 탄소복합체 층은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하는 것이고,
상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인
연료전지 분리판.Metal foil, and
And a carbon composite layer positioned on at least one side of the thin plate,
The carbon composite material layer includes a carbon material and a polymer material,
Wherein the polymer material includes any one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a mixture thereof
Fuel cell separator.
상기 열경화성 수지는 페놀수지, 에폭시 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 열경화성 수지는 상기 탄소복합체 층 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the thermosetting resin is any one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, and a mixture thereof,
Wherein the thermosetting resin is contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the total weight of the carbon composite material layer.
상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리페닐설파이드(polyphenylenesulfide, PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene, FEP), 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy, PFA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 열가소성 수지는 상기 탄소복합체 층 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%로 포함되는 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
The thermoplastic resin may be selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyphenylenesulfide (PPS), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated ethylene propylene (FEP), perfluoroalkoxy , PFA), and mixtures thereof.
Wherein the thermoplastic resin is contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the total weight of the carbon composite material layer.
상기 고분자 재료는 경화제 및 경화 촉진제를 더 포함하는 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the polymer material further comprises a curing agent and a curing accelerator.
상기 금속 박판은 알루미늄, 구리, 카본 호일, 티타늄, 철, 스테인리스 (SUS), 니켈, 코발트 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 금속 박판의 두께는 0.04 내지 0.3 mm이고,
상기 금속 박판 표면은 플라즈마 처리된 것인 연료전지 분리판.The method of claim 1, wherein
The metal thin plate is any one selected from the group consisting of aluminum, copper, carbon foil, titanium, iron, stainless steel (SUS), nickel, cobalt,
The thickness of the metal thin plate is 0.04 to 0.3 mm,
Wherein the metal thin plate surface is plasma-treated.
상기 탄소 재료는 천연흑연, 인상흑연, 팽창흑연, 인조흑연, 카본블랙, 그래핀, 탄소섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 탄소 재료는 입자 크기가 5 내지 300 ㎛인 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the carbon material is any one selected from the group consisting of natural graphite, graphite impression, expanded graphite, artificial graphite, carbon black, graphene, carbon fiber and mixtures thereof,
Wherein the carbon material has a particle size of 5 to 300 mu m.
상기 연료전지 분리판은 상기 금속 박판과 상기 탄소복합체 층 사이에 접착제 층을 더 포함하고,
상기 접착제 층은 상기 고분자 재료를 포함하는 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell separator further comprises an adhesive layer between the thin metal plate and the carbon composite material layer,
Wherein the adhesive layer comprises the polymer material.
상기 연료전지 분리판은 두께가 0.1 내지 1.5 mm이고,
기체 투과도가 1 X 10-6 내지 2 X 10-6 cm3/cm2sec이고,
굴곡강도가 50 내지 120 Mpa, 밀도가 0.8 내지 2.2 g/mL, 전기전도도가 80 내지 250 S/cm인 것인 연료전지 분리판. The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell separator has a thickness of 0.1 to 1.5 mm,
A gas permeability of 1 X 10 -6 to 2 X 10 -6 cm 3 / cm 2 sec,
A flexural strength of 50 to 120 MPa, a density of 0.8 to 2.2 g / mL, and an electrical conductivity of 80 to 250 S / cm.
상기 연료전지 분리판은 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 및 인산형 연료전지(PAFC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 적용되는 것인 연료전지 분리판.The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell separator is applied to any one selected from the group consisting of a direct methanol fuel cell (DMFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and a phosphoric acid fuel cell (PAFC).
상기 탄소복합체 조성물이 도포된 금속 박판을 140 내지 160 ℃로 가열된 롤러에 1 내지 30 m/s의 속도로 통과시켜 압축성형하는 단계를 포함하고,
상기 탄소복합체 조성물은 탄소 재료 및 고분자 재료를 포함하고,
상기 고분자 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 연료전지 분리판 제조방법.Applying a carbon composite composition on a metal foil, and
Passing the thin metal sheet coated with the carbon composite composition to a roller heated at 140 to 160 DEG C at a speed of 1 to 30 m / s to perform compression molding,
Wherein the carbon composite material composition comprises a carbon material and a polymer material,
Wherein the polymer material is any one selected from the group consisting of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a mixture thereof.
상기 압축성형은 유로 형상을 구현하는 것으로,
상기 유로 형상은, 서로 반대방향(두께 반대방향)에 상이한 돌출부와 요입부를 가지는 구조(채널 방향으로 돌출부와 요입부가 배열된 구조)인 것인 연료전지 분리판 제조방법. 11. The method of claim 10,
The compression molding implements a flow path shape,
Wherein the flow path shape is a structure (a structure in which protrusions and recessed portions are arranged in a channel direction) having protrusions and recesses that are different from each other in the opposite direction (thickness opposite direction).
상기 금속 박판 위에 탄소복합체 조성물을 도포하는 단계 전에, 상기 금속 박판에 상기 고분자 재료를 도포하여 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 연료전지 분리판 제조방법.
11. The method of claim 10,
Further comprising the step of applying the polymer material to the thin metal plate to form an adhesive layer before the step of applying the carbon composite composition on the thin metal plate.
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