KR20220153522A - 재생 탄소 섬유를 포함하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재, 이를 포함하는 기체 확산층 및 이를 포함하는 연료 전지 - Google Patents
재생 탄소 섬유를 포함하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재, 이를 포함하는 기체 확산층 및 이를 포함하는 연료 전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 목적은, 재생된 탄소 섬유(Recycled carbon fiber)를 사용함으로써, 재생되지 않은 탄소 섬유로 제작된 기체확산층과 동일한 성능에 가격이 절감된 저 비용 연료 전지의 기체확산층용 재생 탄소 섬유 기재를 제공하는 것이다. 본 발명의 한 구현예는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재로서, 재생 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재를 제공한다.
Description
본 발명은 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재, 이를 포함하는 기체 확산층 및 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 재생 탄소 섬유를 포함하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재, 이를 포함하는 기체 확산층 및 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지는 연료와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하는 장치로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질형(polymer electrolyte membrane; PEM), 인산형, 용융탄산염형, 고체산화물형(solid oxide), 알카리 수용액형 등으로 구분될 수 있다.
여기서, 고분자 전해질막 연료 전지(polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비하여 작동온도가 낮고 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력 밀도가 크고, 시동시간이 짧으며, 부하변화에 대한 응답이 빠른 특성이 있다.
고분자 전해질막 연료 전지는 연료로서 메탄올을 사용하는 직접 메탄올 연료전지와 연료로서 수소를 사용하는 수소연료전지 등으로 나눌 수 있다. 고분자 전해질막 연료 전지는 고분자 전해질막의 양측에 형성된 각각의 기체확산층(gas diffusion layer; GDL) 위에 촉매가 도포된 연료극과 공기극이 접합된 막전극접합체(membrane electrode assembly, MEA)가 복수개 적층된 구조를 갖는다.
여기서, 기체확산층은 다공질 탄소막으로 이루어진 탄소 섬유 기재에 미세다공층(microporous layer; MPL)을 코팅하여 형성한 것이다. 현재 수소 연료전지의 중요한 문제점은 기존 제품의 부피감소, 내구성 증가 및 높은 성능을 구현함과 동시에 가격이 하락되는 부품 및 소재를 개발하는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 높은 전기 전도도를 구현하는 기체확산층용 탄소 섬유 기재에 관한 개발이 요구되는 실정이다.
공개특허공보 제10-2020-0076395호(2020.06.29.)
공개특허공보 제10-2020-0068178호(2020.06.15.)
본 발명의 목적은, 재생된 탄소 섬유(Recycled carbon fiber)를 사용함으로써, 재생되지 않은 탄소 섬유로 제작된 기체확산층과 동일한 성능에 가격이 절감된 저 비용 연료 전지의 기체확산층용 재생 탄소 섬유 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 재생 탄소 섬유 기재를 포함하는 연료 전지용 기체확산층 또는 이를 포함하는 연료 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 구현예는, 재생 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재를 제공한다.
상기 재생 탄소 섬유는 열분해, 기계적 재생, 산화, 화학적 재생 및 수분해 방법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 1종 이상의 방법에 의해 재생된 탄소 섬유일 수 있다.
상기 탄소 섬유 기재는 상기 재생 탄소 섬유 사이에 재생 탄소 섬유를 서로 결합하는 유기 고분자 물질의 탄화물을 포함할 수 있다.
상기 유기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴(PAN), 핏치(pitch), 레이온(rayon), 폴리비닐알코올(PVA) 및 페놀 수지를 포함하는 군에서 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 탄소 원자 함유량 대비 90% 이상의 탄소 원자 함유량을 가질 수 있다.
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 인장 강도 대비 50% 이상의 인장 강도를 가질 수 있다.
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 전기전도도는 100 S/cm 이상일 수 있다.
상기 탄소 섬유 기재는 바인더를 추가로 포함할 수 있다.
상기 바인더는 상기 탄소 섬유 기재 100중량% 중 1~20중량% 포함되며, 상기 바인더는 폴리비닐알코올(PVA),폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.
상기 탄소 섬유 기재는 재생 탄소 섬유 부직포, 재생 탄소 섬유 종이, 재생 탄소 섬유 필라멘트, 재생 탄소 섬유 집합체 또는 재생 탄소 섬유 토우(tow)의 형태일 수 있다.
본 발명의 한 구현예는, 상기 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재 및 상기 탄소 섬유 기재의 표면 상에 형성된 미세다공층을 포함하는 연료 전지의 기체 확산층을 제공할 수 있다.
상기 미세다공층은 탄소 분말, 분산제, 플루오로 수지 및 전도성 입자 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 플루오로 수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 플루오로 에틸린 프로필린 공중합체(FEP), 폴리플루오린화 비닐라덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(E-CTFE, PCTFE), 폴리프로필린랜덤공중합체(PP-R), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)및 테트라플루오오에틸렌-에틸렌(ETFE)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 분산제는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 입자는 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 그래파이트, 그래핀, 풀러렌, 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 한 구현에는, 상기 연료 전지의 기체 확산층을 포함하는 연료 전지를 제공할 수 있다.
본 발명은 재생된 탄소 섬유를 포함하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 탄소 섬유 기재를 포함하는 기체 확산층 및 이를 포함하는 연료 전지를 제공할 수 있다.
본 발명은 저렴한 가격으로 기체 확산층을 제공할 수 있다.
본 발명은 연료전지 성능이 우수한 연료전지 기체확산층을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 기체확산층의 현미경 이미지이다.
도 2은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 상대습도 100RH%에서의 성능평가 결과를 도시한 것이다.
도 2은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 상대습도 100RH%에서의 성능평가 결과를 도시한 것이다.
다음으로, 본 발명의 기체확산층용 탄소 섬유 기재 및 이를 이용한 기체확산층의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 한 구현예에 따른 재생 탄소 섬유 기재 및 이를 이용한 기체확산층의 제조 방법은 재생 탄소 섬유 기재 제조하는 단계, 함침 및 경화하는 단계, 탄화 및 흑연화 하는 단계, 발수성 처리하는 단계, 기체확산층 제조하는 단계를 포함한다.
[재생 탄소 섬유 기재의 제조]
단일종 또는 2종 이상의 길이가 다른 재생 탄소 섬유와 바인더를 분산매가 들어있는 해리기에 넣고 충분히 분산시킨 후, 탄소 섬유 분산물을 초지기로 공급하여 와이어 컨베이어 벨트위에 쌓이도록 한다. 이 과정에서 탄소 섬유의 표면 에너지를 낮추기 위해 탄소 섬유 분산물에 분산제를 포함할 수 있다.
상기 재생 탄소 섬유는 열분해(Pyrolysis), 기계적 재생(Mechanical recycling), 산화(Oxidation in fluidized bed), 화학적 재생(Chemical recycling), 수분해 방법을 통해 탄소 섬유 복합재의 수지 및 매트릭스 성분을 제거하여 재생된 탄소 섬유로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 재생 탄소 섬유를 사용한다. 상기 재생 탄소 섬유는 전구체로서 폴리아크릴로니트릴(PAN), 핏치(pitch), 레이온(rayon), 폴리비닐알코올(PVA), 페놀 수지로부터 제조된다.
상기 바인더는 PVA, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸린, 폴리에틸렌- 테레프탈레이트, 셀룰로오스로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
상기 분산매는 주로 물을 사용하고 있다. 상기 분산물은 탄소 섬유 60~90중량% 및 상기 바인더 10~40중량를 포함할 수 있다. 상기 초지된 분산물에 남아 있는 분산매는 롤러의 가압으로 인한 탈수 과정을 통해 탈수한다. 상기 탈수된 분산물을 온도 70℃ 이상, 압력 1kgf/cm2 이상 양쪽 롤러에 의한 가압 처리하고 권취함으로써, 재생 탄소 섬유 기재를 제조한다.
이때 초지기로 공급되는 재생 탄소 섬유의 양과 초지기 속도에 의하여 재생 탄소 섬유 기재의 면적 중량과 두께를 제어할 수 있으며, 컨베이어 벨트로 나오는 방향을 통해 재생 탄소 섬유의 배열로 제어할 수 있다.
[재생 탄소 섬유 기재 함침 및 경화]
재생 탄소 섬유 기재에 열경화성 수지를 분산한 슬러리를 1mg/cm2 이상의 양으로 함침한다. 상기 열경화성 수지는 주로 페놀 수지이다. 상기 슬러리의 분산매는 물을 사용할 수 있다.
위와 같이 함침한 재생 탄소 섬유 시트를, 70~140℃사이의 온도에서 히팅 벨트를 이용하여 건조 및 경화시킨다. 이 때 압력은 10 kgf/cm2 이하이다.
[탄화 및 흑연화]
상기 함침 및 경화 공정을 거친 재생 탄소 섬유를 컨베이어 벨트를 통해 질소 분위기 중에서 고온 열처리하여 탄화 처리 및 흑연화 처리한다. 상기 탄화 처리는 온도 약 700~900℃의 탄화로에서, 질소 또는 아르곤 가스를 주입하여 30분~1시간동안 처리한다. 탄화 과정에서 상기 재생 탄소 섬유 사이에 재생 탄소 섬유를 서로 결합하는 유기 고분자 물질의 탄화물이 발생한다.
유기 고분자 물질이란, 탄소 섬유에 포함되어 있는 유기 고분자 물질을 의미한다. 예를 들어, 유기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴(PAN), 핏치(pitch), 레이온(rayon), 폴리비닐알코올(PVA), 또는 페놀 수지이다.
흑연화 처리는 온도 약 1500~2300℃의 흑연화로에서, 질소 또는 아르곤 가스를 주입하여 30분~1시간 동안 처리한다. 탄화 및 흑연화 공정을 거침으로써, 최종적으로 기체확산층용 재생 탄소 섬유 기재를 제조한다.
[발수성 처리]
상기 재생 탄소 섬유 기재를 플루오로 수지 현탁액 또는 에멀전을 이용하여 처리하면 상기 플루오로 수지가 함침된 소수성 탄소 섬유 기재를 얻을 수 있다. 상기 플루오로 수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 플루오로 에틸린 프로필린 공중합체(FEP), 폴리플루오린화 비닐라덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(E-CTFE, PCTFE), 폴리프로필린랜덤공중합체(PP-R), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA) 및 테트라플루오오에틸렌-에틸렌(ETFE)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 재생 탄소 섬유 기재를 컨베이어 벨트를 통해 플루오로 수지가 포함된 분산액에 함침한 후 롤러의 가압을 통해 상기 분산액이 상기 재생 탄소 섬유들 사이 사이에 형성된 공간 및 재생 탄소 섬유 표면에 코팅되게 한다. 이후, 처리된 상기 재생 탄소 섬유 기재를 건조시켜 수분을 제거한 후, 상기 플루오로 수지가 용융되도록 하면 발수성 탄소 섬유 기재를 얻을 수 있다.
상기 분산액의 분산매는 물을 주로 사용하고 플루오르 수지의 분산성을 증가시키기 위해 분산제를 사용하고 있다. 상기 분산제는 Tergitol, Triton X-100, SDMS, SDS로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
이때 건조시키는 열처리 온도는 80℃~150℃ 이며, 30분~1시간동안 처리한다.
[기체 확산층의 제조]
이어서 상단의 방법에 따라 제조된 탄소 섬유 기재위에 미세다공층을 도포하고 소결하여 기체확산층(GDL)을 얻을 수 있다. 미세 다공층의 두께는 주로 10~100 ㎛이며, 기공 크기는 주로 0.05~20㎛에 분포되어 있을 수 있다.
본 발명의 한 구현예는, 상기 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재 및 상기 탄소 섬유 기재의 표면 상에 형성된 미세다공층을 포함하는 연료 전지의 기체 확산층을 제공할 수 있다.
상기 미세다공층은 탄소 분말, 분산제, 플루오로 수지 및 전도성 입자 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 플루오로 수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 플루오로 에틸린 프로필린 공중합체(FEP), 폴리플루오린화 비닐라덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(E-CTFE, PCTFE), 폴리프로필린랜덤공중합체(PP-R), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)및 테트라플루오오에틸렌-에틸렌(ETFE)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 분산제는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 1종 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 분산제는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양성 계면활성제로 나뉘며, 구체적으로는 비이온성 계면활성제: 알킬글리콜 같은 저분자 계열 또는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리비닐 알코올과 같은 고분자 계 등의 비이온성 계면활성제; 음이온 계면활성제 : 알킬폴리옥시에틸렌 황산염류, 모노알킬 황산염류, 알킬벤젠술폰산염류, 모노알킬인산염류 등의 음이온성 계면활성제; 양이온계 계면활성제 : 디알킬디메틸암모늄염류, 알킬벤질메틸암모늄염류, 인산아민염류등의 양이온성 계면활성제; 양성 계면활성제 : 알킬설포베타인류, 알킬카르복시베타인류등의 양성 계면활성제등이 될 수 있으며, 상기 분산제의 특징은 소결과정에서 열분해가 되어 제거가 가능한 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 입자는 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 그래파이트, 그래핀, 풀러렌, 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 한 구현에는, 상기 연료 전지의 기체 확산층을 포함하는 연료 전지를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 이용하여 더 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
[기체 확산층용 재생 탄소 섬유 기재 제조]
재생 탄소 섬유 95중량%(Zolteck, 모델명 : Recycled Chopped Carbon Fiber - Type 65, 탄소함량: 95%, 섬유 길이: 6mm, 섬유 지름: 7.2㎛, 전구체: PAN)와 바인더로서 PVA 5중량%를 준비하였다.
여기서 중량%란, 모든 물질의 총량을 기준으로 해당 재료의 구성 퍼센트(%)를 의미한다.
탄소 섬유와 바인더, 분산제를 물에 투입하고 1,500rpm~2,000rpm사이의 속도로 기계적 방식을 통해 균일하게 해리하여 재생 탄소 섬유 분산물을 얻었다.
이후 펌프를 통해서 재생 탄소 섬유 분산물을 초지기로 공급하고 이때 공급된 재생 탄소 섬유 분산물은 헤드박스의 좁아지는 구간에 의해 기계방향(분산물이 흐르는 방향)으로 평행하게 배열되게 된다.
이후, 초지된 재생 탄소 섬유 분산물은 이동 과정에서 어느정도 탈수가 진행되지만 추가 탈수 과정을 통해 남아 있는 분산매를 제거한다. 탈수된 재생 탄소 섬유 시트는 온도 70℃ 이상, 압력 1kgf/cm2 이상에서 양쪽 롤러의 가열 가압처리를 하여 재생 탄소 섬유 기재를 얻었다.
이렇게 하여 얻은 재생 탄소 섬유 기재를 함침공정, 경화 공정, 탄화 및 흑연화공정, 발수성 처리 과정을 수행함으로써 기체확산층용 재생 탄소 섬유 기재를 제조하였다.
이때, 함침 공정에서는 재생 탄소 섬유 기재에 페놀 수지를 분산한 슬러리 1mg/cm2 이상의 양으로 함침하였다.
위와 같이 함침한 재생 탄소 섬유 기재를, 70~140℃사이의 온도에서 히팅 벨트를 이용하여 건조 및 경화시킨다. 이 때 압력은 10 kgf/cm2 이하이다.
상기 함침 및 경화 공정을 거친 재생 탄소 섬유를 컨베이어 벨트를 통해 질소 분위기 중에서 고온 열처리하여 탄화 처리 및 흑연화 처리한다. 상기 탄화 처리는 온도 약 700~900℃의 탄화로에서, 질소 또는 아르곤 가스를 주입하여 30분~1시간동안 처리한다. 흑연화 처리는 온도 약 1500~2300℃의 흑연화로에서, 질소 또는 아르곤 가스를 주입하여 30분~1시간 동안 처리한다. 탄화 및 흑연화 공정을 거침으로써, 기체확산층용 재생 탄소 섬유 기재를 제조한다.
[발수성 처리하는 단계]
플루오로 수지 용액(Du Pont, 모델명: TeflonTM PTFE DISP 30 Fluoropolymer Dispersion, 전체 용액 100중량% 플루오로 수지 60중량%)을 물과 혼합하여 5중량%로 희석한 후, 교반기와 초음파 분산기를 이용하여 분산액을 제조하였다.
이후, 상기 재생 탄소 섬유 기재를 분산액에 5분간 함침하였고, 꺼내는 과정에서 양쪽 롤러로 가압함으로써 분산액이 재생 탄소 섬유 사이사이 또는 내부에 골고루 코팅되게 한다.
이어서 플루오로 수지가 함침된 재생 탄소 섬유 기재를 공기 분위기중에서 약 80~110℃에서 1시간 건조 후 공기 분위기 중에서 약 350℃에서 30분 동안 열처리하여 발수성 재생 탄소 섬유 기재를 얻었다.
[기체확산층 제조]
탈이온수, 분산제, 카본 블랙(Acetylene black), 플루오로 수지 용액을 첨가하여 믹서(Mixer)를 이용하여 기계적 교반을 통해 미세다공층(MPL)용 슬러리를 얻는다.
상기 발수성 재생 탄소 섬유 기재 위에 상기 미세다공층용 슬러리를 두께 40~100㎛ 정도 도포하고 공기 분위기 중에서 약 100℃에서 1시간 건조 후, 공기 분위기 중에서 약 350℃에서 30분간 소결하여 기체확산층을 얻을 수 있다.
비교예 1
상기 실시예 1의 [기체 확산층용 재생 탄소 섬유 기재 제조]에서 탄소 섬유(Zolteck, 모델명: ZOLTEK PX35, 탄소함량: 95%, 섬유 길이: 6mm, 섬유 지름 : 7.2㎛)를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 기체확산층을 제조한다.
[실험예 1: 기체확산층 표면 관찰]
상기 실시예 1에 따라 준비된 기체확산층을 주사전자현미경(S-4300)으로 촬영하고, 그 결과를 각각 도 1에 나타내었다.
[실험예 2: 연료전지 성능 평가]
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 준비된 기체확산층의 연료전지 성능을 측정하였다. 그리고 그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.
실시예 1 및 비교예 1을 통해 준비된 기체확산층을 각각 애노드쪽과 캐소드쪽에 이용하고, 상용 멤브레인(제조사:Vina tech, 모델명:VFP-A2A009-G00)에 부착하였다. 이후 가스켓을 끼우고 분리판과 결합하여 연료전지 단위셀을 조립하였다.
작동 온도는 65℃, 전극 면적은 9cm2, 상대습도 100%, 애노드에는 수소를 200cc/min, 캐소드에는 산소를 600cc/min 각각 공급하여 전류밀도에 따른 연료전지의 전압변화를 측정하였다. 그리고 그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.
도 2는 실시예1 및 비교예 1의 기체확산층을 적용한 연료전지 단위셀의 전류 전압 그래프이다.
Claims (16)
- 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재로서,
재생 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항에 있어서,
상기 재생 탄소 섬유는 열분해, 기계적 재생, 산화, 화학적 재생 및 수분해 방법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 1종 이상의 방법에 의해 재생된 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 탄소 섬유 기재는 상기 재생 탄소 섬유 사이에 재생 탄소 섬유를 서로 결합하는 유기 고분자 물질의 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 3 항에 있어서,
상기 유기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴(PAN), 핏치(pitch), 레이온(rayon), 폴리비닐알코올(PVA) 및 페놀 수지를 포함하는 군에서 선택된 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 탄소 원자 함유량 대비 90% 이상의 탄소 원자 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 인장 강도 대비 50% 이상의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 재생 탄소 섬유는 재생되기 전 탄소 섬유의 전기전도도는 100 S/cm 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항에 있어서,
상기 탄소 섬유 기재는 바인더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 8 항에 있어서,
상기 바인더는 상기 탄소 섬유 기재 100중량% 중 1~20중량% 포함되며,
상기 바인더는 폴리비닐알코올(PVA),폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 및 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항에 있어서,
재생 탄소 섬유 부직포, 재생 탄소 섬유 종이, 재생 탄소 섬유 필라멘트, 재생 탄소 섬유 집합체 또는 재생 탄소 섬유 토우(tow)의 형태인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재. - 제 1 항 또는 제 2 항의 연료 전지의 기체 확산층용 탄소 섬유 기재 및 상기 탄소 섬유 기재의 표면 상에 형성된 미세다공층을 포함하는 연료 전지의 기체 확산층.
- 제 11 항에 있어서,
상기 미세다공층은 탄소 분말, 분산제, 플루오로 수지 및 전도성 입자 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층. - 제 12 항에 있어서,
상기 플루오로 수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 플루오로 에틸린 프로필린 공중합체(FEP), 폴리플루오린화 비닐라덴(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(E-CTFE, PCTFE), 폴리프로필린랜덤공중합체(PP-R), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA) 및 테트라플루오오에틸렌-에틸렌(ETFE)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층. - 제 12 항에 있어서,
상기 분산제는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층. - 제 12 항에 있어서,
상기 전도성 입자는 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 그래파이트, 그래핀, 풀러렌, 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 기체 확산층. - 제 11 항의 연료 전지의 기체 확산층을 포함하는 연료 전지.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20220511 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |