JP2019514179A

JP2019514179A - 複合材分離板及びその製造方法

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Publication number: JP2019514179A
Application number: JP2018554550A
Authority: JP
Inventors: キム，ジヨン; キム，フェオン; チェ，ソンヒョン; ジョン，スンムン
Original assignee: LG Hausys Ltd
Current assignee: LX Hausys Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2019-05-30
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: KR20170120452A; WO2017183791A1; KR101926457B1; JP6722770B2

Abstract

表面と厚さ方向両方の電気伝導性を向上させる複合材分離板及びその製造方法について開示する。本発明による複合材分離板は、炭素繊維織物；前記炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末；及び前記炭素繊維織物の上面及び下面にそれぞれ配置して、前記炭素繊維織物と合着した上部及び下部の伝導性コーティング層；を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、複合材分離板及びその製造方法に関し、より詳細には、表面と厚さ方向両方の電気伝導性を向上させる複合材分離板及びその製造方法に関する。

燃料電池スタックの構成要素である分離板は、反応ガス（水素及び酸素）の供給及び水の排出通路としての機能を有しており、燃料電池スタックの内部を電気的に連結させる。このような機能のため、分離板は、優れた電気伝導性と機械的物性、耐腐食性及び低い水素透過率が求められる。

最近、大型二次電池のうち、大きな注目を集めている水素燃料電池、レドックス・フロー電池などにおいても分離板が含まれる。このように、酸性雰囲気下で駆動する水素燃料電池及びレドックス・フロー電池は、電気伝導性と機械的物性、耐腐食性、耐化学性及び電解質不浸透性などの特性が求められる。

これを満たすため、従来には炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させた複合材分離板を製造していた。このような複合材分離板に電気伝導性を与えるためには、熱硬化性樹脂の内部に高伝導性を有する伝導性粉末を多量混合しなければならない。

しかし、伝導性粉末を熱硬化性樹脂に多量混合する場合、高い強度及び燃料物質の遮断率を確保することができず、多量の伝導性粉末を添加しても電気的特性を確保しがたい。

関連する先行文献としては、韓国公開特許公報第１０−２００５−０１２０２５７号（２００５年１２月２２日に公開）があり、同文献には燃料電池用炭素複合材の分離板が記載されている。

本発明の目的は、表面と厚さ方向両方の電気伝導性を向上させる複合材分離板及びその製造方法を提供することである。

課題を解決しようとする手段

上記目的を達成するため本発明の実施例による複合材分離板は、炭素繊維織物；前記炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末；及び前記炭素繊維織物の上面及び下面にそれぞれ配置しており、前記炭素繊維織物と合着した上部及び下部の伝導性コーティング層；を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するため本発明の実施例による複合材分離板の製造方法は、（ａ）炭素繊維織物の内部に伝導性粉末を充填するステップ；（ｂ）前記伝導性粉末が充填された炭素繊維織物の上面及び下面に上部及び下部の伝導性コーティング層を形成するステップ；及び、（ｃ）前記炭素繊維織物と上部及び下部の伝導性コーティング層をホットプレスで圧着及び硬化して複合材分離板を得るステップ；を含むことを特徴とする。

本発明による複合材分離板及びその製造方法は、炭素繊維織物の内部にパウダー状の伝導性粉末を先に充填した後、伝導性粉末が充填された炭素繊維織物の両面に上部及び下部の伝導性コーティング層を形成することによって、ｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度と共にｚ−軸方向の垂直電気伝導性を改善することができる。

従って、本発明による複合材分離板は、炭素繊維織物の両面に形成された上部及び下部の伝導性コーティング層によってｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度を確保できるとともに、炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末が炭素繊維織物の間間を有機的に連結させる構造を有することで、ｚ−軸方向の垂直電気的特性が改善して接触抵抗が改善する。

本発明の実施例による複合材分離板を示した断面図。図１の炭素繊維織物を示した斜視図。本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程手順図。本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程断面図。本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程断面図。本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程断面図。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる多様な形態に具現することができ、但し、本実施例は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものあって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。全明細書における同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。

以下に添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例による複合材分離板及びその製造方法について詳説すれば、次のとおりである。

図１は、本発明の実施例による複合材分離板を示した断面図であり、図２は、図１の炭素繊維織物を示した斜視図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の実施例による複合材分離板１００は、炭素繊維織物１１０、伝導性粉末１２０と、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０を含む。このとき、伝導性粉末１２０は、炭素繊維織物１１０の内部に充填されて、伝導性粉末１２０が充填された炭素繊維織物１１０は、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０とホットプレス（ｈｏｔｐｒｅｓｓ）方式によって圧着して互いに接合する構造を有する。

炭素繊維織物１１０は、複合材分離板１００の中間に配置する芯（ｃｏｒｅ）基材として用いられて、複合材分離板１００の機械的強度を向上させる役割を行う。このような炭素繊維織物１１０は、２００〜４００μｍ厚を有することが好ましい。炭素繊維織物１１０厚が２００μｍ未満である場合には、その厚さが薄くて機械的強度を確保しがたい。逆に、炭素繊維織物１１０厚が４００μｍを超える場合には、それ以上の効果上昇がなく厚さ及び体積のみを増加させる要因に作用して、軽量化及び薄形化に反する結果をもたらし得るため、好ましくない。

かかる炭素繊維織物１１０は、少なくとも１つ以上が垂直に積層されてもよい。炭素繊維織物１１０は、１，０００〜７０，０００本が集まった繊維束を緯糸及び経糸としてそれぞれ製織することで製造されてもよい。これにより、炭素繊維織物１１０は、緯糸方向に配置した緯糸炭素繊維１１２と経糸方向に配置した経糸炭素繊維１１４を含んでいてもよい。

このとき、炭素繊維織物１１０の繊維束は、円形または楕円形の断面構造を有する。そして、炭素繊維織物１１０の繊維束は、平均離隔間隔が１．５〜２．０ｍｍであってもよい。

伝導性粉末１２０は、炭素繊維織物１１０の内部に充填される。このような伝導性粉末１２０は、炭素繊維織物１１０の内部にコーティング方式によって充填されて、ｚ−軸の垂直電気伝導性を向上させる役割を行う。

このため、伝導性粉末１２０は、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、黒鉛粉末（ｇｒａｐｈｉｔｅｐｏｗｄｅｒ）、炭素短繊維（ｃｈｏｐｐｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋ）、カーボン粉末（ｃａｒｂｏｎｐｏｗｄｅｒ）、グラファイトナノプレート（ｇｒａｐｈｉｔｅｎａｎｏｐｌａｔｅ）及びグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）のうちから選択された１種以上を含んでいてもよい。

このとき、伝導性粉末１２０は、炭素繊維織物１１０の内部に粉末コーティング方式によって直接に充填されてもよい。他に、伝導性粉末１２０は、有機溶剤及び１００ｃｐ以下の粘度を有するエポキシ液状樹脂に分散させた分散液を炭素繊維織物１１０の両面にエア噴射方式で塗布した後、乾燥して有機溶剤を揮発させる方式によってコーティングされてもよい。

この場合、有機溶剤としては、揮発性に優れたエタノール、ブタノール、酢酸エチル、オクタノール、エトキシエタノールペンタノール、メトキシエタノール、エチレングリコール、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアマイド、ジメチルアミン、ジクロロメタン及びジエチルエーテルのうち１種以上が用いられてもよい。

上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、炭素繊維織物１１０の上面及び下面にそれぞれ配置して、炭素繊維織物１１０と合着する。

かかる上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、ホットプレス工程によって炭素繊維織物１１０と合着する。このとき、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、炭素繊維織物１１０との合着によって、炭素繊維織物１１０の内部へ一部が含浸されて、互いに一体に連結される構造を有する。

このとき、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、それぞれ５〜１００μｍ厚を有することが好ましい。上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０それぞれの厚が５μｍ未満である場合には、その厚さが薄すぎることから取り扱い性が悪く、表面電気伝導性が低下する問題がある。逆に、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０それぞれの厚が１００μｍを超える場合には、それ以上の効果上昇がなく製造コストのみを上昇させる要因に作用し得るため、非経済的である。

かかる上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、それぞれ樹脂層と樹脂層内に含浸された伝導性フィラーを含む。

樹脂層は、機械的強度を向上させる役割を行う。このような樹脂層は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂を含む熱硬化性樹脂のうちから選択されたいずれかの材質で形成される。

伝導性フィラーは、ｘ−軸及びｙ−軸の表面電気伝導性を向上させるため樹脂層に添加して分散配置される。このため、伝導性フィラーは、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、黒鉛粉末（ｇｒａｐｈｉｔｅｐｏｗｄｅｒ）、炭素短繊維（ｃｈｏｐｐｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋ）、カーボン粉末（ｃａｒｂｏｎｐｏｗｄｅｒ）、グラファイトナノプレート（ｇｒａｐｈｉｔｅｎａｎｏｐｌａｔｅ）及びグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）のうちから選択された１種以上を含んでいてもよい。

このとき、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０それぞれは、伝導性フィラーが固形粉基準として全体重量の１５〜２５重量％添加されることが好ましい。伝導性フィラーの含量が１５重量％未満である場合には、表面電気伝導性を確保しがたい可能性がある。逆に、伝導性フィラーの含量が２５重量％を超える場合には、ノズルの塞がりによるコーティング不良を引き起こす可能性がある。

もし、炭素繊維織物１１０内に伝導性粉末１２０を充填することなく、炭素繊維織物１１０の両面に上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０のみを形成する場合、複合材分離板１１０の芯基材として用いられる炭素繊維織物１１０の表面に対してのみ伝導性フィラーが多量集中され、炭素繊維織物１１０の内部へ侵透できない問題によってｚ−軸方向の垂直電気伝導度が良くない問題がある。

一方、前述した本発明の実施例による複合材分離板は、炭素繊維織物の内部にパウダー状の伝導性粉末を先に充填した後、伝導性粉末が充填された炭素繊維織物の両面に上部及び下部の伝導性コーティング層を形成することによって、ｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度と共にｚ−軸方向の垂直電気伝導性を改善することができる。

従って、本発明の実施例による複合材分離板は、炭素繊維織物の両面に形成された上部及び下部の伝導性コーティング層によってｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度を確保できるとともに、炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末が炭素繊維織物の間間を有機的に連結させる構造を有することで、ｚ−軸方向の垂直電気的特性が改善して接触抵抗が改善する。

この結果、本発明の実施例による複合材分離板は、表面電気伝導度：１００〜２００Ｓ／ｃｍ、接触抵抗：１０ｍ?／ｃｍ²以下及び屈曲強度：８０ＭＰａ以下を有する。

以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例による複合材分離板の製造方法について説明する。

図３は、本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程手順図であり、図４〜図６は、本発明の実施例による複合材分離板の製造方法を示した工程断面図である。

図３に示したように、本発明の実施例による複合材分離板の製造方法は、伝導性粉末充填ステップ（Ｓ１１０）、上部及び下部の伝導性コーティング層形成ステップ（Ｓ１２０）及びホットプレスステップ（Ｓ１３０）を含む。

伝導性粉末充填
図３及び図４に示したように、伝導性粉末充填ステップ（Ｓ１１０）では、炭素繊維織物１１０の内部に伝導性粉末１２０を充填する。

炭素繊維織物１１０は、少なくとも１つ以上が垂直に積層されてもよい。炭素繊維織物１１０は１，０００〜７０，０００本が集まった繊維束を緯糸及び経糸としてそれぞれ製織することで製造されてもよい。これにより、炭素繊維織物１１０は、緯糸方向に配置した緯糸炭素繊維１１２と経糸方向に配置した経糸炭素繊維１１４を含んでいてもよい。

このとき、炭素繊維織物１１０の繊維束は、円形または楕円形の断面構造を有する。そして、炭素繊維織物１１０の繊維束は、平均離隔間隔が１.５〜２.０ｍｍであってもよい。

伝導性粉末１２０は、炭素繊維織物１１０の内部にコーティング方式によって充填されたｚ−軸の垂直電気伝導性を向上させる役割を行う。

本ステップでは、炭素繊維織物１１０の内部へ伝導性粉末１２０が容易に挿入できるようにするため炭素繊維織物１１０を震動させることが好ましい。

上部及び下部の伝導性コーティング層形成
図３及び図５に示したように、上部及び下部の伝導性コーティング層形成ステップ（Ｓ１２０）では、伝導性粉末１２０が充填された炭素繊維織物１１０の上面及び下面に上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０を形成する。

このとき、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０それぞれは、伝導性フィラーが固形粉基準として全体重量の１５〜２５重量％添加されることが好ましい。伝導性フィラーの含量が１５重量％未満である場合には、表面電気伝導度を確保しがたい可能性がある。逆に、伝導性フィラーの含量が２５重量％を超える場合には、ノズルの塞がりによるコーティング不良を引き起こす可能性がある。

本ステップでは、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０は、ナイフコーティング（ｋｎｉｆｅｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーティング（ｄｉｐｃｏａｔｉｎｇ）及びバーコーティング（ｂａｒｃｏａｔｉｎｇ）方法のうちいずれか以上によって形成されてもよい。このとき、スプレー時間、ディップコーティング時間、ナイフの高さ又はバーの高さなどを調節することによって、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０厚を調節できるようになる。

ホットプレス
図３及び図６に示したように、ホットプレスステップ（Ｓ１３０）では、炭素繊維織物１１０と上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０をホットプレスで圧着及び硬化して複合材分離板１００を得る。

このとき、ホットプレスは、１３０〜２００℃で１０〜３０ＭＰａの圧力条件下で１０〜６０分間行うことが好ましい。ホットプレス温度が１３０℃未満であるか、ホットプレス時間が１０分未満である場合には、硬化が十分になされないおそれが高い。逆に、ホットプレス温度が２００℃を超えるか、ホットプレス時間が６０分を超える場合には、それ以上の効果上昇がなく製造コストのみを上昇させる要因に作用し得るため、非経済的である。

また、ホットプレス圧力が１０ＭＰａ未満である場合には、炭素繊維織物１１０と上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０間の界面付着力が不十分であり、剥離が生じ得る。逆に、ホットプレス圧力が３０ＭＰａを超える場合には、過度な圧力によって炭素繊維織物１１０と上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０にクラックなどの損傷が生じ得る。

このようなホットプレスステップ（Ｓ１３０）の際、圧着によって炭素繊維織物１１０と上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０厚が減少することになる。このようなホットプレスステップ（Ｓ１３０）を行った後、炭素繊維織物１１０は、２００〜４００μｍ厚を有して、上部及び下部の伝導性コーティング層１３０、１４０それぞれは、５〜１００μｍ厚を有してもよい。

前記過程（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）によって製造される複合材分離板は、炭素繊維織物の内部にパウダー状の伝導性粉末を先に充填した後、伝導性粉末が充填された炭素繊維織物の両面に上部及び下部の伝導性コーティング層を形成することによって、ｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度と共にｚ−軸方向の垂直電気伝導性を改善することができる。

従って、本発明の実施例による方法で製造される複合材分離板は、炭素繊維織物の両面に形成された上部及び下部の伝導性コーティング層によってｘ−軸及びｙ−軸方向の表面電気伝導度を確保できるとともに、炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末が炭素繊維織物の間間を有機的に連結させる構造を有することで、ｚ−軸方向の垂直電気的特性が改善して接触抵抗が改善する。

この結果、本発明の実施例による方法で製造された複合材分離板は、表面電気伝導度：１００〜２００Ｓ/ｃｍ、接触抵抗：１０ｍ?/ｃｍ²以下及び屈曲強図：８０ＭＰａ以下を有する。

＜実施例＞
以下では、本発明の好ましい実施例によって本発明の構成及び作用をさらに詳説する。但し、これは、本発明の好ましい例示として提示されたものであって、どのような意味でも、これによって本発明が制限されると解釈されてはならない。

ここに記載していない内容は、この技術分野における熟練者であれば、技術的に十分に類推することができるため、その説明を省略する。

１．複合材分離板製造
＜実施例１＞
２５０μｍの平均厚を有する炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％を分散した後、ＧＮＰを炭素繊維織物の表面にバインディングさせるようにエポキシ樹脂１０ｗｔ％を混合した溶液に浸漬した後、１５分間超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理し、６０℃で１時間乾燥して炭素繊維織物の内部へグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）を充填させた。

次に、エポキシ樹脂１００重量部に炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）５＋グラファイトナノプレート（ＧＮＴ）１５重量部を添加した分散液を炭素繊維織物の上部及び下部にナイフ（Ｋｎｉｆｅ）コーティング方法で１５０μｍ厚にそれぞれコーティングして、上部及び下部の伝導性コーティング層を形成した。

次に、グラファイトナノプレート（ＧＮＰ）が挿入された炭素繊維織物と上部及び下部の伝導性コーティング層を１５０℃及び２０ＭＰａの圧力条件下で、３０分間ホットプレスで圧着及び硬化して２５０μｍ厚の複合材分離板を製造した。

＜実施例２＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）５ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜実施例３＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂１５ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。
＜実施例４＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬して３０分間超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理し、６０℃で１時間乾燥したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜実施例５＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬して１５分間超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理し、６０℃で２時間乾燥したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜比較例１＞
炭素繊維織物の上部及び下部にエポキシ樹脂１００重量部に炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）１５重量部を添加した分散液をナイフ（Ｋｎｉｆｅ）コーティング方法で１５０μｍ厚にそれぞれコーティングして、上部及び下部の伝導性コーティング層を形成した。

次に、炭素繊維織物と上部及び下部の伝導性コーティング層を１６０℃及び２０ＭＰａの圧力条件下で、３０分間ホットプレスで圧着及び硬化して複合材分離板を製造した。

＜比較例２＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）１０ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜比較例３＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂２０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜比較例４＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬して５分間超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理し、６０℃で１時間乾燥したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

＜比較例５＞
炭素繊維織物をアセトンにグラファイトナノプレート（ＧＮＰ）３ｗｔ％及びエポキシ樹脂１０ｗｔ％を分散混合した溶液に浸漬して１５分間超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理し、６０℃で３０分乾燥したことを除いては、実施例１と同じ方法で複合材分離板を製造した。

２．物性評価
表１は、実施例１〜５及び比較例１〜５によって製造された複合材分離板に関する物性評価結果を示したものである。

１）表面電気伝導度
４探針法（４−ｐｏｉｎｔｐｒｏｂｅｍｅｔｈｏｄ）に基づいて表面電気伝導度を測定した。

２）接触抵抗
測定方法：銅電極／ＧＤＬ／分離板／ＧＤＬ／銅電極の順に積層した後、両方の銅電極に５Ａの電流を印加しながら、銅電極の間で発生する電圧降下を測定した。ここから出た電圧に加えた電流値を割って抵抗を測定して、測定に用いられた分離板の面積を掛けた。この時の分離板は、横５ｃｍ、縦５ｃｍであった。

銅電極とＧＤＬ間の接触抵抗を引くため、銅電極／ＧＤＬ／銅電極の順に積層した後に抵抗を測定しており、上記値から引いて分離板の接触抵抗を計算した。

３）屈曲強度
ＡＳＴＭＤ７９０−１０に基づいて屈曲強度を測定した。この時の試片の大きさは、横１．２７ｃｍ、縦１２．７ｃｍに製作したもものを用いた。

表１に示したように、実施例１〜５によって製造された複合材分離板の場合、表面電気伝導度及び屈曲強度は、比較例１〜５と大きな差はなかったが、接触抵抗が比較例１〜５に比べてかなり低い６．９〜７.５ｍ?／ｃｍ²を有することが分かる。

一方、グラファイトナノプレート（ＧＮＰ）を充填しない比較例１の場合、表面電気伝導度には大きな差はないが、接触抵抗が実施例１に比べてかなり高く測定されており、試片内炭素の割合が少なく、屈曲強度は少し高く測定された。

また、グラファイトナノプレート（ＧＮＰ）を１０ｗｔ％添加した比較例２の場合、炭素繊維とＧＮＰの接触点が多くなり、実施例１に比べて接触抵抗が少し減少しており、試片内炭素の含量が多いため、屈曲強度が減少したことを確認することができる。

また、エポキシ樹脂が２０ｗｔ％添加された比較例３の場合、過量のエポキシ樹脂が、伝導性コーティング層が覆われる前に炭素繊維表面を覆うため、縁切層として作用し、実施例１に比べて接触抵抗がかなり高く測定されたことを確認することができる。

また、超音波（Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）震動処理を５分間行った比較例４の場合、超音波震動処理時間が不十分であり、グラファイトナノプレート（ＧＮＰ）が炭素繊維の内部へ十分に充填されず、接触抵抗が実施例１に比べて高く測定されたことを確認することができる。

また、乾燥時間を３０分に減少した比較例５の場合、アセトンの乾燥時間が不十分であるため、試片内に残留しながら伝導性コーティング層を塗布して、熱圧着させる過程において蒸発して試片の内部に気孔を形成させ、接触抵抗は高くなり、気孔によって屈曲強度が低下したことを確認することができる。

以上では、本発明の実施例を中心にして説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形を加えることができる。このような変更と変形は、本発明が提供する技術思想の範囲を脱しない限り、本発明に属すると言える。従って、本発明の権利範囲は、以下に記載する請求範囲によって判断すべきである。

Claims

炭素繊維織物；
前記炭素繊維織物の内部に充填された伝導性粉末；及び、
前記炭素繊維織物の上面及び下面にそれぞれ配置して、前記炭素繊維織物と合着した上部及び下部の伝導性コーティング層；
を含む複合材分離板。
前記炭素繊維織物は、
２００〜４００μｍ厚を有する、請求項１に記載の複合材分離板。
前記炭素繊維織物は、
少なくとも１つ以上が垂直に積層された、請求項１に記載の複合材分離板。
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、
前記炭素繊維織物との合着によって、前記炭素繊維織物の内部へ一部が含浸されて、互いに一体に連結された、請求項１に記載の複合材分離板。
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、
それぞれ５〜１００μｍ厚を有する、請求項１に記載の複合材分離板。
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、それぞれ
樹脂層と、
前記樹脂層内に含浸された伝導性フィラーを含む、請求項１に記載の複合材分離板。
前記樹脂層は、
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂を含む熱硬化性樹脂のうちから選択されたいずれかの材質で形成された、請求項６に記載の複合材分離板。
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、それぞれ、
前記伝導性フィラーが固形粉を基準として全体重量の１５〜２５重量％添加された、請求項６に記載の複合材分離板。
前記伝導性粉末及び伝導性フィラーは、それぞれ、
炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、黒鉛粉末（ｇｒａｐｈｉｔｅｐｏｗｄｅｒ）、炭素短繊維（ｃｈｏｐｐｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋ）、カーボン粉末（ｃａｒｂｏｎｐｏｗｄｅｒ）、グラファイトナノプレート（ｇｒａｐｈｉｔｅｎａｎｏｐｌａｔｅ）及びグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）のうちから選択された１種以上を含む、請求項６に記載の複合材分離板。
（ａ）炭素繊維織物の内部に伝導性粉末を充填するステップ；
（ｂ）前記伝導性粉末が充填された炭素繊維織物の上面及び下面に上部及び下部の伝導性コーティング層を形成するステップ；及び、
（ｃ）前記炭素繊維織物と上部及び下部の伝導性コーティング層をホットプレスで圧着及び硬化して複合材分離板を得るステップ；
を含む複合材分離板の製造方法。
前記（ａ）ステップは、
前記炭素繊維織物を震動させて、前記炭素繊維織物の内部へ伝導性粉末が充填されるようにする、請求項１０に記載の複合材分離板の製造方法。
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、それぞれ、
樹脂層と、
前記樹脂層内に含浸された伝導性フィラーを含む、請求項１０に記載の複合材分離板の製造方法。
前記樹脂層は、
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂を含む熱硬化性樹脂のうちから選択されたいずれかの材質で形成された、請求項１２に記載の複合材分離板の製造方法。
前記伝導性粉末及び伝導性フィラーは、それぞれ
炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、黒鉛粉末（ｇｒａｐｈｉｔｅｐｏｗｄｅｒ）、炭素短繊維（ｃｈｏｐｐｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）、カーボンブラック（ｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋ）、カーボン粉末（ｃａｒｂｏｎｐｏｗｄｅｒ）、グラファイトナノプレート（ｇｒａｐｈｉｔｅｎａｎｏｐｌａｔｅ）及びグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）のうちから選択された１種以上を含む、請求項１２に記載の複合材分離板の製造方法。
前記（ｃ）ステップでは、
前記ホットプレスは、
１３０〜２００℃で１０〜３０ＭＰａの圧力条件下で１０〜６０分間行う、請求項１０に記載の複合材分離板の製造方法。
前記（ｃ）ステップでは、
前記上部及び下部の伝導性コーティング層は、
前記炭素繊維織物との合着によって、前記炭素繊維織物の内部へ一部が含浸されて、互いに一体に連結される、請求項１０に記載の複合材分離板の製造方法。