KR101316006B1 - 연료전지용 망사형 분리판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 망사형 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 주성분으로 하는 굴곡강도 및 전기전도도가 모두 우수한 망사형 구조의 연료전지용 분리판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 특정한 고분자 물질 및 고가의 전도성 탄소재료를 사용하지 않고서도 저가의 저중량 박판화를 구현하고, 굴곡강도 및 전기전도도가 모두 우수한 연료전지용 망사형 분리판을 제공할 수 있다.

Description

연료전지용 망사형 분리판 및 그 제조방법{Mesh type separator for fuel cell and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 연료전지용 망사형 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 주성분으로 하는 굴곡강도 및 전기전도도가 모두 우수한 망사형 구조의 연료전지용 분리판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
연료전지는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 전기화학장치로서, 연료전지의 에너지 전환공정은 대단히 효율적이고도 환경친화적이기 때문에 최근에도 계속 관심이 대상이 되고 있다.
일반적으로 연료전지는 그 사용되는 전해질의 종류에 따라 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC) 및 알칼리형 연료전지(AFC) 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 중에서 고분자 전해질형 연료전지는 소규모 거치형 발전장비 뿐만 아니라 수송시스템에도 가장 유망한 것으로 알려져 있고, 고분자 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체 및 분리판(separator)이 핵심부라 할 수 있는데, 특히 분리판에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
보통의 고분자 전해질형 연료전지는, 애노드 및 캐소드 사이에 구비되는 고분자 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체를 사이에 두고, 수소 유로를 갖는 분리판 및 산소 유로를 갖는 분리판이 그 양쪽에 각각 배치되어 하나의 단위 셀을 형성하고, 그 단위 셀들이 수십 내지 수백 개 적층하여 구성되는 것인데, 이러한 연료전지의 부품 중 분리판은 수소와 산소 등의 가스 불투과성과 아울러 기본적으로 전기전도도가 우수하여야 하고, 자동차용 연료전지와 같이 수송용으로 사용할 때는 각종 충격이나 진동에 견딜 수 있도록 높은 기계적 강도를 가져야 한다. 게다가 현재 연료전지 무게의 80% 정도를 차지하는 분리판의 저중량 박판화를 통하여 저가의 공정을 실현하는 것도 중요한 해결과제로 알려져 있다.
이를 위하여 종래에는 평균입경이 일정범위인 흑연입자와 열경화성 수지 또는 비탄소질수지를 배합한 원료를 성형함으로써 탄화공정 및 절삭공정을 거치지 않고도 성형성, 전기전도성 및 기계적 강도가 양호한 고분자 전해질형 연료전지용 분리판을 제조한 바 있으나, 그 원료물질의 배합비에 따라서는 전기전도도와 기계적 강도(굴곡강도) 사이의 트레이드-오프 관계를 개선하는데 한계가 있었다(특허문헌 1, 2).
또한, 분리판의 박판화와 관련된 선행기술로서는 탄소-탄소 이중결합을 여러개 갖는 탄화수소화합물과 엘라스토머 및 탄소질 재료로 이루어진 도전성 경화성 수지 조성물로부터 연료전지용 분리판을 성형한 내용이 공지되어 있고(특허문헌 3),분산상의 수평균입도가 0.1~2 μm인 다성분 폴리머형 수지바인더에 분말형태, 섬유형태 또는 분말형태와 섬유형태가 혼합된 도전성재료를 혼합한 전도성 수지조성물을 이용하여 접촉저항이 우수한 연료전지용 분리판을 제조한 기술도 알려져 있으나(특허문헌 4), 이들 선행기술 모두가 박판형 세퍼레이터의 성형재료로 특정의 고분자 수지를 선택하고 있을 뿐만 아니라, 탄소미분말, 탄소나노튜브 및 통상적으로 10~20 μm 길이를 갖는 탄소섬유 등 μm 단위의 미립자 형태의 도전성 재료를 선택하고 있는바, 특정의 고분자 물질을 선택하는 것이 쉽지 않고, 또한 μm 단위의 미분말 도전성 재료만을 사용하여서는 충분한 굴곡강도를 얻을 수도 없으며, 이로부터 박판형의 분리판을 제조할 경우에는 미분말 도전성 재료 자체가 고가이기 때문에 분리판의 가격 상승으로 인하여 저가의 공정을 실현하기 어려운 문제점이 있다.
특허문헌 1. 일본공개특허 특개2001-335695호 특허문헌 2. 한국등록특허 제10-0485285호 특허문헌 3. 한국공개특허 제10-2007-0110531호 특허문헌 4. 한국등록특허 제10-0798121호
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 특정한 고분자 물질 및 고가의 전도성 탄소재료를 사용하지 않고서도 저가의 저중량 박판화를 구현하고, 굴곡강도 및 전기전도도가 모두 우수한 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 포함하는 망사형 구조의 연료전지용 분리판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판을 제공한다.
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술피드, 및 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 폴리카르보디이미드 수지, 퍼퍼릴알콜 수지, 및 알키드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 탄소물질은 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 무정형 탄소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비는 10:90~60:40인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 i) 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 원료를 각각 혼련하는 단계; ii) 상기 i) 단계에서 혼련된 배합비가 상이한 2종의 원료를 망사 형태로 금형에 투입하고 가압하여 시트를 성형하는 단계; 및 iii) 상기 ii) 단계에서 성형된 시트를 유로가 형성된 금형에 투입하고 압축성형하는 단계;를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법을 제공한다.
상기 ii) 단계에서 금형에 투입하는 과정은 자동 분말투입장치를 이용하여 망사 형태로 5~20 mm 범위의 폭에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 ii) 단계에서 성형된 시트는 그 두께가 0.05~1.5 mm인 것을 특징으로 한다.
상기 ii) 단계에서 성형된 시트는 2~3층의 적층 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 iii) 단계의 금형은 스탬핑 가공에 의하여 오목부와 볼록부를 갖는 물결 모양의 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 iii) 단계의 압축성형은 1,000~2,000 kgf/cm2의 압력, 150~170℃의 온도에서 1~5분 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 특정한 고분자 물질 및 고가의 전도성 탄소재료를 사용하지 않고서도 저가의 저중량 박판화를 구현하고, 굴곡강도 및 전기전도도가 모두 우수한 연료전지용 망사형 분리판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 망사형 분리판의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 망사형 분리판의 (a) 표면방향 및 (b) 수직방향의 전기흐름 설명도.
도 3은 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 연료전지용 망사형 분리판.
도 4는 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 연료전지용 망사형 분리판 및 비교예 1, 2로부터 제조된 분리판의 전기전도도 평균값, 최대값, 최소값을 나타낸 그래프[(a) 비교예 1 평균값, (b) 실시예 2 최대값, (c) 실시예 2 평균값, (d) 실시예 2 최소값, (e) 비교예 2 평균값].
도 5는 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 연료전지용 망사형 분리판 및 비교예 1, 2로부터 제조된 분리판의 표면 17개 부위별 전기전도도 특성을 나타낸 그래프.
이하에서는 본 발명에 따른 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판 및 그 제조방법에 관하여 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로 연료전지용 분리판은 고분자 수지와 흑연 입자를 혼합하여 성형되는 것인바, 굴곡강도의 보강을 위하여 고분자 수지가 많이 배합되면 굴곡강도는 우수하지만 전기전도도 및 열전도도가 떨어지는 경향이 있고, 박판형 분리판을 채택한 연료전지를 작동할 때는 열을 이기지 못해 터지는 경우도 가끔 발생한다. 반면, 흑현 입자와 같은 전도성 탄소재료가 많이 배합되면 전기전도도와 열전도도는 우수하지만 굴곡강도가 떨어져 외부충격이나 진동 시 부서지거나 균열이 생겨 수소나 산소가 새는 문제점이 있다.
그러나 본 발명에서는, 종래 단순히 고분자 수지와 흑연 입자의 배합비만을 달리한 1종의 원료만을 사용하여 연료전지용 분리판을 성형하던 것과는 달리, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 원료로 사용하여 분리판을 성형하고, 그 분리판이 망사형 구조를 갖도록 함으로써 상기 문제점, 즉 굴곡강도와 전기전도도의 트레이드-오프 관계를 해결하였다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 망사형 분리판의 개념도를 나타낸 것으로서, 배합비가 상이한 2종의 원료 A(B에 비하여 탄소물질의 함량이 높음), B(A에 비하여 탄소물질의 함량이 낮음)를 블렌드 하는데, 그 블렌드는 미리 준비된 금형에 망사 형태로 A, B 원료를 투입함으로써 A, B 망사 구조가 합쳐진 망사형 분리판을 성형할 수 있게 되는 것이다.
따라서 본 발명은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판을 제공한다. 본 발명에서는 연료전지용 분리판의 주원료인 고분자 수지로서 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 어느 것이나 사용할 수 있다.
상기 열가소성 수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술피드, 및 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 열경화성 수지로서는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 폴리카르보디이미드 수지, 퍼퍼릴알콜 수지, 및 알키드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 사용할 수 있는데, 통상 연료전지용 분리판의 제작에 많이 사용되는 페놀 수지를 더욱 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 상기 전도성 탄소물질은 전도성을 나타내는 탄소재료라면 특별한 한정없이 사용할 수 있으나, 그 중에서도 입수가 용이하고 가격이 저렴한 흑연이 바람직하며, 흑연의 종류에 구애받지 않고 사용할 수 있는바, 천연흑연, 인조흑연 또는 팽창흑연 중에서 어느 것이나 사용가능하고, 그 밖에도 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 무정형 탄소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 사용할 수 있다.
그리고 상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비는 10:90~60:40인 것을 사용하면, 그 범위 내의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 원료로 사용하였을 때 전기전도도 및 굴곡강도가 모두 우수한 분리판을 얻을 수 있어 바람직하고, 상기 범위 내에서 분리판의 특성을 고려하여 배합비를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 망사형 분리판의 (a) 표면방향 및 (b) 수직방향의 전기흐름 설명도를 나타낸 것으로, 배합비가 상이한 2종의 원료 A(B에 비하여 탄소물질의 함량이 높음), B(A에 비하여 탄소물질의 함량이 낮음)를 망사 형태로 블렌드 하여 금형에 투입함으로써 A, B 망사 구조가 합쳐진 망사형 분리판이 성형되어, 표면방향으로 볼 때, 표면을 중심으로 A 원료가 있는 부분에서 높은 전기전도도를 나타내고, 수직방향으로 볼 때도 A 원료가 있는 부분에서 전기전도도가 우수함을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 i) 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 원료를 각각 혼련하는 단계; ii) 상기 i) 단계에서 혼련된 배합비가 상이한 2종의 원료를 망사 형태로 금형에 투입하고 가압하여 시트를 성형하는 단계; 및 iii) 상기 ii) 단계에서 성형된 시트를 유로가 형성된 금형에 투입하고 압축성형하는 단계;를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법을 제공한다.
상기 i) 단계의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 전도성 탄소물질, 및 배합비에 관해서는 앞서 서술한바와 같고, 분리판의 원료로서 상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질 이외에 필요에 따라 유리섬유 등의 보강재와 이형제를 첨가할 수도 있다.
그리고 상기 ii) 단계에서는 상기 i) 단계에서 혼련된 배합비가 상이한 2종의 원료를 자동 분말투입장치를 이용하여 망사 형태로 투입하는바, 분말투입 시 폭을 5~20 mm로 하는 것이 바람직한데, 그 폭이 5 mm 미만이면 원료끼리 혼합되어 배합비가 상이한 2종의 원료로 이루어지는 망사 형태를 유지하기가 어렵고, 그 폭이 20 mm를 초과하면 상용성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 상기 ii) 단계에서 성형된 시트는 그 두께가 0.05~1.5 mm인 것이 바람직한데, 최종 목적물인 망사형 분리판을 박판으로 성형할 수 있는지 여부는 상기 ii) 단계에서 성형되는 시트의 두께에 따라 결정되므로 두께를 잘 조절하여야만 두께 편차를 줄일 수 있고, 박판의 망사형 분리판을 얻을 수 있는 것이다. 상기 시트의 두께가 0.05 mm 미만이면 기계적 강도가 떨어지는 단점이 있고, 1.5 mm를 초과하면 망사형 분리판을 박판으로 제조할 수 없게 된다.
또한, 상기 ii) 단계의 시트는 다층 구조를 갖는 것이 분리판의 성능이나 정밀도 향상 측면에서 유리하지만, 3층을 초과하는 다층 구조의 시트는 그 두께가 지나치게 두꺼워져 최종 목적물인 분리판을 박판으로 제조하는 것이 어렵게 되므로 2~3층의 적층 구조를 갖는 것이 바람직하다.
그리고 상기 iii) 단계의 금형은 스탬핑 가공에 의하여 오목부와 볼록부를 갖는 물결 모양의 유로가 형성된 것을 사용함으로써 더 우수한 성능의 분리판을 제조할 수 있다.
마지막으로, 상기 iii) 단계의 압축성형 시 배합비가 상이한 2종의 원료를 사용하기 때문에 밀도 차이로 인한 부분적인 두께 편차가 발생하는 단점을 피하기 위하여 1,000~2,000 kgf/cm2의 압력, 150~170℃의 온도에서 1~5분 동안 압착 및 가온을 수행함으로써 연료전지용 박판의 망사형 분리판을 제조할 수 있게 된다.
이하 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
( 실시예 1) 연료전지용 망사형 분리판의 제조
페놀 수지 15 중량부 및 평균입경 20 μm의 흑연 85 중량부로 이루어진 A 원료를 혼련하고, 페놀 수지 40 중량부 및 평균입경 20 μm의 흑연 60 중량부로 이루어진 B 원료를 혼련한 후, 혼련된 A, B 원료를 자동 분말투입장치를 이용하여 폭 10 mm의 망사 형태로 금형에 투입하고, 가열 없이 가압하는 것만으로 시트를 성형하였다. 상기 성형된 시트를 유로가 형성된 금형에 투입하고 1,000 kgf/cm2의 압력으로 170℃에서 2분 30초 동안 압축성형하여 두께 1.2 mm인 박판의 연료전지용 망사형 분리판을 제조하였다.
( 실시예 2) 연료전지용 망사형 분리판의 제조
B 원료로서 페놀 수지 25 중량부 및 평균입경 20 ?의 흑연 75 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 두께 1.2 mm인 박판의 연료전지용 망사형 분리판을 제조하였다.
( 비교예 1) 통상의 연료전지용 분리판의 제조
A 원료만을 사용하여 금형에 투입하는 과정을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 통상의 연료전지용 분리판을 제조하였다.
( 비교예 2) 통상의 연료전지용 분리판의 제조
B 원료만을 사용하여 금형에 투입하는 과정을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 통상의 연료전지용 분리판을 제조하였다.
도 3에는 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 연료전지용 망사형 분리판의 실물 사진을 나타내었고, 하기 [표 1]에는 본 발명의 실시예 1, 2에 따라 제조된 연료전지용 망사형 분리판 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 통상의 연료전지용 분리판의 전기전도도 및 굴곡강도를 나타내었다.
물성 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
전기전도도(S/cm) 13.76~85.06 36~83 75~83 16~19
굴곡강도(Mpa) 40 35 20 50
표 1에서 보는 바와 같이 비교예 1 및 2에 따라 제조된 통상의 연료전지용 분리판은 A 원료 또는 B 원료 1종만을 원료로 사용하고 있어 페놀 수지 및 흑연의 배합비에 따라 전기전도도와 굴곡강도는 전형적인 트레이드-오프 관계를 가짐을 알 수 있는 반면, 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조된 박판의 연료전지용 망사형 분리판은 전기전도도와 굴곡강도가 전형적인 트레이드-오프 관계를 갖지 않으면서도 그 두 가지 물성이 모두 우수함을 확인할 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 박판의 연료전지용 망사형 분리판 및 비교예 1, 2로부터 제조된 통상의 연료전지용 분리판의 전기전도도 평균값, 최대값, 최소값을 나타낸 그래프[(a) 비교예 1 평균값, (b) 실시예 2 최대값, (c) 실시예 2 평균값, (d) 실시예 2 최소값, (e) 비교예 2 평균값]인데, 비교예 1의 경우에는 전기전도도의 평균값이 75 S/cm, 비교예 2의 경우에는 전기전도도의 평균값이40 S/cm로 측정된 반면, 실시예 2의 경우에는 전기전도도의 평균값은 57 S/cm로 다소 낮지만, 그 최대값은 83 S/cm, 최소값은 36 S/cm로 측정되어 A 원료 또는 B 원료만을 사용하여 제조한 분리판의 전기전도도 특성을 모두 보유하는 것으로 확인되었다.
그리고 도 5는 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 박판의 연료전지용 망사형 분리판의 전기전도도 특성을 더욱 확실하게 확인하기 위하여 분리판의 표면 17개 부위의 전기전도도를 무작위로 측정한 결과를 나타낸 그래프인데, 역시 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 박판의 연료전지용 분리판은 망사형 구조를 갖고 있기 때문에 배합비가 상이한 A 원료 및 B 원료 2종이 블렌드된 전기전도도 특성을 나타내는 것임을 알 수 있다.
그러므로 본 발명에 따라 제조된 박판의 망사형 분리판은 전기전도도 및 굴곡강도가 모두 우수하여 연료전지의 분리판으로 응용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 블렌드를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술피드, 및 폴리벤즈이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 폴리카르보디이미드 수지, 퍼퍼릴알콜 수지, 및 알키드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 탄소물질은 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 무정형 탄소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비는 10:90~60:40인 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판.
  6. i) 열가소성 수지 또는 열경화성 수지, 및 전도성 탄소물질의 배합비가 상이한 2종의 원료를 각각 혼련하는 단계;
    ii) 상기 i) 단계에서 혼련된 배합비가 상이한 2종의 원료를 망사 형태로 금형에 투입하고 가압하여 시트를 성형하는 단계; 및
    iii) 상기 ii) 단계에서 성형된 시트를 유로가 형성된 금형에 투입하고 압축성형하는 단계;를 포함하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 ii) 단계에서 금형에 투입하는 과정은 자동 분말투입장치를 이용하여 망사 형태로 5~20 mm 범위의 폭에서 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 ii) 단계에서 성형된 시트는 그 두께가 0.05~1.5 mm인 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 ii) 단계에서 성형된 시트는 2~3층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 iii) 단계의 금형은 스탬핑 가공에 의하여 오목부와 볼록부를 갖는 물결 모양의 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 iii) 단계의 압축성형은 1,000~2,000 kgf/cm2의 압력, 150~170℃의 온도에서 1~5분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 망사형 분리판의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016105097A1 (ko) * 2014-12-24 2016-06-30 (주)엘지하우시스 연료전지 분리판용 복합재, 연료전지 분리판 및 이의 제조방법
KR20170013611A (ko) 2015-07-28 2017-02-07 서준택 유리섬유 부직포를 포함하는 연료전지용 박판형 분리판 및 그 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067882A (ja) * 1998-08-26 2000-03-03 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 燃料電池セル用セパレータとその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4739504B2 (ja) * 2000-11-20 2011-08-03 三洋電機株式会社 燃料電池用基板の製造方法及び燃料電池
JP2003323899A (ja) * 2002-02-28 2003-11-14 Sumitomo Bakelite Co Ltd 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法
KR100978534B1 (ko) * 2007-12-28 2010-08-27 한국과학기술연구원 연료전지용 고분자 복합재료 분리판 제조방법
KR101338870B1 (ko) * 2011-04-07 2013-12-09 에이스산업 주식회사 분쇄된 탄소섬유로 강화시킨 박판형 연료전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067882A (ja) * 1998-08-26 2000-03-03 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 燃料電池セル用セパレータとその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016105097A1 (ko) * 2014-12-24 2016-06-30 (주)엘지하우시스 연료전지 분리판용 복합재, 연료전지 분리판 및 이의 제조방법
KR20170013611A (ko) 2015-07-28 2017-02-07 서준택 유리섬유 부직포를 포함하는 연료전지용 박판형 분리판 및 그 제조방법
KR101764383B1 (ko) * 2015-07-28 2017-08-02 서준택 유리섬유 부직포를 포함하는 연료전지용 박판형 분리판 및 그 제조방법

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