KR101550204B1 - 전도성 고분자 첨가를 통한 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법 및 이를 이용한 연료전지 가스확산층용 탄소종이 - Google Patents

전도성 고분자 첨가를 통한 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법 및 이를 이용한 연료전지 가스확산층용 탄소종이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법은 낮은 온도에서도 열처리 및 소성이 가능하여 상기 탄소종이의 제조비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 이렇게 제조비용을 크게 절감하였음에도 불구하고 기체투과도 및 전기전도성이 우수하며, 이를 가스확산층으로 활용함으로 인해 전체적인 연료전지의 제조비용 절감 및 품질 향상에도 기여하게 되는 효과가 있다.

Description

전도성 고분자 첨가를 통한 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법 및 이를 이용한 연료전지 가스확산층용 탄소종이{Preparation method of carbon paper for fuel cell gas diffusion layer by addition of conducting polymers and carbon paper for fuel cell gas diffusion layer using the same}
본 발명은 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연료전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 시스템이다.
연료전지 시스템의 대표적인 예로는 고분자 전해질형 연료전지, 직접 산화형 연료전지가 있다. 이중 상기 고분자 전해질형 연료전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서 출력 밀도 및 에너지 전환 효율이 높고, 상온에서 작동이 가능하며 소형화 및 밀폐화가 가능하므로 무공해 자동차, 가정용 발전기 시스템, 이동통신 장비의 휴대용 전원, 군사용 장비 등의 분야에 폭넓게 사용이 가능하다.
연료전지는 외부로부터 연료(환원제)와 산소 또는 공기(산화제)를 연속적으로 공급하고, 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 추출하는 장치이다. 이러한 연료전지는 그 작동 온도, 사용 연료의 종류, 용도 등으로 분류하는 것도 있지만, 최근에는, 주로 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고체 산화물형 연료전지(SOFC), 용융 탄산염형 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고분자 전해질형 연료전지(PEFC), 알칼리 수용액형 연료전지(AFC)의 5종류로 분류되는 것이 일반적이다.
이들 연료전지는 메탄 등에서 생성된 수소 가스를 연료로 하는 것이지만, 최근에는 연료로서 메탄올 수용액을 직접 이용하는 직접 메탄올형 연료전지(DMFC)도 알려져 있다.
이와 같은 연료전지 중에서 고체 고분자막을 2종류의 전극에 끼워 넣고, 다시 이들 부재를 세퍼레이터에 끼운 구성의 고체 고분자형 연료전지(이하, ‘고분자 전해질형 연료전지’, 또는 ‘PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell’이라고도 한다)가 주목받고 있다.
이 PEFC는 고체 고분자막의 양측에 공기극(산소극), 연료극(수소극) 등의 전극을 배치하여 단위 셀을 구성하고, 이 단위셀의 양측을 연료전지용 세퍼레이터에 끼운 구성으로 되어 있다. 상기의 PEFC에서는, 연료(수소)와 산화제(공기)가 직접 반응하지 않도록, 이들을 격리하고, 또한 연료극에서 생성하는 수소 이온(프로톤)을 공기극측까지 운반할 필요가 있다.
이러한 PEFC는 1950년대 후반 미국의 GE사에 의해 개발이 시작되어, 1960년대에 제미니 우주선에 탑재되었다. 개발 당시는 탄화수소계의 이온교환막이 사용되었으며, 그 후 미국의 듀퐁사(Dupont)가 불소 수지계 이온 교환막 ‘나피온(Nafion)’을 개발하여 PEFC의 내구성을 현저하게 개선하였다. 개발 당시에는 우주용이나 군사용을 목적으로 한 것이었으며, 1980년에 들어서 캐나다의 발라드사(Ballard)가 민생용을 목적으로 한 PEFC의 개발을 시작하였다. 1990년대에 들어서는 다임러 벤츠사가 발라드사의 PEFC를 탑재한 연료전지자동차를 주행시킴으로써 PEFC는 단번에 세계적인 주목을 받게 되었다.
한편, PEFC의 발전원리는 통상 프로톤 전도체인 불소수지계 이온교환막을 전해질로 하면서, 촉매층과 가스확산층으로 구성된 음극과 양극이 전해질 막을 사이에 끼우고 있으며, 음극 측에 수소를 포함한 연료를, 양극 측에 산소를 포함한 산화제를 넣어 주면 촉매 반응이 일어나게 된다.
이러한 PEFC의 구성 중 상기 가스확산층(gas diffusion layer)은 기체투과성과 전자전도성이 뛰어난 두께 100-300 ㎛ 정도의 탄소종이를 활용하고 있다.
종래의 탄소종이 제조방법에 있어서, 습식 (wet-laid) 공정에 의해서 탄소종이를 제조하는 경우에, 먼저 탄소섬유를 수용액 등에 분산시키고, 습식 종이형성장치를 통하여 탈수 및 초지 공정을 거친 다음 건조시켜서 탄소섬유웹 (web)을 제조한다. 제조된 탄소섬유웹은 열경화성 수지 등에 함침시킨 다음 열과 압력을 가하여 경화시키고, 이러한 경화 과정을 통해서 탄소 시트가 형성되면, 마지막으로 성형된 시트 중의 열경화성 수지를 탈지 및 고온 탄화시킴으로써 제조하게 되면 탄소종이가 완성된다.
그러나, 탄소섬유웹을 열경화성 수지 등에 함침하고 고온 탄화시켜 탄소종이를 제작하는 경우 1,000도 이상의 높은 열처리로 인해 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명과 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0078903호가 있으며, 구체적으로는 확산층을 구성하는 탄소 종이에 미세 천공이 형성되어 있는 특징을 가지고 있다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-2011-0078903호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 생산 비용이 절감된 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는 상기 탄소종이를 제조하는 과정에서 열처리 및 소성 온도를 낮추더라도 우수한 품질의 탄소종이를 제공하는 것이 가능한 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이는
전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이로서,
상기 전도성 고분자는 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS, 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 고분자로 이루어지며,
상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 50-500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법은
1) 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS, 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리피롤(Polypyrrole) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 고분자를 물 또는 유기용매와 혼합하는 단계;
2) 상기 혼합액을 탄소섬유웹에 도포하는 단계; 및
3) 상기 도포된 탄소섬유웹을 50-500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하는 단계;
를 포함하며,
상기 제조방법에 의하여 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법은 낮은 온도에서도 열처리 및 소성이 가능하여 상기 탄소종이의 제조비용을 크게 절감할 수 있다. 또한 이렇게 제조비용을 크게 절감하였음에도 불구하고 기체투과도 및 전기전도성이 우수하며, 이를 가스확산층으로 활용함으로 인해 전체적인 연료전지의 제조비용 절감 및 품질 향상에도 기여하게 되는 효과가 있다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 탄소종이 표면의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 탄소종이 표면의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 3에 따라 제조된 탄소종이 표면의 SEM 사진이다.
도 4는 실시예에 따른 탄소종이의 저항 변화를 측정한 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 탄소종이의 열처리 및 소성 온도에 따른 무게 변화를 측정한 그래프이다.
도 6은 실시예에 따른 탄소종이의 열처리 및 소성 온도에 따른 저항 변화를 측정한 그래프이다.
이에 본 발명자들은 제조비용을 절감하면서도 기체투과성 및 전기전도성이 우수한 탄소종이를 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이 및 이의 제조방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
구체적으로 본 발명에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이는
전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이로서,
상기 전도성 고분자는 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)), 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 고분자로 이루어지며,
상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 50-500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하여 이루어진다.
상기 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS, 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 고분자를 상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이에 포함하게 되면 낮은 온도에서도 열처리 및 소성이 가능함과 동시에 기체투과성 및 전기전도성이 우수한 탄소종이의 제공이 가능하게 된다.
또한 상기 전도성 고분자의 분자량은 1,000 - 100,000 Da에 해당할 수 있다.
이때의 열처리 및 소성 온도는 바람직하게는 50-500 ℃에 해당할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 300-500 ℃에 해당할 수 있다. 상기 열처리 및 소성 온도가 50 ℃ 미만인 경우 본 발명에 의해 달성하려는 충분한 기체투과성 및 전기전도성을 발현하기 어려워 바람직하지 않다. 또한 상기 열처리 및 소성 온도가 500 ℃를 초과하게 되면 제조 단가가 상승하여 비경제적이므로 바람직하지 않다.
상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 상기와 같이 본 발명에 따른 전도성 고분자를 포함하는 것이 낮은 열처리 및 소성 온도에도 불구하고 우수한 기체투과성 및 전기전도성을 달성할 수 있어 바람직한데, 이때 상기 전도성 고분자가 연료전지 가스확산층용 탄소종이에 포함되는 함량은 10-70 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40-70 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는 본 발명에서 달성하려는 충분한 기체투과성 및 전기전도성을 달성하기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 전도성 고분자의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우에는 본 발명에서 달성하려는 충분한 기체투과성 및 전기전도성을 달성하였음에도 불구하고 필요 이상의 전도성 고분자를 사용하는 것이 되어 비경제적이므로 바람직하지 않다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법은
1) 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS, 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리피롤(Polypyrrole) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 고분자를 물 또는 유기용매와 혼합하는 단계;
2) 상기 혼합액을 탄소섬유웹에 도포하는 단계; 및
3) 상기 도포된 탄소섬유웹을 50-500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하는 단계;
를 포함하며,
상기 제조방법에 의하여 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 고분자는 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아세틸렌, PEDOT:PSS, 폴리아닐린(Polyaniline(PANI)), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리피롤(Polypyrrole) 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 낮은 온도로 소성하여도 충분한 기체투과성과 전기전도성을 달성할 수 있어 바람직하다.
또한 상기 전도성 고분자의 분자량은 1,000 - 100,000 Da에 해당할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 상기 1)단계에 의해 용매인 물 또는 유기용매와 혼합하여 혼합 용액으로 수득될 수 있다. 이때 상기 전도성 고분자와 상기 용매인 물 또는 유기용매의 혼합 비율은 상기 용매 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자를 10-50 중량부로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 전도성 고분자가 10 중량부 미만으로 혼합되면 최종 제조되는 탄소종이에 충분한 기체투과성 및 전기전도도가 발현되기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 전도성 고분자가 50 중량부를 초과하여 혼합되면 필요 이상의 전도성 고분자가 사용되어 비경제적이므로 바람직하지 않다.
상기 유기용매는 하나 이상의 ?OH 작용기를 가지고 있는 것으로서 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 글리세롤(Glycerol), 메탄올 (Methanol), 에탄올 (Ethanol), 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol), 부탄올 (Butanol) 및 프로탄올 (Propanol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 2)단계에서의 탄소섬유웹(carbon paper web)은 연료전지 가스확산층으로 사용할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 탄소섬유를 수용액 등에 분산시키고 습식 종이성형장치를 통하여 탈수 및 초지 공정을 거친 다음 건조시켜 제조된 것이 바람직할 수 있다.
상기 2)단계에서 상기 혼합액을 탄소섬유웹에 도포하는 방법은 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 바람직하게는 붓 또는 롤러를 통하여 상기 혼합액을 도포하거나 상기 혼합액에 탄소섬유웹을 함침하여 도포하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 도포된 탄소섬유웹은 3)단계에서 열처리 및 소성하게 된다. 이때 열처리 및 소성의 온도는 50-500 ℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300-500 ℃인 것이 바람직하다.
상기 3)단계에 따른 열처리 및 소성의 시간은 1-12 시간인 것이 충분한 기체투과성 및 전기전도성을 부여하여 바람직한데, 상기 소성의 시간이 1 시간 미만인 경우에는 충분한 기체투과성 및 전기전도성을 부여하기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 소성의 시간이 12시간을 초과하는 경우에는 최종 제조되는 탄소종이의 상태가 변질될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 제조방법에 의하여 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하여 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40-70 중량%로 포함할 수 있다. 상기 전도성 고분자가 탄소종이에 10 중량% 미만으로 포함되면 충분한 기체투과성 및 전기전도도를 발현시킬 수 있어 바람직하며, 상기 전도성 고분자가 탄소종이에 70 중량%를 초과하여 포함되면 필요 이상의 양이 포함되어 바람직하지 않다.
이렇게 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 기존 1,000 ℃ 부근에서 열처리 및 소성하여 제조되던 탄소종이에 비해 낮은 온도에서 열처리 및 소성함에도 불구하고 기체투과성 및 전기전도도가 우수하다. 그리하여 기존 탄소종이 제조방법에 비해 제조비용을 현저하게 낮추는 효과가 있다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
전도성 고분자로는 폴리피롤(polypyrrole) 및 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))을 사용하였다. 에틸렌 글리콜에 분산된 polypyrrole 용액(40 중량%)을 제조하였다. 이러한 polypyrrole 용액의 점도는 7,500 ± 1,000 cps 이다. 또한 수용액에 분산된 PEDOT:PSS 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 PEDOT:PSS 용액의 점도는 44 mPa?S 이다. 이렇게 제조된 polypyrrole 용액과 PEDOT:PSS 용액은 50:50의 중량비로 혼합하였다. 그 후 붓으로 탄소섬유웹(출원번호: 10-2012-0080526 에 따라서 자체 제작)에 상기 혼합 용액을 고르게 도포시켰다. 이렇게 도포된 탄소섬유웹을 고온 탄화로(자체제작) 내에 투입하여 열처리 하였다. 이때 열처리 온도는 100℃, 200℃, 300℃, 400℃의 각 온도에서 2시간동안 하였다. 이러한 방법을 사용하여 최종 연료전지 가스확산층용 탄소종이를 수득하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 전도성 고분자로서 polypyrrole 만을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지 가스확산층용 탄소종이를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 전도성 고분자로서 PEDOT:PSS 만을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지 가스확산층용 탄소종이를 제조하였다.
비교예
비교예 1
상기 실시예 1에서 전도성 고분자 대신에 열경화성 수지를 사용하여 탄소섬유웹을 열경화성 수지용액에 함침하였으며, 소성 온도는 1,000 ℃로 하여 소성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 탄소종이를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 전도성 고분자 대신에 페놀 수지를 사용하여 탄소섬유웹을 페놀 수지용액에 함침하였으며, 소성 온도는 1,000 ℃로 하여 소성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 탄소종이를 제조하였다.
실험예
< 실험예 1: 함침 후 탄소종이의 SEM 측정>
상기 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 탄소종이의 표면을 SEM 사진으로 측정하는 실험을 진행하였다. 다만, 열처리 및 소성 온도는 100 ℃로 하였다. 이의 결과는 하기 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.
< 실험예 2: 전극의 압력에 따른 탄소종이의 저항 측정 평가>
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 의해 제조된 탄소종이의 전극 압력에 따른 저항 변화를 측정하는 실험을 진행하였다. 이는 기체투과층 특성평가 장비(CPRT 10 L, LivingCare)를 사용하여 4.799 cm2의 면적을 가지는 도넛 형태의 탄소종이를 양면을 금(gold)으로 코팅된 전극으로 압력을 가하면서 저항을 측정하는 방법으로 진행하였으며, 이의 결과는 하기 도 4에 나타내었다.
하기 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1의 경우가 비교예보다 저항 측정값이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 또한 실시예 2 및 실시예 3의 경우도 비교예 1과 비교하여 큰 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 실시예 1의 경우가 비교예 1에 비하여 전기전도성이 우수하며, 실시예 2 및 실시예 3의 경우에도 비교예 1과 전기전도성이 유사한 것임을 확인할 수 있었다.
< 실험예 3: 기체투과성 측정 실험>
상기 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예에 따른 탄소종이의 기체투과성을 측정하는 실험을 기체투과도 측정기(A20, Borgwaldt KC)를 사용하여 10 mm x 10 mm 크기의 탄소종이 면을 통과해서 흐르는 기체의 유량을 측정하는 방법으로 진행하였다. 이의 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
기체투과도 평균값 (ml/min/cm2)
Polypyrrole과 PEDOT:PSS (실시예 1, 1:1) 610
Polypyrrole과 PEDOT:PSS (실시예 1, 2:1) 1197
Polypyrrole과 PEDOT:PSS (실시예 1, 1:2) 341
Polypyrrole (실시예 2) 8616
PEDOT:PSS(실시예 3) 6396
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3의 경우는 341-8616 ml/min/cm2 의 결과를 보여 기체투과성도 우수한 것임을 확인할 있었다.
< 실험예 4: 온도에 따른 열처리 및 소성 결과 측정>
실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 2의 경우를 가지고 적절한 열처리 및 소성 온도를 측정하는 실험을 진행하였다. 이의 결과는 하기 도 6에 나타내었다.
하기 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1의 경우에는 대략 500 ℃ 부근에서 열처리 및 소성이 완료되어 탄소종이의 무게에 큰 변화가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
한편 도 6은 실시예 1(도 6a), 실시예 2(도 6b), 실시예 3(도 6c), 비교예 2(도 6d)에서 열처리 및 소성 온도에 따라 변화하는 탄소종이의 저항을 측정하여 나타낸 그래프이다. 이때 실시예 1의 저항은 400 ℃ 부근에서 최저점으로 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 페놀수지를 이용하여 탄소종이를 제작한 것으로서 비교예 2의 결과인 도 7d 는 800 ℃ 이상의 고온에서 저항이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 실험 결과를 통하여 본 발명에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 낮은 열처리 및 소성 온도에서도 기체투과성 및 전기전도도가 우수한 것임을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (11)

  1. 전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이로서,
    상기 전도성 고분자는 폴리피롤(Polypyrrole) 또는 그 유도체 및 PEDOT:PSS 또는 그 유도체의 혼합물로 이루어지며,
    상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 50- 500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 상기 전도성 고분자를 40-70 중량%로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 50-500 ℃에서 열처리 및 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이.
  4. 1) 폴리피롤(Polypyrrole) 또는 그 유도체 및 PEDOT:PSS 또는 그 유도체의 혼합물로 이루어지는 전도성 고분자를 물 또는 유기용매와 혼합하는 단계;
    2) 상기 혼합액을 탄소섬유웹에 도포하는 단계; 및
    3) 상기 도포된 탄소섬유웹을 50-500 ℃의 온도에서 열처리 및 소성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제조방법에 의하여 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 전도성 고분자를 10-70 중량%로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 물 또는 유기용매 100 중량부에 대하여 10-50 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 유기용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 글리세롤(Glycerol), 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol), 부탄올(Butanol) 및 프로탄올(Propanol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제조방법에 의하여 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이는 전도성 고분자를 40-70 중량%로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 3)단계에서 상기 탄소섬유웹은 50-500 ℃에서 열처리 및 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 3)단계에서 상기 열처리 및 소성의 시간은 1-12 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 가스확산층용 탄소종이의 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 가스확산층용 탄소종이를 포함하는 연료전지.
  11. 제 4항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 연료전지 가스확산층용 탄소종이를 포함하는 연료전지.
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