KR101741010B1 - 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법 - Google Patents

레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 (a) 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 압축성형하여 제조된 도전성 필러 복합체를 포함하는 바이폴라 플레이트를 제조하는 단계;를 포함한다.

Description

레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법{FABRICATING METHOD OF BIPOLAR PLATE FOR REDOX FLOW BATTERIES}
본 발명은 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기전도성을 향상시키기 위해 도전성 필러인 흑연의 함량을 증대시킬 수 있고, 압축성형에 의해 흑연과 복합화된 수지가 표면으로 유동하여 저항이 크게 증가하는 문제점을 해결할 수 있으며, 대면적 바이폴라 플레이트 압축성형 시 별도의 취출기구 및 시스템이 없어도 제품의 손상 없이 성형 가능한 저가의 고효율 압축성형이 가능한 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것이다.
레독스 플로우 이차전지는 이온교환막(격막)의 양측에 다공성 전극(양극 및 음극)과 바이폴라 플레이트(Bipolar plate), 그리고 프레임으로 구성되어 있으며, 바이폴라 플레이트는 스택의 각 셀을 분리하는 판으로서 전지의 내부저항을 최소화하기 위해 도전성이 요구되고, 인접하는 셀로 전해액이 새지 않고 확실히 차단되는 특성이 요구된다. 또한, 바이폴라 플레이트는 전해액에 의한 압력과 온도변화에 의한 열 수축 등도 발생할 수 있기 때문에 높은 기계적 강도(인장강도) 및 다소의 변형에 의한 파손이 발생하지 않은 연신 특성도 요구된다.
종래의 바이폴라 플레이트는 도전성 필러(카본 소재) 또는 구조체(카본 괴)와 바인더 수지(열가소성 또는 열경화성), 그리고 기능성 첨가제로 구성된다. 종래에는 레독스 플로우전지의 분리판 또는 바이폴라 플레이트(이하, '바이폴라 플레이트'로 통칭함)를 제조함에 있어, 흑연 괴를 절단 및 황삭가공에 의해 요구되는 치수로 절단 후 평면 연마를 실시하고, 최소 3회 이상 다수의 수지 함침 공정을 실시한 후 최종적으로 요구되는 제품규격으로 정밀 절삭가공 및 표면연마 가공 공정을 가진다. 그러나, 이러한 종래의 공정은 제품 제조 비용이 매우 고가이며, 또한 품질 및 치수의 균일성이 치공구 마모에 따라 변화하는 특성이 있다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해 흑연 분말과 열가소성 또는 열경화성 바인더 수지의 분말을 건식 혼합하여 흑연 복합체를 제조하고 흑연 복합체를 프레스 금형으로 압축성형하거나 사출성형하여 복합 바이폴라 플레이트를 제조하고 있다.
종래의 기술은 위의 구성을 가지고 있으며, 일반적으로는 고가의 절삭 가공에 의한 방법에 의해 제조된 제품을 사용하고 있으며, 제품 코스트 문제를 해결하기 위해 압축 및 사출 공정에 의한 방식으로 흑연과 수지의 복합체 바이폴라 플레이트 제조연구를 시도하고 있다.
최근에 공지된 압축성형 또는 사출성형에 의한 복합 바이폴라 플레이트는 기존의 절삭가공 및 수지 함침에 의한 공정에 비해 코스트가 상당히 낮아졌지만 제품 성형성의 불균일로 인해 표면 연마와 같은 후처리 공정을 추가적으로 수행하고 있다. 따라서, 종래의 기술은 지속적인 원가절감에 한계가 있으며, 특히 유동성 및 분산성이 요구되는 압축 및 사출성형에 적합한 소재 선정 및 분산 기술이 요구된다.
그리고, 상술한 종래의 기술은 연료전지용으로 바이폴라 플레이트의 크기가 100㎠로 비교적 작은 소형 기술에 기반하며, 레독스 플로우 전지와 같이 약 700㎠ 이상의 바이폴라 플레이트에 대해서는 아직 확인되지 않고 있다.
또한, 대면적 구조의 바이폴라 플레이트는 성형성의 불량률이 상대적으로 매우 높고, 금형의 성형 온도와 압력을 균일하게 유지하는데 추가적인 금형 설계와 제작비용이 예상되며, 압축성형 시 제품 표면으로 바인더 고분자가 유동하는 특성으로 인해 표면을 재가공 해야 하는 문제점과 제품의 부위별 성형성 불량이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 기술은 카본과 바인더의 복합수지 복합체를 제조하는 공정이 매우 길고, 복잡하며, 고온과 압력을 가해서 제조하기 때문에 카본과 고분자의 고유 물성이 변화될 가능성이 있고, 균일한 입자의 크기로 제어하는데 높은 비용의 공정기술이 필요한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 흑연의 함량을 증대시켜 전기전도도 및 기계적 강도를 향상시키고, 압축성형 시 별도의 취출기구 없이도 제품의 손상없이 저가로 성형할 수 있는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
(a) 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 압축성형하여 바이폴라 플레이트를 제조하는 단계;를 포함하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법이 제공된다.
단계 (b)의 압축성형이 상기 혼합물을 몰드에 충전시켜 가열 및 가압함으로써 수행될 수 있다.
상기 에폭시는 EEW(Epoxy Equivalent Weight)가 184 내지 190g/eq이고, 점도가 11,500 내지 13,500cps이고, 비중이 0.8 내지 1.5일 수 있다.
상기 도전성 필러가 흑연, 금속 및 세라믹 소재 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 흑연이 침상형 흑연 또는 구형 흑연일 수 있다.
상기 흑연이 침상형 흑연일 수 있다.
상기 도전성 필러는 입자저항률이 100 내지 150m·㎝이고, 평균입경이 5 내지 30㎛이고, 비표면적이 0.3 내지 3.0㎡/g이고, 밀도가 1.5 내지 3.0g/㎤일 수 있다.
상기 혼합물이, 에폭시 100 중량부; 경화제 25 내지 67 중량부; 및 도전성 필러 125 내지 1,510 중량부;를 포함할 수 있다.
단계 (b)의 압축성형이 상기 혼합물을 두 개의 수지 필름 사이에 포함시켜 몰드에 충전시킨 후, 가열 및 가압함으로써 수행될 수 있다.
상기 수지 필름은 폴리에스터(PET) 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에스터(PET)를 사용할 수 있다.
단계 (b) 이전에 상기 혼합물을 체에 통과시켜 입자를 균일하게 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
단계 (b)의 압축성형이 상이한 온도에서 두 단계로 수행될 수 있다.
단계 (b)가, (b-1) 상기 혼합물을 80 내지 200㎏f/㎠의 압력, 50 내지 70℃의 온도에서 압축성형 하는 단계; 및 (b-2) 단계 (b-1)의 결과물을 80 내지 200㎏f/㎠의 압력, 100 내지 160℃의 온도에서 압축성형 하는 단계;를 포함할 수 있다.
단계 (b-1) 및 단계 (b-2)의 압축성형이 30분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
상기 몰드를 이용하여 제조된 바이폴라 플레이트가 대면적일 수 있다.
상기 바이폴라 플레이트는 면적이 600 ㎠ 이상일 수 있다.
상기 바이폴라 플레이트는 면적이 600 내지 3,500 ㎠ 일 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면, 상기 제조방법을 포함하는 레독스 플로우 전지의 제조방법이 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 종래 기술에서 흑연 또는 카본 덩어리(잉곳)를 일정한 두께로 절단 가공한 플레이트에 열경화성 수지 바인더를 함침시키는 공정에 비해 생산 원가를 약 1/10 수준으로 획기적으로 낮출 수 있고, 에폭시를 사용하여 2단계의 압축성형공정을 통해 바이폴라 플레이트를 제작하기 때문에 약 700㎠ 이상의 대면적 바이폴라 플레이트의 제작이 용이하며, 흑연과 수지의 복합화에 필요한 별도의 특수 열교반기의 사용이 불필요하므로 바이폴라 플레이트의 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 CNT 등 도전성 향상을 위한 고가의 첨가제 없이도 흑연 필러의 양을 바이폴라 플레이트 전체의 90wt% 수준까지 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 바이폴라 플레이트의 전기전도도 및 기계적 강도를 쉽게 높일 수 있다.
그리고, 본 발명은 몰드에 수지 필름을 깐 후 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 포함하는 혼합물을 충전시켜 바이폴라 플레이트를 제조하기 때문에 별도의 취출장치 없이도 제품의 손상 없이 바이폴라 플레이트를 저가로 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명에 실시예에 사용된 도전성 필러의 형상을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트용 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 포함하는 혼합물의 분말 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 압축성형용 몰드의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트 시작품을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트 시작품의 표면 및 단면 상태에 대한 SEM 분석 결과도이다.
도 6은 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 EPMA 분석 결과도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트의 전기저항 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트의 굴곡강도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트의 가스투과도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법은 원료로서 도전성 필러, 수지(에폭시 및 경화제) 및 첨가제 등을 준비한다.
이때, 에폭시는 EEW(Epoxy Equivalent Weight)가 184 내지 190g/eq이고, 점도가 11,500 내지 13,500cps이고, 비중이 1.0 내지 1.5일 수 있다.
상기 도전성 필러는 흑연, 금속, 세라믹 소재 등이 가능하다.
상기 도전성 필러는 입자저항율이 100 내지 150m·㎝이고, 평균입경이 5 내지 30㎛이고, 비표면적이 0.3 내지 3.0㎡/g이고, 밀도가 1.5 내지 3.0g/㎤일 수 있고, 바람직하게는 [표 1]과 같은 물성을 갖는다. 참고로, 하기 흑연 1(구형 흑연) 및 흑연 2(침상형 흑연)의 형상을 도 1에 나타내었다.
항목 흑연 1 흑연 2
입자저항율(m·㎝) 118 126
평균입경(㎛) 10 ~ 15 20
비표면적(㎡/g) 0.59 1.8
밀도(g/㎤) 1.9 1.0
먼저, 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 a).
상기 혼합물은 에폭시 100 중량부, 경화제 25 내지 67 중량부 및 도전성 필러 125 내지 1,510 중량부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 경화제는 바람직하게는 30 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 35 내지 55 중량부로 포함될 수 있다.
상기 도전성 필러는 바람직하게는 500 내지 1400 중량부, 더욱 바람직하게는 800 내지 1200 중량부로 포함될 수 있다.
상기 에폭시와 경화제는 혼합되어도 상온에서 액상으로 존재하기 때문에 도전성 필러인 흑연과 쉽게 혼합될 수 있다.
상기 혼합물의 흑연이 균일하게 분포되도록 상온에서 혼합 및 교반할 수 있다.
이와 같이 에폭시, 경화제 및 도전성 필러의 혼합 비율 구간 내에서 상온의 조건에서 혼합 및 교반을 실시하여도 균일한 분산이 가능하며, 압축성형 공정에 의한 유동성을 충족시킬 수 있는 범위이다.
한편, 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 포함하는 상기 혼합물은 도 2에 도시된 분말 상태와 같이 상기 혼합물 분말의 입자를 균일하게 하기 위해 일정 크기의 직경(예를 들면, 1㎜)을 갖는 체에 친다.
다음으로, 상기 혼합물을 압축성형하여 바이폴라 플레이트를 제조한다(단계 b).
상기 압축성형은 상기 혼합물을 몰드에 충전시켜 가열 및 가압함으로써 수행될 수 있다.
이때, 몰드에는 별도의 취출장치가 없기 때문에 별도의 취출기구가 없더라도 제품에 손상 없이 성형할 수 있도록 충전 전에 몰드의 하부에 수지 필름을 깐 후 상기 혼합물을 충전할 수 있다. 상기 수지 필름은 폴리에스터(PET) 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리에스터(PET)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 압축성형 전에 상기 혼합물 상에 수지 필름을 위치시킨 후 압축성형을 수행할 수 있다.
상기 압축성형은 상이한 온도에서 두 단계(단계 b-1 및 단계 b-2)로 수행될 수 있다.
먼저, 첫 번째 압축성형은 80 내지 200㎏f/㎠의 압력 및 50 내지 70℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다(단계 b-1).
바람직하게는 100 내지 180㎏f/㎠의 압력 및 52 내지 68℃의 온도에서 40분 내지 1시간 30분 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 110 내지 160㎏f/㎠의 압력 및 55 내지 65℃의 온도에서 45분 내지 1시간 15분 동안 수행될 수 있다.
다음으로, 두 번째 압축성형은 80 내지 200㎏f/㎠의 압력 및 100 내지 160℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다(단계 b-2).
바람직하게는 100 내지 180㎏f/㎠의 압력 및 110 내지 150℃의 온도에서 40분 내지 1시간 30분 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 110 내지 160㎏f/㎠의 압력 및 120 내지 140℃의 온도에서 45분 내지 1시간 15분 동안 수행될 수 있다.
여기에서 상기 혼합물에 대해 일정한 압력하에서 50 ~ 70℃를 유지하는 것(단계 b-1)은 에폭시의 물성(용해도)에 기인하여 유동성(흐름성)이 가장 좋은 상태가 되어 몰드 내에서 수지간의 성형성을 증가시키는 조건이기 때문이며, 70℃이상에서는 유동성이 중지되어 경화 반응이 시작되고, 동일한 압력으로 100 ~ 160℃의 온도로 증가시키면 에폭시는 완전히 경화되어 성형공정이 완결된다.
한편, 몰드는 일정한 온도와 압력에서 성형할 경우에도 제품의 성형 품질이 우수하며, 별도의 취출장치가 없어도 몰드에서 제품의 취출이 용이하도록 설계되었다. 다시 말해, 몰드는 도 3에 도시된 바와 같이 상판과 하판 및 상기 상판과 하판을 지지할 수 있는 중간부로 구성되고, 상판과 하판 사이에는 상기 혼합물이 충전되는 공간이 형성되며, 중간부의 양면에는 홈(예를 들면, 4각 홈)이 형성된다. 이때, 홈은 압축성형 공정 시 압축에 의해 상판과 하판 사이의 공간에서 넘어오는 잔류물이 이동할 수 있는 공간이고, 이 홈에 의해 압축성형 공정 시 상판과 하판이 접착되지 않고 성형물이 쉽게 취출될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 몰드가 준비되면, 하판과 중간판을 먼저 조립한 후 중간부와 중간부 사이에 배치되는 하판 위에 수지 필름을 깔고, 그 위에 혼합물을 충전하여 골고루 펼친다. 이후, 상기 혼합물 위에 수지 필름을 올리고, 상판과 중간판을 조립한 후 핫 프레스에서 압축성형할 수 있다.
이와 같은 조건에 의해 제작된 시작품은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 단면과 표면에 흑연이 균일하게 분산되었음을 알 수 있고, 압축성형 후 취출 과정에서 파손 및 크랙 등의 품질의 문제없이 도전성이 우수한 바이폴라 플레이트를 제작할 수 있게 된다.
상기 몰드를 이용하여 제조된 바이폴라 플레이트는 대면적일 수 있으며, 면적이 600 ㎠ 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 바이폴라 플레이트는 면적이 600 내지 3,500 ㎠ 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 600 내지 2,500 ㎠ 일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함하는 레독스 플로우 전지의 제조방법을 제공한다.
실시예 1
출발 물질로 에폭시, 경화제 및 구형 흑연(표 1의 흑연 1)을 준비하고, 상기 에폭시와 경화제를 7:3의 비율로 혼합한 후 균일하게 교반하여 열경화성 에폭시를 제조하였다. 이후 상온에서 일반 교반기를 이용하여 구형 흑연 필러와 상기 열경화성 에폭시를 9:1의 비율로 혼합 및 교반하여 혼합물을 제조한 후 상기 혼합물을 직경 1㎜의 체에 쳤다.
이후, 금형 몰드 하부에 폴리에스터(PET) 필름을 1장 깔고 상기 혼합물을 금형 몰드의 직사각형 홀(32cm × 23cm)에 충전한 후 폴리에스터(PET) 필름으로 상기 혼합물을 덮고, 136㎏/㎠의 압력과 60℃의 성형온도에서 1시간 동안 제1 압축성형하고, 몰드 내의 가스를 유출시키기 위해 1분 동안 압력을 풀어주는 공정을 약 5회 실시하였다. 또한, 136㎏/㎠의 압력을 유지한 상태에서 몰드의 온도를 130℃로 올린 후 1시간 동안 제2 압축성형을 유지하여 바이폴라 플레이트를 제조하였다.
실시예 2
도전성 필러인 흑연을 침상형(표 1의 흑연 2)으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 소재와 공정으로 바이폴라 플레이트를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: 바이폴라 플레이트의 전기저항 특성 측정
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조된 바이폴라 플레이트의 전기저항 특성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 실시예 1의 구형 흑연을 적용하여 제조된 바이폴라 플레이트의 전기저항 특성을 살펴보면, 약 30 내지 45m·㎝(평균 37m·㎝)의 수준임을 알 수 있었다. 또한, 실시예 2의 침상형 흑연을 적용하여 제조된 바이폴라 플레이트의 전기저항은 약 27 내지 33m·㎝(평균 31m·㎝) 수준으로 실시예 1보다 우수한 특성을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 2에 의해 제조된 바이폴라 플레이트는 실시예 1 보다 측정된 비저항 산포에서 보다 균일한 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
시험예 2: 바이폴라 플레이트의 굴곡강도 및 가스투과도 측정
도 8은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조된 바이폴라 플레이트의 굴곡강도를 측정하여 나타낸 결과이고, 도 9는 가스투과도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 실시예 1의 구형 흑연을 포함하는 바이폴라 플레이트는 굴곡 강도가 대략 23 내지 33Mpa(평균 26MPa) 정도로 나타났고, 실시예 2의 침상형 흑연을 포함하는 바이폴라 플레이트는 굴곡 강도가 평균 33Mpa 수준으로 더 우수한 특성을 나타내는 것으로 나타났다.
또한, 도 9를 참조하면, 실시예 1의 구형 흑연을 포함하는 바이폴라 플레이트는 측정 압력에 관계없이 가스투과도가 0을 유지함을 알 수 있다. 실시예 2의 침상형 흑연을 포함하는 바이폴라 플레이트 또한 측정 압력에 관계없이 가스투과도가 0을 유지함을 알 수 있다. 참고로 도 9에서 실시예 1의 그래프는 실시예 2의 그래프에 가려져 있다.
시험예 1 및 시험예 2를 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 바이폴라 플레이트의 전기저항과 압축강도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 결과 전기저항은 평균 약 31m·㎝로 더욱 낮고, 굴곡강도도 33Mpa 수준으로 더 우수한 특성을 나타낸다. 여기에서 침상형 흑연 소재가 자체의 전기저항은 높지만 성형된 제품의 전기저항이 구형보다 더 우수한 결과를 얻는 것은 침상형 구조가 구형 구조에 비해 비표면적이 약 3배 정도 많고, 침상형 구조가 구형 구조에 비해 전자 이동 경로를 확보하는 데 더 유리하기 때문이며, 이러한 이유로 압축강도 또한 구형보다 침상형에서 다소 증가하게 된다. 한편, 상기와 같은 2종류의 흑연 물질에 의해 얻어진 본 발명의 결과는 상용화 수준으로 매우 근접한 특성임을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법은 종래 기술에서 흑연 또는 카본 덩어리(잉곳)를 일정한 두께로 절단 가공한 플레이트에 열경화성 수지 바인더를 함침시키는 공정에 비해 생산 원가를 약 1/10 수준으로 획기적으로 낮출 수 있고, 에폭시를 사용하여 2단계의 압축성형공정을 통해 바이폴라 플레이트를 제작하기 때문에 약 700㎠ 이상의 대면적 바이폴라 플레이트의 제작이 용이하며, 흑연과 에폭시의 복합화에 필요한 별도의 특수 열교반기의 사용이 불필요하므로 바이폴라 플레이트의 제조비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법은 CNT 등 도전성 향상을 위한 고가의 첨가제 없이도 도전성 필러의 양을 바이폴라 플레이트 전체의 90wt% 수준까지 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 바이폴라 플레이트의 전기전도도 및 기계적 강도를 용이하게 높일 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법은 몰드 하부에 수지 필름을 깐 후 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 포함하는 혼합물을 충전시키고, 상기 혼합물 위에 다시 수지 필름을 올려 바이폴라 플레이트를 제조하기 때문에 별도의 취출장치 없이도 제품의 손상 없이 바이폴라 플레이트를 저가로 제작할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. (a) 에폭시, 경화제 및 도전성 필러를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 혼합물을 압축성형하여 제조된 도전성 필러 복합체를 포함하는 바이폴라 플레이트를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 에폭시는 EEW(Epoxy Equivalent Weight)가 184 내지 190g/eq이고, 점도가 11,500 내지 13,500cps이고, 비중이 1.0 내지 1.5이고,
    상기 도전성 필러가 침상형 흑연인 것인 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 (b)의 압축성형이 상기 혼합물을 몰드에 충전시켜 가열 및 가압함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 입자저항률이 100 내지 150m·㎝이고, 평균입경이 5 내지 30㎛이고, 비표면적이 0.3 내지 3.0㎡/g이고, 밀도가 1.5 내지 3.0g/㎤인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이,
    에폭시 100 중량부;
    경화제 25 내지 67 중량부; 및
    도전성 필러 125 내지 1,510 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    단계 (b)의 압축성형이 상기 혼합물을 두 개의 수지 필름 사이에 포함시켜 몰드에 충전시킨 후, 가열 및 가압함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    단계 (b) 이전에 상기 혼합물을 체에 통과시켜 입자를 균일하게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    단계 (b)의 압축성형이 상이한 온도에서 두 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    단계 (b)가,
    (b-1) 상기 혼합물을 80 내지 200㎏f/㎠의 압력, 50 내지 70℃의 온도에서 압축성형 하는 단계; 및
    (b-2) 단계 (b-1)의 결과물을 80 내지 200㎏f/㎠의 압력, 100 내지 160℃의 온도에서 압축성형 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    단계 (b-1) 및 단계 (b-2)의 압축성형이 30분 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트는 면적이 600 내지 3,500 ㎠ 인 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.
  17. 제1항의 제조방법을 포함하는 레독스 플로우 전지의 제조방법.
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