KR101815134B1 - 연료전지 분리판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

고온 내산성의 특성을 가지는 연료전지 분리판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 본 발명의 연료전지 분리판은 팽창흑연(expanded graphite)과 열가소성 수지 혼합물의 성형체를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 전도성 물질의 사용량을 줄이면서도 분리판의 전도도를 저하시키지 않는 효과를 갖는다. 또한 본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 제조공정이 단순하고 제조시간이 단축되는 효과를 갖는다.

Description

연료전지 분리판 및 그 제조방법{FUEL CELL SEPARATOR PLATE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 연료전지 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 내산성 특성을 가지는 연료전지 분리판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

연료전지는 연료(수소, 인산, 메탄올 등)의 산화 반응을 전기 화학적으로 일으키게 함으로써, 그 산화 반응에 수반되는 자유 에너지 변화를 직접 전기 에너지로 꺼낼 수 있도록 조립한 전지이다. 연료전지는 연료 및 반응 촉매의 종류에 따라 고체산화물연료전지(SOFC, solid oxide fuel cells), 인산형연료전(PAFC, phosphoric acid fuel cell). 고분자전해질연료전지(PEMFC, proton exchange membrane fuel cell), 직접메탄올형연료전지(DMFC, direct methanol fuel cell) 등으로 분류된다.

연료전지의 스택 부품 중 전해질, 연료극 및 공기극을 서로 분리하는 분리판은 전기전도도, 기체투과도, 강도, 부식특성, 및 용출특성 등의 특성이 요구되며, 분리판의 재질로는 금속 또는 흑연 등이 사용되고 있다. 금속 분리판은 부식 특성에서 단점이 있으며, 흑연 분리판은 제조 단가가 높고, 부피가 큰 단점이 있다. 이와 같은 문제점에 따라 흑연 분말에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합한 다음 압축성형 및 사출 성형법으로 분리판을 유로 몰딩하는 방법 등이 사용되고 있다.

특히, 고온용 연료전지 분리판의 제조 시 열경화성 수지로 페놀수지와 에폭시 수지 등이 사용되며, 열가소성 수지로는 150 ℃이상의 온도에서 안정적인 슈퍼엔지니어링 플라스틱이 사용된다.

고온 내산성 연료전지 분리판을 제조하는 방법에 관한 선행문헌인 미국특허공개 제2010-0307681호에는 유로가 형성된 2개의 판 사이에 평판이 삽입되는 구조를 갖는 3층 구조의 분리판이 개시되어 있으나, 그 제조를 위해서는 3회 이상의 성형공정을 필요로 하여 제조에 장시간이 소요되며, 3조 이상의 금형을 필요로 하므로 그 제조공정이 매우 복잡한 문제가 있다.

미국특허공개 제2010-0307681호

본 발명은 흑연과 같은 전도성 물질의 사용량을 줄이면서도 분리판의 전도도를 저하시키지 않고 제조공정이 단순하고 효율적인 연료전지 분리판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 연료전지 분리판은 팽창흑연(expanded graphite)과 열가소성 수지 혼합물의 성형체를 포함한다. 이때, 열가소성 수지는 플루오르카본 폴리머(Fluorocarbon polymer)이며, 플루오르카본 폴리머는 FEP(fluorinated ethylene propylene), PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy) 또는 이들의 조합 일 수 있다.

성형체는 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 성형체는 60 내지 70 wt%의 팽창흑연 및 30 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 성형체는 팽창흑연과 열가소성 수지를 포함하는 저흑연함유층과, 저흑연함유층보다 낮은 열가소성 수지의 함량을 가지며, 저흑연함유층의 양면에 배치되는 고흑연함유층을 포함할 수 있다.

이때, 저흑연함유층은 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함하고, 고흑연함유층은 91 내지 95 wt%의 팽창흑연 및 5 내지 9 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다.

또한, 저흑연함유층은 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함하고, 고흑연함유층은 85 내지 92 wt%의 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake) 및 8 내지 15 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 고흑연함유층은 0.1 ~ 10 cc/min 이상의 다공성을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 연료전지 분리판의 제조방법은 팽창흑연과 열가소성 수지를 혼합하는 단계 및 팽창흑연과 열가소성 수지의 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다. 이때, 성형하는 단계는 혼합물을 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축성형하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 혼합하는 단계는 팽창흑연과 플루오르카본 폴리머를 압출 혼합하는 단계를 포함하고, 성형하는 단계는 혼합물을 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 사출 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 성형하는 단계는 혼합물을 압출하여 시트를 제조하는 단계 및 시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 혼합하는 단계는 팽창흑연을 60 내지 90 wt%, 플루오르카본 폴리머를 10 내지 40 wt%의 조성으로 혼합한 제1 탄소복합체를 제조하는 단계 및 팽창흑연을 91 내지 95 wt%, 플루오르카본 폴리머를 5 내지 9 wt%의 조성으로 혼합한 제2 탄소복합체를 제조하는 단계를 포함하고, 성형하는 단계는 제1 탄소복합체와 제2 탄소복합체를 압연하여, 제1 탄소복합체로 이루어지는 저흑연함유층이 제2 탄소복합체로 이루어지는 2개의 고흑연함유층 사이에 위치하는 다층시트를 제조하는 단계, 및 다층시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서 혼합하는 단계는 팽창흑연을 60 내지 90 wt%, 플루오르카본 폴리머를 10 내지 40 wt%의 조성으로 혼합한 제1 탄소복합체를 제조하는 단계 및 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake)를 85 내지 92 wt%, 플루오르카본 폴리머를 8 내지 15 wt%의 조성으로 혼합한 제2 탄소복합체를 제조하는 단계를 포함하고, 성형하는 단계는 제1 탄소복합체와 제2 탄소복합체를 압연하여, 제1 탄소복합체로 이루어지는 저흑연함유층이 제2 탄소복합체로 이루어지는 2개의 고흑연함유층 사이에 위치하는 다층시트를 제조하는 단계, 및 다층시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판의 제조방법은 성형하는 단계 후, 성형된 분리판의 표면에 분포한 열가소성 수지를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 열가소성 수지를 제거하는 단계는, 열가소성 수지를 블라스팅(blasting) 공정을 통해 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 전도성 물질의 사용량을 줄이면서도 분리판의 전도도를 저하시키지 않는 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 제조공정이 단순하고 제조시간이 단축되는 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 높은 전기전도도와 기밀성을 가지는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 분리판 및 그 제조방법은 사출성형성이 우수하고, 압축성형 중 분리판의 두께편차가 작은 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 분리판을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 분리판은 팽창흑연과 열가소성 수지 혼합물의 성형체를 포함한다. 열가소성 수지로는 고온안정성을 가지는 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설포네이트(polyethersulfone), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에테르에텔케톤(polyetherether ketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 플루오르카몬 폴리머(Fluorocarbon polymer), 액정폴리머(liquid crystal polymer) 등이 사용될 수 있다.

그러나 이중 폴리플루오린화비닐리덴(polyvinyldene fluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오르알콕시(perfluoroalkoxy, PFA), 플루오르화에틸렌-프로필렌(fluorinated ethylene propylene, FEP) 등의 플루오르카본 폴리머를 사용하는 것이 바람직하며, 200 ℃의 온도와 90 % 이상의 인산 농도 분위기 내에서 운전되는 PAFC에 적용하기 위해서는 뛰어난 내산성을 가지는 FEP, PTFE, PFA 또는 이들의 조합을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 실시예에서 연료전지 분리판의 성형체는 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다. 팽창흑연은 일반적인 천연흑연에 비해 전도도가 높은 특성이 있어 팽창흑연을 사용함에 따라 흑연의 양을 상대적으로 적게 첨가하여도 분리판의 전도도를 저하시키지 않을 수 있으며, 연료전지 분리판의 가스누출이 발생하지 않는 고온 내산성 연료전지 분리판을 제조할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 고온 내산성 연료전지 분리판은 DMFC, PEMFC, PAFC 등의 연료전지에 사용이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 분리판의 성형체는 사출 성형이 용이해 지도록 플루오르카본 폴리머의 함량을 30 내지 40 wt%로 증가시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서 성형체는 팽창흑연과 열가소성 수지 혼합물을 압축, 사출 또는 압출하여 제조된 것일 수 있으며, 그 제조방법에 대하여는 후술하는 연료전지 분리판의 제조방법의 실시예에서 상세히 설명한다.

이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 분리판에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명하는 것 외에 다른 구성은 전술한 제1 실시예에 따른 연료전지 분리판에서 설명한 것과 동일하므로 이하에서는 이에 대한 설명을 생략한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 분리판 성형체(100)는 팽창흑연과 열가소성 수지를 포함하는 저흑연함유층(110)과, 저흑연함유층(110)보다 높은 흑연의 함량 및 낮은 열가소성 수지의 함량을 가지며, 저흑연함유층(110)의 양면에 배치되는 고흑연함유층(120)을 포함한다. 이때, 고흑연함유층(120)은 0.1 ~ 10 cc/min 이상의 다공성을 가지도록 형성될 수 있다.

이때, 저흑연함유층(110)은 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있으며, 고흑연함유층(120)은 91 내지 95 wt%의 팽창흑연 및 5 내지 9 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다.

또한 다른 예로, 고흑연함유층(120)은 85 내지 92 wt%의 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake) 및 8 내지 15 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수도 있다. 이때, 바람직하게 상기한 플루오르카본 폴리머는 FEP, PTFE, PFA 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 실시예에 따른 성형체는 팽창흑연 또는 천연흑연 프레이크와 열가소성 수지 혼합물을 압연 및 압축하여 제조된 것일 수 있으며, 그 제조방법에 대하여는 후술하는 연료전지 분리판의 제조방법의 실시예에서 상세하게 설명한다.

본 실시예에서 연료전지 분리판(100)의 표면에 고흑연함유층(120)을 적용함으로써 전기전도도를 높이고, 중간부에는 열가소성 수지의 상대적 함량이 높은 저흑연함유층(110)을 적용함으로써 가스 밀폐율을 높일 수 있다. 또한, 고흑연함유층(120)이 적용된 연료전지 분리판(100)의 표면을 다공성으로 제조함으로써 연료전지 내부에서 반응 면적이 넓어져 전지의 효율이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연로전지 분리판의 제조방법에 관하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 분리판의 제조방법은 크게 팽창흑연과 열가소성 수지를 혼합하는 단계와, 팽창흑연과 열가소성 수지의 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같이, 열가소성 수지로는 플루오르카본 폴리머(Fluorocarbon polymer)를 사용한는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 플루오르카본 폴리머 중 FEP, PFA, PTFE 또는 이들의 조합을 사용한다.

이때, 팽창흑연과 열가소성 수지의 혼합물은 60 내지 90 wt%의 팽창흑연 및 10 내지 40 wt%의 플루오르카본 폴리머를 포함할 수 있다.

혼합물을 성형하는 단계는 일례로, 상기와 같은 조성의 혼합물을 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하여 이루어 질 수 있다.

다른 예로, 성형하는 단계는 팽창흑연과 플루오르카본 폴리머를 압출 혼합하고, 압출 혼합물을 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 사출 성형하여 성형체를 제조할 수도 있으며, 이때, 플루오르카본 폴리머의 함량을 30 내지 40 wt%로 높게 하여 사출 성형을 용이하게 할 수 있다.

또 다른 예로, 성형하는 단계는 팽창흑연과 열가소성 수지의 혼합물을 압출하여 시트를 제조하고, 제조된 시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하여 이루어질 수도 있다. 이때, 다른 예로, 혼합물을 압출하여 제조된 시트를 280 ~ 360 ℃의 온도에서 예열한 상태에서 압축성형기에 투입하여 성형시간을 1~3분 사이로 매우 빠르게 분리판을 제조할 수도 있다.

상기와 같은 성형단계 후, 성형된 분리판의 표면에는 성형 중에 성형 압력에 의해 플루오르카본 폴리머와 같은 열가소성 수지층이 과다하게 분포할 수 있는데 이는 분리판의 전기 전도도를 저하시키는 원인이 된다. 따라서 전기 전도도의 향상을 위해 열가소성 수지층을 제거하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 일례로, 표면의 열가소성 수지는 블라스팅(blasting)공정을 통해 제거될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 분리판의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명하는 것 외에 다른 구성은 전술한 제1 실시예에 따른 연료전지 분리판의 제조방법에서 설명한 것과 동일하므로 이하에서는 이에 대한 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 제조방법에서는 팽창흑연을 60 내지 90 wt%, 플루오르카본 폴리머를 10 내지 40 wt%의 조성으로 혼합한 제1 탄소복합체와, 팽창흑연을 91 내지 95 wt%, 플루오르카본 폴리머를 5 내지 9 wt%의 조성으로 혼합한 제2 탄소복합체를 준비한다. 다음으로, 제조된 탄소복합체들을 함께 압연하여, 제1 탄소복합체로 이루어지는 저흑연함유층이 제2 탄소복합체로 이루어지는 고흑연함유층 사이에 위치하는 3층 구조의 다층시트를 제조한다. 이때, 바람직하게 상기한 플루오르카본 폴리머는 FEP, PTFE, PFA 또는 이들의 조합일 수 있다.

또한, 다른 예로, 상기한 고흑연함유층은 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake)를 85 내지 92 wt%, 플루오르카본 폴리머를 8 내지 15 wt%의 조성으로 혼합한 탄소복합체를 사용하여 제조될 할 수도 있다. 이때, 바람직하게 상기한 플루오르카본 폴리머는 FEP, PTFE, PFA 또는 이들의 조합일 수 있다.

다음으로, 다층시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하여 성형체를 제조한다. 또한, 다른 예로, 다층시트를 280 ~ 360 ℃의 온도에서 예열 시킨 상태에서 압축성형기에 투입하여 성형시간을 1~3분 사이로 매우 빠르게 분리판을 제조할 수도 있다. 본 실시예에 따라 제조되는 연료전지 분리판은 3층 구조를 가지면서도 시트제조를 통해 1회의 압축성형 공정으로 연료전지 분리판을 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전술한 제1 실시예와 같이, 압축 성형 후 표면에 형성되는 과다한 열가소성 수지층을 블라스팅 공정을 통해 제거할 수 있다.

실험예

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 분리판의 효과를 확인하기 위한 실험예들을 상세하게 설명한다. 이하에서 설명하는 실험예는 본 발명을 예시한 것으로서 본 발명이 아래의 실험예의 조건에 한정되는 것은 아니다.

실험예 1

팽창흑연과 FEP 수지 조성물을 이용하여, 연료전지 분리판용 성형체를 제조하여, 팽창흑연과 FEP 수지의 조성변화에 따른 전도도, 굴곡강도 및 가스밀폐도를 확인하였으며, 그 결과를 아래의 표 1로 나타내었다.

	팽창흑연 : FEP 수지 조성비(wt%)
	60:40	65:35	70:30	75:25	80:20	85:15	90:10
전도도(S/cm) In-plane	88	97	105	111	117	122	129
굴곡강도(MPa)	58	54	52	52	48	46	40
가스밀폐도(cc/min)	No leak	No leak	No leak	No leak	No leak	No leak	No leak

표 1에 나타난 바와 같이, FEP 함량이 감소함에 따라 전도도는 향상되고, 굴곡강도는 저하되었으나, 고온용 내부식성 연료전지 분리판으로 사용이 가능한 정도로 유지되었다. 특히, FEP 수지의 함량이 10 w% 정도인 경우에도 팽창흑연과 FEP 수지의 조합 특성에 의해 가스밀폐도가 유지되는 것을 확인하였다.

표 1의 조성의 탄소복합체 중 팽창흑연의 양이 60 w% 정도인 경우에도, 연료전지에 충분히 적용 가능한 전기 전도도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 고전도성 연료전지 분리판의 경우에도 전도성 물질의 양을 적절하게 유지할 수 있어 분리판 성형을 보다 용이하게 할 수 있음을 확인하였다.

특히, 사출성형 시 소재의 유동성 확보를 위해 흐름성이 좋은 수지의 양이 많아야 함에도 불구하고 기존의 방법들은 전도성 필러의 양을 높이면서도 사출성을 확보해야 하는 어려움이 있었는데 본 실험예를 통해 제조된 탄소복합체는 FEP 수지의 량을 30 ~ 40%까지 첨가할 수 있어 본 발명에 따른 연료전지 분리판의 제조 시 사출성형의 사용에 크게 유리할 것으로 판단된다.

또한, 본 발명을 통해 제조되는 탄소복합체는 고유동성을 가지므로 압축성형 중 분리판의 두께편차를 감소시키는 장점이 있다.

표 1에 나타낸 조성의 탄소복합체는 전도성과 굴곡강도 그리고 기밀성이 확보되기 때문에 280 ~ 360 ℃의 온도에서 1분 ~ 20분 동안 압축 성형하는 단순한 공정을 통하여 연료전지 분리판의 제조가 가능하다.

실험예 2

다공성 분리판을 위한 탄소복합체를 제조하여 전도도, 굴곡강도 및 가스 밀폐도를 측정하였다. 표 2는 팽창흑연과 FEP 수지 중 팽창흑연의 조성을 91 ~ 95%로 하여 제조한 실험예의 결과이고, 표 3은 천연흑연 플레이크 조성을 85 ~ 92%로 하여 제조한 탄소복합체를 제조한 실험예의 결과이다.

	팽창흑연 : FEP 수지 조성비(wt%)
	91:9	93:7	95:5
전도도(S/cm) In-plane	128	134	145
굴곡강도(MPa)	38	35	33
가스밀폐도(cc/min)	0.1 ~1	1 ~10	10 <

	천연흑연 플레이크 : FEP 수지 조성비(wt%)
	85:15	92:8
전도도(S/cm) In-plane	102	114
굴곡강도(MPa)	45	38
가스밀폐도(cc/min)	0.1 ~1	1 ~10

상기와 같은 탄소복합체를 성형하여 0.1 ~ 10 cc/min 이상의 다공성을 갖는 연료전지 분리판으로 제조할 수 있는 것을 확인하였다. 이와 같이 제조된 탄소복합체는 도 1에 도시한 연료전지 분리판의 고흑연함유층으로 적용이 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 연료전지 분리판 성형체
110: 저흑연함유층
120: 고흑연함유층

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11. 팽창흑연과 열가소성 수지를 혼합하는 단계, 및 상기 팽창흑연과 상기 열가소성 수지의 혼합물을 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 열가소성 수지는 FEP(fluorinated ethylene propylene), PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 된 플루오르카본 폴리머(Fluorocarbon polymer)이며,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 팽창흑연을 60 내지 90 wt%, 상기 플루오르카본 폴리머를 10 내지 40 wt%의 조성으로 혼합한 제1 탄소복합체를 제조하는 단계, 및
    상기 팽창흑연을 91 내지 95 wt%, 상기 플루오르카본 폴리머를 5 내지 9 wt%의 조성으로 혼합한 제2 탄소복합체를 제조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 성형하는 단계는,
    상기 제1 탄소복합체와 상기 제2 탄소복합체를 압연하여, 상기 제1 탄소복합체로 이루어지는 저흑연함유층이 상기 제2 탄소복합체로 이루어지는 2개의 고흑연함유층 사이에 위치하는 다층시트를 제조하는 단계, 및
    상기 다층시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하는 단계
    를 포함하는 연료전지 분리판의 제조방법.
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14. 팽창흑연 및 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake)와 열가소성 수지를 혼합하는 단계, 및 상기 팽창흑연 및 상기 천연흑연 프레이크와 상기 열가소성 수지의 혼합물을 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 열가소성 수지는 FEP(fluorinated ethylene propylene), PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 된 플루오르카본 폴리머(Fluorocarbon polymer)이며,
    상기 혼합하는 단계는,
    상기 팽창흑연을 60 내지 90 wt%, 상기 플루오르카본 폴리머를 10 내지 40 wt%의 조성으로 혼합한 제1 탄소복합체를 제조하는 단계, 및
    상기 천연흑연 프레이크(Natural graphite flake)를 85 내지 92 wt%, 상기 플루오르카본 폴리머를 8 내지 15 wt%의 조성으로 혼합한 제2 탄소복합체를 제조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 성형하는 단계는,
    상기 제1 탄소복합체와 상기 제2 탄소복합체를 압연하여, 상기 제1 탄소복합체로 이루어지는 저흑연함유층이 상기 제2 탄소복합체로 이루어지는 2개의 고흑연함유층 사이에 위치하는 다층시트를 제조하는 단계, 및
    상기 다층시트를 280 내지 360 ℃의 온도에서 1 내지 20 분 동안 압축 성형하는 단계
    를 포함하는 연료전지 분리판의 제조방법.
15. 제11항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형하는 단계 후, 상기 성형된 분리판의 표면에 분포한 상기 열가소성 수지를 제거하는 단계를 더 포함하는 연료전지 분리판의 제조방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 열가소성 수지를 제거하는 단계는, 상기 열가소성 수지를 블라스팅(blasting) 공정을 통해 제거하는 단계를 포함하는 연료전지 분리판의 제조방법.
17. 제11항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고흑연함유층은 0.1 ~ 10 cc/min 이상의 다공성을 갖는 연료전지 분리판의 제조방법.
18. 제11항 또는 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 연료전지 분리판.
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