KR101917931B1 - Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries - Google Patents

Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries Download PDF

Info

Publication number
KR101917931B1
KR101917931B1 KR1020160159861A KR20160159861A KR101917931B1 KR 101917931 B1 KR101917931 B1 KR 101917931B1 KR 1020160159861 A KR1020160159861 A KR 1020160159861A KR 20160159861 A KR20160159861 A KR 20160159861A KR 101917931 B1 KR101917931 B1 KR 101917931B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bipolar plate
slurry
carbonized
phenol resin
highly purified
Prior art date
Application number
KR1020160159861A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180061492A (en
Inventor
전준현
김용범
정대원
조운
김미애
김동현
Original Assignee
동국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동국대학교 산학협력단 filed Critical 동국대학교 산학협력단
Priority to KR1020160159861A priority Critical patent/KR101917931B1/en
Publication of KR20180061492A publication Critical patent/KR20180061492A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101917931B1 publication Critical patent/KR101917931B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221Organic resins; Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/528
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/56

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

레독스 흐름 전지용 내구성이 우수한 단층 또는 다층의 바이폴라 플레이트의 제조방법이 제공된다. 내부식성이 강한 바인더 및 높은 전기 전도성 물질을 이용하여 단층 또는 다층의 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 레독스 흐름전지에 내구성, 내부식성 및 전기 전도도를 향상시킨다. 이로써, 레독스 흐름 전지를 위한 내구성이 우수한 바이폴라 플레이트로 사용될 수 있다.There is provided a method of manufacturing a single layer or multilayer bipolar plate having excellent durability for a redox flow battery. By producing single or multi-layered bipolar plates using highly corrosion resistant binders and high electrically conductive materials, the redox flow cell is improved in durability, corrosion resistance and electrical conductivity. As a result, it can be used as a bipolar plate having excellent durability for a redox flow cell.

Description

레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법{Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a bipolar plate for redox flow batteries,

본 발명은 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레독스 플로우 전지용 내구성 우수한 단층 또는 다층 바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar plate for a redox flow battery, and more particularly, to a method for manufacturing a single layer or multi-layer bipolar plate having excellent durability for a redox flow battery.

최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있었다.Recently, renewable energy such as solar energy or wind energy is attracting attention as a method to suppress greenhouse gas emission, which is a major cause of global warming. However, such renewable energy is greatly influenced by the location environment and natural conditions. Furthermore, since the output fluctuation is significant, there is a disadvantage that the energy can not be continuously supplied evenly.

따라서, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로는 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름전지 (RFB: Redox Flow Battery) 등이 있다.Therefore, it is important to develop a storage device capable of storing energy when the output is high and storing the energy when the output is low in order to equalize the output of energy. Typical mass storage devices such as lead accumulator, NaS battery, And Redox Flow Battery (RFB).

레독스 플로우 전지는 이온교환막(격막)의 양측에 다공성 전극(양극 및 음극)과 바이폴라 플레이트, 그리고 프레임으로 구성된다. 여기서, 바이폴라 플레이트는 스택의 각 셀을 분리하는 판으로서 전지의 내부저항을 최소화하기 위해 도전성이 요구되고, 인접하는 셀로 전해액이 새지 않고 확실히 차단되는 특성이 요구 된다. 또한, 바이폴라 플레이트는 전해액에 의한 압력과 온도변화에 의한 열 수축 등도 발생 할 수 있기 때문에 높은 기계적 강도(인장강도) 및 변형에 의한 파손이 발생 하지 않도록 연신 특성도 요구된다.The redox flow cell consists of porous electrodes (anode and cathode), bipolar plate, and frame on both sides of the ion exchange membrane (diaphragm). Here, the bipolar plate is a plate for separating each cell of the stack, and is required to have conductivity so as to minimize the internal resistance of the cell. In addition, the bipolar plate is required to have a high mechanical strength (tensile strength) and a stretching property so as not to cause breakage due to deformation, since the bipolar plate can generate heat shrinkage due to pressure and temperature change due to the electrolytic solution.

하지만. 기존의 레독스 플로우 전지는 낮은 내부식성을 갖고 있을 뿐만 양극 전해질과 음극 전해질이 다른 상의 형태로 충방전 되면서 이온이 석출하는 현상이 발생에 인한 전지 효율저하로 인해 실질적으로 상용화에 한계가 있다는 점은 해결해야 할 문제점이다.But. The existing redox flow cell has low corrosion resistance and the anode electrolyte and the cathode electrolyte are charged and discharged in the form of different phases, and thus the commercialization is limited due to the deterioration of the battery efficiency due to the occurrence of ion precipitation This is a problem to be solved.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레독스 플로우 전지용 단층 또는 다층 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a single-layer or multi-layer bipolar plate for a redox flow battery.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 내구성이 강한 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트를 제조하는 방법으로써, 탄화 및 고순화된 페놀수지를 제공하는 단계, 상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 및 상기 슬러리를 이용하여 다층의 바이폴라 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a bipolar plate for a durable redox flow battery, comprising the steps of: providing a carbonized and highly purified phenol resin; mixing the phenol resin, the conductive filler, A step of mixing the additives to prepare a slurry, and a step of forming a multi-layer bipolar plate using the slurry.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 페놀수지는 1300℃에서 24시간 탄화되는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함할 수 있다.Wherein the phenol resin is carbonized at 1300 ° C for 24 hours in the step of mixing the phenol resin, the conductive filler, the binder resin and the additive to produce a slurry.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 페놀수지는 800℃에서 24시간 고순화 되어 탄소(C)가 90% 내지 99.9%로 고순화되는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공할 수 있다. Wherein the phenol resin is highly purified at 800 ° C for 24 hours in the step of preparing the slurry by mixing the phenol resin, the conductive filler, the binder resin and the additive, so that the carbon (C) is highly purified to 90% to 99.9% A method of manufacturing a bipolar plate can be provided.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 도전성 필러는 흑연(Graphite), 카본(Carbon), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 기상 성장 탄소 섬유(Vapor Grown Carbon Fiber, VGCF), KB(Ketjen Black), Active Carbon Powder, 탄소 섬유(Carbon Fiber), 금속 및 세라믹 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함할 수 있다.The conductive filler may be at least one selected from the group consisting of graphite, carbon, carbon nanotubes (CNTs), vapor grown carbon fibers (carbon nanotubes), carbon nanotubes A method of manufacturing a bipolar plate including at least one of Vapor Grown Carbon Fiber (VGCF), KB (Ketjen Black), Active Carbon Powder, Carbon Fiber, Metal, and Ceramics.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 바인더 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공할 수 있다.The binder resin may include a thermoplastic resin or a thermosetting resin in the step of preparing the slurry by mixing the phenol resin, the conductive filler, the binder resin, and the additive.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 바인더 수지는 polyvinylidene fluoride(PVDF), Polypropylene(PP) 및 Polyethylene(PE) 중에서 1종 이상을 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함할 수 있다.The binder resin may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), polyethylene (PE), bipolar plates containing at least one of bipolar plates ≪ / RTI >

상기 바인더 수지의 용해를 위한 용매는 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP) 또는 에탄올을 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공할 수 있다.The solvent for dissolving the binder resin may provide a method for producing a bipolar plate containing N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or ethanol.

상기 첨가제는 N-Methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium 및 polybromide 중에서 선택되는 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함할 수 있다.Wherein the additive includes one selected from N-methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium and polybromide.

상기 다층의 바이폴라 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 슬러리는 탄화, 고순화 공정 후에 heating press 및 Doctor Blade를 이용하여 단층 바이폴라 플레이트 일면을 슬러리로 코팅하여 다층의 바이폴라 플레이트로 제조하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공할 수 있다. Wherein the slurry is formed into a multi-layered bipolar plate by coating one side of a single-layer bipolar plate with a slurry using a heating press and a doctor blade after the carbonization and high-refinement steps in the step of forming the multi-layered bipolar plate. A manufacturing method can be provided.

상기 다층의 바이폴라 플레이트를 형성하는 단계에서 상기 단층 바이폴라 플레이트 일면에 바이폴라 플레이트를 더 형성하여 다층의 바이폴라 플레이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법을 포함할 수 있다.And forming a bipolar plate on one surface of the single-layer bipolar plate in the step of forming the multi-layer bipolar plate to manufacture a bipolar plate having a plurality of layers.

본 발명에 의하면, 페놀수지를 탄화 및 고순화시켜 내구성을 향상시키고 내부식성이 강한 바인더를 이용하여 단층 또는 다층 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 레독스 흐름 전지에 내구성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, durability and corrosion resistance can be improved in a redox-flow battery by producing a single-layer or multi-layer bipolar plate using a binder which is carbonized and highly pure to improve durability and has high corrosion resistance.

또한, 높은 전기 전도성 물질을 이용하여 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 레독스 흐름 전지에 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. In addition, by manufacturing a bipolar plate using a highly electrically conductive material, the electrical conductivity of the redox flow cell can be improved.

다만, 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 또는 다층 바이폴라 플레이트의 제조순서를 도식화한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing procedure of a single-layer or multi-layer bipolar plate according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등을 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.The embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are also provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

본 발명은 레독스 플로우 전지용 우수한 내구성을 갖는 단층 또는 다층의 바이폴라 플레이트의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a single-layer or multi-layer bipolar plate having excellent durability for a redox flow battery.

레독스 플로우 전지는 기존 이차전지와는 달리 전해액 중의 활물질(active material)이 산화 및 환원되어 충방전되는 시스템으로 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. 레독스 플로우 전지의 구성요소는 산화상태가 각각 다른 활물질이 저장되어 있는 탱크와 충방전시 활물질을 순환시키는 펌프, 그리고 이온교환막으로 분리되어 있는 셀 등이 있다.Unlike conventional secondary batteries, redox flow batteries are an electrochemical storage device in which the active energy of the electrolyte is oxidized and reduced to charge and discharge, and the chemical energy of the electrolyte is stored directly as electrical energy. The components of the redox flow cell are a tank storing different active materials in different oxidation states, a pump circulating the active material during charging and discharging, and a cell separated by an ion exchange membrane.

활물질로는 V, Fe, Cr, Cu, Ti, Mn, 그리고 Sn 등의 전이금속을 강산 수용액에 용해하여 제조한 전해질을 사용한다. 제조한 전해질은 셀 내에 저장되어 있지 않고, 외부의 탱크에 액체 상태로 저장되어 있으며 충방전 과정 중에 펌프를 통하여 셀 내부로 공급되는 것이 플로우 전지이다. 또한. 바이폴라 플레이트는 이온 교환막의 양쪽 사이에 위치한다. 따라서, 바이폴라 플레이트와 전해질 사이에서 반응이 진행되면서 이온의 석출 등의 문제로 성능을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 내구성 및 내부식성이 우수한 바이폴라 플레이트의 제조가 필수적이다. 본 발명에서는 단층 또는 다층의 바이폴라 플레이트를 제조하여 내구성 및 내부식성이 우수한 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트가 제조된다. As an active material, an electrolyte prepared by dissolving a transition metal such as V, Fe, Cr, Cu, Ti, Mn, and Sn in a strong acid aqueous solution is used. The produced electrolyte is not stored in the cell but stored in an external tank in a liquid state, and is supplied to the inside of the cell through the pump during charging and discharging. Also. The bipolar plate is located between both sides of the ion exchange membrane. Therefore, there is a problem that the performance is lowered due to problems such as precipitation of ions as the reaction progresses between the bipolar plate and the electrolyte. Therefore, it is essential to manufacture a bipolar plate having excellent durability and corrosion resistance. In the present invention, a single-layer or multi-layer bipolar plate is manufactured to produce a bipolar plate for a redox flow battery having excellent durability and corrosion resistance.

도 1은 본 발명의 일 실시예 에 따른 바이폴라 플레이트의 공정 순서를 도식화한 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a process sequence of a bipolar plate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 바이폴라 플레이트의 공정 순서를 도식화한 도면이 개시된다. Referring to FIG. 1, a diagram illustrating a process sequence of a bipolar plate according to the first embodiment is shown.

S10은 탄화 및 고순화된 페놀수지를 제공하는 단계이다. S10 is a step of providing a carbonized and highly purified phenolic resin.

페놀수지(phenol resin)는 페놀과 포름알데히드로 제조되는 열경화성 수지이다. 또한, 페놀수지는 내열성, 치수 안정성이 뛰어나다. 상기 페놀수지는 탄화되고 고순화된다. 먼저, 상기 페놀수지는 탄화로에서 1300℃에서 24시간 탄화되고 탄화된 페놀수지를 분쇄하여 미소입자크기의 탄화된 페놀수지 파우더로 만든다. Phenol resin is a thermosetting resin made of phenol and formaldehyde. The phenolic resin is excellent in heat resistance and dimensional stability. The phenolic resin is carbonized and highly pure. First, the phenol resin is carbonized and carbonized in a carbonization furnace at 1300 ° C for 24 hours to obtain a carbonized phenol resin powder having a fine particle size.

이어서, 탄화된 페놀수지는 고순화로에 넣고 800℃에서 24시간 고순화 시킨다. 따라서, 상기 탄화된 페놀수지는 고순화 되어 탄소(C)가 90% 내지 99.9%로 고순화된다. 이로써, 고순화된 탄화페놀(carbonized penol)파우더가 제조된다. Subsequently, the carbonized phenol resin is put into a high-purity furnace and is highly purified at 800 DEG C for 24 hours. Therefore, the carbonized phenol resin is highly purified and the carbon (C) is highly purified to 90% to 99.9%. Thereby, a highly purified carbonized penol powder is produced.

S20은 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지 및 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다. S20 is a step of preparing a slurry by mixing a phenol resin, a conductive filler, a binder resin and an additive.

상기 페놀수지는 고순화된 탄화페놀(carbonized penol)이며, 상기 도전성 필러는 흑연(Graphite), 카본(Carbon), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 기상 성장 탄소 섬유(Vapor Grown Carbon Fiber, VGCF), KB(Ketjen Black), Active Carbon Powder, 탄소 섬유(Carbon Fiber), 금속 및 세라믹 중에서 1종 이상을 포함한다. 또한, 상기 바인더 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지를 포함하며 이외에도 바인더 수지로 사용될 수 있는 물질이면 그 종류를 제한하지 않는다. 다만, 바인더 수지는 polyvinylidene fluoride(PVDF), Polypropylene(PP) 및 Polyethylene(PE) 중에서 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 바인더 수지의 용해를 위한 용매는 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP) 또는 에탄올을 포함할 수 있다. 또한, 첨가제는 N-Methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium 및 polybromide 중에서 선택되는 1종을 포함할 수 있다.The phenolic resin is a highly purified carbonized penol. The conductive filler may be graphite, carbon, carbon nanotube (CNT), vapor grown carbon fiber, VGCF), KB (Ketjen Black), Active Carbon Powder, Carbon Fiber, Metal, and Ceramics. In addition, the binder resin includes thermoplastic or thermosetting resin, and the type of the binder resin is not limited as long as it is a material that can be used as a binder resin. However, the binder resin may include at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), and polyethylene (PE). In addition, the solvent for dissolving the binder resin may include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or ethanol. Also, the additive may include one selected from N-methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium and polybromide.

상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지, 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지, 첨가제는 각기 다른 비율로 첨가되고 혼합되어 슬러리로 제조될 수 있다. The phenol resin, the conductive filler, the binder resin, and the additive may be added and mixed at different ratios in the step of preparing the slurry by mixing the phenol resin, the conductive filler, the binder resin, and the additive.

다만, 다층 바이폴라 플레이트는 제조예 중에서 2개이상의 슬러리를 포함한다. 이하, 상기 페놀수지, 도전성 필러, 바인더 수지, 첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서 6가지 제조예가 개시된다. However, the multilayer bipolar plate includes at least two slurries in the production examples. Hereinafter, six production examples are disclosed in the step of preparing a slurry by mixing the phenol resin, the conductive filler, the binder resin and the additive.

제조예1 Production Example 1

도전성 필러 10g, 바인더 10g, 용매 50mL이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.10 g of a conductive filler, 10 g of a binder and 50 ml of a solvent were mixed at room temperature or room temperature with stirring for 12 hours to prepare a slurry.

제조예2 Production Example 2

도전성 필러 8g, 고순화된 탄화페놀 2g, 바인더10g, 용매 50mL이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.8 g of a conductive filler, 2 g of highly purified carbonized phenol, 10 g of a binder and 50 ml of a solvent were mixed at room temperature or room temperature with stirring for 12 hours to prepare a slurry.

제조예3 Production Example 3

도전성 필러 8g, 고순화된 탄화페놀 2g, 바인더 5g, 금속산화물 10g, 용매 50mL이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.8 g of a conductive filler, 2 g of highly purified carbonized phenol, 5 g of a binder, 10 g of a metal oxide and 50 ml of a solvent were mixed at room temperature or room temperature with stirring for 12 hours to prepare a slurry.

제조예4Production Example 4

도전성 필러 8g, 고순화된 탄화페놀 2g, 바인더 PVDF 5g, 바인더 PP 5g, 바인더 PE 3g, 금속산화물 2g, 용매 50mL이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.8 g of conductive filler, 2 g of highly purified carbonized phenol, 5 g of binder PVDF, 5 g of binder PP, 3 g of binder PE, 2 g of metal oxide and 50 ml of solvent were mixed at room temperature or room temperature with stirring for 12 hours to prepare a slurry.

제조예5Production Example 5

도전성 필러 8g, 고순화된 탄화페놀 2g, 바인더 PVDF 5g, 바인더 PP 5g, 바인더 PE 3g, 금속산화물 2g, 용매 50mL 이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.8 g of conductive filler, 2 g of highly purified carbonized phenol, 5 g of binder PVDF, 5 g of binder PP, 3 g of binder PE, 2 g of metal oxide and 50 ml of solvent were mixed at room temperature or room temperature with stirring for 12 hours to prepare a slurry.

제조예6Production Example 6

도전성 필러 8g, 고순화된 탄화페놀 2g, 바인더 PVDF 5g, 바인더 PP 5g, 바인더 PE 3g, 금속산화물 2g, 용매 50mL, 첨가제 MEP 1.5g 이 상온 또는 실온이며 12시간 교반하며 혼합되어 슬러리로 제조된다.8 g of conductive filler, 2 g of highly purified carbonized phenol, 5 g of binder PVDF, 5 g of binder PP, 3 g of binder PE, 2 g of metal oxide, 50 ml of solvent and 1.5 g of additive MEP were mixed with stirring at room temperature or room temperature for 12 hours.

상기 제조예로 제조된 슬러리로 바이폴라 플레이트를 제조한다. 상기 바이폴라 플레이트는 단층 또는 다층으로 제조된다. A bipolar plate is prepared from the slurry prepared in the above Production Example. The bipolar plate may be a single layer or a multilayer.

S30은 단층 또는 다층의 바이폴라 플레이트를 제조하는 단계이다. S30 is a step of manufacturing a single-layer or multi-layered bipolar plate.

먼저, 단층 바이폴라 플레이트 제조방법이 설명된다. 단층 바이폴라 플레이트는 제조예 1 내지 제조예 6 중에서 선택되는 어느 하나의 슬러리를 토대로 제조된다. First, a method of manufacturing a single-layer bipolar plate is described. The single-layer bipolar plate is manufactured on the basis of any one of slurries selected from Production Examples 1 to 6.

S20으로 제조된 슬러리를 일정한 몰드에 3mm 내지 7mm 두께로 붓고 오븐에 넣어 120℃에서 24시간 열로 경화시킨다. 그 후 heating press를 이용하여 300℃에서 5시간동안 열간압력을 가하여 압축시키면 단층 바이폴라 플레이트가 제조된다.The slurry prepared in S20 is poured into a certain mold at a thickness of 3 mm to 7 mm and placed in an oven and cured at 120 ° C for 24 hours. After that, a single-layer bipolar plate is produced by applying a hot pressure for 5 hours at 300 ° C using a heating press.

이어서, 다층 바이폴라 플레이트 제조방법이 설명된다. 다층 바이폴라 플레이트는 제조예 1 내지 제조예 6 중에서 2개의 슬러리를 토대로 제조된다. Next, a method of manufacturing a multilayer bipolar plate is described. The multi-layered bipolar plate is produced on the basis of two slurries from Production Examples 1 to 6.

S20으로 제조된 상기 슬러리는 탄화, 고순화 공정 후에 heating press 및 Doctor Blade 공정을 추가하여 단층 바이폴라 플레이트 일면에 코팅되어 다층의 바이폴라 플레이트로 제조될 수 있다. 단층 및 다층 바이폴라 플레이트를 제조하기 위해 사용되는 슬러리는 제조예 1 내지 제조예 6 의 슬러지 제조방법 중에서 제조된 하나 또는 두개의 슬러지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단층 바이폴라 플레이트 일면에 제조예 1 내지 제조예 6 의 슬러지 제조방법 중에서 제조된 하나의 슬러리를 사용하여 100μm로 펴바르고 오븐에 넣어 120℃에서 24시간 열로 경화 시킨다. 그 후 상온에서 4시간 건조시킨다. 이로써, 단층 바이폴라 플레이트 일면에 바이폴라 플레이트를 더 형성하여 다층 바이폴라 플레이트가 제조된다. The slurry prepared in S20 may be coated on one side of a single layer bipolar plate by adding a heating press and a doctor blade process after carbonization, high-refinement, and may be made into a multi-layered bipolar plate. The slurry used to produce the monolayer and multilayer bipolar plates may comprise one or two sludges produced in the sludge preparation methods of Preparations 1 to 6. [ For example, one slurry prepared in the sludge production method of Production Examples 1 to 6 is spread on one surface of a single-layer bipolar plate at 100 탆 and cured in an oven at 120 캜 for 24 hours. Then, it is dried at room temperature for 4 hours. As a result, a bipolar plate is further formed on one surface of the single-layer bipolar plate to produce a multi-layer bipolar plate.

따라서, 페놀수지를 탄화 및 고순화시켜 내구성을 향상시키고 내부식성이 강한 바인더를 이용하여 단층 또는 다층 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 레독스 흐름 전지에 내구성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 전기 전도성 물질을 이용하여 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 레독스 흐름 전지에 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.Therefore, durability and corrosion resistance can be improved in the redox-flow battery by manufacturing a single layer or multi-layer bipolar plate by using a binder which is carbonized and highly purified to improve durability and has high corrosion resistance. In addition, by manufacturing a bipolar plate using a highly electrically conductive material, the electrical conductivity of the redox flow cell can be improved.

Claims (10)

내구성이 강한 레독스 플로우 전지용 바이폴라 플레이트를 제조하는 방법으로써,
탄화 및 고순화된 페놀수지 파우더를 제공하는 단계;
상기 탄화 및 고순화된 페놀수지 파우더, 도전성 필러, 및 바인더 수지를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 슬러리를 이용하여 다층의 바이폴라 플레이트를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 탄화 및 고순화된 페놀수지 파우더를 제공하는 단계는 페놀수지를 탄화로에서 탄화시키는 단계;
탄화된 페놀수지를 분쇄하여 탄화된 페놀수지 파우더를 얻는 단계; 및
상기 탄화된 페놀수지 파우더를 고순화로에서 고순화시켜, 탄소가 90% 내지 99.9%로 고순화된 탄화 페놀수지 파우더를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
As a method for manufacturing a bipolar plate for a redox flow cell having high durability,
Providing a carbonized and highly purified phenolic resin powder;
Mixing the carbonized and highly purified phenol resin powder, the conductive filler, and the binder resin to prepare a slurry; And
Forming a multi-layered bipolar plate using the slurry,
The step of providing the carbonized and highly purified phenolic resin powder comprises: carbonizing the phenolic resin in a carbonization furnace;
Pulverizing the carbonized phenol resin to obtain a carbonized phenol resin powder; And
Wherein the carbonized phenol resin powder is highly purified in a high-purity furnace to obtain a carbonized phenol resin powder having a high carbon content of 90% to 99.9%.
제1항에 있어서,
상기 페놀수지의 탄화는 탄화로에서 1300℃에서 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbonization of the phenol resin is carried out in a carbonization furnace at 1300 DEG C for 24 hours.
제1항에 있어서,
상기 페놀수지의 고순화는 고순화로에서 800℃에서 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the high-purity of the phenol resin is carried out at 800 DEG C for 24 hours in a high-purity furnace.
제1항에 있어서,
상기 도전성 필러는 흑연(Graphite), 카본(Carbon), 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 기상 성장 탄소 섬유(Vapor Grown Carbon Fiber, VGCF), KB(Ketjen Black), Active Carbon Powder, 탄소 섬유(Carbon Fiber), 금속 및 세라믹 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
The conductive filler may be selected from the group consisting of Graphite, Carbon, Carbon Nano Tube (CNT), Vapor Grown Carbon Fiber (VGCF), KB (Ketjen Black), Active Carbon Powder, (Carbon Fiber), metal, and ceramics.
제1항에 있어서,
상기 슬러리는 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the slurry further comprises a metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 바인더 수지는 polyvinylidene fluoride(PVDF), Polypropylene(PP) 및 Polyethylene(PE) 중에서 1종 이상을 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder resin comprises at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene (PP), and polyethylene (PE).
제1항에 있어서,
상기 바인더 수지의 용해를 위한 용매는 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP) 또는 에탄올을 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent for dissolving the binder resin comprises N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or ethanol.
제1항에 있어서,
상기 슬러리는 N-Methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium 및 polybromide 중에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the slurry further comprises an additive selected from N-Methyl-ethyl-pyrrolidinium (MEP), quaternary ammonium and polybromide.
제1항에 있어서,
상기 바이폴라 플레이트를 형성하는 단계는 슬러리를 몰드에 붓고 열경화 시킨 후, heating press를 이용하여 열간압력을 가하여 압축시켜 단층 바이폴라 플레이트를 제조함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the bipolar plate is performed by pouring a slurry into a mold and thermally curing the molten slurry, and then compressing the slurry by applying a hot pressure using a heating press to produce a single-layer bipolar plate.
제9항에 있어서,
상기 단층 바이폴라 플레이트 일면에 Doctor Blade를 이용하여 바이폴라 플레이트를 더 형성하여 다층의 바이폴라 플레이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein a bipolar plate is further formed on one surface of the single-layer bipolar plate using a doctor blade to produce a multi-layered bipolar plate.
KR1020160159861A 2016-11-29 2016-11-29 Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries KR101917931B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160159861A KR101917931B1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160159861A KR101917931B1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180061492A KR20180061492A (en) 2018-06-08
KR101917931B1 true KR101917931B1 (en) 2018-11-13

Family

ID=62600297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160159861A KR101917931B1 (en) 2016-11-29 2016-11-29 Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101917931B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008127476A (en) * 2006-11-21 2008-06-05 Lignyte Co Ltd Carbon/phenolic resin composite material production method, carbon/phenolic resin composite material, carbon/phenolic resin composite-carbonized material, fuel cell separator, electroconductive resin composition, secondary battery electrode, electrically double-layer capacitor

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3935025B2 (en) * 2002-08-23 2007-06-20 リグナイト株式会社 Carbon / phenolic resin composite molding material and fuel cell separator
JP4537809B2 (en) * 2004-09-13 2010-09-08 リグナイト株式会社 Carbon / phenolic resin composite material, carbon / phenolic resin composite cured material, carbon / phenolic resin composite carbonized material, fuel cell separator, conductive resin composition, battery electrode, electric double layer capacitor
JP4523829B2 (en) * 2004-10-20 2010-08-11 リグナイト株式会社 Carbon nanofiber / phenolic resin composite carbonized material, conductive resin composition, electrode for secondary battery, carbon material for electric double layer capacitor polarizable electrode, electric double layer capacitor polarizable electrode
JP2012007476A (en) * 2010-06-22 2012-01-12 Isuzu Motors Ltd Diesel engine and method of cooling egr gas of the same
KR101275155B1 (en) * 2011-05-11 2013-06-17 한국화학연구원 Manufacturing Method of Membrane-Electrode Assembly for Polymer Electrolyte and Membrane-Electrode Assembly thereby
KR20150043651A (en) * 2013-10-14 2015-04-23 한국생산기술연구원 Composite bipolar plate having high ion conductivity and the manufacturing method thereof
KR101631909B1 (en) * 2014-04-23 2016-07-01 한국과학기술원 Composite material bipolar plate for redox flow battery
KR101696034B1 (en) * 2014-10-27 2017-01-16 동국대학교 산학협력단 Hybride Flow Battery and Electrolyte Solution for The Same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008127476A (en) * 2006-11-21 2008-06-05 Lignyte Co Ltd Carbon/phenolic resin composite material production method, carbon/phenolic resin composite material, carbon/phenolic resin composite-carbonized material, fuel cell separator, electroconductive resin composition, secondary battery electrode, electrically double-layer capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180061492A (en) 2018-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Surface and interface engineering of nanoarrays toward advanced electrodes and electrochemical energy storage devices
Wu et al. Reducing the thickness of solid-state electrolyte membranes for high-energy lithium batteries
Hu et al. Covalent organic framework based lithium–sulfur batteries: materials, interfaces, and solid‐state electrolytes
Liu et al. Recent innovative configurations in high-energy lithium–sulfur batteries
Gong et al. An iodine quantum dots based rechargeable sodium–iodine battery
Yang et al. Carbon microtube textile with MoS2 nanosheets grown on both outer and inner walls as multifunctional interlayer for lithium–sulfur batteries
Zheng et al. In situ formed lithium sulfide/microporous carbon cathodes for lithium-ion batteries
Du et al. Free‐standing nanostructured architecture as a promising platform for high‐performance lithium–sulfur batteries
Su et al. A new approach to improve cycle performance of rechargeable lithium–sulfur batteries by inserting a free-standing MWCNT interlayer
Li et al. Improved strategies for separators in zinc‐ion batteries
KR102382433B1 (en) Method of producing electrode material for lithium-ion secondary battery and lithium-ion battery using such electrode material
Chen et al. Toward high‐areal‐capacity electrodes for lithium and sodium ion batteries
Kim et al. Recent advances in modified commercial separators for lithium–sulfur batteries
Jo et al. Multimodal capturing of polysulfides by phosphorus‐doped carbon composites for flexible high‐energy‐density lithium–sulfur batteries
CN110729513A (en) Composite solid electrolyte, preparation method thereof and all-solid-state lithium ion battery comprising composite solid electrolyte
JP5301090B2 (en) Electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor using the same
KR20150021033A (en) Lithium-ion secondary battery and method of producing same
Huang et al. Aligned Carbon‐Based Electrodes for Fast‐Charging Batteries: A Review
US11539071B2 (en) Sulfide-impregnated solid-state battery
Qin et al. Solvent‐Engineered Scalable Production of Polysulfide‐Blocking Shields to Enhance Practical Lithium–Sulfur Batteries
Wang et al. Design and construction of a three‐dimensional electrode with biomass‐derived carbon current collector and water‐soluble binder for high‐sulfur‐loading lithium‐sulfur batteries
WO2017124439A1 (en) Three-dimensional na3v2(po4)3 nanowire network electrode material, preparation method therefor and use thereof
US11217826B2 (en) Methods of making sulfide-impregnated solid-state battery
Liang et al. Spatial separation of lithiophilic surface and superior conductivity for advanced Li metal anode: the case of acetylene black and N-doped carbon spheres
Aristote et al. General overview of sodium, potassium, and zinc-ion capacitors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant