KR101932424B1 - Composite material for bipolar plate of fuel cell, bipolar plate of fuel cell and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발 및 함침 수지를 포함하고, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발을 한 개의 층으로 하여 복수 개의 층을 포함하는 연료전지 분리판용 복합재 및 상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재에 의해 형성한 연료전지 분리판을 제공한다. A composite material for a fuel cell separator comprising a first conductive continuous fiber bundle and an impregnated resin aligned in one direction and comprising a plurality of layers of a first conductive continuous fiber bundle aligned in one direction, And a fuel cell separator formed by a composite material for one fuel cell separator.
Description
연료전지 분리판용 복합재, 연료전지 분리판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
A fuel cell separator, and a method for manufacturing the same.
연료전지는 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하는 발전 시스템으로, 직접 전기를 생산하는 주요 구성인 스택(Stack)과 이러한 스택의 작동을 보조하는 기타 장치 등으로 구성될 수 있다.A fuel cell is a power generation system that produces electricity by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. It can be composed of a stack, which is a main component for producing electricity directly, and other devices that assist in the operation of the stack.
연료전지 스택(Stack)에 은 전기 에너지를 발생시키는 최소의 단위로서 단위 전지를 포함하고, 이러한 단위 전지는 막전극 접합체(MEA; Membrane Electrode Assembly)와, 막전극 접합체의 양쪽 면에 각각 구비되는 연료전지 분리판들을 포함할 수 있다.The unit cell includes a membrane electrode assembly (MEA) and a membrane electrode assembly (MEA), which are provided on both sides of the membrane electrode assembly, And battery separators.
막전극 접합체는 수소 이온만을 선택적으로 통과시키는 고분자 전해질막을 구비하고, 이런 고분자 전해질막의 양쪽 면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 접합될 수 있다.The membrane electrode assembly has a polymer electrolyte membrane selectively passing only hydrogen ions, and an anode electrode and a cathode electrode can be bonded to both sides of the polymer electrolyte membrane.
연료전지 분리판은 단위 전지에서 발생되는 전류를 모으는 역할을 하고, 절연 유지를 위한 분리 역할을 하며, 가스(수소, 산소)를 기체 확산층(GDL; gas diffusion layer)으로 공급하면서 발생되는 물을 배출하는 역할을 수행할 수 있다.The fuel cell separator plays a role of collecting the current generated in the unit cell and serves as a separator for maintaining insulation and discharges water generated by supplying gas (hydrogen, oxygen) to a gas diffusion layer (GDL) Can play a role.
이러한 연료전지 분리판은 애노드 전극과 캐소드 전극의 산화·환원 분위기에 안정하고, 가스의 혼합을 충분히 방지할 수 있어야 하며, 충분한 전기전도도를 가져야 한다.Such a fuel cell separator plate should be stable in the oxidizing and reducing atmosphere of the anode electrode and the cathode electrode, sufficiently prevent gas mixing, and have sufficient electric conductivity.
종래 상업화된 흑연(Graphite) 분리판은 내식성 및 양호한 전기전도성을 가지고 있으나, 기계적 충격 또는 진동에 약해 일정 이상의 두께를 유지해야 하므로, 이는 연료전지 스택의 효율을 감소시키며 고비용의 문제가 있으며, 게다가 기공을 가지고 있어 가스 투과성의 문제가 존재한다.
Conventional commercialized graphite separators have corrosion resistance and good electrical conductivity, but they are resistant to mechanical shock or vibration and must maintain a thickness of more than a certain level. This causes a decrease in the efficiency of the fuel cell stack and a problem of high cost, There is a problem of gas permeability.
본 발명의 일 구현예에서, 우수한 공정성, 우수한 생산성, 우수한 성형 가공성, 우수한 내부식성, 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현하는 연료전지 분리판용 복합재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a composite material for a fuel cell separator which realizes excellent processability, excellent productivity, excellent molding processability, excellent corrosion resistance, low contact resistance and excellent electrical conductivity.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 연료전지 분리판용 복합재에 의해 형성한 연료전지 분리판을 제공한다In another embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell separator formed by the composite material for the fuel cell separator
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 연료전지 분리판의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, a method of manufacturing the fuel cell bipolar plate is provided.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 구현예에서, 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발 및 함침 수지를 포함하고, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발을 한 개의 층으로 하여 복수 개의 층을 포함하는 연료전지 분리판용 복합재를 제공한다.In one embodiment of the present invention, the first conductive continuous fiber bundle and the impregnated resin are aligned in one direction, and the first conductive continuous fiber bundle aligned in one direction is a single layer, A composite material for a fuel cell separator is provided.
상기 복수 개의 층이 서로 평행할 수 있다.The plurality of layers may be parallel to each other.
상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 각각 노출될 수 있다.When the composite material for at least one fuel cell separator is formed as a fuel cell separator, both end faces of the first conductive continuous fiber bundle may be exposed on the upper and lower surfaces of the fuel cell separator, respectively have.
상기 연료전지 분리판용 복합재가 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면을 포함하고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 측면으로 부착되어 형성될 수 있다.Wherein the composite material for the fuel cell separator includes two surfaces each of which both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed and side surfaces therebetween and a composite material for a plurality of fuel cell separators is formed of a fuel cell separator And may be attached to the side surface.
상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 상기 하부면에 수직할 수 있다.When the composite material for at least one fuel cell separator is formed of a fuel cell separator, the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle may be perpendicular to the upper surface and the lower surface of the fuel cell separator.
연료전지 분리판용 복합재가 도전성 필러를 별도로 포함하지 않을 수 있다.The composite material for the fuel cell separator may not include the conductive filler separately.
상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이가 약 0.1mm 내지 약 2.0mm일 수 있다.The length of the first conductive continuous fiber bundle may be about 0.1 mm to about 2.0 mm.
상기 제1 도전성 연속섬유다발은 섬유 필라멘트로서 제1 도전성 연속섬유가 예를 들어, 평균 약 1,000가닥 내지 약 48,000가닥이 집속되어 형성되고, 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 두께가 약 0.1mm 내지 약 0.2mm이고, 너비가 약 1.0mm 내지 약 20.0mm일 수 있다.The first conductive continuous fiber bundle is formed by bundling the first conductive continuous fibers, for example, on an average of about 1,000 to about 48,000 fibers, and the thickness of the first conductive continuous fiber bundle is about 0.1 mm to about 0.2 mm, and the width may be about 1.0 mm to about 20.0 mm.
상기 제1 도전성 연속섬유의 선 밀도가 약 800g/km 내지 약 4,000g/km일 수 있다.The linear density of the first conductive continuous fibers may be from about 800 g / km to about 4,000 g / km.
상기 함침 수지 대 제1 도전성 연속섬유다발의 중량비가 약 1:40 내지 약 1:99일 수 있다.The weight ratio of the impregnation resin to the first conductive continuous fiber bundle may be from about 1:40 to about 1:99.
상기 층을 약 1개 내지 약 100개로 포함할 수 있다.The layer may comprise from about 1 to about 100 layers.
상기 층에 대해 수직한 방향에서의 두께가 약 0.12mm 내지 약 22.0mm일 수 있다.The thickness in a direction perpendicular to the layer may be from about 0.12 mm to about 22.0 mm.
상기 층에 대해 평행하면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이방향에 대해 수직한 방향에서의 너비가 약 25.0mm 내지 약 100.0mm일 수 있다.The width in a direction parallel to the layer and perpendicular to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle may be about 25.0 mm to about 100.0 mm.
상기 제1 도전성 연속섬유가 섬유의 표면이 도전성 필러로 코팅되거나, 또는 섬유의 내부에 도전성 필러가 분산되어 포함된 유기계 섬유, 무기계 섬유 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.The first conductive continuous fiber may include an organic fiber, an inorganic fiber, or both, the surface of which is coated with a conductive filler or the conductive filler is dispersed inside the fiber.
상기 층이 상기 일 방향과 상이한 방향으로 정렬된 제2 도전성 연속섬유다발을 더 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다.The layer may or may not further comprise a second conductive continuous fiber bundle aligned in a direction different from the one direction.
본 발명의 다른 구현예에서, 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재에 의해 형성되고, 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 각각 노출될 수 있다.In another embodiment of the present invention, a composite material for at least one fuel cell separator is formed, and both end faces of the first conductive continuous fiber bundle may be exposed on the upper and lower surfaces, respectively.
상기 연료전지 분리판용 복합재가 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면을 포함하고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재가 열압착에 의해 상기 측면으로 부착되어 성형될 수 있다.Wherein the composite material for the fuel cell separator includes two surfaces each of which both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed and side surfaces therebetween, and a plurality of composite materials for fuel cell separator are attached .
상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 상기 하부면에 수직할 수 있다.The longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle may be perpendicular to the upper surface and the lower surface of the fuel cell bipolar plate.
상기 연료전지 분리판의 총 두께가 약 0.1mm 내지 약 2.0mm일 수 있다.The total thickness of the fuel cell separator may be about 0.1 mm to about 2.0 mm.
상기 연료전지 분리판의 접촉 저항이 약 20mΩ·cm2 이하이고, 전기전도도는 약 100S/cm 내지 약 200S/cm일 수 있다.The contact resistance of the fuel cell separator may be about 20 m? 占2 m 2 or less, and the electric conductivity may be about 100 S / cm to about 200 S / cm.
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본 발명의 또 다른 구현예에서, 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 형성하는 단계; 상기 복수 장의 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 적층한 후 함침 수지에 대해 침지 및 건조를 수행하거나, 또는 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층한 후 열압착을 수행하여, 예비 복합재를 형성하는 단계; 상기 예비 복합재를 0.1mm 내지 2.0mm의 범위 내에서 일정한 간격으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향에 대해 수직하게 절단하여 연료전지 분리판용 복합재를 형성하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재로 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 각각 노출되도록 연료전지 분리판을 제조하는 단계;를 포함하는 연료전지 분리판의 제조방법을 제공한다.
In another embodiment of the present invention, there is provided a method of forming a conductive continuous fiber sheet, comprising: forming a first conductive continuous fiber bundle sheet; The first conductive continuous fiber bundle sheets are laminated and then impregnated with the impregnated resin and dried, or the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film are alternately laminated, followed by thermocompression bonding, Forming a preliminary composite; Forming the composite material for a fuel cell separator by cutting the preliminary composite material perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle at regular intervals within a range of 0.1 mm to 2.0 mm; And fabricating a fuel cell separator such that both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed to the upper and lower surfaces of the fuel cell separator plate by the composite material for the at least one fuel cell separator, respectively; The present invention also provides a method of manufacturing a fuel cell bipolar plate.
상기 연료전지 분리판용 복합재 및 상기 연료전지 분리판이 우수한 공정성, 우수한 생산성, 우수한 성형 가공성, 우수한 내부식성, 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있다.
The composite material for the fuel cell separator and the fuel cell separator can realize excellent processability, excellent productivity, excellent molding processability, excellent corrosion resistance, low contact resistance and excellent electric conductivity.
도1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연료전지 분리판용 복합재의 개략적인 사시도이다.
도2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 연료전지 분리판의 개략적인 사시도이다.
도3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 연료전지 분리판의 개략적인 공정흐름도이다.
도4는 도3의 공정흐름도에서 1단계(S1)를 설명하는 개략적인 모식도이다.
도5는 도3의 공정흐름도에서 2단계(S2)를 설명하는 개략적인 모식도이다.
도6은 도3의 공정흐름도에서 3단계(S3)를 설명하는 개략적인 모식도이다.
도7은 도3의 공정흐름도에서 4단계(S4)를 설명하는 개략적인 모식도이다.1 is a schematic perspective view of a composite material for a fuel cell bipolar plate according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view of a fuel cell bipolar plate according to another embodiment of the present invention.
3 is a schematic process flow diagram of a fuel cell bipolar plate according to another embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a schematic diagram for explaining step (S1) in the process flow chart of Fig. 3;
5 is a schematic diagram for explaining step 2 (S2) in the process flow chart of FIG.
Fig. 6 is a schematic diagram for explaining step S3 in the process flow chart of Fig. 3. Fig.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating step (S4) in the process flow chart of FIG.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
이하에서 기재의 상부 (또는 하부) 또는 기재의 상 (또는 하)에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, formation of an arbitrary structure in the upper part (or lower part) or the upper part (or lower part) of the substrate means not only that an arbitrary constitution is formed in contact with the upper surface (or lower surface) of the substrate, And any configuration formed on (or under) the substrate.
본 발명의 일 구현예에서, 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발 및 함침 수지를 포함하고, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발을 한 개의 층으로 하여 복수 개의 층을 포함하는 연료전지 분리판용 복합재를 제공한다. 도1은 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 사시도를 개략적으로 나타내고, 도1에 나타난 바와 같이, 상기 함침 수지(120) 내에 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)로 형성된 층이 복수 개로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first conductive continuous fiber bundle and the impregnated resin are aligned in one direction, and the first conductive continuous fiber bundle aligned in one direction is a single layer, A composite material for a fuel cell separator is provided. 1 schematically shows a perspective view of a
상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)은 단일 평면 상에서 일 방향으로 정렬될 수 있고 이웃하는 제1 도전성 연속섬유다발(110)들이 부분적으로 또는 전체적으로 밀착되어 예를 들어, 시트로서 형성될 수 있으며, 그에 따라 제1 도전성 연속섬유다발(110) 시트가 한 개의 층으로서 형성될 수 있다. 즉, 상기 함침 수지(120) 내에 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110) 시트가 복수 개로 포함될 수 있다.The first conductive
구체적으로, 상기 복수 개의 층이 서로 평행할 수 있고, 그에 따라, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)이 상기 함침 수지(120) 내에서 상기 일 방향으로 정렬될 수 있다.Specifically, the plurality of layers may be parallel to each other, so that the first conductive
최근 고분자 수지 및 전도성 섬유를 포함하는 고분자 복합재료 분리판이 사용되고 있으나, 이러한 고분자 복합재료 분리판은 요구되는 전기전도도 및 열전도도를 만족하기 위해 도전성 섬유 외에도 다량의 도전성 필러 등을 별도로 첨가하는 단계가 추가되어 공정이 복잡해지므로 시간 및 비용이 더욱 소모되어 생산성이 낮으며, 또한, 이러한 도전성 필러를 다량으로 포함하는 경우에는 성형 가공성이 저하되는 문제가 있다. 게다가, 연료전지 분리판 내에 도전성 섬유나 도전성 필러가 방향성 없이 불균일하게 분산되어 있는 경우 전류의 흐름이 불균일하게 되고 절연 성능을 갖는 고분자 수지에 의해 부분적으로 전류의 흐름이 단절될 수 있어, 접촉 저항이 증가되면서 전기 전도성이 감소될 수 있다. Recently, a polymer composite separator including a polymer resin and a conductive fiber has been used. However, in order to satisfy the required electrical conductivity and thermal conductivity, the polymer composite separator requires addition of a large amount of conductive filler in addition to the conductive fiber And the process becomes complicated. Therefore, time and cost are further consumed, resulting in low productivity. Further, when such a conductive filler is contained in a large amount, there is a problem that molding processability is deteriorated. In addition, when the conductive fiber or the conductive filler is nonuniformly dispersed in the fuel cell separator without directionality, the flow of current becomes uneven and the flow of current can be partially cut off by the polymer resin having the insulating performance, The electrical conductivity can be reduced.
이에, 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)가 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110) 및 함침 수지(120)를 포함하여 후술하는 바와 같이, 이를 연료전지 분리판으로 형성하는 경우 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 상기 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하도록 적용시킬 수 있어, 상기 연료전지 분리판 내에서 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 전류의 흐름 방향과 동일하게 형성될 수 있다. 그에 따라 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)로 제조한 분리판을 포함하는 연료전지의 구동시 전류가 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 따라 흐를 수 있으므로 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 전류의 흐름의 단절을 효과적으로 방지할 수 있다.Accordingly, in one embodiment of the present invention, the
그 결과, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 금속 재질로 형성하지 않아 내부식성이 우수하고, 다량의 도전성 필러를 별도로 포함하지 않아 공정성, 생산성 및 성형 가공성이 우수하며, 이와 동시에 전류의 흐름이 더욱 균일해지면서 단절이 방지될 수 있으므로 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있는 이점이 있다. As a result, the
본 명세서에서, 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면은 연료 전지 또는 단위 전지 내에서 기체 확산층, 막전극접합체 등과 접하는 한 쌍의 면으로서, 전류의 흐름 방향에 수직한 한 쌍의 면을 의미한다. 상기 연료전지 분리판은 대칭적인 형태로서 상기 한 쌍의 면이 상·하로 구분될 필요가 있는 것은 아니나, 설명의 편의상 상부면 및 하부면으로 언급하였으므로 상기 한 쌍의 면 중에서 상부면 또는 하부면은 임의로 선택될 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.In the present specification, the upper and lower surfaces of the fuel cell separator plate are a pair of surfaces in contact with the gas diffusion layer, the membrane electrode assembly, or the like in the fuel cell or the unit cell, and means a pair of surfaces perpendicular to the direction of current flow . The fuel cell separator is symmetrical in shape and the pair of faces need not be divided into an upper portion and a lower portion. However, since the upper and lower surfaces are referred to as the upper and lower surfaces for convenience of explanation, May be arbitrarily selected, and is not particularly limited.
또한, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)은 섬유 집속체라고도 하고, 섬유 필라멘트로서 제1 도전성 연속섬유가 예를 들어, 평균 1,000가닥 내지 48,000가닥이 집속되어 형성될 수 있다. 상기 섬유 필라멘트는 모노필라멘트, 멀티필라멘트 또는 이들 모두를 포함할 수 있고, 상기 모노필라멘트는 한 올로 형성된 실을 의미하고, 상기 멀티필라멘트는 복수의 올을 꼬아서 형성한 실을 의미할 수 있다.Also, the first conductive
상기 제1 도전성 연속섬유가 예를 들어, 이들을 바인더 수지 함유 조성물에 침적하거나 또는, 이들에 대해 바인더 수지 함유 조성물을 분사하여 집속시킴으로써 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 형성할 수 있다.The first conductive
상기 바인더 수지는 이 기술분야에서 공지된 종류를 사용할 수 있고 예를 들어, 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀롤로오즈계 수지 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The binder resin may be any of those known in the art and may be selected from, for example, an acrylic resin, a methacrylic resin, a polyisoprene, a vinyl resin, an epoxy resin, a urethane resin, a cellulosic resin, But it is not limited thereto.
상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)은 연속섬유다발의 표면이 도전성 필러로 코팅되거나, 또는 연속섬유다발의 내부에 도전성 필러가 분산되어 포함된 유기계 섬유, 무기계 섬유 또는 이들 모두를 포함할 수 있고, 그에 따라 이들 섬유를 따라 전류가 용이하게 흐를 수 있다.The first conductive
상기 유기계 섬유는 예를 들어, 폴리프로필렌 섬유 등과 같은 합성 섬유, 아라미드 섬유 등이 있고, 상기 무기계 섬유는 예를 들어, 유리섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유 등이 있다.The organic fibers include, for example, synthetic fibers such as polypropylene fibers and aramid fibers. The inorganic fibers include, for example, glass fibers, carbon fibers, and ceramic fibers.
구체적으로, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)이 팬(PAN)계, 피치(Pitch)계 및 레이온(Rayon)계 탄소 섬유; 탄소 나노섬유; 활성 탄소섬유; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. More specifically, the first conductive
또한, 상기 탄소 섬유 또는 상기 탄소 나노섬유는 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리벤질이미다졸(PBI), 셀룰로오스(Cellulose), 페놀(Phenol), 및 피치(Pitch)로 이루어진 선택된 하나 이상의 전구체로부터 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The carbon fiber or the carbon nanofiber may be selected from, for example, polyacrylonitrile (PAN), polybenzylimidazole (PBI), cellulose, phenol, and pitch. May be formed from one or more precursors, but are not limited thereto.
상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이가 약 0.1mm 내지 약 2.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 길이를 가짐으로써 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)에 의해 연료전지 분리판을 형성하는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하도록 형성할 수 있고, 그에 따라 전류가 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 따라 흐를 수 있으므로 전류의 흐름이 균일해지면서 단절이 방지되어 우수한 전기전도성 및 낮은 접촉 저항을 구현할 수 있다. The length of the first conductive
상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이가 약 0.1mm 미만인 경우 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)이 상기 함침 수지(120)로 함침되는 공정 과정에서 섬유의 배향성이 쉽게 흐트러져 일 방향으로 정렬된 상태를 유지하기 어렵고, 약 2.0mm 초과인 경우 연료전지 분리판의 두께 규격에 따른 제한으로 인해 상기 연료전지 분리판을 형성하는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하도록 형성할 수 없고 평행하게 형성할 수 밖에 없다. When the length of the first conductive
다만, 이와 같이, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)로 형성된 층이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 평행하는 경우 상기 복수 개의 층들 사이에 절연 성능을 갖는 함침 수지(120)만으로 형성된 층 형상의 부분이 포함될 수 있어 전류의 흐름이 부분적으로 단절될 수 있으므로 접촉 저항 및 전기 전도성이 더욱 저하될 수 있다.However, if the layer formed of the first conductive
상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 두께가 예를 들어, 약 0.1mm 내지 약 0.2mm이고, 너비가 약 1.0mm 내지 약 20.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께 및 너비를 가짐으로써 상기 일 방향으로 더욱 용이하게 정렬될 수 있으면서 이를 포함하여 제조된 연료전지 분리판이 우수한 굴곡강도를 구현할 수 있다.The thickness of the first conductive
상기 필라멘트로서 제1 도전성 연속섬유의 평균 직경이 약 7㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다. 상기 범위 내의 직경을 가짐으로써 함침 수지(120)를 용이하게 함침시킬 수 있으면서 연료전지 분리판의 굴곡 강도를 우수한 수준으로 구현할 수 있다. The average diameter of the first conductive continuous fibers as the filament may be about 7 占 퐉 to about 30 占 퐉. By having the diameter within the above range, the impregnated
상기 필라멘트로서 제1 도전성 연속섬유의 선 밀도가 약 800g/km 내지 약 4,000g/km일 수 있다. 상기 범위 내의 선 밀도를 가짐으로써 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)에 의해 형성된 층을 적절히 포함할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있으면서 총 중량을 적절한 수준으로 형성하여 경량화를 실현할 수 있다.The line density of the first conductive continuous fibers as the filament may be about 800 g / km to about 4,000 g / km. By having the linear density within the above range, the layer formed by the first conductive
구체적으로, 약 800g/km 미만인 경우 상기 층을 너무 많이 포함해야 하므로 제조시간이 증가하여 생산성이 저하될 수 있고, 약 4,000g/km 초과인 경우 연료전지 분리판을 얇은 두께로 형성하기 어려우면서 총 중량이 증가하여 경량화 실현이 어려운 문제가 있다.In particular, if it is less than about 800 g / km, the layer must be included too much, resulting in an increase in the production time, resulting in a decrease in productivity. In the case of more than about 4,000 g / km, There is a problem that it is difficult to achieve weight reduction due to increased weight.
상기 함침 수지(120)는 열가소성 수지일 수 있고, 상기 열가소성 수지가 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polyprooylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리우레아(polyurea), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌비닐아세테이트(ethylenevinylacetate), 멜라민(melamine), 페놀(phenol), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아마이드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 아크릴(acryl), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The impregnated
또한, 상기 함침 수지(120)가 구체적으로 폴리아마이드를 포함하여, 굴곡강도를 더욱 향상시킬 수 있다.Further, the impregnated
상기 함침 수지(120) 대 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 중량비가 예를 들어, 약 1:40 내지 약 1:99일 수 있고, 구체적으로 약 1:70 내지 약 1:90일 수 있다. 상기 범위 내의 중량비를 가짐으로써 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)가 우수한 내구성 및 우수한 전기 전도성을 동시에 구현할 수 있다. The weight ratio of the impregnated
상기 연료전지 분리판용 복합재(100)가 예를 들어, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)로 형성된 층을 약 1개 내지 약 100개로 포함할 수 있다. 상기 층들 사이의 간격을 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 내구성 및 전기 전도성을 필요한 수준으로 구현하는데 필요한 수준으로 적절히 조절하면서 상기 범위 내의 개수로 포함함으로써 상기 층에 대해 수직한 방향에서의 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 두께를 적절히 조절할 수 있다.The
상기 층에 대해 수직한 방향에서의 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 두께(dv)가 약 0.12mm 내지 약 22.0mm일 수 있다. 상기 층에 대해 수직한 방향에서의 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 두께(dv)는 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출된 면의 폭일 수 있다. The thickness (d v) of the fuel cell separating panyong
상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)로 연료전지 분리판을 형성하는 경우 연료전지 분리판의 두께 규격을 고려할 때 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하도록 형성할 수 있고, 그에 따라, 연료전지 분리판의 전류의 흐름 방향과 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 동일하게 되어 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 단절을 효과적으로 방지하여 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기전도성을 구현할 수 있다.When the fuel cell separator is formed of the
상기 층에 대해 평행하면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이방향에 대해 수직한 방향에서의 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 너비(dp)가 약 25.0mm 내지 약 100.0mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 층에 대해 평행하면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이방향에 대해 수직한 방향에서의 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 너비(dp)는 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출된 면의 너비일 수 있다.The width d p of the
일 구현예에서, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)이 균일하게 일 방향으로 정렬되고, 상기 복수 개의 층이 모두 평행할 수 있고, 그에 따라 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 모두 평행할 수 있고, 그에 따라, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)를 연료전지 분리판을 형성하는 경우 전류의 흐름 방향과 상기 길이 방향(L)이 동일하도록 형성함으로써 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 단절을 방지할 수 있다.In one embodiment, the first conductive
단섬유 등을 사용하는 경우 예를 들어 니들펀칭이나, 정전식모 공정을 적용하여 일정한 방향으로 배향시킬 수 있으나, 후속하는 수지 함침 공정으로서 수지에 침지하거나 열압착에 의해 성형하는 과정에서 단섬유의 배향성이 흐트러지게 되어 일 방향으로 정렬된 상태를 유지하기 어려우므로 연료전지 분리판 내의 전류가 불균일하게 흐르고, 부분적으로 단절될 수 있다. 이러한 단섬유의 길이는 예를 들어 약 2.0mm 내지 약 5.0mm일 수 있다.In the case of using short fibers, for example, needle punching or electrostatic flocking can be applied, the resin can be oriented in a certain direction. However, as a subsequent resin impregnating step, in the process of being dipped in a resin or molded by thermocompression, The current in the fuel cell separator flows unevenly and can be partially disconnected because it is difficult to maintain the aligned state in one direction. The length of such short fibers may be, for example, from about 2.0 mm to about 5.0 mm.
상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 직선형의 연속섬유를 사용함으로써 더욱 용이하게 일 방향으로 균일하게 정렬시킬 수 있고, 후속하는 수지 함침 공정에 의하더라도 섬유의 배향성을 우수한 수준으로 유지할 수 있어, 전술한 바와 같이 연료전지 분리판으로 형성하는 경우 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 단절을 방지할 수 있다.The
상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재(100)가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 양 말단면(end face)이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 각각 노출될 수 있다. 그에 따라, 상기 양 말단면을 통해 전류가 용이하게 흐를 수 있어 상기 연료전지 분리판의 접촉 저항이 더욱 낮아질 수 있으므로 더욱 우수한 전기전도성을 구현할 수 있다. When the
도1을 참고하여, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)가 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면(S2)을 포함하고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 측면(S2)으로 부착되어 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
즉, 하나의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 일 측면(S2)과 다른 하나의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 일 측면(S2)이 서로 접하는 방식으로 적층된 후 열압착에 의해 부착되어 성형됨으로써 형성될 수 있다.That is, after the lamination in one of one side surface (S 2) of the fuel cell separating panyong
그에 따라, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단이 노출된 한 쌍의 면(S1)들이 모여 한 쌍의 평면을 형성하고, 상기 한 쌍의 평면이 각각 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면으로 형성될 수 있어, 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출될 수 있다.Accordingly, when a plurality of fuel cell separator
일 구현예에서, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 상기 하부면에 수직할 수 있다. In one embodiment, the longitudinal direction of the first conductive
그에 따라, 상기 연료전지 분리판 내의 전류의 흐름 방향과 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 동일하게 되어 상기 전류가 상기 상부면에서부터 상기 하부면까지, 또는 역방향으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 따라 용이하게 흐를 수 있으므로 전술한 바와 같이, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 일 방향으로 정렬시킴으로써 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 단절을 방지하여 상기 연료전지 분리판은 더욱 낮은 접촉 저항 및 더욱 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있다.The flow direction of the current in the fuel cell separator and the longitudinal direction L of the first conductive
일 구현예에서, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 도전성 필러를 별도로 포함하지 않을 수 있다.In one embodiment, the
통상 연료전지 분리판에서 요구되는 전기전도도 및 열전도도를 만족하기 위해서는 도전성 섬유 외에도 다량의 도전성 필러 등을 별도로 첨가하는 단계가 추가되어야 하므로 공정이 복잡해져 시간 및 비용이 더욱 소모되어 생산성이 낮으며, 또한, 이러한 도전성 필러를 다량으로 포함하는 경우에는 성형성 및 가공성이 저하되는 문제가 있다.In order to satisfy the electric conductivity and the thermal conductivity required in a fuel cell separator, a step of additionally adding a large amount of conductive filler in addition to the conductive fiber must be additionally required, which complicates the process, consumes more time and costs, If such a conductive filler is contained in a large amount, there is a problem that moldability and workability are deteriorated.
전술한 바와 같이, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출되면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 전류의 흐름 방향과 동일하도록 형성될 수 있으므로 별도의 도전성 필러를 포함하지 않고서도 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있는 이점이 있다.As described above, the
그에 따라, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 제조 공정이 단순화되어 시간 및 비용이 절감되므로 생산성이 효과적으로 향상될 수 있고, 이와 동시에 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)의 성형 가공성이 더욱 향상될 수 있다.Accordingly, since the manufacturing process of the
상기 도전성 필러가 예를 들어, 탄소 분말, 판상 흑연, 구상 흑연, 팽창 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 수퍼 P, 활성 탄소, 탄소 섬유, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼, 카본 나노 링 등을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Wherein the conductive filler is at least one selected from the group consisting of carbon powder, platelet graphite, spheroidal graphite, expanded graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, denka black, super P, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanofiber, Nanowires, carbon nanohorns, carbon nanorings, and the like, but are not limited thereto.
일 구현예에서, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)에 포함된 상기 층이 상기 일 방향과 상이한 방향으로 정렬된 제2 도전성 연속섬유다발을 더 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다. 상기 제2 도전성 연속섬유다발이 상기 상이한 방향으로 정렬된 것을 제외하고는 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)에 대하여 전술한 바와 동일할 수 있다. In one embodiment, the layer included in the composite 100 for the fuel cell separator may or may not further include a second conductive continuous fiber bundle aligned in a direction different from the one direction. The first conductive
상기 제2 도전성 연속섬유다발은 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)에 대해 서로 교차되게 직조된 직조물 형태로 포함되거나, 또는 직조되지 않고 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110) 상에 부분적으로 또는 전체적으로 밀착된 상태로 포함될 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.The second conductive continuous fiber bundle may be included in the form of a woven fabric that is woven crosswise to the first conductive
상기 제2 도전성 연속섬유다발이 더 포함되는 경우 굴곡 강도가 낮아지는 경향이 있으나, 외부 충격을 더욱 용이하게 흡수하여 예를 들어 충격 강도 등은 향상될 수 있으므로 발명의 목적 및 용도에 따라 적절히 더 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.When the second conductive continuous fiber bundle is further included, the bending strength tends to be lowered. However, since the external impact can be absorbed more easily, for example, the impact strength and the like can be improved, Or not.
상기 제2 도전성 연속섬유다발이 직조물 형태로 포함되는 경우 예를 들어, 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)이 경사가 되고, 상기 제2 도전성 연속섬유다발이 위사가 되어 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110) 사이에 끼워 넣어 조합시킴으로써 직조될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. When the second conductive continuous fiber bundle is included in the form of a woven material, for example, the first conductive
상기 직조물 형태란 평직, 능직, 수자직 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 형태로 직조된 직조물을 의미할 수 있고, 구체적인 직조 형태는 구현하고자 하는 물성이나 용도에 따라 선택될 수 있다.The woven fabric may be woven in a form including at least one selected from the group consisting of plain woven, twilled, water-woven, and combinations thereof, and the specific woven fabric may be selected according to the physical properties or applications to be implemented .
예를 들어, 상기 제2 도전성 연속섬유다발을 포함하는 경우 상기 함침 수지(120) 대 상기 제2도전성 연속섬유의 중량비가 약 1:40 내지 약 1:99일 수 있고, 구체적으로 약 1:70 내지 약 1:90일 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함됨으로써 전기 전도성 및 내구성을 적절히 조절하여 이들 두 가지 물성을 동시에 우수한 수준으로 구현할 수 있다.
For example, when the second conductive continuous fiber bundle is included, the weight ratio of the impregnated
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)에 의해 형성되고, 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 양 말단면(end face)이 각각 노출된 연료전지 분리판(200)을 제공한다. 도2는 상기 연료전지 분리판(200)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 일 구현예에서 전술한 바와 같다.In another embodiment of the present invention, the end faces of the first conductive
상기 연료전지 분리판(200)은 상부면 및 하부면에 상기 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출되면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 상기 연료전지 분리판(200) 내의 전류의 흐름 방향과 동일하게 형성되므로 전류가 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)을 따라 흐를 수 있어, 전류의 흐름을 균일하게 함과 동시에 전류의 흐름의 단절을 효과적으로 방지할 수 있다.The
그 결과, 상기 연료전지 분리판용 복합재(100)는 금속 재질로 형성하지 않아 내부식성이 우수하고, 다량의 도전성 필러를 별도로 포함하지 않아 공정성, 생산성 및 성형 가공성이 우수하며, 이와 동시에 전류의 흐름이 더욱 균일해지면서 단절이 방지될 수 있으므로 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있는 이점이 있다. As a result, the
상기 연료전지 분리판용 복합재(100)가 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면(S2)을 포함하고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)가 열압착에 의해 상기 측면(S2)으로 부착되어 성형될 수 있다.Wherein the composite material for a fuel cell separator includes two surfaces of which both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed and side faces (S 2 ) therebetween, The
즉, 하나의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 일 측면(S2)과 다른 하나의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 일 측면(S2)이 서로 접하는 방식으로 적층된 후 열압착에 의해 부착되어 성형됨으로써 형성될 수 있다. 그에 따라, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)가 연료전지 분리판(200)으로 형성되는 경우 상기 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재(100)의 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단이 노출된 한 쌍의 면(S1)들이 모여 한 쌍의 평면을 형성하고, 상기 한 쌍의 평면이 각각 상기 연료전지 분리판(200)의 상부면 및 하부면으로 형성될 수 있어, 상기 연료전지 분리판(200)의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 말단면이 노출될 수 있다.That is, after the lamination in one of one side surface (S 2) of the fuel cell separating panyong
다른 구현예에서, 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 상기 연료전지 분리판(200)의 상부면 및 상기 하부면에 수직할 수 있고, 그에 따라 상기 제1 도전성 연속섬유다발(110)의 길이 방향(L)이 상기 연료전지 분리판(200) 내의 전류의 흐름 방향과 동일하게 되어 우수한 전기 전도성 및 낮은 접촉 저항을 구현할 수 있다.In another embodiment, the length L of the first conductive
상기 분리판의 총 두께가 약 0.1mm 내지 약 2.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 분리판을 포함하는 연료 전지 또는 단위 전지의 규격을 지나치게 증가시키지 않으면서 절연 유지를 위한 분리 성능을 충분히 구현할 수 있다. 상기 분리판의 총 두께가 약 2.0mm를 초과하는 경우 연료전지의 구성 부품들 중 가장 큰 무게 비중을 차지하고 있는 분리판의 경량화 및 소형화를 달성하지 못하는 문제점이 있다. The total thickness of the separator plate may be from about 0.1 mm to about 2.0 mm. By having the thickness within the above range, the separating performance for maintaining the insulation can be sufficiently realized without excessively increasing the size of the fuel cell or the unit cell including the separator. When the total thickness of the separator exceeds about 2.0 mm, it is not possible to achieve weight reduction and miniaturization of the separator which occupies the largest weight portion among the constituent parts of the fuel cell.
상기 연료전지 분리판(200)은 예를 들어, 접촉 저항이 약 20mΩ·cm2 이하일 수 있고, 구체적으로, 약 10mΩ·cm2 내지 약 20mΩ·cm2일 수 있으며, 부식전류 밀도가 예를 들어, 약 10μA/cm2 이하일 수 있고, 구체적으로, 약 1.5μA/cm2 내지 약 10μA/cm2일 수 있다. 상기 범위 내의 접촉 저항을 가짐으로써 우수한 전기 전도성을 구현하여 연료 전지의 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 이와 동시에 상기 범위 내의 부식전류 밀도를 가짐으로써 내부식성이 향상되어 장기간 우수한 내구성을 구현할 수 있다.For example, the
또한, 상기 연료전지 분리판(200)의 전기전도도는 약 100S/cm내지 약 200S/cm일 수 있고, 그에 따라 우수한 전기적 물성을 구현할 수 있어 에너지 효율이 향상될 수 있다.Also, the electric conductivity of the
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본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 연료전지 분리판의 제조방법을 제공하고, 도3에서 상기 제조방법의 공정흐름도를 개략적으로 나타낸다. 도4 내지 도7은 상기 제조방법에 포함된 하기 각 단계를 설명하는 모식도를 개략적으로 나타낸다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing the fuel cell bipolar plate, and schematically shows a process flow chart of the manufacturing method in Fig. Figs. 4 to 7 schematically show a schematic diagram for explaining each of the following steps included in the above manufacturing method. Fig.
상기 제조방법은 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 형성하는 단계(S1); 상기 복수 장의 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 적층한 후 함침 수지에 대해 침지 및 건조를 수행하거나, 또는 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층한 후 열압착을 수행하여, 예비 복합재를 형성하는 단계(S2); 상기 예비 복합재를 약 0.1mm 내지 약 2.0mm의 범위 내에서 일정한 간격으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향에 대해 수직하게 절단하여 연료전지 분리판용 복합재를 형성하는 단계(S3); 및 상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재로 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 각각 노출되도록 연료전지 분리판을 제조하는 단계(S4);를 포함한다. The manufacturing method includes: forming a first conductive continuous fiber bundle sheet (S1); The first conductive continuous fiber bundle sheets are laminated and then impregnated with the impregnated resin and dried, or the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film are alternately laminated, followed by thermocompression bonding, Forming a preliminary composite material (S2); Forming a composite material for a fuel cell separator by cutting the preliminary composite material perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle at regular intervals within a range of about 0.1 mm to about 2.0 mm; And fabricating a fuel cell bipolar plate such that both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed to the upper and lower surfaces of the fuel cell bipolar plate by the composite material for the at least one fuel cell bipolar plate S4).
상기 제조방법에 의해 일 구현예에서 전술한 연료전지 분리판용 복합재 및 다른 구현예에서 전술한 연료전지 분리판을 제조할 수 있고, 그에 따라 상기 연료전지 분리판이 우수한 공정성, 우수한 생산성, 우수한 성형 가공성, 우수한 내부식성, 낮은 접촉 저항 및 우수한 전기 전도성을 구현할 수 있다.By the above-described manufacturing method, it is possible to manufacture the above-described fuel cell separator in the composite material for fuel cell separator and the above-described fuel cell separator in one embodiment, whereby the fuel cell separator has excellent processability, excellent productivity, Excellent corrosion resistance, low contact resistance and excellent electrical conductivity can be realized.
상기 제1 도전성 연속섬유다발, 상기 함침 수지 및 상기 연료전지 분리판용 복합재는 일 구현예에서 전술한 바와 같다. The composite material for the first conductive continuous fiber bundle, the impregnation resin, and the fuel cell separator is as described above in one embodiment.
또한, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트의 두께가 예를 들어, 약 200㎛ 내지 약 300㎛일 수 있고, 상기 함침 수지 필름은 상기 함침 수지로 형성된 필름으로서 두께가 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 100㎛일 수 있으나, 발명의 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있고, 이에 한정되지 않는다.Further, the thickness of the first conductive continuous fiber bundle sheet may be, for example, about 200 탆 to about 300 탆, and the impregnated resin film is a film formed of the impregnated resin, for example, But may be varied depending on the purpose and function of the invention, but is not limited thereto.
상기 제조방법에서, 상기 제1 도전성 연속섬유 다발을 단일 평면 상에서 일 방향으로 정렬시켜 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 형성할 수 있고, 구체적으로, 상기 제1 도전성 연속섬유다발이 일 방향으로 균일하게 정렬되어 시트로서 형성될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트가 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발을 포함할 수 있다.In the above manufacturing method, the first conductive continuous fiber bundle sheet can be formed by aligning the bundles of the first conductive continuous fiber bundles in one direction on a single plane, and specifically, the bundles of the first conductive continuous fiber bundles can be uniformly And may be formed as a sheet. Accordingly, the first conductive continuous fiber bundle sheet may include a first conductive continuous fiber bundle aligned in one direction.
또한, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 형성하는 단계에서, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트는 상기 일 방향과 상이한 방향으로 정렬된 제2 도전성 연속섬유다발을 더 포함시키거나, 또는 포함시키지 않은 상태로 형성할 수 있다. 상기 제2 도전성 연속섬유다발은 상기 제1 도전성 연속섬유 다발에 대해 서로 교차되게 직조된 직조물 형태로 포함시키거나, 또는 직조되지 않고 상기 제1 도전성 연속섬유다발 상에 부분적으로 또는 전체적으로 밀착된 상태로 포함시킬 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제2 도전성 연속섬유다발은 일 구현예에서 전술한 바와 같다.Further, in the step of forming the first conductive continuous fiber bundle sheet, the first conductive continuous fiber bundle sheet may further include a second conductive continuous fiber bundle aligned in a direction different from the one direction, As shown in FIG. The second conductive continuous fiber bundle may be included in the form of a woven fabric that is interwoven with the first conductive continuous fiber bundle or may be partially or wholly adhered on the first conductive continuous fiber bundle without being woven But are not limited thereto. The second conductive continuous fiber bundle is as described above in one embodiment.
상기 제조방법에서, 상기 복수 장의 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 적층한 후 함침 수지에 대해 침지 및 건조를 수행하거나, 또는 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층한 후 열압착을 수행하여, 예비 복합재를 형성할 수 있다. 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층하는 경우 열압착에 의해 상기 함침 수지 필름이 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트에 함침되게 되므로 이들 중 어느 하나가 최외각층으로 형성될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.In the above manufacturing method, after impregnating and drying the impregnated resin after laminating the plurality of first conductive continuous fiber bundle sheets or alternately laminating the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film, Compression can be performed to form a preliminary composite. When the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film are alternately laminated, the impregnated resin film is impregnated into the first conductive continuous fiber bundle sheet by thermocompression, so that any one of them may be formed as an outermost layer And is not particularly limited.
상기 예비 복합재는 도5에 나타난 바와 같이, 상기 함침 수지 내에 상기 복수 장의 제1 도전성 연속섬유다발 시트가 서로 평행하게 포함된 형태로 형성된 복합 재료일 수 있고, 상기 연료전지 분리판용 복합재를 형성하는데 사용하는 예비 재료이다. 구체적으로, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 한 개의 층으로 하여 상기 함침 수지 내에 상기 복수 개의 층이 서로 평행하여 포함될 수 있다.As shown in FIG. 5, the preliminary composite material may be a composite material in which the plurality of first conductive continuous fiber bundle sheets are included in parallel with each other in the impregnation resin, and the composite material used for forming the composite material for the fuel cell separator . Specifically, the first conductive continuous fiber bundle sheet may be a single layer, and the plurality of layers may be included in parallel with each other in the infiltration resin.
상기 예비 복합재는 예를 들어, 핫프레스에 의해 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 약 10kg/㎠ 내지 약 100 kg/㎠의 압력으로 열압착을 수행하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다The preliminary composite material may be formed by, for example, hot pressing at a temperature of about 100 째 C to about 300 째 C and performing a thermal compression at a pressure of about 10 kg / cm 2 to about 100 kg /
상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층하는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트의 상부, 하부 또는 상·하부로 상기 함침 수지 필름을 적층시킨 후 열과 압력을 가하여 상기 함침 수지로부터 용융된 수지가 상기 제1 도전성 연속섬유다발로 스며들어 함침하도록 할 수 있다.When the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film are alternately laminated, the impregnated resin film is laminated on the upper, lower or upper and lower portions of the first conductive continuous fiber bundle sheet, and then heat and pressure are applied, The molten resin can be impregnated into the bundle of the first conductive continuous fibers.
그에 따라, 상기 예비 복합재에서, 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트가 한 개의 층으로서 형성되고, 상기 층이 복수 개로 포함되면서 상기 복수 개의 층이 모두 평행할 수 있어 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향이 모두 평행할 수 있다.Accordingly, in the preliminary composite, the first conductive continuous fiber bundle sheet is formed as one layer, and the plurality of layers may be all parallel with each other, so that the length of the first conductive continuous fiber bundle All directions can be parallel.
상기 제조방법에서, 상기 예비 복합재를 약 0.1mm 내지 약 2.0mm의 범위 내에서 일정한 간격으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향에 대해 수직하게 절단하여 연료전지 분리판용 복합재를 형성할 수 있다. 즉, 약 0.1mm 내지 약 2.0mm의 범위 내에서 동일한 간격으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향에 대해 수직하게 절단되어 형성된 연료전지 분리판용 복합재를 사용할 수 있어, 연료전지 분리판을 제조하는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 노출된 한 쌍의 면들이 모여 각각 상기 연료전지 분리판의 마주보는 양 표면 즉, 상부면 및 하부면을 형성하도록 할 수 있다.In the above manufacturing method, the composite material for a fuel cell separator may be formed by cutting the preliminary composite material perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle at regular intervals within a range of about 0.1 mm to about 2.0 mm. That is, it is possible to use a composite material for a fuel cell separator, which is cut perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle at equal intervals within a range of about 0.1 mm to about 2.0 mm, A pair of surfaces from which both end faces of the first conductive continuous fiber bundle are exposed may be gathered to form opposing surfaces of the fuel cell separator, that is, upper and lower surfaces.
이와 같이, 상기 범위 내에서 일정한 간격으로 절단함으로써 상기 연료전지 분리판용 복합재에 포함된 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이를 약 0.1mm 내지 약 2.0mm인 수준으로 형성할 수 있다. 상기 범위 내의 길이로 형성함으로써 상기 연료전지 분리판용 복합재에 의해 연료전지 분리판을 형성하는 경우 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하도록 형성할 수 있고, 그에 따라 전류가 상기 제1 도전성 연속섬유다발을 따라 흐를 수 있으므로 전류의 흐름이 균일해지면서 단절이 방지되어 우수한 전기전도성 및 낮은 접촉 저항을 구현할 수 있다. In this manner, the length of the first conductive continuous fiber bundle included in the composite material for a fuel cell separator can be formed at a level of about 0.1 mm to about 2.0 mm by cutting at regular intervals within the above range. When the fuel cell separator is formed by the composite material for the fuel cell separator, the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle is formed to be perpendicular to the upper surface and the lower surface of the fuel cell separator So that current can flow along the bundle of the first conductive continuous fibers, so that the flow of the current is made uniform and the disconnection is prevented, so that excellent electrical conductivity and low contact resistance can be realized.
상기 적어도 하나의 연료전지 분리판용 복합재로 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 각각 노출되도록 연료전지 분리판을 제조할 수 있다.The fuel cell separator may be manufactured such that the end faces of the bundles of the first conductive continuous fiber bundle are respectively exposed to the upper and lower surfaces of the fuel cell separator plate by the composite material for the at least one fuel cell separator plate.
예를 들어, 상기 절단되어 형성된 연료전지 분리판용 복합재의 규격이 구현하고자 하는 연료전지 분리판의 규격에 부합하는 경우 상기 하나의 연료전지 분리판용 복합재를 그대로 연료전지 분리판으로 사용하거나, 또는 열압착에 의해 성형하여 연료전지 분리판을 제조할 수 있다. 상기 하나의 연료전지 분리판용 복합재를 열압착에 의해 성형하는 경우 예를 들어, 핫프레스의 의해 수행할 수 있고, 이 때의 온도 및 압력 조건은 적절히 설정하여 수행할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.For example, if the size of the composite material for the fuel cell separator formed in accordance with the standard of the fuel cell separator to be implemented is used as the fuel cell separator plate as it is, So that the fuel cell separator can be manufactured. When the composite material for one fuel cell separator is formed by thermocompression bonding, for example, it can be carried out by hot pressing, and the temperature and pressure conditions at this time can be carried out by appropriately setting, and there is no particular limitation.
또한, 예를 들어, 상기 절단되어 형성된 연료전지 분리판용 복합재의 규격이 구현하고자 하는 연료전지 분리판의 규격보다 작은 경우, 예를 들어, 상기 층에 대해 수직한 방향에서의 두께가 작은 경우에는 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재를 열압착에 의해 부착하여 성형함으로써 연료전지 분리판을 제조할 수 있다.For example, when the size of the composite material for a fuel cell separator formed by cutting is smaller than the size of a fuel cell separator to be implemented, for example, when the thickness in a direction perpendicular to the layer is small, The fuel cell separator plate can be manufactured by attaching the composite material for fuel cell separator plates by thermocompression bonding.
일 구현예에서 전술한 바와 같이, 도1을 참고하여, 상기 연료전지 분리판용 복합재가 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면을 포함하고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 측면으로 부착되어 형성될 수 있다.1, the composite material for a fuel cell separator includes two surfaces, both end surfaces of which are exposed at both end faces of the first conductive continuous fiber bundle, and side surfaces therebetween, and a plurality of When the fuel cell separator plate composite member is formed of the fuel cell separator plate, it may be attached to the side surface.
즉, 하나의 연료전지 분리판용 복합재의 일 측면과 다른 하나의 연료전지 분리판용 복합재의 일 측면이 서로 접하는 방식으로 적층된 후 열압착에 의해 부착되어 성형됨으로써 형성될 수 있다. That is, one side of the composite material for one fuel cell separator and one side of the composite material for the other fuel cell separator may be laminated in a manner in which they are in contact with each other, and then adhered and formed by thermocompression bonding.
그에 따라, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재가 연료전지 분리판으로 형성되는 경우 상기 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재의 제1 도전성 연속섬유다발의 말단이 노출된 한 쌍의 면들이 모여 한 쌍의 평면을 형성하고, 상기 한 쌍의 평면이 각각 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면으로 형성될 수 있다. Accordingly, when the composite material for a plurality of fuel cell divider plates is formed of a fuel cell divider plate, a pair of planar surfaces of the ends of the first conductive continuous fiber bundle of the composite material for the plurality of fuel cell divider plates are gathered to form a pair of planes And the pair of planes may be formed as the upper surface and the lower surface of the fuel cell separator, respectively.
상기 열압착은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 모든 방향에서 수행될 수 있고, 복수 개의 연료전지 분리판용 복합재의 물성이 크게 변형되지 않는 범위 내에서 열과 압력을 적절히 적용하여 부착되도록 성형할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. The thermocompression bonding can be performed in all directions according to a method known in the art and can be applied so that the heat and pressure are suitably applied and adhered within a range that the physical properties of the composite material for a plurality of fuel cell separators are not significantly deformed , And is not particularly limited.
상기 연료전지 분리판은 예를 들어, 핫프레스에 의해 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 약 1kg/㎠ 내지 약 10kg/㎠의 압력으로 열압착을 수행하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다The fuel cell separator may be formed by, for example, hot pressing at a temperature of about 100 캜 to about 300 캜 and performing a thermal compression at a pressure of about 1 kg / cm 2 to about 10 kg / cm 2,
구체적으로, 상기 연료전지 분리판용 복합재를 형성하는 열압착은 상기 연료전지 분리판을 형성하는 열압착의 경우와 동일하거나 더욱 높은 온도; 또는 동일하거나 더욱 높은 압력; 조건 하에서 수행될 수 있다.
Specifically, the thermal compression to form the composite material for the fuel cell separator may be performed at a temperature equal to or higher than that of the case of the thermal compression forming the fuel cell separator. Or the same or higher pressure; Under conditions.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하고, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and the present invention should not be limited thereto.
실시예Example
실시예Example 1 One
평균 직경이 7㎛이고, 선 밀도가 1650g/km인 제1 도전성 탄소연속섬유 3,000가닥으로 형성된 길이 250mm의 제1 도전성 탄소연속섬유다발을 단일 평면 상에서, 일 방향으로 정렬시켜 제1 도전성 탄소연속섬유다발 시트를 준비하였고, 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발 시트의 크기가 250Ⅹ250Ⅹ0.3mm였다.A first conductive carbon continuous fiber bundle having a length of 250 mm formed of 3,000 strands of the first conductive carbon continuous fibers having an average diameter of 7 μm and a line density of 1650 g / km was aligned in one direction on a single plane to form a first conductive carbon continuous fiber A bundle sheet was prepared, and the size of the first conductive carbon continuous fiber bundle sheet was 250 x 250 x 0.3 mm.
이후 20장의 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 탄소연속섬유다발 시트 및 20장의 250Ⅹ250Ⅹ0.1mm 크기의 폴리프로필렌 수지 필름을 교대로 적층한 후 220℃의 온도 및 40kg/㎠의 압력으로 열압착을 수행하여 연료전지 분리판용 복합재를 형성하였다.Thereafter, 20 sheets of the first conductive carbon continuous fiber bundle sheet aligned in one direction and twenty 250 x 250 x 0.1 mm polypropylene resin films were alternately laminated, followed by thermocompression at a temperature of 220 캜 and a pressure of 40 kg / cm 2 Thereby forming a composite material for a fuel cell separator.
이어서, 상기 연료전지 분리판용 복합재를 2.0mm 간격으로 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발의 길이방향에 대해 수직하게 절단하여, 절단된 연료전지 분리판용 복합재가 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발의 양 말단면이 각각 노출된 2개의 면과 그 사이의 측면을 포함하였다.Next, the composite material for the fuel cell separator was cut perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive carbon continuous fiber bundle at intervals of 2.0 mm, and the composite material for the fuel cell separator was cut in both ends of the first conductive carbon continuous fiber bundle. The cross section includes two exposed surfaces and the side surface between them.
구체적으로, 절단된 연료전지 분리판용 복합재에 포함된 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발의 길이가 2.0mm였고, 폴리프로필렌 수지 대 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 중량비가 1:80이었다.Specifically, the length of the first conductive carbon continuous fiber bundle contained in the composite material for the cut fuel cell separator was 2.0 mm, and the weight ratio of the polypropylene resin to the first conductive continuous fiber bundle was 1:80.
또한, 이어서, 5개의 절단된 연료전지 분리판용 복합재를 각각의 일 측면이 서로 접하는 방식으로 적층한 후 핫프레스(Carver 社, Auto 30ton)에 의해 160℃의 온도 및 5kg/㎠의 압력으로 열압착에 의해 부착하여 연료전지 분리판을 제조하였다.Then, the composite material for the five cut fuel cell separators was laminated in such a manner that the respective side surfaces were in contact with each other, and then hot pressed (Carver, Auto 30ton) at 160 ° C and a pressure of 5 kg / To prepare a fuel cell separator.
그에 따라 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발의 양 말단면이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 노출되었고, 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발의 길이 방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 수직하는 방향이어서 전류의 흐름 방향과 동일하였으며, 상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다.
The ends of the first conductive carbon continuous fiber bundle are exposed on the upper surface and the lower surface of the fuel cell separator, and the longitudinal direction of the bundle of the first conductive carbon continuous fibers is the upper surface of the fuel cell separator. And a direction perpendicular to the lower surface, which was the same as the flow direction of the current, and the total thickness of the fuel cell separator was 2.0 mm.
실시예 2 (제2 도전성 연속섬유다발을 더 포함함) Example 2 (further comprising a second conductive continuous fiber bundle)
평균 직경이 7㎛이고, 선 밀도가 1650g/km인 제2 도전성 탄소연속섬유 3,000가닥으로 형성된 길이 250mm의 제2 도전성 탄소연속섬유다발을 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발과 서로 교차되게 직조하여 상기 제1 도전성 탄소연속섬유다발 시트에 상기 일 방향과 상이한 방향으로 정렬된 제2 도전성 탄소연속섬유다발을 더 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 연료전지 분리판을 제조하였다. A second conductive carbon continuous fiber bundle having a length of 250 mm formed of 3,000 strands of the second conductive carbon continuous fibers having an average diameter of 7 mu m and a line density of 1650 g / km was interwoven with the first conductive carbon continuous fiber bundle, The fuel cell separator was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the first conductive carbon continuous fiber bundle sheet was further provided with a second conductive carbon continuous fiber bundle aligned in a direction different from the one direction.
구체적으로, 절단된 연료전지 분리판용 복합재에 포함된 제2 도전성 탄소연속섬유다발의 길이가 250mm였고, 폴리프로필렌 수지 대 제2 도전성 탄소연속섬유다발의 중량비가 1:80였으며, 상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다.
Specifically, the length of the second conductive carbon continuous fiber bundle included in the cut material for the fuel cell separator was 250 mm, the weight ratio of the polypropylene resin to the second conductive carbon continuous fiber bundle was 1:80, Was 2.0 mm.
비교예 1 (고분자 수지 및 도전성 필러를 포함하고, 도전성 필러를 적게 포함한 경우) Comparative Example 1 (including a polymer resin and an electrically conductive filler and containing a small amount of electrically conductive filler)
폴리프로필렌 수지 50 중량% 및 도전성 필러로서 카본블랙 50 중량%를 혼합 및 교반한 조성물을 사출 성형함으로써 연료전지 분리판을 제조하였다.50% by weight of a polypropylene resin and 50% by weight of carbon black as a conductive filler were mixed and stirred to prepare a fuel cell separator by injection molding.
상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다.
The total thickness of the fuel cell separator was 2.0 mm.
비교예 2 (고분자 수지 및 도전성 필러를 포함하고, 도전성 필러를 적절한 양으로 포함한 경우) Comparative Example 2 (including a polymer resin and an electrically conductive filler, and an electrically conductive filler in an appropriate amount)
폴리프로필렌 수지 20 중량%; 및 도전성 필러로서 카본블랙 및 탄소나노튜브를 이들의 총합이 80 중량%;가 되도록 혼합 및 교반한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 조건 및 방법으로 연료전지 분리판을 제조하였다.20% by weight of a polypropylene resin; And carbon black as a conductive filler and carbon nanotubes were mixed and stirred in a total amount of 80% by weight of the carbon black and the carbon nanotubes as a conductive filler, to prepare a fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다.
The total thickness of the fuel cell separator was 2.0 mm.
비교예 3 (단섬유를 포함한 경우) Comparative Example 3 (including short fibers)
평균 직경이 7㎛이고 길이가 2mm의 탄소단섬유가 정전식모 기술을 사용하여 대체로 일 방향으로 배향된 탄소단섬유 시트를 형성하고, 이어서 상기 탄소단섬유 시트에 액상의 폴리프로필렌 수지를 침투시켜 연료전지 분리판용 복합재를 제조하였고, 폴리프로필렌 수지 대 상기 탄소단섬유의 중량비가 1:50이었다.A short carbon short fiber having an average diameter of 7 mu m and a length of 2 mm was formed by using electrostatic flocking technology to form a carbon mono short fiber sheet oriented substantially in one direction and then a liquid polypropylene resin was infiltrated into the short carbon fiber sheet, A composite material for a battery separator was prepared, and the weight ratio of the polypropylene resin to the carbon short fibers was 1:50.
또한, 이어서 상기 복합재를 핫프레스(Carver 社, Auto 30ton)에 의해 160℃의 온도 및 5kg/㎠의 압력으로 열압착에 의해 성형하여 연료전지 분리판을 제조하였고, 상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다.
Subsequently, the composite material was formed by thermocompression at 160 ° C and a pressure of 5 kg / cm 2 using a hot press (Carver, Auto 30ton) to produce a fuel cell separator. The total thickness Was 2.0 mm.
비교예 4 (탄소섬유의 길이방향이 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 대해 평행하는 경우) Comparative Example 4 (when the longitudinal direction of the carbon fibers was parallel to the upper and lower surfaces of the fuel cell separator)
평균 직경이 7㎛이고, 선 밀도가 1650g/km인 제1 도전성 연속섬유 3,000가닥으로 형성된 길이 250mm의 도전성 탄소연속섬유다발을 경사와 위사로 서로 교차되게 직조하여 직조물 형태의 탄소연속섬유 시트를 형성하였고, 상기 탄소연속섬유 시트의 크기가 250Ⅹ250Ⅹ0.025mm였으며, 상기 경사 간의 간격 및 상기 위사 간의 간격은 모두 동일하였다.A continuous carbon fiber bundle of 250 mm in length formed by 3,000 strands of the first conductive continuous fiber having an average diameter of 7 μm and a line density of 1650 g / km was weighed so as to cross each other with warp and weft to form a carbon continuous fiber sheet in the form of a woven material The size of the carbon continuous fiber sheet was 250 x 250 x 0.025 mm, and the intervals between the warp yarns and the weft yarns were the same.
이어서, 3 장의 상기 탄소연속섬유 시트 및 2장의 250Ⅹ250Ⅹ0.025mm 크기의 폴리프로필렌 수지 필름을 교대로 적층한 후 40kg/㎠의 압력 및 220℃의 온도로 열압착을 수행하여 연료전지 분리판을 제조하였고, 상기 연료전지 분리판의 총 두께는 2.0mm였다. Subsequently, three carbon continuous fiber sheets and two 250 x 250 x 0.025 mm polypropylene resin films were alternately laminated, followed by thermocompression at a pressure of 40 kg / cm 2 and a temperature of 220 캜 to prepare a fuel cell separator , And the total thickness of the fuel cell separator was 2.0 mm.
연료전지 분리판의 일반적인 규격을 고려할 때, 상기 탄소연속섬유의 길이방향이 상기 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 대해 모두 평행하도록 장착되어야 하므로 탄소연속섬유다발이 정렬된 방향이 연료 전지 내의 전류의 흐름 방향과 상이하였다. 게다가, 상기 탄소섬유의 시트 사이에 폴리프로필렌 수지만을 포함하는 층 부분이 존재하였다. 도4에 상기 비교예 4에 따른 연료전지 분리판의 개략적인 사시도를 나타내었다.
Considering the general standard of the fuel cell separator, since the longitudinal direction of the carbon continuous fibers is parallel to the upper and lower surfaces of the fuel cell separator plate, The direction of current flow was different. In addition, there was a portion of the layer containing only polypropylene resin between the sheets of the carbon fibers. 4 is a schematic perspective view of the fuel cell separator according to Comparative Example 4. As shown in FIG.
실험예Experimental Example
상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1-4에 따른 연료전지 분리판의 물성을 평가하여 하기 표 1에 기재하였다
The physical properties of the fuel cell bipolar plates according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1-4 were evaluated and are shown in Table 1 below
평가 방법Assessment Methods
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(전기전도도 및 접촉저항)(Electrical conductivity and contact resistance)
측정방법: 키슬리(Keithley/6220/2182A, USA) 장비에 의해 4-탐침법(4-probe method)을 사용하여 측정하였다.Measuring method: Measured using a 4-probe method by a Keithley / 6220 / 2182A, USA instrument.
또한, 상기 접촉 저항 측정기에서, 압축유지시험기(Instron 社, 5569A 5566)를 사용하여 100N/cm2의 압력을 제공하여 측정을 진행하였다.
Further, in the contact resistance measuring instrument, measurement was carried out by providing a pressure of 100 N / cm 2 using a compression holding tester (Instron, 5569A 5566).
(성형 가공성).(Molding processability).
측정방법: 상기 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1-4에 따른 연료전지 분리판의 표면에 홈이나 균열이 발생하였는지 여부를 육안으로 관찰하여, 상기 홈이나 균열이 발생하지 않아 성형 가공성이 우수한 경우를 “○”로 표시하고, 상기 홈이나 균열이 발생하여 성형 가공성이 열등한 경우를 “Ⅹ”로 표시하였으며, 양호한 경우를 "△"로 표시하였다.Measurement method: Whether or not grooves or cracks occurred on the surface of the fuel cell separator according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1-4 was visually observed, and the grooves and cracks did not occur, Quot ;, "? &Quot;, the case where the grooves or cracks occurred and the forming processability was inferior was denoted by " X ", and the preferable case was denoted by "DELTA ".
(상기 홈이나 균열은 이들의 깊이가 1mm 이상인 것을 발생한 것으로 관찰하였다.)
(The grooves or cracks were observed to have a depth of at least 1 mm.)
(S/cm)Electrical conductivity
(S / cm)
(mΩ·cm2)Contact resistance
(m? cm 2 )
상기 실시예 1 및 2에 따른 연료전지 분리판은 전기전도도, 접촉저항이 모두 우수한 수준으로 구현됨과 동시에 성형가공성도 우수함을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the fuel cell bipolar plates according to Examples 1 and 2 were both excellent in electrical conductivity and contact resistance and excellent in moldability.
반면, 비교예 1 내지 4에 따른 연료전지 분리판은 전기전도도가 현저히 낮고, 접촉저항이 현저히 높아 성능이 열등함을 확인할 수 있었다. 상기 비교예 2의 경우에는 성형 가공성도 열등함을 명확히 확인할 수 있었다.On the other hand, it was confirmed that the fuel cell separator according to Comparative Examples 1 to 4 had a significantly low electrical conductivity and a remarkably high contact resistance, which was inferior in performance. In the case of Comparative Example 2, it was clearly confirmed that the moldability was also inferior.
100: 연료전지 분리판용 복합재
110: 일 방향으로 정렬된 제1 도전성 연속섬유다발
120: 함침 수지
S1: 제1 도전성 연속섬유다발의 말단면이 노출된 한 쌍의 면
S2: 제1 도전성 연속섬유다발의 말단면이 노출된 한 쌍의 면 사이의 측면
L: 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향
200: 연료전지 분리판
dv: 층에 대해 수직한 방향에서의 연료전지 분리판용 복합재의 두께
dp: 층에 대해 평행하면서 제1 도전성 연속섬유다발의 길이방향에 대해 수직한 방향에서의 연료전지 분리판용 복합재의 너비100: Composite for fuel cell separator
110: first conductive continuous fiber bundle aligned in one direction
120: impregnated resin
S 1 : a pair of exposed faces of the end faces of the first conductive continuous fiber bundle
S 2 : a side surface between a pair of exposed surfaces of the end faces of the first conductive continuous fiber bundle
L: length of the first conductive continuous fiber bundle
200: Fuel cell separator plate
d v : thickness of composite material for fuel cell separator in a direction perpendicular to the layer
d p : the width of the composite material for the fuel cell baffle in a direction parallel to the layer and perpendicular to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle
Claims (22)
상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면이 노출된 2 개의 면들이 모여 형성되어 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이방향에 수직하며, 연료전지 내에서 기체 확산층 및 막전극접합체와 접하는 상부면과 하부면;을 포함하는
연료전지 분리판.
A first conductive continuous fiber bundle and an impregnated resin aligned in one direction, wherein both end faces of the first conductive continuous fiber bundle include two exposed faces and side faces therebetween, the side faces being attached to each other Composites for fuel cell separators; And
The upper surface contacting the gas diffusion layer and the membrane electrode assembly in the fuel cell, the upper surface being in contact with the gas diffusion layer and the membrane electrode assembly in the fuel cell, A lower surface
Fuel cell separator.
도전성 필러를 별도로 포함하지 않는
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
A conductive filler is not included
Fuel cell separator.
상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이가 0.1mm 내지 2.0mm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the first conductive continuous fiber bundle is 0.1 mm to 2.0 mm
Fuel cell separator.
상기 제1 도전성 연속섬유다발은 섬유 필라멘트로서 제1 도전성 연속섬유가 평균 1,000가닥 내지 48,000가닥이 집속되어 형성되고,
상기 제1 도전성 연속섬유다발의 두께가 0.1mm 내지 0.2mm이고, 너비가 1.0mm 내지 20.0mm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the first conductive continuous fiber bundle is formed by bundling an average of 1,000 to 48,000 strands of the first conductive continuous fibers as the filament filaments,
Wherein the first conductive continuous fiber bundle has a thickness of 0.1 mm to 0.2 mm and a width of 1.0 mm to 20.0 mm
Fuel cell separator.
상기 제1 도전성 연속섬유의 선 밀도가 800g/km 내지 4,000g/km인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the first conductive continuous fibers have a linear density of 800 g / km to 4,000 g / km
Fuel cell separator.
상기 함침 수지 대 제1 도전성 연속섬유다발의 중량비가 1:40 내지 1:99인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the impregnating resin to the first conductive continuous fiber bundle is from 1:40 to 1:99
Fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판용 복합재들은 상기 제1 도전성 연속섬유다발을 포함하는 복수 개의 층을 포함하고, 상기 층에 대해 수직한 방향에서의 두께가 0.12mm 내지 22.0mm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the composite material for the fuel cell separator comprises a plurality of layers including the first conductive continuous fiber bundle, wherein the thickness in the direction perpendicular to the layer is from 0.12 mm to 22.0 mm
Fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판용 복합재들은 상기 제1 도전성 연속섬유다발을 포함하는 복수 개의 층을 포함하고, 상기 층에 대해 평행하면서 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이방향에 대해 수직한 방향에서의 너비가 25.0mm 내지 100.0mm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the composite material for the fuel cell separator includes a plurality of layers including the first conductive continuous fiber bundle and a width parallel to the layer and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle is 25.0 mm to 100.0 mm
Fuel cell separator.
상기 제1 도전성 연속섬유가 섬유의 표면이 도전성 필러로 코팅되거나, 또는 섬유의 내부에 도전성 필러가 분산되어 포함된 유기계 섬유, 무기계 섬유 또는 이들 모두를 포함하는
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the first conductive continuous fiber comprises an organic fiber, an inorganic fiber, or all of them, wherein the surface of the fiber is coated with a conductive filler, or the conductive filler is dispersed in the fiber,
Fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판용 복합재들은 상기 제1 도전성 연속섬유다발을 포함하는 복수 개의 층을 포함하고, 상기 층이 상기 일 방향과 상이한 방향으로 정렬된 제2 도전성 연속섬유다발을 더 포함하고,
상기 제1 도전성 연속섬유다발과 상기 제2 도전성 연속섬유다발은 직조물 형태로 포함된
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the composite material for the fuel cell separator further comprises a second conductive continuous fiber bundle including a plurality of layers including the first conductive continuous fiber bundle and the layer being aligned in a direction different from the one direction,
Wherein the first conductive continuous fiber bundle and the second conductive continuous fiber bundle are in the form of a woven
Fuel cell separator.
상기 연료전지 분리판의 총 두께가 0.1mm 내지 2.0mm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the total thickness of the fuel cell separator plate is 0.1 mm to 2.0 mm
Fuel cell separator.
100N/cm2의 압력 하에서 측정된 접촉 저항이 20mΩ·cm2 이하이고,
전기전도도는 100S/cm 내지 200S/cm인
연료전지 분리판.
The method according to claim 1,
And the contact resistance is less than 20mΩ · cm 2 measured at a pressure of 100N / cm 2,
The electrical conductivity is in the range of 100 S / cm to 200 S / cm
Fuel cell separator.
상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트를 복수 장 적층한 후 함침 수지에 대해 침지 및 건조를 수행하거나, 또는 상기 제1 도전성 연속섬유다발 시트 및 함침 수지 필름을 교대로 적층한 후 열압착을 수행하여, 예비 복합재를 형성하는 단계;
상기 예비 복합재를 0.1mm 내지 2.0mm의 범위 내에서 일정한 간격으로 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 길이 방향에 대해 수직하게 절단하여 연료전지 분리판용 복합재를 형성하는 단계; 및
상기 연료전지 분리판용 복합재를 사용하여 연료전지 분리판의 상부면 및 하부면에 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면(end face)이 각각 노출되고 상기 제1 도전성 연속섬유다발의 양 말단면이 노출되지 않는 상기 분리판용 복합재들 각각의 측면이 열압착되도록 연료전지 분리판을 제조하는 단계;
를 포함하는 제1항에 따른 연료전지 분리판의 제조방법.
Forming a first conductive continuous fiber bundle sheet;
A plurality of the first conductive continuous fiber bundle sheets are laminated, and the impregnated resin is immersed and dried, or alternatively, the first conductive continuous fiber bundle sheet and the impregnated resin film are alternately laminated, Forming a preliminary composite;
Forming the composite material for a fuel cell separator by cutting the preliminary composite material perpendicularly to the longitudinal direction of the first conductive continuous fiber bundle at regular intervals within a range of 0.1 mm to 2.0 mm; And
Wherein the end faces of the first conductive continuous fiber bundle are respectively exposed on the upper and lower surfaces of the fuel cell separator using the composite material for the fuel cell separator and the end faces of both ends of the first conductive continuous fiber bundle are exposed, Preparing a fuel cell bipolar plate such that side faces of each of the composite materials for bipolar plates that are not exposed are thermocompression bonded;
The method of manufacturing a fuel cell bipolar plate according to claim 1,
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