KR102476009B1 - 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물 - Google Patents

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닛신보 케미칼 가부시키가이샤
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Abstract

흑연 분말, 및 주제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 에폭시 수지 성분을 포함하고, 흑연 분말의 스프링백이 20∼70%, 또한 평균 입경 d50이 30∼100㎛이며, 경화촉진제가 2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물인 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물은 10초 미만이라고 하는 단시간에 압축 성형한 경우에도, 소정의 성능을 충족시키는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 공급할 수 있다.

Description

연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물
본 발명은 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물에 관한 것이다.
연료전지 세퍼레이터는 각 단위 셀에 도전성을 갖게 하는 역할, 및 단위 셀에 공급되는 연료 및 공기(산소)의 통로를 확보함과 아울러, 그것들의 분리 경계벽으로서의 역할을 수행하는 것이다. 이 때문에, 세퍼레이터에는, 고전기도전성, 고가스불침투성, 화학적안정성, 내열성 및 친수성 등의 여러 특성이 요구된다.
이러한 연료전지 세퍼레이터 중, 흑연 분말과 수지 성분을 포함하는 세퍼레이터용 조성물로부터 형성되는 카본 세퍼레이터는, 일반적으로, 당해 조성물을 금형 내에서 소정 시간 가열 압축 성형하여 형성된다.
최근, 연료전지 세퍼레이터의 저비용화를 위해, 그 생산 효율의 향상이 요구되고 있고, 압축 성형 시간의 단축 등, 제조 공정에서의 시간의 단축화가 요망되고 있다.
이러한 관점에서의 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 에폭시 수지와, 경화제와, 경화촉진제와, 고형분 전량에 대한 비율이 70∼80질량%의 범위인 흑연 입자를 함유하는 성형 재료를, 금형 내에서 10∼30초간 압축 성형하는 공정을 포함하는 연료전지 세퍼레이터의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 제조 방법에 있어서, 금형 내에서 압축 성형 시간으로서 채용되고 있는 10∼30초에서는, 생산성은 향상되지만, 금형 내에서의 유지 시간이 짧기 때문에 수지 조성물의 경화가 종료되어 있지 않아, 경화를 완료시키기 위해, 가압하에서의 가열 처리가 더 필요하게 될 뿐만 아니라, 그것을 위한 설비도 필요하게 되는 등, 생산 효율이라고 하는 점에서 개량의 여지가 있다.
게다가, 이 제조 방법으로 얻어진 연료전지 세퍼레이터는 용출성을 나타내는 TOC(전체 유기 탄소)의 값이 15ppm 이상으로(특허문헌 1 실시예 참조), 전지 성능에 악영향을 미친다고 하는 문제가 있었다.
일본 특개 2013-020819호 공보
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 10초 미만이라고 하는 단시간에 압축 성형한 경우에도, 소정의 성능을 충족시키는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 공급할 수 있는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 소정의 스프링백 및 평균 입경을 갖는 흑연 분말과, 소정의 경화촉진제를 포함하는 에폭시 수지 성분을 포함하는 조성물을 사용함으로써 10초 미만이라고 하는 단시간의 압축 성형에서도, 양호한 성능을 갖는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터가 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은,
1. 흑연 분말, 및 주제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 에폭시 수지 성분을 포함하고, 상기 흑연 분말의 스프링백이 20∼70%, 또한, 평균 입경 d50이 30∼100㎛이며, 상기 경화촉진제가 2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물,
2. 상기 스프링백이 20∼65%인 1의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물,
3. 상기 주제가 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 및 바이페닐형 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 1종인 1 또는 2의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물,
4. 상기 경화제가 노볼락형 페놀 수지인 1∼3 중 어느 하나의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물,
5. 상기 경화촉진제가 2위치에 페닐기를 갖는 이미다졸 화합물인 1∼4 중 어느 하나의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물,
6. 1∼5 중 어느 하나의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터,
7. 고유 저항이 15mΩ·cm 이하, 유리전이점 135℃ 이상, 또한, 굽힘 강도 50MPa 이상인 6의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터,
8. TOC가 7ppm 이하인 6 또는 7의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터,
9. 1∼5 중 어느 하나의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터의 제조 방법,
10. 상기 압축 성형의 시간이 10초 미만인 9의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터의 제조 방법
을 제공한다.
본 발명의 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 사용함으로써 단시간에 압축 성형이 종료되기 때문에, 세퍼레이터의 생산성이 향상된다.
또한, 본 발명의 수지 조성물을 사용하여, 10초 미만의 압축 성형 시간에 얻어진 연료전지용 치밀질 세퍼레이터는 저고유저항, 고유리전이점, 저TOC라고 하는 우수한 특성을 가지고 있다.
도 1은 흑연 분말의 스프링백 측정에 사용되는 금형의 개략 측면도이다.
도 2는 실시예 21, 22 및 비교예 13, 14에서 제작한 세퍼레이터에서의 성형 시간과 고유 저항의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 21, 22 및 비교예 13, 14에서 제작한 세퍼레이터에서의 성형 시간과 굽힘 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 21, 22 및 비교예 13, 14에서 제작한 세퍼레이터에서의 성형 시간과 TOC의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물은 흑연 분말, 및 주제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 에폭시 수지 성분을 포함하고, 흑연 분말의 스프링백이 20∼70%, 또한 평균 입경 d50이 30∼100㎛이며, 경화촉진제가 2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물인 것을 특징으로 한다.
수지의 성형에서는, 일반적으로 동일한 조성이어도, 성형 온도가 높을수록, 또한 성형 압력이 높을수록 압축 성형 시간이 짧아진다. 그러나, 성형 온도를 지나치게 높이면 금형 내에서 수지의 급격한 경화 반응에 의한 점도 상승이 일어나 유동성이 나빠지므로 박육이며 균일한 세퍼레이터를 얻는 것이 어렵게 되거나, 성형 불량이 발생하여 고유 저항이 높아지거나 하는 경우가 있다. 또한, 성형 압력을 높이기 위해서는, 상응한 출력을 갖는 프레스기가 필요하게 된다.
본 발명자들은 스프링백이 낮은 흑연 분말을 사용함으로써, 성형 온도, 성형압력을 높인 것과 동일한 효과가 얻어지고, 압축 성형 시간을 짧게 할 수 있는 것, 및 스프링백이 지나치게 낮으면 얻어지는 세퍼레이터의 강도가 약해지는 것을 알게 되었다.
이러한 관점에서, 본 발명에서는, 그 분말 전체의 스프링백이 20∼70%인 흑연 분말을 사용한다. 이 범위의 스프링백의 흑연을 채용함으로써 압축 성형 시간을 짧게 할 수 있음과 아울러, 박육이고 균일한 세퍼레이터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서의 스프링백이란 분말 자체의 스프링백을 의미하며, 구체적으로는, 뒤의 실시예에서 상세히 설명하는 바와 같이, 분체를 소정의 형 내에 투입하고 소정 압력으로 압축한 경우의 분체의 높이 X와, 압력을 해제했을 때의 분체의 높이 Y로부터 (Y-X)/X×100(%)로 산출되는 값이다.
본 발명의 흑연 분말로서는, 전체적으로 상기 스프링백을 충족시키는 한, 그 종류 등은 특별히 한정되는 것은 아니며, 천연 흑연, 인조 흑연의 어느 것을 사용해도 된다.
인조 흑연으로서는, 종래, 연료전지용 세퍼레이터에 사용되는 것으로부터 적당히 선택하여 사용하면 된다. 그 구체예로서는 침상 코크스를 소성한 인조 흑연, 괴상 코크스를 소성한 인조 흑연 등을 들 수 있다.
한편, 천연 흑연으로서도, 종래, 연료전지용 세퍼레이터에 사용되는 것으로부터 적당히 선택하여 사용하면 된다. 그 구체예로서는 괴상 천연 흑연, 인편상 천연 흑연 등을 들 수 있다.
어느 것에서도, 후술의 수법에 의해 이들 흑연 분말의 스프링백을 측정하여, 본 발명에 규정되는 범위의 것을 적당히 선택하면 된다. 또한, 이들 흑연 분말은 단독으로 사용해도 2종 이상 조합하여 사용해도 된다.
또한, 본 발명에서는, 사용하는 흑연 분말 전체의 스프링백이 20∼70%로 조정 가능한 한, 상기 소정의 스프링백을 갖는 흑연 분말과 함께, 스프링백이 20∼70%를 충족시키지 않는 흑연 분말을 사용할 수도 있고, 또한, 스프링백이 20% 미만의 흑연 분말과, 70%를 초과하는 흑연 분말을 조합하여 사용할 수도 있다.
그러한 흑연 분말로서는 천연 흑연, 인조 흑연을 들 수 있고, 이것들은 각각 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 사용하는 흑연(탄소 재료) 분말 전체의 스프링백이 20∼70%로 조정 가능한 한, 전극을 분쇄한 것, 석탄계 피치, 석유계 피치, 코크스, 활성탄, 유리상 카본, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등의 그 밖의 탄소 재료를 첨가해도 된다. 이들 탄소 재료는 각각 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 흑연 분말에 있어서, 스프링백 20∼70%의 흑연 분말과, 그것을 충족시키지 않는 흑연 분말이나 탄소 재료를 사용하는 경우, 그것들의 함유 비율은 혼합하여 얻어진 흑연 분말의 스프링백이 20∼70%가 되는 한 특별히 제한은 없지만, 스프링백 조정의 수고를 줄이는 것을 고려하면, 전체 흑연 분말 중, 스프링백 20∼70%의 흑연 분말이 20질량% 초과 포함되는 것이 바람직하고, 50질량% 이상 포함되는 것이 보다 바람직하고, 90질량% 이상 포함되는 것이 더한층 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 흑연 분말의 평균 입경(d=50)은 얻어지는 세퍼레이터의 고유 저항과 강도의 밸런스를 고려하여 30∼100㎛로 되어 있지만, 50∼100㎛가 바람직하다.
한편, 에폭시 수지 성분을 구성하는 주제로서는 에폭시기를 갖는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, o-크레졸노볼락형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 바이페닐아르알킬형 에폭시 수지, 트리스페놀형 에폭시 수지, 브로민화에폭시 수지, 다이사이클로펜타다이엔형 에폭시 수지, 바이페닐노볼락형 에폭시 수지 등을 들 수 있고, 이것들은 각각 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이것들 중에서도, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지 단독, 바이페닐형 에폭시 수지 단독, 이것들의 혼합물이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용하는 에폭시 수지의 에폭시 당량은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 180∼209g/eq가 바람직하다.
에폭시 수지 성분을 구성하는 경화제로서는 페놀 수지이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 그 구체예로서는 노볼락형 페놀 수지, 크레졸노볼락형 페놀 수지, 레졸형 페놀 수지, 아르알킬 변성 페놀 수지, 바이페닐노볼락형 페놀 수지, 트리스페놀메테인형 페놀 수지 등을 들 수 있고, 이것들은 단독으로 사용해도, 2종 이상 조합하여 사용해도 된다. 이것들 중에서도, 노볼락형 페놀 수지가 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 페놀 수지의 수산기 당량은 특별히 한정되지 않지만, 95∼240g/eq가 바람직하고, 100∼115g/eq가 보다 바람직하다.
에폭시 수지 성분을 구성하는 경화촉진제로서는 2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물을 사용한다.
아릴기의 구체예로서는 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등을 들 수 있지만, 페닐기가 바람직하다.
2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물의 구체예로서는 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 등을 들 수 있다.
또한, 2-메틸이미다졸 등의 단쇄 알킬기를 갖는 이미다졸 화합물을 경화촉진제로서 사용하면, 경화 시간이 지나치게 빨라 균일한 성형을 할 수 없고, 한편, 2-운데실이미다졸 등의 장쇄 알킬기를 갖는 이미다졸 화합물을 경화촉진제로서 사용하면, 경화 시간이 너무 늦어 단시간에는 경화가 종료되지 않는다.
경화촉진제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니고, 에폭시 수지와 페놀 수지의 혼합물 100질량부에 대하여, 0.1∼5질량부 정도로 할 수 있지만, 0.5∼2질량부가 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물에서, 에폭시 수지 성분(주제, 경화제 및 경화촉진제)의 배합량은 흑연 분말 100질량부에 대하여 10.0∼50.0질량부 정도로 할 수 있지만, 20∼40질량부가 바람직하다.
이 경우, 에폭시 수지에 대하여 페놀 수지를 0.98∼1.08당량 배합하는 것이 바람직하고, 0.99∼1.05당량 배합하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 수지 조성물에는, 내부 이형제를 배합해도 된다. 내부 이형제로서는, 종래, 세퍼레이터의 성형에 사용되고 있는 각종 내부 이형제로부터 적당히 선택하면 되고, 그 구체예로서는 스테아르산계 왁스, 아마이드계 왁스, 몬탄산계 왁스, 카르나우바 왁스 , 폴리에틸렌 왁스 등을 들 수 있고, 이것들은 각각 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
내부 이형제를 사용하는 경우, 그 사용량으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 흑연 분말 100질량부에 대하여 0.01∼1.5질량부가 바람직하고, 0.05∼1.0질량부가 보다 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물은, 예를 들면, 흑연 분말, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 경화촉진제의 각각을 임의의 순서로 소정 비율 혼합하여 조제하면 된다. 이때, 혼합기로서는, 예를 들면, 플래니터리 믹서, 리본 블렌더, 레디게 믹서, 헨셀 믹서, 로킹 믹서, 나우타 믹서 등을 사용할 수 있다.
또한, 내부 이형제를 사용하는 경우, 그 배합 순서도 임의이다.
본 발명의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터는 상기 조성물을 소정의 형에 넣고, 압축 성형하여 얻을 수 있다. 사용하는 형으로서는 성형체의 표면의 일방의 면 또는 양면에 가스 유로가 되는 홈을 형성할 수 있는, 연료전지용 세퍼레이터 제작용의 금형 등을 들 수 있다.
압축 성형의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 형 온도가 150∼190℃, 성형 압력 30∼60MPa, 바람직하게는 30∼50MPa이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 수지 조성물을 사용함으로써 10초 미만이라고 하는 짧은 압축 성형 시간에 실용 가능한 특성을 갖는 세퍼레이터를 얻을 수 있어, 세퍼레이터의 생산 효율을 높일 수 있다.
압축 성형 시간의 하한은 원하는 성능에 따라 적당히 설정하면 되지만, 실용적인 고유 저항 및 강도 등을 갖는 세퍼레이터를 얻는 것을 고려하면, 3초 이상이 바람직하고, 5초 이상이 보다 바람직하고, 7초 이상이 더한층 바람직하다. 한편, 상한에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 종래대로의 1시간 정도의 압축 성형 시간으로 할 수도 있지만, 압축 성형 시간을 길게 해도 성능은 그만큼 향상되지 않기 때문에, 실용상의 관점에서, 60초 정도가 바람직하고, 30초 정도가 보다 바람직하다.
또한, 압축 성형 후, 열 경화를 촉진시킬 목적으로, 또한 150∼200℃로 1∼600분 정도 가열해도 되지만, 본 발명의 수지 조성물에서는 이 공정을 생략해도 실용상 충분한 성능을 갖는 세퍼레이터를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 압축 성형하여 얻어진 연료전지용 치밀질 세퍼레이터에는, 스킨층의 제거나 표면 거칠기 조정을 목적으로 하여, 조면화 처리를 시행해도 된다.
조면화 처리의 수법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 종래 공지의 블라스트 처리나 연마 처리 등의 각종 조면화법으로부터 적당히 선택하면 되지만, 에어 블라스트 처리, 웨트 블라스트 처리, 배럴 연마 처리, 브러시 연마 처리가 바람직하고, 연마용 입자를 사용한 블라스트 처리가 보다 바람직하고, 웨트 블라스트 처리가 더한층 바람직하다.
이때, 블라스트 처리에 사용되는 지립의 평균 입경(d=50)은 3∼30㎛가 바람직하고, 4∼25㎛가 보다 바람직하고, 5∼20㎛가 더한층 바람직하다.
블라스트 처리에서 사용하는 지립의 재질로서는 알루미나, 탄화규소, 지르코니아, 유리, 나일론, 스테인리스 등을 사용할 수 있고, 이것들은 각각 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
웨트 블라스트 처리시의 토출 압력은 지립의 입경 등에 따라 변동하는 것이기 때문 일률적으로 규정할 수 없지만, 0.1∼1MPa가 바람직하고, 0.15∼0.5MPa가 보다 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물을 사용하여 얻어진 연료전지용 치밀질 세퍼레이터는 고유 저항이 15mΩ·cm 이하, 유리전이점 135℃ 이상, 또한, 굽힘 강도 50MPa 이상이라고 하는 특성을 가지고 있다.
또한, 용출성을 나타내는 TOC(전체 유기 탄소)의 값이 7ppm 이하라고 하는 특성도 가지고 있다.
이러한 특성을 갖는 본 발명의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 구비한 연료전지는 장기에 걸쳐 안정한 발전 효율을 유지할 수 있다.
일반적으로 고체 고분자형 연료전지는 고체 고분자막을 사이에 끼우는 한 쌍의 전극과, 이들 전극을 사이에 끼고 가스 공급 배출용 유로를 형성하는 한 쌍의 세퍼레이터로 구성되는 단위 셀이 다수 병설되어 이루어지는 것이지만, 이들 복수개의 세퍼레이터의 일부 또는 전부로서 본 발명의 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에서의 각 물성은 이하의 방법에 의해 측정했다. 어느 측정값도 3회의 평균값으로 나타냈다.
[1] 흑연 분말의 스프링백
도 1(a)에 도시되는 내경 15mm의 금형에 측정 시료인 흑연 분말 2g을 넣고, 시료의 상면을 평평하게 한 후, 상형에 5초에 5.4t의 하중이 걸리도록 프레스기로 압축했다(도 1(b) 참조). 압축 상태를 30초간 유지한 뒤, 하중을 단번에 해제했다. 하이트 게이지로 각 상태의 상형 상면의 높이를 측정하고, 다음 계산식에 의해 스프링백을 구했다.
L0: 측정 시료가 들어 있지 않은 상태의 상형의 높이(mm)
L1: 하중을 가한 상태의 상형의 높이(mm)
L2: 하중을 해제한 상태의 상형의 높이(mm)
스프링백(%)＝(L2-L1)/(L1-L0)×100
[2] 평균 입경
입도 분포 측정 장치(니키소(주)제)에 의해 측정했다.
[3] 고유 저항
JIS H0602(실리콘 단결정 및 실리콘 웨이퍼의 4탐침에 의한 저항률 측정 방법)에 기초하여 측정했다.
[4] 유리전이점
열분석 장치(TA 인스트루먼츠사제, Q400TMA)를 사용하고, 승온 속도 1℃/min, 하중 5g의 조건에서 측정을 행하고, 얻어진 열팽창계수의 변곡점을 유리전이점으로 했다.
[5] 강도 시험(굽힘 강도, 굽힘 탄성률, 굽힘 변형)
세퍼레이터로부터 잘라낸 100×20×2mm의 시험편을 사용하고, JIS K 6911 「열경화성 플라스틱의 일반 시험 방법」에 준하여, 지지점 간 거리 40mm로 3점 굽힘 시험을 행하여, 굽힘 강도, 굽힘 탄성률, 굽힘 변형을 측정했다.
[6] TOC
상기 시험편을 이온교환수 500mL 속에 넣고, 내부온도 90℃로 1000시간 가열했다. 가열 종료 후에 시험편을 꺼내고, 이온교환수 중의 TOC를 TOC계((주)시마즈세사쿠쇼제 TOC-L)에 의해 측정했다.
[실시예 1]
흑연 분말 1(인조 흑연, 침상, 스프링백 23%, 평균 입경(d50) 50㎛) 100질량부에 대하여, 에폭시 수지 1(o-크레졸노볼락형 에폭시 수지, 닛폰카야쿠(주)제, EOCN-1020-65, 에폭시 당량 198g/eq) 20.4질량부, 페놀 수지(노볼락형 페놀 수지, 아이카 SDK 페놀(주)제 쇼놀 BRG-566, 수산기 당량 103g/eq) 10.7질량부, 및 2-페닐이미다졸(이하, 2PZ, 시코쿠카세이고교(주)제) 0.25질량부로 이루어지는 에폭시 수지 성분을 헨셀 믹서 내에 투입하고, 800rpm으로 3분간 혼합하고, 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 조제했다.
얻어진 조성물을 연료전지용 세퍼레이터 제작용의 금형 내에 투입하고, 금형온도 185℃, 성형 압력 36.6MPa, 성형 시간 9초의 조건에서 압축 성형하여, 가스 유로 홈을 갖는 240mm×240mm×2mm의 치밀질 성형체를 얻었다.
이어서, 얻어진 치밀질 성형체의 전체 표면에 대하여, 알루미나 숏 블라스트(평균 입경: d50=6㎛)를 사용하여 토출 압력 0.25MPa, 반송 속도 1.5m/분의 조건에서 웨트 블라스트에 의한 조면화 처리를 시행하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 2]
흑연 분말 1을 흑연 분말 2(인조 흑연, 침상, 스프링백 30%, 평균 입경(d50) 50㎛)로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 3]
흑연 분말 1을 흑연 분말 3(인조 흑연, 침상, 스프링백 40%, 평균 입경(d50) 50㎛)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 4]
흑연 분말 1을 흑연 분말 4(인조 흑연, 괴상, 스프링백 45%, 평균 입경(d50) 30㎛)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 5]
흑연 분말 1을 흑연 분말 5(인조 흑연, 괴상, 스프링백 50%, 평균 입경(d50) 50㎛)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 6]
흑연 분말 1을 흑연 분말 6(인조 흑연, 괴상, 스프링백 55%, 평균 입경(d50) 70㎛)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 7]
흑연 분말 1을 흑연 분말 7(인조 흑연, 괴상, 스프링백 60%, 평균 입경(d50) 100㎛)로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 8]
흑연 분말 1100질량부를 흑연 분말 120질량부와, 흑연 분말 9(인조 흑연, 괴상, 스프링백 75%, 평균 입경(d50) 50㎛) 80질량부의 조합으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 9]
흑연 분말 1100질량부를, 흑연 분말 8(천연 흑연, 인편상, 스프링백 10%, 평균 입경(d50) 50㎛) 30질량부와, 흑연 분말 970질량부의 조합으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 10]
에폭시 수지 1 20.4질량부를, 에폭시 수지 3(바이페닐형 에폭시 수지, 미츠비시카가쿠(주)제, jER YX4000, 에폭시 당량 183g/eq) 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 4와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 11]
에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 319.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 12]
에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 3 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 6과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 13]
에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 3 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 7과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 14]
에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 1 10.1질량부 및 에폭시 수지 3 10.1질량부의 조합으로, 페놀 수지의 첨가량을 11.0질량부로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 15]
에폭시 수지 1 20.4질량부를, 에폭시 수지 1 14.4질량부 및 에폭시 수지 2(o-크레졸노볼락형 에폭시 수지, 닛폰카야쿠(주)제, EOCN-103S, 에폭시 당량 214g/eq) 6.2질량부의 조합으로, 페놀 수지의 첨가량을 10.6질량부로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 16]
에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 25.0질량부 및 에폭시 수지 3 15.1질량부의 조합으로, 페놀 수지의 첨가량을 11.0질량부로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 1]
흑연 분말 1을 흑연 분말 8로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 2]
흑연 분말 1을 흑연 분말 9로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 3]
흑연 분말 1을 흑연 분말 10(인조 흑연, 괴상, 스프링백 40%, 평균 입경(d50) 20㎛)으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 4]
흑연 분말 1을 흑연 분말 11(인조 흑연, 괴상, 스프링백 65%, 평균 입경(d50) 110㎛)로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 5]
흑연 분말 1을 흑연 분말 9로, 에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 3 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 6]
흑연 분말 1을 흑연 분말 10으로, 에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 3 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 7]
흑연 분말 1을 흑연 분말 11로, 에폭시 수지 1 20.4질량부를 에폭시 수지 3 19.8질량부로, 페놀 수지의 첨가량을 11.3질량부로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
상기 실시예 1∼16 및 비교예 1∼7에서 얻어진 연료전지용 치밀질 세퍼레이터에 대하여, 고유 저항, 유리전이점, 굽힘 강도, 굽힘 탄성률, 굽힘 변형 및 TOC를 측정했다. 결과를 표 1, 2에 나타낸다. 또한, 표중 「부」는 질량부를 의미한다.
Figure 112019029728721-pct00001
Figure 112019029728721-pct00002
표 1, 2에 나타내어지는 바와 같이, 흑연의 스프링백 및 평균 입경이 본 발명에 규정되는 범위 내인 조성물로부터 얻어진 실시예 1∼16의 세퍼레이터는 고유 저항이 15mΩ·cm 이하, Tg가 135℃ 이상, 굽힘 강도가 50MPa 이상, 굽힘 탄성률이 9.5GPa 이상, TOC가 7ppm 이하로, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터로서 적합한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
비교예 1∼7의 세퍼레이터는 흑연의 스프링백 또는 평균 입경이 본 발명에 규정되는 범위 외인 조성물을 사용하고 있기 때문에, 고유 저항 혹은 강도, 또는 그 쌍방에 있어서 불충분한 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 비교예 1에서는, 흑연 분말의 스프링백이 지나치게 낮기 때문에, 수지의 경화는 종료되지 않았다고 생각되는데(유리전이점 167℃), 굽힘 강도가 낮아졌다.
비교예 2 및 비교예 5에서는, 흑연 분말의 스프링백이 지나치게 높기 때문에, 성형 시간 9초에서는 수지의 경화가 종료되지 않아(유리전이점 125℃), 고유 저항, TOC가 높아졌다.
비교예 3 및 비교예 6에서는, 흑연 분말의 입경이 지나치게 작기 때문에, 수지의 경화는 종료되지 않았다고 생각되는데, 고유 저항이 높아졌다.
비교예 4 및 비교예 7에서는, 흑연 분말의 입경이 지나치게 크기 때문에, 수지의 경화는 종료되지 않았다고 생각되는데, 굽힘 강도가 낮아졌다.
[실시예 17]
경화촉진제 2PZ를 2-페닐-4-메틸이미다졸(이하, 2P4MZ, 시코쿠카세이고교(주)제)로 변경한 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 18]
경화촉진제 2PZ 0.25질량부를, 2PZ 0.125질량부 및 2P4MZ 0.125질량부의 조합으로 변경한 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 19]
경화촉진제 2PZ 0.25질량부를, 2PZ 0.075질량부 및 2P4MZ 0.175질량부의 조합으로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[실시예 20]
경화촉진제 2PZ 0.25질량부를, 2PZ 0.175질량부 및 2P4MZ 0.075질량부의 조합으로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 8]
경화촉진제 2PZ를 2-에틸-4-메틸이미다졸(이하, 2E4MZ, 시코쿠카세이고교(주)제)로 변경한 이외는 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 9]
경화촉진제 2PZ를 2-메틸이미다졸(이하, 2MZ, 시코쿠카세이고교(주)제)로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 10]
경화촉진제 2PZ를 2-운데실이미다졸(이하, C11Z, 시코쿠카세이고교(주)제)로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 11]
경화촉진제 2PZ를 2-헵타데실이미다졸(이하, C17Z, 시코쿠카세이고교(주)제)로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
[비교예 12]
경화촉진제 2PZ를 트라이페닐포스핀(이하, TPP)으로 변경한 이외는, 실시예 5와 동일하게 하여 조성물을 조제, 압축 성형하여, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 얻었다.
상기 실시예 17∼20 및 비교예 8∼12에서 얻어진 연료전지용 치밀질 세퍼레이터에 대하여, 고유 저항, 유리전이점, 굽힘 강도, 굽힘 탄성률, 굽힘 변형 및 TOC를 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 표 중 「부」는 질량부를 의미한다.
Figure 112019029728721-pct00003
표 3에 나타내어지는 바와 같이, 2위치에 페닐기를 갖는 이미다졸 화합물을 경화촉진제로서 포함하는 조성물로부터 얻어진 실시예 17∼20의 세퍼레이터는 고유 저항이 13mΩ·cm 이하, Tg가 160℃ 이상, 굽힘 강도가 60MPa 이상, 굽힘 탄성률이 11GPa 이상, TOC가 7ppm 이하로, 연료전지용 치밀질 세퍼레이터로서 적합한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
비교예 8∼12의 세퍼레이터는 경화촉진제로서 2위치에 페닐기를 갖지 않는 이미다졸 화합물 또는 트라이페닐포스핀을 사용하고 있기 때문에, 고유 저항이 높고, 또한 강도도 낮은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 비교예 8 및 비교예 9에서는, 경화촉진제의 활성이 지나치게 높기 때문에, 금형 내에서 급격한 경화 반응에 의한 점도 상승이 일어나 성형 불량이 발생하여, 고유 저항이 높아졌다.
비교예 10∼12에서는, 경화촉진제의 활성이 지나치게 낮기 때문에, 9초에서는 성형이 종료되지 않아, 유리전이점이 낮아져, 고유 저항, TOC가 높고, 굽힘 강도가 낮아졌다.
[실시예 21, 22 및 비교예 13, 14]
상기 실시예 1, 실시예 5, 비교예 1 및 비교예 2에서 조제한 수지 조성물을 사용하고, 압축시간을 3초, 5초, 7초, 12초, 15초, 20초, 30초로 변화시킨 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 연료전지용 치밀질 세퍼레이터를 제작했다.
얻어진 각 세퍼레이터에 대하여, 고유 저항, 굽힘 강도 및 TOC를 측정했다.
결과를 표 4∼6에 나타낸다. 또한, 각 표에는, 실시예 1, 5 및 비교예 1, 2의 결과(성형 시간 9초)도 병기한다. 또한, 이들 결과를 도 2∼4에 나타낸다.
Figure 112019029728721-pct00004
Figure 112019029728721-pct00005
Figure 112019029728721-pct00006
표 4∼6 및 도 2∼4에 도시되는 바와 같이, 스프링백이 10%의 흑연 분말 8을 포함하는 수지 조성물을 사용한 경우, 성형 시간이 10초 미만이면, 굽힘 강도가 불충분하게 되는 것을 알 수 있다.
한편, 스프링백이 75%의 흑연 분말 9를 포함하는 수지 조성물을 사용한 경우, 성형 시간이 10초 미만이면, 고유 저항 및 TOC가 높아지는 것을 알 수 있다.
이것들에 대하여, 스프링백이 23% 및 50%의 흑연 분말 1, 5를 포함하는 수지 조성물을 사용한 경우, 성형 시간이 10초 미만이더라도, 고유 저항, 굽힘 강도 및 TOC의 어느 특성도 양호한 세퍼레이터가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 단시간의 성형으로 특성이 양호한 연료전지 치밀질 세퍼레이터를 얻기 위해서는, 스프링백 20∼70%의 흑연 분말을 사용하는 것이 적합한 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 흑연 분말, 및 주제, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 에폭시 수지 성분을 포함하고, 상기 흑연 분말의 스프링백이 20∼70%, 또한, 평균 입경 d50이 30∼100㎛이며, 상기 경화촉진제가 2위치에 아릴기를 갖는 이미다졸 화합물인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스프링백이 20∼65%인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주제가 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 및 바이페닐형 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화제가 노볼락형 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화촉진제가 2위치에 페닐기를 갖는 이미다졸 화합물인 것을 특징으로 하는 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터.
  7. 제6항에 있어서, 고유 저항이 15mΩ·cm 이하, 유리전이점 135℃ 이상, 또한 굽힘 강도 50MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터.
  8. 제6항에 있어서, TOC가 7ppm 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물을 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압축 성형의 시간이 10초 미만인 것을 특징으로 하는 연료전지용 치밀질 세퍼레이터의 제조 방법.
KR1020197008401A 2016-10-14 2017-09-21 연료전지 치밀질 세퍼레이터용 수지 조성물 KR102476009B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531181B (zh) * 2019-09-18 2022-06-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种高分子材料基双极板、及包含其的单电池和电堆
JP2023047625A (ja) * 2021-09-27 2023-04-06 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池用セパレータ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014164802A (ja) * 2013-02-21 2014-09-08 Tokai Carbon Co Ltd 燃料電池用セパレータの製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5942347A (en) * 1997-05-20 1999-08-24 Institute Of Gas Technology Proton exchange membrane fuel cell separator plate
JP2003297382A (ja) * 2002-04-03 2003-10-17 Mitsubishi Chemicals Corp 燃料電池用セパレータ
JP5057260B2 (ja) 2005-10-07 2012-10-24 東海カーボン株式会社 燃料電池用セパレータ材の製造方法
CN102300807B (zh) * 2009-02-03 2013-12-11 特密高股份有限公司 石墨材料
JP5509709B2 (ja) * 2009-07-24 2014-06-04 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ
JP5842093B2 (ja) 2011-07-11 2016-01-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池セパレータの製造方法
JP2014185296A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Asahi Kasei E-Materials Corp 液状樹脂組成物及び加工品
JP5842142B2 (ja) * 2014-02-20 2016-01-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池セパレータ用樹脂組成物、燃料電池セパレータ成形用シート及び燃料電池セパレータ
US10707487B2 (en) * 2014-07-15 2020-07-07 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. Hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material
JP5880649B1 (ja) * 2014-09-08 2016-03-09 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014164802A (ja) * 2013-02-21 2014-09-08 Tokai Carbon Co Ltd 燃料電池用セパレータの製造方法

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