KR102700895B1 - Manufacturing method of bipolar plate for fuel cell using waste polyimide film - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 폐 폴리이미드 필름을 이용한 바이폴라 플레이트의 제조 방법은, 폐 폴리이미드 필름으로부터 그래핀을 분리하여 재생 그래핀 파우더를 생성하고, 재생 그래핀 파우더를 이용하여 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 폐자원을 재활용할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 제조 방법도 간단하고 제조 시간 및 비용도 절감할 수 있는 이점이 있다. The method for manufacturing a bipolar plate using a waste polyimide film according to an embodiment of the present invention has the advantage of recycling waste resources by separating graphene from a waste polyimide film to produce regenerated graphene powder and manufacturing a bipolar plate using the regenerated graphene powder, and also has the advantage of simplifying the manufacturing method and reducing the manufacturing time and cost.
Description
본 발명은 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐 폴리이미드 필름을 이용하여 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 폐자원을 활용할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, and more specifically, to a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, which can utilize waste resources and reduce manufacturing costs by manufacturing a bipolar plate using a waste polyimide film.
일반적으로 고분자 전해질막 연료전지는, 막전극 접합체(MEA: Membrane Electrolyte Assembly)와, 막전극 접합체를 양쪽에서 지지하는 바이폴라 플레이트와, 각 바이폴라 플레이트 일측을 지지하는 애노드측 및 캐소드측 엔드 플레이트로 구성된다. Typically, a polymer electrolyte membrane fuel cell is composed of a membrane electrode assembly (MEA), bipolar plates that support the membrane electrode assembly on both sides, and anode-side and cathode-side end plates that support one side of each bipolar plate.
상기 바이폴라 플레이트는 상기 막전극 접합체를 사이에 두고 양측에 배치되어, 연료전지의 반응에 필요한 산소가스와 연료가스가 공급되는 통로의 역할을 하며, 각 막전극 접합체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할도 수행한다. 따라서, 상기 바이폴라 플레이트는 높은 전기전도성과 강도가 요구된다. The above bipolar plates are arranged on both sides of the membrane electrode assembly, and serve as passages through which oxygen gas and fuel gas required for the reaction of the fuel cell are supplied, and also serve as conductors that connect the anode and cathode electrodes of each membrane electrode assembly in series. Therefore, the bipolar plates are required to have high electrical conductivity and strength.
종래에는 연료전지의 바이폴라 플레이트의 재료로서 내부식성과 전도성이 좋은 그라파이트를 사용하여 왔으나, 그라파이트는 깨지기 쉽다는 문제점이 있고 가스 유로를 형성하기 위한 기계 가공이 어렵기 때문에 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다. Previously, graphite, which has good corrosion resistance and conductivity, was used as a material for the bipolar plates of fuel cells. However, graphite has the problem of being easily broken and being difficult to machine to form gas channels, which increases manufacturing costs.
본 발명의 목적은, 제조가 용이하면서 제조 비용을 절감할 수 있는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공하는 데 있다. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, which is easy to manufacture and reduces manufacturing costs.
본 발명에 따른 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법은, 적어도 한번 사용되고 남거나 버려진 폐 폴리이미드 필름으로부터 탄소 소재를 분리하는 분리단계와; 상기 분리단계에서 분리된 탄소 소재를 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄단계에서 분쇄된 탄소 소재를 전도성 수지와 혼합하여, 탄소 펠릿(Pellet)을 생성하는 펠릿 생성단계와; 상기 펠릿 생성단계에서 생성된 탄소 펠릿을 가열 가압하여 바이폴라 플레이트를 성형하는 성형단계를 포함한다.The method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film according to the present invention comprises: a separation step of separating a carbon material from a waste polyimide film that is used at least once and is left over or discarded; a crushing step of crushing the carbon material separated in the separation step; a pellet forming step of mixing the carbon material crushed in the crushing step with a conductive resin to produce carbon pellets; and a molding step of heating and pressurizing the carbon pellets produced in the pellet forming step to form a bipolar plate.
상기 탄소 소재는 그래핀(Graphene)을 포함한다.The above carbon material includes graphene.
상기 분리단계는, 상기 폐 폴리이미드 필름을 가열하여, 다수의 그래핀층이 적층된 구조의 그래핀 필름을 형성하는 과정과, 상기 그래핀 필름을 그래핀 플레이크로 자르는 과정을 포함한다.The above separation step includes a process of heating the waste polyimide film to form a graphene film having a structure in which a plurality of graphene layers are laminated, and a process of cutting the graphene film into graphene flakes.
상기 성형단계에서는, 상기 탄소 펠릿을 사출 성형기에 넣고 가열하여 용융시키고, 용융된 재료를 금형으로 고압으로 사출하여 상기 바이폴라 플레이트를 성형한다.In the above molding step, the carbon pellets are placed in an injection molding machine, heated and melted, and the molten material is injected into a mold at high pressure to mold the bipolar plate.
상기 성형단계에서는, 상기 탄소 펠릿을 압출 성형기에 넣고 가열 가압하여, 상기 바이폴라 플레이트를 압출 성형한다.In the above molding step, the carbon pellets are placed in an extrusion molding machine and heated and pressurized to extrude the bipolar plate.
본 발명의 다른 측면에 따른 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법은,적어도 한번 사용되고 남거나 버려진 폐 폴리이미드 필름으로부터 그래핀 플레이크(flake)를 분리하는 분리단계와; 상기 그래핀 플레이크를 분쇄하여 그래핀 파우더를 생성하는 분쇄단계와; 상기 그래핀 파우더를 전도성 수지와 혼합하여 그래핀 펠릿(pellet)을 생성하는 펠릿 생성단계와; 상기 그래핀 펠릿을 사출 성형기에 넣고 가열하여 용융시키고, 용융된 재료를 금형으로 고압으로 사출하여 바이폴라 플레이트를 성형하는 성형단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film comprises: a separation step of separating graphene flakes from a waste polyimide film that has been used at least once and is left over or discarded; a crushing step of crushing the graphene flakes to produce graphene powder; a pellet forming step of mixing the graphene powder with a conductive resin to produce graphene pellets; and a molding step of putting the graphene pellets into an injection molding machine, heating them to melt them, and injecting the molten material into a mold at high pressure to form a bipolar plate.
본 발명의 실시예에 따른 폐 폴리이미드 필름을 이용한 바이폴라 플레이트의 제조 방법은, 폐 폴리이미드 필름으로부터 그래핀을 분리하여 재생 그래핀 파우더를 생성하고, 재생 그래핀 파우더를 이용하여 바이폴라 플레이트를 제조함으로써, 폐자원을 재활용할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 제조 방법도 간단하고 제조 시간 및 비용도 절감할 수 있는 이점이 있다. The method for manufacturing a bipolar plate using a waste polyimide film according to an embodiment of the present invention has the advantage of recycling waste resources by separating graphene from a waste polyimide film to produce regenerated graphene powder and manufacturing a bipolar plate using the regenerated graphene powder, and also has the advantage of simplifying the manufacturing method and reducing the manufacturing time and cost.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a flowchart schematically illustrating a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing schematically illustrating a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a flow chart schematically illustrating a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a drawing schematically illustrating a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법은, 분리단계(S1), 분쇄단계(S2), 펠릿 생성단계(S3) 및 성형단계(S4)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a separation step (S1), a crushing step (S2), a pellet production step (S3), and a molding step (S4).
상기 분리단계(S1)는, 적어도 한번 이상 사용되고 남거나 버려진 폐 폴리이미드(PI, Polyimide) 필름(10)으로부터 탄소 소재를 분리하는 단계이다.The above separation step (S1) is a step of separating carbon material from waste polyimide (PI) film (10) that has been used at least once and is left over or discarded.
상기 폐 폴리이미드 필름(10)은 스크랩의 형태인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태도 적용 가능하다. The above-mentioned waste polyimide film (10) is explained as an example in the form of scrap, but is not limited thereto and various forms can be applied.
여기서, 상기 탄소 소재는, 그래핀(Graphene)인 것으로 예를 들어 설명한다. Here, the carbon material is explained as an example of graphene.
상기 분리단계(S1)는, 상기 폐 폴리이드 필름(10)에 열을 가하여 다수의 그래핀층이 적층된 구조의 그래핀 필름을 형성하는 과정과, 상기 그래핀 필름을 그래핀 플레이크(미도시)로 자르는 과정을 포함한다. The above separation step (S1) includes a process of applying heat to the waste polyamide film (10) to form a graphene film having a structure in which a plurality of graphene layers are laminated, and a process of cutting the graphene film into graphene flakes (not shown).
상기 폐 폴리이드 필름(10)에 열을 가하면, 탄소 소재인 그래핀을 제외한 나머지 성분은 휘발되어, 상기 그래핀 필름으로 남게 된다. When heat is applied to the above-mentioned waste polyamide film (10), the remaining components except for graphene, which is a carbon material, are volatilized, leaving the graphene film.
상기 그래핀 필름을 소정의 크기로 잘라서 그래핀 플레이크(flake)를 만든다. The above graphene film is cut into a predetermined size to create graphene flakes.
상기와 같이, 상기 분리단계(S1)에서는 상기 폐 폴리이미드 필름(PI)에 열을 가한 후, 소정의 크기로 자르는 과정을 거쳐 그래핀 플레이크를 분리 생성할 수 있다.As described above, in the separation step (S1), graphene flakes can be separated and generated by applying heat to the waste polyimide film (PI) and then cutting it into a predetermined size.
상기 분쇄단계(S2)는, 상기 분리단계(S1)에서 분리된 그래핀 플레이크를 분쇄하여, 파우더 형태의 그래핀 파우더(12)로 생성하는 단계이다.The above-mentioned crushing step (S2) is a step of crushing the graphene flakes separated in the above-mentioned separation step (S1) to produce graphene powder (12) in powder form.
상기 그래핀 파우더(12)는 상기 그래핀 플레이크보다 입자의 크기가 작다. The above graphene powder (12) has a smaller particle size than the above graphene flakes.
다음으로, 상기 펠릿 생성단계(S3)는, 상기 그래핀 파우더(12)를 전도성 수지(14)와 혼합하여, 펠릿(Pellet) 형태로 만든다. Next, the pellet production step (S3) mixes the graphene powder (12) with a conductive resin (14) to form a pellet.
상기 펠릿 생성단계(S3)에서는, 상기 그래핀 파우더(12)와 상기 전도성 수지(14)를 소정의 열을 가하면서 섞은 후, 미리 준비된 주형틀(Die) 등을 이용하여 그래핀 펠릿(16)을 성형한다. 상기 그래핀 파우더(12)를 상기 그래핀 펠릿(16)으로 성형함으로써, 성형용 재료 보관이 용이하고 사출 또는 압출 성형이 보다 용이해질 수 있다. In the above pellet production step (S3), the graphene powder (12) and the conductive resin (14) are mixed while applying a predetermined amount of heat, and then a graphene pellet (16) is formed using a pre-prepared mold (die), etc. By forming the graphene powder (12) into the graphene pellet (16), it is easy to store the forming material and injection or extrusion molding can be made easier.
다음으로, 상기 성형단계(S4)는, 상기 그래핀 펠릿(16)을 사출 성형기(30)에 넣고 가열하여 용융시키고, 용융된 재료를 금형(20)으로 고압으로 사출하여, 바이폴라 플레이트(40)를 성형한다.Next, in the molding step (S4), the graphene pellet (16) is placed in an injection molding machine (30), heated and melted, and the molten material is injected into a mold (20) at high pressure to form a bipolar plate (40).
따라서, 표면에 가스 유로가 형성된 바이폴라 플레이트(40)가 제조된다. Accordingly, a bipolar plate (40) with a gas path formed on the surface is manufactured.
상기 실시예에서는, 상기 성형단계(S4)는 사출 성형하는 것으로 예를 들어 설명하였다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 그래핀 펠릿(16)을 압출 성형기에 넣고 가열 가압하여 압출 성형하는 것도 물론 가능하다. In the above embodiment, the molding step (S4) was explained as an example of injection molding. However, it is not limited to this, and it is also possible to put the graphene pellet (16) into an extrusion molding machine and perform extrusion molding by heating and pressurizing.
상기와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법은, 상기 폐 폴리이미드 필름(10)으로부터 그래핀을 분리하여, 상기 바이폴라 플레이트(40)의 제조시 재사용함으로써, 폐자원을 효율적으로 재활용할 수 있다. 또한, 매립되는 폐기물 양을 줄일 수 있으므로 온실가스 배출량을 줄일 수 있다. As described above, the method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell according to the present invention can efficiently recycle waste resources by separating graphene from the waste polyimide film (10) and reusing it when manufacturing the bipolar plate (40). In addition, the amount of waste to be landfilled can be reduced, thereby reducing greenhouse gas emissions.
또한, 폐 폴리이미드 필름(10)으로부터 분리하여 생성된 재생 그래핀 파우더를 이용하여 바이폴라 플레이트를 사출 또는 압출 성형할 수 있으므로, 제조 방법도 간단하고 제조 시간 및 비용도 절감할 수 있는 이점이 있다. In addition, since a bipolar plate can be injection-molded or extruded using regenerated graphene powder produced by separating from waste polyimide film (10), there is an advantage in that the manufacturing method is simple and the manufacturing time and cost can be reduced.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 폐 폴리이미드 필름 12: 그래핀 파우더
14: 전도성 수지 16: 그래핀 펠릿
20: 금형 30: 사출 성형기
40: 바이폴라 플레이트10: Waste polyimide film 12: Graphene powder
14: Conductive resin 16: Graphene pellet
20: Mold 30: Injection molding machine
40: Bipolar plate
Claims (6)
상기 분리단계에서 분리된 탄소 소재를 분쇄하는 분쇄단계와;
상기 분쇄단계에서 분쇄된 탄소 소재를 전도성 수지와 혼합하여, 탄소 펠릿(Pellet)을 생성하는 펠릿 생성단계와;
상기 펠릿 생성단계에서 생성된 탄소 펠릿을 가열 가압하여 바이폴라 플레이트를 성형하는 성형단계를 포함하고,
상기 분리단계는,
상기 폐 폴리이미드 필름을 가열하여, 다수의 그래핀층이 적층된 구조의 그래핀 필름을 형성하는 과정과,
상기 그래핀 필름을 그래핀 플레이크로 자르는 과정을 포함하는,
폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법.A separation step for separating carbon material from waste polyimide film that has been used at least once and is leftover or discarded;
A crushing step for crushing the carbon material separated in the above separation step;
A pellet production step of producing carbon pellets by mixing the carbon material pulverized in the above pulverization step with a conductive resin;
It includes a forming step of forming a bipolar plate by heating and pressurizing the carbon pellets produced in the above pellet producing step.
The above separation step is,
A process of heating the above-mentioned waste polyimide film to form a graphene film having a structure in which a plurality of graphene layers are laminated,
Comprising a process of cutting the above graphene film into graphene flakes,
Method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using waste polyimide film.
상기 탄소 소재는 그래핀(Graphene)을 포함하는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법.In claim 1,
The above carbon material is a method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film containing graphene.
상기 성형단계에서는,
상기 탄소 펠릿을 사출 성형기에 넣고 가열하여 용융시키고, 용융된 재료를 금형으로 고압으로 사출하여 상기 바이폴라 플레이트를 성형하는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법.In claim 1,
In the above forming step,
A method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, wherein the carbon pellets are put into an injection molding machine, heated and melted, and the molten material is injected into a mold at high pressure to form the bipolar plate.
상기 성형단계에서는,
상기 탄소 펠릿을 압출 성형기에 넣고 가열 가압하여, 상기 바이폴라 플레이트를 압출 성형하는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법.In claim 1,
In the above forming step,
A method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, wherein the carbon pellets are placed in an extrusion molding machine and heated and pressurized to extrude the bipolar plate.
상기 그래핀 플레이크를 분쇄하여 그래핀 파우더를 생성하는 분쇄단계와;
상기 그래핀 파우더를 전도성 수지와 혼합하여 그래핀 펠릿(pellet)을 생성하는 펠릿 생성단계와;
상기 그래핀 펠릿을 사출 성형기에 넣고 가열하여 용융시키고, 용융된 재료를 금형으로 고압으로 사출하여 바이폴라 플레이트를 성형하는 성형단계를 포함하는 폐 폴리이미드 필름을 이용한 연료전지용 바이폴라 플레이트의 제조 방법.A separation step for separating graphene flakes from waste polyimide films that are used at least once and are leftover or discarded;
A crushing step of crushing the above graphene flakes to produce graphene powder;
A pellet production step of producing graphene pellets by mixing the above graphene powder with a conductive resin;
A method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell using a waste polyimide film, comprising a molding step of putting the above graphene pellets into an injection molding machine, heating them to melt them, and injecting the molten material into a mold at high pressure to form a bipolar plate.
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