KR20100020050A - Mixture for manufacturing self-healing fuel cell bipolar plate and fuel cell bipolar plate - Google Patents

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KR20100020050A
KR20100020050A KR1020080078686A KR20080078686A KR20100020050A KR 20100020050 A KR20100020050 A KR 20100020050A KR 1020080078686 A KR1020080078686 A KR 1020080078686A KR 20080078686 A KR20080078686 A KR 20080078686A KR 20100020050 A KR20100020050 A KR 20100020050A
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Abstract

PURPOSE: A mixture for manufacturing a self-healing fuel cell bipolar plate is provided to exhibit self-healing performance because a film material of microcapsule is dissolved by moisture, wet hydrogen, and methanol aqueous solution infiltrated through micro cracks. CONSTITUTION: A mixture for manufacturing a self-healing fuel cell bipolar plate consisting of highly conductive graphite powder, thermosetting resin, hardener and curing accelerator comprises a solid epoxy resin added with Grubbs catalyst, and microcapsules. The microcapsules comprise at least one kind of a membrane selected from urea resin and melamine resin.

Description

자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물 및 연료전지 분리판{MIXTURE FOR MANUFACTURING SELF-HEALING FUEL CELL BIPOLAR PLATE AND FUEL CELL BIPOLAR PLATE}MIXTURE FOR MANUFACTURING SELF-HEALING FUEL CELL BIPOLAR PLATE AND FUEL CELL BIPOLAR PLATE}

본 발명은 자기치유 성능을 발휘하는 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물 및 연료전지 분리판에 관한 것으로서, 상세하게는 그럽스 촉매(Grubbs catalyst)가 부가된 고체상 에폭시수지와; 막이 요소수지, 멜라민수지 중 선택된 1종 이상으로 이루어지고, 코어물질이 고체상 에폭시수지를 경화시키는 경화제로 이루어진 마이크로캡슐;이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물 및 연료전지 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed composition for producing a fuel cell separator and a fuel cell separator exhibiting self-healing performance, and in particular, a solid epoxy resin to which a Grubbs catalyst is added; Membrane is composed of at least one selected from urea resin, melamine resin, the core material is a microcapsule made of a curing agent for curing the solid-state epoxy resin; mixed composition for producing a fuel cell separator and fuel cell separator It is about.

연료전지는 연료가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 직접 변환하는 발전장치이며, 에너지 출력밀도 및 에너지 전환요율이 높은 미래의 청정에너지원이다.A fuel cell is a power generator that directly converts fuel gas and oxygen into electrical energy by electrochemically reacting, and is a future clean energy source with high energy output density and energy conversion rate.

연료전지 종류 중 고분자 전해질 (polymer electrolyte membrane)계 연료전 지는 150℃이하의 비교적 저온에서 사용되며, 사용연료의 종류에 따라 수소가스를 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(proton exchange membrane, PEMFC)와 액상의 메탄올(일명 methyl alcohol)을 연료극으로 사용하는 직접메탄올 연료전지 (direct methanol fuel cell, DMFC)로 구분된다.Among the fuel cell types, polymer electrolyte membrane-based fuel cells are used at relatively low temperatures of less than 150 ° C. Depending on the type of fuel used, proton exchange membrane (PEMFC) and liquid phases using hydrogen gas are used. It is divided into direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol (aka methyl alcohol) as a fuel electrode.

수소를 연료로 사용하는 PEMFC는 에너지 밀도가 높아 청정 에너지원으로 미래의 자동차용 연료전지로 많은 적용이 검토되어 기술적으론 시작품 생산단계에 도달해 있으나, 현재까지 생산단가가 매우 비싸고, 수소가스의 저장 및 취급에 대하여 해결 과제가 많이 남아있다. 이에 비하여 메탄올계 연료전지는 에너지 밀도는 다소 낮지만, 저장 및 취급이 용이하고, 부가적 연료개질장치가 필요없어 장치공정의 간소화와 콤팩트화가 가능하여, 1Kw급 이하의 소형 및 이동용 전원 공급장치로 적용이 기대되고 있다. 응용분야로는 노트북, 핸드폰과 같은 정보통신용 제품 및 가정용 소형 전자제품의 전원, 골프장 카트, 스쿠터, 휠체어 같은 이동용 및 군사용 배터리 팩 및 사용중인 이차전지 충전용 전원으로 응용 연구가 활발히 진행되고 있다.PEMFC, which uses hydrogen as a fuel, has high energy density and is considered as a clean energy source for many applications as a future fuel cell for automobiles. Many problems remain with regard to handling. On the other hand, methanol-based fuel cells have a slightly lower energy density, but are easy to store and handle, and do not require additional fuel reforming devices, thereby simplifying and compacting the device process. Application is expected. Applications are being actively researched for information and communication products such as laptops, mobile phones, and small household electrical appliances, mobile and military battery packs such as golf carts, scooters, and wheelchairs, and rechargeable batteries used in secondary batteries.

이와 같은 연료전지의 주요구성은 반응연료가 공급되는 연료극 (anode electrode), 산소 또는 공기가 공급되는 캐소드극 (cathode electrode), 연료 및 공기의 흐름을 결정하는 분리판(separator or bipolar plate)이 있으며, 사이에 수소이온만 투과시키는 고분자전해질 멤브레인 막(미국 듀폰사, Nafion 112, 115 또 는 117)이 주로 사용되고 있다. 그리고 연료극에서는 촉매로 PtRu 또는 Pt-Metal 합금촉매와 같은 귀금속 촉매가 각종 탄소담체에 담지되어 기체확산층(GDL)과 함께 촉매층을 형성하며, 이곳에서 활성화된 수소이온이 전해질막을 통과하여 캐소드극으로 이동하며, 캐소드극 역시 같은 종류의 촉매층에서 활성화된 산소와 이동된 수소이온가 결합하여, 물을 생성하는데 이때 발생하는 기전력차로 전기가 발생한다.The main components of such a fuel cell include an anode electrode supplied with reaction fuel, a cathode electrode supplied with oxygen or air, and a separator or bipolar plate for determining the flow of fuel and air. Polymer electrolyte membrane membranes (Nafion 112, 115 or 117, DuPont, USA), which allow only hydrogen ions to pass through, are mainly used. In the anode, a noble metal catalyst such as PtRu or Pt-Metal alloy catalyst is supported on various carbon carriers to form a catalyst layer together with a gas diffusion layer (GDL), where activated hydrogen ions pass through the electrolyte membrane and move to the cathode. In addition, the cathode also combines the activated oxygen and the transferred hydrogen ions in the same type of catalyst layer to generate water, the electricity generated by the electromotive force difference generated at this time.

한편 연료전지 분리판은 연료전지 구성에서 연료의 단위전지 사이의 가스혼합을 방지하고 전기적 회로를 연결하는 역할을 수행하며 반응 생성물과 잔류가스의 제거통로, 전류 집전체 기능을 수행한다. 여러 개의 단위전지를 연결하여 스택으로 구성하는 핵심 소재중의 하나인 연료전지 분리판은 현재 고분자연료전지 전체 스택 제조비용의 약 20-30%를 차지하여 제조 원가를 낮추는 일이 매우 중요하다. 또한 흑연계 연료전지 분리판은 기계적, 전기적 특성 향상에 한계가 있어 성능향상에 문제가 있어왔으나, 금속의 최대 단점인 화학적 안정성 및 경량화 등에서 큰 장점을 가지고 있어 현재까지는 흑연계 연료전지 분리판을 주로 사용하고 있다. 반면에 흑연 연료전지 분리판은 취성이 매우 강하여 스택조립시 또는 운전중 충격 등에 의하여 균열이 발생될 수 있는 문제점이 있기 때문에 개선이 필요했다. On the other hand, the fuel cell separator serves to prevent the gas mixing between the unit cells of the fuel in the fuel cell configuration, to connect the electrical circuit, and to remove the reaction product and the residual gas, and the current collector. The fuel cell separator, which is one of the core materials connecting several unit cells, constitutes a stack, which is about 20-30% of the total manufacturing cost of a polymer fuel cell, and it is very important to reduce manufacturing costs. In addition, the graphite-based fuel cell separator has a problem in improving its performance due to its limitation in improving mechanical and electrical properties. However, the graphite-based fuel cell separator has been mainly used until now. I use it. On the other hand, the graphite fuel cell separator is very brittle and needs to be improved because there is a problem that cracks may occur due to impact during stack assembly or operation.

그리고 흑연 연료전지 분리판에 대한 미국 에너지부(Department of Energy, DOE) 추천 기준(FY 2007 reports for the DOE hydrogen program, V. Fuel cells-Bipolar plate p722-731)에서 전기 전도도: >100S/㎝, 수소투과도: <2x10-6 ㎤/㎠- sec, 부식율: < 1㎂/㎠, 원료비: ~ $4 /㎾, 제조비용: <$6/㎾ 를 요구하고 있으며, 이 중 전기전도도, 수소투과도, 전기화학적 부식을 중요항목으로 선정하고 있다. 기계적 특성에 대한 기준치는 없으나 선행 연구에 의하여 >34MPa 이상의 휨강도를 요구하나, 흑연복합체 자체가 취성이 강한 재료이기 때문에 중대형 스택제작시 뒤틀림 또는 균열로 인하여 쉽게 파손이 전파될 수 있다. And electrical conductivity in the US Department of Energy (DOE) recommendation criteria for graphite fuel cell separators (FY 2007 reports for the DOE hydrogen program, V. Fuel cells-Bipolar plate p722-731):> 100 S / cm, Hydrogen permeability: <2x10-6 cm 3 / cm 2-sec, Corrosion rate: <1㎂ / ㎠, Raw material cost: ~ $ 4 / mW, manufacturing cost: <$ 6 / mW, among which electrical conductivity, hydrogen permeability, electricity Chemical corrosion is selected as an important item. Although there is no standard on the mechanical properties, previous studies require flexural strength of> 34 MPa or more, but since the graphite composite itself is a brittle material, breakage can be easily propagated due to distortion or cracking during the production of medium and large stacks.

한편 고온 고강도 항공우주소재용 복합재료로 탄소섬유 또는 기타 강화섬유로 복합화하는 방법이 발표(J. of the electrochemical society, 147(11) 4083-4086(2000)되긴 하였으나 연료전지분야의 흑연분리판은 제조공정상 상기 보강방법 적용이 어려우며, 현재까지 취성 및 균열발생에 대하여 특별한 보수방법이 없이 교체하고 있는 상황이다.In the meantime, the method of complexing carbon fiber or other reinforcing fiber as a composite material for high temperature and high strength aerospace materials has been announced (J. of the electrochemical society, 147 (11) 4083-4086 (2000)). It is difficult to apply the reinforcement method in the manufacturing process, and it is a situation to replace the brittleness and crack generation without a special repair method to date.

구체적으로 연료전지 제작 및 60-120℃의 스택운전중 스택내 연료전지 분리판의 미세크랙이 발생되면 이로인한 연료전지 성능의 저하는 물론 스택의 폭발도 발생될수 있기 때문에 긴급 보수가 요구되나, 보수를 위하여 스택을 해체하면 실링용 가스켓과 전극일체형 전해질막(MEA)이 파손되기 때문에 재보수가 곤란하여 결국 막대한 비용을 들여 새 스택으로 교체하는 방안이 일반적이다. Specifically, if the microcracks of the fuel cell separator in the stack are produced during the fuel cell manufacturing and the stack operation at 60-120 ° C, the fuel cell performance may be reduced and the explosion of the stack may occur. When the stack is dismantled, the sealing gasket and the electrode-integrated electrolyte membrane (MEA) are damaged, so it is difficult to repair and replace the stack with a new one.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 스택내 연료전지 분리판의 미세크랙이 발생하게 되면 미세크랙 부분이 자유 치유되어 막대한 비용을 들여 새 스택으로 교체해야하는 번거로움이 없고, 미세크랙에 의해 자기 치유를 위한 마이크로캡슐의 막이 깨지지 않더라도 미세크랙을 통해 침투되는 수분, 습윤수소, 습윤공기 또는 메탄올수용액에 의해 용해되어 자기치유 성능 크게 향상시킬 수 있는 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물 및 연료전지 분리판을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention for solving such a conventional problem is that when the microcracks of the fuel cell separator in the stack occurs, the microcracks are freely healed, and there is no hassle of replacing the new stack with a huge cost. Mixed composition and fuel cell for manufacturing self-healing fuel cell separator that can be dissolved by water, wet hydrogen, wet air or methanol aqueous solution that can penetrate through microcracks even if the membrane of microcapsules for self-healing is not broken. The purpose is to provide a separator plate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고전도성 흑연분말, 열경화성 수지, 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 이루어진 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물에 있어서,In the present invention for achieving the above object in the mixed composition for manufacturing a fuel cell separator comprising a highly conductive graphite powder, a thermosetting resin, a curing agent and a curing accelerator,

그럽스 촉매(Grubbs catalyst)가 부가된 고체상 에폭시수지와;Solid epoxy resin to which Grubbs catalyst is added;

막이 요소수지, 멜라민수지 중 선택된 1종 이상으로 이루어지고, 코어물질이 고체상 에폭시수지를 경화시키는 경화제로 이루어진 마이크로캡슐;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물을 제공한다.Membrane is made of at least one selected from urea resin, melamine resin, the core material is a microcapsule consisting of a curing agent for curing a solid epoxy resin; provides a mixed composition for producing a self-healing fuel cell separator. .

특히, 상기 마이크로캡슐의 내부에 수용되는 경화제는 액체형 아민계, 액체 형 디시클로펜타디엔 중 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In particular, the curing agent contained in the microcapsules is preferably made of at least one selected from liquid amines and liquid dicyclopentadiene.

그리고 상기 마이크로캡슐은 전체 중량의 0.1~10 중량% 혼합되는 것이 좋다.And the microcapsules are preferably mixed 0.1 to 10% by weight of the total weight.

아울러 본 발명은, 상기 혼합조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 자기치유 연료전지 분리판을 제공한다.In addition, the present invention provides a self-healing fuel cell separator, characterized in that manufactured using the mixed composition.

이하, 본 발명의 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물을 상세히 설명한다.Hereinafter, the mixed composition for producing a self-healing fuel cell separator of the present invention will be described in detail.

본 발명의 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물은 고전도성 흑연분말, 열경화성 수지, 경화제 및 경화촉진제에 그럽스 촉매(Grubbs catalyst)가 부가된 고체상 에폭시수지와, 마이크로캡슐이 더 포함되어 이루어진다. 위 혼합조성물 중 고전도성 흑연분말, 열경화성 수지, 경화제 및 경화촉진제는 종래에 연료전지 분리판을 제조하기 위하여 널리 사용됨에 따라 본 발명의 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The mixed composition for preparing a self-healing fuel cell separator of the present invention further includes a solid epoxy resin in which a Grubbs catalyst is added to a highly conductive graphite powder, a thermosetting resin, a curing agent, and a curing accelerator, and microcapsules. Since the highly conductive graphite powder, the thermosetting resin, the curing agent, and the curing accelerator in the above mixture composition are widely used to manufacture a fuel cell separator in the related art, a detailed description thereof will be omitted.

상기 마이크로캡슐은 막이 요소수지, 멜라민수지 중 선택된 1종 이상으로 이루어지고, 코어물질이 고체상 에폭시수지를 경화시키는 경화제로 이루어진다.The microcapsules are made of at least one selected from urea resin and melamine resin, and the core material is composed of a curing agent for curing a solid epoxy resin.

상기 마이크로캡슐의 막은 연료전지 분리판의 미세크랙에 의해 침투되는 수분, 습윤수소, 습윤공기 또는 메탄올수용액에 의해 용이하게 용해가 이루어지는 요소수지, 멜라민수지 중 선택된 1종 이상으로 이루어진다. 막이 요소수지 또는 멜라 민수지로 이루어지기 때문에 연료전지 분리판의 미세크랙에 의해 상기 마이크로캡슐의 막이 깨지지 않더라도 침투되는 수분, 습윤수소 등에 막이 용해되기 때문에 보다 현저한 자기치유 성능을 발휘할 수 있다. 또한 종래와 같이 수분 비활성화(water-deactivatible)제를 사용할 필요도 없는 이점이 있다.The membrane of the microcapsule is made of at least one selected from urea resin and melamine resin, which are easily dissolved by water, wet hydrogen, wet air, or methanol aqueous solution infiltrated by the microcracks of the fuel cell separator. Since the membrane is made of urea resin or melamine resin, even though the membrane of the microcapsule is not broken by the microcracks of the fuel cell separator, the membrane dissolves in moisture, wet hydrogen, and the like, thereby exhibiting more significant self-healing performance. In addition, there is an advantage that does not need to use a water-deactivation agent as in the prior art.

상기 마이크로캡슐의 막의 두께는 약한 충격에 쉽게 깨지지 않고, 수분, 습윤수소 등에 의해 단시간 내에 용해될 수 있는 두께면 족하다.The thickness of the film of the microcapsules is not easily broken by a weak impact, and may be a thickness that can be dissolved in a short time by moisture, wet hydrogen, or the like.

그리고 상기 마이크로캡슐의 코어물질은 그럽스 촉매가 부가된 고체상 에폭시수지와 개환치환중합 반응을 일으켜 가교반응이 일어나는 경화제로 이루어진다. 경화제는 액체형 아민계, 액체형 디시클로펜타디엔 중 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the core material of the microcapsules is composed of a curing agent in which a crosslinking reaction occurs by causing a ring-opening substitution polymerization reaction with a solid epoxy resin to which a Grubbs catalyst is added. It is preferable that a hardening | curing agent consists of 1 or more types chosen from liquid amine type and liquid type dicyclopentadiene.

상기 마이크로캡슐은 전체 중량의 0.1~10 중량% 혼합되는 것이 바람직하다. 마이크로캡슐이 0.1 중량% 미만으로 혼합될 경우 자기치유가 원활히 일어나지 않고, 10 중량% 초과로 혼합될 경우 높은 자기치유 성능을 발휘할 수 있으나 전기 전도도 등의 전기적 특성 및 강도 등이 저하되는 문제가 있다.The microcapsules are preferably mixed 0.1 to 10% by weight of the total weight. When the microcapsules are mixed at less than 0.1% by weight, self-healing does not occur smoothly. When the amount of the microcapsules is mixed at 10% by weight, high self-healing performance may be exhibited, but electrical characteristics such as electrical conductivity and strength may be deteriorated.

그리고 그럽스 촉매가 부가된 고체상 에폭시수지는 상기 마이크로캡슐의 경화제의 충분한 반응을 위하여 경화제 당량비율 대비 5% 과잉 혼합하여 사용하는 것이 좋다.In addition, the solid epoxy resin to which the Grubbs catalyst is added may be used by mixing 5% excessively with respect to the curing agent equivalent ratio for sufficient reaction of the curing agent of the microcapsules.

이와 같은 본 발명의 혼합조성물을 균질하게 혼합한 후 성형몰드에 투입한 후 성형온도 160~190℃에서 성형압력 200~700kg/㎠ 범위로 압축성형하여 연료전지 분리판을 제조할 수 있다.Such a mixed composition of the present invention may be homogeneously mixed and then injected into a molding mold, and then compression molded to a molding pressure of 200 to 700 kg / cm 2 at a molding temperature of 160 to 190 ° C. to manufacture a fuel cell separator.

본 발명의 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물은 연료전지 운전온도 60-120℃의 조건에서 충격이나 비정상 운전으로 인하여 연료전지 분리판에 미세크랙은 발생하였으나 마이크로캡슐의 막물질이 깨지지 않더라도 미세크랙을 통해 침투되는 수분, 습윤수소, 메탄올수용액에 의해 마이크로캡슐의 막물질이 용해되기 때문에 보다 현저한 자기치유 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.In the mixed composition for manufacturing a self-healing fuel cell separator of the present invention, microcracks are generated in the fuel cell separator due to impact or abnormal operation under a fuel cell operating temperature of 60-120 ° C., even if the membrane material of the microcapsules is not broken. Since the membrane material of the microcapsules is dissolved by the water, wet hydrogen, and methanol aqueous solution penetrated through, there is an effect that can exhibit a more significant self-healing performance.

특히, 연료전지의 경우 분리판에 미세크랙이 발생한 경우 스택의 성능저하가 발생되지만, 스택을 분해하여 보수가 곤란하고, 습윤 수소, 수분, 공기 또는 메탄올수용액의 침투가 불가피한 열악한 조건하에서도 자기치유 성질을 갖는 마이크로캡슐을 포함하는 혼합조성물의 개발은 경제성측면 뿐만아니라 기술적 측면에서도 매우 중요한 의미가 있다.In particular, in the case of fuel cells, when the microcracks occur in the separator, performance of the stack may be degraded. However, the stack may be difficult to repair by disassembling the stack. The development of mixed compositions containing microcapsules with properties is very important in terms of economics as well as technical aspects.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The scope of the present invention is not limited to the following Examples.

[마이크로캡슐의 제조][Production of Microcapsules]

300㎖ 비이커에 먼저 스티렌무수말레인산의 알카리가수분해물를 계면활성제로 소량 첨가하고 자기치유제 저점도용 디시클로펜타디엔(DCPD) 모노머 10g을 조금씩 넣으며, 고에너지원의 초음파 믹서로 교반시켰다.A small amount of alkali hydrolyzate of styrene maleic anhydride was first added to a 300 ml beaker as a surfactant, and 10 g of a dicyclopentadiene (DCPD) monomer for self-healing low viscosity was added little by little, followed by stirring with a high energy source ultrasonic mixer.

그리고 마이크로캡슐 막의 제조방법은 100℃이하 저온에서 산 촉매를 사용하는 방법중 in situ 중합법을 선택하였다. 여기에서 In situ 중합법은 멜라민에 포름알데히드를 부가반응시켜서 메틸 멜라민의 프리폴리머를 제조하며, 이때 멜라민 1몰에 대하여 포름알데히드 비율 3몰 중합시켰다.In the method of preparing a microcapsule membrane, an in situ polymerization method was selected among methods using an acid catalyst at a low temperature of 100 ° C. or lower. Here, In situ polymerization method is a prepolymer of methyl melamine was prepared by addition reaction of formaldehyde to melamine, wherein 3 mol of formaldehyde ratio was polymerized to 1 mol of melamine.

고속(2000rpm) 교반기가 부착된 2,000㎖ 비이커에 증류수 500㎖를 넣고 오일을 첨가하여 유화시켰다. 고속회전되는 비이커에 저점도용 디시클로펜타디엔 모노머를 첨가한 후 메틸멜라민 프리폴리머를 첨가함과 동시에 온도를 90℃로 가열하여 디시클로펜타디엔이 코아물질로 멜라민계 캡슐 막제인 마이크로캡슐을 제조하였다.500 ml of distilled water was added to a 2,000 ml beaker with a high speed (2000 rpm) stirrer and emulsified by adding oil. After adding a low viscosity dicyclopentadiene monomer to a high speed rotating beaker, methylmelamine prepolymer was added, and the temperature was heated to 90 ° C. to prepare a microcapsules of dicyclopentadiene as a core material of melamine capsule membrane.

제조된 마이크로캡슐의 입경은 50~200㎛, 막 두께는 5~10㎛이었다.The particle size of the prepared microcapsules was 50 ~ 200㎛, the film thickness was 5 ~ 10㎛.

[연료전지 분리판 제조용 혼합조성물의 제조][Production of Mixed Composition for Manufacturing Fuel Cell Separator]

고전도성 흑연분말 75 중량%, 탄소나노튜브 4.85 중량%, 열경화성 에폭시수지 15 중량%, 경화제 5 중량% 및 경화촉진제로서 TPP(Triphenyl phosphine) 0.15 중량%를 혼합하여 흑연 혼합분말을 얻었다. 이때 고전도성 흑연분말은 스위스의 Timcal 사의 평균입경 27~50㎛크기를 가지는 고전도성 흑연분말을 사용하였고, 탄소나노튜브는 국내 ILJIN Nanotech 사의 CM-95를 사용하였으며, 열경화성 에폭시수지로서는 신일본제철 YSLV-80XY, 경화제로서는 ARAKAWA 화학, AMANOL 758, 경화촉 진제로서는 HOKKO 화학의 TPP를 사용하였다.75 wt% of the highly conductive graphite powder, 4.85 wt% of the carbon nanotube, 15 wt% of the thermosetting epoxy resin, 5 wt% of the curing agent, and 0.15 wt% of TPP (Triphenyl phosphine) as the curing accelerator were mixed to obtain a graphite mixed powder. At this time, the high-conductive graphite powder was used a high-conductive graphite powder having an average particle size of 27 ~ 50㎛ size of Timcal Co., Switzerland, and CM-95 of ILJIN Nanotech Co., Ltd. was used as the carbon nanotube. -80XY, ARAKAWA Chemical, AMANOL 758 as a curing agent, and TPP of HOKKO Chemical were used as a curing accelerator.

상기 흑연 혼합분말, 위 제조된 마이크로캡슐 및 그럽스 촉매가 부가된 에폭시수지를 혼합하여 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물을 제조하였다. 이때 그럽스 촉매가 부가된 에폭시수지는 마이크로캡슐의 코어물질인 디시클로펜타디엔의 당량비율 대비 5%를 과잉혼합하였다.The graphite mixed powder, the microcapsules prepared above, and the epoxy resin to which the Grubbs catalyst was added were mixed to prepare a mixed composition for preparing a fuel cell separator. At this time, the epoxy resin to which the Grubbs catalyst was added was excessively mixed with 5% of the equivalent ratio of dicyclopentadiene, the core material of the microcapsules.

그리고 마이크로캡슐은 전체 중량에 대해 0.1 중량%, 1.0 중량%, 5.0 중량% 및 10.0 중량%를 각각 혼합하여 실시예 1~4의 혼합조성물을 제조하였다.In addition, the microcapsules were mixed with 0.1 wt%, 1.0 wt%, 5.0 wt%, and 10.0 wt%, respectively, based on the total weight, to prepare the mixed compositions of Examples 1 to 4.

캐비티부가 50×50×2mm인 성형몰드에 실시예 1~4의 혼합조성물 및 비교예로서 마이크로캡슐 및 그럽스 촉매가 부가된 에폭시수지함량이 혼합되지 않은 흑연 혼합분말을 각각 투입한 후 Hot press장비(Carver 25ton, manual)로 성형온도 170~190℃, 성형압력 300~500kg/㎠ 의 조건으로 40분간 성형하여 연료전지용 분리판을 얻었다.Hot press equipment after adding the mixed composition of Examples 1 to 4 and the graphite mixed powder, in which the epoxy resin content to which the microcapsule and Grubbs catalyst was added, were mixed into the molding mold having the cavity portion of 50 × 50 × 2mm, respectively. (Carver 25ton, manual) was molded for 40 minutes under the conditions of molding temperature 170 ~ 190 ℃, molding pressure 300 ~ 500kg / ㎠ to obtain a separator for a fuel cell.

실시예 1~4 및 비교예의 연료전지용 분리판에 대하여 ASTM D790의 시험방법에 의해 3점 휨강도를 측정하였고, 3점 휨강도 측정이후 자기치유 특성을 파악하기 위하여 실시예 1~4 및 비교예의 연료전지용 분리판을 각각 2일간 80℃ MeOH 1몰 수용액에 침수시킨 후 건조하여 다시 3점 휨강도를 측정하였고, 그결과는 하기의 표 1로 나타냈다.Three-point flexural strength was measured by the test method of ASTM D790 for the fuel cell separators of Examples 1-4 and Comparative Example, and the fuel cells of Examples 1-4 and Comparative Example were used to determine the self-healing characteristics after the 3-point flexural strength measurement. The separators were immersed in an aqueous solution of 1 mol of 80 ° C. MeOH for 2 days, and then dried to measure the 3-point flexural strength, and the results are shown in Table 1 below.

[표 1] 실시예 1~4 및 비교예의 연료전지용 분리판의 휨강도 측정결과[Table 1] Bending strength measurement results of separator plates for fuel cells of Examples 1 to 4 and Comparative Examples

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예Comparative example 마이크로캡슐조합비(중량%)Microcapsule Combination Ratio (wt%) 0.10.1 1.01.0 5.05.0 10.010.0 0.00.0 초기강도(MPa)Initial strength (MPa) 51.751.7 51.651.6 51.551.5 50.850.8 52.052.0 MeOH 침수후 강도(MPa)MeOH strength after immersion (MPa) 7.07.0 10.410.4 13.513.5 13.113.1 2.32.3

위 표 1과 같이 MeOH 1몰 수용액에 침수후 측정한 휨감도가 비교예의 경우 2.3MPa인 반면, 실시예 1~4의 경우 7.0MPa 이상으로서, 모두 비교예에 비하여 휨강도가 3배 이상으로 측정됐고, 이 결과 실시예 1~4의 경우 휨강도가 복원되는 것으로 확인되었다.As shown in Table 1, the bending sensitivity measured after immersion in a 1 mole aqueous solution of MeOH was 2.3 MPa in the comparative example, whereas in Examples 1 to 4, 7.0 MPa or more, and the flexural strength was more than three times higher than the comparative example. , As a result, in the case of Examples 1 to 4 it was confirmed that the flexural strength is restored.

Claims (4)

고전도성 흑연분말, 열경화성 수지, 경화제 및 경화촉진제를 포함하여 이루어진 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물에 있어서,In the mixed composition for manufacturing a fuel cell separator comprising a high conductive graphite powder, a thermosetting resin, a curing agent and a curing accelerator, 그럽스 촉매(Grubbs catalyst)가 부가된 고체상 에폭시수지와;Solid epoxy resin to which Grubbs catalyst is added; 막이 요소수지, 멜라민수지 중 선택된 1종 이상으로 이루어지고, 코어물질이 고체상 에폭시수지를 경화시키는 경화제로 이루어진 마이크로캡슐;이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물.Membrane is composed of at least one selected from urea resin, melamine resin, the core material is a microcapsule consisting of a curing agent for curing a solid epoxy resin; Self-healing fuel cell separator manufacturing composition comprising a. 제1항에 있어서, 상기 마이크로캡슐의 코어물질인 경화제는 액체형 아민계, 액체형 디시클로펜타디엔 중 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물The method of claim 1, wherein the curing agent as the core material of the microcapsules is a mixed composition for producing a self-healing fuel cell separator, characterized in that consisting of at least one selected from liquid amine-based, liquid dicyclopentadiene. 제1항에 있어서, 상기 마이크로캡슐은 전체 중량의 0.1~10 중량% 혼합되는 것을 특징으로 하는 자기치유 연료전지 분리판 제조용 혼합조성물.According to claim 1, wherein the microcapsules are mixed composition for producing a self-healing fuel cell separator, characterized in that 0.1 to 10% by weight of the total weight is mixed. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 혼합조성물을 이용하여 제조된 것을 특징 으로 하는 자기치유 연료전지 분리판.Self-healing fuel cell separator, characterized in that prepared using the mixed composition of any one of claims 1 to 3.
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