KR20110103207A - 연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 - Google Patents

연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 Download PDF

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KR20110103207A
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Abstract

벤조옥사진계 화합물의 중합체와 전도성 물질을 포함하는 코팅막이 형성된 연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 포함한 연료전지가 개시된다.

Description

연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지{Bipolar plate for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell having the same}
연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지가 제시된다.
연료전지는 수소와 산소의 산화, 환원 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치이다.
상기 연료전지의 단위셀은 출력전압이 낮아 수개 내지 수백개의 단위셀(unit cell)을 적층하여 사용한다. 이와 같이 단위셀의 적층시 단위셀간 전기적 접속이 이루어지게 하고, 반응 가스를 분리하여 줌으로써 냉각수가 흐르는 유로역할을 하는 것이 분리판이다.
상기 분리판은 막-전극 접합체와 더불어 연료전지의 핵심부품으로 막 전극 접합체와 기체 확산층의 구조적 지지, 발생된 전류의 수집 및 전달, 반응가스의 수송 및 제거, 반응열제거를 위한 냉각수 수송 등의 다양한 역할을 담당하게 된다. 이에 따라 전기전도성 및 내식성이 우수한 분리판이 요구된다.
그러나 현재까지 개발된 분리판은 전기전도성 및 내식성이 만족할 만 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.
내식성이 개선된 연료전지용 분리판, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지가 제공된다.
본 발명의 한 측면에 따라 금속판; 및
상기 금속판의 표면에 형성된 벤조옥사진계 화합물의 중합체 및 전도성 물질을 포함하는 코팅막을 함유하고,
상기 벤조옥사진계 화합물이 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상인 연료전지용 분리판이 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1 중, R1, R2, R3, 및 R4는, 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 하이드록시기, 또는 시아노기이고,
R5는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2중 R5'는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
R6은 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴렌기, -C(=O)-, -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택되고,
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3중, A, B, C, D, E는 모두 탄소이거나 또는 A, B, C, D, E중에서 선택된 하나 또는 둘은 질소(N)이고, 그 나머지는 탄소(C)이고,
R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성하며,
상기 고리가 C6-C10 탄소고리기, C3-C10 헤테로아릴기, 융합된 C3-C10 헤테로아릴기, C3-C10 헤테로고리기 또는 융합된 C3-C10 헤테로고리기이고,
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 4중, A는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 헤테로고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 사이클로알킬기, 또는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기이고,
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 사이클로알킬기, C1-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 하이드록시기이고,
[화학식 5]
Figure pat00005
상기 화학식 5중, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기 또는 하기 화학식 5A로 표시되는 그룹이고,
[화학식 5A]
Figure pat00006
상기 화학식 5 및 화학식 5A중, R3은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
[화학식 6]
Figure pat00007
상기 화학식 6중, R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R2, R3 및 R4중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R5, R6 및 R7중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고
[화학식 2A]
Figure pat00008
상기 화학식 2A중 R1은 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
*는 화학식 6의 R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹과 R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹에 각각 연결되는 위치를 표시한다.
본 발명의 다른 측면에 따라 금속판의 표면에,
상기 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상의 벤조옥사진계 화합물, 전도성 물질 및 용매를 포함하는 코팅막 형성용 조성물을 코팅하는 단계; 및
상기 코팅막 형성용 조성물이 코팅된 금속판을 열처리하는 단계를 포함하는 연료전지용 분리판의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라 상술한 분리판을 구비하는 연료전지가 제공된다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 금속판 표면에 내산성 고분자인 벤조옥사진계 화합물의 중합체를 함유한 코팅막을 형성하여 광범위한 온도 영역에서 내산성과 전기전도성이 우수한 저가의 연료전지용 분리판을 제작할 수 있다.
도 1은 연료전지용 분리판을 도시한 단면도이고,
도 2는 실시예 1-1 내지 1-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 나타낸 것이고,
도 3은 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 나타낸 것이고,
도 4는 실시예 3-1 내지 3-5에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 나타낸 것이고,
도 5는 비교예 1-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 나타낸 것이고,,
도 6은 실시예 2-1, 실시예 2-2, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 내산성 평가 결과를 나타낸 것이고,
도 7은 실시예 4-1 내지 4-4에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명의 일구현예에 따른 연료전지의 분해 사시도이고,
도 9은 도 8의 연료전지를 구성하는 막-전극 접합체의 단면모식도이다.
금속판 및 상기 금속판의 표면에 벤조옥사진계 화합물의 중합체 및 전도성 물질을 포함하는 코팅막이 형성된 연료전지용 분리판이 제공된다.
상기 벤조옥사진계 화합물의 중합체는 내산성 고분자로서, 전도성 물질과 함께 금속층 표면에 코팅됨으로써 분리판의 전기전도성이 우수하면서도 내산성이 우수하여 내부식성이 향상된다.
상기 벤조옥사진계 화합물은 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상이다.
[화학식 1]
Figure pat00009
상기 화학식 1 중, R1, R2, R3, 및 R4는, 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 하이드록시기, 또는 시아노기이고,
R5는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
[화학식 2]
Figure pat00010
상기 화학식 2중 R5'는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
R6은 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴렌기, -C(=O)-, -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택되고,
[화학식 3]
Figure pat00011
상기 화학식 3중, A, B, C, D, E는 모두 탄소이거나 또는 A, B, C, D, E중에서 선택된 하나 또는 둘은 질소(N)이고, 그 나머지는 탄소(C)이고,
R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성하며,
상기 고리가 C6-C10 탄소고리기, C3-C10 헤테로아릴기, 융합된 C3-C10 헤테로아릴기, C3-C10 헤테로고리기 또는 융합된 C3-C10 헤테로고리기이고,
[화학식 4]
Figure pat00012
상기 화학식 4중, A는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 헤테로고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 사이클로알킬기, 또는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기이고,
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 사이클로알킬기, C1-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 하이드록시기이고,
[화학식 5]
Figure pat00013
상기 화학식 5중, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기 또는 하기 화학식 5A로 표시되는 그룹이고,
[화학식 5A]
Figure pat00014
상기 화학식 5 및 화학식 5A중, R3은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
[화학식 6]
Figure pat00015
상기 화학식 6중, R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R2, R3 및 R4중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R5, R6 및 R7중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고
[화학식 2A]
Figure pat00016
상기 화학식 2A중 R1은 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
*는 화학식 6의 R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹과 R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹에 각각 연결되는 위치를 표시한다.
상기 화학식 2A중 R1은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중에서 선택된 하나이다.
Figure pat00017
Figure pat00018
상기 화학식 1로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00019
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Figure pat00067
상기 화학식 2로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00068
Figure pat00069
Figure pat00070
Figure pat00071
Figure pat00072
상기식중 R2는 페닐기, -CH2-CH=CH2, 또는 하기 화학식으로 표시되는 그룹이다.
Figure pat00073
예를 들면, 상기 화학식 2의 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물중에서 선택될 수 있다.
Figure pat00074
Figure pat00075
Figure pat00076
Figure pat00077
상기 화학식 3으로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물들이 있다.
[화학식 3A]
Figure pat00078
상기 화학식 3A중, R은 수소 또는 C1-C10 알킬기이고,
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
상기 화학식 3에서 상기
Figure pat00082
가 하기 구조식으로 표시되는 그룹중의 하나이다.
Figure pat00083
상기 화학식 3로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예는 하기 화학식으로 표시되는 화합물중에서 선택된다.
Figure pat00084
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Figure pat00106
상기 화학식 4로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서, 하기 화학식으로 표시되는 화합물들이 있다.
상기 화학식 4의 A는 하기 화학식 4A 또는 4B으로 표시되는 그룹중의 하나일 수 있다.
[화학식 4A] [화학식 4B]
Figure pat00107
상기 화학식 4A 및 4B중 R1은 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이다.
상기 화학식 4의 인 함유 벤조옥사진계 모노머는 하기 화학식 4C로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4C]
Figure pat00108
Figure pat00109
상기 화학식 4C중, R1은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중에서 선택된 하나이다.
Figure pat00110
상기 화학식 4의 화합물들은 하기 화학식으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나일 수 있다.
Figure pat00111
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
Figure pat00115
Figure pat00116
Figure pat00117
상기 화학식 5로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서 하기 화학식 5B, 5C, 또는 5D으로 표시되는 화합물이 있다.
[화학식 5B]
Figure pat00118
[화학식 5C]
Figure pat00119
상기 화학식 5B 및 5C중, R2는 C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C10 아릴기, 또는 C6-C10 아릴옥시기이고, R3은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중에서 선택된다.
Figure pat00120
[화학식 5D]
Figure pat00121
상기 화학식 5D중, R4 및 R5는 모두 C6-C10 아릴기이고, R3은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중에서 선택된다.
Figure pat00122
상기 화학식 5의 화합물은 하기 화학식 5E 또는 5F로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나일 수 있다.
[화학식 5E]
Figure pat00123
[화학식 5F]
Figure pat00124
상기 화학식 5E 또는 5F중, R3은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중에서 선택된다.
Figure pat00125
상기 화학식 5의 벤조옥사진계 모노머는 하기 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있다.
Figure pat00126
Figure pat00127

Figure pat00128
Figure pat00129
Figure pat00130
Figure pat00131
상기 화학식 6으로 표시되는 벤조옥사진계 모노머의 예로서, 하기 화학식 6A 내지 6C로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 6A] [화학식 6B]
Figure pat00132
Figure pat00133
[화학식 6C]
Figure pat00134
상기 화학식 6A 내지 6C중, R1은 하기 구조식으로 표시되는 그룹중의 하나이다.
Figure pat00135
Figure pat00136
Figure pat00137
Figure pat00138
Figure pat00139
Figure pat00140
Figure pat00141
Figure pat00142
Figure pat00143
상기 벤조옥사진계 화합물은 예를 들어, 하기 화학식 7의 화합물 (t-BuPh), 화학식 8의 화합물 (t-PPO-a), 화학식 9의 화합물 (4-DFPh-4AP), 화학식 10의 화합물 (HF-a), 화학식 11의 화합물 (27-DHN-34DFA), 화학식 12의 화합물 (3,4-DFPh-4FA), 화학식 13의 화합물 (3HP-2AP) 및 화학식 14의 화합물 (BPS-A)중에서 선택된 하나 이상이다.
[화학식 7]
Figure pat00144
[화학식 8]
Figure pat00145
[화학식 9]
Figure pat00146
[화학식 10]
Figure pat00147
[화학식 11]
Figure pat00148
[화학식 12]
Figure pat00149
[화학식 13]
Figure pat00150
[화학식 14]
Figure pat00151
코팅막에 함유된 전도성 물질은 비표면적이 60 내지 250m2/g이고, 평균입경이 0.1 내지 10um인 카본계 물질을 사용한다.
상기 전도성 물질은 예를 들어, 카본블랙, 그래파이트, 카본나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용한다.
상기 전도성 물질은 MCMB (Osaka gas), Vulcan XC-72(Cabot corpoation사) 및 Timrex(Timcal graphite & carbon)로 상업적으로 입수가능하다.
상기 MCMB는 일반명 메조카본 마이크로비드(Mesocarbon Microbead)의 상품명이고, 상기 Vulcan XC-72는 일반명 카본블랙의 상품명이고, Timrex는 일반명 그래파이트의 상품명이며, Timrex HSAG 300 graphite의 약자이다.
상기 코팅막안에 함유된 전도성 물질의 함량은 벤조옥사진계 화합물의 중합체 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부, 예를 들어 0.5 내지 2 중량부이다. 전도성 물질의 함량이 상기 범위일 때 분리판의 내식성 및 전기전도성이 우수하다.
도 1은 상기 연료전지용 분리판을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 분리판(10)은 금속판(11)과 그 표면에 형성된 코팅막(14)을 포함한다.
상기 코팅막(14)의 두께는 1 내지 100㎛이다.
상기 코팅막(14)은 벤조옥사진계 화합물의 중합체(12)와 전도성 물질(13)로 이루어진다. 여기에서 벤조옥사진계 화합물의 중합체(12)는, 전도성 물질과 금속층간의 결합제 역할을 하면서 산과 금속층의 접촉을 막는 역할을 한다.
상기 전도성 물질(14)은 전기전도를 원활하게 하며 금속판(11)과 상기 금속판(11)에 적층되는 가스확산층간의 접촉 저항을 최소화시킨다. 그리고 상기 금속판(11)은 가스 공급을 위한 유로가 형성된 전기 전도성 지지체이다.
상기 금속판(11)은 전도성을 갖는 금속 및 합금으로 이루어진 기판이라면 모두 다 사용가능하며, 예를 들어, 스테인레스 강판, 알루미늄판, 탄소강 강판 등을 사용한다.
상기 금속판(11)의 두께는 1 내지 5mm이다.
상기 금속판은 도면에 나타나 있지는 않으나, 그루브가 형성될 수 있다.
이하, 상기 연료전지용 분리판을 제조하는 방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 금속판의 표면처리 과정을 선택적으로 실시한다.
상술한 표면처리 과정을 통하여 표면에 존재하는 불순물 및 산화막을 제거되고, 표면에 그루브가 형성되어 금속판의 표면적을 넓혀 주어 금속판 상부에 형성된 코팅막과의 접합력이 증대되고 접촉저항이 감소된다.
상기 표면처리는 산세(etching), 브러싱(brushing), 페이퍼링(papering) 또는 블레스팅(blasting)중 하나 이상의 공정을 통하여 실시된다.
상기 산세는 산세 처리 용액을 이용하여 실시하며, 상기 산세 처리 용액으로는 5 ~ 50 중량%의 황산용액을 사용한다.
상기 산세처리된 금속판을 수세처리하여 표면의 액체가 모두제거될 때까지 건조하는 과정을 거치게 된다. 이러한 산세 처리 공정을 통하여 금속판 표면에 존재하는 산화막이 제거된다.
상기 브러싱은 steel brush등을 이용하여 금속판 표면에 그루브를 형성하는 공정을 나타낸다.
상기 페이퍼링은 연마지(sand paper)를 이용하여 금속판 표면을 적절한 힘으로 문질러 표면에 그루브를 형성하는 것을 나타낸다.
상기 블레스팅은 분사기를 이용하여 Al2O3(알루미나), 글래스 비드(glass beads), 세라믹 비드(ceramic beads) 등 미세한 분말을 금속판 표면에 고압으로 분사시켜 표면을 처리하는 것을 나타낸다.
상기 표면처리를 실시하면, 예를 들어 깊이 및 폭이 각각 5 내지 20㎛, 예를 들어 약 5, 10, 20㎛인 그루브가 형성된다.
상기 그루브는 예를 들어 매트릭스 형태의 그루브일 수 있다.
상술한 표면처리로 그루브가 형성된 금속판을 사용하면, 그루브가 형성되지 않은 금속판을 사용하는 경우와 비교하여 금속판의 표면적이 넓어져서 코팅막과 금속판간의 접착력을 높일 수 있다.
상기 표면처리된 금속판 상부에 벤조옥사진계 화합물, 전도성 물질 및 용매를 포함하는 코팅막 형성용 조성물을 표면처리된 금속층의 표면에 코팅을 실시한다.
상기 전도성 물질의 함량은 상기 벤조옥사진계 화합물 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부, 예를 들어 1 내지 4 중량부이다.
전도성 물질의 함량이 상기 범위일 때 분리판의 전도성 및 내식성이 우수하다.
상기 용매로는 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 등의 유기용매를 단독 또는 혼합하여 사용한다.
상기 용매의 함량은 벤조옥사진계 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 300 내지 1000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때, 코팅막 형성용 조성물의 코팅작업이 용이하다.
상기 코팅막 형성용 조성물의 코팅공정은 스프레이 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 테이프 캐스팅 등에 의하여 수행될 수 있다.
상기 코팅후, 건조과정을 실시할 수 있고, 이 때 건조과정은 40 내지 80℃에서 실시한다.
그 후, 상기 코팅막 형성용 조성물이 코팅 및 건조된 금속층을 열처리하는 단계를 거쳐 벤조옥사진계 화합물의 중합체와 전도성 물질을 포함하는 연료전지용 분리판이 완성된다.
상기 열처리를 통하여 벤조옥사진계 화합물의 중합 반응이 진행되어 벤조옥사진계 화합물의 중합체가 코팅막에 포함되게 된다.
상기 열처리는 150 내지 280℃, 예를 들어 190 내지 260℃에서 실시된다. 여기에서 열처리온도가 상기 범위일 때 벤조옥사진계 화합물의 중합 반응성이 우수하다.
상기 열처리시간은 열처리온도에 따라 가변적이다. 예를 들어 1 내지 5시간이다.
상기 과정에 따라 제조된 연료전지용 분리판은 광범위한 온도 범위 에서 부식전류와 접촉저항 특성이 매우 우수하고 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하다.
상기 연료전지용 분리판을 이용한 연료전지 제작은 통상적인 방법에 따라 가능하다.
도 8은 연료전지의 일 구현예를 나타내는 분해 사시도이고, 도 9는 도 8의 연료전지를 구성하는 막-전극 접합체(MEA)의 단면모식도이다.
도 8에 나타내는 연료 전지(8)는 2개의 단위셀(81)이 한 쌍의 홀더(82,82)에 협지되어 개략 구성되어 있다. 단위셀(81)은 막-전극 접합체(80)와, 막-전극 접합체(80)의 두께 방향의 양측에 배치된 본 발명의 일구현예에 따른 금속판과 그 표면에 벤조옥사진계 화합물의 중합체와 전도성 물질을 포함하는 코팅막이 형성된 분리판(90)으로 구성되어 있다. 분리판(90)는 막-전극 접합체(80)에 각각 접합함으로써, 집전체로서 기능함과 동시에, 막-전극 접합체(80)의 촉매층에 대해 산소 및 연료를 공급한다.
또한 도 8에 나타내는 연료 전지(8)는 단위셀(81)의 수가 2개인데, 단위셀의 수는 2개에 한정되지 않고, 연료 전지에 요구되는 특성에 따라 수십 내지 수백 정도까지 늘릴 수도 있다.
막-전극 접합체(80)는 도 9에 나타내는 바와 같이, 전해질막(100)과, 전해질막(100)의 두께 방향의 양측에 배치된 촉매층(110, 110')과, 촉매층(110, 110')에 각각 적층된 제1 기체 확산층(121, 121')과, 제1 기체 확산층(121, 121')에 각각 적층된 제2 기체 확산층(120, 120')으로 구성된다.
촉매층(110, 110')은 연료극 및 산소극으로서 기능하는 것으로, 촉매 및 바인더가 포함되어 각각 구성되어 있으며, 상기 촉매의 전기화학적인 표면적을 증가시킬 수 있는 물질이 더 포함될 수 있다.
제1 기체 확산층(121, 121') 및 제2 기체 확산층(120, 120')은 각각 예를 들어 카본 시트, 카본 페이퍼 등으로 형성되어 있고, 분리판(90)을 통해 공급된 산소 및 연료를 촉매층(110, 110')의 전면으로 확산시킨다.
이 막-전극 접합체(80)를 포함하는 연료전지(8)는 100 내지 300℃의 온도에서 작동하고, 한 쪽 촉매층 측에 분리판(90)를 통해 연료로서 예를 들어 수소가 공급되고, 다른 쪽 촉매층 측에는 분리판(90)를 통해 산화제로서 예를 들어 산소가 공급된다. 그리고, 한 쪽 촉매층에 있어서 수소가 산화되어 프로톤이 생기고, 이 프로톤이 전해질막(100)을 전도하여 다른 쪽 촉매층에 도달하고, 다른 쪽 촉매층에 있어서 프로톤과 산소가 전기화학적으로 반응하여 물을 생성함과 동시에, 전기 에너지를 발생시킨다. 또한, 연료로서 공급되는 수소는 탄화수소 또는 알코올의 개질에 의해 발생된 수소일 수도 있고, 또 산화제로서 공급되는 산소는 공기에 포함되는 상태에서 공급될 수도 있다.
화학식에서 사용되는 치환기의 정의에 대하여 살펴 보면 다음과 같다.
화학식에서 사용되는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 할로겐 원자로 치환된 C1-C20의 알킬기(예: CCF3, CHCF2, CH2F, CCl3 등), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 C1-C20의 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
화학식에서 사용되는 알콕시기의 예로서 메톡시, 에톡시, 프로폭시 등이 있고, 알콕시기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 알케닐기의 구체적인 예로는 비닐렌, 알릴렌 등을 들 수 있고, 상기 알케닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.
화학식에서 사용되는 알키닐기의 구체적인 예로는 아세틸렌 등을 들 수 있고, 상기 알키닐중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환될 수 있다.
화학식에서 사용되는 아릴기는 단독 또는 조합하여 사용되어, 하나 이상의 고리를 포함하는 방향족 시스템을 의미하며, 예로서 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸 등이 있다. 상기 아릴기중 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 아릴옥시기의 예로서 페녹시 등이 있고, 상기 아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 탄소인 유기 화합물을 의미한다. 상기 헤테로원자중 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 탄소고리기는 사이클로헥실기과 같이 탄소 원자로만 구성된 고리기를 지칭하며, 상기 탄소고리기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 헤테로고리기는 질소, 황, 인, 산소 등과 같은 헤테로원자를 함유하는 고리기를 지칭하며, 구체적인 예로서 피리딜 등이 있고, 이러한 헤테로고리기중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지로 치환가능하다.
화학식에서 사용되는 할로겐 원자는 예로서 불소, 염소, 브롬 등이 있고, 화학식에서 치환기 정의시 사용된 용어 "할로겐화된"은 불소, 염소, 브롬과 같은 할로겐 원자 또는 할로겐 원자 함유 유기 그룹으로 치환된 경우를 나타낸다. 상기 유기 그룹의 예로는 C1-C20 알킬기 등을 들 수 있다.
화학식에서 사용되는 아릴렌기, 헤테로아릴렌기, 헤테로아릴옥시기, 탄소고리기, 헤테로고리알킬기, 탄소고리알킬기 및 헤테로아릴알킬기는 이들이 갖고 있는 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지로 치환가능하다.
이하, 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 이로 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
실시예 1-1: ( 금속층 표면에 BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:2의 코팅막 형성한 경우)
화학식 14의 BPS-a 0.85g에 용매인 N,N-디메틸아세트아미드 3.5g를 부가하고 이를 교반한 다음, 이를 40-50℃로 가열하여 BPS-a 용액을 준비하였다.
상기 BPS-a 용액에 전도성 카본인 Timrex 1.7g을 부가하고 이를 1시간동안 혼합하여 코팅막 형성용 슬러리를 얻었다. 여기에서 BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:2이었다.
상기 코팅막 형성용 슬러리를 두께가 1.2mm인 스테인레스 강판에 테이프 캐스팅하여 약 50 ㎛ 두께로 슬러리를 코팅하였다.
슬러리가 코팅된 금속층을 100℃의 오븐에서 4시간동안 건조하여 용매를 제거하였다.
이어서, 이를 250℃에서 열처리하여 금속판의 상부에 BPS-a의 중합체와 Timrex를 함유하는 코팅막이 형성된 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 1-2: ( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:2이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
스테인레스 강판 표면에 코팅막 형성용 슬러리를 코팅하기 이전에, 금속판에 폭 및 깊이가 각각 약 5㎛인 그루브를 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
상기 폭 및 깊이가 각각 약 5㎛인 그루브는 페이퍼링 방법에 의하여 형성되었다.
상기 페이퍼링 방법은, 처음에는 부드러운 연마지 (대성연마사, 상품명은 cw-400, cw-1000 또는 cw-2000임)를 이용하여 1000-2000번 정도 금속 표면을 약 3-5분간 문질러 산화피막과 같은 불순물들을 제거하고 다시 400번 정도의 조금 거친 연마지를 이용하여 약 5-10분간 금속 표면을 문질러 그루브를 형성하였다. 금속 표면을 문질러주는 방향은 한쪽으로 하지 않고 여러 방향 또는 여러 위치로 주기적으로 바꿔가면서 문질러줘 그루브의 형태가 특정한 무늬나 방향성을 갖지 않게 하였다.
실시예 1-3: ( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:2이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 경우)
스테인레스 강판 표면에 코팅막 형성용 슬러리를 코팅하기 이전에, 폭 및 깊이가 약 10㎛인 그루브를 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
상기 폭 및 깊이가 각각 약 20㎛인 그루브는 5㎛의 그루브가 형성된 금속 표면을 추가로 더 거친 연마지를 이용하는 방법에 의하여 형성되었다. 연마지를 이용한 페이퍼링 방법은 위의 5㎛의 그루브를 형성하는 방법과 동일하다. 또는 줄(file, rasp)를 이용하기도 한다. 그루브를 형성하는 방법은 위의 5㎛의 그루브를 형성하는 방법과 동일하다
상기 실시예 1-1 내지 1-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 압연 압력에 따른 전기적 저항 특성을 조사하였다. 상기 전기적 저항은 자체 제작한 전기저항측정 장치를 이용하였다. 장비의 구성은 저항을 측정할 시편을 고정시키기 위한 가압장치와 전류를 흘려주어 저항을 측정하며 동시에 가압 조건등을 제어하기 위한 평가제어 장치로 구성되어 있다. 가압 장치는 가압된 질소를 이용하여 0.03-1.57 N/mm2 (0.1 bar-5 bar)의 압력 범위에서 저항을 측정하게 된다.
실제 스택에 조립된 상태에서의 MEA 및 분리판이 받는 압력은 1.4 N/mm2 이다. 가압장치는 가압프레스의 양쪽에 스페이싱 블록(spacing block)이 위치하고 그 안쪽에 금 코팅(gold coating)된 집전판 2장이 위치한 다.
집전판 안쪽엔 역시 2장의 카본 페이퍼(carbon paper)를 두고 그 안쪽에 저항을 측정하고자하는 시편을 두어 저항을 측정하게 된다. 이 상태에서 압력을 가해주면 각각의 성분들이 압착된 상태로 되며 점차 압력을 높여주면서 각각의 압력에 대하여 저항을 측정하게 된다. 전체적인 적층구조를 단면에서 보면 위에서부터 스페이싱 블록(spacing block)-집전판-카본 페이퍼(carbon paper)-시편-카본 페이퍼(carbon paper)-집전판-스페이싱 블록(spacing block)-가압 프레스(press)로 구성된다.
상기 전기적 저항 특성 결과는 도 2 및 하기 표 1에 나타난 바와 같다.
도 2를 참조하면, 실시예 1-1 내지 1-3의 분리판은 저항 특성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
구분 압연 압력 (N/mm2)
0.03 0.31 0.78 1.57
실시예 1-1 1563 134.7 50.4 20.7
실시예 1-2 338338 30.84 16.79 11.84
실시예 1-3 964 48.08 20.15 12.51
실시예 2-1( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:1이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
화학식 14의 BPS-a와 Timrex의 혼합중량비가 1:1로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1-2와 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 2-2( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:2이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:2로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 2-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지 분리판을 제작하였다.
실시예 2-3 ( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:4이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:4로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 2-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 3-1:( BPS -a와 벌칸 XC -72의 혼합중량비는 1:0.25이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
Timrex 대신 벌칸 XC-72을 사용하고 BPS-a와 벌칸 XC-72의 혼합중량비는 1:0.25인 것을 제외하고는, 실시예 2-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 3-2: ( BPS -a와 벌칸 XC -72의 혼합중량비는 1:0.5이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 벌칸 XC-72의 혼합중량비는 1:0.5로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 3-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 3-3:( BPS -a와 벌칸 XC -72의 혼합중량비는 1:1이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 벌칸 XC-72의 혼합중량비는 1:1로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 3-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 3-4:( BPS -a와 벌칸 XC -72의 혼합중량비는 1:2이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 벌칸 XC-72의 혼합중량비는 1:2로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 3-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 3-5:( BPS -a와 벌칸 XC -72의 혼합중량비는 1:4이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 5㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 벌칸 XC-72의 혼합중량비는 1:4로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 3-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 4-1: ( BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:0.5이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 경우)
화학식 14의 BPS-a 3.4g에 용매인 N,N-디메틸아세트아미드 5.5g를 부가하고 이를 교반한 다음, 이를 40-50℃로 가열하여 BPS-a 용액을 준비하였다.
상기 BPS-a 용액에 전도성 카본인 Timrex 1.7g을 부가하고 이를 1시간동안 혼합하여 코팅막 형성용 슬러리를 얻었다. 여기에서 BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:0.5이었다.
상기 코팅막 형성용 슬러리를 두께가 1.2mm이고, 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 스테인레스 강판에 테이프 캐스팅하여 약 50 두께로 슬러리를 코팅하였다.
슬러리가 코팅된 금속층을 100℃의 오븐에서 4시간동안 건조하여 용매를 제거하였다.
이어서, 250℃ 에서 열처리하여 스테인레스 강판 표면 상부에 BPS-a의 중합체와 Timrex를 포함하는 코팅막이 형성된 연료전지용 분리판을 제작하였다. 상기 코팅막의 두께는 5㎛이었다.
상기 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 스테인레스 강판은 위의 20㎛의 그루브를 형성하는 방법과 동일하다
실시예 4-2: BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:1이고, 금속판에 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:1로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 4-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 4-3: BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:2이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:2로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 4-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
실시예 4-4: BPS -a와 Timrex 의 혼합중량비는 1:4이고, 스테인레스 강판에 폭 및 깊이가 약 20㎛인 그루브가 형성된 경우)
BPS-a와 Timrex의 혼합중량비는 1:4로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 4-1과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
비교예 1: (페놀수지와 벌칸 XC -72의 혼합중량비가 1:1인 경우)
벌칸 XC-72 대신 페놀수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3-3과 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
비교예 2: (페놀수지와 벌칸 XC -72의 혼합중량비가 1:2인 경우)
벌칸 XC-72 대신 페놀수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3-4와 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
비교예 3: (페놀수지와 벌칸 XC -72의 혼합중량비가 1:0.5인 경우)
벌칸 XC-72 대신 페놀수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3-2와 동일한 방법에 따라 실시하여 연료전지용 분리판을 제작하였다.
상기 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성 변화를 조사하였고, 도 3 및 하기 표 2에 나타내었다.
BPS-a: timrex (중량비) 압연 압력 (N/mm2)
0.03 0.31 0.78 1.57
1 : 1 468 53.895 32.255 24.116
1 : 2 338 30.845 16.7925 11.84
1 : 4 297 26.135 15.155 11.21
상기 표 2 및 도 3으로부터 저항은 눌러주는 압력이 높아질수록 줄어드는 경향을 보였다. 카본 페이퍼는 기본적으로 다공성을 갖고 있는 구조이므로 압력이 높을수록 포어가 줄어들어 기공도(porosity)가 낮아지므로 면과 면의 닿은 면적이 넓어지게 되므로 전기 전도성이 높아지므로 저항은 줄어들게 된다. 스택에 가해지는 압력은 대략 1.4 N/mm2이다.
또한 BPS-a 레대비 전도성물질의 비율이 1:2~4일 때 금속판의 표면에 대한 코팅막의 결착력 저하 없이 저항 특성이 우수하다.
상기 실시예 3-1 내지 3-5에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 조사하였고, 도 4 및 하기 표 3에 나타내었다.
BPS-a : Vulcan XC-72
(중량비) 		압연 압력 (N/mm2)
0.03 0.31 0.78 1.57
1 : 0.25 476 80.5 49.95 31.81
1 : 0.5 228 27.82 11.61 6.34
1 : 1 363.5 26.275 11.175 6.185
1 : 2 294 28.49 14.51 9.59
1 : 4 387 37.02 19.04 12.67
또한 상기 비교예 1-3에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 조사하였고, 그 결과는 도 5 및 하기 표 4에 나타난 바와 같다.
페놀수지:카본
(중량비)		 압연 압력 (N/mm2)
0.03 0.31 0.78 1.57
1:0.5 626.5 53.355 37.58 30.59
1:1 520.5 35.4 17.575 11.12
1:2 674 43.95 27.25 20.65
도 5 및 표 4를 참조하면, 비교예 1 내지 3은 각각 실시예 3-2, 3-3 및 3-4의 경우와 각각 대비되는데, 실시예 3-2, 3-3, 3-4의 연료전지용 분리판은 비교예 1 내지 3의 경우와 비교하여 저항 특성이 개선된다는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 2-1, 실시예 2-2, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 내산성을 평가하였다.
내산성 평가 방법은 벤조옥사진계 화합물의 중합체 및 전도성 물질이 코팅된 금속판의 표면을 전기화학적인 방법에 의해 부식 특성을 평가하였다. 변전위(Potentiodynamic) 방법을 사용하여 -0.15V에서 1.3V까지 5mV/sec의 스캔속도(scan rate)로 측정하였다. 기준전극은 Ag/AgCl 전극을 사용하였다.
상기 내산성 평가 결과를 도 6에 나타내었다.
이를 참조하여 실시예 2-1 및 2-2는 비교예 1-1 및 1-2에 비하여 부식 전류가 감소된다는 것을 알 수 있었다.
상기 실시예 4-1 내지 4-4에 따른 연료전지용 분리판에 있어서, 저항 특성을 조사하여 도 7 및 하기 표 5에 나타내었다.

BPS-a:Timrex		 압연 압력 (N/mm2)
0.03 0.31 0.78 1.57
1:0.5 286 29.12 12.88 6.79
1:1 354 26.98 11.32 6.21
1:2 388 29.47 14.82 9.87
1:4 434 36.42 18.89 12.42

Claims (12)

  1. 금속판; 및
    상기 금속판의 표면에 형성된 벤조옥사진계 화합물의 중합체 및 전도성 물질을 포함하는 코팅막을 함유하고,
    상기 벤조옥사진계 화합물이 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상인 연료전지용 분리판.
    [화학식 1]
    Figure pat00152

    상기 화학식 1 중, R1, R2, R3, 및 R4는, 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 하이드록시기, 또는 시아노기이고,
    R5는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00153

    상기 화학식 2중 R5'는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    R6은 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴렌기, -C(=O)-, -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    [화학식 3]
    Figure pat00154

    상기 화학식 3중, A, B, C, D, E는 모두 탄소이거나 또는 A, B, C, D, E중에서 선택된 하나 또는 둘은 질소(N)이고, 그 나머지는 탄소(C)이고,
    R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성하며,
    상기 고리가 C6-C10 탄소고리기, C3-C10 헤테로아릴기, 융합된 C3-C10 헤테로아릴기, C3-C10 헤테로고리기 또는 융합된 C3-C10 헤테로고리기이고,
    [화학식 4]
    Figure pat00155

    상기 화학식 4중, A는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 헤테로고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 사이클로알킬기, 또는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기이고,
    R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 사이클로알킬기, C1-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 하이드록시기이고,
    [화학식 5]
    Figure pat00156

    상기 화학식 5중, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기 또는 하기 화학식 5A로 표시되는 그룹이고,
    [화학식 5A]
    Figure pat00157

    상기 화학식 5 및 화학식 5A중, R3은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
    [화학식 6]
    Figure pat00158

    상기 화학식 6중, R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R2, R3 및 R4중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
    R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R5, R6 및 R7중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고
    [화학식 2A]
    Figure pat00159

    상기 화학식 2A중 R1은 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    *는 화학식 6의 R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹과 R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹에 각각 연결되는 위치를 표시한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질이,
    카본블랙, 그래파이트, 카본나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 연료전지용 분리판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질의 함량은,
    벤조옥사진계 화합물의 중합체 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부인 연료전지용 분리판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속판이
    스테인레스 강판, 알루미늄판, 또는 탄소강 강판인 연료전지용 분리판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 벤조옥사진계 화합물이,
    하기 화학식 7 내지 화학식 14로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상인 연료전지용 분리판.
    [화학식 7]
    Figure pat00160

    [화학식 8]
    Figure pat00161

    [화학식 9]
    Figure pat00162

    [화학식 10]
    Figure pat00163

    [화학식 11]
    Figure pat00164

    [화학식 12]
    Figure pat00165

    [화학식 13]
    Figure pat00166

    [화학식 14]
    Figure pat00167
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속판의 표면에 그루브가 형성된 연료전지용 분리판.
  7. 금속판의 표면에, 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물중에서 선택된 하나 이상의 벤조옥사진계 화합물, 전도성 물질 및 용매를 포함하는 코팅막 형성용 조성물을 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅막 형성용 조성물이 코팅된 금속판을 열처리하는 단계를 포함하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00168

    상기 화학식 1 중, R1, R2, R3, 및 R4는, 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 하이드록시기, 또는 시아노기이고,
    R5는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00169

    상기 화학식 2중 R5'는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    R6은 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴렌기, -C(=O)-, -SO2-로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    [화학식 3]
    Figure pat00170

    상기 화학식 3중, A, B, C, D, E는 모두 탄소이거나 또는 A, B, C, D, E중에서 선택된 하나 또는 둘은 질소(N)이고, 그 나머지는 탄소(C)이고,
    R1 및 R2는 서로 연결되어 고리를 형성하며,
    상기 고리가 C6-C10 탄소고리기, C3-C10 헤테로아릴기, 융합된 C3-C10 헤테로아릴기, C3-C10 헤테로고리기 또는 융합된 C3-C10 헤테로고리기이고,
    [화학식 4]
    Figure pat00171

    상기 화학식 4중, A는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 헤테로고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 사이클로알킬기, 또는 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기이고,
    R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 사이클로알킬기, C1-C20 헤테로고리기, 할로겐 원자, 시아노기, 또는 하이드록시기이고,
    [화학식 5]
    Figure pat00172

    상기 화학식 5중, R1 및 R2는 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기 또는 하기 화학식 5A로 표시되는 그룹이고,
    [화학식 5A]
    Figure pat00173

    상기 화학식 5 및 화학식 5A중, R3은 서로 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
    [화학식 6]
    Figure pat00174

    상기 화학식 6중, R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R2, R3 및 R4중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 수소, C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고,
    R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹은 서로 연결되어 하기 화학식 2A로 표시되는 그룹이고, 상기 R5, R6 및 R7중에서 선택되지 않은 나머지 그룹은 C1-C20 알킬기, C1-C20 알콕시기, C6-C20 아릴기, C6-C20 아릴옥시기, 할로겐화된 C6-C20 아릴기, 할로겐화된 C6-C20 아릴옥시기, C1-C20 헤테로아릴기, C1-C20 헤테로아릴옥시기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴기, 할로겐화된 C1-C20 헤테로아릴옥시기, C4-C20 탄소고리기, 할로겐화된 C4-C20 탄소고리기, C1-C20 헤테로고리기, 또는 할로겐화된 C1-C20 헤테로고리기이고
    [화학식 2A]
    Figure pat00175

    상기 화학식 2A중 R1은 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C6-C20 아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C7-C20 아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴옥시기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로아릴알킬기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리기, 치환된 또는 비치환된 C4-C20 탄소고리알킬기, 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리기, 또는 치환된 또는 비치환된 C2-C20 헤테로고리알킬기이고,
    *는 화학식 6의 R2, R3 및 R4중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹과 R5, R6 및 R7중에서 선택된 인접된 2개 이상의 그룹에 각각 연결되는 위치를 표시한다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 물질의 함량은,
    벤조옥사진계 화합물 1 중량부를 기준으로 하여 0.25 내지 10 중량부인 연료전지용 분리판의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 금속판의 표면에 코팅막 형성용 조성물을 코팅하기 이전에,
    금속판을 표면처리하는 단계를 더 실시하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 금속판을 표면처리하는 단계가,
    산세(etching), 브러싱(brushing), 페이퍼링(papering) 또는 블레스팅(blasting)중 하나 이상의 공정을 실시하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 열처리가 150 내지 280℃ 에서 실시되는 연료전지용 분리판의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 따른 분리판을 구비하는 연료전지.
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