KR20150038144A - 전기 전도성 시트 재료 - Google Patents

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게르하르트 쉐핑
비르거 랑에
게랄트 야레
미하엘 차미너
유디트 할러
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Abstract

본 발명은, 섬유들(9)을 포함하는 베이스 보디(2)를 포함하는 전기 전도성 시트 재료(1, 1', 1'')에 관한 것으로, 섬유들(9)의 적어도 일부는 탄소 섬유들을 갖는다. 본 발명의 목적은, 낮은 전기 저항을 갖고, 가능한 가장 간단하고 비용-효과적이며 재현가능한 방식으로 큰 규모로 생성될 수 있는 전기 전도성의 플렉서블한 시트 재료를 고안하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 채널들(3)이 베이스 보디(2)를 통해 연장된다.

Description

전기 전도성 시트 재료{ELECTRICALLY CONDUCTIVE SHEET MATERIAL}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에서 분류되는 바와 같은 전기 전도성 시트 재료에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 방법에 관한 것이다.
전기 전도성 시트 재료들, 예를 들어, 전기 전도성 직물 시트 재료들은, 다수의 애플리케이션들에 대해 이익(interest)을 갖는다. 중요한(key) 애플리케이션은, 특히, 재생가능한 에너지들, 예를 들어, 수력 전력, 풍력 에너지, 태양 복사 및 지열 에너지를 저장하고 재생가능한 원자재(raw material)들로부터 발생되는 에너지들을 저장하기 위한 에너지 저장 매체에서의 전기 전도성 시트 재료들의 사용이다.
광범위하게 다양한 배터리들이 에너지 저장에 대해 종종 사용된다. 이들 배터리들은, 1차 또는 2차 셀(cell)들의 형태로 이용되거나, 전기도금, 즉, NaCl 전기 분해 및 무기 화합물들의 전기분해 합성으로 이용된다. 충전가능하지 않은 배터리들은 1차 셀들로서 알려져 있다. 과잉(surplus) 전기 에너지들을 저장하기 위해 개발되었던 2차 셀들은, 화석 원자재들의 부족 및 재생가능한 에너지들의 사용 관점으로 연구의 초점 및 정치적 관심이 이동했다. 니켈-카드뮴 배터리, 납 축전지(lead-acid battery), 리튬-이온 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리(nickel-metal hydride battery)들이 가장 잘-알려진 2차 셀들이다.
리독스 유동(redox flow) 셀은, 용매에 용해된 화학적 반응물질들에 전기 에너지가 저장되는 충전가능한 타입의 배터리이다. 실제로, 전해질의 2개의 에너지-저장 용액들이 2개의 별개의 회로들에서 순환하며, 그 회로들 사이에서, 박막(membrane)에 의해 셀에서 이온 교환이 발생한다. 전해질의 에너지-저장 용액들이 셀 외부의 별개의 탱크(tank)들에 저장되므로, 에너지량 뿐만 아니라 전력 출력은 서로 독립적으로 스케일링(scale)될 수 있다. 탱크들은 수동으로(manually) 채우기가 간단하다. 또한, 전해질의 용액들이 교환되기 때문에, 그들은 별개의 배터리들에서 충전되고 방전될 수 있다. 셀 전압은 통상적으로 1.0과 2.2 V 사이이다. 이것은, 특히 바나듐 리독스 유동 배터리들에 대하여 유지(hold for)된다.
박막은 리독스 유동 셀을 2개의 하프-셀(half-sell)들로 분할한다. 박막은, 전해질 용액들의 카운터-이온(counter-ion)들에 대해 투과가능하며, 각각의 하프-셀은, 화학 반응 - 환원 또는 산화 - 이 발생하는 전극에 의해 바운딩(bound)된다.
통상적으로, 사용된 박막들은, 모든 이온들이 통과되게 하는 미소공성(microporous) 분리기들이거나 선택적 음이온 또는 양이온 교환기 박막들이다. 박막은, 전해질의 2개의 용액들이 혼합되는 것을 방지하도록 설계된다.
일반적으로, 수용액들에서 높은 범위의 전기화학 전압에 대해 유용하도록 설계된 전극들은, 일반적으로 흑연으로 이루어진다. 특정한 높은 표면 면적을 갖는 흑연 펠트(felt)들은, 특정한 매우 높은 전력 출력을 위한 전극 재료로서 사용된다.
JP 4632043 B2는, 산화된 폴리아크릴로니트릴(PAN-OX) 섬유들의 탄화에 의해 획되는 탄소 섬유 펠트를 기재하지만, 펠트는 니들펀칭(needlepunching)에 의해 획득가능하다. JP 4632043 B2에 설명된 펠트의 섬유 구조로 인해, 섬유 배열(alignment) 및 전도도 배열은 상호간에 상이한 배향들을 갖는다. 결과로서, 전류는, 펠트의 전기 저항을 크게 증가시키는 다수의 섬유 노드들을 통과해야 한다.
JP 2003 308851 A는, 탄소질 섬유들을 포함하는 부직포 섬유를 포함하는 전극 재료를 설명한다. 그것은, 불활성 대기(inert atmosphere) 하의 높은 온도들에서 형성된다. 추가적으로, 펠트 구조는, 공극률(porosity)을 제한하고, 그에 따라 압력 강하를 또한 제한한다.
JP 2001 085028 A는, 전해질의 수계 시스템(aqueous system)들에서의 리독스 유동 배터리에서의 사용하기 위한 탄소 전극 재료를 나타낸다.
JP 2003 308851 A 및 JP 2001 085028 A에 설명된 전극 재료들은, 지향된 구조들을 갖지 않으며, 이는, 유체, 특히 전해질 용액이 전극 재료들을 통과해 유동하는 것을 어렵게 한다. 이것은, 전극 재료를 통한 유동 동안, 증가된 전기 저항 및 높은 압력 강하를 유도한다. 추가적으로, 전술한 전극 재료들은, 바이폴라 플레이트(bipolar plate)와 접촉해 있고 전기 저항을 증가시키는 러프(rough)한 표면을 갖는다. 이들 재료들의 일부 상에서의 고차적(high degree) 섬유 불규칙성은, 이들 전극 재료들의 유효 수명(useful life)을 단축시키도록 마모(abrasion)를 증폭시킨다.
DE 100 505 12 A1은, 탄소 섬유들을 포함하는 전도성 부직포 직물을 설명한다. 이러한 부직포 섬유는, 두께가 80으로부터 500 μm까지이다.
따라서, 본 발명은, 낮은 레벨의 전기 저항을 가지며, 매우 간단하고 매우 저렴하며 매우 고도로(highly) 재현가능한(reproducible) 방식으로 큰 산업 규모로 획득가능한 전기 전도성인 플렉서블(flexible)한 시트 재료를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항의 특성들에 의해 달성된다.
발명자들은, 메인 보디(body)에 채널들을 갖는 시트 재료가 시트 재료를 통한 개선된 유체의 유동을 유도한다는 것을 인식했다. 동시에, 유동 저항 및 압력 강하는 낮다. 추가적으로, 기술적 조건들 하에서 시트 재료의 지속적 사용 성능이 우수하다(outstanding)는 것이 결정되었다.
일 바람직한 실시예에서, 시트 재료는, 1로부터 500 μm까지의 범위, 바람직하게는 5로부터 400 μm까지의 범위, 특히, 10으로부터 300 μm까지의 범위에서 채널 직경들을 갖는다. 50으로부터 200 μm까지의 범위에서 채널 직경을 갖는 시트 재료에 특정한 선호도(preference)가 주어진다. 이들 사이즈들의 채널 직경들은, 시트 재료가 전극 재료로서 이용되는 경우, 전해질 용액과 전극 재료 사이에서 전자들의 우수한 교환을 가능하게 하는 표면에서의 충분한 반응성 영역(site)들이 존재한다는 것을 유리하게 보장한다. 결과로서, 시트 재료의 전기 전도성은 명백하게 향상된다. 시트 재료의 채널 직경은 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy)을 통하여 결정된다. 이를 위해, 전자 빔이 시트 재료의 단면에 걸쳐 특정한 패턴으로 주사되고, 결과적인 전자들과 샘플의 상호작용들이 샘플의 이미지를 생성하는데 사용된다. 후속하여, 이미지 상에서 획득된 채널들이 배율 팩터에 따라 결정된다.
메인 보디가 제 1 및 제 2 이마면(frontal plane)을 포함하는 시트 재료들에 특정한 선호도가 주어지며, 여기서, 채널들은 이마면들에 직교이다. 이러한 타입의 채널 어레인지먼트(arrangement)는, 채널들을 통한 유동이 특히 균일(uniform)할 수 있고, 동시에 전기 저항이 감소될 수 있기 때문에 유리하다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 시트 재료의 메인 보디는 제 1 및 제 2 이마면을 포함하며, 여기서, 채널들은 이마면들과 예각(acute angle)을 형성한다. 이러한 타입의 채널 구조는, 획득된 시트 재료가 다수의 채널들을 갖기 때문에 유리하다. 추가적으로, 이러한 타입의 시트 재료를 통한 균일한 유동은, 그것의 압력 강하가 낮다는 것을 의미한다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 시트 재료는 폴드-타입(fold-type) 구조를 가지며, 여기서, 시트 재료의 폴드 에지(edge)들은 적어도 부분적으로 상호접속된다. 시트 재료의 안정도는, 폴드 에지들에서의 부분적 상호접속에 의해 명백히 증가된다. 섬유 방향에서의 섬유들의 마손(fraying)이 추가적으로 방지되며, 이는 시트 재료의 유효 수명을 유리하게 연장시킨다.
특히 유리한 실시예에서, 폴드 에지들은, 적어도 메인 보디의 하나의 측면 상에서 편직(knitting), 제직(weaving) 및/또는 압밀(consolidation)에 의해 상호접속된다. 폴드 에지들을 상호접속시키는 상이한 방식들은, 시트의 안정도에 영향을 주어 그에 의해 시트 재료에 대한 사용에서의 다목적성(versatility)을 달성하도록 사용될 수 있다. 상이한 형태들의 상호접속의 추가적인 이점은, 안정한 시트 재료가, 시트 재료를 따라 그리고 시트 재료에 걸쳐 동시에 여전히 플렉서블하다는 것이다.
압밀은 기계적일 수도 있다. 니들링(needling) 기술, 또는 워터 및/또는 증기의 분사(jet)들에 의한 섬유들의 상호인탱글링(interentangling) 중 어느 하나가 압밀에 대해 사용된다.
시트 재료는, 주름형(pleated) 시트 재료일 수 있으며 블록 내에 함께 폴딩된다. 이러한 구조로 인해, 시트 재료의 개별적인 섬유들이 전도도 방향으로 배향을 가지며, 전기 저항을 감소시킨다. 추가적으로, 채널 구조는, 유동 저항 및 압력 강하에서 명백한 감소를 유도한다.
폴딩 방식에 의존하여, 시트 재료는 1로부터 15 mm까지의 범위에서 상이한 두께들을 가질 수 있다. 3으로부터 12 mm까지의 범위, 특히 5로부터 10 mm까지의 범위에서의 두께에 특정한 선호도가 주어진다. 이것은, 매우 광범위한 애플리케이션들에 대해 주문-맞춤화(custom-tailor)된 안정한 시트 재료의 사용을 가능하게 한다. 시트 재료 두께는 DIN EN ISO 9073-2에 따라 결정된다.
실제의 테스트들은, 특정한 높은 전기 전도도가, 40 내지 95 %, 바람직하게는 60 내지 90%, 더 바람직하게는 70 내지 80 %의 공극률에서 획득가능하다는 것을 나타낸다. 추가적인 테스트들은, 특정한 낮은 유동 저항들이, 80으로부터 99 %까지의 범위, 더 바람직하게는 85로부터 97 %까지의 범위, 특히 90으로부터 95 %까지의 범위에서의 공극률에서 달성가능하다는 것을 결정한다. 공극률은, 물질 또는 조성물의 공극(void) 용적 대 물질 또는 조성물의 전체 용적의 비율이다. 공극률은, 실제로 존재하는 공극들의 분류 측정으로서 기능한다. 유리하게, 이들 공극률 범위들에서의 유동 저항은 비교적 낮다. 높은 공극률을 갖는 시트 재료는, 전해질 용액들과 전극 재료 사이에서 전자들의 우수한 교환을 보장하기 위한 다수의 반응성 영역들이 존재한다는 이점을 갖는다.
공극률은, 3개의 칭량(weighing)들로부터 후속하는 바로서 결정된다. 이를 위해, 시트 재료는, 80℃로 진공(vacuo)에서 24시간 동안 건조(dry)된다. 건조된 시트 재료의 칭량은 일정한 값이 획득될 때까지 반복된다. 그 후, 샘플들은, 진공에서 증류수(distilled water)로 포화되고, 시트 재료가 완전히 워터로 덮어(cover)질 때까지 워터와 함께 건조기(esiccator)에 채워진다. 72시간의 휴지(quiescent) 기간에 후속하여, 침지(dipped) 칭량들이 수행된다. 이를 위해, 습윤(wet) 샘플들은 증류수로 채워진 용기 내로 샘플 홀더를 이용하여 도입되며, 습윤 샘플의 중량은 방출(displace)된 워터로부터 결정된다. 부가적으로, 습윤 샘플의 중량이 결정된다. 그 후, 공극률 n은 다음의 식을 사용하여 결정된다.
Figure pct00001
추가적인 실시예에서, 시트 재료는 상이한 공극률의 섬유 층들을 포함할 수도 있다. 이러한 점진적 구성은 전해질 전달을 촉진시킨다.
이마면들에 대해 직교이고 단부면(end plane)들에 대하여 수직으로 10 내지 300 S/cm2, 바람직하게는 50 내지 250 S/cm2, 더 바람직하게는 100 내지 200 S/cm2의 전기 전도도를 갖는 시트 재료에 특정한 선호도가 주어진다. 이들 전기 전도도 값들로 인해, 시트 재료는 에너지 저장 유닛들에서 매우 유용한다.
전기 전도도는 직접 측정될 수 없지만, 일반적으로, 고유 저항(specific resistance)과 유사하게, 전류, 강하 전압 및 샘플 지오메트리(geometry)로부터의 전달 측정치들을 통하여 결정된다. 전기 전도도는 저항의 역수(reciprocal resistance)이다. 시트 재료의 전기 전도도를 결정하기 위해, 샘플은, 사전-인장(pre-tension) 하에서 2개의 클램프들에 의해 고정(secure)되고 2개의 위치(place)들에서 은도금(silverize)된다. 클램프들은 이들 위치들에서 고정되고, 저항은 저항 측정 기기를 사용하여 결정된다 2개의 클램프들 사이의 거리는 약 100 mm이다. 후속하여, 결정된 저항은 산술적으로 전도도로 변환될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 시트재료는, 다음의 절차에 의해 350 kg/m3의 밀도, 20으로부터 22℃까지의 범위에서의 온도, 및 1013 mbar의 압력에서 측정된 경우, 5로부터 300 S/cm2까지의 범위, 바람직하게는 10으로부터 150 S/cm2까지의 범위, 특히 15로부터 50 S/cm2까지의 범위에서 전기 전도도를 가질 수도 있다.
밀도는 취해진 샘플의 평량(basis weight) 및 두께로부터 결정되며, 두께는 인가된 압력에 따라 결정된다.
전기 전도도는 정전류법으로(galvanostatically) 결정된다. 이러한 목적을 위해, 전기 저항은 2개 포인트 저항 측정을 사용하여 결정된다.
45 mm의 내부 직경 및 56 mm의 외부 직경을 갖는 환형(annular) 샘플이 취해진다. 이것은, 8.73 cm2의 샘플 면적에 대응한다. 그 후, 취해진 샘플은 하부 링 전극의 중앙에 위치된다. 그 후, 상부 전극은 하부 전극의 상단에 위치되고, 따라서, 취해진 샘플은 2개의 전극들 사이에 놓인다(situate). 1 A의 전류가 인가된다. 전류는, 먼저 하부 전극을 통해 유동하고, 그 후, 상부 전극을 통해 유동한다. 그 이후에, 2개의 전극들 사이의 전압 강하가 전위차계를 사용하여 측정된다. 후속하여, 전기 저항 R이 다음의 식에 따라 계산된다.
Figure pct00002
계산된 용적 저항은, 샘플 보디의 면적에 관련된다. 전기 전도도는 전기 저항의 역수를 형성함으로써 획득된다.
전기 전도성 시트 재료는, 탄화된 섬유들에 대한 시재료(starting material)로서 폴리에스테르 및/또는 폴리프로필렌 섬유들, 폴리아크릴로니트릴 섬유들(PAN), 셀룰로오스 섬유들, 피치(pitch) 섬유들, 리그인(lignin) 섬유들 및/또는 페놀 수지 섬유들을 이용할 수 있다.
사용되는 유체는, 매우 광범위한 전해질 용액들 중 임의의 전해질 용액일 수 있다. 통상적으로, 전해질 용액은 용해성 염 및 용매를 함유한다. 전해질 용액들의 조성 및/또는 그들의 농도는, 셀 전압과 함께 에너지 밀도의 주요 결정요인이다. 예를 들어, 염산 내의 염화 철 및 염화 크롬, 염산 내의 염화 철 및 염화 티타늄 또는 메탄술폰 산의 산성 수용액이 리독스 유동 셀에서 사용된다. 추가적인 가능한 리독스 쌍들은, 세륨, 아연 또는 브롬이다. 바나듐 및 황산의 산성 수용액들이 사용되는 것이 바람직하다.
시트 재료들은, 100 내지 1000 g/m2의 평량을 가질 수 있다. 300 내지 800 g/m2의 평량을 갖는 시트 재료들을 사용하는 것에 선호도가 주어지지만, 400 내지 700 g/m2의 평량들이 특히 바람직하다. 특히, 평량이 200으로부터 500 g/m2까지의 범위, 특히 250으로부터 400 g/m2까지의 범위가 되도록 하는 것이 매우 바람직하다. 그러한 평량들을 갖는 시트 재료들은, 우수한 안정도 및 높은 강도를 프로세싱한다. 평량은, DIN EN 12127로 결정된다.
일 바람직한 실시예에서, 시트 재료는 폴드-형성 방법을 통하여 획득된다. Kunit, OptiKnit®, MaliKnit 또는 MultiKnit® 루프-형성 방법이 폴드 형성에 대해 사용될 수 있다. Kunit 루프-형성 방법에서, 편직 니들(niddle)들의 애플리케이션에 의해 종으로(longitudinally) 배향된 겹(ply) 섬유를 포함하는 섬유 망(web)이 일-측으로(one-sidely) 스티치-본딩(stitch-bond)된 부직포 직물로 변환된다. MultiKnit® 루프-형성 방법은, 앙상블(emsemble) 구조를 갖는 시트 재료들을 생성하며, 여기서, 섬유 망은, 종으로 배향된 겹 섬유를 포함하고 양-측으로(both-sidely) 스티치-본딩된다. MaliKnit 루프-형성 방법에서, 편직 니들들의 애플리케이션에 의해 횡으로(transversely) 배향된 겹 섬유를 포함하는 섬유 망이 일-측으로 스티치-본딩된 부직포 직물로 변환된다. OptiKnit® 루프-형성 방법에 의해 생성된 시트 재료는, 종으로 배향된 겹 섬유를 포함하는 하나의 섬유 망, 및 횡으로 배향된 겹의 섬유를 포함하는 하나의 섬유 망으로 이루어지며, 이들 2개의 망들은 양-측으로 스티치-본딩된다. 추가적으로, 시트 재료는 주름가공(pleating)에 의해 형성될 수 있다. 먼저, 섬유 망을 컷팅(cut)함으로써 소망하는 형상 및 사이즈가 획득되며, 후속하여 다림질(iron)된다. 주름가공, 즉, 폴딩이 다음 단계이다. 이것은, 주름가공 기계를 사용하거나 수동으로 행해질 수 있다. 폴드들은 열 처리에 의해 고정되며, 그 후, 함께 기계 재봉(sew)된다. 이들 특정산 생성 프로세스들은, 시트 재료의 메인 보디에 상이한 채널 구조들을 실현하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 폴드-형성 방법은, 큰 용적의(voluminous) 연질(soft) 시트 재료를 형성하는데 사용될 수도 있다. 추가적으로, 이들 시트 재료들은, 양호한 기계적 속성들 및 우수한 마모 저항이 주목할 만하다.
코로나(corona) 및/또는 플라즈마 처리에 의해 시트 재료의 표면 에너지를 향상시키는 것이 유리한 시트 재료에 대한 몇몇 애플리케이션들이 존재한다. 바람직하게, 이러한 코로나 또는 플라즈마 처리는, 표면이 38 dyn을 초과하는 ― 바람직하게는 38 내지 72 dyn, 특히 40 내지 60 dyn ― ISO 9000 표면 에너지를 획득하도록 수행된다. 여기서, 화학물질들의 혼합(admixture) 없이 친수성 또는 소수성 마감(finish)이 표면에 주어질 수도 있다는 것이 유리하다.
추가적으로, 시트 재료는, 화학적 마감(finish) 작업(operation), 예를 들어. 친수화(hydrophilization)를 겪을 수도 있다.
일 바람직한 실시예에서, 어레인지먼트는 시트 재료 및 전기 소스를 포함하고, 여기서, 제 1 하프-셀과 제 2 하프-셀 사이에 전도도 방향이 존재하며, 섬유들은 그 전도도 방향을 따라 정렬된다. 유리하게, 이러한 타입의 어레인지먼트는 낮은 레벨의 전기 저항을 갖는다.
또한, 본 발명은 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 방법을 포함하며, 상기 방법은,
a) 적어도 하나의 섬유 망을 제공하는 단계,
b) 섬유 망을 사전압밀(preconsolidate)시키는 단계,
c) 시트 재료를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들(6)을 생성하는 단계, 및
d) 시트 재료를 탄화 및/또는 흑연화(graphitize)시키는 단계
의 단계들을 포함한다.
본 발명의 방법은, 시트-형성 프로세스 외에 전기 전도성 재료를 통합하기 위한 어떠한 추가적인 작업들도 요구되지 않으며 시트 재료의 강도를 향상시키기 위한 어떠한 부가적인 안정화 측정들도 요구되지 않는다는 이점을 갖는다. 추가적으로, 방법은 큰 용적의 시트 재료를 형성하는데 사용될 수도 있다.
섬유 망은, 알려진 기술들 그 자체를 사용하여 획득가능하다. 중간(moderate) 강도들을 갖는 약하게(lightly) 사전본딩(prebond)된 섬유 망은 저렴한 섬유 원자재들을 이용할 수도 있다.
섬유 망은, 섬유들을 상호인탱글링함으로써 기계적으로 사전압밀될 수도 있다. 니들링 기술, 또는 워터 및/또는 증기의 분사들을 이용하는 상호인탱글링 중 어느 하나가 사전압밀에 대해 사용된다. 니들 펀칭은, 더 낮은 평량을 갖는 더 연질의 시트 재료를 제공한다.
낮은 압력 하이드로인탱글링(hydroentangling) 프로세스를 사용하여 섬유 망이 사전압밀되도록 하는 것이 특히 바람직하다. 하이드로인탱글링 압밀은, 10으로부터 40 ℃까지 범위 내의 온도에서 발생할 수도 있다. 사전압밀은, 100으로부터 300 bar까지 범위 내의 압력들에서 높은 압력의 워터 분사들을 사용하여 또한 실시될 수도 있다.
폴드 에지들은, 적어도 일 측면 상에서의 편직, 제직 및/또는 압밀에 의해 상호접속될 수도 있다. 또한, 100으로부터 300 bar까지 범위 내의 압력들에서의 높은 에너지 워터 분사들로 압밀을 실시하는 것이 가능하다. 이러한 프로세스에서, 섬유들은 인탱글링(entangle)되고 상호본딩(interbond)된다.
시트 재료를 치밀화(densify)시키는 것은, 캘린더(calender)에 의해 시트 재료 초기 두께의 약 50 내지 90 %로 치밀화될 수 있다.
탄화 및/또는 흑연화는, 800으로부터 2500 ℃까지의 범위 내 온도에서의 보호 가스 대기 하에서 발생할 수 있다.
본 발명은, 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 추가적인 방법을 포함하며, 상기 방법은,
a) 섬유 망들의 섬유 배향들이 상이한 바람직한 방향들을 갖도록 적어도 2개의 섬유 망들을 제공하는 단계,
b) 앙상블을 생성하기 위해 섬유 망들을 중첩시키는 단계,
c) 섬유 망을 사전압밀시키는 단계,
d) 시트 재료를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들을 생성하는 단계, 및
e) 시트 재료를 탄화 및/또는 흑연화시키는 단계
의 단계들을 포함한다.
여기서, 상이한 섬유 배열들을 갖는 2개 또는 그 초과의 섬유 망들을 사용함으로써 향상된 궁극적인 인장 강도를 횡방향에서 갖는 시트 재료가 획득가능하다는 것이 유리하다. 추가적으로, 본 발명의 방법은, 간단하고 저렴한 방식으로, 얇지만 그럼에도 불구하고 매우 안정하고 강건한(strong) 시트 재료를 형성하는데 사용될 수 있다.
섬유 망들의 레이다운(laydown)은 매우 광범위하게 다양한 형태들을 취할 수도 있다. 특정한 속성들이 시트 재료에 대해 가능해져야 하거나 그리고/또는 섬유 구조가 다중-겹(multi-ply) 구조를 가져야 하는 경우, 가능한 것들은 종적 및/또는 횡적 레잉(laying)의 결합들 또는 랜덤 기술이다.
추가적인 실시예에서, 시트 재료는, 기능화(functionalization), 코팅(coating) 및/또는 함침(impregnation)에 의해 마감된다. 본 발명의 맥락에서 마감된다는 것은, 특정한 성능 특성들, 예를 들어, 양호한 습윤도, 향상된 전기 전도도 및 향상된 공극률을 마지막(latter)에 부여하기 위해, 시트 재료의 단기 또는 영구적인 열적, 화학적 및/또는 물리적 변경들을 겪는 것을 의미하는 것으로서 이해되어야 한다.
시트 재료 표면의 기능화는, 열적으로, 화학적으로 및/또는 물리적으로 실시될 수도 있다. 기능화는, 시트 재료의 화학적 표면 구조를 변형시키도록 기능하며, 특히, 시트 재료의 표면 상에 카르복실 산, 카르보닐 및 알데히드 그룹들을 생성하도록 기능한다. 화학적 기능화에서, 시트 재료의 표면은, 산, 코로나 처리 및/또는 플라즈마 처리를 이용하여 변형된다. 이것은, 시트 재료의 습윤도, 전기 전도도, 공극률 및 친수성을 또한 향상시킨다.
함침은, 시트 재료의 습윤도, 전기 전도도 및 공극률을 향상시키도록 기능한다. 함침은, 단일-단계 또는 다중-단계의 패드-맹글링(pad-mangling)에 의해 달성되며, 여기서, 정확히 정의된 양의 활성 성분이 직물 재료의 각각의 m2에 균일하게 인가된다. 패드-맹글링에서, 액체는 롤 압력에 의해 직물 내로 강제도입(force)된다. 본 명세서에서 용어 액체는, 항상, 액체의 모든 컴포넌트들 전체, 즉, 용매(일반적으로 워터) 뿐만 아니라 염료들, 입자들, 안료들, 화학물질들 및 조제들(auxiliaries)과 같은 용매에 존재하는 용해, 유화(emulsify), 또는 확산된 모든 구성물질을 나타낸다. 관련된 활성 성분들의 용액들 또는 유화액들의 형태로의 함침제의 투과는, 표면 장력을 감소시키기 위한 습윤화 제제(agent)들의 부가에 의해 용이해질 수 있다.
입자들은 코팅에 의해 시트 재료의 표면에 제공될 수 있다. 사용된 입자들은, 전도성 탄소질 재료들, 예를 들어, 흑연 또는 전도도 등급(grade) 카본 블랙(carbon black)일 수 있다. 바람직하게, 입자들은 페이스트(paste)의 형태로 시트 재료에 인가된다. 수성 상(aqueous phase)을 시트 재료의 표면에 인가하는 것이 특히 바람직하다. 인가는, 예를 들어, 용사(spraying), 블레이드 코팅(blade coating), 패드-맹글링 또는 키스 코팅(kiss coating)일 수 있다.
임의의 활면형(smooth-surfaced) 인쇄 롤, 또는 표면 상에 에칭, 가공(machine) 또는 보딩(border)된 오목부(recess)들을 갖는 인쇄 롤이 키스 코팅에서 사용된다. 페이스트는, 인쇄 롤로부터 시트 재료 상으로 코팅이 되도록 이동한다. 오목부들은, 인쇄 롤의 표면 상에서, 임의의 소망하는 사이즈 또는 형상을 가질 수도 있고 연속적인 또는 불연속적인 분포를 형성할 수도 있다. 추가적으로, 코팅은, 시트 재료의 표면, 및 또한 기계적 안정도를 명백히 향상시키도록 사용될 수도 있다. 추가적으로, 습윤화 거동은 입자들의 부가를 통하여 향상될 수도 있다.
시트 재료들의 마감 또는 처리는, 첫째로 표면 또는 섬유를 보호하고, 표면 또는 섬유의 속성들을 개선 및/또는 변형하거나, 신규한 세트들의 속성들을 달성하도록 기능한다. 여기서, 시트 재료의 표면이 간단하고 저렴한 방식으로 마감될 수 있다는 것이 유리하다. 이것은, 시트 재료의 다목적 이용을 가능하게 한다.
추가적으로, 시트 재료에 대해 사용된 시재료는, 상술된 탄화된 섬유들 및 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유들의 혼합물일 수 있다. 전기 전도성 시트 재료를 생성하는 것은, 본 발명의 방법에 의해 실시된다. 채널 직경은 추가적인 단계에서 더 부가적으로 변형될 수 있다. 이를 위해, 시트 재료가 탄화되고 그리고/또는 흑연화되기 이전에, 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유들이 시트 재료 외부로 용해(dissolve out)된다. 폴리비닐 알코올(PVA) 섬유들은 워터의 부가에 의해 외부로 용해된다. 후속하여, 시트 재료는 텐터(tenter)를 이용하거나 텐터 없이 건조된다. 이러한 경우에서 획득된 시트 재료는, 다음 단계에서 탄화되고 그리고/또는 흑연화된다. 여기서, 시트 재료를 변형시킴으로써 채널 직경이 간단한 방식으로 증가될 수 있다는 것이 유리하다. 시트 재료는, 우수한 공극률이 추가적으로 주목할 만하다.
추가적으로, 섬유는, 탄화 및/또는 흑연화 동안 열적으로 외부로 용해될 수 있다. 이러한 경우에서 유리한 것은, 섬유들을 제거함으로써 시트 재료의 공극률이 증가될 수 있다는 것이다. 열적 제거는, 버닝(burning) 단계, 또는 더 정확히는 버닝 아웃(burning out)단계를 포함할 수도 있다.
전기 전도성 시트 재료는 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 이러한 경우에서, 시트 재료의 효율성 및 수명 기대값이 높다는 것이 유리하다. 추가적으로, 시트 재료는, 부식성 조건들 하에서의 우수한 저항이 추가적으로 주목할 만하다.
마지막으로, 전기 전도성 시트 재료는 리독스 유동 전극으로서 사용될 수 있다. 이들은, 그들의 1 킬로와트로부터 수 메가와트까지의 전력 출력들 때문에 고정식(stationary) 애플리케이션들에서 광범위하게 사용된다. 그들은, 그리드 안정화기들, 재생가능 에너지들에 대한 저장 버퍼(buffer)들, 특히 연속적인 전력 공급부에 대한 저장부들, 및 분산형(decentralized) 에너지 공급 유닛으로서 사용될 수 있다. 추가적으로, 시트 재료는, 자신의 높은 효율성으로 인해 리독스 유동 전극으로서 매우 유용하다. 추가적으로, 리독스 유동 전극에서 시트 재료를 사용하는 것은, 전극 재료가 변하지 않고 유지된다는 이점을 갖는다.
추가적인 실시예에서, 리독스 유동 전극은, 전극 면적을 증가시키기 위해, 시트 재료의 2개 또는 그 초과의 시트 재료의 층들로 구성될 수도 있다.
예를 들어, 시트 재료는, 셀폰(cellphone) 기지국들에 대한 백업 소스로서 바나듐 리독스 유동 셀에서 사용되거나 풍력 시스템들에 대한 버퍼 배터리로 사용될 수도 있다. 10 시간 동안 6 메가와트의 전력 출력이 가능한 이들 시스템들은, 충분한 전력을 공급할 수 있다.
시트 재료에 대한 추가적인 가능한 애플리케이션들은, 리튬-금속-폴리머 배터리들, 리튬-이온 배터리들 및 이중 층 커패시터들에서의 시트 재료의 사용이다.
또한, 시트 재료의 전기 전도성 및 시트 재료의 채널-타입 구조 때문에, 가스 확산 층으로서 시트 재료를 사용하는 것이 가능하다.
도 1은 메인 보디에 채널들을 갖는 시트 재료이다.
도 1a는 메인 보디에 채널들을 갖는 추가적인 시트 재료이다.
도 2는, 메인 보디에 채널들을 갖는 시트 재료, 및 또한, 시트 재료를 형성하기 위한 프로세스의 도식적으로 도시된 개별적인 단계들이다.
도 3은 리독스 유동 셀의 개략적 도면이다.
도 4는 전해질 셀의 개략적 어레인지먼트이다.
도 1은, 섬유들을 포함하는 메인 보디(2)를 포함하는 전기 전도성 시트 재료(1)를 도시하며, 여기서, 섬유들은 적어도 부분적으로 탄소 섬유들을 포함한다. 메인 보디(2)는 채널들(3)을 포함한다.
섬유들은 모든 탄화된 섬유들이다.
채널들(3)은 단면이 삼각형이다.
시트 재료(1)는 1로부터 500 μm까지의 범위 내에서 채널 직경을 나타낸다. 이러한 시트 재료(1)에서, 채널들(3)은 250 μm의 직경을 갖는다.
메인 보디(2)는 제 1 이마면(4) 및 제 2 이마면(5)을 더 포함하며, 여기서, 채널들(3)은 이마면들(4, 5)과 예각을 형성한다. 이러한 특정한 경우에서, 각도는 10°미만이다.
시트 재료(1)는, 폴드-타입 구조를 더 포함하며, 여기서, 폴드-타입 구조의 폴드 에지들(6)은 적어도 부분적으로 상호접속된다. 폴드 에지들(6)은 일 측면 상에서만 접속된다.
폴드 에지들(6)의 상호접속은, 메인 보디(2)의 적어도 일 측면 상에서 편직, 제직 및/또는 압밀에 의해 실시된다. 폴드 에지들(6)은, 이마면(4)의 측면 상에서 니들 압밀에 의해 상호접속된다.
시트 재료(1)는 1 내지 15 mm의 두께를 나타낸다. 도 1에 도시된 시트 재료(1)는 5 mm의 두께를 갖는다.
공극률은 40 내지 95 %이다. 특히, 도 1에서의 시트 재료(1)는 80 %의 공극률을 나타낸다.
이마면들(4, 5)에 대해 직교이고 단부면들(7, 8)에 대해 수직으로의 전기 전도도는, 10으로부터 300 S/cm2까지의 범위 내에 있다.
시트 재료(1)는, 100으로부터 1000 g/m2까지 범위 내의 평량들을 갖는다. 도 1의 시트 재료(1)의 평량은 500 g/m2이다.
추가적으로, 시트 재료(1)는, Kunit 루프-형성 방법에 의한 이러한 특정한 경우에서 폴드-형성 방법을 통하여 획득된다.
전기 전도성 시트 재료(1)를 형성하는 방법은,
a) 적어도 하나의 섬유 망을 제공하는 단계,
b) 섬유 망을 사전압밀시키는 단계,
c) 시트 재료(1)를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들(6)을 생성하는 단계, 및
d) 시트 재료(1)를 탄화 및/또는 흑연화시키는 단계
의 단계들을 포함한다.
섬유 망은 낮은 압력 하이드로인탱글링 프로세스를 사용하여 사전압밀된다. 하이드로인탱글링 프로세스는, 10으로부터 40 ℃까지 범위 내의 온도들에서 발생한다.
탄화 및/또는 흑연화는, 800 내지 2500 ℃에서의 보호 가스 대기 하에서 실시된다.
도 1a는, 섬유들을 포함하는 메인 보디(2)를 포함하는 전기 전도성 시트 재료(1'')를 도시하며, 여기서, 섬유들은 적어도 부분적으로 탄소 섬유들을 포함한다. 메인 보디(2)는 채널들(3)을 포함한다.
메인 보디(2)는 제 1 이마면(4a) 및 제 2 이마면(5a)을 포함하며, 여기서, 채널들(3)은 이마면들(4a, 5a)에 직교이다.
도 2는, 중앙 및 오른손의 관점에서, 섬유들(9)을 포함하는 메인 보디(2)를 포함하는 전기 전도도 시트 재료(1')를 도시하며, 여기서, 섬유들(9)은 적어도 부분적으로 탄소 섬유들을 포함한다. 메인 보디(2)는 채널들(3)을 포함한다.
섬유들(9)은 모두 탄화된 섬유들이다.
채널들(3)은 단면이 삼각형이다.
시트 재료(1')는, 50 μm의 채널 직경을 나타낸다.
메인 보디(2)는, 제 1 이마면(4) 및 제 2 이마면(5)을 더 포함하며, 여기서, 채널들(3)은 이마면들(4, 5)과 예각을 형성한다. 이러한 특정한 경우에서, 각도는 10°미만이다.
추가적으로, 시트 재료(1')는 폴드-타입 구조를 나타내며, 여기서, 폴드 에지들(6)은, 섬유 망(10)의 섬유들(9)을 루핑 및 인탱글링함으로써 둘 모두의 측면 상에서 상호접속된다. 루핑 및 인탱글링은, 이마면들(4, 5)에 평행으로 실시된다.
메인 보디(2)의 둘 모두의 측면들 상에서의 폴드 에지들(6)의 상호접속은, 편직, 제직 및/또는 압밀에 의해 실시된다. 폴드 에지들(6)은, 이마면들(4, 5)의 둘 모두의 측면들 상에서 니들 압밀에 의해 상호접속된다.
시트 재료(1')는, 10 mm의 두께 및 60 %의 공극률을 나타내며, 이마면들(4,5)에 직교이고 단부면들(7, 8)에 수직으로의 200 S/cm2의 전기 전도도를 또한 나타낸다.
시트 재료(1)의 평량은 800 g/m2이다.
추가적으로, 시트 재료(1')는, OptiKnit® 루프-형성 방법에 의한 이러한 특정한 경우에서 폴드-형성 방법을 통하여 획득된다.
도 2에 따른 전기 전도성 시트 재료(1')를 형성하는 방법은,
a) 적어도 하나의 섬유 망(10)을 제공하는 단계,
b) 섬유 망(10)을 사전압밀시키는 단계,
c) 시트 재료(1')를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들(6)을 생성하는 단계, 및
d) 시트 재료(1')를 탄화 및/또는 흑연화시키는 단계
의 단계들을 포함한다.
섬유 망(10)은, 낮은 압력 하이드로인탱글링 프로세스를 사용하여 사전압밀도니다. 하이드로인탱글링 프로세스는, 10으로부터 40 ℃까지 범위 내의 온도들에서 발생한다. 섬유 망(10)의 섬유들(9)은 이마면들(4, 5)에 수직이다.
탄화 및/또는 흑연화는, 800 내지 2500 ℃에서의 보호 가스 대기 하에서 수행된다.
도 3은, 리독스 유동 셀(11)에서의 시트 재료(1)의 사용을 도시한다. 리독스 유동 셀(11)은, 전해질 용액들(13a, b)이 탱크들/용기들(14a, b)에 저장되는 외부 영역들(12a, b), 및 전해질 셀(15)로 이루어진다.
전해질 용액들(13a, b)은, 전해질 셀(15) 외부의 별개의 용기들(14a, b)에 저장되는데, 2개의 에너지-저장 전해질 용액들(13a, b)은 2개의 별개의 전해질 회로들(16, 17)에서 순환된다. 용기들(14a, b)은, 수동으로 또는 기계적으로 전해질 용액(13a, b)으로 채워진다.
특정한 반응성 전해질 용액들(13a, b)은, 전기화학 에너지의 변환, 즉, 충전/방전을 가능하게 하기 위해, 펌프들(18, 19)에 의해 라인들(20, 21, 22, 23)을 통해 전해질 셀(15)로 전달된다.
전해질 셀(15)은 2개의 하프-셀들(24 및 25)을 포함한다. 박막(26)은, 2개의 전해질 용액들(13a, b)이 혼합되는 것을 방지하고 전하 균등화(charge equalization)를 보장하기 위해 포지티브 하프-셀(25)과 네거티브 하프-셀(24) 사이에 배열된다. 저장 프로세스 동안, 환원이 포지티브 하프-셀(25)에서 발생하고, 산화가 네거티브 하프-셀(24)에서 발생한다. 저장 프로세스 동안 전자들은 포지티브 하프-셀(25)로부터 네거티브 하프-셀(24)로 유동하지만, 방전 동안 전자들은 반대 방향으로 유동한다. 포지티브 하프-셀(25) 및 네거티브 하프-셀(24) 각각은 시트 재료(1)를 포함한다. 충전된 전해질 용액들(13a, b)은, 포지티브 하프-셀(25) 및 네거티브 하프-셀(24)로부터 라인들(27, 28)을 통해 2개의 용기들(14a, b)로 전달된다.
일반적으로, 전해질 용액(13a, b)은 용매에 용해된 염으로 이루어진다. 이러한 경우에서, 바나듐/바나듐 전해질 용액(13a, b)이 사용된다. 충전 프로세스 동안, 디바나딜(divanadyl) 양이온(VO2 +)이 바나딜 양이온(VO2 +)의 환원에 의해 형성된다. 산화 시, 바나딜 양이온은 5산화 바나듐(V2O5)으로 변환된다.
박막(26)은, 미소공성이고 모든 이온들이 박막(26)을 통해 통과할 수 있거나, 선택적인 음이온 또는 양이온 교환기 박막인 것 중 어느 하나이다. 박막(26)은 2개 전해질 용액들(13a, b)이 혼합되는 것을 방지한다.
포지티브 하프-셀(25) 및 네거티브 하프-셀(24)은, 전기 라인들(29, 30)을 통하여 전기 소스/싱크(sink)(31)에 접속된다.
도 4는, 시트 재료(1) 및 전기 소스(31)를 포함하는 전해질 셀(15)의 개략적 어레인지먼트를 도시하며, 여기서, 제 1 하프-셀(24)과 제 2 하프-셀(25) 사이에 전도도 방향이 존재하고 섬유들(9)은 그 전도도 방향을 따라 배열된다.
이러한 특정한 경우에서, 섬유들(9)은 저면(base plane)들(35, 36)에 평행하지만, 하프 셀들(24, 25)은 저면들(35, 36)에 직교로 정렬된다. 이러한 셀(15)은 2개의 바이폴라 플레이트들(32)을 포함한다. 바이폴라 플레이트들은, 전기 회로에서, 도 3에 따른 전기 소스/싱크(31)와 함께 전기 라인들(37, 38)을 통하여 전기 접촉을 설정한다.
각각 시트 재료(1)를 포함하는 포지티브 하프-셀(25) 및 네거티브 하프-셀(24)은, 바이폴라 플레이트들(32) 사이에 배열된다. 전해질 용액(13a, b)은 2개의 하프-셀들(24, 25)을 통해 유동한다.
2개의 하프-셀들(24, 25)로의 전기장(33)의 인가는, 전자 유동(34)이 발생하는 것을 야기한다. 전기장의 방향은 전자 유동(34)의 방향을 결정한다.
하프 셀들(24, 25)은, 박막(26) 또는 분리기에 의해 서로 분리된다. 이온 교환기 셀은 박막(26)으로서 사용되고 전하 균등화를 보장한다.

Claims (16)

  1. 섬유들(9)을 포함하는 메인 보디(2)를 포함하는 전기 전도성 시트 재료(1, 1', 1'')로서,
    상기 섬유들(9)은 적어도 부분적으로 탄소 섬유들을 포함하며,
    상기 메인 보디(2)에서의 채널들(3)을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1로부터 500 μm까지 범위 내의 채널 직경을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 보디(2)는 제 1 및 제 2 이마면(frontal plane)(4a, 5a)을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 채널들(3)은 상기 이마면들(4a, 5a)에 직교인, 전기 전도성 시트 재료.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    메인 보디(2)는 제 1 및 제 2 이마면(4, 5)을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 채널들(3)은 상기 이마면(4, 5)들과 예각을 형성하는, 전기 전도성 시트 재료.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴드-타입(fold-type) 구조를 특징으로 하며,
    상기 폴드-타입 구조의 폴드 에지(edge)들(6)은 적어도 부분적으로 상호접속되는, 전기 전도성 시트 재료.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폴드 에지들(6)은, 상기 메인 보디(2)의 적어도 하나의 측면 상에서 편직(knitting), 제직(weaving) 및/또는 압밀(consolidation)에 의해 상호접속되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트 재료(1, 1', 1'')는, 주름형(pleated) 시트 재료이고 블록(block) 내로 함께 폴딩되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1 내지 15 mm의 두께를 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    40 내지 95 %의 공극률(porosity)을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이마면들(4, 4a, 5, 5a)에 직교이고 단부면들(7, 8)에 수직으로의 10 내지 300 S/cm2의 전기 전도도를 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    100 내지 1000 g/m2의 평량(basis weight)을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴드-형성 방법을 통하여 획득되는, 전기 전도성 시트 재료.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 시트 재료(1, 1', 1''), 및 전기 소스(31)를 포함하는 어레인지먼트(arrangement)로서,
    제 1 하프-셀(half-cell)(24)과 제 2 하프-셀(25) 사이에 전도도 방향이 존재하고, 상기 섬유들(9)은 상기 전도도 방향을 따라 정렬되는, 어레인지먼트.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 전도성 시트 재료(1, 1', 1'')를 형성하는 방법으로서,
    a) 적어도 하나의 섬유 망(web)(10)을 제공하는 단계,
    b) 상기 섬유 망(10)을 사전압밀(preconsolidate)시키는 단계,
    c) 상기 시트 재료(1, 1', 1'')를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들(6)을 생성하는 단계, 및
    d) 상기 시트 재료(1, 1', 1'')를 탄화(cabonize) 및/또는 흑연화(graphitize)시키는 단계
    의 단계들을 포함하는, 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 전도성 시트 재료(1, 1', 1'')를 형성하는 방법으로서,
    a) 적어도 2개의 섬유 망들을 제공 ― 상기 섬유 망들은, 상기 섬유 망들의 섬유 배향들이 상이한 우선하는(preferential) 방향들을 갖도록 제공됨 ― 하는 단계,
    b) 앙상블을 생성하기 위해 상기 섬유 망들을 중첩(superpose)시키는 단계,
    c) 상기 섬유 망을 사전압밀시키는 단계,
    d) 상기 시트 재료(1, 1', 1'')를 생성하기 위해, 폴드-타입 구조 및 상호접속하는 폴드 에지들(6)을 생성하는 단계, 및
    e) 상기 시트 재료(1, 1', 1'')를 탄화 및/또는 흑연화시키는 단계
    의 단계들을 포함하는, 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 시트 재료(1, 1', 1'')는, 기능화(functionalization), 코팅(coating) 및/또는 함침(impregnation)에 의해 마감(finish)되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도성 시트 재료를 형성하는 방법.
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