KR20150043651A - Composite bipolar plate having high ion conductivity and the manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레독스 플로우 전지 또는 연료 전지용 분리판 또는 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 레독스 플로우 전지용 전지에 적합하도록 한 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator plate or a bipolar plate for a redox flow battery or a fuel cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a high ionic conductive composite bipolar plate and a method of manufacturing the same.
보다 상세하게는, 종래 도전성 필러인 흑연과 바인더인 열경화성 수지의 복합체를 구성하는 각 소재의 물성과 형상 부분을 변경하고, 압축성형을 위한 금형 설계 및 성형 조건을 개선한 구성을 가지는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a high ionic conductive composite material having a structure in which physical properties and shape portions of each material constituting a composite of graphite as a conventional conductive filler and a thermosetting resin as a binder are changed, To a bipolar plate and a manufacturing method thereof.
레독스 플로우 이차전지는 이온교환막(격막)의 양측에 다공성 전극(양극 및 음극)과 바이폴러 플레이트(Bipolar plate), 그리고 프레임으로 구성되어 있으며, 바이폴러 플레이트는 스택의 각 셀을 분리하는 판으로서 전지의 내부저항을 최소화하기 위해 도전성이 요구되고, 인접하는 셀로 전해액이 새지 않고 확실히 차단되는 특성이 요구된다. 또한, 바이폴러 플레이트는 전해액에 의한 압력과 온도변화에 의한 열 수축 등도 발생할 수 있기 때문에 높은 기계적 강도(인장강도) 및 다소의 변형에 의한 파손이 발생하지 않은 연신 특성도 요구된다. The redox flow secondary battery is composed of porous electrodes (anode and cathode), a bipolar plate and a frame on both sides of the ion exchange membrane (diaphragm), and the bipolar plate is a plate separating each cell of the stack Conductivity is required in order to minimize the internal resistance of the battery, and it is required that the electrolyte is not leaked to adjacent cells and is surely blocked. In addition, the bipolar plate is required to have a high mechanical strength (tensile strength) and a stretching property that does not cause breakage due to some deformation, because it may cause heat shrinkage due to pressure and temperature change due to the electrolytic solution.
종래의 바이폴러 플레이트는 도전성 필러(카본 소재) 또는 구조체(카본 괴)와 바인더 수지(열가소성 또는 열경화성), 그리고 기능성 첨가제로 구성된다. 종래에는 레독스 플로우전지의 분리판 또는 바이폴러 플레이트(이하, '바이폴러 플레이트'로 통칭함)를 제조함에 있어, 흑연 괴를 절단 및 황삭가공에 의해 요구되는 치수로 절단 후 평면 연마를 실시하고, 최소 3회 이상 다수의 수지 함침 공정을 실시한 후, 최종적으로 요구되는 제품규격으로 정밀 절삭가공 및 표면연마 가공 공정을 가진다. 그러나, 이러한 종래의 공정은 제품 제조 비용이 매우 고가이며, 또한 품질 및 치수의 균일성이 치공구 마모에 따라 변화하는 특성이 있다. Conventional bipolar plates consist of a conductive filler (carbon material) or a structure (carbon mass), a binder resin (thermoplastic or thermosetting), and a functional additive. Conventionally, in manufacturing a separator plate or a bipolar plate (hereinafter, referred to as a bipolar plate) of a redox flow battery, a graphite mass is cut to a size required by cutting and roughing, , A plurality of resin impregnation processes are carried out at least three times, and finally, the final product specifications have precision cutting and surface polishing processes. However, such a conventional process has a feature that the cost of manufacturing the product is very high, and the uniformity of the quality and dimension changes with wear of the tool.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해 흑연 분말과 열가소성 또는 열경화성 바인더 수지의 분말을 건식 혼합하여 흑연 복합체를 제조하고 흑연 복합체를 프레스 금형으로 압축 성형하거나, 사출 성형하여 복합 바이폴러 플레이트를 제조하고 있다. In order to solve these problems, a graphite composite is prepared by dry mixing of graphite powder and thermoplastic or thermosetting binder resin powder, and a composite bipolar plate is produced by compression molding or injection molding of a graphite composite into a press mold.
종래의 기술은 위의 구성을 가지고 있으며, 일반적으로는 고가의 절삭 가공에 의한 방법에 의해 제조된 제품을 사용하고 있으며, 제품 코스트 문제를 해결하기 위해 압축 및 사출 공정에 의한 방식으로 흑연과 수지의 복합체 바이폴러 플레이트 제조연구를 시도하고 있다. Conventional technology has the above construction and generally uses a product manufactured by expensive cutting method. In order to solve the problem of product cost, a graphite and resin We are trying to study the manufacturing of composite bipolar plate.
최근에 공지된 압축성형 또는 사출성형에 의한 복합 바이폴러 플레이트는 기존의 절삭가공 및 수지 함침에 의한 공정에 비해 코스트가 상당히 낮아졌지만 제품 성형성의 불균일로 인해 표면 연마와 같은 후처리 공정을 추가적으로 수행하고 있다. 따라서 종래의 기술은 지속적인 원가절감에 한계가 있으며, 특히 유동성 및 분산성이 요구되는 압축 및 사출성형에 적합한 소재 선정 및 분산 기술이 요구된다. The cost of the composite bipolar plate formed by compression molding or injection molding known in recent years is considerably lower than that of a conventional process by cutting and resin impregnation, but the post-treatment process such as surface polishing is additionally performed due to unevenness in product formability have. Accordingly, the conventional technology has a limit in continuous cost reduction, and a material selection and dispersion technique suitable for compression and injection molding, which requires fluidity and dispersibility, is required.
이와 같이 흑연 복합체를 프레스 금형으로 압축하거나 사출하는 복합 바이폴러 플레이트 제조 공정은 성형 공정에 원료를 투입하기 전에 도전성 필러(흑연 또는 카본)와 바인더 수지(열경화성 또는 열가소성)를 바인딩하여 복합화하기 위해 적절한 고온에서 용해 및 교반하는 기술이 필요하며, 그 후 압축 및 사출 성형시에 금형의 온도 및 압력에 대한 최적 제어기술이 필요하며, 더욱이 사출 성형시에는 도전성을 확보하기 위해 도전성 필러(흑연 또는 카본)가 최소 60 wt% 이상 또는 최대 80 wt.% 이상 충진되도록 하므로 금형 내에서 복합체의 흐름성(유동성)이 매우 떨어지게 되며, 결과적으로 사출되어 성형되는 제품의 품질이 불균일하게 되는 문제점을 내포하고 있다. 특히, 종래 기술에 의한 바이폴러 플레이트는 제품의 두께 조절에 한계가 있기 때문에 소재의 코스트가 크게 증가하게 되는 문제점이 있다. 따라서 종래의 기술은 도전성 필러인 흑연을 60 wt% 이상, 또는 도전성 향상을 위해 바람직하게는 80 wt% 이상 도전성(또는 저항율)의 향상에 한계가 있음을 확인하였다. 또한, 종래의 기술에서는 도전성 필러인 흑연을 최대 80 wt% 정도 함유하는 수지 바인더와 복합체를 형성하는 단계에서 약 150 ℃ 이상의 고온에서 바인더를 용해하면서 흑연을 교반하는 고가의 가압 및 가열 혼합기가 요구되는 문제점이 있으며, 이러한 조건에서도 충분한 교반이 이루어지지 않은 문제점이 있다.
The composite bipolar plate manufacturing process of compressing or injecting the graphite composite into a press die is carried out at a suitable high temperature (for example, at a temperature of 100 ° C. or higher) to bind the binder resin In order to secure the conductivity during injection molding, a conductive filler (graphite or carbon) is required to be injected into the injection mold. At least 60 wt% or at most 80 wt.% Or more, so that the flowability (fluidity) of the composite is very low in the mold, resulting in a problem that the quality of the product to be injection molded becomes uneven. Particularly, since the bipolar plate according to the prior art has a limitation in the thickness control of the product, there is a problem that the cost of the material greatly increases. Therefore, it has been confirmed that the conventional art has a limitation in improvement of conductivity (or resistivity) of not less than 60 wt% of graphite, which is a conductive filler, or preferably not less than 80 wt%, in order to improve conductivity. Further, in the prior art, in the step of forming a composite with a resin binder containing graphite of up to about 80 wt% as a conductive filler, an expensive pressurizing and heating mixer which stirs graphite while dissolving the binder at a high temperature of about 150 캜 or more is required There is a problem that sufficient stirring is not performed even under such a condition.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 압축성형 공정에 의하여 바이폴러 플레이트를 제조할 수 있는 도전성 필러, 열경화성 바인더 수지 및 경화제를 포함하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high-ion-conductive composite bipolar plate including a conductive filler, It is an object of the present invention to provide a filler resin composite for manufacturing and a method for producing the same.
또한, 본 발명은 도전성 필러인 흑연과 바인더인 열경화성 수지의 필러 수지 복합체를 구성하는 각 소재의 물성과 형상 부분을 변경하여 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하며, 나아가 상기 필러 수지 복합체를 이용한 압축성형 공정에서 압축성형을 위한 금형 설계 및 성형 조건을 개선한 구성을 가지는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention provides a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate by changing physical properties and shape portions of each material constituting a filler resin composite of graphite, which is a conductive filler, and a thermosetting resin as a binder, It is another object of the present invention to provide a high ionic conductive composite bipolar plate having a structure for improving the design of a mold for compression molding and a molding condition in a compression molding process using the filler resin composite.
또한, 본 발명은 도전성 필러로서 구상 또는 침상의 흑연 및 바인더 수지로서 액상의 에폭시 수지를 사용함으로써 흑연과 수지의 복합화에 필요한 별도의 특수 열교반기의 사용이 불필요하며, 카본나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 등 도전성 향상을 위한 고가의 첨가제 사용 없이 흑연 필러의 양을 80 wt% 수준까지 용이하게 증가시켜 압축성형 공정에 의하여 고이온전도성의 바이폴러 플레이트를 제조할 수 있는 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다. Further, the present invention uses a spherical or needle-like graphite as a conductive filler and a liquid epoxy resin as a binder resin, so that it is not necessary to use a special heat stirrer necessary for the composite of graphite and resin, and carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Ionic conductive bipolar plate by the compression molding process without increasing the amount of graphite filler to 80 wt% without using expensive additive for improving the conductivity, etc. As a further object of the invention.
또한, 본 발명은 종래 기술에서 흑연 또는 카본 덩어리(잉곳)을 일정한 두께로 절단 가공한 플레이트에 열경화성 수지 바인더를 함침시키는 공정에 비해 생산 원가를 약 1/10 수준으로 획기적으로 낮출 수 있는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
The present invention also provides a method for manufacturing a high-ionic-conductive material, which is capable of drastically lowering the production cost to about 1/10 level, compared with the process of impregnating a thermosetting resin binder into a plate obtained by cutting graphite or carbon ingot (ingot) It is another object of the present invention to provide a composite bipolar plate and a manufacturing method thereof.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법은, 압축성형 공정에 의한 바이폴러 플레이트 제조에 사용되는 필러 수지 복합체에 있어서, 상기 필러 수지 복합체는 도전성 필러, 열경화성 바인더 수지 및 경화제를 포함하여 구성할 수 있다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate, the filler resin composite for use in manufacturing a bipolar plate by a compression molding process, The composite may comprise a conductive filler, a thermosetting binder resin, and a curing agent.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 필러 수지 복합체의 상기 도전성 필러의 함량이 최소 60 wt%이고 최대 90 wt%로 구성할 수 있으며, 특히, 상기 도전성 필러의 함량이 80 wt% 이상으로 구성할 수 있다. Also, in the method for producing a filler resin composite for a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, the content of the conductive filler of the filler resin composite may be at least 60 wt% and at most 90 wt% The content of the conductive filler may be 80 wt% or more.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 도전성 필러는 구형 또는 침상형의 흑연이며, 상기 열경화성 바인더 수지는 액상 에폭시 수지로 구성할 수 있다. In addition, in the method for producing a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, the conductive filler may be spherical or acicular graphite, and the thermosetting binder resin may be composed of a liquid epoxy resin.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 필러 수지 복합체는 상기 액상 에폭시 수지와 경화제를 7 : 3의 중량비로 혼합, 교반하며, 상기 구형 또는 침상형의 흑연을 상기 경화제가 함유된 액상 에폭시 수지와 8 : 2 또는 7 : 3의 중량비로 혼합, 교반하여 제조할 수 있다. In the method for producing a filler resin composite for a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, the filler resin composite may be prepared by mixing and stirring the liquid epoxy resin and a curing agent in a weight ratio of 7: 3, Of graphite in a weight ratio of 8: 2 or 7: 3 with a liquid epoxy resin containing the curing agent.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 구형의 흑연은 입자 저항율 118 mΩ·cm, 평균 입경 10~15 ㎛, 비표면적 0.59 m2/g 및 밀도 1.9 g/cm3이며, 상기 침상형의 흑연은 입자 저항율 126 mΩ·cm, 평균 입경 20 ㎛, 비표면적 1.8 m2/g 및 밀도 2.23 g/cm3인 것을 특징으로 한다. Further, in the method for producing a filler resin composite for a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, the spherical graphite has a particle resistivity of 118 m? 占 cm m, an average particle size of 10 to 15 占 퐉, a specific surface area of 0.59 m 2 / 1.9 g / cm 3 , and the needle-like graphite has a particle resistivity of 126 m? · Cm, an average particle diameter of 20 m, a specific surface area of 1.8 m 2 / g, and a density of 2.23 g / cm 3 .
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 액상 에폭시 수지는 EEW 184~190 g/eq, 점도 11,500~13,500 cps 및 비중 1.17인 것을 특징으로 한다. In the method for producing a high-ionic conductive composite bipolar plate for a high ionic conductivity composite bipolar plate according to the present invention, the liquid epoxy resin has an EEW of 184 to 190 g / eq, a viscosity of 11,500 to 13,500 cps and a specific gravity of 1.17.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에서, 상기 경화제는 아민의 함량이 260~320 mgKOH/g이고 점도가 800~2,000 cps인 아민계 경화제인 것을 특징으로 한다. In the method for producing a filler resin composite for a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, the curing agent is an amine curing agent having an amine content of 260 to 320 mgKOH / g and a viscosity of 800 to 2,000 cps do.
한편, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체는 상기 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the filler resin composite for preparing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention is manufactured by the method for producing the filler resin composite for manufacturing the high ion conductive composite bipolar plate.
한편, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법은 상기 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체를 이용하여 압축성형 공정으로 바이폴러 플레이트를 제조하는 것을 특징으로 한다. The method for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention is characterized in that a bipolar plate is manufactured by a compression molding process using the filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에서, 상기 압축성형 공정에서 성형압력이 40~60 MPa인 것을 특징으로 한다. Further, in the method for producing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention, the molding pressure in the compression molding step is 40 to 60 MPa.
또한, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에서, 상기 압출성형 공법에 사용되는 금형은, 상판과 하판 및 중간부의 상하판 지지대로 구성되며, 상기 중간부의 앙면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention, the metal mold used in the extrusion molding method is composed of an upper plate, a lower plate, and upper and lower plate supports in the middle portion, .
한편, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트는 상기 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
The high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention is manufactured by the method of manufacturing the high ion conductive composite bipolar plate.
상술한 바와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 압축성형 공정에 의하여 바이폴러 플레이트를 제조할 수 있는 도전성 필러, 열경화성 바인더 수지 및 경화제를 포함하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, there is provided a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate including a conductive filler, a thermosetting binder resin, and a curing agent capable of producing a bipolar plate by a compression molding process, Can be provided.
또한, 본 발명에 의하면, 도전성 필러인 흑연과 바인더인 열경화성 수지의 필러 수지 복합체를 구성하는 각 소재의 물성과 형상 부분을 변경하여 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공하며, 나아가 상기 필러 수지 복합체를 이용한 압축성형 공정에서 압축성형을 위한 금형 설계 및 성형 조건을 개선한 구성을 가지는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, there is provided a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate by changing physical properties and shape portions of each material constituting a filler resin composite of graphite as a conductive filler and a thermosetting resin as a binder Further, it is possible to provide a high ionic conductive composite bipolar plate having a structure for improving the mold designing and molding conditions for compression molding in the compression molding process using the filler resin composite, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명에 의하면, 도전성 필러로서 구상 또는 침상의 흑연 및 바인더 수지로서 액상의 에폭시 수지를 사용함으로써 흑연과 수지의 복합화에 필요한 별도의 특수 열교반기의 사용이 불필요하며, 카본나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube) 등 도전성 향상을 위한 고가의 첨가제 사용 없이 흑연 필러의 양을 80 wt% 수준까지 용이하게 증가시켜 압축성형 공정에 의하여 고이온전도성의 바이폴러 플레이트를 제조할 수 있는 필러 수지 복합체 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. Further, according to the present invention, it is unnecessary to use a special heat stirrer necessary for composite of graphite and resin by using spherical or needle-shaped graphite as the conductive filler and liquid epoxy resin as the binder resin, and carbon nanotubes (CNT, Carbon Nano Tube) and the like which can increase the amount of graphite filler to 80 wt% without use of expensive additive for improving conductivity, and can produce a bipolar plate of high ion conductivity by a compression molding process and a filler resin composite A manufacturing method can be provided.
또한, 본 발명은 종래 기술에서 흑연 또는 카본 덩어리(잉곳)을 일정한 두께로 절단 가공한 플레이트에 열경화성 수지 바인더를 함침시키는 공정에 비해 생산 원가를 약 1/10 수준으로 획기적으로 낮출 수 있는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention also provides a method for manufacturing a high-ionic-conductive material, which is capable of drastically lowering the production cost to about 1/10 level, compared with the process of impregnating a thermosetting resin binder into a plate obtained by cutting graphite or carbon ingot (ingot) A composite bipolar plate and a manufacturing method thereof can be provided.
본 발명에 의하여 달성되는 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
The effects attained by the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 압축성형의 금형 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트의 시작품들의 사진도.
도 4는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 표면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도.
도 5는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도.
도 6은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 EPMA 분석 결과도.
도 7은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process diagram for explaining a method of manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG.
2 is a schematic view of a mold for compression molding to explain a method of manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention.
3 is a photographic view of a prototype of a bipolar plate manufactured by the method of manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention.
FIG. 4 is a SEM observation result of the surface condition of the bipolar plate prototype manufactured by the method for producing a highly ion conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG.
FIG. 5 is a SEM observation result of a cross-sectional state of a bipolar plate manufactured according to the method of manufacturing a highly ion conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG.
6 is an EPMA analysis result of a cross-sectional state of a bipolar plate manufactured by the method of manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention.
FIG. 7 is a SEM observation result of the cross-sectional state of the bipolar plate fabricated by the method for producing a highly ion conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the following description. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법을 설명하기 위한 압축성형의 금형 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트의 시작품들의 사진도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 표면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 EPMA 분석 결과도이며, 도 7은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조방법에 의하여 제조된 바이폴러 플레이트 시작품의 단면 상태에 대한 SEM 관찰 결과도이다. FIG. 1 is a process diagram for explaining a method for manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a mold for compression molding to explain a method for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG. 3 is a photograph of prototypes of a bipolar plate manufactured by the method of manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating a method of manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG. 5 is a SEM observation result of the cross-sectional state of the bipolar plate prototype manufactured by the method for producing a highly ion-conductive composite bipolar plate according to the present invention. FIG. FIG. 6 is a view illustrating a method for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention FIG. 7 is a graph showing the results of an SEM observation on the cross-sectional state of the bipolar plate prototype manufactured by the method for producing a highly ion conductive composite bipolar plate according to the present invention .
본 발명은 종래의 도전성 필러인 흑연과 바인더인 열경화성 수지의 복합체를 구성하는 각 소재의 물성과 형상 부분을 변경하고, 압축성형을 위한 금형 설계 및 성형 조건을 개선한 구성을 가진다. The present invention has a structure in which physical properties and shape portions of each material constituting a composite of graphite as a conventional conductive filler and a thermosetting resin as a binder are changed to improve mold design and molding conditions for compression molding.
먼저, 본 발명의 전체적인 공정은 도 1과 같으며, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조 방법은 공정도에서 도시한 바와 같이 원료로서 도전성 필러(흑연), 열경화성 바인더 수지(액상 에폭시 수지 및 경화제) 및 첨가제 등을 준비하여, 먼저 액상 에폭시 수지와 경화제를 혼합하고, 여기에 도전성 필러(흑연)을 혼합 및 교반하여 필러 수지 복합체(또는 보다 구체적인 표현으로는 흑연 수지 복합체)를 제조하며, 다음으로 상기 흑연 수지 복합체를 압축성형 공정에 의하여 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트를 제조한다.1, a method of manufacturing a high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention includes the steps of forming a conductive filler (graphite), a thermosetting binder resin (a liquid epoxy resin And a curing agent) and an additive are prepared. First, a liquid epoxy resin and a curing agent are mixed, and then a conductive filler (graphite) is mixed and stirred to prepare a filler resin composite (or more specifically, a graphite resin composite) Next, the high ionic conductive composite bipolar plate according to the present invention is produced by compression molding the graphite resin composite.
이에 의하면, 본 발명은 압축성형 공정에 의한 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트를 제조하기 위하여 도전성 필러로서 구형 또는 침상형의 흑연과, 열경화성 바인더 수지로서 액상 에폭시 수지와 경화제로 구성되는 필러 수지 복합체로서 흑연 수지 복합체를 제조하며, 상기와 같이 제조된 흑연 수지 복합체는 도전성 필러의 함량을 최소 60 wt% 이상, 최대 90 wt%까지 증가시킬 수 있으며, 도전성 필러로서 흑연의 함량이 80 wt%가 되는 경우에도 압축성형의 취출이 용이하며, 압축성형 후 표면 가공 등의 후처리 없이 표면에서 높은 전기전도성 내지 이온전도성 또는 낮은 비저항 특성 및 높은 기계적 강도를 유지하는 복합 바이폴러 플레이트를 제조하는 것에 관한 것이다. According to the present invention, in order to produce a high ionic conductive composite bipolar plate by a compression molding process, spherical or acicular graphite as a conductive filler and a filler resin composite comprising a liquid epoxy resin and a curing agent as a thermosetting binder resin, The graphite resin composite prepared as described above can increase the content of the conductive filler to at least 60 wt% and up to 90 wt%, and even when the content of graphite as the conductive filler is 80 wt% To a composite bipolar plate which is easy to take out by compression molding and which maintains high electrical conductivity, ionic conductivity, low resistivity characteristic and high mechanical strength at the surface without post-treatment such as surface processing after compression molding.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법은 도전성 필러로서 흑연을 사용하되, 구형 또는 침상형의 흑연을 사용할 수 있으며, 열경화성 바인더 수지로서 액상의 에폭시 수지를 사용한다. 즉, 상기 도전성 필러로서 흑연은 [표 1]과 같은 물성을 가지는 구형 또는 침상형의 흑연을 사용하고, 바인더는 [표 2]와 같이 액상의 열경화성 에폭시 수지로 구성된다.More specifically, the method for producing the filler resin composite for high ion conductive composite bipolar plate production according to the present invention uses graphite as the conductive filler, and spherical or needle-like graphite can be used. As the thermosetting binder resin, a liquid epoxy resin Lt; / RTI > That is, graphite as the conductive filler is spherical or acicular type graphite having physical properties as shown in Table 1, and the binder is composed of a liquid thermosetting epoxy resin as shown in Table 2.
또한, 본 발명에 사용된 경화제(GX)는 아민계로서 경화제에 함유된 아민의 함량이 약 260~320 mgKOH/g(0.1N-HCl Method)을 함유하고 점도가 약 800∼2,000 cps 로 구성되어 있다. The curing agent (GX) used in the present invention is an amine-based curing agent having an amine content of about 260 to 320 mgKOH / g (0.1 N-HCl Method) and a viscosity of about 800 to 2,000 cps have.
이하, 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체 및 이를 이용한 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법에 대하여 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, a filler resin composite for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention and a method for producing a high ion conductive composite bipolar plate using the same will be described in detail with reference to examples.
도 1에서 도시한 바와 같이 출발물질 원료로서 액상 에폭시(YD), 경화제(GX), 흑연(구형, 침상형) 등을 준비하고, 액상 에폭시와 경화제의 혼합물을 제조하며, 이때 경화제는 에폭시 혼합물의 20~40 wt% 수준으로 하며, 바람직하게는 30 wt%로 혼합한 후 균일하게 교반한다. 또한, 도전성 흑연 필러(구형 또는 침상형)는 경화제가 함유된 열경화성 에폭시 수지와 혼합하며, 이때 도전성 흑연의 비율은 흑연 수지 복합체 전체의 60~90 wt% 수준으로 하며, 바람직하게는 흑연의 비율을 80 wt% 수준이 되도록 하며, 상온의 조건에서 혼합 및 교반을 실시하여도 균일한 분산이 가능한 흑연 수지 복합체를 제조한다.1, a mixture of a liquid epoxy and a curing agent is prepared by preparing a liquid epoxy (YD), a curing agent (GX), a graphite (spherical, acicular), etc. as a raw material of a starting material, 20 to 40 wt%, preferably 30 wt%, and then uniformly stirred. The conductive graphite filler (spherical or acicular type) is mixed with a thermosetting epoxy resin containing a curing agent. The proportion of the conductive graphite is 60 to 90 wt% of the entire graphite resin composite. Preferably, 80 wt%, and a graphite resin composite is prepared which can be uniformly dispersed even when mixed and stirred at room temperature.
상기한 바와 같이 경화제, 액상 에폭시 수지 및 흑연의 혼합 비율 구간 내에서 상온의 조건에서 혼합 및 교반을 실시하여도 균일한 분산이 가능하며 압축성형 공정에 의한 유동성을 충족시킬 수 있는 범위이다. 따라서, 상기와 같은 수치한정은 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트를 구성하기 위하여 그 의미가 있으며, 그 상한치 및 하한치에 임계적 의의(臨界的 意義)가 존재하는 것이다. As described above, even when mixing and stirring are performed at room temperature within the mixing ratio range of the curing agent, the liquid epoxy resin and the graphite, uniform dispersion is possible and the fluidity by the compression molding process can be satisfied. Therefore, the numerical limitations as described above are meaningful for constructing the high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention, and there is a critical meaning (critical meaning) in the upper limit value and the lower limit value.
또한, 상기 흑연 수지의 복합체는 도 2에서 도시한 바와 같이 제조된 금형 몰드(5 cm x 5 cm)에 충진하고, 성형온도 120℃, 압력 10~100 MPa에서 또는 바람직하게는 압력 40~60 MPa에서 약 60분 동안 압축성형을 실시한다. 이때 제작된 금형 몰드는 일정한 온도와 압력에서 성형할 경우에도 제품의 성형 품질이 우수하며, 금형에서 취출이 용이하도록 설계되었다. 보다 구체적으로, 본 발명에 의한 압축성형의 금형은 도 2에서 도시한 바와 같이 상판과 하판, 그리고 중간부의 상하판 지지대로 구성되어 있으며, 금형 중간부의 양면에 홈이 형성되도록 하여 압축에 의한 잔류물이 이 공간에 넘어와 상판 및 하판과 접착되는 일이 없이 성형물이 쉽게 취출되도록 구성하였다. The composite of the graphite resin is filled in a mold mold (5 cm x 5 cm) prepared as shown in Fig. 2, and molded at a molding temperature of 120 DEG C under a pressure of 10 to 100 MPa or preferably at a pressure of 40 to 60 MPa Lt; / RTI > for about 60 minutes. In this case, the formed mold mold has excellent molding quality even when molded at a constant temperature and pressure, and is designed to be easily taken out from the mold. More specifically, as shown in FIG. 2, the mold for compression molding according to the present invention is constituted by an upper plate and a lower plate, and upper and lower plate supports in the middle portion, and grooves are formed on both sides of the mold intermediate portion, So that the molded article can be easily taken out without being adhered to the upper plate and the lower plate.
상기 조건에 의해 제작된 시작품은 KS 규격에 의해 전기저항 및 굽힘 강도를 측정하고, 제품의 분산특성을 검토하기 위해 제품의 표면 및 단면에 대해 SEM(Scaning Electron Microscope) 및 EPMA(Electro-Probe Micro Analyzer) 분석 등을 실시하였다. The prototype fabricated according to the above conditions was subjected to measurement of electric resistance and bending strength according to the KS standard, and the surface and cross section of the product were examined by SEM (scanning electron microscope) and EPMA (Electro-Probe Micro Analyzer ) Were analyzed.
본 발명은 필러 수지 복합체(흑연 수지 복합체)를 구성하는 도전성 필러(흑연)를 액상 바인더 수지(액상 에폭시 수지)와 상온에서 용이하게 혼합 및 교반하는 것이 가능하며, 따라서, 저가로 균일한 필러 수지 복합체(흑연 수지 복합체)를 제조하고, 이를 특수 제작된 압축성형 금형에 의해 성형성이 우수한 고품질의 복합 바이폴러 플레이트가 제조된다. 또한, 본 발명은 필러 수지 복합체(흑연 수지 복합체)를 이용한 압축성형 공정을 사용함으로써 유동성 문제를 최소화하고, 구형 또는 침상형의 흑연 필러와 액상 바인더 수지의 분산성을 향상시켜 CNT와 같은 고가의 첨가제의 일절 사용 없이 도전성 필러인 흑연의 함량을 80 wt% 수준으로 증가시켜도 성형성이 우수하고 전기저항을 극소화하여 전도성을 증가시키고, 액상의 에폭시 수지를 사용함으로써 흑연 필러와의 복합체를 매우 용이하게 제조하는 특성이 있으며, 압축성형 후 제품의 취출이 용이하게 하는 금형설계에 의하여 압축성형 후 취출 과정에서 파손 및 크랙 등의 품질의 문제 없이 도 3에서 도시한 바와 같은 도전성이 우수한 복합 바이폴러 플레이트를 제작할 수 있게 된다.
The present invention can easily mix and agitate a conductive filler (graphite) constituting a filler resin composite (graphite resin composite) with a liquid binder resin (liquid epoxy resin) at room temperature, and therefore, (Graphite resin composite), and a high-quality composite bipolar plate having excellent moldability is manufactured by a specially-produced compression-molding die. In addition, the present invention minimizes fluidity problems by using a compression molding process using a filler resin composite (graphite resin composite), and improves the dispersibility of spherical or needle-shaped graphite filler and liquid binder resin, Even if the amount of graphite as a conductive filler is increased to 80 wt% without any use of the graphite filler, it is possible to form the composite with the graphite filler very easily by increasing the conductivity by minimizing the electrical resistance and by using the liquid epoxy resin And a composite bipolar plate having excellent electrical conductivity as shown in FIG. 3 can be manufactured without the problem of quality such as breakage and crack in the extraction process after compression molding by a mold design which facilitates taking out of the product after compression molding .
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a method for manufacturing a high ion conductive composite bipolar plate according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention. However, these examples are for illustrating the present invention, and the present invention is not limited by these examples.
출발물질 액상 에폭시, 경화제, 구형 흑연을 준비하고, 액상 에폭시와 경화제를 7:3의 중량 비율로 혼합한 후 균일하게 교반하고, 구형 흑연 필러에 대해 경화제가 함유된 열경화성 에폭시 수지를 상온에서 일반 교반기를 사용하여 약 8:2 또는 7:3의 중량 비율로 혼합 및 교반을 실시하여 복합체를 제조한다. 또한, 상기 흑연 수지 복합체는 도 2에서 도시한 바와 같은 압축성형 금형 몰드에 충진하고, 성형온도 120℃, 압력 40 또는 60MPa에서 약 5분 동안 압축성형을 실시하였다. The liquid epoxy, the curing agent and the spherical graphite were prepared, and the liquid epoxy and the curing agent were mixed in a weight ratio of 7: 3, and the mixture was uniformly stirred. The thermosetting epoxy resin containing the curing agent for the spherical graphite filler was stirred at room temperature And mixing and stirring are carried out at a weight ratio of about 8: 2 or 7: 3 to prepare a composite. The graphite resin composite was filled in a compression mold mold as shown in Fig. 2, and compression molding was performed at a molding temperature of 120 캜, a pressure of 40 or 60 MPa for about 5 minutes.
출발물질 액상 에폭시, 경화제, 침상형 흑연을 준비하고, 액상 에폭시와 경화제를 7:3의 중량 비율로 혼합한 후 균일하게 교반하고, 침상형 흑연 필러에 대해 경화제가 함유된 열경화성 에폭시 수지를 상온에서 일반 교반기를 사용하여 약 8:2의 중량 비율로 혼합 및 교반을 실시하여 복합체를 제조한다. 또한, 상기 흑연 수지 복합체는 도 2에서 도시한 바와 같은 압축성형 금형 몰드에 충진하고, 성형온도 120℃, 압력 40 또는 60 MPa에서 약 5분 동안 압축성형을 실시하였다. The starting material liquid epoxy, the curing agent and the needle-like graphite were prepared, and the liquid epoxy and the curing agent were mixed in a weight ratio of 7: 3 and then uniformly stirred. The thermosetting epoxy resin containing the curing agent for the needle- Mixing and stirring were carried out using a general stirrer at a weight ratio of about 8: 2 to prepare a composite. The graphite resin composite was filled in a compression mold mold as shown in Fig. 2, and compression molding was carried out at a molding temperature of 120 占 폚, a pressure of 40 or 60 MPa for about 5 minutes.
본 발명은 종래 기술에서 흑연 또는 카본 덩어리(잉곳)을 일정한 두께로 절단 가공한 플레이트에 열경화성 수지 바인더를 함침시키는 공정에 비해 생산 원가를 약 1/10 수준으로 획기적으로 낮추는 효과가 나타나게 된다. 또한, 본 발명은 최근의 도전성 필러인 구상 또는 침상 흑연과 바인더인 액상의 에폭시 수지를 사용함으로써 흑연과 수지의 복합화에 필요한 별도의 특수 열교반기의 사용이 불필요하며, CNT 등 도전성 향상을 위한 고가의 첨가제 사용 없이 흑연 필러의 양을 80 wt% 수준까지 용이하게 증가시켜 압축성형으로 제작한 결과, 성형압력 증가에 따라 바이폴러 플레이트의 저항율은 감소하고 기계적 강도는 감소하는 경향을 보였으며, 압축 성형을 약 60MPa로 할 경우 전기전도성은 구형 흑연 적용시에 보다 우수한 효과가 있다. The present invention has the effect of drastically lowering the production cost to about 1/10 level compared to the process of impregnating a thermosetting resin binder into a plate obtained by cutting a graphite or carbon ingot to a certain thickness in the prior art. Further, the present invention uses a liquid epoxy resin that is a spherical or needle-like graphite and a binder, which is a recent conductive filler, so that it is not necessary to use a special special heat agitator for composite of graphite and resin. The amount of graphite filler was easily increased up to 80 wt% without using any additive. As a result, the resistivity of the bipolar plate was decreased and the mechanical strength was decreased with increasing molding pressure. When it is set to about 60 MPa, the electric conductivity has a better effect when the spherical graphite is applied.
본 발명에 의한 실시예 1에 의하면 흑연과 수지의 혼합 비율에서 흑연의 함량을 최대 80 wt%까지 증가시킬 수 있으며, 이때 흑연과 수지의 균일한 분산특성을 확인하였다. 도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 복합 바이폴러 플레이트의 표면과 단면을 나타낸다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이 SEM 및 EPMA 관찰 결과 동일한 표면 및 단면의 분산 특성을 확인할 수 있다. 또한, 흑연 필러로서 구형 또는 고밀도 흑연을 사용함으로 압축성형 후에도 흑연의 균일한 분산과 바인더의 유동성의 문제 없이 흑연 분말의 높은 충진 효과로 인해 바이폴러 플레이트의 표면에 대한 후처리(표면 연마가공) 없이 전기저항율이 40~60 Mpa 성형 압력조건에서 14~27 mΩ·cm 정도로 유지되고, 기계적 강도가 약 17~26 MPa 정도의 특성이 확인되었다. 또한, 동일 조건에서 기계적 강도를 증가시키기 위해 흑연 함량을 70 wt% 수준으로 낮추고 바인더의 비율을 30 wt% 이상으로 증가시킬 경우, 도 7에서 알 수 있듯이 성형물의 표면에 바인더 수지가 증가하게 되는 특성을 확인할 수 있다.According to Example 1 of the present invention, the content of graphite can be increased up to 80 wt% at the mixing ratio of graphite and resin, and uniform dispersion characteristics of graphite and resin are confirmed at this time. 4 to 6 show the surface and cross-section of the composite bipolar plate according to the present invention. As can be seen from these figures, SEM and EPMA observations confirm the same dispersion characteristics of the surface and cross section. In addition, since spherical or high-density graphite is used as the graphite filler, even after compression molding, the surface of the bipolar plate is not subjected to post-treatment (surface polishing) due to high filling effect of graphite powder without problems of uniform dispersion of graphite and fluidity of the binder The electrical resistivity was maintained at about 14 ~ 27 mΩ · cm under the molding pressure of 40 ~ 60 Mpa, and the mechanical strength was about 17 ~ 26 MPa. In order to increase the mechanical strength under the same conditions, when the graphite content is reduced to 70 wt% and the proportion of the binder is increased to 30 wt% or more, as shown in FIG. 7, the binder resin increases in the surface of the molded article can confirm.
한편, 본 발명의 실시예 2에 따라 침상형의 흑연 필러를 사용하여 제작된 복합 바이폴러 플레이트는 동일한 성형압력 조건에서 실시예 1 조건에 의해 제작된 시작품보다 전기저항율이 상대적으로 증가하나 기계적 강도는 증가하는 것으로 확인되었다. 즉, 흑연의 함량을 80 wt% 수준으로 하여 흑연 수지 복합체를 준비하고, 동일한 성형압력 40~60 MPa 조건에서 제작된 복합 바이폴러 플레이트 시작품의 전기저항율은 약 37~52 mΩ·cm 수준이며, 기계적 강도는 약 24~27 Mpa 정도로 확인되었다. 따라서, 상기 실시예 1, 2 의 조건에 의해 제작된 복합 바이폴러 플레이트는 성형 품질이 우수하고 전기저항율 및 기계적 강도가 매우 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 상기 실시예 1, 2에 의해 제작된 시작품에 대해 가스투과도 분석을 실시한 결과, 투과 압력 0.5 MPa 조건에서도 모든 제품에서 거의 제로(zero)에 근접한 10-9 (mol m-2s-1Pa-1) 이하의 값이 얻어졌다.
On the other hand, according to Example 2 of the present invention, the composite bipolar plate manufactured using the needle-shaped graphite filler has a relatively higher electrical resistivity than the prototype manufactured under the conditions of Example 1 under the same molding pressure, Respectively. That is, the electrical resistivity of the composite bipolar plate prototype manufactured at the same molding pressure of 40 to 60 MPa was about 37 to 52 mΩ · cm, and the graphite resin content was about 80 wt% The strength was confirmed to be about 24 ~ 27 Mpa. Therefore, the composite bipolar plate produced according to the conditions of Examples 1 and 2 exhibits excellent molding quality, and exhibits excellent electrical resistivity and mechanical strength. As a result of gas permeability analysis of the prototype manufactured by the above Examples 1 and 2, it was found that even in the case of the permeation pressure of 0.5 MPa, almost all of the products had a near-zero 10 -9 (mol m -2 s -1 Pa -1 ) or less.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (13)
상기 필러 수지 복합체는 도전성 필러, 열경화성 바인더 수지 및 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법. A filler resin composite used for producing a bipolar plate by a compression molding process,
Wherein the filler resin composite comprises an electrically conductive filler, a thermosetting binder resin, and a curing agent.
상기 필러 수지 복합체의 상기 도전성 필러의 함량이 최소 60 wt%이고 최대 90 wt%인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the content of the conductive filler in the filler resin composite is at least 60 wt% and at most 90 wt%.
상기 도전성 필러의 함량이 80 wt% 이상인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the content of the conductive filler is 80 wt% or more.
상기 도전성 필러는 구형 또는 침상형의 흑연이며, 상기 열경화성 바인더 수지는 액상 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive filler is spherical or acicular type graphite, and the thermosetting binder resin is a liquid epoxy resin.
상기 액상 에폭시 수지와 경화제를 7 : 3의 중량비로 혼합, 교반하며, 상기 구형 또는 침상형의 흑연을 상기 경화제가 함유된 액상 에폭시 수지와 8 : 2 또는 7 : 3의 중량비로 혼합, 교반하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법.5. The method of claim 4,
The liquid epoxy resin and the curing agent were mixed and stirred at a weight ratio of 7: 3, and the spherical or needle-like graphite was mixed with the liquid epoxy resin containing the curing agent at a weight ratio of 8: 2 or 7: 3, Wherein the high ionic conductive composite bipolar plate is produced by a method comprising the steps of:
상기 구형의 흑연은 입자 저항율 118 mΩ·cm, 평균 입경 10~15 ㎛, 비표면적 0.59 m2/g 및 밀도 1.9 g/cm3이며, 상기 침상형의 흑연은 입자 저항율 126 mΩ·cm, 평균 입경 20 ㎛, 비표면적 1.8 m2/g 및 밀도 2.23 g/cm3인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법.5. The method of claim 4,
The spherical graphite had a particle resistivity of 118 m? 占 퐉, an average particle size of 10 to 15 占 퐉, a specific surface area of 0.59 m 2 / g and a density of 1.9 g / cm 3. The acicular graphite had a particle resistivity of 126 m? 20 m, a specific surface area of 1.8 m 2 / g, and a density of 2.23 g / cm 3 .
상기 액상 에폭시 수지는 EEW 184~190 g/eq, 점도 11,500~13,500 cps 및 비중 1.17인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the liquid epoxy resin has an EEW of 184 to 190 g / eq, a viscosity of 11,500 to 13,500 cps, and a specific gravity of 1.17.
상기 경화제는 아민의 함량이 260~320 mgKOH/g이고 점도가 800~2,000 cps인 아민계 경화제인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트 제조용 필러 수지 복합체의 제조방법.5. The method of claim 4,
Wherein the curing agent is an amine-based curing agent having an amine content of 260 to 320 mgKOH / g and a viscosity of 800 to 2,000 cps.
상기 압축성형 공정에서 성형압력이 40~60 MPa인 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the forming pressure in the compression molding step is 40 to 60 MPa.
상기 압출성형 공법에 사용되는 금형은,
상판과 하판 및 중간부의 상하판 지지대로 구성되며, 상기 중간부의 앙면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 고이온전도성 복합 바이폴러 플레이트의 제조방법. 11. The method of claim 10,
The mold used in the extrusion molding method is a mold,
Wherein the upper plate and the lower plate and the upper and lower plate supports of the intermediate portion are formed with grooves on the upper surface of the intermediate portion.
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|---|---|---|---|---|
| KR20180061492A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-08 | 동국대학교 산학협력단 | Fabricating method of bipolar plate for redox flow batteries |
| CN110176608A (en) * | 2019-04-29 | 2019-08-27 | 上海电气集团股份有限公司 | A kind of compound bipolar plates of thermosetting resin base used for all-vanadium redox flow battery and preparation method thereof |
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2013
- 2013-10-14 KR KR20130122183A patent/KR20150043651A/en active Search and Examination
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