KR20170120452A - Composite materials separator and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

표면과 두께 방향 모두의 전기전도성을 향상시킬 수 있는 복합재 분리판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물; 상기 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말; 및 상기 탄소섬유 직조물의 상면 및 하면에 각각 배치되어, 상기 탄소섬유 직조물과 합착된 상부 및 하부 전도성 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A composite separator capable of improving the electrical conductivity of both the surface and the thickness direction and a method of manufacturing the composite separator.
The composite separator according to the present invention comprises a carbon fiber weave; A conductive powder filled inside the carbon fiber woven fabric; And upper and lower conductive coating layers respectively disposed on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric and coalesced with the carbon fiber woven fabric.

Description

복합재 분리판 및 그 제조 방법{COMPOSITE MATERIALS SEPARATOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a composite material separator,

본 발명은 복합재 분리판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면과 두께 방향 모두의 전기전도성을 향상시킬 수 있는 복합재 분리판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite separator and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a composite separator capable of improving electrical conductivity in both the surface and thickness directions and a method of manufacturing the same.

연료전지 스택의 구성요소인 분리판은 반응 가스(수소 및 산소)의 공급과 물의 배출 통로로서의 기능을 갖고 있으며, 연료전지 스택의 내부를 전기적으로 연결시켜 준다. 이러한 기능을 위해, 분리판은 우수한 전기전도성과 기계적 물성, 내부식성 및 낮은 수소 투과율이 요구된다.The separator plate, which is a component of the fuel cell stack, functions as a reaction gas (hydrogen and oxygen) supply and water discharge passage, and electrically connects the inside of the fuel cell stack. For this function, the separator requires excellent electrical conductivity, mechanical properties, corrosion resistance and low hydrogen permeability.

최근, 대형 이차전지 중에서 크게 주목을 받고 있는 수소연료전지, 레독스 흐름전지 등에서도 분리판이 포함된다. 이와 같이, 산성 분위기에서 구동하는 수소연료전지 및 레독스 흐름전지는 전기전도성과 기계적 물성, 내부식성, 내화학성 및 전해질 불침투성 등의 특성이 요구된다.Recently, a separator plate is also included in a hydrogen fuel cell, a redox flow cell, etc., which are attracting a great deal of attention among large secondary batteries. As described above, the hydrogen fuel cell and the redox flow cell driven in an acidic atmosphere are required to have properties such as electrical conductivity, mechanical properties, corrosion resistance, chemical resistance and electrolyte impermeability.

이를 만족하기 위해, 종래에는 탄소섬유 직조물에 열경화성 수지를 함침시킨 복합재 분리판을 제조하고 있다. 이러한 복합재 분리판에 전기 전도성을 부여하기 위해서는 열경화성 수지의 내부에 고전도성을 갖는 전도성 분말을 다량 혼합해야 한다.In order to satisfy this, a composite separator plate in which a carbon fiber woven fabric is impregnated with a thermosetting resin has been produced. In order to impart electrical conductivity to such a composite separator, a large amount of highly conductive conductive powder must be mixed in the thermosetting resin.

그러나, 전도성 분말을 열경화성 수지에 다량 혼합할 경우 높은 강도 및 연료물질의 차단율을 확보할 수 없으며, 다량의 전도성 분말을 첨가하더라도 전기적 특성을 확보하는데 어려움이 따르고 있다.However, when a conductive powder is mixed with a thermosetting resin in a large amount, high strength and a blocking ratio of a fuel material can not be secured, and even when a large amount of conductive powder is added, it is difficult to secure electrical characteristics.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0120257호(2005.12.22. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 연료전지용 탄소복합재 분리판이 기재되어 있다.
A related prior art is Korean Patent Publication No. 10-2005-0120257 (published on December 22, 2005), which discloses a carbon composite material separator for fuel cells.

본 발명의 목적은 표면과 두께 방향 모두의 전기전도성을 향상시킬 수 있는 복합재 분리판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a composite separator which can improve the electrical conductivity of both the surface and the thickness direction and a method of manufacturing the composite separator.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물; 상기 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말; 및 상기 탄소섬유 직조물의 상면 및 하면에 각각 배치되어, 상기 탄소섬유 직조물과 합착된 상부 및 하부 전도성 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a composite separator comprising: a carbon fiber woven fabric; A conductive powder filled inside the carbon fiber woven fabric; And upper and lower conductive coating layers respectively disposed on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric and coalesced with the carbon fiber woven fabric.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법은 (a) 탄소섬유 직조물의 내부에 전도성 분말을 충진하는 단계; (b) 상기 전도성 분말이 충진된 탄소섬유 직조물의 상면 및 하면에 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 탄소섬유 직조물과 상부 및 하부 전도성 코팅층을 핫 프레스로 압착 및 경화하여 복합재 분리판을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a composite separator, comprising: (a) filling a conductive fiber into a carbon fiber fabric; (b) forming upper and lower conductive coating layers on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric filled with the conductive powder; And (c) pressing and hardening the carbon fiber woven fabric and the upper and lower conductive coating layers by a hot press to obtain a composite separator plate.

본 발명에 따른 복합재 분리판 및 그 제조 방법은 탄소섬유 직조물의 내부에 파우더 상태의 전도성 분말을 먼저 충진시킨 후, 전도성 분말이 충진된 탄소섬유 직조물의 양면에 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하는 것에 의해, x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도와 더불어 z-축 방향의 수직 전기전도성을 개선할 수 있다.The composite separator according to the present invention and the method for fabricating the same may be manufactured by first filling a powdery conductive powder in a carbon fiber woven fabric and then forming upper and lower conductive coating layers on both surfaces of the carbon fiber woven fabric filled with conductive powder , the surface electrical conductivity in the x-axis and y-axis directions as well as the vertical electric conductivity in the z-axis direction can be improved.

따라서, 본 발명에 따른 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물의 양면에 형성된 상부 및 하부 전도성 코팅층에 의해 x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도를 확보할 수 있음과 더불어, 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말이 탄소섬유 직조물의 사이 사이를 유기적으로 연결시키는 구조를 가짐에 따라 z-축 방향의 수직 전기적 특성이 개선되어 접촉저항이 개선될 수 있다.
Accordingly, the composite separator according to the present invention can secure the surface electrical conductivity in the x-axis and y-axis directions by the upper and lower conductive coating layers formed on both sides of the carbon fiber woven fabric, Since the filled conductive powder has a structure for organically connecting the spaces between the carbon fiber woven fabrics, the vertical electrical properties in the z-axis direction can be improved and the contact resistance can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 탄소섬유 직조물을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
1 is a cross-sectional view of a composite separator according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a perspective view of the carbon fiber woven fabric of Figure 1;
3 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a composite separator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a composite separator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재 분리판 및 그 제조 방법에 관하여 상세한 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a composite separator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 탄소섬유 직조물을 나타낸 사시도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite separator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating the carbon fiber woven fabric of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판(100)은 탄소섬유 직조물(110), 전도성 분말(120)과 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)을 포함한다. 이때, 전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 충진되며, 전도성 분말(120)이 충진된 탄소섬유 직조물(110)은 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)과 핫 프레스(hot press) 방식에 의해 압착되어 상호 간이 접합되는 구조를 갖는다.
Referring to FIGS. 1 and 2, a composite separator 100 according to an embodiment of the present invention includes a carbon fiber woven fabric 110, a conductive powder 120, and upper and lower conductive coating layers 130 and 140. At this time, the conductive powder 120 is filled in the carbon fiber woven fabric 110, and the carbon fiber woven fabric 110 filled with the conductive powder 120 passes through the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 and the hot press hot press method so as to be bonded to each other.

탄소섬유 직조물(110)은 복합재 분리판(100)의 중간에 배치되는 코어(core) 기재로 사용되어, 복합재 분리판(100)의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이러한 탄소섬유 직조물(110)은 200 ~ 400㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 탄소섬유 직조물(110)의 두께가 200㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 얇아 기계적 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소섬유 직조물(110)의 두께가 400㎛를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 두께 및 부피만을 증가시키는 요인으로 작용하여 경량화 및 박형화에 역행하는 결과를 초래할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.The carbon fiber woven fabric 110 is used as a core base material disposed in the middle of the composite separator plate 100 to improve the mechanical strength of the composite separator plate 100. The carbon fiber woven fabric 110 preferably has a thickness of 200 to 400 mu m. When the thickness of the carbon fiber woven fabric 110 is less than 200 mu m, the thickness of the carbon fiber woven fabric 110 may be too small to secure mechanical strength. On the contrary, when the thickness of the carbon fiber woven fabric 110 is more than 400 μm, the thickness and the volume of the carbon fiber woven fabric 110 are increased only without increasing the effect, which results in a decrease in weight and thickness.

이러한 탄소섬유 직조물(110)은 적어도 하나 이상이 수직적으로 적층될 수 있다. 탄소섬유 직조물(110)은 1,000 ~ 70,000 가닥이 모인 섬유다발들을 위사 및 경사로 각각 직조하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라, 탄소섬유 직조물(110)은 위사 방향으로 배치된 위사 탄소섬유(112)와 경사 방향으로 배치된 경사 탄소섬유(114)를 포함할 수 있다.At least one of these carbon fiber woven fabrics 110 may be stacked vertically. The carbon fiber woven fabric 110 can be produced by weaving fiber bundles of 1,000 to 70,000 strands respectively in weft and warp yarns. Accordingly, the carbon fiber woven fabric 110 may include the warp carbon fiber 112 disposed in the weft direction and the warp carbon fiber 114 disposed in the oblique direction.

이때, 탄소섬유 직조물(110)의 섬유다발들은 원형 또는 타원형의 단면 구조를 갖는다. 그리고, 탄소섬유 직조물(110)의 섬유다발들은 평균 이격 간격이 1.5 ~ 2.0mm일 수 있다.
At this time, the fiber bundles of the carbon fiber woven fabric 110 have a circular or elliptical cross-sectional structure. The fiber bundles of the carbon fiber woven fabric 110 may have an average spacing of 1.5 to 2.0 mm.

전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 충진된다. 이러한 전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 코팅 방식에 의해 충진되어 z-축의 수직 전기전도성을 향상시키는 역할을 한다.The conductive powder 120 is filled inside the carbon fiber woven fabric 110. The conductive powder 120 is filled in the carbon fiber woven fabric 110 by a coating method to improve the vertical electric conductivity of the z-axis.

이를 위해, 전도성 분말(120)은 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.For this purpose, the conductive powder 120 may be a carbon nanotube, a graphite powder, a chopped carbon fiber, a carbon black, a carbon powder, a graphite nano plate graphite nanoplate, and graphene.

이때, 전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 분말 코팅 방식에 의해 직접 충진될 수 있다. 이와 달리, 전도성 분말(120)은 유기 용제 및 100cp 이하의 점도를 갖는 에폭시 액상 수지에 분산시킨 분산액을 탄소섬유 직조물(110)의 양면에 에어 분사 방식으로 도포한 후, 건조시켜 유기 용제를 휘발시키는 방식에 의해 코팅될 수도 있다.At this time, the conductive powder 120 may be directly filled into the carbon fiber woven fabric 110 by a powder coating method. Alternatively, the conductive powder 120 may be formed by applying an organic solvent and a dispersion liquid dispersed in an epoxy liquid resin having a viscosity of 100 cp or less to both surfaces of the carbon fiber woven fabric 110 by an air jet method and then drying the same to volatilize the organic solvent Coating method.

이 경우, 유기 용제로는 휘발성이 우수한 에탄올, 부탄올, 아세트산에틸, 옥탄올, 에톡시 에탄올펜탄올, 메톡시 에탄올, 에틸렌 글리콜, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아민, 다이클로로메테인 및 다이에틸에테르 중 1종 이상이 이용될 수 있다.
In this case, the organic solvent may include volatile organic solvents such as ethanol, butanol, ethyl acetate, octanol, ethoxy ethanol pentanol, methoxy ethanol, ethylene glycol, acetone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylamine, dichloromethane And diethyl ether may be used.

상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 탄소섬유 직조물(110)의 상면 및 하면에 각각 배치되어, 탄소섬유 직조물(110)과 합착된다.The upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are disposed on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric 110 respectively and joined together with the carbon fiber woven fabric 110.

이러한 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 핫 프레스 공정에 의해 탄소섬유 직조물(110)과 합착된다. 이때, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 탄소섬유 직조물(110)과의 합착에 의해, 탄소섬유 직조물(110)의 내부로 일부가 함침되어 상호 간이 일체로 연결되는 구조를 갖는다.The upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are joined together with the carbon fiber woven fabric 110 by a hot pressing process. At this time, the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 have a structure in which a portion of the carbon fiber woven fabric 110 is impregnated by being adhered to the carbon fiber woven fabric 110 and integrally connected to each other.

이때, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 각각 5 ~ 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 각각의 두께가 5㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇은 관계로 취급성이 어려우며, 표면 전기전도성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 각각의 두께가 100㎛를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.At this time, the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 preferably have a thickness of 5 to 100 μm. If the thickness of each of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 is less than 5 占 퐉, the thickness is too thin, which makes handling difficult and deteriorates surface electrical conductivity. Conversely, if the thickness of each of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 exceeds 100 mu m, it may be a factor that raises the manufacturing cost without increasing any further effect, which is not economical.

이러한 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 각각 수지층과 수지층 내에 함침된 전도성 필러를 포함한다.These upper and lower conductive coating layers 130 and 140 each include a conductive filler impregnated within a resin layer and a resin layer.

수지층은 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이러한 수지층은 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스텔 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리이미드 수지를 포함하는 열경화성 수지 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성된다.The resin layer serves to improve the mechanical strength. The resin layer is formed of any one material selected from among a phenol resin, an epoxy resin, an amino resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin and a thermosetting resin including a polyimide resin.

전도성 필러는 x-축 및 y축의 표면 전기전도성을 향상시키기 위해 수지층에 첨가되어 분산 배치된다. 이를 위해, 전도성 필러는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The conductive filler is added and dispersed in the resin layer to improve the surface electrical conductivity of the x-axis and the y-axis. For this purpose, the conductive filler may be a carbon nanotube, a graphite powder, a chopped carbon fiber, a carbon black, a carbon powder, a graphite nanoplate ), And graphene.

이때, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 각각은 전도성 필러가 고형분 기준으로 전체 중량의 15 ~ 25 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 전도성 필러의 함량이 15 중량% 미만일 경우에는 표면 전기전도성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 함량이 25 중량%를 초과할 경우에는 노즐 막힘에 의한 코팅 불량을 유발할 수 있다.At this time, it is preferable that each of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 is added in an amount of 15 to 25% by weight based on the solid content of the conductive filler. When the content of the conductive filler is less than 15% by weight, it may be difficult to secure surface electrical conductivity. Conversely, if the content of the conductive filler exceeds 25% by weight, coating failure due to clogging of the nozzle may be caused.

만일, 탄소섬유 직조물(110) 내에 전도성 분말(120)을 충진하는 것 없이, 탄소섬유 직조물(110)의 양면에 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)만을 형성할 경우, 복합재 분리판(110)의 코어 기재로 사용되는 탄소섬유 직조물(110)의 표면에 대해서만 전도성 필러가 다량으로 집중되고, 탄소섬유 직조물(110)의 내부로 침투하지 못하는 문제로 z-축 방향의 수직 전기전도도가 좋지 않은 문제가 있다.
If only the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are formed on both sides of the carbon fiber woven fabric 110 without filling the carbon fiber woven fabric 110 with the conductive powder 120, A problem that the conductive filler is concentrated only in a large amount on the surface of the carbon fiber woven fabric 110 used as the core substrate of the core material and the vertical electrical conductivity in the z-axis direction is poor due to the problem that it can not penetrate into the carbon fiber woven fabric 110 .

이와 달리, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물의 내부에 파우더 상태의 전도성 분말을 먼저 충진시킨 후, 전도성 분말이 충진된 탄소섬유 직조물의 양면에 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하는 것에 의해, x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도와 더불어 z-축 방향의 수직 전기전도성을 개선할 수 있다.Alternatively, the composite separator according to an embodiment of the present invention may be formed by first filling a powdery conductive powder in a carbon fiber woven fabric, and then forming an upper and a lower conductive coating layer on both sides of the carbon fiber woven fabric filled with the conductive powder. , It is possible to improve the vertical electric conductivity in the z-axis direction together with the surface electric conductivity in the x-axis and y-axis directions.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물의 양면에 형성된 상부 및 하부 전도성 코팅층에 의해 x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도를 확보할 수 있음과 더불어, 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말이 탄소섬유 직조물의 사이 사이를 유기적으로 연결시키는 구조를 가짐에 따라 z-축 방향의 수직 전기적 특성이 개선되어 접촉저항이 개선될 수 있다.Therefore, the composite separator according to the embodiment of the present invention can ensure the surface electrical conductivity in the x-axis and y-axis directions by the upper and lower conductive coating layers formed on both sides of the carbon fiber woven fabric, The vertical electrical characteristics in the z-axis direction can be improved, and the contact resistance can be improved, as the conductive powder filled in the inside of the carbon fibers has a structure for organically connecting the spaces between the carbon fiber woven fabrics.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판은 표면 전기전도도 : 100 ~ 200S/cm, 접촉저항 : 10mΩ/㎠ 이하 및 굴곡강도 : 80MPa 이하를 갖는다.
As a result, the composite separator according to the embodiment of the present invention has a surface electric conductivity of 100 to 200 S / cm, a contact resistance of 10 mΩ / cm 2 or less, and a flexural strength of 80 MPa or less.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a composite separator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.FIG. 3 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing a composite separator according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a composite separator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 분리판 제조 방법은 전도성 분말 충진 단계(S110), 상부 및 하부 전도성 코팅층 형성 단계(S120) 및 핫 프레스 단계(S130)를 포함한다.
As shown in FIG. 3, the composite separator manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a conductive powder filling step (S110), an upper and lower conductive coating layer forming step (S120), and a hot pressing step (S130).

전도성 분말 충진Conductive powder filling

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 분말 충진 단계(S110)에서는 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 전도성 분말(120)을 충진한다.As shown in FIGS. 3 and 4, in the conductive powder filling step S110, the conductive powder 120 is filled in the carbon fiber woven fabric 110.

탄소섬유 직조물(110)은 적어도 하나 이상이 수직적으로 적층될 수 있다. 탄소섬유 직조물(110)은 1,000 ~ 70,000 가닥이 모인 섬유다발들을 위사 및 경사로 각각 직조하는 것에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라, 탄소섬유 직조물(110)은 위사 방향으로 배치된 위사 탄소섬유(112)와 경사 방향으로 배치된 경사 탄소섬유(114)를 포함할 수 있다.At least one of the carbon fiber woven fabric 110 may be stacked vertically. The carbon fiber woven fabric 110 can be produced by weaving fiber bundles of 1,000 to 70,000 strands respectively in weft and warp yarns. Accordingly, the carbon fiber woven fabric 110 may include the warp carbon fiber 112 disposed in the weft direction and the warp carbon fiber 114 disposed in the oblique direction.

이때, 탄소섬유 직조물(110)의 섬유다발들은 원형 또는 타원형의 단면 구조를 갖는다. 그리고, 탄소섬유 직조물(110)의 섬유다발들은 평균 이격 간격이 1.5 ~ 2.0mm일 수 있다.At this time, the fiber bundles of the carbon fiber woven fabric 110 have a circular or elliptical cross-sectional structure. The fiber bundles of the carbon fiber woven fabric 110 may have an average spacing of 1.5 to 2.0 mm.

전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 코팅 방식에 의해 충진되어 z-축의 수직 전기전도성을 향상시키는 역할을 한다.The conductive powder 120 is filled in the carbon fiber woven fabric 110 by a coating method to improve the vertical electric conductivity of the z-axis.

본 단계에서, 탄소섬유 직조물(110)의 내부로 전도성 분말(120)이 용이하게 삽입되도록 하기 위해 탄소섬유 직조물(110)을 진동시키는 것이 바람직하다.In this step, it is preferable to vibrate the carbon fiber woven fabric 110 so that the conductive powder 120 is easily inserted into the carbon fiber woven fabric 110.

이를 위해, 전도성 분말(120)은 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.For this purpose, the conductive powder 120 may be a carbon nanotube, a graphite powder, a chopped carbon fiber, a carbon black, a carbon powder, a graphite nano plate graphite nanoplate, and graphene.

이때, 전도성 분말(120)은 탄소섬유 직조물(110)의 내부에 분말 코팅 방식에 의해 직접 충진될 수 있다. 이와 달리, 전도성 분말(120)은 유기 용제 및 100cp 이하의 점도를 갖는 에폭시 액상 수지에 분산시킨 분산액을 탄소섬유 직조물(110)의 양면에 에어 분사 방식으로 도포한 후, 건조시켜 유기 용제를 휘발시키는 방식에 의해 코팅될 수도 있다.At this time, the conductive powder 120 may be directly filled into the carbon fiber woven fabric 110 by a powder coating method. Alternatively, the conductive powder 120 may be formed by applying an organic solvent and a dispersion liquid dispersed in an epoxy liquid resin having a viscosity of 100 cp or less to both surfaces of the carbon fiber woven fabric 110 by an air jet method and then drying the same to volatilize the organic solvent Coating method.

이 경우, 유기 용제로는 휘발성이 우수한 에탄올, 부탄올, 아세트산에틸, 옥탄올, 에톡시 에탄올펜탄올, 메톡시 에탄올, 에틸렌 글리콜, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아민, 다이클로로메테인 및 다이에틸에테르 중 1종 이상이 이용될 수 있다.
In this case, the organic solvent may include volatile organic solvents such as ethanol, butanol, ethyl acetate, octanol, ethoxy ethanol pentanol, methoxy ethanol, ethylene glycol, acetone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylamine, dichloromethane And diethyl ether may be used.

상부 및 하부 전도성 코팅층 형성Formation of upper and lower conductive coating layers

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 전도성 코팅층 형성 단계(S120)에서는 전도성 분말(120)이 충진된 탄소섬유 직조물(110)의 상면 및 하면에 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)을 형성한다.3 and 5, in the upper and lower conductive coating layer forming step S120, upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are formed on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric 110 filled with the conductive powder 120, ).

이러한 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 각각 수지층과 수지층 내에 함침된 전도성 필러를 포함한다.These upper and lower conductive coating layers 130 and 140 each include a conductive filler impregnated within a resin layer and a resin layer.

수지층은 기계적 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이러한 수지층은 페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스텔 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리이미드 수지를 포함하는 열경화성 수지 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성된다.The resin layer serves to improve the mechanical strength. The resin layer is formed of any one material selected from among a phenol resin, an epoxy resin, an amino resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin and a thermosetting resin including a polyimide resin.

전도성 필러는 x-축 및 y-축의 표면 전기전도성을 향상시키기 위해 수지층에 첨가되어 분산 배치된다. 이를 위해, 전도성 필러는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Conductive fillers are added and dispersed in the resin layer to improve the surface electrical conductivity of the x-axis and y-axis. For this purpose, the conductive filler may be a carbon nanotube, a graphite powder, a chopped carbon fiber, a carbon black, a carbon powder, a graphite nanoplate ), And graphene.

이때, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 각각은 전도성 필러가 고형분 기준으로 전체 중량의 15 ~ 25 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 전도성 필러의 함량이 15 중량% 미만일 경우에는 표면 전기전도도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 전도성 필러의 함량이 25 중량%를 초과할 경우에는 노즐 막힘에 의한 코팅 불량을 유발할 수 있다.At this time, it is preferable that each of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 is added in an amount of 15 to 25% by weight based on the solid content of the conductive filler. When the content of the conductive filler is less than 15% by weight, it may be difficult to secure the surface electric conductivity. Conversely, if the content of the conductive filler exceeds 25% by weight, coating failure due to clogging of the nozzle may be caused.

본 단계에서, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)은 나이프 코팅(knife coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating) 및 바 코팅(bar coating) 방법 중 어느 하나 이상에 의해 형성될 수 있다. 이때, 스프레이 시간, 딥 코팅 시간, 나이프 높이 또는 바의 높이 등을 조절하는 것에 의해 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)의 두께를 조절할 수 있게 된다.
In this step, the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are formed by at least one of knife coating, spray coating, dip coating, and bar coating methods. . At this time, the thicknesses of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 can be adjusted by adjusting the spray time, the dip coating time, the height of the knife or the height of the bar.

핫 프레스Hot press

도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 핫 프레스 단계(S130)에서는 탄소섬유 직조물(110)과 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)을 핫 프레스로 압착 및 경화하여 복합재 분리판(100)을 수득한다.3 and 6, in the hot pressing step S130, the carbon fiber woven fabric 110 and the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 are pressed and cured by hot pressing to form the composite separator plate 100 .

이때, 핫 프레스는 130 ~ 200℃에서 10 ~ 30MPa의 압력 조건으로 10 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 핫 프레스 온도가 130℃ 미만이거나, 핫 프레스 시간이 10분 미만일 경우에는 충분한 경화가 이루어지지 않을 우려가 크다. 반대로, 핫 프레스 온도가 200℃를 초과하거나, 핫 프레스 시간이 60분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.At this time, the hot press is preferably carried out at 130 to 200 DEG C under a pressure of 10 to 30 MPa for 10 to 60 minutes. If the hot press temperature is less than 130 占 폚 or the hot press time is less than 10 minutes, there is a great possibility that sufficient curing is not achieved. On the contrary, when the hot press temperature exceeds 200 占 폚 or the hot press time exceeds 60 minutes, it may be a factor that raises only the manufacturing cost without increasing any further effect, which is not economical.

또한, 핫 프레스 압력이 10MPa 미만일 경우에는 탄소섬유 직조물(110)과 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 간의 계면 부착력이 충분하지 못하여 박리가 일어날 수 있다. 반대로, 핫 프레스 압력이 30MPa을 초과할 경우에는 과도한 압력으로 인해 탄소섬유 직조물(110)과 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)에 크랙 등의 손상이 발생할 수 있다.
If the hot press pressure is less than 10 MPa, the interfacial adhesion force between the carbon fiber woven fabric 110 and the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 may not be sufficient and peeling may occur. Conversely, if the hot press pressure exceeds 30 MPa, cracks or the like may occur in the carbon fiber woven fabric 110 and the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 due to excessive pressure.

이러한 핫 프레스 단계(S130) 시, 압착에 의해 탄소섬유 직조물(110)과 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140)의 두께가 감소하게 된다. 이러한 핫 프레스 단계(S130)를 실시한 이후, 탄소섬유 직조물(110)은 200 ~ 400㎛의 두께를 갖고, 상부 및 하부 전도성 코팅층(130, 140) 각각은 5 ~ 100㎛의 두께를 가질 수 있다.
In this hot pressing step S130, the thickness of the carbon fiber woven fabric 110 and the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 is reduced by the compression. After performing the hot pressing step S130, the carbon fiber woven fabric 110 may have a thickness of 200 to 400 占 퐉, and each of the upper and lower conductive coating layers 130 and 140 may have a thickness of 5 to 100 占 퐉.

상기의 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물의 내부에 파우더 상태의 전도성 분말을 먼저 충진시킨 후, 전도성 분말이 충진된 탄소섬유 직조물의 양면에 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하는 것에 의해, x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도와 더불어 z-축 방향의 수직 전기전도성을 개선할 수 있다.The composite separator produced by the above-described processes (S110 to S130) may be prepared by first filling powdery conductive powder in a carbon fiber woven fabric, and then forming upper and lower conductive coating layers on both sides of the carbon fiber fabric filled with conductive powder , It is possible to improve the vertical electric conductivity in the z-axis direction together with the surface electric conductivity in the x-axis and y-axis directions.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 복합재 분리판은 탄소섬유 직조물의 양면에 형성된 상부 및 하부 전도성 코팅층에 의해 x-축 및 y-축 방향의 표면 전기전도도를 확보할 수 있음과 더불어, 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말이 탄소섬유 직조물의 사이 사이를 유기적으로 연결시키는 구조를 가짐에 따라 z-축 방향의 수직 전기적 특성이 개선되어 접촉저항이 개선될 수 있다.Therefore, the composite separator manufactured by the method according to the embodiment of the present invention can ensure the surface electrical conductivity in the x-axis and y-axis directions by the upper and lower conductive coating layers formed on both surfaces of the carbon fiber woven fabric, , The contact resistance can be improved by improving the vertical electrical characteristic in the z-axis direction as the conductive powder filled in the carbon fiber woven fabric has a structure for organically connecting the carbon fiber woven fabric between the woven and nonwoven.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 복합재 분리판은 표면 전기전도도 : 100 ~ 200S/cm, 접촉저항 : 10mΩ/㎠ 이하 및 굴곡강도 : 80MPa 이하를 갖는다.
As a result, the composite separator produced by the method according to the embodiment of the present invention has a surface electrical conductivity of 100 to 200 S / cm, a contact resistance of 10 mΩ / cm 2 or less, and a flexural strength of 80 MPa or less.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

1. 복합재 분리판 제조1. Composite separator manufacturing

실시예 1Example 1

250㎛ 의 평균 두께를 갖는 탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt%를 분산한 후, GNP를 탄소섬유 직조물의 표면에 바인딩시킬 수 있도록 에폭시 수지 10wt%를 혼합시킨 용액에 침지한 후, 15분 동안 초음파(Sonication) 진동 처리하고 60℃에서 1시간 동안 건조시켜 탄소섬유 직조물의 내부로 그라파이트나노플레이트(GNP)를 충진시켰다.A carbon fiber woven fabric having an average thickness of 250 mu m was dispersed in acetone in an amount of 3 wt% of graphite nanoplate (GNP), and then immersed in a solution in which 10 wt% of an epoxy resin was mixed so that GNP could be bound to the surface of the carbon fiber woven fabric , Subjected to sonication vibration treatment for 15 minutes and dried at 60 DEG C for 1 hour to fill graphite nanoplate (GNP) into the inside of the carbon fiber woven fabric.

다음으로, 에폭시 수지 100 중량부에 탄소나노튜브(CNT) 5 + 그라파이트 나노플레이트(GNT) 15 중량부를 첨가한 분산액을 탄소섬유 직조물의 상부 및 하부에 나이프(Knife) 코팅 방법으로 150㎛의 두께로 각각 코팅하여 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하였다.Next, 15 parts by weight of carbon nanotube (CNT) 5 + graphite nanoplate (GNT) was added to 100 parts by weight of epoxy resin, and the dispersion was applied to the top and bottom of the carbon fiber woven fabric by knife coating Respectively, to form upper and lower conductive coating layers.

다음으로, 그라파이트나노플레이트(GNP)가 삽입된 탄소섬유 직조물과 상부 및 하부 전도성 코팅층을 150℃ 및 20MPa의 압력 조건으로 30분 동안 핫 프레스로 압착 및 경화하여 두께 250㎛의 복합재 분리판을 제조하였다.
Next, the carbon fiber woven fabric having the graphite nanoplate (GNP) inserted therein and the upper and lower conductive coating layers were pressed and cured by hot pressing for 30 minutes under the conditions of 150 ° C and 20 MPa to prepare a composite separator having a thickness of 250 μm .

실시예 2Example 2

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 5wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
A composite separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber woven fabric was immersed in acetone in a solution in which 5 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin were dispersed and mixed.

실시예 3Example 3

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 15wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
A composite material plate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber woven fabric was immersed in acetone in a solution prepared by dispersing 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 15 wt% of epoxy resin.

실시예 4Example 4

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지하고 30분 동안 초음파(Sonication) 진동 처리하고 60℃에서 1시간 건조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
Example 1 was repeated except that the carbon fiber woven fabric was immersed in a solution prepared by dispersing acetone in 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin, and subjected to sonication vibration treatment for 30 minutes and drying at 60 DEG C for 1 hour. The composite separator was prepared in the same manner.

실시예 5Example 5

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지하고 15분 동안 초음파(Sonication) 진동 처리하고 60℃에서 2시간 건조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
Example 1 was repeated except that the carbon fiber woven fabric was immersed in a solution prepared by dispersing acetone in 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin, and subjected to sonication vibration treatment for 15 minutes and drying at 60 DEG C for 2 hours. The composite separator was prepared in the same manner.

비교예 1Comparative Example 1

탄소섬유 직조물의 상부 및 하부에 에폭시 수지 100 중량부에 탄소나노튜브(CNT) 15 중량부를 첨가한 분산액을 나이프(Knife) 코팅 방법으로 150㎛의 두께로 각각 코팅하여 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하였다.A dispersion solution prepared by adding 15 parts by weight of carbon nanotubes (CNT) to 100 parts by weight of epoxy resin was coated on the top and bottom of the carbon fiber woven fabric by a knife coating method to form an upper and a lower conductive coating layer .

다음으로, 탄소섬유 직조물과 상부 및 하부 전도성 코팅층을 160℃ 및 20MPa의 압력 조건으로 30분 동안 핫 프레스로 압착 및 경화하여 복합재 분리판을 제조하였다.
Next, the carbon fiber woven fabric and the upper and lower conductive coating layers were pressed and cured by hot pressing for 30 minutes under the conditions of 160 DEG C and 20 MPa to prepare composite separator plates.

비교예 2Comparative Example 2

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 10wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
A composite separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber woven fabric was immersed in acetone in a solution in which 10 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin were dispersed and mixed.

비교예 3Comparative Example 3

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 20wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
A composite material plate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon fiber woven fabric was immersed in acetone in a solution in which 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 20 wt% of epoxy resin were dispersed and mixed.

비교예 4Comparative Example 4

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지하고 5분 동안 초음파(Sonication) 진동 처리하고 60℃에서 1시간 건조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
Example 1 was repeated except that the carbon fiber woven fabric was immersed in a solution prepared by dispersing 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin in acetone, sonicated for 5 minutes, and dried at 60 DEG C for 1 hour. The composite separator was prepared in the same manner.

비교예 5Comparative Example 5

탄소섬유 직조물을 아세톤에 그라파이트나노플레이트(GNP) 3wt% 및 에폭시 수지 10wt%를 분산 혼합시킨 용액에 침지하고 15분 동안 초음파(Sonication) 진동 처리하고 60℃에서 30분 건조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재 분리판을 제조하였다.
Example 1 was repeated except that the carbon fiber woven fabric was immersed in a solution prepared by dispersing acetone in 3 wt% of graphite nanoplate (GNP) and 10 wt% of epoxy resin, and subjected to sonication vibration treatment for 15 min and drying at 60 캜 for 30 min. The composite separator was prepared in the same manner.

2. 물성 평가2. Property evaluation

표 1은 실시예 1 ~ 5 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 복합재 분리판들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
Table 1 shows the physical property evaluation results of the composite separator plates prepared according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5.

1) 표면 전기전도도1) Surface electrical conductivity

4-탐침법(4-point probe method)에 의거하여 표면 전기전도도를 측정하였다.
The surface electrical conductivity was measured based on the 4-point probe method.

2) 접촉저항2) Contact resistance

측정 방법 : 구리 전극 / GDL / 분리판 / GDL / 구리 전극의 순서대로 적층한 후, 양쪽의 구리 전극에 5A의 전류를 인가하면서, 구리 전극 사이에서 발생하는 전압 강하를 측정하였다. 여기서 나온 전압에 가해준 전류 값을 나누어 저항을 측정하고, 측정에 사용된 분리판의 면적을 곱해주었다. 이때, 분리판은 가로 5cm, 세로 5cm 이었다.Measurement method: A copper electrode / GDL / separator / GDL / copper electrode was laminated in this order, and a voltage drop between the copper electrodes was measured while applying a current of 5 A to both copper electrodes. The resistance was measured by dividing the value of the current applied to the voltage and the area of the separator used for the measurement was multiplied. At this time, the separation plate was 5 cm in width and 5 cm in length.

구리 전극과 GDL 사이의 접촉 저항을 빼주기 위해, 구리 전극 / GDL / 구리 전극의 순서대로 적층한 후 저항을 측정하였고, 위의 값에서 빼주어 분리판의 접촉 저항을 계산하였다.
In order to reduce the contact resistance between the copper electrode and the GDL, the copper electrode / GDL / copper electrode was laminated in this order and then the resistance was measured. The contact resistance of the separating plate was calculated by subtracting the above value.

3) 굴곡강도3) Flexural strength

ASTM D790-10에 의거하여 굴곡강도를 측정하였다. 이때, 시편의 크기는 가로 1.27cm, 세로 12.7cm로 제작한 것을 이용하였다.
Flexural strength was measured according to ASTM D790-10. The size of the specimen was 1.27 cm (width) and 12.7 cm (length).

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 복합재 분리판의 경우, 표면 전기전도도 및 굴곡강도는 비교예 1 ~ 5와 큰 차이가 없었으나, 접촉저항이 비교예 1 ~ 5에 비하여 상당히 낮은 6.9 ~ 7.5 mΩ/㎠을 갖는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, in the case of the composite separator prepared according to Examples 1 to 5, surface electrical conductivity and flexural strength were not significantly different from those of Comparative Examples 1 to 5, Lt; 2 > / cm < 2 >

반면, 그라파이트나노플레이트(GNP)를 충진하지 않은 비교예 1의 경우에는 표면 전기전도도에는 큰 차이가 없으나, 접촉저항이 실시예 1에 비하여 상당히 높게 측정되었으며, 시편 내의 탄소 비율이 적어 굴곡강도는 약간 높게 측정되었다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which the graphite nanoplate (GNP) was not filled, there was no significant difference in surface electrical conductivity, but the contact resistance was measured to be considerably higher than in Example 1, Respectively.

또한, 그라파이트나노플레이트(GNP)를 10wt%로 첨가한 비교예 2의 경우에는 탄소섬유와 GNP의 접촉점이 많아져 실시예 1에 비하여 접촉저항이 약간 감소하고, 시편 내의 탄소 함량이 많기 때문에 굴곡강도가 감소한 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 2 in which graphite nanoplate (GNP) was added in an amount of 10 wt%, contact points between carbon fibers and GNP increased, contact resistance was slightly reduced as compared with Example 1, and carbon content in the specimen was large. Of the total number of workers.

또한, 에폭시 수지가 20wt%로 첨가된 비교예 3의 경우에는 과량의 에폭시 수지가 전도성 코팅층이 덮이기 전에 탄소섬유 표면을 감싸기 때문에 절연층으로 작용하여 실시예 1에 비하여 접촉저항이 상당히 높게 측정된 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 3 in which the epoxy resin was added in an amount of 20 wt%, the excess epoxy resin wrapped around the surface of the carbon fiber before the conductive coating layer was covered, so that the contact resistance was measured to be significantly higher than that in Example 1 .

또한, 초음파(Sonication) 진동 처리를 5분 동안 실시한 비교예 4의 경우에는 초음파 진동 처리 시간이 충분하지 않아 그라파이트나노플레이트(GNP)가 탄소섬유 내부로 충분히 충진되지 않아 접촉저항이 실시예 1에 비하여 높게 측정된 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 4 in which the ultrasonic vibration treatment was performed for 5 minutes, the ultrasonic vibration processing time was not sufficient and the graphite nanoplate (GNP) was not sufficiently filled into the carbon fiber, It can be confirmed that the measured value is high.

또한, 건조 시간을 30분으로 감소시킨 비교예 5의 경우에는 아세톤의 건조 시간이 충분하지 않아 시편 내에 잔류하면서 전도성 코팅층을 도포하고, 열압착시키는 과정에서 증발하여 시편 내부에 기공을 형성시켜 접촉저항은 높아지고, 기공에 의해 굴곡강도가 저하된 것을 확인할 수 있다.
In the case of Comparative Example 5 in which the drying time was reduced to 30 minutes, the drying time of acetone was insufficient and the conductive coating layer was applied while remaining in the specimen, and evaporated during the thermocompression bonding process to form pores in the specimen, And the bending strength is lowered due to the pores.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

100 : 복합재 분리판 110 : 탄소섬유 직조물
112 : 위사 탄소섬유 114 : 경사 탄소섬유
120 : 전도성 분말 130 : 상부 전도성 코팅층
140 : 하부 전도성 코팅층
S110 : 전도성 분말 충진 단계
S120 : 상부 및 하부 전도성 코팅층 형성 단계
S130 : 핫 프레스 단계
100: Composite separator 110: Carbon fiber weave
112: weft carbon fiber 114: slanted carbon fiber
120: conductive powder 130: upper conductive coating layer
140: lower conductive coating layer
S110: Conductive powder filling step
S120: forming upper and lower conductive coating layers
S130: Hot press step

Claims (16)

탄소섬유 직조물;
상기 탄소섬유 직조물의 내부에 충진된 전도성 분말; 및
상기 탄소섬유 직조물의 상면 및 하면에 각각 배치되어, 상기 탄소섬유 직조물과 합착된 상부 및 하부 전도성 코팅층;
을 포함하는 복합재 분리판.
Carbon fiber weave;
A conductive powder filled inside the carbon fiber woven fabric; And
Upper and lower conductive coating layers disposed on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric, respectively, and joined to the carbon fiber woven fabric;
. ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 직조물은
200 ~ 400㎛의 두께를 갖는 복합재 분리판.
The method according to claim 1,
The carbon fiber weave
Composite separator having a thickness of 200 to 400 탆.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유 직조물은
적어도 하나 이상이 수직적으로 적층된 복합재 분리판.
The method according to claim 1,
The carbon fiber weave
At least one of which is vertically stacked.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은
상기 탄소섬유 직조물과의 합착에 의해, 상기 탄소섬유 직조물의 내부로 일부가 함침되어 상호 간이 일체로 연결된 복합재 분리판.
The method according to claim 1,
The upper and lower conductive coating layers
Wherein the carbon fiber woven fabric is partially impregnated with the carbon fiber woven fabric by being adhered to the carbon fiber woven fabric and integrally connected to each other.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은 각각
5 ~ 100㎛의 두께를 갖는 복합재 분리판.
The method according to claim 1,
The upper and lower conductive coating layers
A composite separator plate having a thickness of 5 to 100 탆.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은 각각
수지층과,
상기 수지층 내에 함침된 전도성 필러를 포함하는 복합재 분리판.
The method according to claim 1,
The upper and lower conductive coating layers
A resin layer,
And a conductive filler impregnated in the resin layer.
제6항에 있어서,
상기 수지층은
페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스텔 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리이미드 수지를 포함하는 열경화성 수지 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성된 복합재 분리판.
The method according to claim 6,
The resin layer
And a thermosetting resin including a phenol resin, an epoxy resin, an amino resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin and a polyimide resin.
제6항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은 각각
상기 전도성 필러가 고형분 기준으로 전체 중량의 15 ~ 25 중량%로 첨가된 복합재 분리판.
The method according to claim 6,
The upper and lower conductive coating layers
Wherein the conductive filler is added in an amount of 15 to 25% by weight based on the solid basis.
제6항에 있어서,
상기 전도성 분말 및 전도성 필러는 각각
탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 복합재 분리판.
The method according to claim 6,
The conductive powder and the conductive filler
Carbon nanotube, graphite powder, chopped carbon fiber, carbon black, carbon powder, graphite nanoplate, and graphene. ). ≪ / RTI >
(a) 탄소섬유 직조물의 내부에 전도성 분말을 충진하는 단계;
(b) 상기 전도성 분말이 충진된 탄소섬유 직조물의 상면 및 하면에 상부 및 하부 전도성 코팅층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 탄소섬유 직조물과 상부 및 하부 전도성 코팅층을 핫 프레스로 압착 및 경화하여 복합재 분리판을 수득하는 단계;
를 포함하는 복합재 분리판 제조 방법.
(a) filling the interior of the carbon fiber woven with conductive powder;
(b) forming upper and lower conductive coating layers on the upper and lower surfaces of the carbon fiber woven fabric filled with the conductive powder; And
(c) pressing and hardening the carbon fiber woven fabric and the upper and lower conductive coating layers by hot pressing to obtain a composite separator plate;
≪ / RTI >
제10항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 탄소섬유 직조물을 진동시켜 상기 탄소섬유 직조물의 내부로 전도성 분말이 충진되도록 하는 복합재 분리판 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step (a)
Thereby vibrating the carbon fiber woven fabric to fill conductive fibers into the carbon fiber woven fabric.
제10항에 있어서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은 각각
수지층과,
상기 수지층 내에 함침된 전도성 필러를 포함하는 복합재 분리판 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The upper and lower conductive coating layers
A resin layer,
And a conductive filler impregnated in the resin layer.
제12항에 있어서,
상기 수지층은
페놀 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스텔 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리이미드 수지를 포함하는 열경화성 수지 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성된 복합재 분리판 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The resin layer
And a thermosetting resin including a phenol resin, an epoxy resin, an amino resin, a urea resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin and a polyimide resin.
제12항에 있어서,
상기 전도성 분말 및 전도성 필러는 각각
탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연분말(graphite powder), 탄소 단섬유(chopped carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 카본분말(carbon powder), 그라파이트 나노플레이트(graphite nanoplate) 및 그래핀(graphene) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 복합재 분리판 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The conductive powder and the conductive filler
Carbon nanotube, graphite powder, chopped carbon fiber, carbon black, carbon powder, graphite nanoplate, and graphene. ). ≪ / RTI >
제10항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 핫 프레스는
130 ~ 200℃에서 10 ~ 30MPa의 압력 조건으로 10 ~ 60분 동안 실시하는 복합재 분리판 제조 방법.
11. The method of claim 10,
In the step (c)
The hot press
And a pressure of 10 to 30 MPa at 130 to 200 DEG C for 10 to 60 minutes.
제10항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 상부 및 하부 전도성 코팅층은
상기 탄소섬유 직조물과의 합착에 의해, 상기 탄소섬유 직조물의 내부로 일부가 함침되어 상호 간이 일체로 연결되는 복합재 분리판 제조 방법.
11. The method of claim 10,
In the step (c)
The upper and lower conductive coating layers
Wherein the carbon fiber woven fabric is partially impregnated with the carbon fiber woven fabric by lapping with the carbon fiber woven fabric so that they are integrally connected to each other.
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