KR20180093395A - Separator for fuel cell and method for manufacturing the same - Google Patents
Separator for fuel cell and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180093395A KR20180093395A KR1020170019415A KR20170019415A KR20180093395A KR 20180093395 A KR20180093395 A KR 20180093395A KR 1020170019415 A KR1020170019415 A KR 1020170019415A KR 20170019415 A KR20170019415 A KR 20170019415A KR 20180093395 A KR20180093395 A KR 20180093395A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- skin
- binder resin
- graphite
- core portion
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 127
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 61
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 41
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001290 polyvinyl ester Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 17
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000012173 estrus Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y02E60/521—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y02P70/56—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
연료전지용 분리판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기적 물성 및 부식 방지 물성이 모두 우수한 연료전지용 분리판과 이를 제조하는 효율적인 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a separator for a fuel cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a separator for a fuel cell having both excellent electrical and corrosion-preventive properties and an efficient method of manufacturing the same.
에너지 소비량이 증가함에 따라, 화석 연료로부터 얻는 에너지원의 고갈 문제와 환경 문제가 심각해져 대체 에너지원의 개발이 요구되고 있다. 그 중, 수소를 에너지원으로 하는 연료전지(Fuel cell)에 대한 관심은 지속적으로 높아지고 있는 실정이다. 연료전지는 기존 다른 방식의 발정 장치에 비해 효율이 높고, 공해 배출도 거의 없으며 소음이 적은 장점이 있다. 연료전지 중에서도 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 구동 온도가 낮고, 시동 시간이 짧으며, 부하 변화에 대한 응답이 빠른 장점이 있어, 자동차 동력원이나 현지 설치용 발전, 이동용 전원 등에 적용하기에 적합하다. As energy consumption increases, the problem of depletion of energy sources from fossil fuels and environmental problems become serious, and development of alternative energy sources is required. Among them, interest in fuel cells using hydrogen as an energy source is continuously increasing. Fuel cells are more efficient than other conventional estrus devices, have little pollution emissions, and have low noise. Among the fuel cells, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) has a lower operating temperature, shorter startup time, and faster response to load changes than other types of fuel cells. Therefore, It is suitable for application for power generation for installation, mobile power supply, and the like.
고분자 전해질 연료전지는 일반적으로, 고분자 전해질 막을 중심으로 다공질 촉매 전극층(Anode, Cathode), 기체확산층(Gas diffusion layer)으로 구성되는 막 전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly, MEA)와 이를 지지하는 분리판으로 구성되며, 이러한 분리판은 일반적으로 이중 분리판(Bipolar plates)으로서, 연료로 사용되는 산소, 수소의 공급 및 혼합 방지, 음극 및 양극의 전기적 연결, 발생된 열 및 생성수 배출에 중요한 역할을 한다. 이러한 역할을 위하여, 분리판은 전기 전도성이 우수해야 하고, 가스 밀폐성 및 내부식성이 우수해야 하는 등 다양한 물성이 요구되고 있다. 일반적으로 금속 또는 탄소 재료 등이 이러한 분리판의 재질로 사용되나, 금속의 경우 내화학성이 좋지 못하여 별도의 코팅이 필요한 문제가 있고, 탄소 재료의 경우, 전도성과 내충격성, 가스 밀폐성 또는 내부식성 등을 동시에 우수하게 구현하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 연료전지에 사용되는 분리판이 다양한 요구 물성을 동시에 우수하게 구현하도록 하면서, 동시에 경제성도 함께 향상시키기 위한 연구가 필요한 실정이다.
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell generally comprises a membrane electrode assembly (MEA) composed of a porous catalyst electrode layer (anode, cathode) and a gas diffusion layer and a separator supporting the polymer electrolyte membrane These separator plates are generally bipolar plates, which play an important role in preventing the supply and mixing of oxygen and hydrogen used as fuel, electrical connection of the cathode and anode, and the generated heat and generated water. For such a role, the separator is required to have excellent electrical conductivity, various properties such as excellent gas tightness and corrosion resistance, and the like. In general, metals or carbon materials are used as materials for such separator plates. However, metals have poor chemical resistance and require a separate coating. In the case of carbon materials, there are problems such as conductivity, impact resistance, gas tightness or corrosion resistance There is a problem that it is difficult to realize excellent performance at the same time. Therefore, there is a need for a separator used in a fuel cell to simultaneously realize various properties required at the same time as well as to improve economical efficiency at the same time.
본 발명의 일 구현예는, 전기 전도성 및 내부식성을 모두 우수하게 구현하는 연료전지용 분리판을 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 구현예는 상기 연료전지용 분리판을 제조하는 방법으로서, 이를 통해 제조된 연료전지용 분리판이 전술한 이점을 효과적으로 구현할 수 있다.
One embodiment of the present invention provides a separator plate for a fuel cell that excellently implements electrical conductivity and corrosion resistance. Further, another embodiment of the present invention is a method for manufacturing the separator for fuel cells, wherein the separator for fuel cells manufactured through the method can effectively realize the above-described advantages.
본 발명의 일 구현예에서, 코어부; 및 상기 코어부의 양면에 각각 배치되는 스킨부를 포함하고, 상기 코어부는 그래파이트(graphite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 포함하고, 상기 스킨부는 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는 연료전지용 분리판을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the core portion; And a skin portion disposed on both sides of the core portion, wherein the core portion includes graphite, carbon nanotube (CNT) and a first binder resin, the skin portion includes graphite and a second binder resin A separator plate for a fuel cell is provided.
본 발명의 다른 구현예에서, 그래파이트(grpahite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 포함하는 코어 형성용 조성물을 제조하는 단계; 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는 스킨 형성용 조성물을 제조하는 단계; 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계; 상기 예비-스킨부 상부에 상기 코어 형성용 조성물을 도포하여 예비-코어부를 형성하는 단계; 상기 예비-코어부 상부에 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 다른 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계; 및 상기 예비-스킨부 및 상기 예비-코어부를 열-성형하여 코어부 및 상기 코어부 양면에 스킨부가 배치된 연료전지용 분리판을 제조하는 단계를 포함하는 연료전지용 분리판의 제조방법을 제공한다.
In another embodiment of the present invention, there is provided a method of forming a core, comprising: preparing a composition for forming a core comprising graphite (grpahite), carbon nanotube (CNT) and a first binder resin; Preparing a composition for forming a skin comprising graphite and a second binder resin; Applying the skin-forming composition to form a pre-skin portion; Applying a composition for forming a core on the pre-skin portion to form a pre-core portion; Applying a composition for forming a skin on the pre-core portion to form another pre-skin portion; And a step of thermoforming the pre-skin portion and the pre-core portion to manufacture a separator for a fuel cell having a core portion and a skin portion disposed on both surfaces of the core portion.
상기 연료전지용 분리판은 전기 전도성 및 내부식성을 모두 일정 수준 이상으로 구현할 수 있고, 상기 연료전지용 분리판의 제조방법은 경제성 및 공정성 측면에서 모두 높은 효율을 나타내며, 이로부터 제조된 연료전지용 분리판이 전술한 효과를 우수하게 구현할 수 있다.
The separator for a fuel cell can realize both electrical conductivity and corrosion resistance at a certain level or more. The separator for a fuel cell has a high efficiency both in terms of economy and processability, and the separator for a fuel cell, One effect can be excellently implemented.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 상기 코어부의 탄소나노튜브(CNT)의 일 구현예를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows an embodiment of the carbon nanotube (CNT) of the core portion.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 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. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: These embodiments 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 to which the invention pertains. Only.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 일 구현예에서, 코어부; 및 상기 코어부의 양면에 각각 배치되는 스킨부를 포함하고, 상기 코어부는 그래파이트(graphite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 포함하고, 상기 스킨부는 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는 연료전지용 분리판을 제공한다. In one embodiment of the present invention, the core portion; And a skin portion disposed on both sides of the core portion, wherein the core portion includes graphite, carbon nanotube (CNT) and a first binder resin, the skin portion includes graphite and a second binder resin A separator plate for a fuel cell is provided.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 연료전지용 분리판(100)을 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 1 schematically shows a
도 1을 참조할 때, 상기 연료전지용 분리판(100)은 코어부(10)와 그 양면에 각각 배치되는 스킨부(20)를 포함한다. 상기 코어부(10)는 상기 연료전지용 분리판(100)의 두께 방향의 중간 지점에 해당하는 소정의 영역을 지칭하며, 상기 스킨부(20)는 상기 연료전지용 분리판(100)의 최외각 층면을 포함하는 소정의 영역을 지칭한다. 도 1의 점선으로 도시된 계면은 실제 시각적으로 인식되는 계면이 아니라, 상기 코어부(10) 및 상기 스킨부(20)를 구별하기 위한 도시 사항이다.Referring to FIG. 1, the
도 1을 참조할 때, 상기 코어부(10)는 그래파이트(30), 탄소나노튜브(40) 및 제1 바인더 수지(50)를 포함하고, 상기 스킨부(20)는 그래파이트(30) 및 제2 바인더 수지(60)를 포함한다. 즉, 상기 연료전지용 분리판(100)은 그래파이트(30)가 전체적으로 분산 포함되어 있으면서, 동시에 상기 탄소나노튜브(40)가 상기 연료전지용 분리판(100)의 두께 방향의 중간 영역에 분산 포함되어 있는 구조를 갖는다. 이러한 구조를 통하여, 상기 코어부(10)의 탄소나노튜브(40)는 외부와 접촉하지 않게 되며, 그 결과, 상기 연료전지용 분리판(100)은 우수한 전기적 물성과 우수한 부식 방지 물성을 동시에 확보하는 이점을 가질 수 있다.1, the
또한, 도 1을 참조할 때, 상기 코어부(10)에 있어서, 상기 탄소나노튜브(40)와 상기 그래파이트(30)는 서로 수직한 배향성을 갖는다. 즉, 상기 탄소나노튜브(40)의 길이 방향의 배향은 상기 그래파이트(30)의 층면의 배향과 서로 수직이며, 보다 구체적으로, 상기 탄소나노튜브(40)에 의하여 이웃한 임의의 두 그래파이트(30)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구조를 통하여, 상기 코어부(10)를 통한 전기적 물성의 향상 효과가 극대화될 수 있다.Referring to FIG. 1, in the
상기 코어부는 상기 그래파이트와 상기 탄소나노튜브를 함께 포함하며, 구체적으로, 상기 코어부 내에서 상기 그래파이트 대 상기 탄소나노튜브의 중량비는 약 100:1 내지 약 66:1일 수 있다. 상기 코어부가 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브를 전술한 중량비로 함유함으로써 상기 탄소나노튜브에 의한 그래파이트 입자 사이의 전기적 연결성이 향상되며, 그 결과, 상기 연료전지용 분리판의 전기 전도성이 크게 향상될 수 있다.The core portion includes the graphite and the carbon nanotube together. Specifically, the weight ratio of the graphite to the carbon nanotube in the core portion may be about 100: 1 to about 66: 1. The core part contains the graphite and the carbon nanotube in the weight ratio described above, thereby improving the electrical connectivity between the graphite particles by the carbon nanotube. As a result, the electrical conductivity of the separator for fuel cells can be greatly improved .
상기 코어부는 제1 바인더 수지를 포함하며, 상기 제1 바인더 수지는 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브를 바인딩(binding)하는 매트릭스 역할을 수행할 수 있다. 이때, 상기 코어부에 있어서, 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브의 총 함량은 상기 제1 바인더 수지 100 중량부에 대하여 약 300 내지 약 600 중량부일 수 있다. 상기 제1 바인더 수지의 함량 대비 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브의 함량이 지나치게 많을 경우 강도가 약해질 우려가 있고, 지나치게 적을 경우 전기적 물성이 저하될 우려가 있다. 즉, 상기 제1 바인더 수지와 탄소 재료들의 함량비가 상기 범위를 만족함으로써, 우수한 전기적 물성 및 우수한 강도를 동시에 확보하는 이점을 얻을 수 있다. The core portion may include a first binder resin, and the first binder resin may serve as a matrix for binding the graphite and the carbon nanotube. In this case, the total content of the graphite and the carbon nanotubes in the core portion may be about 300 to about 600 parts by weight based on 100 parts by weight of the first binder resin. If the content of the graphite and the carbon nanotube is too large as compared with the content of the first binder resin, there is a fear that the strength is weakened. If the content is too small, the electrical properties may be deteriorated. That is, when the content ratio of the first binder resin and the carbon materials satisfies the above range, it is possible to obtain advantages of securing excellent electrical properties and excellent strength at the same time.
상기 스킨부는 그래파이트와 제2 바인더 수지를 포함한다. 상기 제2 바인더 수지는 상기 그래파이트를 바인딩(binding)하는 매트릭스 역할을 수행할 수 있다. 이때, 상기 스킨부는 상기 제2 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 그래파이트를 약 300 내지 약 600 중량부 포함할 수 있다. 상기 스킨부의 제2 바인더 수지의 함량 대비 상기 그래파이트의 함량이 지나치게 많을 경우, 강도가 약해질 우려가 있고, 지나치게 적을 경우 전기적 물성이 저하될 우려가 있다. 즉, 상기 제2 바인더 수지와 상기 그래파이트의 함량비가 상기 범위를 만족함으로써 우수한 전기적 물성 및 우수한 강도를 동시에 확보하는 이점을 얻을 수 있다. The skin portion includes graphite and a second binder resin. The second binder resin may serve as a matrix for binding the graphite. At this time, the skin portion may include about 300 to about 600 parts by weight of the graphite with respect to 100 parts by weight of the second binder resin. If the content of the graphite is too large as compared with the content of the second binder resin in the skin portion, there is a fear that the strength is weakened, and when it is too small, the electrical properties may be deteriorated. That is, when the content ratio of the second binder resin and the graphite satisfies the above range, it is possible to obtain an advantage of securing excellent electrical properties and excellent strength at the same time.
상기 코어부 및 상기 스킨부에 있어서, 상기 제1 바인더 수지 및 상기 제2 바인더 수지 각각은 열경화성 수지를 포함한다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리비닐에스테르, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 바인더 수지 및 상기 제2 바인더 수지는 각각 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 이 경우, 그래파이트 및 탄소나노튜브와 상용성이 우수하며, 전기적 물성을 확보하는 측면에서 유리한 이점을 얻을 수 있다. In the core portion and the skin portion, each of the first binder resin and the second binder resin includes a thermosetting resin. Specifically, the thermosetting resin may include one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a polyvinyl ester, a polyester, and combinations thereof. For example, the first binder resin and the second binder resin may each contain an epoxy resin. In this case, the first binder resin and the second binder resin are excellent in compatibility with graphite and carbon nanotubes, and advantageous in terms of ensuring electrical properties Can be obtained.
일 구현예에서, 상기 제1 바인더 수지 및 상기 제2 바인더 수지는 동일한 종류의 수지로 이루어질 수 있고, 이 경우, 상기 코어부 및 상기 스킨부의 밀착성이 우수하여 전기적 연결성 및 내구성이 향상될 수 있다. In one embodiment, the first binder resin and the second binder resin may be made of the same kind of resin. In this case, the adhesion between the core part and the skin part is excellent, and electrical connectivity and durability can be improved.
도 2는 상기 코어부의 탄소나노튜브(CNT)의 일 구현예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조할 때, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 탄소로 이루어진 한 겹의 층이 말려 관을 형성한 구조를 갖는다. 이때, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 길이 방향에 수직한 방향으로 절단한 단면의 직경(d)에 대한 길이(L)의 비로 정의되는 종횡비(L/d)가 약 4000:1 내지 약 6000:1일 수 있고, 예를 들어, 약 5000:1 내지 약 6000:1일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(CNT)의 종횡비(L/d)가 상기 범위를 만족함으로써 상기 코어부를 통한 전기 전도성 향상 효과가 극대화될 수 있다.2 schematically shows an embodiment of the carbon nanotube (CNT) of the core portion. Referring to FIG. 2, the carbon nanotubes (CNTs) have a structure in which a single layer of carbon is rolled to form a tube. The carbon nanotubes have an aspect ratio (L / d) defined as a ratio of a length (L) to a diameter (d) of a cross section cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction of about 4000: 1, and can be, for example, from about 5000: 1 to about 6000: 1. When the aspect ratio (L / d) of the carbon nanotube (CNT) satisfies the above range, the effect of improving the electrical conductivity through the core portion can be maximized.
상기 탄소나노튜브(CNT)의 길이(L)는 약 20㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다. 상기 탄소나노튜브(CNT)의 길이는 SEM 또는 TEM 이미지를 통하여 확인할 수 있다. 상기 탄소나노튜브(CNT)의 평균 길이가 상기 범위를 만족함으로써 상기 그래파이트 입자 사이에 적절한 전기적 연결성을 부여하기 유리하며, 그 결과, 상기 연료전지용 분리판의 전기적 물성을 크게 향상시킬 수 있다.The length (L) of the carbon nanotube (CNT) may be about 20 탆 to about 30 탆. The length of the carbon nanotube (CNT) can be confirmed by SEM or TEM image. As the average length of the carbon nanotubes (CNTs) satisfies the above range, it is advantageous to impart appropriate electrical connectivity between the graphite particles. As a result, the electrical properties of the separator for a fuel cell can be greatly improved.
상기 코어부 및 상기 스킨부는 모두 그래파이트(graphite)를 포함한다. 상기 그래파이트는 전기 전도성이 우수한 물질로서, 층상 구조를 갖는 탄소 입자이다. 상기 그래파이트의 입자 크기는 약 30㎛ 내지 약 50㎛일 수 있다. 상기 그래파이트의 입자 크기는 단면 장축의 길이 값이며, SEM 또는 TEM을 통하여 측정할 수 있다. 상기 그래파이트의 입자 크기가 지나치게 작을 경우, 그래파이트 입자들 사이의 접촉 지점이 많아져 저항 발생 구간이 증가하고, 그 결과, 전기적 물성이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 그래파이트 입자 크기가 지나치게 클 경우, 강도가 저하될 우려가 있다. 즉, 상기 그래파이트의 입자 크기가 상기 범위를 만족함으로써 상기 연료전지용 분리판이 원하는 두께로 제조될 수 있고, 이와 동시에 우수한 전기 전도성 및 강도를 동시에 확보하기에 유리할 수 있다. The core portion and the skin portion all include graphite. The graphite is a material having excellent electrical conductivity and is a carbon particle having a layered structure. The particle size of the graphite may be from about 30 [mu] m to about 50 [mu] m. The particle size of the graphite is the length of the major axis of the cross section and can be measured by SEM or TEM. If the particle size of the graphite is too small, the point of contact between the graphite particles increases and the resistance generation period increases, and as a result, the electrical properties may deteriorate. In addition, when the size of the graphite particles is too large, there is a fear that the strength is lowered. That is, when the particle size of the graphite satisfies the above range, the separator for a fuel cell can be manufactured to have a desired thickness, and at the same time, excellent electrical conductivity and strength can be secured at the same time.
상기 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 코어부와 상기 스킨부는 소정의 평균 두께비로 형성되며, 이로써 전기 전도성과 내부식성을 동시에 우수하게 확보하기 유리하며, 내구성도 향상시킬 수 있다. 상기 코어부와 상기 스킨부의 평균 두께비는 이를 제조하는 과정에서 원료 조성물의 주입량을 조절하여 제어될 수 있다.In the separator for a fuel cell, the core portion and the skin portion are formed to have a predetermined average thickness ratio, thereby providing excellent electrical conductivity and corrosion resistance at the same time, and durability can be improved. The average thickness ratio of the core portion and the skin portion can be controlled by adjusting the amount of the raw material composition injected in the core portion and the skin portion.
도 1을 참조할 때, 상기 코어부의 평균 두께(X) 대 상기 스킨부의 평균 두께(Y)의 비는 약 1.5:1 내지 약 2.0:1일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 코어부와 상기 스킨부의 계면은 시각적으로 인식되는 일직선이 아니며 탄소나노튜브가 존재하는 영역의 말단 주변의 소정의 영역이 계면으로 지칭된다. 즉, 상기 스킨부의 두께는 상기 연료전지용 분리판의 최외각 일 층면의 각 지점으로부터 상기 코어부의 탄소나노튜브(CNT)가 나타나는 지점까지의 수직 거리로 정의되며, 이들의 평균 값이 상기 스킨부의 평균 두께(Y)가 된다. 또한, 상기 코어부의 평균 두께(X)는 상기 코어부의 양 측면의 두 스킨부의 두께를 제외한 나머지 두께의 평균 값을 의미한다. 상기 코어부의 평균 두께와 상기 스킨부의 평균 두께의 비가 상기 범위를 만족함으로써 상기 연료전지용 분리판은 두께 방향의 전기적 물성을 확보할 수 있고, 이와 함께 우수한 내부식성을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 1, the ratio of the average thickness X of the core portion to the average thickness Y of the skin portion may be about 1.5: 1 to about 2.0: 1. As described above, the interface between the core portion and the skin portion is not a straight line visually recognized, and a predetermined region around the end of the region where the carbon nanotubes exist is referred to as an interface. That is, the thickness of the skin portion is defined as a vertical distance from each point on one outermost surface of the separator plate for the fuel cell to a point where carbon nanotubes (CNTs) of the core portion appear, and the average value thereof is an average (Y). In addition, the average thickness X of the core portion means an average value of the thicknesses except for the thicknesses of the two skins on both sides of the core portion. When the ratio of the average thickness of the core portion to the average thickness of the skin portion satisfies the above range, the separator for fuel cell can secure the electrical properties in the thickness direction and can achieve excellent corrosion resistance.
상기 연료전지용 분리판은 전술한 바와 같이, 탄소나노튜브 및 그래파이트를 포함하는 코어부의 양 측면에 그래파이트를 포함하는 스킨부를 배치함으로써 상기 코어부의 탄소나노튜브가 연료전지용 분리판 외부의 산성 용액 환경에 노출되지 않도록 할 수 있다. 이로써, 상기 연료전지용 분리판은 접촉 저항의 개선 및 두께 방향의 전기 전도도 향상 효과를 얻을 수 있고, 동시에 우수한 내부식성을 확보하여 연료전지 효율을 크게 높일 수 있다. As described above, the separator for a fuel cell includes a skin portion including graphite on both sides of a core portion including carbon nanotubes and graphite, so that the carbon nanotubes in the core portion are exposed to an acid solution environment outside the separator for fuel cells . As a result, the separator for a fuel cell can improve the contact resistance and the electrical conductivity in the thickness direction, and at the same time, it can secure excellent corrosion resistance and greatly increase the fuel cell efficiency.
상기 코어부와 같이 탄소나노튜브와 그래파이트를 함께 혼합하여 사용하는 경우에는 부식 전류를 참조할 때, 내산성 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 탄소나노튜브와 상기 그래파이트가 서로 물리적으로 접촉하면서 마이크로 갈바닉 반응(micro galvanic reaction)이 일어나 내산성이 저하되기 때문인 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 연료전지용 분리판은 상기 코어부의 양면에 상기 스킨부가 배치된 구조를 도입함으로써, 전기적 물성을 크게 향상시키면서도 우수한 내산성을 확보하여 부식 방지 성능을 개선시키는 이점을 얻을 수 있다.
When the carbon nanotubes and the graphite are mixed together as in the core part, it is confirmed that the acid resistance is lowered when referring to the corrosion current. This is because the micro carbon nanotubes and the graphite come into physical contact with each other and micro galvanic reaction occurs to lower the acid resistance. Therefore, the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention has an advantage that the corrosion resistance is improved by securing excellent acid resistance while greatly improving electrical properties by introducing a structure in which the skin portion is disposed on both surfaces of the core portion .
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 연료 전지용 분리판의 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, a method of manufacturing the separator plate for a fuel cell is provided.
구체적으로, 상기 연료전지용 분리판의 제조방법은 그래파이트(grpahite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 포함하는 코어 형성용 조성물을 제조하는 단계; 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는 스킨 형성용 조성물을 제조하는 단계; 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계; 상기 예비-스킨부 상부에 상기 코어 형성용 조성물을 도포하여 예비-코어부를 형성하는 단계; 상기 예비-코어부 상부에 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 다른 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계; 및 열-성형하여 코어부 및 상기 코어부 양면에 스킨부가 배치된 연료전지용 분리판을 제조하는 단계를 포함한다.Specifically, the method for manufacturing the separator for a fuel cell includes the steps of: preparing a core-forming composition comprising graphite (grpahite), carbon nanotube (CNT) and a first binder resin; Preparing a composition for forming a skin comprising graphite and a second binder resin; Applying the skin-forming composition to form a pre-skin portion; Applying a composition for forming a core on the pre-skin portion to form a pre-core portion; Applying a composition for forming a skin on the pre-core portion to form another pre-skin portion; And thermoforming a separator for a fuel cell having a core portion and a skin portion disposed on both sides of the core portion.
상기 코어 형성용 조성물은 상기 연료전지용 분리판의 코어부를 형성하기 위한 조성물로서, 그래파이트(grpahite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 혼합하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 그래파이트, 상기 탄소나노튜브 및 상기 제1 바인더 수지에 관한 사항은 전술한 바와 같다. The core-forming composition is a composition for forming the core of the separator for fuel cells, and may be prepared by mixing graphite, carbon nanotubes (CNT), and a first binder resin. At this time, matters relating to the graphite, the carbon nanotube and the first binder resin are as described above.
상기 코어 형성용 조성물은 상기 제1 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브의 혼합물을 약 300 내지 약 600 중량부, 예를 들어, 약 400 내지 약 500 중량부 혼합하여 제조될 수 있다. The composition for forming a core may be prepared by mixing about 300 to about 600 parts by weight, for example about 400 to about 500 parts by weight, of a mixture of the graphite and the carbon nanotubes with respect to 100 parts by weight of the first binder resin .
또한, 상기 그래파이트 : 상기 탄소나노튜브의 중량비는 약 100:1 내지 약 66:1일 수 있고, 예를 들어, 약 90:1 내지 약 80:1일 수 있다. Also, the weight ratio of the graphite: carbon nanotubes may be about 100: 1 to about 66: 1, and may be, for example, about 90: 1 to about 80: 1.
상기 코어 형성용 조성물의 제조 방법은 특별히 제한되지 아니하나, 예를 들어, 그래파이트(grpahite)를 혼합하기 전에, 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 우선적으로 혼합한 후, 추후 그래파이트(graphite)를 혼합하는 순서로 제조할 수 있다. 이 경우, 적은 함량으로 사용되는 상기 탄소나노튜브(CNT)를 상기 코어부 내에 균일하게 분산시키는 측면에서 유리할 수 있다.The method for preparing the core-forming composition is not particularly limited. For example, before mixing the graphite, carbon nanotubes (CNTs) and the first binder resin are preferentially mixed, and then graphite ) Are mixed in this order. In this case, it may be advantageous in terms of uniformly dispersing the carbon nanotube (CNT) used in a small amount in the core portion.
상기 스킨 형성용 조성물은 상기 연료전지용 분리판의 스킨부를 형성하기 위한 조성물로서, 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 혼합하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 그래파이트 및 상기 제2 바인더 수지에 관한 사항은 전술한 바와 같다. The composition for forming a skin is a composition for forming a skin portion of the separator for a fuel cell, and may be prepared by mixing graphite and a second binder resin. At this time, matters concerning the graphite and the second binder resin are as described above.
상기 스킨 형성용 조성물은 상기 제2 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 그래파이트를 약 300 내지 약 600 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 400 내지 약 500 중량부 포함할 수 있다. The skin-forming composition may include about 300 to about 600 parts by weight of the graphite, for example, about 400 to about 500 parts by weight, based on 100 parts by weight of the second binder resin.
상기 연료전지용 분리판 제조방법은 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 하나의 예비-스킨부를 형성하고, 이어서, 상기 예비-스킨부 상부에 상기 코어 형성용 조성물을 도포하여 예비-코어부를 형성하며, 이어서, 상기 예비-코어부 상부에 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 다른 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계를 포함한다. The method for manufacturing a separator for a fuel cell includes the steps of applying the composition for forming a skin to form one pre-skin portion, then coating the core-forming composition on the pre-skin portion to form a pre-core portion, And applying the composition for forming a skin on the pre-core portion to form another pre-skin portion.
상기 연료전지용 분리판 제조방법은 상기 예비-코어부 및 상기 예비-코어부의 양면에 각각 배치된 상기 예비-스킨부를 열-성형하는 단계를 포함한다. 이로써, 상기 예비-코어부와 상기 예비-스킨부가 열-합착되어 코어부 및 스킨부를 포함하는 하나의 층으로 제조될 수 있다. The method for manufacturing a separator plate for a fuel cell includes thermoforming the pre-core portions and the pre-skin portions disposed on both sides of the pre-core portion. Thus, the pre-core and pre-skin portions may be thermo-cured to form a single layer comprising a core portion and a skin portion.
구체적으로, 상기 열-성형하는 단계는 약 130℃ 내지 약 160℃의 온도에서 수행되며, 약 80㎠ 내지 약 120㎠의 단면적을 갖는 연료전지용 분리판 기준, 약 10MPa 내지 약 17MPa의 압력 조건 하에서 가압함으로써 수행될 수 있다. 상기 범위의 온도 및 압력으로 열-성형함으로써 상기 그래파이트, 상기 탄소나노튜브의 부식 또는 손상을 방지하면서 상기 제1 바인더 수지와 상기 제2 바인더 수지를 서로 단단히 결착시킬 수 있고, 이로써 상기 코어부 및 상기 스킨부가 단단히 밀착되어 상기 연료전지용 분리판의 내구성을 높이며, 전기적 연결성을 향상시킬 수 잇다.
Specifically, the thermoforming step is performed at a temperature of from about 130 DEG C to about 160 DEG C and is performed under pressure conditions of about 10 MPa to about 17 MPa on a separator plate for a fuel cell having a cross-sectional area of from about 80 cm2 to about 120 cm2 . The first binder resin and the second binder resin can be firmly bonded to each other while preventing corrosion or damage of the graphite and the carbon nanotubes by thermoforming at a temperature and a pressure within the above range, The skin portion can be firmly adhered to enhance the durability of the separator for fuel cells and improve electrical connectivity.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.
<<
실시예Example
및 And
비교예Comparative Example
>>
실시예Example 1 One
평균 크기가 30㎛인 그래파이트와 종횡비가 4000~6000:1이고, 길이가 20~30㎛인 범위에서 다양한 형상이 혼합되어 있는 탄소나노튜브(CNT)를 에폭시 바인더 수지와 함께 혼합하여 코어 형성용 조성물을 제조하였다. 이어서, 상기 코어 형성용 조성물과 동일한 그래파이트와 동일한 바인더 수지를 혼합하여 스킨 형성용 조성물을 제조하였다. 금형(mold) 내에, 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 하나의 예비-스킨부를 형성하고, 상기 예비-스킨부 상부에 상기 코어 형성용 조성물을 도포하여 예비-코어부를 형성하고, 상기 예비-코어부의 상부에 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 다른 하나의 예비-스킨부를 형성하였다. 이어서, 상기 예비-스킨부 및 상기 예비-코어부가 적층된 적층체를 150℃의 온도에서 10MPa의 압력으로 열-성형하여 총 두께가 3mm인 연료전지용 분리판을 제조하였다.
Carbon nanotubes (CNTs) having various shapes in a range of an aspect ratio of 4000 to 6000: 1 and a length of 20 to 30 占 퐉 are mixed with an epoxy binder resin together with graphite having an average size of 30 占 퐉, . Then, the same graphite and the same binder resin as the core-forming composition were mixed to prepare a composition for forming a skin. Forming a pre-core part by applying the composition for forming a core to a top of the pre-skin part by applying the composition for forming a skin in a mold to form a pre-core part, And the skin-forming composition was applied on the top to form another pre-skin portion. Next, the laminate having the pre-skin portion and the pre-core portion laminated was thermoformed at a temperature of 150 ° C and a pressure of 10 MPa to prepare a separator for a fuel cell having a total thickness of 3 mm.
실시예Example 2 2
상기 코어 형성용 조성물과 상기 스킨 형성용 조성물에서, 에폭시 바인더 수지 대신에 페놀 바인더 수지를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 두께의 연료전지용 분리판을 제조하였다.
A separator for fuel cells of the same thickness was prepared in the same manner as in Example 1, except that a phenol-binder resin was used in place of the epoxy-binder resin in the composition for forming a core and the composition for forming a skin.
비교예Comparative Example 1 One
상기 실시예 1의 스킨부 형성용 조성물로 단일층의 연료전지용 분리판을 동일한 두께로 제조하였다.
A single-layer separator for a fuel cell was prepared to have the same thickness using the composition for forming a skin part of Example 1 above.
비교예Comparative Example 2 2
상기 실시예 1의 코어 형성용 조성물로 단일층의 연료전지용 분리판을 동일한 두께로 제조하였다.
A single-layer separator for a fuel cell was prepared to have the same thickness using the composition for forming a core of Example 1 above.
비교예Comparative Example 3 3
상기 코어부 대신에, 500㎛ 두께의 탄소 섬유 시트를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 두께의 연료전지용 분리판을 제조하였다.
A separator for a fuel cell of the same thickness was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon fiber sheet having a thickness of 500 mu m was used instead of the core portion.
하기 표 1에는 상기 실시예 및 비교예 각각의 코어 형성용 조성물 및 스킨 형성용 조성물의 조성을 중량비로 기재하였고, 최종 제조된 연료전지용 분리판의 총 두께와 코어부 평균 두께 및 스킨부 평균 두께의 비를 기재하였다.
In Table 1, the compositions of the core-forming composition and the skin-forming composition of each of the above Examples and Comparative Examples are shown in weight ratios, and the ratio of the total thickness of the final separator for fuel cells to the average thickness of the core portion and the average thickness of the skin portion .
[mm]Total thickness
[mm]
<평가><Evaluation>
실험예Experimental Example 1: One: 내부식성의Corrosion-resistant 평가 evaluation
불산(HF) 0.0009부피% 및 황산(H2SO4) 0.3부피%를 혼합한 산수용액을 제조하였다. 이어서, 상기 실시예 1-2 및 상기 비교예 1-3의 연료전지용 분리판 각각에 대해 상기 산수용액을 이용해 70℃에서 공기(air)를 통한 버블링(bubbling)을 수행한 후 70℃ 온도를 유지하면서 전압 0.6V 및 1.0V 각각에서 부식전류밀도(Icorr)를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 기재한 바와 같다.
0.0009% by volume of hydrofluoric acid (HF) and 0.3% by volume of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was prepared. Subsequently, each of the separators for fuel cells of Example 1-2 and Comparative Example 1-3 was subjected to bubbling through air at 70 DEG C using the acid aqueous solution, The corrosion current density (I corr ) was measured at 0.6 V and 1.0 V voltage, respectively. The results are shown in Table 2 below.
실험예Experimental Example
2: 전기적 물성의 평가 2: Evaluation of electrical properties
1) 표면 전도도 측정1) Surface conductivity measurement
상기 실시예 1-2 및 상기 비교예 1-3의 연료전지용 분리판 각각에 대하여 핀(pin) 간격이 5㎜인 4-프로브(4-probe) 장치를 이용하여, 표면 전도도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2에 기재한 바와 같다.
The surface conductivities of the separators for fuel cells of Examples 1-2 and 1-3 were measured using a 4-probe apparatus with a pin spacing of 5 mm, The results are shown in Table 2 below.
2) 접촉저항의 측정 2) Measurement of contact resistance
상기 실시예 1-2 및 상기 비교예 1-3의 연료전지용 분리판 각각에 대하여 상, 하부에 기체 확산 필름(JNTG社, JNT-20-A3) 적층 후, 금(Au) 플레이트 전극을 접촉하여, 100N/㎠에서 그 값을 측정하였다. 상기 접촉저항은 상기 연료전지용 분리판의 두께 방향(through-plane)의 전기 전도도를 나타내는 것으로서, 상기 접촉저항 값이 작을수록, 상기 연료전지용 분리판의 두께 방향(through-plane)의 전기 전도도가 높은 것이다.
A gas diffusion film (JNTG company, JNT-20-A3) was laminated on each of the separators for fuel cells of Examples 1-2 and 1-3, and then a gold (Au) plate electrode was contacted , And its value was measured at 100 N / cm 2. Wherein the contact resistance indicates an electrical conductivity in a through-plane of the separator for a fuel cell, and the smaller the contact resistance value is, the higher the electrical conductivity in a through-plane of the separator for a fuel cell is will be.
본 발명의 일 구현예에 따른 연료전지용 분리판은 표면 전도도와, 접촉 저항으로 간접적 확인이 가능한 두께 방향(through-plane) 전도도를 향상시키는 The separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention has a surface conductivity and an improvement in through-plane conductivity that can be indirectly confirmed by the contact resistance
상기 표 1 및 표 2를 참조할 때, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 실시예 1 및 2의 연료전지용 분리판은 표면 전도도가 약 150 S/cm 이상, 예를 들어, 약 200 S/cm 이상이면서, 동시에 접촉 저항이 약 15 mΩ·cm2 미만, 예를 들어, 약 10 mΩ·cm2 미만인 것으로서, 상기 연료전지용 분리판은 표면 전도도와 접촉 저항으로 간접적 확인이 가능한 두께 방향(through-plane) 전도도가 모두 우수한 것을 알 수 있다. Referring to Table 1 and Table 2, the separator for fuel cells of Examples 1 and 2 according to an embodiment of the present invention has a surface conductivity of about 150 S / cm or more, for example, about 200 S / cm And the contact resistance at the same time is less than about 15 m? · Cm 2 , for example, less than about 10 m? · Cm 2. The separator for fuel cell has a through-plane which can be indirectly confirmed by surface conductivity and contact resistance ) ≪ / RTI > conductivity are all excellent.
나아가, 상기 실시예 1 및 2의 연료전지용 분리판은 0.6V 및 1.0V의 가혹한 조건 하에서 부식 전류 밀도가 낮으므로, 우수한 내부식성을 나타내는 것을 알 수 있다. Furthermore, it can be seen that the separators for fuel cells of Examples 1 and 2 exhibit excellent corrosion resistance because of low corrosion current density under severe conditions of 0.6 V and 1.0 V.
아울러, 상기 실시예 1과 상기 실시예 2의 결과를 참조하면, 에폭시 바인더 수지를 사용하는 경우가 페놀 바인더 수지를 사용하는 경우에 비하여 우수한 전기적 물성을 나타내는 것을 알 수 있다. In addition, referring to the results of Example 1 and Example 2, it can be seen that the use of an epoxy binder resin exhibits excellent electrical properties as compared with the case of using a phenol binder resin.
반면, 상기 비교예 1 및 3의 경우, 전기적 물성의 측면에서 상기 실시예 1보다 물성이 좋지 않으며, 상기 비교예 2의 경우 내부식성 측면에서 상기 실시예 1 및 2보다 물성이 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 3, the physical properties were not better than those of Example 1 in terms of electrical properties, and in Comparative Example 2, the properties were better than those of Examples 1 and 2 in terms of corrosion resistance have.
100: 연료전지용 분리판
10: 코어부
20: 스킨부
30: 그래파이트
40: 탄소나노튜브
50: 제1 바인더 수지
60: 제2 바인더 수지
L: 탄소나노튜브의 길이
d: 탄소나노튜브의 단면 직경100: separator plate for fuel cell
10: core part
20: skin part
30: Graphite
40: Carbon nanotubes
50: First binder resin
60: Second binder resin
L: Length of carbon nanotubes
d: cross-sectional diameter of carbon nanotubes
Claims (11)
상기 코어부는 그래파이트(graphite), 탄소나노튜브(CNT) 및 제1 바인더 수지를 포함하고,
상기 스킨부는 그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는
연료전지용 분리판.
A core portion; And a skin portion disposed on both sides of the core portion,
Wherein the core portion comprises graphite, a carbon nanotube (CNT) and a first binder resin,
Wherein the skin portion comprises graphite and a second binder resin
Separator plate for fuel cell.
상기 코어부는 상기 그래파이트 대 상기 탄소나노튜브의 중량비가 100:1 내지 66:1인
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the core portion has a weight ratio of graphite to carbon nanotubes of 100: 1 to 66: 1
Separator plate for fuel cell.
상기 코어부는, 상기 그래파이트 및 상기 탄소나노튜브의 총 함량이 상기 제1 바인더 수지 100 중량부에 대하여 300 중량부 내지 600 중량부인
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the core portion is formed such that the total content of the graphite and the carbon nanotube is 300 to 600 parts by weight per 100 parts by weight of the first binder resin
Separator plate for fuel cell.
상기 스킨부는 상기 제2 바인더 수지 100 중량부에 대하여 상기 그래파이트 300 중량부 내지 600 중량부를 포함하는
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the skin portion comprises 300 parts by weight to 600 parts by weight of the graphite relative to 100 parts by weight of the second binder resin
Separator plate for fuel cell.
상기 제1 바인더 수지 및 상기 제2 바인더 수지는 각각 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리비닐에스테르, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the first binder resin and the second binder resin each contain one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a polyvinyl ester, a polyester, and combinations thereof
Separator plate for fuel cell.
상기 제1 바인더 수지 및 상기 제2 바인더 수지는 동일한 종류의 수지로 이루어진
연료전지용 분리판.
6. The method of claim 5,
Wherein the first binder resin and the second binder resin are made of the same kind of resin
Separator plate for fuel cell.
상기 탄소나노튜브(CNT)는 종횡비가 4000:1 내지 6000:1인
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The carbon nanotube (CNT) has an aspect ratio of 4000: 1 to 6000: 1
Separator plate for fuel cell.
상기 그래파이트(graphite)는 입자 크기가 30㎛ 내지 50㎛인
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
The graphite has a particle size of 30 탆 to 50 탆
Separator plate for fuel cell.
상기 코어부의 평균 두께 대 상기 스킨부의 평균 두께의 비가 1.5:1 내지 2.0:1인
연료전지용 분리판.
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the average thickness of the core portion to the average thickness of the skin portion is from 1.5: 1 to 2.0: 1
Separator plate for fuel cell.
그래파이트(graphite) 및 제2 바인더 수지를 포함하는 스킨 형성용 조성물을 제조하는 단계;
상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계;
상기 예비-스킨부 상부에 상기 코어 형성용 조성물을 도포하여 예비-코어부를 형성하는 단계;
상기 예비-코어부 상부에 상기 스킨 형성용 조성물을 도포하여 다른 하나의 예비-스킨부를 형성하는 단계; 및
상기 예비-스킨부 및 상기 예비-코어부를 열-성형하여 코어부 및 상기 코어부 양면에 스킨부가 배치된 연료전지용 분리판을 제조하는 단계를 포함하는
연료전지용 분리판의 제조방법.
Preparing a composition for forming a core comprising graphite (grpahite), carbon nanotube (CNT) and a first binder resin;
Preparing a composition for forming a skin comprising graphite and a second binder resin;
Applying the skin-forming composition to form a pre-skin portion;
Applying a composition for forming a core on the pre-skin portion to form a pre-core portion;
Applying a composition for forming a skin on the pre-core portion to form another pre-skin portion; And
And thermally molding the pre-skin portion and the pre-core portion to manufacture a separator for a fuel cell having a core portion and a skin portion disposed on both surfaces of the core portion
A method of manufacturing a separator plate for a fuel cell.
상기 예비-스킨부 및 상기 예비-코어부를 열-성형하는 단계는 130℃ 내지 160℃의 온도에서 80㎠ 내지 120㎠ 의 단면적을 갖는 연료전지용 분리판 기준, 10MPa 내지 17MPa의 압력으로 가압하는 단계인
연료전지용 분리판 제조방법.11. The method of claim 10,
The step of thermoforming the pre-skin portion and the pre-core portion may include pressing the pre-skin portion and the pre-core portion at a pressure of 10 MPa to 17 MPa on a separator for a fuel cell having a cross-sectional area of 80 cm 2 to 120 cm 2 at a temperature of 130 ° C to 160 ° C
A method for manufacturing a separator plate for a fuel cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170019415A KR102592974B1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Separator for fuel cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170019415A KR102592974B1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Separator for fuel cell and method for manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180093395A true KR20180093395A (en) | 2018-08-22 |
| KR102592974B1 KR102592974B1 (en) | 2023-10-20 |
Family
ID=63453312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170019415A KR102592974B1 (en) | 2017-02-13 | 2017-02-13 | Separator for fuel cell and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102592974B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228538A (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Nok Corp | Separator formation material for fuel cell |
| KR20160061799A (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 한국타이어 주식회사 | Separator for fuel cell, method for manufacturing the same and fuel cell comprising the same |
-
2017
- 2017-02-13 KR KR1020170019415A patent/KR102592974B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228538A (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Nok Corp | Separator formation material for fuel cell |
| KR20160061799A (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 한국타이어 주식회사 | Separator for fuel cell, method for manufacturing the same and fuel cell comprising the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102592974B1 (en) | 2023-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5069927B2 (en) | Membrane electrode assembly for fuel cell and method for producing the same | |
| JP5623036B2 (en) | Molding material for fuel cell separator | |
| EP1950826A1 (en) | Gas diffusion electrode substrate, gas diffusion electrode and process for its production, and fuel cell | |
| US8911915B2 (en) | Hydrocarbon composite electrolyte membrane for fuel cell | |
| KR102020075B1 (en) | Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit | |
| CN104795578A (en) | Fuel cell having integrated membrane electrode assembly and gas diffusion layer, and manufacturing method thereof | |
| US9397351B2 (en) | Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit | |
| SG181944A1 (en) | Performance enhancing layers for fuel cells | |
| KR20010113437A (en) | Separator for fuel cell and method of fabricating thereof | |
| US20030138686A1 (en) | Fuel cell separator production method, fuel cell separators, and polymer electrolyte fuel cells | |
| EP2999038A1 (en) | Base material for gas diffusion electrode | |
| KR101022153B1 (en) | Separator for fuel cell and method for fabricating the same | |
| JP2002008676A (en) | Fuel cell separator and solid polymer type fuel cell | |
| JP2008300347A (en) | Method of manufacturing five-layer mea with electrical conductivity improved | |
| KR102592974B1 (en) | Separator for fuel cell and method for manufacturing the same | |
| EP2091100B1 (en) | Method for producing separator material for solid polymer fuel cell | |
| JP4508574B2 (en) | Fuel cell separator and method for producing fuel cell separator | |
| KR102050971B1 (en) | Ultralight weight carbon based bipolar plate and fuel cell stack comprising the same and manufacturing method for the same | |
| JPWO2002035631A1 (en) | Fuel cell separator | |
| JP2007066702A (en) | Fuel cell | |
| JP3296801B2 (en) | Carbon composite molding | |
| KR20200099332A (en) | Sealing composition for separator of fuel cell | |
| KR101698583B1 (en) | Separator for fuel cell, method for manufacturing the same and fuel cell comprising the same | |
| JP2014002923A (en) | Gas diffusion layer for fuel cell and manufacturing method thereof | |
| CN202917582U (en) | Bipolar electrode and fuel cell stack composed of same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |