KR20240037007A - 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법 - Google Patents

가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소 전구체 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탄소 섬유의 단면형상 제어를 통하여 인장 물성(strength, modulus)이 우수한 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 포함하는 방사 용액을 응고욕으로 방사하여 방사물을 제조하는 단계 및 상기 방사물을 열처리를 통한 연신처리하여 탄소 전구체 섬유를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 응고욕은 메탄올 60 ~ 90 부피% 및 디메틸포름아미드 10 ~ 40 부피%를 포함한다.

Description

가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CARBON PRECURSOR FIBER FOR GAS DIFFUSION LAYER}
본 발명은 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 산소와 수소의 산화·환원 반응을 이용하여, 전자를 생성하는 원리로 구동되며, 수소 전기차의 핵심 부품이다. 또한, 연료전지는 통상적으로 전해질막-전극 접합체(MEA, membrane electrode assembly), 기체확산층(gas diffusion layer, GDL), 분리판, 집전판 등으로 구성된다. 구체적으로, 상기 분리판에는 유로가 존재하여 수소와 산소가 접합체 쪽으로 흘러 들어가게 하는 역할을 하며, 상기 접합체는 산화·환원 반응을 통해 전력을 생산하는 역할을 한다. 또한, 상기 기체확산층은 수소와 산소가 접합체로 퍼져 들어가 반응을 원활히 할 수 있게 해주는 역할을 하며, 통상적으로 기재층과 다공성층으로 구성된다. 이때, 상기 기재층은 다공성층에 강성을 부여하는 역할을 하고, 상기 다공성층은 수소와 산소가 접합체로 확산되어 산화·환원 반응이 원활히 진행되도록 하는 역할을 한다.
종래의 상기 기체확산층은 탄소 기재 상에 미세 기공층이 적층된 구조를 가진다. 한편 최근 기재 구성의 스택 소형화 및 고출력화를 위해 기체확산층의 박막화에 대한 개발이 진행되고 있다. 하지만, 상기 기체확산층은 박막화 진행 시 스택의 체결압에 의해 부서지는 체결 불량 현상이 발생하기 때문에, 현재 185 ㎛ 이하의 박막화가 구현되기 어렵다.
따라서, 상기와 같은 배경 하에, 상기 기체확산층의 강성을 유지하면서 박막화하는 기술에 대한 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0125957호 대한민국 등록특허공보 제10-1336792호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 탄소 섬유의 단면형상 제어를 통하여 인장 물성(strength, modulus)이 우수하여 기체확산층의 박막화에 적용될 수 있는 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 포함하는 방사 용액을 응고욕으로 방사하여 방사물을 제조하는 단계 및 상기 방사물을 열처리를 통한 연신처리하여 탄소 전구체 섬유를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 응고욕은 메탄올 60 ~ 90 부피% 및 디메틸포름아미드 10 ~ 40 부피%를 포함한다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계는, 디메틸설폭사이드 및 아조비스이소부티로니트릴 개시재를 자유 라디칼 중합하여 아크릴로니트릴과 반응시킨 것일 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 메타크릴산이 4wt% 미만으로 함유된 것일 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 점도평균분자량(Mv)이 400,000 ~ 460,000 g/mol인 것일 수 있다.
상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 5 ~ 30g/dL의 농도로 용해시킨 것일 수 있다.
상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 65 ~ 70 ℃ 온도에서 용해시킨 것일 수 있다.
상기 용매는 디메틸포름아미드인 것일 수 있다.
상기 방사 용액은 전단 속도 0.06 rad/초에서 회전 레오미터로 측정한 동적 점도가 90 ~ 110 Pa·s 인 것일 수 있다.
상기 방사는 토출 속도를 5 ~ 10 m/분으로 하고, 150 ~ 250 μm의 직경의 노즐을 사용하여 토출할 수 있다.
상기 방사는 상기 응고욕의 온도가 -10 ~ 30 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 연신처리는 70 ~ 160 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 연신처리는 연신비를 10 ~ 30로 하여 수행될 수 있다.
상기 방사물은 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71일 수 있다.
상기 탄소 전구체 섬유는 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 탄소 섬유의 단면형상 제어를 통하여 인장 물성(strength, modulus)이 우수한 고품질의 섬유를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 전구체 제작, 방사 공정, 연신 처리 공정 등을 통해 탄소 섬유의 단면을 원형이 아닌 타원등의 방향성 있는 형상으로 변형 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법으로 제조된 탄소 전구체 섬유의 인장 물성(strength, modulus)이 우수하기 때문에 기체확산층의 박막화에 적용될 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에 의해 제조된 탄소 전구체 섬유가 적용된 가스확산층을 사용한 연료 전지 유닛의 단면 구조예를 나타내는 개략 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소 전구체 섬유의 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 섬유의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 5 및 도 7은 본 발명에 따른 섬유의 인장 물성(strength, modulus)을 측정한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 섬유의 연신비에 따른 정렬 Factor 를 측정한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
먼저 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명은 가스확산층에 적용될 수 있는 탄소 전구체 섬유의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 방법에 의해 제조된 탄소 전구체 섬유가 적용된 가스확산층을 사용한 연료 전지의 단면 구조예를 나타내는 개략 도이다. 도 1을 참고하면, 연료 전지(100)는 전해질막(1), 애노드측 촉매층(2), 캐소드측 촉매층(3) 사이에 중합체 전해질막(1) 및 가스 확산층(4, 5)을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명은 상기와 같은 연료 전지용 가스확산층(4, 5)에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명은 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명에 따른 탄소 전구체 섬유의 제조방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계(S10), 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 포함하는 방사 용액을 응고욕으로 방사하여 방사물을 제조하는 단계(S20) 및 상기 방사물을 열처리를 통한 연신처리하여 탄소 전구체 섬유를 제조하는 단계(S30)를 포함한다. 구체적으로, 본 발명은 상기 S20단계에서 사용되는 상기 응고욕이 메탄올 60 ~ 90 부피% 및 디메틸포름아미드 10 ~ 40 부피%를 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 박막 코팅 방법의 각 단계에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, S10 단계에서는 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조한다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 후술되는 열처리 과정에서 고분자 간에 안정적인 구조변화를 위하여 공단량체(co-monomer)가 첨가된 것일 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 고성능 전구체 제조를 위해 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile)기반에 메타크릴산(MAA, Methacrylic acid)이 공중합된 고분자를 사용할 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 아조비스이소부티로니트릴(AIBN, Azobisisobutyronitrile) 개시제를 이용한 자유 라디칼(Free radical) 용액 중합법으로 고순도의 고분자 파우더 형태로 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 디메틸설폭사이드 및 아조비스이소부티로니트릴 개시재를 자유 라디칼 중합하여 아크릴로니트릴과 반응시킨 것일 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 그 전체 중량에서, 메타크릴산은 4wt% 미만으로 함유된 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 그 전체 중량에서, 아크릴로나이트릴가 96.2±0.2 mol%이며, 상기 메타크릴산은 3.8±0.2mol% 로 함유된 것일 수 있다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 고성능 전구체 섬유 제조를 위해 높은 분자량을 지닌 고분자일 수 있다. 따라서, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 고순도를 지닌 고분자일 수 있고, 이로 인하여 안정화, 탄화공정에서의 안정성을 갖는다.
상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 점도평균분자량(Mv)이 400,000 ~ 460,000 g/mol인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 점도평균분자량(Mv)이 454,891 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
여기서, "점도평균분자량(Mv)"은 묽은 용액에서 용액의 점도를 측정하면, 용질 고분자의 크기, 즉 평균분자량을 알 수 있으며, 이렇게 구한 평균분자량을 의미한다.
이어서, S20 단계에서는 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 포함하는 방사 용액을 응고욕으로 방사하여 방사물을 제조한다.
상기 S20 단계는 건습식 방사(Dry-jet wet spinning) 또는 습식 방사(Wet spinning)를 이용하여 방사물을 제조할 수 있다.
상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 5 ~ 30g/dL의 농도로 용해시킨 것일 수 있다. 상기 방사 용액 농도가 상기 범위 보다 높을 경우, 빠른 응고로 표면 불균일해지는 문제점이 발생한다.
상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 65 ~ 70 ℃ 온도에서 용해시킨 것일 수 있다.
상기 용매는 디메틸포름아미드인 것일 수 있다.
상기 방사 용액은 전단 속도 0.06 rad/초에서 회전 레오미터로 측정한 동적 점도가 90 ~ 110 Pa·s 인 것일 수 있다.
상기 S20 단계에서는 상기 방사의 토출 속도를 5 ~ 10 m/분으로 하고, 150 ~ 250 μm의 직경의 노즐을 사용하여 토출할 수 있다.
"응고욕"은 방사한 용액을 응고시키기 위한 액욕을 의미한다.
상기 응고욕은 메탄올 60 ~ 90 부피% 및 디메틸포름아미드 10 ~ 40 부피%를 포함한다. 상기 방사는 상기 응고욕의 온도가 -10 ~ 30 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 메탄올의 조성비가 증가할 수록 체인 정렬(Chain Alignment)이 감소되기 때문에 인장강도 감소되는 문제점이 나타난다. 따라서, 응고욕은 메탄올 60 ~ 90 부피%로 사용하였을 때, 인장 강도 측면에서 가장 유리하다.
상기 응고욕의 온도는 낮아지면서 인장물성 증가되기 때문에, -10 ℃에 온도에서 수행되는 것이 가장 바람직하다.
또한, 메탄올 및 디메틸포름아미드를 상기 범위로 적절하게 혼합하여 사용할 경우, 섬유 표면의 빠른 응고되지 않고 이에 연신 공정을 안정적이게 수행되어 표면을 균일하게 할 수 있다.
상기 S20 단계에서에서 제조된 상기 방사물은 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71일 수 있다.
원형율(Roundness)은 원의 장축과 단축의 대칭성을 나타내며 원형도(Circularity)는 도형면의 모양이 얼마나 원에 가까운지 나타내는 지표이다
따라서, 원형도(Circularity) 및 원형율(Roundness)은 하기 식 1, 식 2에 의하여 측정된 것이다.
[식 1]
원형도(Circularity) = 4* π *A /([둘레]2)
여기서, A는 투영면적이다.
[식 2]
원형율(Roundness) = 4* π *A / ([π * 장축]2)
여기서, A는 투영면적이다.
마지막으로, S30 단계에서는 상기 방사물을 열처리를 통한 연신처리하여 탄소 전구체 섬유를 제조한다.
상기 연신처리는 70 ~ 160 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
연신비는 증가 시, 인장 물성 증가되지만 연신율은 감소하게 된다. 이는, 고분자 체인(Chain)의 정렬과 방향성 증가의 영향을 미치기 때문이다.
따라서, 과도한 연신비 증가 시, 섬유 내부의 결함을 생성되어 물성을 감소시키는 문제점이 있다. 따라서, 상기 연신처리는 연신비를 10 ~ 30로 하여 수행될 수 있다.
그리고, 본 발명은 방사 공정 후 연신 공정을 마친 후에도 원형율 및 원형도에 대한 그 비율과 모양이 유지되기 때문에 최종적으로 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71를 가지는 단면 형상이 제어된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체기반의 상기 탄소 전구체 섬유를 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1 (응고욕의 조성)
먼저 응고욕에서 메탄올의 함량에 따른 특성을 알아보기 위하여, 하기 표 1와 같이 기재된 조성 및 함량으로 응고욕을 제조하였다.
Coagulation bath
용매 조성 비율*		 MeOH (vol%) DMF (vol%)
MeOH 100% 100 0
MeOH 90% 90 10
MeOH 80% 80 20
MeOH 70% 70 30
MeOH 60% 60 40
이어서, 상기 응고욕에 방사된 방사물의 물성을 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3는 본 발명에 따른 섬유의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
구체적으로, 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 디메틸포름아미드 용매에 15 g/dL의 농도로 용해시킨 방사 용액을 사용하여, 응고액을 조성을 변경하여 건습식 방사공정으로 As-spun 섬유를 제조하였으며, 이때, 연신비는 3 배로 하였다.
도 3을 참고하면, 상기 메탄올의 조성비가 증가할 수록 체인 정렬(Chain Alignment)이 감소되기 때문에 인장강도 감소되는 문제점이 나타난다. 따라서, 응고욕에서 메탄올 60 ~ 70 부피%이고, 디메틸포름아미드 30 ~ 40 부피%일 때 강도 측면에서 가장 유리하는 것을 확인하였다. 또한, 상기 범위에서 표면 형상이 Flat 한 것을 확인할 수 있었다. 구체적의 방사물에서 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71로 측정되었다.
따라서, 본 발명은 메탄올 및 디메틸포름아미드를 상기 범위로 적절하게 혼합하여 사용할 경우, 섬유 표면의 빠른 응고되지 않고 이에 연신 공정을 안정적이게 수행되어 표면을 균일하게 할 수 있어 강도 측면에서도 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 (응고욕의 온도)
계속해서, 응고욕의 온도에 따른 섬유의 특성을 알아보기 위하여, 응고욕의 온도를 -20℃ ~ 30 ℃ 하여 상기 응고욕에 방사된 방사물의 물성을 측정하였다.
그리고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4는 본 발명에 따른 섬유의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명에 따른 섬유의 인장 물성(strength, modulus)을 측정한 것이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 응고욕의 온도가 감소함에 따라 섬유 단면에서 원형률이 증가하고, 원형도가 감소하는 경향을 보였다.
특히, 응고욕의 온도가 -10 ℃일 때, 가장 flat한 섬유 단면 형상을 얻을 수 있었다. 또한, 응고욕 온도가 낮아지면서 인장물성 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 응고욕이 - 10 ℃ 경우, 인장 물성(strength, modulus)이 가장 우수하였다.
또한, 온도가 10 ℃ 이하에서부터 tensile strength 값이 일정해지는 것을 확인할 수 있으며, modulus 값은 -10 ℃에서 가장 높은 값을 보였다. 이는 낮은 온도에서 방사함으로써 고품질의 섬유를 얻을 수 있는 gel-spinning법에 근접하기 때문으로 판단된다.
따라서, 본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 탄소 섬유의 단면형상 제어를 통하여 인장 물성(strength, modulus)이 우수한 고품질의 섬유를 제작할 수 있다.
실험예 3 (연신비)
계속해서, 연시비에 따른 섬유의 특성을 알아보기 위하여, 연신비를 24 ~ 36 (TDR)으로 변경된 탄소 전구체 섬유의 물성을 측정하여 그 결과를 표 2와 도 6, 도 7에 나타내었다. 도 6는 본 발명에 따른 섬유의 인장 물성(strength, modulus)을 측정한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 섬유의 연신비에 따른 정렬 Factor 를 측정한 것이다.
[표 2]
표 2와 도 6 및 도 7을 참고하면, 연신비가 증하하면 인장 물성 증가되지만 연신율은 감소하게 된다. 이는, 고분자 체인(Chain)의 정렬과 방향성 증가의 영향을 미치기 때문이다.
따라서, 과도하게 연신비가 증하하는 경우, 섬유 내부의 결함을 생성되어 물성을 감소시키는 문제점이 발생한다. 특히, 연신비가 TDR 36 에서부터는 물성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 연신처리는 연신비를 10 ~ 35로 하여 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법은 전구체 제작, 방사 공정, 연신 처리 공정 등을 통해 탄소 섬유의 단면을 원형이 아닌 타원등의 방향성 있는 형상으로 변형 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법으로 제조된 탄소 전구체 섬유의 인장 물성(strength, modulus)이 우수하기 때문에 기체확산층의 박막화에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 전해질막
2: 애노드측 촉매층
3: 캐소드측 촉매층
4, 5: 가스 확산층
100: 연료전지

Claims (14)

  1. 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계;
    상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 포함하는 방사 용액을 응고욕으로 방사하여 방사물을 제조하는 단계; 및
    상기 방사물을 열처리를 통한 연신처리하여 탄소 전구체 섬유를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 응고욕은 메탄올 60 ~ 90 부피% 및 디메틸포름아미드 10 ~ 40 부피%를 포함하는 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하는 단계는,
    디메틸설폭사이드 및 아조비스이소부티로니트릴 개시재를 자유 라디칼 중합하여 아크릴로니트릴과 반응시킨 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 메타크릴산이 4wt% 미만으로 함유된 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 점도평균분자량(Mv)이 400,000 ~ 460,000 g/mol인 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 5 ~ 30g/dL의 농도로 용해시킨 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사 용액은 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용매에 65 ~ 70 ℃ 온도에서 용해시킨 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 디메틸포름아미드인 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사 용액은 전단 속도 0.06 rad/초에서 회전 레오미터로 측정한 동적 점도가 90 ~ 110 Pa·s 인 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방사는 토출 속도를 5 ~ 10 m/분으로 하고, 150 ~ 250 μm의 직경의 노즐을 사용하여 토출하는 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방사는 상기 응고욕의 온도가 -10 ~ 30 ℃에서 수행되는 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연신처리는 70 ~ 160 ℃의 온도에서 수행되는 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연신처리는 연신비를 10 ~ 30로 하여 수행되는 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 방사물은 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71인 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 전구체 섬유는 단면의 원형율(Roundness)이 0.45 ~ 0.75이고, 단면의 원형도(Circularity)가 0.50 ~ 0.71인 것인 가스확산층용 탄소 전구체 섬유의 제조방법.

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