KR100783867B1 - 연료전지용 분리판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지용 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흑연에 고분자 물질을 첨가한 형태인 복합소재를 이용하여 분리판을 제조함으로써, 경량화가 가능하고, 부식을 방지할 수 있으며, 나아가 소재의 균일한 충진 공정과 성형시간 단축, 성형시 발생할 수 있는 기포 제거 공정 및 후처리인 열처리 공정을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖도록 한 연료전지용 분리판 그 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 10 ~ 200㎛ 입자크기의 흑연 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 혼합하는 단계와; 상기 혼합물을 금형에 분산하는 단계와; 상기 금형에 분산된 혼합물을 성형하는 단계; 상기 성형된 혼합물을 100 ~ 120℃에서 열처리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조 방법을 제공한다.

연료전지, 분리판, 흑연, 페놀 수지, 경화제, 분산, 성형, 파동압력, 열처리

Description

연료전지용 분리판 및 그 제조방법{Separation plate for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell and method for manufacturing the same}

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법을 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 성형공정을 나타내는 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 기포제거 공정을 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 채널 단면 형상을 나타내는 이미지.

도 5는 밀도 및 전기 전도도 측정용 시편의 위치를 나타내는 평면도.

도 6은 본 발명의 시편 위치에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명의 시편 위치에 따른 전기 전도도 분포를 나타내는 그래프.

도 8은 종래기술에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법 중 기존의 직접 분산 방법을 나타내는 개략도.

도 9는 종래기술에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법 중 스탬핑 공정을 나타내는 개략도.

도 10은 기존의 성형공정을 나타내는 그래프.

도 11은 기포발생으로 인한 표면의 층간 분리를 나타내는 이미지.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스프레더 11 : 하부금형

12 : 사이드 금형 13 : 흑연 및 페놀 혼합물

14 : 스페이서 15 : 상부금형

본 발명은 연료전지용 분리판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흑연에 고분자 물질을 첨가한 형태인 복합소재를 이용하여 분리판을 제조함으로써, 경량화가 가능하고, 부식을 방지할 수 있으며, 나아가 소재의 균일한 충진 공정과 성형시간 단축, 성형시 발생할 수 있는 기포 제거 공정 및 후처리인 열처리 공정을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖도록 한 연료전지용 분리판 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 이하 'PEMFC’라 함)란 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하고 있는 연료전지를 말하며, 연료인 수소와 산소(또는 공기)의 전기화학적 반응에 의해 연소과정 없이 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환장치이다.

PEMFC의 기본구조는 고분자 전해질막을 중심으로 양쪽에 귀금속 촉매가 입혀진 다공질의 공기극과 연료극이 있으며, 그 외부에는 연료를 공급해주는 분리판이 위치하게 된다.

상기 분리판은 연료전지를 구조적으로 지지하는 역할, 연료를 전극막(MEA)에 공급해 주는 역할, 연료전지 운전 중에 생기는 물을 제거해 주는 역할 및 생성된 전기를 포집하는 집전판 역할과 함께 분리판 내부에 형성된 냉각유로를 통해 냉각수를 공급하여 연료전지의 운전 중에 발생하는 열을 제거하여 온도 조절을 가능케 하는 기능을 한다.

일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 분리판의 재질은 순수 흑연으로써, 전기 전도성 및 내부식성이 가장 우수하다.

그러나, 순수흑연은 가격이 매우 고가이며, 유로 형성시 기계적 가공을 필요로 하기 때문에 양산성과 경제성이 떨어지며, 내부에 기공이 많아 가공후 추가적으로 수지 함침 공정을 통해 기밀을 확보해야 하는 단점이 있다.

그리고, 재질의 특성상 깨지기 쉽고, 반응가스의 혼합을 막기 위해서 일정한 두께가 요구된다.

상기와 같은 순수흑연 분리판의 단점을 극복하고자 여러 방법들이 시도되었으며, 그 가운데 분리판의 재질을 금속으로 바꾸려는 시도들이 있었다.

그러나, 금속을 분리판으로 사용할 경우 순수 흑연에 비해 두께와 가격을 줄일 수 있는 반면, 내식성이 좋지 못하여 장기 운전 시 부식의 우려가 있고, 이러한 부식 현상이 발생할 경우 금속 이온이 고분자 막 내로 침투하여 수소이온의 이동을 방해함으로써 PEMFC의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 순수 흑연의 단점을 극복하기 위해 흑연에 고분자 물질을 첨가한 형태인 복합소재를 이용하여 압축 성형 공법을 통해 분리판을 제조함으로써, 경량화가 가능하고, 부식을 방지할 수 있으며, 나아가 소재의 균일한 충진 공정과 성형시간 단축, 성형시 발생할 수 있는 기포 제거 공정 및 후처리인 열처리 공정 등을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖는 연료전지용 분리판 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지용 분리판에 있어서,

상기 분리판은 10 ~ 200㎛ 입자크기의 흑연 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.

또한, 연료전지용 분리판의 제조방법에 있어서,

10 ~ 200㎛ 입자크기의 흑연 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 혼합하는 단계와; 상기 혼합물을 금형에 분산하는 단계와; 상기 금형에 분산된 혼합물을 성형하는 단계; 상기 성형된 혼합물을 100 ~ 120℃에서 열처리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분리판 채널의 모서리 부분에 응력집중을 방지하기 위해 상기 금형의 모서리 부분은 둥글게 가공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합물의 분산공정은: 하부금형에 사이드금형을 장착하는 단계 와; 상기 흑연 및 페놀 혼합물을 금형 내에 뿌린 후, 스프레더를 왕복 이동시키며 상기 금형의 내부에 충진된 혼합물을 일정한 높이로 균일하게 분산시키는 단계와; 상기 사이드금형의 하부에 소정 크기의 스페이서를 삽입하는 단계와; 상기 혼합물의 상부에 상부금형을 장착하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합물의 성형공정은 800 ~ 2000psi의 압력 및 100 ~ 200℃의 온도에서 압축성형하되, 압력변화를 통해 초기 저압력 유지시간을 준 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합물의 성형공정은 상기 혼합물을 녹이기 위해 100 ~ 200℃ 까지 온도를 올려 2분간 유지하는 예열단계와, 300 ~ 700 psi의 압력을 30초간 가하는 예비압축단계와, 상기 압축력을 해지하는 단계와, 상기 혼합물 내부에 기포가 금형 밖으로 빠져나가도록 800 ~ 2000psi의 압력으로 성형하는 파동압력 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 성형공정을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 기포제거 공정을 나타내는 그래프이며, 도 4는 본 발명에 따른 채널 단면 형상을 나타내는 이미지이다.

본 발명은 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 압축성형을 통한 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 복합소재를 이용하여 분리판을 제조하고, 스프레더(10)를 이용하여 소재의 균일한 충진공정과, 초기 저압력 유지를 통한 성형시간 단축과, 파동압력 공정을 도입하여 성형시 발생할 수 있는 기포 제거공정 및 후처리인 열처리 공정을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 조성 및 함량은 다음과 같다.

1) 흑연(10 ~ 200㎛) : 75 ~ 85 중량%

상기 흑연은 일반적으로 많이 사용되는 분리판의 재질로서, 전기 전도성 및 내부식성이 가장 우수하고, 상기 흑연 입자크기가 10㎛ 미만인 경우에는 높은 전기 전도도를 기대하기 어렵고, 200㎛ 초과인 경우에는 기계적 강도가 저하되므로 10 ~ 200㎛로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 흑연의 함량이 75 중량% 미만인 경우에는 내부식성이 저하되고, 85 중량% 초과인 경우에는 취성이 증가하여 가공성이 저하되므로 75 ~ 85 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

2) 페놀 수지 : 13.5 ~ 22.5 중량%

상기 페놀 수지는 분리판 내부의 냉각유로 형성시 기계적 가공을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로서, 그 함량이 13.5 중량% 미만인 경우에는 가공성이 저하되고, 22.5 중량% 초과인 경우에는 가공성은 증가하나 경도가 약해지므로 13.5 ~ 22.5 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

3) 경화제(Hexamethylenetetramine) : 1.5 ~ 2.5 중량%

상기 경화제는 페놀수지의 경화정도를 조절하기 위해 첨가되는 것으로서, 그 함량이 1.5 중량% 미만인 경우에는 경도가 저하되고, 2.5 중량% 초과인 경우에는 취성이 증가하므로, 1.5 ~ 2.5 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 페놀수지와 경화제의 비율을 9 : 1 로 유지하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 전체 제조 공정은 크게 1) 흑연 및 페놀수지 분말의 혼합, 2) 혼합물의 분산 및 3)성형 의 세 단계로 나누어진다.

1) 흑연 분말과 고분자 물질을 상기 조성비율로 준비하여 용기에 넣은 후 30분 동안 흔들어 준다. 이때 사용되는 고분자 물질은 페놀수지, 에폭시 수지, 비닐 에스테르 수지, 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리비닐디플루오라이드 수지(PVDF), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지 등이 있고, 본 발명의 실시예에서는 페놀 수지를 사용한다.

2) 이 흑연 및 고분자물질의 혼합물이 준비가 되면 다음과 같이 분산공정을 실시한다.

① 금형 준비 : 하부 금형(11)에 사이드 금형(12)을 장착한다. 이때 상기 하부금형(10)은 사이드 금형(12)의 장착부를 제외한 나머지 부분은 편평하게 되어 있다.

② 흑연 및 페놀수지 혼합물(13)의 균일 분산 : 상기 준비된 흑연 및 고분자 물질의 혼합물(13)을 금형 내에 뿌린 후, 스프레더(10)를 왕복 이동시키며 주어진 하부금형(11)의 공간에 일정한 높이로 흑연 및 페놀수지 혼합물(13)을 균일하게 분산시킨다.

③ 스페이서(14) 장착 : 성형품의 원하는 두께에 맞게 제작된 스페이서(14) 를 이용하여 사이드 금형(12)을 올린다.

압축 성형 공법으로 제조된 복합소재 분리판의 두께는 소재의 충진량에 따라 결정되는 바, 기존의 방법은 금형에 넣는 혼합물의 양을 조절하여 소재 두께를 결정하였다.

그러나, 기존의 방식으로는 혼합물 양의 부정확성 등으로 인해 두께 조절이 어려운 단점이 있다. 이러한 점을 개선하기 위해 본 발명은 하부금형(11) 자체에서 충진 높이 조절이 가능하도록 스페이서(14)를 제공한다.

흑연 분말의 충진 비율, 입자의 종류와 크기에 따라 흑연 및 페놀 혼합물(13)의 충진 높이가 달라지므로 조건에 따라 스페이서(14)의 높이를 바꾸어 줌으로써 원하는 충진 높이를 확보할 수 있다.

한편, 복합소재 분리판이 효과적으로 성능을 발휘하기 위해서는 위치에 따라 균일하게 제조하는 것이 무엇보다 중요하다.

그러나, 도 8에 도시한 바와 같이 기존의 직접분산 방식으로는 위치에 따른 밀도의 차이가 너무 커서 연료전지에 적용하기에 어려움이 따른다.

이를 극복하기 위해 도 9에 도시한 바와 같이 스탬핑(stamping) 공정을 이용하여 성형하기 전 균일도를 높이는 방법을 고려하였으나 기존의 공정에 비해 큰 개선이 되지 않고 제조공정이 복잡해지는 단점이 있었다.

상기와 같은 단점을 극복하기 위해 본 발명에서는 스프레더(10)(Spreader)를 이용한 균일 충진 메커니즘을 개발하였다.

즉, 미리 금형 내에 많은 양의 흑연 및 페놀 혼합물(13)을 넣은 후 스프레더 (10)를 이용하여 충진 높이를 맞추어 주면 위치에 관계없이 균일한 밀도를 유지할 수 있다.

④ 상부 금형(15) 장착 : 상기 스프레더(10)에 의해 균일하게 분산된 흑연 및 페놀 혼합물(13)에 상부금형(15)을 올려 놓는다.

기존의 분산 방식과 본 발명에 따른 스프레더 분산 방식으로 제조한 복합소재 분리판의 평균 밀도와 표준편차는 다음 표 1과 같다.

표 1에 나타낸 바와 같이 위치에 따른 표준 편차가 0.114g/㎤에서 0.048g/㎤로 줄어들고, 자체 평균밀도가 1.903g/㎤에서 1.921g/㎤로 증가한 것을 확인하였다.

3) 상기 분산공정을 실시한 후 고온 고압에서 성형한다.

복합소재 분리판의 양산화 및 대량생산을 위해서는 성형 시간의 단축이 관건이다.

기존에 사용하여 온 에폭시 수지는 액상이라 균일 분산이 어려울 뿐만 아니라 성형 시간을 단축시키는 것이 용이하지 않다. 본 발명에서는 성형 시간 단축을 위해 페놀 수지를 사용하기로 한다.

페놀 수지는 녹는점이 90°C이고 통상 150°C에서 1분이면 경화가 이루어지는 것으로 알려져 있다. 이때, 상기 경화시간은 순수 페놀 상태에서만 그런 것이므로 흑연 80 중량%가 혼합된 상태에서는 보다 긴 시간이 소요된다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이 기존의 성형 공정에서는 예열을 위한 승온 공정과 잔류응력 제거를 위한 냉각 공정이 있어서 성형공정시간을 단축하기가 쉽지 않다.

그래서 본 발명에서는 상대적으로 조절이 쉬운 압력의 변화를 통해 초기 저압력 유지 시간을 줌으로써 승온 공정을 제거하였다. 이때, 도 2에서 시간에 따른 온도선은 그래프 상에서 위쪽이고, 압력선은 아래쪽에 위치하고, 상기 성형압력이 800psi 미만인 경우에는 전기 전도도, 기계적 강도 등이 떨어지며, 2000psi 초과인 경우에는 각각의 물성들이 더 이상 향상되지 않으므로 800 ~ 2000psi로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 성형된 분리판을 열처리하여 비틀림을 제거하는 방식을 개발함으로써 냉각 공정을 제거할 수 있다. 이러한 성형온도 공정의 단순화를 통해 고온 프레스(Hot press)의 온도를 일정하게 유지함으로써 성형 시간을 대폭 단축하는 것이 가능하였다.

이때, 상기 성형온도가 100℃ 미만인 경우에는 성형 시간이 너무 오래 걸리고 200℃ 초과인 경우에는 상기 페놀 수지의 파괴가 일어날 수 있으므로 100 ~ 200℃ 인 것이 바람직하고, 성형 유지시간이 5분 미만인 경우에는 전기전도도와 기계적 물성 등이 나쁘며 15분 초과인 경우에는 각각의 물성들이 더 이상 향상되지 않으므로 5 ~ 15분으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 압축성형 공정 시에 흑연/페놀 혼합물이 압축, 가열되는 과정에서 분말 사이에 존재하고 있던 공기 혹은 페놀이 함유하고 있던 수분이 증발하면서 생기는 수증기가 분리판 내에 기포를 생성시킬 수 있다.

이러한 기포 발생은 심한 경우 표면이 볼록한 결함을 만들게 되는데, 이는 도 11에 도시한 바와 같이 분리판 내부에서 생성된 기포가 미쳐 외부로 빠져 나가지 못하고 존재하고 있다가 성형압력이 사라지는 순간 부풀어 오르기 때문이다.

이러한 현상은 압력이 높아질수록 많이 발생하며 흑연입자의 형상이 구상에 비해 판상일 때 자주 발생한다. 이는 압축이 빨리 그리고 많이 진행될수록 기포가 빠져나가지 못하여 발생하는 결함임을 뒷받침해준다.

단순히 압력을 높여서 기포를 제거하려는 시도를 해보았으나 이러한 방법으로는 기포를 제거할 수 없었고, 이러한 기포발생을 억제하기 위해 본 발명은 도 3에 도시한 바와 같이 파동(fluctuateng)압력 공정을 제공한다.

즉, 흑연 및 페놀 혼합물(13)을 녹이기 위해 성형온도와 동일한 100 ~ 200℃까지 온도를 올려 2분간 유지한 후 300 ~ 700psi의 압력을 30초간 가한 다음 곧장 성형압력 800 ~ 2000psi까지 올림으로써 소재 내의 기포가 금형 밖으로 빠져 나가도록 유도한다.

상기 파동압력 공정을 이용하여 제조한 분리판에서는 위에서 발생한 것과 같은 기포가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

한편, 복합소재 분리판은 고온에서 성형되기 때문에 소재 내에 잔류 열응력이 발생하거나 성형 후 금형으로부터 분리판을 탈형할 때 가해지는 외부의 힘에 의해 전체적으로 판이 비틀릴 수가 있다

상기 분리판의 비틀림은 스택 체결 시에 치명적인 결함으로 작용하기 때문에 이를 바로 잡아야만 한다.

기존 제조 방식에서는 냉각 공정을 통해 비틀림을 제거하려 하였으나 이는 잔류응력 제거는 가능하나 탈형 시의 비틀림은 근본적으로 제거할 수 없다.

따라서, 본 발명은 이러한 비틀림을 제거하기 위한 열처리 공정을 제공한다. 본 발명에 따른 전체 성형 시간이 짧고, 분리판의 페놀이 완전히 경화되지 않은 상태이므로 탈형 후에 추가적인 열처리를 통해 비틀림을 제거하는 것이 가능하다.

열처리는 100 ~ 120℃에서 1시간 동안 실시하고, 100psi 정도의 낮은 압력으로 분리판의 수평을 유지한다. 이때, 열처리시간이 1시간이나 되어 제조 시간이 늘어나는 것으로 생각할 수도 있으나 열처리 작업은 여러 장의 분리판을 한꺼번에 실시할 수 있기 때문에 제작 시간에는 큰 영향을 미치지 않는다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명은 25㎛ 입자크기의 흑연 80 중량%와, 페놀수지 18중량%와, 경화제 2중량%로 구성된 흑연 및 페놀 혼합물(13)을 스프레더(10)를 이용하여 금형에 분산시킨 후 1500psi의 압력 및 150℃의 온도에서 10분간 성형을 유지한다.

그 다음, 흑연 및 페놀 혼합물(13)을 녹이기 위해 150℃까지 온도를 올려 2분간 유지한 후 300psi의 압력을 30초간 가한 후 곧장 1200psi까지 올려 기포가 금형 밖으로 빠져나가도록 유도한다.

마지막으로, 분리판의 잔류열응력 및 비틀림을 제거하기 위해 100℃ 및 100psi에서 1시간동안 분리판의 수평을 유지하면서 열처리를 한다.

최적 채널 단면 형상 개발

45°, 27°, 12°의 다양한 드래프트각(draft angle)을 적용하여 그 성형성 및 탈형 특성을 비교 분석하였다. 세 가지 드래프트각에서 모두 제조 상태가 양호하고 탈형이 원활하게 되었고, 채널 내부에 기포가 발생하지 않고 채널의 형상도 도 4에 도시한 바와 같이 원하는 대로 성형되었음을 확인하였다.

이러한 결과와 기계적 안정성을 고려하여 대면적 복합소재 분리판에 적용할 최종 드래프트각은 10°로 결정하였다.

또한, 채널의 모서리 부분에 응력이 집중되는 현상을 방지하기 위하여 금형의 모서리 부분을 둥글게 가공한다.

도 5는 밀도 및 전기 전도도 측정용 시편의 위치를 나타내는 평면도이고, 도 6은 본 발명의 시편 위치에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프이며, 도 7은 본 발명의 시편 위치에 따른 전기 전도도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 성형된 복합소재 분리판의 밀도를 측정하기 위해 분리판의 27개 지점에서 시편을 준비하였으며, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 위치에 따른 밀도 분포는 1.75 ~ 2.0g/㎤ 의 범위에 있고 평균 밀도는 1.9g/㎤, 표준편차는 0.048g/㎤로 위치에 따른 밀도의 분포가 양호함을 알 수 있다.

전기 전도도 측정용 시편은 도 5에 도시한 바와 같이 6개 지점에서 준비하였으며, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 위치에 따른 전기전도도는 180 ~ 220S/cm의 범위에 있고, 평균 전기 전도도는 200S/cm, 표준편차는 12.9S/cm 이였다.

따라서, 기존의 순수 흑연의 단점을 극복하기 위해 흑연(10 ~ 200㎛) 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 조성된 복합소재를 이용하여 압축 성형 공법을 통해 분리판을 제조함으로써, 부품의 경량화가 가능하고, 부식을 방지할 수 있으며, 나아가 스프레더(10)를 이용한 소재의 균일한 충진 공정과, 성형온도 공정의 단순화를 통한 성형시간 단축, 및 파동압력 공정을 이용하여 성형시 발생할 수 있는 기포 제거 공정 및 후처리인 열처리 공정 등을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖을 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 순수 흑연의 단점을 극복하기 위해 흑연(10 ~ 200㎛) 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 조성된 복합소재를 이용하여 압축 성형 공법을 통해 분리판을 제조함으로써, 부품의 경량화가 가능하고, 부식을 방지할 수 있으며, 나아가 스프레더를 이용한 소재의 균일한 충진 공정과, 성형온도 공정의 단순화를 통한 성형시간 단축, 및 파동압력 공정을 이용하여 성형시 발생할 수 있는 기포 제거 공정 및 후처리인 열처리 공정 등을 통해 보다 경제적이며 우수한 물성을 갖게되는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 연료전지용 분리판의 제조방법에 있어서,

   10 ~ 200㎛ 입자크기의 흑연 75 ~ 85 중량%, 페놀 수지 13.5 ~ 22.5 중량% 및 경화제 1.5 ~ 2.5 중량%로 혼합하는 단계;

   분리판 채널의 모서리 부분에 응력집중을 방지하기 위해 모서리 부분을 둥글게 가공한 금형을 이용하는 한편, 하부금형에 사이드금형을 장착하는 과정, 상기 흑연 및 페놀 혼합물을 금형 내에 뿌린 후 스프레더를 왕복 이동시키며 상기 금형의 내부에 충진된 혼합물을 일정한 높이로 균일하게 분산시키는 과정, 상기 사이드금형의 하부에 소정 크기의 스페이서를 삽입하는 과정, 상기 혼합물의 상부에 상부금형을 장착하는 과정을 포함하여 이루어지는 혼합물을 금형에 분산하는 단계;

   800 ~ 2000psi의 압력 및 100 ~ 200℃의 온도에서 압축성형하되, 압력변화를 통해 초기 저압력 유지시간을 주는 과정을 포함하여 이루어지는 금형에 분산된 혼합물을 성형하는 단계;

   상기 성형된 혼합물을 100 ~ 120℃에서 열처리하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서, 상기 혼합물의 성형단계는 상기 혼합물을 녹이기 위해 100 ~ 200℃ 까지 온도를 올려 2분간 유지하는 예열과정, 300 ~ 700 psi의 압력을 30초간 가하는 예비압축과정, 상기 압축력을 해지하는 과정, 상기 혼합물 내부에 기포가 금형 밖으로 빠져나가도록 800 ~ 2000psi의 압력으로 성형하는 파동압력 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.

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