KR101359434B1 - Bi-polar plate for redox flow battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레독스 흐름전지에 구성되는 카본-흑연계 바이폴라 플레이트가 불소수지에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트의 미세 기공이 불소수지에 의해 충전된 상태를 가지도록 하여 우수한 전자의 이동성과 전해액에 대한 내부식성을 가지도록 할 수 있는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bipolar plate for a redox flow battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, a carbon-graphite bipolar plate constituted in a redox flow battery is vacuum-impregnated in a fluorine resin so that the fine pores of the bipolar plate are fluorinated in the fluorine resin. The present invention relates to a bipolar plate for a redox flow battery and a method of manufacturing the same, which can have a state of charge by having excellent electron mobility and corrosion resistance to an electrolyte.
최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로, 태양광 에너지 또는 풍력 에너지 등과 같은 재생 에너지가 각광받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 재생 에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 큰 영향을 받는다. 더욱이, 재생 에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없는 단점이 있다.Recently, as a method for suppressing greenhouse gas emission, which is a major cause of global warming, renewable energy such as solar energy or wind energy has been in the spotlight, and many studies have been conducted for their practical use. However, this renewable energy is greatly affected by the location environment and natural conditions. Moreover, there is a disadvantage that the renewable energy cannot supply the energy continuously evenly because the output fluctuates severely.
이에, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때에는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때에는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시 되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로 납축전지, NaS 전지 그리고 레독스 흐름전지(RFB;Redox Flow Battery) 등이 있다.Therefore, in order to evenly output energy, it is important to develop a storage device that stores energy when the output is high and uses the stored energy when the output is low. Such representative mass storage devices include lead acid batteries, NaS batteries, and batteries. Redox Flow Battery (RFB).
상기 납축전지는, 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생되는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있으며, 또한, NaS 전지의 경우 에너지 효율이 높은 것이 장점이나 300℃ 이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. 반면, 레독스 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동 가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있어 최근 대용량 저장장치로의 많은 연구가 진행되고 있다.Although the lead acid battery is widely used commercially than other batteries, there are disadvantages such as maintenance efficiency due to low efficiency and periodic replacement and disposal of industrial waste generated during battery replacement, and in the case of NaS batteries, High efficiency is an advantage, but has the disadvantage of operating at high temperatures above 300 ℃. On the other hand, the redox flow battery has low maintenance cost, can be operated at room temperature, and the capacity and output can be designed independently.
여기서, 상기 레독스 흐름전지는, 공개특허 10-2012-0121568호 등에 개시된 바와 같이, 바이폴라 플레이트와 전극판 및 이온교환막이 반복적으로 적층된 상태에서, 양극 및 음극의 전해액이 각각의 바이폴라 플레이트의 유로를 통과하여 최종적으로 배출되는 과정에서 이온교환막을 통해 양극 및 음극의 상호간 산화 환원 반응이 이루어져 전기가 발생하게 되고 상기와 같이 발생된 전기가 바이폴라 플레이트를 통하여 외부로 방전 또는 배출되도록 하고 있다. Here, in the redox flow battery, as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0121568 or the like, in a state where the bipolar plate, the electrode plate, and the ion exchange membrane are repeatedly stacked, the electrolyte of the positive electrode and the negative electrode flows through each bipolar plate. In the process of finally discharged through the redox reaction between the positive electrode and the negative electrode through the ion exchange membrane to generate electricity, the electricity generated as described above is discharged or discharged to the outside through the bipolar plate.
그러나 상기와 같은 바이폴라 플레이트의 경우, 상기 전해액이 흐르는 유로를 제공하기 위한 것으로, 전자의 이동성과 전해액에 대한 내부식성이 우수한 소재가 사용되어야 하나, 대부분 전자의 이동성은 우수하지만 전해액에 대한 내부식성이 약하고 소재 구조상 무수한 미세 기공들이 존재하는 카본-흑연 복합계 소재가 사용되고 있는 실정이다.However, in the case of the bipolar plate as described above, a material in which the electrolyte flows is provided, and a material having excellent electron mobility and corrosion resistance to the electrolyte should be used, but most of them have excellent electron mobility but corrosion resistance to the electrolyte. Carbon-graphite composite materials, which are weak and have numerous micropores in their material structure, are used.
이에, 상기와 같이 카본-흑연 복합계 바이폴라 플레이트가 레독스 흐름전지에 구성되어 장시간 구동될 경우, 전해액에 대한 내부식성 약화로 인하여 상기 미세 기공들에 부식에 따른 리크(leak)가 발생하게 되며 이에, 서로 다른 극성을 가지는 전해액들이 서로 다른 극성을 가지는 바이폴라 플레이트에 침투되어 단락(쇼트)이 발생되며 이로 인하여, 레독스 흐름전지의 효율이 크게 저하되는 문제점이 있다.Thus, when the carbon-graphite composite bipolar plate is configured in a redox flow battery and operated for a long time as described above, leakage occurs due to corrosion in the micropores due to weakening of corrosion resistance to the electrolyte. In addition, electrolytes having different polarities penetrate into bipolar plates having different polarities, and thus short circuits are generated. Accordingly, there is a problem in that the efficiency of the redox flow battery is greatly reduced.
따라서 등록실용신안 20-0463821호 등에 상기 바이폴라 플레이트에 불소수지가 코팅되도록 하여 부식 및 단락을 방지하도록 하는 것이 개시된 바 있으나, 미세 기공이 가장 많이 분포되어 리크가 가장 많이 발생되는 전해액 유로가 형성되는 판넬부의 표면을 제외한, 상기 판넬부에 통공 등으로 형성되는 전해액 공급공 및 배출공에만 불소수지가 코팅되도록 하고 있어, 상기 전해액 유로가 형성되는 판넬에 발생되는 부식에 따른 리크 및 이로 인한 단락 현상을 방지할 수 없는 문제점이 있다.Therefore, it has been disclosed to prevent corrosion and short-circuit by coating the bipolar plate with the fluorine resin, such as Registration Utility Model No. 20-0463821, but a panel in which an electrolyte flow path is formed in which the fine pores are most distributed to generate the most leakage. Except for the surface of the part, the fluorine resin is coated only on the electrolyte supply hole and the discharge hole formed in the panel portion, such as through holes, to prevent leakage caused by corrosion generated in the panel in which the electrolyte flow path is formed and short circuit due to this. There is a problem that cannot be done.
따라서 본 발명의 목적은 레독스 흐름전지에 구성되는 카본-흑연계 바이폴라 플레이트가 불소수지에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트의 미세 기공이 불소수지에 의해 충전된 상태를 가지도록 하여 우수한 전자의 이동성과 전해액에 대한 내부식성을 가지도록 할 수 있는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to impregnate the carbon-graphite-based bipolar plate of the redox flow battery by vacuum impregnation in the fluorine resin so that the fine pores of the bipolar plate are filled with the fluorine resin, thereby providing excellent electron mobility and electrolyte. It is to provide a bipolar plate and a manufacturing method for a redox flow battery that can have a corrosion resistance for.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의하면, 상기 바이폴라 플레이트가 진공함침장치에 장착되는 제1단계; 불소수지 원액에 점성 조절액이 혼합되어 불소수지 함침액이 제조되는 제2단계; 상기 불소수지 함침액이 진공함침장치에 주입되고 상기 바이폴라 플레이트에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트에 존재하는 미세기공에 불소수지가 충전되는 제3단계; 상기 제3단계의 바이폴라 플레이트의 성형물이 드라이된 후 제거장치에 의해 바이폴라 플레이트의 가장자리 또는 표면에 존재하는 불소수지가 제거되는 제4단계; 및 상기 제4단계의 바이폴라 플레이트의 성형물이 소둔장치에 의해 열적 평형 상태를 가지도록 소둔되는 제5단계를 포함하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법이 제공된다.According to the present invention, the bipolar plate is a first step of being mounted to the vacuum impregnation device; A second step of preparing a fluororesin impregnation solution by mixing the viscosity adjusting solution with the fluororesin stock solution; A third step in which the fluorine resin impregnation liquid is injected into a vacuum impregnation device and vacuum impregnated in the bipolar plate to fill the micropores present in the bipolar plate; A fourth step of removing the fluororesin existing on the edge or surface of the bipolar plate by a removal device after the molding of the bipolar plate of the third step is dried; And a fifth step in which the molded product of the fourth step of the bipolar plate is annealed to have a thermal equilibrium state by the annealing apparatus.
따라서 본 발명에 의하면, 레독스 흐름전지에 구성되는 카본-흑연계 바이폴라 플레이트가 불소수지에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트의 미세 기공이 불소수지에 의해 충전된 상태를 가지도록 하여 우수한 전자의 이동성과 전해액에 대한 내부식성과 내고열성을 가지도록 할 수 있다. Therefore, according to the present invention, the carbon-graphite bipolar plate constituted in the redox flow battery is vacuum-impregnated in the fluorine resin so that the fine pores of the bipolar plate are filled with the fluorine resin, thereby providing excellent electron mobility and electrolyte. It can have corrosion resistance and high heat resistance.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 레독스 흐름전지의 구성을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 나타낸 도면; 및
도 3과 도 4는 각각 도 2의 제조방법에 따라 제조된 바이폴라 플레이트의 비저항과 내부식성 특성을 나타낸 그래프이다. 1 is a view showing the configuration of a redox flow battery is applied to the bipolar plate according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing a method of manufacturing a bipolar plate for a redox flow battery according to a preferred embodiment of the present invention; And
3 and 4 are graphs showing specific resistance and corrosion resistance characteristics of the bipolar plate manufactured according to the manufacturing method of FIG. 2, respectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 레독스 흐름전지의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법을 나타낸 도면이며, 도 3과 도 4는 각각 도 2의 제조방법에 따라 제조된 바이폴라 플레이트의 비저항과 내부식성 특성을 나타낸 그래프이다. 1 is a view showing the configuration of a redox flow battery is applied bipolar plate according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a method of manufacturing a bipolar plate for a redox flow battery according to a preferred embodiment of the present invention. 3 and 4 are graphs showing specific resistance and corrosion resistance characteristics of bipolar plates manufactured according to the manufacturing method of FIG. 2, respectively.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)가 적용된 레독스 흐름전지(100)는, 판형의 다층 구조로 이루어진 단위셀(110)과, 상기 단위셀(110)의 외곽 양면에 접합되며 판형으로 이루어진 한 쌍의 집전체(120)와, 상기 각 집전체(120)의 바깥면에 접합되며 판형으로 형성된 셀프레임(130)을 포함한다.First, as shown in FIG. 1, the
여기서, 상기 단위셀(110)은 각각 판형인 이온교환막(111), 양극(112), 음극(113) 및 바이폴라 플레이트(BP)를 포함하며, 이온교환막(111)을 중심으로 이온교환막(111) 양면에 양극(112) 및 음극(113)이 마주보며 접합되고 양극(112) 및 음극(113)의 바깥면에 바이폴라 플레이트(BP)가 접합되는 구조를 가진다. 즉, 각 양극(112) 및 음극(113)은 바이폴라 플레이트(BP)의 안쪽면에 부착되며, 이와 같이, 각각이 판형인 이온교환막(111), 양극(112), 음극(113) 및 바이폴라 플레이트(BP)가 다층 구조로 하나의 단위셀(110)을 이룬다. 상기 단위셀(110)에서 가수가 변하는 금속 이온의 산화환원반응이 이루어지며, 산화환원반응은 이온교환막(111)을 통해 양극(112) 및 음극(113)의 상호간 이루어지게 되며, 이러한 산화환원반응에 따라 전기가 발생한다. 이와 같이, 단위셀(110)의 양극(112) 및 음극(113)에서 전기가 발생하면, 상기 바이폴라 플레이트(BP)와 집전체(120)는 발생된 전기를 인출한다. Herein, the unit cell 110 includes a plate-shaped
또한, 상기 바이폴라 플레이트(BP)가 적용된 레독스 흐름전지(100)는, 양극탱크(140)와 음극탱크(150), 전해액 유입구(160) 및 전해액 유출구(170)를 더 포함하며, 양극탱크(140)와 음극탱크(150)는 필요한 경우 인출할 수 있도록 전해액을 저장한다. 여기서, 양극탱크(140)는 양극(112)에 제공하기 위한 양극 전해액을 저장하고, 음극탱크(150)는 음극(113)에 제공하기 위한 음극 전해액을 저장한다. 상기 양극탱크(140) 및 음극탱크(150)는, 각각 상기 단위셀(110)의 양극(112) 및 음극(113)에 대응하여 단위셀(110)의 좌우에 배치되며, 각각 전해액 유입구(160)와 전해액 유출구(170)를 통해 셀프레임(130)과 연결된다. In addition, the
한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지(100)용 바이폴라 플레이트(BP)는, 카본계 소재, 흑연계 소재, 수지 및 경화제가 배합된 상태에서 가열 및 압축되어 가로 400mm 내지 440mm, 세로 300mm 내지 340mm 및 두께 2mm 내지 4mm의 사각형상의 플레이트로 절단 성형되고, 이 상태에서 불소수지가 진공 함침되어 상기 성형물에 존재하는 미세기공이 불소수지에 의해 충전되며, 이후 상기 성형물의 표면에 존재하는 불소수지가 제거된 후 소정의 온도에서 소둔된다.On the other hand, as shown in Figures 1 to 4, the bipolar plate (BP) for the
여기서, 상기 바이폴라 플레이트(BP)는, 카본계 소재 25 내지 35 중량비, 흑연계 소재 45 내지 60 중량비, 수지 10 내지 20 중량비 및 경화제 5 내지 12 중량비를 포함하는 가로 1m 내외, 세로 1m 내외 및 두께 1m 내외의 육면체 형상의 성형물로 성형된 상태에서, 상기와 같이, 가로 400mm 내지 440mm, 세로 300mm 내지 340mm 및 두께 2mm 내지 4mm의 사각형상의 플레이트로 절단 성형되는 것이 좋다. Here, the bipolar plate BP is about 1 m in width, 1 m in length and 1 m in thickness including 25 to 35 weight ratio of carbon-based material, 45 to 60 weight ratio of graphite-based material, 10 to 20 weight ratio of resin, and 5 to 12 weight ratio of curing agent. In the state of being molded into a cube shape of the inside and outside, it is preferable to cut and shape into a rectangular plate of 400mm to 440mm horizontal, 300mm to 340mm vertical and 2mm to 4mm thick as described above.
보다 바람직하게는, 상기 카본계 소재는, 카본블랙, 하드카본, 소프트카본, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 및 열분해 탄소로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상을 포함할 수 있으며 입자크기는 10㎛ 이하인 것이 좋다. More preferably, the carbon-based material may include at least one or more from the group consisting of carbon black, hard carbon, soft carbon, petroleum coke, resin fired body, carbon fiber and pyrolytic carbon and the particle size is 10㎛ It is good to be the following.
또한, 상기 흑연계 소재는, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소 섬유 및 흑연화 메조카본마이크로비드로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상을 포함할 수 있으며 입자크기는 50㎛ 이하인 것이 좋다. In addition, the graphite-based material, may include at least one or more from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber and graphitized mesocarbon microbeads, the particle size is preferably 50㎛ or less.
또한, 상기 수지와 경화제는 상기 카본계 소재와 흑연계 소재가 가열 및 압축되어 플레이트한 형상을 유지하도록 하는 접착부재로 녹는점이 150℃ 이하인 것이 좋으며, 공지의 구성물 중 1종 이상을 포함할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. In addition, the resin and the curing agent is preferably an adhesive member for heating and compressing the carbon-based material and the graphite-based material to maintain a plated shape, and the melting point is 150 ° C. or less, and may include one or more kinds of known components. Detailed description will be omitted.
여기서, 상기 카본계 소재와 흑연계 소재가 상기 중량비들을 초과하는 경우에는 상기 수지 및 경화제에 의한 가공성 향상 효과가 미비해지고, 반대로 상기 중량비들에 미달하는 경우에는 전도도 향상효과가 충분하지 않게 된다. 또한, 상기 수지와 경화제가 상기 중량비들을 초과하는 경우에는 전도도 향상효과가 충분하지 않게 되고, 반대로 상기 중량비들을 미달하는 경우에는 상기 카본계 소재와 흑연계 소재에 의한 가공성 향상 효과가 미비해진다. Here, when the carbon-based material and the graphite-based material exceed the weight ratios, the effect of improving workability by the resin and the curing agent is inadequate, and on the contrary, when the carbon-based material and the graphite-based material fall below the weight ratios, the conductivity improving effect is not sufficient. In addition, when the resin and the curing agent exceed the weight ratios, the effect of improving conductivity is insufficient. On the contrary, when the weight ratios are less than the weight ratios, processability improvement effects by the carbon-based material and the graphite-based material are insufficient.
즉, 상기 바이폴라 플레이트(BP)는, 상기 카본계 소재, 흑연계 소재, 수지 및 경화제가 상기와 같은 중량비로 혼합된 후 150℃ 이상의 온도에서 150kgf/cm^3 이상의 압력 조건에서 가로 1m 내외, 세로 1m 내외 및 두께 1m 내외의 육면체 형상으로 제조되는 성형물이, 가로 420mm, 세로 320mm 및 두께 3mm의 사각형상의 플레이트로 절단 성형되는 것이 바람직하다.That is, the bipolar plate (BP) is, after the carbon-based material, graphite-based material, resin and the curing agent are mixed in the weight ratio as described above, at about 150 ℃ or more at a temperature of 150kgf / cm ^ 3 or more in the width of about 1m, vertical It is preferable that the molded product produced in the shape of a cube having a shape of about 1 m and a thickness of about 1 m is cut into a rectangular plate having a width of 420 mm, a length of 320 mm, and a thickness of 3 mm.
한편, 상기와 같은 바이폴라 플레이트(BP)는, 상기 카본계 소재와 흑연계 소재 및 수지의 입자 크기에 따른 미세기공(10㎛ 이하)이 무수히 존재하게 하지만, 상기와 같이, 불소수지에 진공 함침시 불소수지가 미세기공에 충전된다.On the other hand, in the bipolar plate (BP) as described above, the micro-pores (10㎛ or less) according to the particle size of the carbon-based material, graphite-based material and the resin is present innumerable, as described above, when vacuum-impregnated the fluorine resin Fluorine resin is filled in the micropores.
여기서, 상기 불소수지는, PTFE, PFA, FEP, ECTFE, PVDF, ETFE 등을 주성분으로 하며, 보다 바람직하게는, 강산과 고열에 내구성이 강하며 입자크기가 1 내지 3㎛ 이하인 PTFE를 주성분으로 하는 것이 좋다.Here, the fluorine resin is mainly composed of PTFE, PFA, FEP, ECTFE, PVDF, ETFE and the like, and more preferably, PTFE having a durability of strong acid and high temperature and having a particle size of 1 to 3 µm or less. It is good.
또한, 상기 불소수지는, 상기 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부에 형성된 미세기공까지 충전될 수 있도록 하는 점성도를 가지는 것이 좋다. 즉, 상기 불소수지는, 바이폴라 플레이트(BP)의 표면으로부터 중심부까지 침투하지 못하고 표면으로부터 소정거리 떨어진 부위에서 이미 과도하게 결정화되지 않는 하한계범위와 바이폴라 플레이트(BP)의 표면으로부터 중심부까지 침투되어도 결정화되지 않은 상한계범위 사이의 점성도를 가지는 것이 바람직하다.In addition, the fluorine resin, it is preferable to have a viscosity to be filled to the micro-pores formed in the center of the bipolar plate (BP). That is, the fluorine resin crystallizes even if it penetrates from the surface of the bipolar plate BP to the central part and does not penetrate excessively from the surface at a predetermined distance from the surface of the bipolar plate BP and penetrates from the surface of the bipolar plate BP to the central part. It is desirable to have a viscosity between the upper limit ranges.
이를 위하여, 상기 불소수지는, 액상의 불소수지 원액과 점성도 조절을 위한 보강제 또는 응고제 역할을 하는 규산알루미늄이나 식염수 등과 같은 점성 조절액이 몰비 1:1의 비율을 가지며 상기 불소수지 원액에 상기 불소수지 원액의 전체 무게에 대하여 중량비가 1:0.3 내지 1:0.7이 되도록 첨가되며, 이후, 상온에서 300 RPM 내지 500 RPM으로 회전하는 반응기 내에서 30분 정도 교반되는 과정을 통하여, 불소수지 원액의 점도 조절을 통하여 겔화의 속도가 조절되는 것이 바람직하다. To this end, the fluororesin is a liquid fluorine resin solution and a viscosity control solution such as aluminum silicate or saline, which serves as a reinforcing agent or coagulant for controlling viscosity, and has a molar ratio of 1: 1. The weight ratio is 1: 0.3 to 1: 0.7 with respect to the total weight of the stock solution, and then, after stirring for about 30 minutes in a reactor rotating at 300 RPM to 500 RPM at room temperature, viscosity control of the fluororesin stock solution The rate of gelation is preferably controlled through.
여기서, 상기 불소수지 원액과 점성 조절액의 혼합액(불소수지 함침액)은 상호간 몰비 1:1인 것이 바람직한데, 이는, 불소수지가 카본계 소재 또는 흑연계 소재와의 반응시 극대화된 촉매 역할을 가지도록 할 수 있다. 즉, 상호간 몰비 1:1이 되지 않는 경우 혼합액과 카본계 소재 또는 흑연계 소재와의 화학반응이 빠르게 일어나거나 또는 느리게 일어나게 되어 카본계 소재 또는 흑연계 소재의 중량비 혼합에 따른 겔화의 속도 조절이 원하는 대로 이루어지지 않게 된다. 즉, 상기와 같은 몰비를 가지지 않는 경우, 혼합액의 점성도가 너무 강하여 상기 혼합액이 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부까지 침투하지도 못한 상태에서 결정화되어 표면의 미세기공에만 불소수지 충전이 이루어지거나, 혼합액의 점성도가 너무 약하여 상기 혼합액이 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부까지 침투하더라도 결정화되지 못하여 표면의 미세기공에도 충전이 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로 상기 불소수지 원액과 점성 조절액이 몰비 1:1로 혼합되도록 하여 상기와 같은 문제점을 방지하는 것이 바람직하다. Here, the mixed solution (fluorine resin impregnation liquid) of the fluororesin stock solution and the viscosity control liquid is preferably a molar ratio of 1 to 1, which is, the fluorine resin plays a role of maximized catalyst when reacting with carbon-based or graphite-based materials You can have it. That is, when the molar ratio of 1: 1 is not mutual, chemical reaction between the mixed solution and the carbon-based or graphite-based material occurs quickly or slowly, so that the rate of gelation may be controlled by mixing the weight ratio of the carbon-based or graphite-based material. It won't work. That is, in the case of not having the molar ratio as described above, the viscosity of the mixed liquid is too strong to crystallize in the state that the mixed liquid does not penetrate to the center of the bipolar plate (BP), so that the fluorine resin is filled only in the micropores on the surface, or the viscosity of the mixed liquid Is so weak that even if the mixed solution penetrates to the center of the bipolar plate (BP) it may not be crystallized and may not be filled even in the micropores of the surface. Therefore, it is preferable to prevent the above problems by mixing the fluororesin stock solution and the viscosity control solution in a molar ratio of 1: 1.
한편, 상기 점성 조절액은, 상기 불소수지 원액의 전체 무게에 대하여 1 : 0.3 내지 1 : 0.7의 중량비를 가지면서 첨가되고 50℃ 내지 80℃의 온도에서 300 RPM 내지 500 RPM으로 회전하는 반응기 내에서 교반되는 경우, 상기 불소수지 원액이 적정한 점도를 가지는 젤라틴 구조를 가지도록 한다.On the other hand, the viscosity control liquid is added in a reactor having a weight ratio of 1: 0.3 to 1: 0.7 with respect to the total weight of the fluororesin stock solution and rotated at 300 RPM to 500 RPM at a temperature of 50 ℃ to 80 ℃ When stirred, the fluororesin solution has a gelatinous structure having an appropriate viscosity.
여기서, 상기 점성 조절액의 중량비가 불소수지 원액에 비하여 0.3 미만인 경우에는 불소수지 원액의 불소수지 성분이 수분에 의해 풀어지는 친수성으로 원활히 변화되지 못하여 불소수지 원액이 점도가 높은 젤라틴 구조를 가지게 되어 진공함침시 신속하게 겔화됨으로써, 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부까지 침투하지 못하고 표면으로부터 소정거리 떨어진 미세기공에서 이미 과도하게 결정화되어 표면의 미세기공에만 충전이 이루어 지게 된다. Here, when the weight ratio of the viscosity control liquid is less than 0.3 compared to the fluorine resin stock solution, the fluorine resin component of the fluorine resin stock solution does not change smoothly into hydrophilicity released by water, so that the fluororesin stock solution has a high viscosity gelatin structure and vacuum. By rapidly gelling during impregnation, it does not penetrate to the center of the bipolar plate (BP) and is already excessively crystallized in the micropores away from the surface by a predetermined distance, thereby filling only the micropores on the surface.
또한, 상기 점성 조절액의 중량비가 불소수지 원액에 비하여 0.7 초과인 경우에는 불소수지 원액의 불소수지 성분이 수분에 의해 풀어지는 친수성으로 쉽게 변화되어 불소수지 원액이 점도가 낮은 젤라틴 구조를 가지게 되어 진공함침시 겔화가 발생되지 않을 정도로 강도가 저하됨으로써, 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부까지 침투되어도 결정화되지 못하여 중심부 뿐만 아니라 표면의 미세기공에도 충전이 이루어지지 않게 된다. In addition, when the weight ratio of the viscosity control liquid is greater than 0.7 compared to the fluororesin solution, the fluorine resin component of the fluororesin solution is easily changed to hydrophilicity released by water, and thus the fluororesin solution has a low viscosity gelatin structure and vacuum. Since the strength is reduced to the extent that the gelation does not occur during impregnation, even when penetrated to the center of the bipolar plate (BP) is not crystallized, the filling is not made not only in the center but also the micropores on the surface.
따라서 상기 점성 조절액의 중량비는 상기 불소수지 원액의 전체 무게에 대하여 1 : 0.3 내지 1 : 0.7을 가지는 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the weight ratio of the viscosity adjusting liquid has 1: 0.3 to 1: 0.7 with respect to the total weight of the fluororesin stock solution.
즉, 상기 바이폴라 플레이트(BP)는, 상기 카본계 소재, 흑연계 소재 및 수지의 입자 크기에 따라 형성되는 미세기공에 불소수지의 진공 함침에 따라 불소수지가 충전됨으로써, 상기와 같은 레독스 흐름전지(100)에 적용시 강산과 내열성이 우수하여 장시간이 지나도 리크 현상이 발생되지 않도록 할 수 있다.That is, the bipolar plate BP is filled with the fluorine resin according to vacuum impregnation of the fluorine resin in the micropores formed according to the particle size of the carbon-based material, the graphite-based material and the resin, thereby providing a redox flow battery as described above. When applied to (100) it is excellent in strong acid and heat resistance can prevent the leakage phenomenon even after a long time.
한편, 상기와 같은 불소수지가 진공 함침된 바이폴라 플레이트(BP)는 내부의 미세기공 뿐만 아니라, 외부 겉표면에도 불소수지가 코팅된 상태로 존재하게 된다. On the other hand, the bipolar plate (BP) impregnated with the above-described fluorine resin is present in the state in which the fluorine resin is coated on the outer surface as well as the micropores therein.
이에, 상기 레독스 흐름전지(100)에 적용시 상기 바이폴라 플레이트(BP)는, 가장자리 부위 또는 표면이 불소수지가 코팅된 것과 같으므로 비저항이 커져 절연된 상태를 가지게 되어 전기적 도통이 불가능 하다. 이에, 상기와 같은 바이폴라 플레이트(BP)은, 표면에 존재하는 불소수지가 리무버 등과 같은 제거장치에 의해 제거되어 비저항이 최소화되고 전기적 도통이 가능한 상태를 가지게 된다.Thus, when applied to the
따라서 상술한 바에 따르면, 레독스 흐름전지(100)에 구성되는 카본-흑연계 바이폴라 플레이트(BP)가 불소수지에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트(BP)의 미세 기공이 불소수지에 의해 충전된 상태를 가지도록 함으로써, 우수한 전자의 이동성과 전해액에 대한 내부식성을 가지도록 할 수 있다. Therefore, as described above, the carbon-graphite-based bipolar plate (BP) of the
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트 제조방법은, 바이폴라 플레이트(BP)가 진공함침장치에 장착되는 제1단계, 불소수지 원액에 점성 조절액이 혼합되어 불소수지 함침액이 제조되는 제2단계, 상기 불소수지 함침액이 진공함침장치에 주입되어 상기 바이폴라 플레이트(BP)가 1시간 내지 2시간 동안 50℃ 내지 80℃의 온도와 약 10^-4 Torr 이하의 진공 압력 상태에서 진공 함침되어 바이폴라 플레이트(BP)에 존재하는 미세기공에 불소수지가 충전되는 제3단계, 상기 제3단계의 바이폴라 플레이트(BP)가 5분 내지 10분 동안 80℃ 내지 100℃의 온도에서 드라이된 후 제거장치에 의해 바이폴라 플레이트(BP)의 가장자리 또는 표면에 존재하는 불소수지가 제거되는 제4단계 및 상기 제4단계의 바이폴라 플레이트(BP)의 성형물이 소둔장치에 의해 350℃ 내지 380℃에서 열적 평형 상태를 가지도록 소둔되는 제5단계를 포함한다.On the other hand, as shown in Figures 2 to 4, the bipolar plate manufacturing method for a redox flow battery according to a preferred embodiment of the present invention, the first step, the bipolar plate (BP) is mounted on a vacuum impregnation device, a fluororesin stock solution The second step in which a fluororesin impregnation solution is prepared by mixing a viscosity control liquid in the second step, the fluororesin impregnation solution is injected into a vacuum impregnation device so that the bipolar plate (BP) at a temperature of 50 ℃ to 80 ℃ for 1 hour to 2 hours And a third step in which the fluorine resin is filled in the micropores present in the bipolar plate BP by vacuum impregnation at a vacuum pressure of about 10 ^ -4 Torr or less, and the bipolar plate BP of the third step is 5 minutes to After drying at a temperature of 80 ° C to 100 ° C for 10 minutes, the fluororesin existing on the edge or surface of the bipolar plate BP is removed by the removal device. This is polar plate (BP) molded article comprises a fifth step in which annealing to have a thermal equilibrium at 350 ℃ to 380 ℃ by annealing apparatus.
상기 제1단계의 바이폴라 플레이트(BP)는, 카본계 소재, 흑연계 소재, 수지 및 경화제가 배합된 상태에서 가열 및 압축되어 가로 1m 내외, 세로 1m 내외 및 두께 1m 내외의 육면체 형상의 성형물로 제조된 상태에서, 상기 레독스 흐름전지(100)에 적용이 용이한 크기를 가지도록 절단장치를 통하여 가로 400mm 내지 440mm, 세로 300mm 내지 340mm 및 두께 2mm 내지 4mm의 사각형상의 플레이트로 절단 성형된 것이 바람직하다. The bipolar plate BP of the first step is heated and compressed in a state in which a carbon-based material, a graphite-based material, a resin, and a curing agent are mixed to prepare a molded article having a cube shape having a width of about 1m, a length of about 1m, and a thickness of about 1m. In the state, it is preferable to cut and formed into a rectangular plate of 400mm to 440mm, 300mm to 340mm and 2mm to 4mm thick through the cutting device to have a size that is easy to apply to the
또한, 상기 바이폴라 플레이트(BP)는, 카본계 소재 25 내지 35 중량비, 흑연계 소재 45 내지 60 중량비, 수지 10 내지 20 중량비 및 경화제 5 내지 12 중량비를 포함한다.In addition, the bipolar plate BP includes 25 to 35 weight ratio of carbon-based material, 45 to 60 weight ratio of graphite-based material, 10 to 20 weight ratio of resin, and 5 to 12 weight ratio of curing agent.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)는, 상기와 같이 카본계 및 흑연계 소재에 수지 및 경화제가 배합 성형된 것을 설명하고 있으나, 본 발명의 바이폴라 플레이트(BP)는, 공개특허 10-2012-0121568호 등에 개시된 바 있는 카본계 및 흑연계 소재에 금속계 소재가 복합적으로 배합 성형된 것이어도 무방하다.Here, the bipolar plate (BP) according to a preferred embodiment of the present invention, but the resin and the curing agent is molded and molded in the carbon-based and graphite-based materials as described above, the bipolar plate (BP) of the present invention, disclosed The metal-based material may be compounded and molded into a carbon-based and graphite-based material disclosed in Patent 10-2012-0121568 or the like.
상기 제1단계는, 진공함침장치에 상기 바이폴라 플레이트(BP)의 진공함침을 위한 준비단계로, 상기 진공함침장치는 상기 바이폴라 플레이트(BP)가 수용 가능한 부피를 가지는 것이 바람직하며, 진공조절장치와 온도조절장치 및 압력조절장치 등에 의해 함침 조건이 제어되는 것이 바람직하다.The first step is a preparation step for vacuum impregnation of the bipolar plate (BP) in the vacuum impregnation device, the vacuum impregnation device preferably has a volume that can accommodate the bipolar plate (BP), and the vacuum control device and It is preferable that the impregnation conditions are controlled by a thermostat, a pressure regulator, or the like.
상기 제2단계는, 상기 진공함침장치에 주입되어 바이폴라 플레이트(BP)에 존재하는 미세기공에 불소수지가 충전되도록 하는 불소수지 함침액을 제조하는 단계로, 상기 불소수지 함침액은, 상기 진공함침장치에 장착된 바이폴라 플레이트(BP)의 표면으로부터 내부 중심부까지 침투되어 상기 성형물에 존재하는 미세기공을 모두 충전되도록 하는 점성도를 가지는데, 이를 위하여, 액상의 불소수지 원액과 점성도 조절을 위한 보강제 또는 응고제 역할을 하는 규산알루미늄 또는 식염수 또는 증류수 중 적어도 어느 하나를 포함하는 점성 조절액이 몰비 1:1의 비율로 불소수지 원액의 전체 무게에 대하여 중량비가 1:0.3 내지 1:0.7이 되도록 첨가되는 단계 및 상온에서 300 RPM 내지 500 RPM으로 회전하는 반응기 내에서 30분 정도 교반되는 과정을 통하여 제조된다.The second step is to prepare a fluorine resin impregnation solution is injected into the vacuum impregnation device to fill the fluorine resin in the micropores present in the bipolar plate (BP), the fluorine resin impregnation liquid, the vacuum impregnation It has a viscosity that penetrates from the surface of the bipolar plate (BP) mounted on the device to the inner center to fill all the micropores present in the molding. For this purpose, a liquid fluororesin solution and a reinforcing agent or coagulant for controlling viscosity Adding a viscosity adjusting liquid comprising at least one of aluminum silicate, saline or distilled water, which serves as a weight ratio of 1: 0.3 to 1: 0.7 with respect to the total weight of the fluororesin solution at a molar ratio of 1: 1; and It is prepared through a process that is stirred for about 30 minutes in a reactor rotating at room temperature from 300 RPM to 500 RPM.
여기서, 상기 액상의 불소수지 원액은, PTFE, PFA, FEP, ECTFE, PVDF, ETFE 등을 주성분으로 하며, 보다 바람직하게는, 강산과 고열에 내구성이 강하며 입자크기가 1 내지 3㎛ 이하인 PTFE(테프론)를 주성분으로 하는 것이 좋다.Here, the liquid fluorine resin stock solution is mainly composed of PTFE, PFA, FEP, ECTFE, PVDF, ETFE and the like, and more preferably, PTFE having a durability of strong acid and high temperature and having a particle size of 1 to 3 µm or less. Teflon) as a main ingredient is good.
상기 제3단계는, 상기 제2단계의 불소수지 함침액이 진공함침장치에 주입되어 바이폴라 플레이트(BP)에 존재하는 미세기공이 불소수지에 의해 충전되도록 하는 단계로, 상기 불소수지 함침액이 진공함침장치에 주입된 후 진공조절장치와 온도조절장치 및 압력조절장치 등에 의해 함침 조건이 50℃ 내지 80℃의 온도와 약 10^-4 Torr 이하의 진공압력 상태로 설정된 상태에서, 상기 바이폴라 플레이트(BP)가 1시간 내지 2시간 동안 진공 함침된다.In the third step, the fluorine resin impregnation liquid of the second step is injected into a vacuum impregnation device so that the micropores present in the bipolar plate BP are filled with the fluorine resin. After the injection into the impregnation device, the bipolar plate (with the impregnation conditions set at a temperature of 50 ° C to 80 ° C and a vacuum pressure of about 10 ^ -4 Torr or less by a vacuum controller, a temperature controller, a pressure controller, etc.) BP) is vacuum impregnated for 1 to 2 hours.
여기서, 상기 함침 조건 즉, 함침 시간과 온도 및 진공압력 상태의 경우, 단순히 수치를 한 것이 아니라, 상기 불소수지 함침액이 바이폴라 플레이트(BP)의 표면으로부터 중심부까지 침투하지 못하고 표면으로부터 소정거리 떨어진 부위에서 이미 과도하게 결정화되지 않는 하한계범위와 바이폴라 플레이트(BP)의 표면으로부터 중심부까지 침투되어도 결정화되지 않은 상한계범위 사이의 점성도를 가지도록 하여, 즉, 상기 바이폴라 플레이트(BP)의 중심부에 형성된 미세기공까지 충전될 수 있도록 하는 점성도를 지속적으로 유지하도록 하기 위한 것이다. Here, in the case of the impregnation conditions, that is, the impregnation time, temperature and vacuum pressure, the numerical value is not simply measured, but the fluororesin impregnation liquid does not penetrate from the surface of the bipolar plate BP to the center and is a predetermined distance from the surface. In order to have a viscosity between the lower limit range that is not already excessively crystallized and the upper limit range that is not crystallized even if penetrated from the surface of the bipolar plate (BP) to the center, that is, the fine formed in the center of the bipolar plate (BP) The purpose is to maintain the viscosity to allow the filling up to the pores.
따라서 상기 제3단계 의하면, 바이폴라 플레이트(BP)의 표면과 내부 중심부까지 존재하는 미세기공들은 상기 불소수지 함침액에 포함된 불소수지에 의해 모두 충전된 상태를 가지게 되고, 이에 상기와 같은 레독스 흐름전지(100)에 바이폴라 플레이트(BP) 타입으로 적용시 강산과 내열성이 우수하여 장시간이 지나도 리크 현상이 발생되지 않도록 할 수 있다.Therefore, according to the third step, the micropores existing to the surface and the inner center of the bipolar plate (BP) are all filled with the fluorine resin contained in the fluorine resin impregnation liquid, such redox flow When applied as a bipolar plate (BP) type to the
상기 제4단계는, 상기 제3단계의 함침 공정에 의해 바이폴라 플레이트(BP)의 겉표면에 부착 또는 전착된 불소수지를 제거하는 단계로, 상기 제3단계의 바이폴라 플레이트(BP)가 5분 내지 10분 동안 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조되도록 한 후 제거장치를 통해 바이폴라 플레이트(BP)의 가장자리 또는 표면에 부착 또는 전착된 불소수지를 긁어(scratch)내거나 벗겨(peel)내어, 표면의 비저항을 최소화하여 전기적 도통이 가능한 상태를 가지게 한다.The fourth step is to remove the fluorine resin attached or electrodeposited to the outer surface of the bipolar plate (BP) by the impregnation process of the third step, the bipolar plate (BP) of the third step is 5 minutes to Allow to dry at a temperature of 80 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes, and then scrape or peel off the fluorine resin attached or electrodeposited to the edge or surface of the bipolar plate BP through a removal device, thereby resisting the surface resistivity. To minimize electrical conduction.
상기 제5단계는, 상기 제4단계의 바이폴라 플레이트(BP)가 소둔장치에 의해 350℃ 내지 380℃에서 열적 평형 상태를 가지도록 하는 단계로, 공지의 공정이므로 상세한 설명은 생략한다.The fifth step is a step in which the bipolar plate BP of the fourth step has a thermal equilibrium at 350 ° C. to 380 ° C. by an annealing device, and thus a detailed description thereof will be omitted.
이하, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시예의 제조방법에 의해 제조된 바이폴라 플레이트(BP)와 독일의 'S'사의 제품인 카본-흑연 복합계 바이폴라 플레이트에 있어서 각각의 비저항과 내부식성 특성을 각각 실시예와 비교예로 대조하여 설명하기로 한다.3 and 4, in the bipolar plate (BP) produced by the manufacturing method of the preferred embodiment of the present invention as described above and in the carbon-graphite composite bipolar plate manufactured by the German company 'S' Each of the specific resistance and the corrosion resistance characteristics will be described by contrast with the examples and the comparative examples, respectively.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)의 표면의 비저항값은 0.03763mOhm/cm 으로 측정되었고, 비교예에 따른 바이폴라 플레이트의 표면의 비저항값은 0.03657mOhm/cm 으로 측정되었다.First, as shown in Figure 3, the specific resistance value of the surface of the bipolar plate (BP) according to an embodiment of the present invention was measured to 0.03763mOhm / cm, the specific resistance value of the surface of the bipolar plate according to the comparative example is 0.03657mOhm It was measured in / cm.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)가 비교예에 따른 바이폴라 플레이트 보다 비저항값이 상대적으로 크게 측정되었으나, 이는, 상기 실시예의 바이폴라 플레이트(BP)의 표면에 존재하는 미세기공에 불소수지가 함침되어 충전된 것에 의한 것이며, 이 정도의 비저항값의 경우 전자 전도성에 현저한 차이를 나타내지 않는다.That is, the bipolar plate (BP) according to the embodiment of the present invention was measured to have a relatively high resistivity value than the bipolar plate according to the comparative example, which is, fluorine in the micropores present on the surface of the bipolar plate (BP) of the embodiment This is because the resin is impregnated and filled, and in the case of this specific resistance value, there is no significant difference in electronic conductivity.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)의 표면의 비저항값은, 표면에 존재하는 미세기공에 불소수지가 함침 충전되더라도, 전자 전도성에 대한 차이를 거의 유도하지 않아 레독스 흐름전지(100)에 적용되더라도 에너지 효율에 큰 영향을 미치지 않게 된다.Thus, the specific resistance value of the surface of the bipolar plate (BP) according to an embodiment of the present invention, even if the fluorine resin impregnated and filled in the micropores present on the surface, hardly induces a difference in the electron conductivity, redox flow battery ( 100 does not significantly affect energy efficiency.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)의 표면의 내부식성은 Log<I>의 값이 0.83*10^-7A/cm^2 으로 측정되었고, 비교예에 따른 바이폴라 플레이트의 표면의 내부식성은 Log<I>의 값이 1.85*10^-7A/cm^2 으로 측정되었다.On the other hand, as shown in Figure 4, the corrosion resistance of the surface of the bipolar plate (BP) according to an embodiment of the present invention, the value of Log <I> was measured as 0.83 * 10 ^ -7A / cm ^ 2, compared Corrosion resistance of the surface of the bipolar plate according to the example was measured to have a Log <I> value of 1.85 * 10 ^ -7A /
여기서, 상기 내부식성 특성 평가 수행은, reference electrode로는 SCE(Saturated Calomel Electrode)를 사용하였고, counter electrode는 백금(Pt)을 사용하여 3전극 셀을 제조하였으며, 수계전해질(H2SO4)을 이용하여 polarization test를 실시하여 I_corr값을 측정하는 과정을 포함한다. Here, the corrosion resistance performance evaluation, SCE (Saturated Calomel Electrode) was used as a reference electrode, a three-electrode cell was prepared using platinum (Pt), and a polarization test using an aqueous electrolyte (H2SO4). It includes the process of measuring the I_corr value by performing.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)가 비교예에 따른 바이폴라 플레이트 보다 내부식성이 상대적으로 작게 측정된 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the corrosion resistance of the bipolar plate BP according to the embodiment of the present invention is relatively smaller than that of the bipolar plate according to the comparative example.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(BP)의 내부식성은, 표면 및 중심부에 존재하는 미세기공에 불소수지가 함침 충전됨에 따라, 강산과 고열에 대한 내구성을 가지게 되어 내부식성이 우수하다는 것을 알 수 있다.Thus, the corrosion resistance of the bipolar plate (BP) according to an embodiment of the present invention, as the fluorine resin is impregnated and filled in the micropores present in the surface and the center, has a strong acid and durability against high heat and excellent corrosion resistance It can be seen that.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 바이폴라 플레이트가 바이폴라 플레이트 성형물로부터 해당 크기와 두께로 절단 성형된 후 불수수지가 함침되도록 하고 있으나, 변형예 등에서는, 상기 바이폴라 플레이트 성형물에 불소수지가 함침되도록 하고, 이어서, 상기 성형물의 표면에 존재하는 불소수지가 제거되도록 한 후, 해당 크기와 두께로 절단 성형되도록 하여, 불소수지의 제거 단계가 보다 용이하게 하여도 좋으며, 이는 통상의 기술자에게는 현저성을 가질 수 없으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. On the other hand, in the preferred embodiment of the present invention, the bipolar plate is cut and molded from the bipolar plate molding to the corresponding size and thickness, so that the insoluble resin is impregnated, but in the modified example, the bipolar plate molding so that the fluororesin is impregnated Then, the fluorine resin present on the surface of the molding may be removed, and then cut and molded into the corresponding size and thickness, so that the step of removing the fluorine resin may be easier. Since it cannot have a detailed description thereof will be omitted.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다. Although the present invention has been described with reference to the specific embodiments, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the invention is not to be determined by the embodiments described, but should be determined by equivalents of the claims and the claims.
Claims (9)
불소수지 원액에 점성 조절액이 혼합되어 불소수지 함침액이 제조되는 제2단계;
상기 불소수지 함침액이 진공함침장치에 주입되고 상기 바이폴라 플레이트에 진공 함침되어 바이폴라 플레이트에 존재하는 미세기공에 불소수지가 충전되는 제3단계;
상기 제3단계의 바이폴라 플레이트의 성형물이 드라이된 후 제거장치에 의해 바이폴라 플레이트의 가장자리 또는 표면에 존재하는 불소수지가 제거되는 제4단계; 및
상기 제4단계의 바이폴라 플레이트의 성형물이 소둔장치에 의해 열적 평형 상태를 가지도록 소둔되는 제5단계를 포함하고,
상기 바이폴라 플레이트는,
카본계 소재 25 내지 35 중량비, 흑연계 소재 45 내지 60 중량비, 수지 10 내지 20 중량비 및 경화제 5 내지 12 중량비를 포함하며,
상기 불소수지 함침액은,
액상의 불소수지 원액과 점성도 조절을 위한 보강제 또는 응고제 역할을 하는 점성 조절액이 몰비 1:1의 비율로 상기 불소수지 원액에 상기 불소수지 원액의 전체 무게에 대하여 중량비가 1:0.3 내지 1:0.7이 되도록 첨가되는 단계; 및
상온에서 300 RPM 내지 500 RPM으로 회전하는 반응기 내에서 30분 정도 교반되는 단계를 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.A first step of mounting the bipolar plate to the vacuum impregnation apparatus;
A second step of preparing a fluororesin impregnation solution by mixing the viscosity adjusting solution with the fluororesin stock solution;
A third step in which the fluorine resin impregnation liquid is injected into a vacuum impregnation device and vacuum impregnated in the bipolar plate to fill the micropores present in the bipolar plate;
A fourth step of removing the fluororesin existing on the edge or surface of the bipolar plate by a removal device after the molding of the bipolar plate of the third step is dried; And
And a fifth step of annealing the molding of the bipolar plate of the fourth step to have a thermal equilibrium state by an annealing device.
The bipolar plate,
25 to 35 weight ratio of carbon-based material, 45 to 60 weight ratio of graphite-based material, 10 to 20 weight ratio of resin, and 5 to 12 weight ratio of curing agent,
The fluorine resin impregnation liquid,
A liquid fluorine resin solution and a viscosity modifier serving as a reinforcing agent or coagulant for controlling viscosity are 1: 0.3 to 1: 0.7 weight ratio of the total weight of the fluororesin solution to the fluororesin solution at a molar ratio of 1: 1. Added to be; And
Method for producing a bipolar plate for a redox flow battery, characterized in that it is prepared through a step of stirring for about 30 minutes in a reactor rotating at 300 RPM to 500 RPM at room temperature.
1시간 내지 2시간 동안 50℃ 내지 80℃의 온도와 10^-4 Torr 이하의 진공 압력 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the third step,
Method for producing a bipolar plate for redox flow battery, characterized in that made for 1 hour to 2 hours at a temperature of 50 ℃ to 80 ℃ and a vacuum pressure of less than 10 ^ -4 Torr.
5분 내지 10분 동안 80℃ 내지 100℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the dry of the fourth step,
Method for producing a bipolar plate for a redox flow battery, characterized in that made for 5 to 10 minutes at a temperature of 80 ℃ to 100 ℃.
350℃ 내지 380℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the annealing of the fifth step,
Method for producing a bipolar plate for a redox flow battery, characterized in that made at 350 ℃ to 380 ℃.
가로 400mm 내지 440mm, 세로 300mm 내지 340mm 및 두께 2mm 내지 4mm의 사각형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레독스 흐름전지용 바이폴라 플레이트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the bipolar plate,
Method for producing a bipolar plate for redox flow battery, characterized in that it has a rectangular shape of 400mm to 440mm, 300mm to 340mm in length and 2mm to 4mm in thickness.
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