KR101743924B1 - Carbon fiber felt integrated bipolar plate for batteries and method for manufacturing same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소섬유 복합재료 시트와 탄소섬유 펠트 각각의 탄소섬유가 접촉되도록 접합되어 있는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 분리판은 탄소섬유강화 복합재료의 양쪽 표면에 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 적층한 후, 탄소섬유강화 복합재료 시트의 탄소섬유와 한 쌍의 탄소섬유 펠트의 탄소섬유가 접촉되도록 고분자 기지에 의하여 탄소섬유강화 복합재료 시트와 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 접합하여 제조한다. 본 발명에 의하면, 탄소섬유강화 복합재료 시트와 탄소섬유 펠트 각각의 탄소섬유가 접촉되도록 고분자 수지에 의하여 탄소섬유 펠트가 일체형으로 접합되어 전기전도도를 향상시킬 수 있다. 또한, PEMFC, RFB 등과 같은 전지의 스택에서 접촉저항의 감소로 인하여 전류손실이 줄어 효율을 향상시킬 수 있는 유용한 효과가 있다. Disclosed is a separator for a carbon fiber felt integrated type cell wherein a carbon fiber composite material sheet and a carbon fiber felt of each of the carbon fiber materials are in contact with each other so as to be in contact with each other. The separator of the present invention is characterized in that a pair of carbon fiber felt is laminated on both surfaces of a carbon fiber reinforced composite material and then a carbon fiber reinforced composite material sheet And a pair of carbon fiber felt is bonded to the carbon fiber-reinforced composite material sheet. According to the present invention, the carbon fiber felts are integrally bonded by the polymer resin so that the carbon fibers of the carbon fiber-reinforced composite sheet and the carbon fiber felt are in contact with each other, thereby improving the electrical conductivity. In addition, there is a useful effect that the current loss is reduced due to the reduction of the contact resistance in a stack of cells such as PEMFC, RFB, etc., thereby improving efficiency.

Description

탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법{CARBON FIBER FELT INTEGRATED BIPOLAR PLATE FOR BATTERIES AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon fiber felt integrated type battery,

본 발명은 전지용 분리판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유 복합재료 시트와 탄소섬유 펠트 각각의 탄소섬유가 접촉되도록 접합되어 있는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator plate for a battery, and more particularly, to a separator plate for a carbon fiber felt integrated battery in which carbon fiber composite sheets and carbon fiber felt are bonded to each other to be in contact with each other.

최근 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 신재생에너지(New renewable energy)는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다. 신재생에너지의 원활한 사용을 위하여 연료전지(Fuel cell)와 에너지 저장 시스템(Energy storage system)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 대표적인 연료전지는 고분자 전해질 연료전지(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)가 있고, 에너지 저장 시스템은 이차전지(Secondary cell)의 하나로 레독스 흐름 전지(Redox flow battery, RFB)가 있다. Recently, renewable energy, which uses fossil fuels to transform or convert renewable energy including sunlight, water, geothermal, and bio-organisms, has become increasingly important because of the instability of oil prices and the regulation response of the climate change convention . Fuel cells and energy storage systems have been actively developed for the smooth use of renewable energy. A representative fuel cell is a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), and the energy storage system is a secondary cell, a redox flow battery (RFB).

미국 특허 제7,862,922호 "연료전지용 고분자 전해질막 및 이것을 포함하는 연료전지 시스템(Polymer electrolyte membrane for fuel cell and fuel cell system comprising same)"과 미국 특허 제7,901,836호 "고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte fuel cell)"이 개시되어 있다. 이 특허 문헌들에 개시되어 있는 PEMFC의 스택(Stack)은 기본적으로 복수의 단위전지(Unit cell/Single cell)들과 두 개의 엔드플레이트(End plate)들로 구성되어 있다. U.S. Patent No. 7,862,922 entitled " Polymer electrolyte membrane for a fuel cell and a fuel cell system comprising same "and U.S. Patent No. 7,901,836" Polymer electrolyte fuel cell " " The stack of the PEMFC disclosed in these patent documents basically consists of a plurality of unit cells and two end plates.

PEMFC의 단위전지는 양극(Anode), 음극(Cathode), 고분자 전해질막(Polymer electrolyte membrane), 두 개의 가스확산층(Gas diffusion layer, GDL)들, 복수의 개스킷(Gasket)들과 두 개의 분리판들로 구성되어 있다. 분리판은 전기저항이 낮고, 내화학성(Chemical resistance)과 기계적 물성이 높으며, 수소와 산소의 누설을 방지하기 위하여 가스투과율이 낮아야 한다. 또한, 인접하는 두 분리판들 사이의 전기접촉저항(Electrical contact resistance)이 낮아야 한다. 분리판의 재료는 흑연(Graphite), 팽창 카본(Expanded carbon), 스테인리스스틸(Stainless steel)로 구성되거나 고분자 기지(Polymer matrix)에 카본입자, 흑연입자를 첨가한 고분자 기지 복합재료(Polymer matrix composite)가 사용되고 있다. 섬유강화 복합재료(Fiber reinforced composite material), 특히 일방향 탄소섬유 복합재료(Unidirectional carbon fiber composite)의 분리판은 그 표면에 잉여되어 있는 잉여 고분자 기지에 의하여 접촉저항이 크게 된다.The unit cell of the PEMFC includes an anode, a cathode, a polymer electrolyte membrane, two gas diffusion layers (GDLs), a plurality of gaskets and two separators . The separator has low electrical resistance, high chemical resistance and mechanical properties, and low gas permeability to prevent leakage of hydrogen and oxygen. Also, the electrical contact resistance between two adjacent separator plates should be low. The material of the separator plate is made of graphite, expanded carbon, stainless steel, or a polymer matrix composite in which carbon particles and graphite particles are added to a polymer matrix, Is used. Fiber reinforced composite materials, especially unidirectional carbon fiber composite separators, have a large contact resistance due to the surplus polymer matrix surplus on the surface.

한국 등록특허 제10-1353354호 "연료전지용 섬유강화 복합재료 분리판의 표면처리 방법"은 접촉저항의 감소를 위하여 섬유강화 복합재료의 표면에 잉여되어 있는 잉여 고분자 기지층을 불꽃에 의하여 가열하여 탄화시킨 탄화층을 형성하고 있다. 한편, 잉여 고분자 기지층은 플라스마 처리(Plasma treatment)에 의하여 탄화시키고도 있다. 그러나 불꽃의 가열이나 플라스마 처리에 의한 잉여 고분자 기지층의 탄화는 분리판의 제조 공정을 복잡하게 하여 분리판의 생산성을 저하시키게 된다. Korean Patent No. 10-1353354 entitled " Method for surface treatment of a fiber-reinforced composite separator for a fuel cell "discloses a method for reducing the contact resistance by heating a surplus polymer base layer surplus on the surface of a fiber- To form a carbonized layer. On the other hand, the excess polymer matrix may be carbonized by plasma treatment. However, carbonization of the surplus polymer matrix by heating the flame or plasma treatment complicates the production process of the separation plate, thereby deteriorating the productivity of the separation plate.

본 발명은 상기와 같은 종래 전지용 분리판의 여러 가지 문제를 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 탄소섬유강화 복합재료 시트와 탄소섬유 펠트 각각의 탄소섬유가 접촉되도록 일체형으로 접합되어 전기전도도를 향상시킬 수 있는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention is intended to solve various problems of the separator for a conventional battery as described above. It is an object of the present invention to provide a separator for a carbon fiber felt integrated type battery which can be integrally joined so that the carbon fibers of the carbon fiber-reinforced composite sheet and the carbon fiber felt are in contact with each other to improve electrical conductivity.

본 발명의 또 따른 목적은, 전지의 스택에서 접촉저항의 감소로 인하여 전류손실이 줄어 효율을 향상시킬 수 있는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a separator for a carbon fiber felt integrated battery capable of improving efficiency by reducing a current loss due to a reduction in contact resistance in a stack of a battery, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판의 제조 방법은, 탄소섬유가 고분자 기지에 고정되어 있는 탄소섬유강화 복합재료 시트를 준비하는 단계와; 탄소섬유강화 복합재료의 양쪽 표면에 탄소섬유로 이루어지는 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 적층하는 단계와; 탄소섬유강화 복합재료 시트의 탄소섬유와 한 쌍의 탄소섬유 펠트의 탄소섬유가 접촉되도록 고분자 기지에 의하여 탄소섬유강화 복합재료 시트와 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 접합하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a separator for a carbon fiber felt integrated cell. A method of manufacturing a separator for a carbon fiber felt integrated cell according to the present invention comprises the steps of: preparing a carbon fiber-reinforced composite sheet having carbon fibers fixed on a polymer matrix; Stacking a pair of carbon fiber felt made of carbon fibers on both surfaces of the carbon fiber reinforced composite material; Bonding the carbon fiber-reinforced composite material sheet to the carbon fiber-reinforced composite material sheet by a polymer matrix so that the carbon fiber of the carbon fiber-reinforced composite material sheet is in contact with the carbon fiber of the pair of carbon fiber felt.

본 발명의 다른 측면에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판은, 탄소섬유가 고분자 기지에 고정되어 있는 탄소섬유강화 복합재료 시트와; 탄소섬유강화 복합재료 시트의 양쪽 표면 각각에 적층되어 있으며, 탄소섬유강화 복합재료 시트의 탄소섬유에 그 탄소섬유가 접촉되도록 고분자 기지에 의하여 탄소섬유강화 복합재료 시트와 접합되어 있는 탄소섬유 펠트를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a separator for a carbon fiber-reinforced polymer battery, comprising: a carbon fiber-reinforced composite sheet having carbon fibers fixed on a polymer matrix; A carbon fiber reinforced composite material sheet laminated on each of both surfaces of the carbon fiber reinforced composite material sheet and including a carbon fiber felt bonded to the carbon fiber reinforced composite material sheet by a polymer matrix so that the carbon fiber is brought into contact with the carbon fiber of the carbon fiber- do.

본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법은, 탄소섬유강화 복합재료 시트와 탄소섬유 펠트 각각의 탄소섬유가 접촉되도록 고분자 수지에 의하여 탄소섬유 펠트가 일체형으로 접합되어 전기전도도를 향상시킬 수 있다. 또한, PEMFC, RFB 등과 같은 전지의 스택에서 접촉저항의 감소로 인하여 전류손실이 줄어 효율을 향상시킬 수 있는 유용한 효과가 있다. The separator for a carbon fiber felt integrated cell and the method for manufacturing the same according to the present invention are characterized in that a carbon fiber felt is integrally bonded by a polymer resin so that the carbon fiber of each of the carbon fiber reinforced composite material sheet and the carbon fiber felt is brought into contact, . In addition, there is a useful effect that the current loss is reduced due to the reduction of the contact resistance in a stack of cells such as PEMFC, RFB, etc., thereby improving efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 전지용 분리판을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지용 분리판을 부분적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지용 분리판의 제조 방법에 대한 일례를 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전지용 분리판의 제조 방법에 대한 다른 예를 설명하기 위하여 나타낸 도면이다. 1 is a perspective view showing a separator for a battery according to the present invention.
2 is a partial cross-sectional view showing a separator for a battery according to the present invention.
3 is a view illustrating an example of a method of manufacturing a separator for a battery according to the present invention.
4 is a view illustrating another example of a method of manufacturing a separator for a battery according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판 및 그 제조 방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a separator for a carbon fiber-felted integrated battery and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판(10)은 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면 각각에 한 쌍의 탄소섬유 펠트(30, 32)들이 일체형으로 접합되어 구성된다. 탄소섬유 펠트(30, 32)들은 PEMFC의 가스확산층이나 RFB의 전극으로 사용될 수 있다. 1 and 2, a separation plate 10 for a carbon fiber-felted integrated battery according to the present invention includes a pair of carbon fiber felts 30 and 32 Are integrally joined to each other. The carbon fiber felts 30 and 32 may be used as a gas diffusion layer of a PEMFC or an RFB electrode.

탄소섬유강화 복합재료 시트(20)는 복수의 탄소섬유(22)들이 고분자 기지(24)에 의하여 고정되어 구성된다. 탄소섬유(22)들은 탄소장섬유(Carbon long fiber)로 구성될 수 있다. 고분자 기지(24)는 열경화성 수지(Thermosetting resin)나 열가소성 수지(Thermoplastic resin)로 구성될 수 있다. 전기전도도의 증가 및 기계적 성질의 향상을 위하여 비금속 전도성 분말(26)이 고분자 기지(24)에 혼합될 수 있다. 비금속 전도성 분말(26)은 카본 블랙(Carbon black), 카본 나노 튜브(Carbon nanotube), 그래핀(Graphene) 등으로 구성될 수 있다. 탄소섬유 펠트(30, 32)들 각각은 탄소섬유(34)의 무작위 배열이나 일방향 배열에 의하여 구성될 수 있다. The carbon fiber-reinforced composite material sheet (20) is constituted by fixing a plurality of carbon fibers (22) by a polymer matrix (24). The carbon fibers 22 may be composed of carbon long fibers. The polymer matrix 24 may be composed of a thermosetting resin or a thermoplastic resin. The non-metallic conductive powder 26 may be mixed with the polymer matrix 24 to increase the electrical conductivity and improve the mechanical properties. The non-metallic conductive powder 26 may be composed of carbon black, carbon nanotubes, graphene, or the like. Each of the carbon fiber felts 30, 32 may be constituted by a random arrangement or a unidirectional arrangement of the carbon fibers 34.

고분자 기지(24)로 열경화성 수지는 페놀(Phenolic), 에폭시(Epoxy) 등으로 구성될 수 있다. 열경화성 수지의 경화는 80~400℃ 정도에서 모노머(Monomer) 형태의 수지가 가교반응(Cross-linking)을 하거나 비스테이지(B-stage)의 수지가 일단 용융되었다가 가교반응에 의하여 액체에서 고체로 변화하여 이루어진다. 따라서 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들은 열경화성 수지의 경화 사이클을 이용하는 동시경화(Co-curing) 또는 부분경화(Partial curing)에 의하여 일체형으로 접합될 수 있다. As the polymer base 24, the thermosetting resin may be composed of phenol, epoxy, or the like. The curing of the thermosetting resin is carried out at a temperature of about 80 to 400 ° C. by the cross-linking of the resin in the form of a monomer, or the resin in the B-stage is melted once, . Accordingly, the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 can be integrally joined together by co-curing or partial curing using a curing cycle of the thermosetting resin.

고분자 기지(24)로 열가소성 수지는 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK) 등으로 구성될 수 있다. 열가소성 수지의 경화는 열에너지의 부여에 의하여 수지가 완전히 용융되고, 온도가 낮아지면 다시 고체로 변화하여 이루어진다. 따라서 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들은 열경화성 수지의 특성을 이용하여 고온 프레스(Hot press), 확산 접합(Diffusion bonding), 저항 용접(Resistance welding), 초음파 용접(Ultrasonic welding) 등 다양한 방법에 의하여 일체형으로 접합될 수 있다. As the polymer matrix 24, the thermoplastic resin may be composed of polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), or the like. The curing of the thermoplastic resin is accomplished by completely melting the resin by the application of thermal energy and then changing back to solid when the temperature is lowered. Therefore, the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 can be formed by hot press, diffusion bonding, resistance welding, ultrasonic welding or the like using the characteristics of the thermosetting resin. (Ultrasonic welding) or the like.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판의 제조 방법을 설명한다. 분리판(10)은 핫프레스 머신(Hot press machine: 40)에 의하여 일체형으로 제조된다. 핫프레스 머신(40)은 테이블(42), 램(Ram: 44)과 금형 조립체(Mold assembly: 50)를 구비한다. 금형 조립체(50)는 상부금형(52)과 하부금형(54)으로 구성되어 있다. 상부금형(52)은 램(44)에 장착되어 있고, 하부금형(54)은 테이블(42)의 상면에 장착되어 있다. 하부금형(54)은 분리판(10)의 성형을 위한 캐버티(Cavity: 56)를 갖는다. 분리판(10)의 양면에는 연료, 물, 공기의 유동을 위한 채널(Channel)이 형성된다. 채널의 형성을 위하여 상부 및 하부금형(52, 54)에는 채널 패턴(Channel pattern)이 형성되어 있다.3, a method of manufacturing a separator for a carbon fiber felt integrated battery according to the present invention will be described. The separation plate 10 is integrally manufactured by a hot press machine 40. The hot press machine 40 includes a table 42, a ram 43, and a mold assembly 50. The mold assembly 50 is composed of an upper mold 52 and a lower mold 54. The upper mold 52 is mounted on the ram 44 and the lower mold 54 is mounted on the upper surface of the table 42. The lower mold 54 has a cavity 56 for molding the separator plate 10. Channels for the flow of fuel, water and air are formed on both sides of the separator plate 10. Channel patterns are formed in the upper and lower dies 52 and 54 to form channels.

작업자는 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면 각각에 한 쌍의 탄소섬유 펠트(30, 32)들이 배치되도록 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들을 하부금형(54)의 캐버티(56) 안에 장입한다. 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 장입이 완료되면, 핫프레스 머신(40)의 작동에 의하여 열에너지를 부여하면서 상부금형(52)과 하부금형(54)을 형합하여 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들을 압밀한 후 경화시킨다. The operator inserts the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felt 30, 32 into the lower portion of the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 so that a pair of carbon fiber felts 30, And charged into the cavity 56 of the mold 54. When the charging of the composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 is completed, the upper mold 52 and the lower mold 54 are combined with each other while thermal energy is applied by the operation of the hot press machine 40, The material sheet 20 and the carbon fiber felts 30, 32 are consolidated and cured.

고분자 기지(24)로 열경화성 수지는 핫프레싱(Hot pressing)에 의하여 용융된다. 탄소섬유 펠트(30, 32)들 각각이 용융되는 열경화성 수지에 의하여 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 일체형으로 접합된다. 이때, 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 이웃하는 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 탄소섬유(34)들이 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 노출되어 있는 탄소섬유(22)들의 노출 부분(22a)에 접촉하게 된다. 한편, 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 접합은 전체적으로 실시될거나 부분적으로 실시될 수 있다. As the polymer matrix 24, the thermosetting resin is melted by hot pressing. The carbon fiber felts 30 and 32 are integrally joined to both surfaces of the carbon fiber-reinforced composite material sheet 20 by the thermosetting resin to be melted. At this time, the carbon fibers 34 of the carbon fiber felts 30, 32 adjacent to both surfaces of the carbon fiber-reinforced composite material sheet 20 are carbon fibers 34 exposed on both surfaces of the carbon fiber- (22a) of the first and second openings (22). On the other hand, the bonding of the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30, 32 can be performed entirely or partly.

계속해서, 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 압밀·경화에 의하여 분리판(10)이 제조되면, 상부금형(52)과 하부금형(54)을 열고, 캐버티(56)로부터 분리판(10)을 취출한다. 이와 같이 탄소섬유 펠트(30, 32)의 탄소섬유(34)들이 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 탄소섬유(22)들에 접촉되는 것에 의하여 접촉저항을 감소시킬 수 있다. 또한, PEMFC, RFB 등과 같은 전지의 스택에서 접촉저항의 감소로 인하여 전류손실이 줄어 효율을 향상시킬 수 있다.Subsequently, when the separation plate 10 is manufactured by consolidating and hardening the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32, the upper mold 52 and the lower mold 54 are opened, The separation plate 10 is taken out from the cavity 56. [ The contact resistance can be reduced by contacting the carbon fibers 34 of the carbon fiber felts 30 and 32 with the carbon fibers 22 of the carbon fiber-reinforced composite material sheet 20 as described above. In addition, since the contact resistance is reduced in a stack of cells such as PEMFC, RFB, etc., the current loss can be reduced and the efficiency can be improved.

도 4에 본 발명에 따른 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판의 제조 방법에 대한 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 분리판(10)은 초음파 용접기(60)의 초음파 용접에 의하여 제조된다. 초음파 용접기(60)는 초음파를 방사하는 초음파 혼(Ultrasonic horn: 62)과 앤빌(Anvil: 64)을 구비한다. 초음파 혼(62)은 적층되어 있는 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 압밀을 위하여 앤빌(64)의 위쪽에 승강이 가능하도록 배치되어 있다. 초음파 혼(62)의 승강은 리니어 액추에이터(Linear actuator)에 의하여 실시될 수 있다. 리니어 액추에이터는 공압 실린더(Pneumatic cylinder), 리드 스크루 리니어 액추에이터(Lead screw linear actuator) 등으로 구성될 수 있다. 4 shows another embodiment of a method for manufacturing a separator for a carbon fiber felt integrated battery according to the present invention. Referring to FIG. 4, the separator plate 10 is manufactured by ultrasonic welding of an ultrasonic welder 60. The ultrasonic welder 60 includes an ultrasonic horn 62 and an anvil 64, which emit ultrasonic waves. The ultrasonic horn 62 is disposed above the anvil 64 so as to ascend and descend in order to consolidate the carbon fiber-reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32. The lifting and lowering of the ultrasonic horn 62 can be performed by a linear actuator. The linear actuator may be a pneumatic cylinder, a lead screw linear actuator, or the like.

작업자는 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면 각각에 한 쌍의 탄소섬유 펠트(30, 32)들이 배치되도록 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들을 앤빌(64) 위에 적층한다. 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 적층이 완료되면, 초음파 혼(62)의 작동에 의하여 초음파를 발진하면서 복합재료 시트(20)와 탄소섬유 펠트(30, 32)들을 압밀한다. The operator inserts the carbon fiber reinforced composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 into the anvil 20 so that a pair of carbon fiber felts 30 and 32 are disposed on each of both surfaces of the carbon fiber- (64). After the lamination of the composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 is completed, the composite sheet 20 and the carbon fiber felts 30 and 32 are sintered while oscillating the ultrasonic waves by the operation of the ultrasonic horn 62 Consolidate.

고분자 기지(24)로 열가소성 수지는 초음파에 의하여 용융된다. 탄소섬유 펠트(30, 32)들 각각이 용융되는 열가소성 수지에 의하여 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 일체형으로 접합된다. 이때, 핫프레싱에서와 마찬가지로 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 이웃하는 탄소섬유 펠트(30, 32)들의 탄소섬유(34)들이 탄소섬유강화 복합재료 시트(20)의 양쪽 표면에 노출되어 있는 탄소섬유(22)들의 노출 부분(22a)에 접촉하게 된다.The thermoplastic resin is melted by the ultrasonic wave into the polymer matrix 24. The carbon fiber felts 30 and 32 are integrally joined to both surfaces of the carbon fiber-reinforced composite material sheet 20 by the thermoplastic resin to be melted. At this time, the carbon fibers 34 of the carbon fiber felts 30 and 32 adjacent to both surfaces of the carbon fiber-reinforced composite material sheet 20, as in the hot pressing, are bonded to both surfaces of the carbon fiber- And comes into contact with the exposed portion 22a of the exposed carbon fibers 22.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 분리판 20: 탄소섬유강화 복합재료 시트
22: 탄소섬유 24: 고분자 기지
26: 전도성 분말 30, 32: 탄소섬유 펠트
34: 탄소섬유 40: 핫프레스 머신
50: 금형 조립체 60: 초음파 용접기10: separator plate 20: carbon fiber reinforced composite sheet
22: carbon fiber 24: polymer base
26: Conductive powder 30, 32: Carbon fiber felt
34: carbon fiber 40: hot press machine
50: mold assembly 60: ultrasonic welder

Claims (5)

탄소섬유가 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 또는 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK)으로 구성된 고분자 기지에 고정되어 있는 탄소섬유강화 복합재료 시트를 준비하는 단계;
상기 탄소섬유강화 복합재료의 양쪽 표면에 탄소섬유로 이루어지는 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 적층하는 단계; 및
상기 탄소섬유강화 복합재료 시트와 상기 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 압밀하면서 상기 고분자 기지가 용융되도록 초음파 용접으로 상기 고분자 기지에 가하여 상기 탄소섬유강화 복합재료 시트와 상기 한 쌍의 탄소섬유 펠트를 접합하는 단계;를 포함하는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판의 제조 방법.Preparing a carbon fiber-reinforced composite sheet in which the carbon fibers are fixed to a polymer matrix composed of polyetherimide (PEI) or polyetheretherketone (PEEK);
Stacking a pair of carbon fiber felt made of carbon fibers on both surfaces of the carbon fiber-reinforced composite material; And
The carbon fiber-reinforced composite material sheet and the pair of carbon fiber pellets are consolidated by applying ultrasonic welding to the polymer matrix so that the polymer matrix is melted while the carbon fiber-reinforced composite material sheet and the pair of carbon fiber felts are being consolidated, The method comprising the steps of: preparing a separator for a carbon fiber-felted integrated cell; 제1항에 있어서,
상기 탄소섬유강화 복합재료 시트의 탄소섬유를 상기 고분자 기지에 의하여 고정할 때 상기 고분자 기지에 전기전도도의 증가를 위한 전도성 분말을 혼합하는 단계를 더 포함하는 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판의 제조 방법. The method according to claim 1,
Further comprising the step of mixing a conductive powder for increasing the electrical conductivity of the polymer matrix when the carbon fiber of the carbon fiber-reinforced composite material sheet is fixed by the polymer matrix. 삭제delete 청구항 1 또는 2에 따라 제조된 탄소섬유 펠트 일체형 전지용 분리판. A separator for a carbon fiber felt integrated battery according to claim 1 or 2. 삭제delete
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