KR102449581B1 - Method for manufacturing graphite-type bipolar plate and high-density graphite-type bipolar plate manufactured through the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphitic bipolar plate, including: a mixing step of mixing graphite powder and a binder to produce a mixture; a pressing step of manufacturing an electrode plate by pressing the mixture in a metal mold; a heat treatment step of heating the electrode plate to a high temperature; and a coating step of forming a separate layer on the heat-treated surface of the electrode plate.

Description

흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법 및 이를 통해 제조한 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트 {Method for manufacturing graphite-type bipolar plate and high-density graphite-type bipolar plate manufactured through the same}Method for manufacturing a graphite-type bipolar plate and a high-density graphite-type bipolar plate manufactured through the same

본 발명은 흑연형 바이폴라 플레이트를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 고밀도 바이폴라 플레이트에 대한 것이다. 보다 상세하게는 그라파이트와 바인더를 기본구성으로 하고, 핫 프레싱 기법을 이용하여 전극 판을 제조하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a graphite-type bipolar plate and to a high-density bipolar plate manufactured using the same. More specifically, it relates to a method of manufacturing an electrode plate using graphite and a binder as a basic configuration and using a hot pressing technique.

특허문헌 001은 리튬전지용 탄소전극 소재에 대한 것으로, 다공성 카본블랙-탄소 복합체 입자들을 포함하고, 다공성 카본블랙-탄소 복합체 입는 카본블랙 입자들이 결정질 또는 비정질 탄소에 의해 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 다공성 카본블랙-탄소 복합체 입자를 이용하여 리튬전지용 탄소전극을 제조하면, 탄소전극의 전자 전도성과 이온 전도성이 향상되고, 전극 제조 시에 카본 블랙의 결착을 위한 바인더의 양이 최소화되어 전지의 에너지 밀도가 증가할 수 있다.Patent Document 001 relates to a carbon electrode material for a lithium battery, and includes porous carbon black-carbon composite particles, and the porous carbon black-carbon composite is characterized in that the carbon black particles are bonded by crystalline or amorphous carbon. When a carbon electrode for a lithium battery is manufactured using the porous carbon black-carbon composite particles according to the present invention, the electronic conductivity and ion conductivity of the carbon electrode are improved, and the amount of binder for binding of carbon black is minimized during electrode manufacturing. The energy density of the cell may be increased.

특허문헌 002는 전극 집전체와, 전극 집전체의 양 측면 중 적어도 한 측면에 적층된, 전극 활물질로 이루어진 전극 활물질층을 구비한 이차전지 전극을 가압하여 그 두께를 줄이는 이차전지 전극 프레싱 장치가 개시된다. 개시된 이차전지 전극 프레싱 장치는, 끊김 없이 이어져 진행하는 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 배치되어 이차전지 전극을 순차적으로 가압하는 복수의 프레싱 유닛(pressing unit)을 구비한다. 복수의 프레싱 유닛은 각각, 이차전지 전극이 가압되면서 통과하는 닙(nip)이 형성되도록 위아래에 배치된 상측 롤러와 하측 롤러를 제공한다.Patent Document 002 discloses a secondary battery electrode pressing device for reducing the thickness by pressing a secondary battery electrode having an electrode current collector and an electrode active material layer made of an electrode active material laminated on at least one of both sides of the electrode current collector do. The disclosed secondary battery electrode pressing device includes a plurality of pressing units arranged along the progress path of the secondary battery electrodes that continue continuously and sequentially press the secondary battery electrodes. Each of the plurality of pressing units provides an upper roller and a lower roller disposed above and below to form a nip through which the secondary battery electrode is pressed while being pressed.

특허문헌 003은 그라파이트 시트를 포함하는 박판형 연료전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 평판형의 분리판 본체; 및 상기 분리판 본체에 형성된 그라파이트 시트를 포함하고, 상기 분리판 본체는 열경화성 수지 및 전도성 탄소재료를 포함하는 박판형 연료전지용 세퍼레이터를 제공한다. 또한, 본 발명은 열경화성 수지 및 전도성 탄소재료를 포함하는 혼합물을 얻는 제1단계; 상기 제1단계에서 얻어진 혼합물을 금형에 투입하고 압축 성형하여 평판형의 분리판 성형체를 얻는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 얻어진 평판형의 분리판 성형체와 그라파이트 시트를 적층하고, 유로 형성부를 가지는 금형에 투입한 다음, 열 및 압력을 가하여 압축 성형하는 제3단계를 포함하는 박판형 연료전지용 세퍼레이터의 제조방법을 제공한다. Patent Document 003 relates to a separator for a thin-plate type fuel cell including a graphite sheet and a manufacturing method thereof. The present invention is a plate-type separator body; and a graphite sheet formed on the separator body, wherein the separator body includes a thermosetting resin and a conductive carbon material. In addition, the present invention provides a first step of obtaining a mixture comprising a thermosetting resin and a conductive carbon material; a second step of putting the mixture obtained in the first step into a mold and compression molding to obtain a flat plate-type separator molded body; and a third step of stacking the plate-type separator molded body obtained in the second step and the graphite sheet, putting it into a mold having a flow path forming part, and then compressing it by applying heat and pressure. provide a way

특허문헌 004는 본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리판과 가스확산층 사이에 별도의 지지체을 삽입하여, 스택의 셀 성능 및 내구성 향상을 도모할 수 있도록 한 연료전지 스택에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 분리판과 가스확산층 사이에 다수의 지지라인을 갖는 지지체을 삽입하되, 다수의 지지라인이 채널유로와 수직방향으로 배열되게 삽입하여, 분리판의 랜드부에 의한 가스확산층의 눌림량을 축소시키는 동시에 채널 유로의 높이를 증대시킬 수 있도록 함으로써, 전극막 접합체에 대한 연료공급성 및 물 배출 성능을 향상시킬 수 있고, 궁국적으로는 스택의 셀 성능 및 내구성 향상을 도모할 수 있도록 한 연료전지 스택을 제공한다.Patent Document 004 relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a fuel cell stack in which a separate support is inserted between a separator and a gas diffusion layer to improve cell performance and durability of the stack. . That is, the present invention inserts a support having a plurality of support lines between the separator and the gas diffusion layer, and inserts the plurality of support lines to be arranged in a vertical direction with the channel flow path, and the amount of pressure of the gas diffusion layer by the land portion of the separator. By making it possible to increase the height of the channel passage while reducing the size of the electrode membrane assembly, it is possible to improve the fuel supply and water discharge performance of the electrode membrane assembly, and ultimately to improve the cell performance and durability of the stack. A fuel cell stack is provided.

KR 10-2017-0126204 (공개일자:2017년 11월 17일)KR 10-2017-0126204 (Published on: November 17, 2017) KR 10-1810145 (등록일자:2017년 12월 12일)KR 10-1810145 (Registration Date: December 12, 2017) KR 10-1934459 (등록일자:2018년 12월 26일)KR 10-1934459 (Registration Date: December 26, 2018) KR 10-1491349 (등록일자:2015년 02월 02일)KR 10-1491349 (Registration Date: February 02, 2015)

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법을 제공한다. 또한, 이를 통해 제조된 바이폴라 플레이트를 제공하며, 이는 열처리 단계와 코팅 단계를 통해 내구성이 확보되는 효과를 제공하고자 한다.The present invention provides a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate. In addition, a bipolar plate manufactured through this is provided, which is intended to provide an effect of securing durability through a heat treatment step and a coating step.

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 발명이며, 그라파이트 분말(11)과 바인더(12)를 섞어서 혼합물(13)을 생성하는 혼합단계(S100);상기 혼합물(13)을 금속 형틀에서 프레싱 가공하여 전극 판을 제조하는 프레싱 단계(S200); 상기 전극 판을 고온으로 가열하는 열처리 단계(S300); 및 열처리된 상기 전극 판의 표면에 별도의 층을 형성하는 코팅단계(S400);를 포함하는 구성으로 이루어진다.The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, a mixing step (S100) of mixing graphite powder 11 and a binder 12 to produce a mixture 13; A pressing step of manufacturing an electrode plate by pressing (S200); a heat treatment step of heating the electrode plate to a high temperature (S300); and a coating step (S400) of forming a separate layer on the heat-treated surface of the electrode plate.

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 프레싱 단계(S200)는 분말 또는 점성 유체 상태인 상기 혼합물(13)과 프레스 장치를 준비하는 프레스 준비단계(S210); 상기 프레스 장치의 하부 틀(22)에 상기 혼합물(13)을 위치시키는 혼합물 위치단계(S220); 및 상기 전극 판에 유로를 형성하기 위한 돌기(23)가 구비된 상기 프레스 장치의 상부 틀(21)을 이용하여 상기 혼합물(13)을 압착시키는 프레스 단계(S230);를 포함하는 구성으로 이루어진다. The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, and in the above-described invention, the pressing step (S200) is a press preparation step of preparing the mixture 13 in a powder or viscous fluid state and a press device (S210); a mixture positioning step (S220) of placing the mixture 13 on the lower frame 22 of the press device; and a pressing step (S230) of compressing the mixture 13 using the upper frame 21 of the press device provided with the protrusion 23 for forming a flow path on the electrode plate.

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 열처리 단계(S300)는 상기 전극 판을 열처리 관에 위치시키는 열처리 준비단계(S310); 필라멘트를 이용하여 가열기체를 고온화시키는 고온화단계(S320); 및 고온화된 상기 가열기체를 상기 전극 판에 분사하는 분사단계(S330);를 포함하는 구성으로 이루어진다. The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, and in the invention presented above, the heat treatment step (S300) includes a heat treatment preparation step (S310) of placing the electrode plate in a heat treatment tube; A high-temperature heating step (S320) of heating the heating gas to a high temperature using a filament; and a spraying step (S330) of spraying the heated gas at a high temperature to the electrode plate.

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 코팅단계(S400)는 상기 전극 판을 코팅 관에 위치시키는 코팅 준비단계(S410); 및 상기 전극 판에 가스 상태인 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅 가스와 분위기 가스를 상기 전극 판에 분사하는 가스 분사단계(S420);를 포함하는 구성으로 이루어진다. The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, and in the invention presented above, the coating step (S400) includes a coating preparation step (S410) of placing the electrode plate in a coating tube; and a gas injection step (S420) of injecting a coating gas and an atmosphere gas containing at least one of acetylene, ethylene, and methane, which are gaseous to the electrode plate, to the electrode plate.

본 발명은 흑연형 바이폴라 플레이트에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 제조방법 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 바이폴라 플레이트를 제공한다.The present invention relates to a graphite-type bipolar plate, and provides a bipolar plate manufactured by any one of the manufacturing methods presented above.

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 것으로, 그라파이트 분말과 바인더를 적절하게 섞어서 소결가공하여 고밀도의 전극 판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, and it is possible to provide a method for manufacturing a high-density electrode plate by appropriately mixing graphite powder and a binder and sintering it.

또한, 열처리와 코팅처리를 통해 다공성 재질이 불필요한 물질을 흡수하는 것을 차단하고, 내구성을 증가시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for preventing the porous material from absorbing unnecessary substances and increasing durability through heat treatment and coating treatment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 세부 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 및 교반의 방법을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레싱 단계를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 단계를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅단계를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 사시도이다. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a bipolar plate according to an embodiment of the present invention.
2 is a detailed flowchart of a method of manufacturing a bipolar plate according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a method of mixing and stirring according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a pressing step according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram illustrating a heat treatment step according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating a coating step according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a bipolar plate according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described in detail in order to be described in detail enough to be easily practiced by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.The numbers cited in the examples below are not limited only to the objects of reference, and may be applied to all examples. An object that exhibits the same purpose and effect as the configuration presented in the embodiment corresponds to an equivalent replacement object. The higher-level concept presented in the examples includes sub-concept objects that are not described.

(실시예 1-1) 고밀도 흑연형(Graphitic) 바이폴라 플레이트의 제조방법에 대한 것으로, 그라파이트 분말(11)과 바인더(12)를 섞어서 혼합물(13)을 생성하는 혼합단계(S100); 상기 혼합물(13)을 금속 형틀에서 프레싱 가공하여 전극 판을 제조하는 프레싱 단계(S200); 상기 전극 판을 고온으로 가열하는 열처리 단계(S300); 열처리된 상기 전극 판의 표면에 별도의 층을 형성하는 코팅단계(S400);를 포함한다.(Example 1-1) A method for manufacturing a high-density graphite-type (Graphitic) bipolar plate, comprising: a mixing step (S100) of mixing graphite powder (11) and binder (12) to produce a mixture (13); A pressing step of manufacturing an electrode plate by pressing the mixture 13 in a metal mold (S200); a heat treatment step of heating the electrode plate to a high temperature (S300); and a coating step (S400) of forming a separate layer on the heat-treated surface of the electrode plate.

(실시예 1-2) 실시예 1-1에 있어서, 상기 혼합단계(S100)는 회전하는 블레이드(15)를 통해 상기 혼합물(13)을 균질하게하는 교반단계;를 포함한다.(Example 1-2) In Example 1-1, the mixing step (S100) includes a stirring step of homogenizing the mixture 13 through the rotating blade 15 .

(실시예 1-3) 실시예 1-2에 있어서, 상기 교반단계(S110)는 상기 블레이드(15)의 회전 방향을 주기적으로 전환하는 방향전환단계(S111);를 포함할 수 있다.(Example 1-3) In Example 1-2, the stirring step (S110) may include a direction changing step (S111) of periodically changing the rotational direction of the blade 15;

(실시예 1-4) 실시예 1-2에 있어서, 상기 교반단계(S110)는 상기 블레이드(15)에 내장된 진동장치(14)에 의하여 상기 블레이드(15)가 진동하는 진동단계(S112);를 포함할 수 있다. (Example 1-4) In Example 1-2, the stirring step (S110) is a vibrating step (S112) in which the blade 15 is vibrated by the vibrating device 14 built into the blade 15. ; may be included.

(실시예 1-5) 상기 혼합단계(S100)는 상기 혼합물(13)에 미열을 가하여 수분을 증발시키는 제1 가열단계(S120);를 포함한다.(Example 1-5) The mixing step (S100) includes a first heating step (S120) of evaporating moisture by applying slight heat to the mixture (13).

(실시예 1-6) 실시예 1-1에 있어서, 상기 바인더(12)는 PAN(Polyacylonitrile) 또는 피치(pitch) 또는 레진(resin) 중 어느 하나인 것;을 포함한다.(Example 1-6) In Example 1-1, the binder 12 is PAN (Polyacylonitrile) or any one of pitch or resin.

(실시예 1-7) 실시예 1-1에 있어서, 상기 혼합물(13)의 중량을 기준으로 상기 그라파이트 분말은 60중량% 내지 80중량%이고, 상기 바인더는 20중량% 내지 40중량%인 것;을 포함한다.(Example 1-7) In Example 1-1, based on the weight of the mixture 13, the graphite powder is 60 wt% to 80 wt%, and the binder is 20 wt% to 40 wt% includes ;

본 발명은 고밀도 흑연형 바이폴라 플레이트를 제조하는 방법에 대한 것으로, 혼합단계(S100), 프레싱 단계(S200), 열처리 단계(S300), 코팅단계(S400)를 포함할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a high-density graphite-type bipolar plate, and may include a mixing step (S100), a pressing step (S200), a heat treatment step (S300), and a coating step (S400).

분말로 존재하는 그라파이트 분말(11)과 바인더(12)를 섞어서 혼합물(13)을 만든 후, 혼합물(13)을 프레스 장치에 위치시켜 판 형상의 전극 판을 성형할 수 있다. 그라파이트(Graphite)는 탄소 원자가 육각형 구조로 배열된 광물이며 탄소의 동소체 중 하나이다. PAN은 아크릴 섬유의 원료 수지이며. 불활성 가스밑에서 가열 처리함으로써 탄소 섬유가 얻어질 수 있다. 피치(Pitch)는 유기 물질의 건류에 의해 얻어지는 타르를 증류할 때에 얻어지는 흑색의 탄소질 고형 잔류물의 총칭으로, 비튜멘의 일종일 수 있다. 레진(Resin)은 아스팔트 속에 포함되는 수지질을 의미할 수 있다. 본 발명의 흑연형 바이폴라 플레이트는 고분자와 흑연을 복합적으로 사용하여 전기 전도성과 화학적 안정성을 확보할 수 있다.After making the mixture 13 by mixing the graphite powder 11 and the binder 12 present as a powder, the mixture 13 is placed in a press device to form a plate-shaped electrode plate. Graphite is a mineral in which carbon atoms are arranged in a hexagonal structure and is one of the allotropes of carbon. PAN is the raw material resin for acrylic fibers. Carbon fibers can be obtained by heat treatment under an inert gas. Pitch is a generic term for a black carbonaceous solid residue obtained when tar obtained by distillation of an organic material is distilled, and may be a type of bitumen. Resin may mean a resin included in the asphalt. The graphite-type bipolar plate of the present invention can secure electrical conductivity and chemical stability by using a polymer and graphite in combination.

이러한 그라파이트는 유동성을 갖지 못하는데, 바인더가 이를 보충할 수 있다. 후술할 바와 같이 전극 판의 성형은 소결성형으로 이루어질 수 있으며, 이를 위해 핫-프레싱 공법이 이용될 수 있다. 그 후, 다공성 재질인 전극 판의 표면을 열처리하고, 코팅하는 과정을 통해 바이폴라 플레이트의 상품성을 증가시킬 수 있다. 구체적인 방법에 대해서는 후술한다.Such graphite does not have fluidity, which can be supplemented by a binder. As will be described later, the electrode plate may be formed by sintering, and for this, a hot-pressing method may be used. Thereafter, the commercial properties of the bipolar plate may be increased by heat-treating and coating the surface of the electrode plate, which is a porous material. A specific method will be described later.

또한, 혼합물(13)의 중량을 기준으로 그라파이트 분말(11)과 바인더(12)의 분말은 각각 60중량% 내지 80중량%, 20중량% 내지 40중량%로 구성될 수 있다. 바람직하게는 70중량%, 30중량%일 수 있다. 이는 그라파이트의 전기 전도성에 의한 플레이트의 본연의 효과와 바인더의 결합력 등의 보조적 효과를 조합하는 과정에서 도출될 수 있는 비율이다.In addition, based on the weight of the mixture 13, the graphite powder 11 and the powder of the binder 12 may be composed of 60 wt% to 80 wt%, 20 wt% to 40 wt%, respectively. Preferably, it may be 70% by weight or 30% by weight. This is a ratio that can be derived in the process of combining the intrinsic effect of the plate due to the electrical conductivity of graphite and auxiliary effects such as the binding force of the binder.

(실시예 2-1) 실시예 1-1에 있어서, 상기 프레싱 단계(S200)는 분말 또는 점성 유체 상태인 상기 혼합물(13)과 프레스 장치를 준비하는 프레스 준비단계(S210); 상기 프레스 장치의 하부 틀(22)에 상기 혼합물(13)을 위치시키는 혼합물 위치단계(S220); 상기 전극 판에 유로를 형성하기 위한 돌기(23)가 구비된 상기 프레스 장치의 상부 틀(21)을 이용하여 상기 혼합물(13)을 압착시키는 프레스 단계(S230);를 포함한다.(Example 2-1) In Example 1-1, the pressing step (S200) includes a press preparation step (S210) of preparing the mixture 13 and a press device in a powder or viscous fluid state; a mixture positioning step (S220) of placing the mixture 13 on the lower frame 22 of the press device; and a pressing step (S230) of compressing the mixture 13 by using the upper frame 21 of the press device provided with the protrusion 23 for forming a flow path on the electrode plate.

프레싱 단계(S230)는 분말 또는 젤과 같은 점성 유체 상태인 혼합물(13)과 프레스 장치를 위치시켜 준비하는 단계이며, 혼합물 위치단계(S220)는 프레스 장치의 하부 틀(22)에 혼합물(13)을 위치시켜서 프레싱 작업을 대기하는 단계이다. 또한, 프레스 단계(S230)는 상부 틀(21)을 하부 틀(22)에 압착함으로써, 혼합물(13)을 소결시키는 단계일 수 있다. 다만, 상부 틀(21)은 유로를 형성하기 위한 돌기(23)가 형성되어 있을 수 있다. 프레스 단계(S230)에 의해 전극 판이 생성되면, 전극 판의 내부 재질은 도5 및 도6과 같이 바인더에 그라파이트 결정들이 분포되어 있는 형태일 수 있다.The pressing step (S230) is a step of preparing the mixture 13 in a viscous fluid state such as powder or gel and a press device, and the mixture positioning step (S220) is the mixture 13 on the lower frame 22 of the press device. It is a step to place and wait for the pressing operation. In addition, the pressing step ( S230 ) may be a step of sintering the mixture 13 by pressing the upper mold 21 to the lower mold 22 . However, the upper frame 21 may have a protrusion 23 for forming a flow path. When the electrode plate is generated by the pressing step (S230), the inner material of the electrode plate may be in a form in which graphite crystals are distributed in a binder as shown in FIGS. 5 and 6 .

(실시예 2-2) 실시예 2-1에 있어서, 상기 혼합물 위치단계(S220) 후, 상기 혼합물에 열을 가하는 제2 가열단계(S221);를 포함한다.(Example 2-2) In Example 2-1, after the mixture positioning step (S220), a second heating step (S221) of applying heat to the mixture; includes.

혼합물(13)을 위치시킨 후, 제2 가열단계(S221)를 포함할 수 있는데, 이는 혼합물(13)을 녹인 후 굳힘으로써 형상을 특정하고, 소결성형을 용이하게 하기 위함일 수 있다.After positioning the mixture 13, a second heating step (S221) may be included, which may be for specifying a shape by melting and hardening the mixture 13 and facilitating sintering.

(실시예 2-3) 실시예 2-1에 있어서, 상기 프레스 단계(S230)는 상기 하부 틀(22) 및/또는 상기 상부 틀(21)에 열을 가하여 상기 혼합물(13)에 열을 전도하는 열전도 단계(S231);를 포함한다.(Example 2-3) In Example 2-1, in the pressing step (S230), heat is applied to the lower mold 22 and/or the upper mold 21 to conduct heat to the mixture 13 and a heat conduction step (S231).

프레스 단계(S230)를 진행하는 동안, 상부 틀(21) 및/또는 하부 틀(22)에 열을 가하여 혼합물(13)에 열을 전도하는 열전도 단계(S231)를 포함할 수 있다. 열전도 단계(S231)는 혼합물(13)에 열을 가함으로써 혼합물의 소결성형을 용이하게 할 수 있다.During the pressing step (S230), a heat conduction step (S231) of applying heat to the upper mold 21 and/or the lower mold 22 to conduct heat to the mixture 13 may be included. The heat conduction step ( S231 ) may facilitate sintering of the mixture by applying heat to the mixture 13 .

이를 위해 상부 틀(21) 및/또는 하부 틀(22)에는 발열장치(24)가 내장되어 있을 수 있다. 또는 상부 틀(21) 또는 하부 틀(22)의 외부에서 복사열을 방출하는 복사열장치가 구비되어 혼합물에 열을 가할 수 있다.To this end, the heating device 24 may be built in the upper frame 21 and/or the lower frame 22 . Alternatively, a radiant heat device for emitting radiant heat from the outside of the upper frame 21 or the lower frame 22 may be provided to apply heat to the mixture.

상부 틀(21) 및/또는 하부 틀(22)에 내장되어 있는 발열장치(24)는 등간격으로 배치될 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 Hot Pressing가공을 통해 원하는 전극 판의 형상을 성형할 수 있다.The heating devices 24 built into the upper frame 21 and/or the lower frame 22 may be arranged at equal intervals. Therefore, as described above, the desired shape of the electrode plate can be formed through hot pressing.

(실시예 2-4) 실시예 2-3에 있어서, 상기 돌기(23)는 상기 상부 틀(21)에 대하여 상대적인 운동을 한다.(Embodiment 2-4) In Embodiment 2-3, the projection 23 moves relative to the upper frame 21 .

상부 틀(21)에 돌출되어 있는 돌기(23)는 전극 판의 표면에서 유로를 형성하는 역할을 할 수 있다. 다만, 돌기(23)가 상부 틀(21)에 대하여 고정되어 있을 수 있지만, 돌기(23)만 독립적으로 상부 틀(21)에 대하여 움직일 수도 있다. 상부 틀(21)이 혼합물(13)을 압착하여 전극 판의 형상을 성형한 후, 상부 틀(21)을 다시 분리하는 과정에서, 유로의 형상변형을 최소한으로 하기 위하여 돌기(23)를 먼저 혼합물(13)로부터 분리하고, 상부 틀(21)을 그 다음에 분리할 수 있다. 이를 통해 전극 판의 표면 형상을 보다 정밀하게 제조할 수 있다.The protrusion 23 protruding from the upper frame 21 may serve to form a flow path on the surface of the electrode plate. However, although the protrusion 23 may be fixed with respect to the upper frame 21 , only the protrusion 23 may independently move with respect to the upper frame 21 . After the upper frame 21 presses the mixture 13 to shape the electrode plate, in the process of separating the upper frame 21 again, the protrusions 23 are first formed with the mixture in order to minimize the shape deformation of the flow path. (13), and the upper frame (21) can then be removed. Through this, the surface shape of the electrode plate can be manufactured more precisely.

(실시예 2-5) 실시예 2-1에 있어서, 상기 돌기(23)는 직육면체 형상인 것;을 포함한다.(Example 2-5) In Example 2-1, the projection 23 has a rectangular parallelepiped shape.

유로의 형상은 판의 표면에서부터 오목하게 직사각형 모양이 파인형상일 수 있다. 오목하게 파인 유로를 통해 향 후 전극 판에 이온성 물질이 유동되어 전위차를 생성할 수 있다.The shape of the flow path may be a concave rectangular shape concave from the surface of the plate. The ionic material may flow through the concave channel in the future to generate a potential difference.

(실시예 3-1) 실시예 1-1에 있어서, 상기 열처리 단계(S300)는 상기 전극 판을 열처리 관에 위치시키는 열처리 준비단계(S310); 필라멘트를 이용하여 가열기체를 고온화시키는 고온화단계(S320); 고온화된 상기 가열기체를 상기 전극 판에 분사하는 분사단계(S330);를 포함한다.(Example 3-1) In Example 1-1, the heat treatment step (S300) includes a heat treatment preparation step (S310) of placing the electrode plate in a heat treatment tube; A high-temperature heating step (S320) of heating the heating gas to a high temperature using a filament; and a spraying step (S330) of spraying the heated gas at a high temperature to the electrode plate.

(실시예 3-2) 실시예 3-1에 있어서, 상기 가열기체는 아르곤 기체, 질소 기체, 공기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것;을 포함한다.(Example 3-2) In Example 3-1, the heating gas includes at least one of argon gas, nitrogen gas, and air.

(실시예 3-3) 실시예 3-1에 있어서, 상기 필라멘트는 텅스텐 필라멘트인 것;을 포함한다.(Example 3-3) In Example 3-1, the filament is a tungsten filament.

(실시예 3-4) 실시예 3-1에 있어서, 상기 분사단계(S330)는 상기 전극 판이 카보닐화되는 단계를 탄소화 단계;를 포함한다.(Example 3-4) In Example 3-1, the spraying step (S330) includes a carbonizing step in which the electrode plate is carbonylated.

열처리 단계(S300)는 열처리 준비단계(S310), 고온화단계(S320), 분사단계(S330)를 포함할 수 있다. 전극 판을 열처리 관에 위치시킨 후, 금속 필라멘트, 바람직하게는 텅스텐 필라멘트를 이용하여 기체를 가열시킬 수 있다. 가열되는 가열기체는 아르곤 기체, 질소 기체, 공기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 분사단계에 의하여 전극 판에서는 수소기체가 방출되고 이 과정에서 일정부분 부피가 감소할 수 있다. C-H 복합체로 이루어진 전극 판에서 수소기체가 방출되면서 카보닐화될 수 있다. 이를 통해 비결정질 탄소(Amorphous carbon)가 생성될 수 있다. 열처리 시간은 바람직하게는 20~30분 정도 이루어질 수 있다. 또한 이 과정에서 전극 판은 그라파이트 결정 주변에 비결정층이 생기면서 다공성 재질이 될 수 있다.The heat treatment step (S300) may include a heat treatment preparation step (S310), a high temperature step (S320), and a spraying step (S330). After placing the electrode plate in the heat treatment tube, the gas may be heated using a metal filament, preferably a tungsten filament. The heating gas to be heated may include at least one of argon gas, nitrogen gas, and air. By the injection step, hydrogen gas is emitted from the electrode plate, and in this process, the volume may be reduced to a certain extent. As hydrogen gas is released from the electrode plate made of the C-H complex, it may be carbonylated. Through this, amorphous carbon may be generated. The heat treatment time is preferably about 20 to 30 minutes. In addition, in this process, the electrode plate can become a porous material as an amorphous layer is formed around the graphite crystal.

(실시예 4-1) 실시예 1-1에 있어서, 상기 코팅단계(S400)는 상기 전극 판을 코팅 관에 위치시키는 코팅 준비단계(S410); 상기 전극 판에 가스 상태인 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅 가스와 분위기 가스를 상기 전극 판에 분사하는 가스 분사단계(S420);를 포함한다.(Example 4-1) In Example 1-1, the coating step (S400) includes a coating preparation step (S410) of placing the electrode plate in a coating tube; and a gas injection step (S420) of injecting a coating gas and an atmosphere gas containing at least one of acetylene, ethylene, and methane, which are gaseous to the electrode plate, to the electrode plate.

본 발명의 코팅단계(S400)는 전극 판의 내부 구성이 다공성으로 되어 있으므로, 이물질이 쉽게 흡수될 수 있는 재질일 수 있다. 따라서 외부 표면을 코팅층(40)으로 코팅함으로써 이물질의 흡수를 차단하고, 전극 판의 효과를 극대화할 수 있다.In the coating step (S400) of the present invention, since the internal configuration of the electrode plate is porous, it may be a material that can be easily absorbed by foreign substances. Therefore, by coating the outer surface with the coating layer 40, the absorption of foreign substances can be blocked, and the effect of the electrode plate can be maximized.

(실시예 4-2) 실시예 4-1에 있어서, 상기 분위기 가스는 비활성 기체일 수 있다.(Example 4-2) In Example 4-1, the atmosphere gas may be an inert gas.

(실시예 4-3) 실시예 4-2에 있어서, 상기 비활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하는 구성으로 이루어진다.(Example 4-3) In Example 4-2, the inert gas is configured to contain at least one of helium, neon, and argon.

분위기 가스는 일반적으로 비활성 기체를 이용할 수 있고, 헬륨, 네온, 아르곤 기체 중 적어도 어느 하나를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.The atmospheric gas may generally use an inert gas, and may be configured to include at least one of helium, neon, and argon gas.

(실시예 4-4) 실시예 4-1에 있어서, 상기 가스 분사단계(S420)는 상기 코팅 가스 및 상기 분위기 가스를 700℃ 내지 1200℃까지 올리는 가스 고온화 단계(S421); 온도가 올라간 상기 코팅 가스 및 분위기 가스를 상기 전극 판에 분사하는 단계(S422);를 포함한다.(Example 4-4) In Example 4-1, the gas injection step (S420) includes a gas high-temperature step (S421) of raising the coating gas and the atmosphere gas to 700° C. to 1200° C.; Including the step (S422) of spraying the coating gas and the atmosphere gas, which has risen in temperature, to the electrode plate.

분사단계(S420)는 코팅 가스 및 분위기 가스를 700℃ 내지 1200℃까지 상승시킨 후 전극 판에 분사할 수 있다. 코팅 가스 및 분위기 가스의 조절 온도는 코팅 가스가 화학적 반응을 통해 전극 판에 코팅되기 위한 최적의 온도일 수 있다. 이를 통해 코팅 가스가 화학적 반응을 하고, 화학적 반응을 통해 전극 판의 표면에 비결정성층이 코팅될 수 있다. 코팅의 두께는 1nm 내지 2nm로 형성될 수 있다.In the spraying step (S420), the coating gas and the atmosphere gas may be raised to 700° C. to 1200° C. and then sprayed onto the electrode plate. The control temperature of the coating gas and the atmosphere gas may be an optimal temperature for the coating gas to be coated on the electrode plate through a chemical reaction. Through this, the coating gas may have a chemical reaction, and the amorphous layer may be coated on the surface of the electrode plate through the chemical reaction. The thickness of the coating may be formed from 1 nm to 2 nm.

(실시예 4-5) 실시예 4-4에 있어서, 상기 가스 고온화 단계(S421)는 텅스텐 필라멘트(41)에 의하여 상기 코팅 가스 및 상기 분위기 가스가 고온화되는 것;을 포함한다.(Example 4-5) In Example 4-4, the gas heating step (S421) includes heating the coating gas and the atmosphere gas to a high temperature by the tungsten filament 41 .

(실시예 5-1) 실시에 1-1 내지 실시예 4-1의 제조방법에 의하여 제조된 흑연형 바이폴라 플레이트.(Example 5-1) A graphite-type bipolar plate prepared by the manufacturing methods of Examples 1-1 to 4-1.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and it is common in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of, of course, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

S100 : 혼합단계 S110 : 교반단계
S200 : 프레싱 단계 S230 : 프레스 단계
S300 : 열처리 단계 S330 : 분사단계
S400 : 코팅단계 S420 : 가스 분사단계
11 : 그라파이트 분말 12 : 바인더
13 : 혼합물 21 : 상부 틀
22 : 하부 틀 23 : 돌기
24 : 발열장치 30 : 전극 판
40 : 코팅층 S100: mixing step S110: stirring step
S200: pressing step S230: pressing step
S300: heat treatment step S330: spray step
S400: coating step S420: gas injection step
11: graphite powder 12: binder
13: mixture 21: upper frame
22: lower frame 23: projection
24: heating device 30: electrode plate
40: coating layer

Claims (5)

고밀도 흑연형(Graphitic) 바이폴라 플레이트의 제조방법에 있어서,
그라파이트 분말(11)과 바인더(12)를 섞어서 혼합물(13)을 생성하는 혼합단계(S100);
상기 혼합물(13)을 금속 형틀에서 프레싱 가공하여 전극 판을 제조하는 프레싱 단계(S200);
상기 전극 판을 고온으로 가열하는 열처리 단계(S300); 및
열처리된 상기 전극 판의 표면에 별도의 층을 형성하는 코팅단계(S400);
상기 코팅단계(S400)는 상기 전극 판을 코팅 관에 위치시키는 코팅 준비단계(S410);
상기 전극 판에 가스 상태인 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 중 적어도 어느 하나를 포함하는 코팅 가스와 분위기 가스를 상기 전극 판에 분사하는 가스 분사단계(S420);를 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
In the manufacturing method of a high-density graphite type (Graphitic) bipolar plate,
A mixing step (S100) of mixing the graphite powder (11) and the binder (12) to produce a mixture (13);
A pressing step of manufacturing an electrode plate by pressing the mixture 13 in a metal mold (S200);
a heat treatment step of heating the electrode plate to a high temperature (S300); and
A coating step of forming a separate layer on the heat-treated surface of the electrode plate (S400);
The coating step (S400) is a coating preparation step (S410) of positioning the electrode plate in the coating tube;
A method of manufacturing a bipolar plate comprising a; a gas spraying step (S420) of spraying a coating gas and an atmosphere gas containing at least one of acetylene, ethylene, and methane, which are gaseous to the electrode plate, to the electrode plate.
 청구항 1에 있어서,
상기 프레싱 단계(S200)는 분말 또는 점성 유체 상태인 상기 혼합물(13)과 프레스 장치를 준비하는 프레스 준비단계(S210);
상기 프레스 장치의 하부 틀(22)에 상기 혼합물(13)을 위치시키는 혼합물 위치단계(S220); 및
상기 전극 판에 유로를 형성하기 위한 돌기(23)가 구비된 상기 프레스 장치의 상부 틀(21)을 이용하여 상기 혼합물(13)을 압착시키는 프레스 단계(S230);를 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
The pressing step (S200) includes a press preparation step (S210) of preparing the mixture 13 and a press device in a powder or viscous fluid state;
a mixture positioning step (S220) of placing the mixture 13 on the lower frame 22 of the press device; and
Method of manufacturing a bipolar plate comprising a; .
 청구항 1에 있어서,
상기 열처리 단계(S300)는 상기 전극 판을 열처리 관에 위치시키는 열처리 준비단계(S310);
필라멘트를 이용하여 가열기체를 고온화시키는 고온화단계(S320); 및
고온화된 상기 가열기체를 상기 전극 판에 분사하는 분사단계(S330);
를 포함하는 바이폴라 플레이트의 제조방법.
The method according to claim 1,
The heat treatment step (S300) includes a heat treatment preparation step (S310) of placing the electrode plate in a heat treatment tube;
A high-temperature heating step (S320) of heating the heating gas to a high temperature using a filament; and
a spraying step (S330) of spraying the heated gas at a high temperature to the electrode plate;
A method of manufacturing a bipolar plate comprising a.
 삭제delete 청구항 1 내지 청구항 3의 제조방법 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조된 흑연형 바이폴라 플레이트.
A graphite-type bipolar plate manufactured by any one of the manufacturing methods of claims 1 to 3.
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