KR20140017220A - Preparation method of bipolar plate for fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a production method of a separation plate for a fuel cell. By producing the separation plate for a fuel cell using the production method, the production costs can be reduced, the surface can be smoothened, and the electrical conductivity is uniformly secured throughout the entire surface of the separation plate. [Reference numerals] (AA) Temperature(°C); (BB) Heating; (CC) Hydrogen 40 sccm; (DD) Remove oxidation products; (EE) 100 sccm of argon; (FF) Purging; (GG) Hydrogen: 40 sccm; (HH) Methane: 1 sccm; (II) Graphene growth; (JJ) Cooling; (KK) Time(minute)

Description

연료전지용 분리판의 제조방법{Preparation method of bipolar plate for fuel cell}[0001] The present invention relates to a bipolar plate for fuel cell,

본 발명은 연료전지용 분리판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 표면이 매끄러우면서 연료전지용 분리판 전체에 전기전도도가 일정하고 균일하게 부여된 연료전지용 분리판의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a separator for a fuel cell, and more particularly, to a method of manufacturing a separator for a fuel cell, the surface of which is smooth and the electric conductivity of the separator for a fuel cell is uniformly and uniformly applied.

고분자전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 작동온도가 낮고, 전류밀도 및 출력밀도가 높으며, 시동시간이 짧은 동시에 부화변화에 대한 응답특성이 빠르다. 특히 전해질로 고분자막을 사용하므로 전해질 손실이 없고, 기존의 확립된 기술인 메탄올 개질기의 적용이 가능하며, 반응기체 압력변화에도 덜 민감하다. 또한 디자인이 간단하고 제작이 쉬우며, 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점이 있기 때문에 다양한 분야에 적용이 가능하여, 현재 연료전지 자동차, 가정용 발전 및 휴대기기용 전원으로 집중적으로 연구개발이 진행되어 여러 가지 시제품이 발표되고 있으며, 일부는 시운전이 진행 중이다. 이러한 고분자 전해질 연료전지의 상용화는 현재 KW 당 수천불인 스택 가격을 어느 정도로 낮출 수 있는가에 달려있다고 할 수 있다. 현재 기술로 연료전지의 가격을 부품별로 분석하면 분리판이 전체 스택 가격의 50% 정도로 가장 높은 비중을 차지하고, 전해질이 18%, 촉매가 15%, 기체 확산층으로 사용되는 탄소재료가 6% 정도를 차지한다. 따라서 고분자전해질 연료전지 스택의 가격을 낮추기 위해서는 스택 비용의 50%를 차지하는 분리판의 가격을 낮추는 것이 반드시 필요하다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 분리판의 재질은 그라파이트로써, 전기전도성과 내부식성이 뛰어나고 밀도가 낮아 경량의 스택 제작이 가능하다. 그러나 그라파이트는 기공이 많아 가스 투과도가 높으므로 반응가스의 혼합을 막기 위해 레진의 함침과 함께 일정한 두께가 요구되며 결과적으로 스택의 부피가 커지게 된다. 또한 깨어지기 쉽고, 성형시 기계가공을 거쳐야 하므로 제조가격이 비싸며 대량생산이 어려운 단점이 있다. 하지만 이러한 그라파이트를 대체할 저가의 분리판 소재의 개발이 한창이며, 그 대안으로서 저가의 금속기판에 그라파이트를 증착하여 코팅함으로써 전기전도성이 우수한 분리판의 효과를 달성하고 기계적 강도가 우수하며 생산 단가를 현저하게 낮출 수 있는 연료전지용 분리판을 개발하려는 연구가 한창이다.Polymer electrolyte fuel cells have lower operating temperature, higher current density and output density than other types of fuel cells, faster start-up time and faster response to hatching changes. Especially, since the polymer membrane is used as the electrolyte, there is no electrolyte loss, and it is possible to apply the methanol reformer, which is an established technology, and is less sensitive to the change of the reaction gas pressure. In addition, since it is simple in design, easy to manufacture, and capable of outputting a wide range of outputs, it can be applied to various fields, and research and development is currently being conducted on fuel cells for automobiles, household power generation and portable devices Several prototypes have been released, some of which are in commissioning. The commercialization of such a polymer electrolyte fuel cell depends on how much the current stack price can be lowered to several thousand dollars per KW. Analysis of the price of fuel cells by current technology shows that the separator plate accounts for the highest percentage of 50% of the total stack price, and the electrolyte is 18%, the catalyst is 15%, and the carbon material used for the gas diffusion layer is about 6% do. Therefore, in order to lower the price of the polymer electrolyte fuel cell stack, it is necessary to lower the price of the separator plate, which accounts for 50% of the stack cost. Currently, the most widely used separator plate is graphite, which is excellent in electrical conductivity and corrosion resistance, and has a low density, making it possible to produce a light stack. However, since the graphite has a large number of pores and has a high gas permeability, a certain thickness is required together with the impregnation of the resin to prevent mixing of the reaction gas, resulting in a large volume of the stack. In addition, since it is easy to break and must undergo machining at the time of molding, the manufacturing cost is high and mass production is difficult. However, the development of low-cost separator materials to replace such graphite is in full swing. As an alternative, it is possible to deposit the graphite on a low-priced metal substrate and coat the same, thereby achieving the effect of separator having excellent electric conductivity. Researches are under way to develop separators for fuel cells that can be significantly lowered.

다만, 이렇게 금속기판에 그라파이트를 증착하게 되면 기판 자체의 가격은 내릴 수 있을지 몰라도 고온의 조건에서 수행되어야 하는 증착 과정이 수반됨으로써 또 다른 원인에 의한 제조단가의 상승 문제가 있다. 또한 화학적 요인보다는 물리적 요인에 크게 좌우되는 증착으로 말미암아 금속기판의 표면이 고르지 못하며 금속기판에 그라파이트가 완전하게 코팅되지 못한다는 문제점이 있다.However, if the graphite is deposited on the metal substrate, the cost of the substrate itself may be lowered, but the deposition process to be performed under the high temperature condition is accompanied by a problem of increased manufacturing cost due to another cause. In addition, there is a problem in that the surface of the metal substrate is uneven due to the deposition which greatly depends on the physical factors rather than the chemical factors, and the graphite can not be completely coated on the metal substrate.

이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 방법 중 가장 유용한 방법이 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD)이다. 또한 이러한 화학 기상 증착법과 함께 플라즈마 처리하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)이 현재 금속기판에 대한 그라파이트 코팅에 널리 활용되고 있다.The most useful method developed to solve this problem is chemical vapor deposition (CVD). In addition, Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which is a plasma treatment with the chemical vapor deposition method, is currently widely used for graphite coating on metal substrates.

하지만, 종래의 PECVD법은 수소 분위기 하에서 수행되며, 이럴 경우 여전히 높은 증착 온도가 요구되고, 결과적으로는 고온의 증착 조건을 제공하여야 함에 따른 제조단가 상승 문제는 여전히 존재하게 된다. 또한 상대적으로 일반 증착의 경우에 비해 표면이 고르다고는 해도, PECVD 과정에서 높은 전기장이 금속기판 표면에 수직으로 정렬되기 때문에 그라핀의 평면 성장을 막고 수직 성장을 이끌게 되며, 결과적으로는 코팅후 분리판의 표면이 매끄럽지 못하다는 문제점이 여전히 존재하게 된다.
However, the conventional PECVD method is performed under a hydrogen atmosphere. In this case, a high deposition temperature is still required. As a result, there is still a problem of an increase in the manufacturing cost due to the provision of a high-temperature deposition condition. In addition, even if the surface is more uniform than in the case of the general deposition, since the high electric field is vertically aligned on the surface of the metal substrate in the PECVD process, the vertical growth of the graphene is prevented and vertical growth is induced. There still exists a problem that the surface of the plate is not smooth.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조단가를 절감하고, 기계적 강도를 향상시키면서, 표면이 매끄럽고 분리판 전체에 균일하게 전기전도성이 부여되는 연료전지용 분리판의 제조방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a separator for a fuel cell which has a smooth surface and uniformly imparts electrical conductivity to the entire separator plate while reducing manufacturing cost and improving mechanical strength And a method for manufacturing the same.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법은 화학 기상 증착법(CVD)에 의한 연료전지용 분리판의 제조방법에 있어서, 1) 금속 기판을 가열하는 단계와, 2) 상기 가열된 금속 기판을 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하면서 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a separator for a fuel cell, the method comprising: 1) heating a metal substrate; 2) plasma treating the heated metal substrate while injecting hydrogen and methane or an inert gas and methane.

또한 상기 2) 단계 이전에 수소를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the method may further include injecting hydrogen before the step 2).

또한 상기 수소를 주입하는 단계 이후에 비활성기체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And injecting an inert gas after the step of injecting hydrogen.

또한 상기 금속 기판은 구리, 알루미늄, 마그네슘, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 이들 각각의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.The metal substrate may be at least one selected from the group consisting of copper, aluminum, magnesium, stainless steel, nickel, chromium, molybdenum, and alloys thereof.

또한 상기 비활성기체는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다. The inert gas may be any one selected from the group consisting of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and radon (Rn).

또한 상기 1) 단계의 상기 가열은 800~850℃인 것을 특징으로 한다.The heating in the step (1) is preferably 800 to 850 ° C.

또한 상기 2) 단계에서 상기 플라즈마 처리는 출력을 30W~70W로 하여 플라즈마 처리한 것을 특징으로 한다.In the step 2), the plasma treatment is performed with an output of 30W to 70W.

또한 상기 2) 단계에서 메탄의 주입시 유속과 수소 또는 비활성기체의 주입시 유속의 비율은 1:30~50의 유속의 비율인 것을 특징으로 한다.
The ratio of the flow rate during the injection of methane to the flow rate during injection of hydrogen or inert gas in the step 2) is a ratio of the flow rate of 1: 30 to 50.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 연료전지용 분리판은 금속 기판에 그라핀이 코팅된 연료전지용 분리판을 포함하며, 하기 식 (1) 및 (2)의 값을 만족한다.According to another aspect of the present invention, a separator for a fuel cell includes a separator for a fuel cell having a metal substrate coated with graphene, and satisfies the following expressions (1) and (2).

(1) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 2D 피크의 크기 변동률이 10% 이하.(1) The dimensional change of the 2D peak of Raman spectra to graphene is less than 10% in the whole of the graphene-coated metal substrate.

(2) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 D피크와 G피크의 세기비(ID/IG)는 0.2이하.
(2) The intensity ratio (ID / IG) of the D peak and G peak of Raman spectrum to graphene on the entire surface of the graphene-coated metal substrate is 0.2 or less.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 연료전지는 상기 연료전지용 분리판을 포함한다. A fuel cell according to another aspect of the present invention includes the separator plate for the fuel cell.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법에 따라 연료전지용 분리판을 제조하게 되면, 그 제조시 제조단가를 절감하는 효과가 있으며, 표면이 매끄럽고, 결과적으로는 분리판 전체에서 전기전도성이 고르게 달성되는 효과가 있는 연료전지용 분리판의 제공이 가능하다.
When the separator for a fuel cell is manufactured according to the method for manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention, the manufacturing cost of the separator is reduced, and the surface is smooth. As a result, It is possible to provide a separator for a fuel cell.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 제조공정을 단계별화하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4의 연료전지용 분리판의 표면 주사전자(SEM) 현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1의 연료전지용 분리판의 표면 주사전자(SEM) 현미경 사진이다.
도 4는 비교예 2의 연료전지용 분리판의 표면 주사전자(SEM) 현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1의 경우 각 플라즈마 출력 별로 라만 스펙트럼 등을 측정한 그래프이다.
도 6은 온도를 달리하여 증착하고 그라핀을 성장시킨 경우 라만 스펙트럼 등을 측정한 그래프이다.
도 7은 플라즈마 처리 등 그라핀의 성장시간을 각각 달리한 경우 라만 스펙트럼 등을 측정한 그래프이다.
도 8은 주입하는 기체의 종류를 달리한 경우 각 연료전지용 분리판의 표면 주사전자 현미경(SEM) 사진이다.FIG. 1 is a graph showing a stepwise process of manufacturing the first embodiment of the present invention.
2 is a SEM micrograph of the separator for fuel cells of Examples 1, 3 and 4;
3 is a SEM micrograph of a separator for a fuel cell according to Comparative Example 1. Fig.
4 is a SEM micrograph of a separator for a fuel cell according to Comparative Example 2. Fig.
FIG. 5 is a graph illustrating Raman spectrum and the like for each plasma output in the case of Example 1. FIG.
FIG. 6 is a graph showing Raman spectrum and the like when graphenes are grown by depositing with different temperatures. FIG.
FIG. 7 is a graph showing Raman spectra when the growth time of the graphene, such as the plasma treatment, is different.
FIG. 8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a separator plate for each fuel cell when the type of gas to be injected is different.

이에 본 발명자들은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)에 의하면서도 제조단가를 절감하며, 표면이 보다 매끄러운 연료전지용 분리판의 제공이 가능한 연료전지용 분리판의 제조방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have developed a method of manufacturing a separator for a fuel cell, which can reduce the manufacturing cost and provide a separator plate for a fuel cell with a smoother surface by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) As a result of intensive research efforts, the present inventors have found a method for producing a separator for a fuel cell according to the present invention and completed the present invention.

구체적으로 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법은 화학 기상 증착법에 의한 연료전지용 분리판의 제조방법에 있어서, 1) 금속 기판을 가열하는 단계와, 2) 상기 가열된 금속 기판을 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하면서 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the method for manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention comprises the steps of: 1) heating a metal substrate; 2) heating the heated metal substrate to hydrogen and methane Or plasma treatment while injecting methane with an inert gas.

일반적으로 연료전지는 그 내부에서 전자를 신속히 전달하고 외부에서 유입되는 가스와 반응하여 생성된 물을 신속하게 외부로 배출하는 능력이 우수함에 의해 그 성능이 좌우된다. 그러므로 연료전지 내에서 전지에서 발생되는 전류를 이동시켜 주는 역할을 하는 연료전지용 분리판의 전기전도성이 우수하여야 연료전지 전체의 성능을 우수하게 향상시킬 수 있다. 그리하여 전기전도성과 내부식성이 뛰어나고 밀도가 낮아 경량의 분리판 제작을 가능하게 하는 그라파이트가 연료전지용 분리판의 재료로서 사용되었다. 하지만, 이러한 그라파이트는 가격이 높고, 추가 첨가제를 필요로 하여 부피가 커지게 되며, 내구성이 약하다는 문제점이 있어 전기전도성이 부여될 수 있는 금속 기판에 그라파이트를 코팅하여 연료전지용 분리판을 제조하는 것이 바람직하다.Generally, the performance of a fuel cell depends on its ability to rapidly transfer electrons from the fuel cell and react with the gas introduced from the outside, thereby rapidly discharging the generated water to the outside. Therefore, the separator for the fuel cell, which serves to move the current generated in the fuel cell in the fuel cell, is excellent in electrical conductivity, so that the performance of the entire fuel cell can be improved remarkably. Thus, graphite, which is capable of producing a lightweight separator having excellent electrical conductivity, low corrosion resistance and low density, was used as a material for a separator for a fuel cell. However, such a graphite has a problem in that its price is high, it requires a large amount of additive and becomes bulky and its durability is poor, so that it is possible to manufacture a separator for a fuel cell by coating graphite on a metal substrate, desirable.

이때 상기 금속 기판은 그라파이트의 전기전도성을 떨어뜨리지 않으면서, 그 자체로서도 전기전도성을 가지고 있어 연료전지용 분리판 전체에 전기전도성을 부여할 수 있는 금속이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 구리, 알루미늄, 마그네슘, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬 몰리브덴 및 이들 각각의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 금속 기판으로서 상기 구리, 알루미늄, 마그네슘, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 이들 각각의 합금으로 이루어지는 군 중에서 어느 하나 이상을 선택하게 되면, 기계적 강도 및 전기전도도가 우수한 연료전지용 분리판의 제공이 가능하며, 연료전지에서 사용되는 기체가 분리판의 외부로 유출되지 않게 낮은 기체투과율을 달성하게 된다. 또한 상기 금속 기판으로서 더욱 바람직하게는 알루미늄 또는 마그네슘을 선택하게 되면 밀도가 낮은 연료전지용 분리판의 제공이 가능하게 되어, 연료전지용 분리판으로서 유리한 특성인 경량의 연료전지용 분리판의 제공이 가능하게 된다.In this case, the metal substrate may be any metal that can impart electrical conductivity to the entire separator plate for fuel cells, without deteriorating the electrical conductivity of the graphite itself and having electrical conductivity, Aluminum, magnesium, stainless steel, nickel, chromium molybdenum, and alloys thereof. The present invention provides a separator for a fuel cell having excellent mechanical strength and electrical conductivity by selecting at least one selected from the group consisting of copper, aluminum, magnesium, stainless steel, nickel, chromium, molybdenum, And achieves a low gas permeability so that the gas used in the fuel cell does not flow out of the separator plate. Further, when aluminum or magnesium is more preferably used as the metal substrate, it is possible to provide a separator for a fuel cell having a low density, and it is possible to provide a separator for a fuel cell which is advantageous as a separator for a fuel cell .

상기 그라핀의 두께는 연료전지 내의 탄소시트와 같은 다른 기재들의 부피에 영향을 미치지 않으면서 그라파이트의 우수한 전기전도성 및 열전도성을 달성할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니다.The thickness of the graphene is not particularly limited as long as it can achieve the excellent electrical conductivity and thermal conductivity of the graphite without affecting the volume of other substrates such as the carbon sheet in the fuel cell.

상기 금속 기판을 가열한 후 이를 증착하는 것이 상기 그라핀을 금속 기판에 보다 효과적으로 융착 시킬 수 있어 바람직하다. 상기 증착의 방법은 특별한 제한 없이 당업계에 적용되는 모든 공지의 증착 방법이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD)이 적용될 수 있다.It is preferable that the metal substrate is heated and then deposited so that the graphene can be more effectively fused to the metal substrate. The deposition may be performed by any well-known deposition method applicable to the present invention without any particular limitation, and preferably by chemical vapor deposition (CVD).

상기 증착은 바람직하게는 금속 기판을 가열한 후 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하면서 플라즈마처리를 하는 것이 바람직하다.Preferably, the deposition is preferably performed by heating the metal substrate, followed by plasma treatment while injecting hydrogen, methane or an inert gas and methane.

상기 금속 기판의 가열은 800~850℃의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 온도를 800℃미만으로 가열하는 경우 코팅된 그라파이트의 완전한 융착을 기대하기 어려우며 코팅의 두께도 일정하지 않고, 그라파이트 또는 그라핀이 무질서하게 성장하게 되어 바람직하지 않다. 또한 상기 온도를 850℃를 초과하여 가열하는 경우 그러한 고온의 조건을 제공하여 증착하여야 함에 따른 제조단가의 상승, 인화 위험의 증가 및 고온으로 인한 그라파이트의 코팅 손실 우려가 있다.The heating of the metal substrate is preferably performed at a temperature of 800 to 850 캜. When the temperature is lower than 800 캜, it is difficult to expect complete fusion of the coated graphite, the thickness of the coating is not constant, and graphite or graphene grows disorderly. Further, when the temperature is heated to more than 850 ° C, there is a fear of an increase in manufacturing cost due to the provision of such a high temperature condition, an increase in the risk of flammability, and a coating loss of graphite due to high temperature.

상기 증착시 그 압력은 증착의 효과를 충분히 달성할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.The pressure at the time of the deposition is not particularly limited as long as it can sufficiently attain the effect of vapor deposition.

상기 메탄의 주입시 유속과 수소 또는 비활성 기체의 주입시 유속의 비율은 각 기체의 주입 효과를 달성하는 범위이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 메탄의 주입시 유속과 수소 또는 비활성기체의 주입시 유속의 비율이 1:30~50의 유속의 비율로 주입하는 것이 바람직하다. 상기 수소 또는 비활성기체의 유속이 30 미만의 비율로 주입되는 경우 기체의 흐름이 원활하지 못해 원하는 증착 효과를 기대하기 어려워 바람직하지 않으며, 상기 수소 또는 비활성기체의 유속이 50을 초과하는 비율로 주입되는 경우 지나치게 기체의 흐름이 빨라져 메탄을 통해 달성하려는 증착 효과가 감소할 우려가 있으므로 바람직하지 않다.The ratio of the flow rate at the time of injecting methane to the flow rate at the time of injecting hydrogen or an inert gas is not particularly limited as long as the rate of injection of methane is within a range of achieving the effect of injection of each gas. It is preferable to inject the liquid at a flow rate ratio of 1: 30 to 50. If the flow rate of the hydrogen or the inert gas is less than 30, the flow of the gas is not smooth and it is difficult to expect a desired deposition effect, and the flow rate of the hydrogen or the inert gas is injected at a rate exceeding 50 It is undesirable because the flow of gas is excessively accelerated and the deposition effect to be achieved through methane may decrease.

상기 수소와 메탄을 동시에 주입하는 경우 상기 수소에 의해 그라핀의 성장이 촉진될 수 있어 바람직하며, 상기 메탄에 의해 금속 기판 표면에 빈 공간이 없게 그라핀의 수평 성장을 촉진하여 연료전지용 분리판 전체에 빈 공간 없이 전기전도성을 부여하고 증착 후 전체 분리판에서 균일한 코팅 두께가 달성되는 효과가 있다.When the hydrogen and methane are injected at the same time, the growth of graphene can be promoted by the hydrogen. This promotes the horizontal growth of the graphene with no space on the surface of the metal substrate, To provide electrical conductivity without voids and to achieve a uniform coating thickness on the entire separator plate after deposition.

상기 비활성기체와 메탄을 동시에 주입하는 경우 안정한 성질을 갖는 비활성 기체에 의해 메탄으로부터 유발되는 그라핀의 수평 성장 촉진 특성을 다른 요인에 의해 영향 받지 않고 보다 효과적으로 발휘되게 하여 연료전지용 분리판 전체에 빈 공간 없이 전기전도성을 부여하고 증착 후 전체 분리판에서 균일한 두께가 달성되는 효과가 있다.When the inert gas and methane are simultaneously injected, the horizontal growth promoting property of the graphene generated from methane by the inert gas having stable properties can be exerted more effectively without being influenced by other factors, And it is effective to achieve a uniform thickness in the entire separator plate after deposition.

상기 비활성기체는 원자배치상 18족의 기체로서 증착의 효과를 달성하지 못하는 기체가 아니라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 것일 수 있다.The inert gas may be selected from the group consisting of helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) ), Xenon (Xe), and radon (Rn).

또한 상기 메탄을 수소 또는 비활성기체와 동시에 주입하는 것이 바람직한데, 이는 상기 플라즈마 처리시 발생하는 전기장으로 인해 두께가 불규칙하고 분리판 전체에 고른 전기전도성을 부여하기 힘들게 하는 그라핀의 수직 성장을 막는 역할을 할 수 있다. 또한 상기 메탄은 이렇게 그라핀의 수직 성장을 막으면서 동시에 그라핀의 수평 성장은 촉진하는 역할을 하게 되어 분리판 전체에 빈 공간 없이 그라핀을 성장시키게 되어 균일한 코팅 두께 및 균일한 전기전도성을 달성하게 된다.It is also desirable to inject the methane with hydrogen or an inert gas at the same time to prevent the vertical growth of the graphene, which is irregular in thickness due to the electric field generated during the plasma treatment and makes it difficult to impart uniform electrical conductivity to the entire separator plate can do. In addition, the methane prevents the vertical growth of graphene and promotes the horizontal growth of the graphene, thereby growing the graphene without voids in the entire separator, thereby achieving a uniform coating thickness and uniform electrical conductivity .

상기 증착에는 상기 플라즈마 처리를 수행하는 것이 바람직한데, 이는 플라즈마 처리를 하지 않고 증착을 수행하는 경우에 비해 그라핀의 성장을 저온에서도 촉진할 수 있어 가열하여야 하는 온도를 낮출 수 있으므로 전체 제조단가를 낮출 수 있어 바람직하다. 다만, 상기 플라즈마 처리 과정에서 발생하는 전기장으로 인해 그라핀의 수직 성장이 유도되어 바람직하지 않은데, 이는 상기 메탄을 동시에 주입함으로 인해 수직 성장이 억제되고, 수평 성장이 촉진되어 분리판의 균일한 두께 및 분리판 전체에 고른 전기전도성의 부여가 가능하다. 또한 상기 플라즈마 처리에 의해 메탄의 탄소 원자가 해리되고 이를 통해 그라핀이 성장될 수 있다.It is preferable to perform the plasma treatment for the deposition, which can accelerate the growth of graphene even at a low temperature as compared with the case where the deposition is performed without the plasma treatment, thereby lowering the temperature to be heated, . However, it is not preferable because vertical growth of graphene is induced due to an electric field generated in the plasma treatment process. This is because the vertical growth is suppressed by simultaneously injecting the methane and the horizontal growth is promoted, It is possible to impart uniform electrical conductivity to the entire separator plate. Also, the carbon atoms of the methane can be dissociated by the plasma treatment, and the graphene can be grown thereby.

상기 플라즈마 처리시 출력은 바람직하게는 30W~70W로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 출력이 30W 미만으로 처리되면 증착 후 코팅 두께가 일정하게 달성되기 어려워 바람직하지 않다. 또한 상기 출력이 70W를 초과하여 수행되는 경우에는 증착 후 코팅 두께가 고르지 못하며 그라핀 성장시 무질서도가 증가하여 바람직하지 않다.The output during the plasma treatment is preferably 30W to 70W. If the output is less than 30 W, it is difficult to achieve uniform coating thickness after deposition. Also, when the output is more than 70 W, the thickness of the coating after deposition is not uniform and the degree of disorder is increased when growing the graphene.

상기 플라즈마 처리 시간은 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 상기 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하는 동안 지속적으로 처리해 주는 것이 바람직하다.Although the plasma treatment time is not particularly limited, it is preferable to continuously treat the hydrogen and methane or the inert gas and the methane during the injection.

상기 2) 가열된 금속 기판을 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하면서 플라즈마 처리하는 단계 이전에, 수소를 주입하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 수소를 주입하는 단계를 상기 2) 단계와 분리하여 따로이 수행하게 되면 플라즈마 처리 수행 과정을 보다 단시간 내에 종료할 수 있어 제조단가를 낮출 수 있으며, 그라핀의 성장을 촉진하는 수소에 의해 그라핀의 집중적인 성장을 도모할 수 있어 바람직하다. 또한 상기 수소를 따로이 주입함에 따라 산화로 인한 불순물을 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한 상기 수소를 따로이 주입하는 단계에서 상기 수소 주입시 유속은 바람직하게는 그라핀의 성장을 도모하고, 산화 불순물을 제거하는 효과가 발휘될 수 있다면 특별한 범위로 제한되어 실시되지 않는다.The method further comprises a step of injecting hydrogen prior to the step of plasma treating the heated metal substrate with hydrogen and methane or an inert gas and methane. If the step of injecting hydrogen is performed separately from the step 2), the process of plasma treatment can be completed in a shorter time, so that the manufacturing cost can be lowered. By the hydrogen that accelerates the growth of graphene, So that intensive growth can be achieved. In addition, impurities due to oxidation can be removed by separately injecting the hydrogen. Also, in the step of injecting the hydrogen separately, the flow rate at the time of hydrogen injection is preferably limited to a specific range as long as the effect of removing graphene and removing oxidative impurities can be exerted.

상기 수소를 따로이 주입하는 단계 이후에도 바람직하게는 비활성기체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직한데, 이는 상기 수소를 따로이 주입한 단계에서 상기 수소가 산화 불순물 등을 제거하는 역할을 수행하고 난 이후이므로 순수한 수소의 성질이 발휘되기 어려워, 상기 2) 단계의 진입 이전에 안정한 비활성기체를 이용해 잔류 수소를 제거하여 상기 2) 단계를 수행하는 효율을 극대화 하기 위함이다. 이때 상기 비활성기체는 잔류 수소를 제거하는 역할을 하는 것이면 18족의 기체로서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn)으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 것일 수 있다. 또한 상기 수소를 따로이 주입하는 단계 이후 상기 비활성기체를 주입하는 단계에서 상기 비활성기체의 주입 속도는 바람직하게는 잔류 수소를 제거하는 효과를 달성하는 범위이면 특별히 제한되어 실시되지 않는다.
It is preferable to further include a step of injecting an inert gas even after the step of injecting the hydrogen separately. This is because the hydrogen acts to remove the oxidizing impurities during the step of injecting the hydrogen separately It is difficult to exhibit the nature of pure hydrogen, so as to maximize the efficiency of performing the step 2) by removing residual hydrogen using a stable inert gas before entering the step 2). In this case, the inert gas is not particularly limited as long as it is capable of removing residual hydrogen, and it is preferably a gas of group 18, but it is preferable to use helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) Xe), and radon (Rn). In addition, the step of injecting the inert gas after the step of injecting the hydrogen separately is not particularly limited as long as the inert gas is injected at a rate that preferably achieves the effect of removing residual hydrogen.

본 발명의 또 다른 특징으로서 연료전지용 분리판은 금속 기판이 코팅된 분리판을 포함하며, 하기 식 (1) 및 (2)의 값을 만족하는 것일 수 있다.As another feature of the present invention, the separator plate for a fuel cell includes a separator plate coated with a metal substrate, and may satisfy the following expressions (1) and (2).

(1) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 2D피크의 크기 변동률이 10% 이하.(1) The dimensional change of the 2D peak of Raman spectra to graphene is less than 10% in the whole of the graphene-coated metal substrate.

(2) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 D피크와 G피크의 세기비(ID/IG)는 0.2이하.(2) The intensity ratio (ID / IG) of the D peak and G peak of Raman spectrum to graphene on the entire surface of the graphene-coated metal substrate is 0.2 or less.

상기 라만 스펙트럼은 그라핀에서 방출되는 스펙트럼으로서 그 스펙트럼은 당업계에 적용되는 공지의 모든 방법으로 측정될 수 있다. 이러한 라만 스펙트럼은 주요하게 3가지의 피크가 나타나게 된다. 첫째 1350㎝-1에서나타나는 D피크, 둘째 1580㎝-1에서나타나는 G피크, 마지막으로 2680㎝-1에서나타나는 2D피크가 있다. 이 중 D피크는 그라핀의 가장자리에서 관찰되는 피크이며, 금속 기판에 코팅되어 성장하는 그라핀의 무질서도와 관련되는 피크로서 D피크가 커질수록 무질서도가 증가함을 의미한다. 또한 G피크는 브릴루인 구간 중앙에서 이중 축퇴 포논 모드와 관련이 있다고 알려진 것으로서, 그라핀 내 SP2 탄소 망상 구조를 나타낸다. 또한 2D피크는 2차 라만 과정으로부터 비롯되는 피크로서, 그라핀의 두께를 결정하는데 관련되는 피키이며, 피크의 크기가 커질수록 두께가 커짐을 의미한다.The Raman spectrum is a spectrum emitted from graphene and its spectrum can be measured by any known method applied in the art. These Raman spectra show mainly three peaks. Firstly there is a D peak at 1350 cm -1, a second G peak at 1580 cm -1, and finally a 2D peak at 2680 cm -1. Among them, the D peak is a peak observed at the edge of the graphene, and the peak associated with the disorder of the grown graphene coated on the metal substrate means that the larger the D peak, the more disorder is. The G-peak is also known to be associated with the double-degenerated phonon mode at the center of the Brillouin section, indicating the SP2 carbon network structure in the graphene. The 2D peak is a peak derived from the second Raman process and is related to determining the thickness of the graphene. The larger the peak, the larger the thickness.

그러므로 상기 2D피크의 크기가 변동이 심하면 그 두께가 일정하지 않음을 의미하는 것인데, 본 발명에 따른 상기 식 (1)과 같이 크기 변동률이 10% 이하인 경우 그 두께가 균일하게 그라핀이 코팅된 것으로서 연료전지용 분리판 전체에서 전기전도성이 균일하게 부여되며, 표면이 매끈한 우수한 연료전지용 분리판에 해당할 수 있다.Therefore, when the size of the 2D peak is fluctuating, it means that the thickness is not constant. When the size variation ratio is 10% or less as in the formula (1) according to the present invention, the thickness is uniformly coated with graphene The entirety of the separator for fuel cells is uniformly provided with electrical conductivity, and the separator for a fuel cell can be a smooth surface.

또한 상기 D피크의 경우 그라핀의 무질서도를 나타내는 피크로서 그 피크의 크기가 작을수록 안정하면서도 유리한 효과를 나타내는 것인데, 본 발명에 따른 상기 식 (2)와 같이 G피크와 대비한 세기비(ID/IG)가 0.2이하인 경우에는 무질서하지 않은 안정한 상태의 그라핀이 코팅된 것으로서 역시 우수한 연료전지용 분리판에 해당할 수 있다.Further, in the case of the D peak, the peak indicating the disorder of the graphene shows a more stable and advantageous effect as the size of the peak is smaller. The intensity ratio (ID / IG) of 0.2 or less is coated with the stable graphene which is not disordered and can also be regarded as an excellent separator for fuel cells.

상기 연료전지용 분리판은 당업계에 적용되는 공지의 방법으로 제작된 모든 연료전지용 분리판을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예로서 연료전지용 분리판은 유로 형상이 사형(serpentine) 또는 평행(parallel) 유로를 포함할 수 있다.The separator for a fuel cell may include all separators for fuel cells manufactured by a known method applied in the related art. Preferably, the separator may be manufactured by a method for manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention. Further, as a preferred embodiment of the present invention, the separator for fuel cells may have a serpentine or parallel flow path.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 연료전지는 상기 연료전지용 분리판을 포함하는 것일 수 있다. 상기 연료전지의 제작방법에는 특별한 제한이 없는 것으로서 당업계에 적용되는 공지의 방법으로 제조된 연료전지를 모두 포함할 수 있다.
The fuel cell according to another aspect of the present invention may include the separator plate for the fuel cell. The method of manufacturing the fuel cell may include any fuel cell manufactured by a known method applied to the art without any particular limitation.

이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

실시예Example

실시예Example 1: One:

연료전지용 분리판에 사용될 금속기판으로서 구리 기판(Alfa Aesar, 99.8 %, #13382)을 사용하였다. 다결정 구리 포일 기판을 7x7 cm2크기로 절단하여 재단한 후 전처리 없이 유도 결합 플라즈마 반응기가 구비되어 있는 챔버에 장착하였다. 챔버 내의 압력은 터보 분자 펌프로 펌핑하여 기저 압력을 ~107Torr정도로 낮게 유지하였다. 그 후 챔버에 어떠한 가스도 주입하지 않은 상태에서 초당 3℃의 속도로 830℃까지 챔버 내의 온도를 가열하였다. 830℃까지 온도를 가열시킨 다음 수소(H2)가스를 표준 상태에서 분당 40 입방 센티미터(sccm)의 유속으로 챔버 내에 주입시켰다. 그 후 챔버 내에 주입된 수소 가스를 2분간 50W의 RF 출력에 의해 방전시켜 구리 기판 표면에서 그라핀 이외의 산화물을 제거하였다. 그 다음, 아르곤(Ar)을 100 sccm의 유속으로 챔버에 2분간 퍼징하여 방전을 통해 산화물 제거에 쓰였던 잔류 수소 가스를 제거하였다. 그 후 수소를 40 sccm의 유속으로 흐르게 투입하고, 동시에 메탄을 1sccm의 유속으로 흐르게 투입하여 그라핀을 3분 동안 성장시켰다. 이때 챔버 내의 압력은 10 mTorr로 유지하였고, 성장 시간으로 주어진 3분 동안 RF 플라즈마를 지속적으로 발생시켰다. 이때 기판의 온도는 830℃가 되도록 챔버 내의 온도를 유지하면서 그라핀을 성장시켰다. 그 후 가열 전원을 차단하였으며, 그라핀이 코팅된 구리 기판을 3℃/초의 속도로 급랭 시켜 연료전지용 분리판을 제조하였다.A copper substrate (Alfa Aesar, 99.8%, # 13382) was used as a metal substrate to be used for the separator for fuel cells. The polycrystalline copper foil substrate was cut to a size of 7 × 7 cm 2, cut and mounted in a chamber equipped with an inductively coupled plasma reactor without pretreatment. The pressure in the chamber was pumped with a turbo-molecular pump to keep the base pressure as low as ~ 107 Torr. The chamber temperature was then heated to 830 ° C at a rate of 3 ° C per second without any gas being introduced into the chamber. The temperature was heated to 830 DEG C and hydrogen (H2) gas was then injected into the chamber at a flow rate of 40 cubic centimeters per minute (sccm) at standard conditions. Thereafter, the hydrogen gas injected into the chamber was discharged by an RF output of 50 W for 2 minutes to remove oxides other than the graphene from the surface of the copper substrate. Then, argon (Ar) was purged into the chamber for 2 minutes at a flow rate of 100 sccm to remove residual hydrogen gas used for oxide removal through discharge. Thereafter, hydrogen was flowed at a flow rate of 40 sccm, and at the same time, methane was flown at a flow rate of 1 sccm to grow the graphene for 3 minutes. At this time, the pressure in the chamber was maintained at 10 mTorr, and the RF plasma was continuously generated for 3 minutes given by the growth time. At this time, graphene was grown while maintaining the temperature in the chamber so that the temperature of the substrate was 830 캜. Thereafter, the heating power was turned off, and the copper substrate coated with graphene was quenched at a rate of 3 ° C / sec to prepare a separator for fuel cells.

이렇게 수소와 메탄 혹은 아르곤과 메탄을 동시에 주입하면서 그라핀을 성장시켜 연료전지용 분리판을 제조한 상기 실시예 1의 과정을 하기 도 1에서 그래프로 표현해서 나타냈다.
The process of Example 1, in which hydrogen and methane, or argon and methane are simultaneously injected to grow the graphene to produce a separator for a fuel cell, is shown in FIG. 1 as a graph.

실시예Example 2: 2:

그라핀의 성장에 있어서 수소 대신에 비활성기체인 아르곤을 40 sccm의 유속으로 투입하고 메탄을 1 sccm의 유속으로 투입하여 그라핀을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지용 분리판을 제조하였다.
Except that in the growth of graphene, argon, which is an inert gas, was introduced at a flow rate of 40 sccm instead of hydrogen, and methane was fed at a flow rate of 1 sccm to grow the graphene. Thereby preparing a battery separator.

실시예Example 3: 3:

1분을 소요하여 상기 그라핀을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지용 분리판을 제조하였다.
Except that the graphene was grown for 1 minute to prepare a separator for a fuel cell.

실시예Example 4: 4:

2분을 소요하여 상기 그라핀을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지용 분리판을 제조하였다.
2 minutes to grow the graphene, a separator for a fuel cell was manufactured using the same method as that of Example 1 above.

실시예Example 5: 5:

4분을 소요하여 상기 그라핀을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연료전지용 분리판을 제조하였다.
Except that the above-mentioned graphene was grown for 4 minutes to prepare a separator for a fuel cell.

비교예Comparative Example

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1의 그라핀 성숙시 행한 플라즈마 처리를 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 연료전지용 분리판을 제작하였다.
A separator for a fuel cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the plasma treatment at the time of graphening in Example 1 was not performed.

비교예Comparative Example 2 2

수소(H2)만을 주입하여 플라즈마 처리하여 그라핀을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 PECVD를 실시하여 연료전지용 분리판을 제조하였다.
PECVD was carried out in the same manner as in Example 1 except that only hydrogen (H2) was injected and subjected to a plasma treatment to grow graphene, thereby preparing a separator for a fuel cell.

실험예Experimental Example

<< 실험예Experimental Example 1:  One: 플라즈마plasma 처리와 메탄 주입의 효과 측정> Measuring the effects of treatment and methane injection>

그라핀의 성장 과정에서 플라즈마를 처리한 경우인 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4와 플라즈마를 처리하지 않은 비교예 1 및 수소만 주입하여 플라즈마 처리한 비교예 2의 표면을 측정하였다. 이의 표면은 주사전자(SEM) 현미경 사진을 통해 관찰하였으며, 이의 결과는 하기 도 2, 도 3 및 도 4에 나타냈다.
The surfaces of Examples 1, 3 and 4, Comparative Example 1 in which plasma was not treated, and Comparative Example 2 in which hydrogen was injected and subjected to plasma treatment were measured in the growth process of graphene. Its surface was observed through a scanning electron microscope (SEM) and its results are shown in Figures 2, 3 and 4 below.

상기 도 2를 더욱 구체적으로 살펴보면, 도 2a가 1분간 성장시켜 플라즈마 처리한 실시예 3의 SEM 사진이며, 도 2b는 2분간 성장시켜 플라즈마 처리한 실시예 4의 SEM 사진이고, 도 2c는 3분간 성장시켜 플라즈마 처리한 실시예 1의 SEM 사진이다. 이러한 도 2a 내지 도 2c에서 확인할 수 있는 바와 같이 플라즈마 처리 시간이 길어질수록 그라핀이 성장하며, 또한 공간을 남기지 않고 더욱 조밀하게 채워지면서 성장하는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 2B is an SEM photograph of Example 4 in which plasma treatment is performed by growing for 2 minutes. FIG. 2C is a SEM image of Example 3 where the plasma treatment is performed for 3 minutes SEM photograph of Example 1 in which the film was grown and subjected to plasma treatment. As can be seen from FIGS. 2A to 2C, it was confirmed that as the plasma treatment time becomes longer, the graphene grows and grows more densely without leaving a space.

한편 도 3은 플라즈마를 처리하지 않고 수소와 메탄 기체만 주입하여 3분 동안 그라핀을 성장시킨 비교예 1의 SEM 사진이다. 이러한 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 플라즈마를 처리하지 않으면, 그라핀이 주어진 시간 동안 충분히 성장하지 않고, 결과적으로는 채워지지 않는 공간도 훨씬 많음을 확인할 수 있었다. 또한 이럴 경우 금속 기판에 충분한 코팅 효과를 보기 위해서는 플라즈마를 처리하는 경우에 비해 그라파이트의 양을 보다 많이 첨가하여 코팅액을 제조할 수 밖에 없는 것을 확인하였다.3 is an SEM photograph of Comparative Example 1 in which graphene was grown for 3 minutes by injecting only hydrogen and methane gas without plasma treatment. As can be seen from Fig. 3, if the plasma is not treated, it can be confirmed that the graphene does not grow sufficiently for a given time, and as a result, the space that is not filled is much larger. In addition, in order to obtain sufficient coating effect on the metal substrate, it was confirmed that the amount of the graphite was increased more than that of the plasma treatment, so that the coating solution could not be produced.

또한 도 4는 플라즈마를 처리하되, 실시예 1과는 달리 그라핀의 성장 단계에서 수소만을 주입하여 3분 동안 성장시킨 비교예 2의 SEM 사진이다. 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 이 경우는 도 3에 비해 그라핀의 성장 크기는 보다 크다 하더라도, 상대적으로 도 2c의 경우보다는 현저하게 그라핀의 크기가 작으며, 결과적으로는 남는 공간도 훨씬 많다는 것을 확인할 수 있어 실시예 1의 경우보다 효과가 낮은 것을 확인할 수 있었다.4 is an SEM photograph of Comparative Example 2 in which plasma treatment was performed, but unlike Example 1, only hydrogen was injected in the growth step of graphene for 3 minutes. As can be seen from FIG. 4, in this case, although the growth size of the graphene is larger than that of FIG. 3, the size of the graphene is remarkably smaller than that of FIG. 2C, It was confirmed that the effect was lower than that in Example 1.

결과적으로, 이렇게 플라즈마를 처리하지 않은 비교예 1의 경우보다 플라즈마를 처리한 실시예 1, 실시예 3 및 4의 경우가 금속 기판 표면에 빈 틈 없이 그라핀을 성장시킬수 있음을 확인하였다. 또한 수소를 주입하면서 동시에 메탄을 주입하고 플라즈마를 처리한 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4의 경우가 수소만을 주입하여 플라즈마 처리한 비교예 2의 경우에 비해 크고 고른 그라핀을 성장시켜 우수한 금속 기판 표면의 코팅 효과를 볼 수 있는 것임을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that in the case of Examples 1, 3 and 4, in which the plasma was treated, the graphenes could be grown on the surface of the metal substrate without voids as compared with the case of Comparative Example 1 in which the plasma was not treated. In the case of Examples 1, 3 and 4 in which hydrogen was injected and methane was simultaneously injected and the plasma was treated, larger and more uniform graphene was grown compared to the case of Comparative Example 2 in which only hydrogen was injected and subjected to plasma treatment And the coating effect on the surface of the metal substrate can be seen.

이러한 결과는 플라즈마 처리가 그라핀의 성장에 크게 도움을 주며, 또한 플라즈마 처리에 그치지 않고 수소와 함께 메탄을 주입한 경우 그라핀의 성장이 우수하게 달성된다는 것을 의미한다. 이는 곧 플라즈마 처리가 그라핀의 성장에 도움을 주며, 여기에 그치지 않고 메탄을 수소와 주입하는 것이 플라즈마 처리의 효과를 극대화 시키는 것임을 의미한다.
These results indicate that the plasma treatment significantly contributes to the growth of graphene, and that the growth of graphene is achieved excellently when methane is injected with hydrogen, not just the plasma treatment. This means that the plasma treatment helps to grow the graphene, and that not only does the injection of methane with hydrogen maximize the effect of the plasma treatment.

<< 실험예Experimental Example 2: 최적의  2: Optimal 플라즈마plasma 출력 측정> Output Measurement>

플라즈마를 발생시켜 그라핀을 성장시키는 실시예 1을 가지고 실험하되, 각 플라즈마의 출력값을 달리 조정하면서, 최적의 플라즈마 출력값을 측정하는 실험을 진행하였다. 또한 적절한 비교를 위해 플라즈마를 처리하지 않은 비교예 1의 경우도 본 실험의 대조군으로 활용하였다. 그리하여 성장시키는 그라핀의 라만 스펙트럼을 측정하였다. 이러한 라만 스펙트럼은 주요하게 3가지의 피크가 나타나게 된다. 첫째 1350㎝-1에서나타나는 D피크, 둘째 1580㎝-1에서나타나는 G피크, 마지막으로 2680㎝-1에서나타나는 2D피크가 있다. 이 중 D피크는 그라핀의 가장자리에서 관찰되는 피크이며, 금속 기판에 코팅되어 성장하는 그라핀의 무질서도와 관련되는 피크로서 D피크가 커질수록 무질서도가 증가함을 의미한다. 또한 G피크는 브릴루인 구간 중앙에서 이중 축퇴 포논 모드와 관련이 있다고 알려진 것으로서, 그라핀 내 SP2 탄소 망상 구조를 나타낸다. 또한 2D피크는 2차 라만 과정으로부터 비롯되는 피크로서, 그라핀의 두께를 결정하는데 관련되는 피키이며, 피크의 크기가 커질수록 두께가 커짐을 의미한다. 플라즈마 처리시 출력은 비교예 1에 따른 0W에서부터 시작하여 본 실시예 1의 플라즈마 출력값을 120W까지 단계별로 올려가면서 측정하였다. 이의 결과는 하기 도 5에 나타냈다.
Experiments were conducted with Example 1 in which plasma was generated to grow graphene, and experiments were conducted to measure the optimum plasma output value while adjusting the output values of the respective plasmas differently. Also, for comparison, Comparative Example 1, which was not treated with plasma, was used as a control group of this experiment. Thus measuring the Raman spectrum of the growing graphene. These Raman spectra show mainly three peaks. Firstly there is a D peak at 1350 cm -1, a second G peak at 1580 cm -1, and finally a 2D peak at 2680 cm -1. Among them, the D peak is a peak observed at the edge of the graphene, and the peak associated with the disorder of the grown graphene coated on the metal substrate means that the larger the D peak, the more disorder is. The G-peak is also known to be associated with the double-degenerated phonon mode at the center of the Brillouin section, indicating the SP2 carbon network structure in the graphene. The 2D peak is a peak derived from the second Raman process and is related to determining the thickness of the graphene. The larger the peak, the larger the thickness. The output during the plasma treatment was measured while increasing the plasma output value of the first embodiment from 120 W to 0 W starting from 0 W according to the first comparative example. The results are shown in FIG. 5 below.

상기 도 5a에서 확인할 수 있는 바와 같이 플라즈마를 처리하지 않은 비교예 1의 경우에는 무질서도를 나타내는 D피크가 플라즈마를 처리하는 실시예 1의 각 경우들에 비해 피크의 크기가 큰 것을 확인 할 수 있어 플라즈마를 처리하지 않게 되면 그라핀이 무질서하게 성장하는 것임을 확인할 수 있었다. 또한 여기에 더하여 실시예 1의 경우들에서는 발견되지 않는 피크로서 G피크의 바로 우측에서 이러한 무질서에 의해 유도되어 형성되는 D’피크(1620㎝-1)가 추가로 발견되는 것으로 확인되어 그라핀이 매우 무질서하게 성장하는 것임을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 5A, in the case of Comparative Example 1 in which the plasma was not treated, it can be seen that the D peak showing the degree of disorder has a larger peak size than the cases of Example 1 in which the plasma is treated It was confirmed that when the plasma is not treated, the growth of the graphene is disordered. In addition, in addition to this, it was confirmed that a D 'peak (1620 cm &lt; -1 &gt;) formed by this disorder was found just to the right of the G peak as an undetectable peak in the cases of Example 1, And that it is growing very disorderly.

이에 반하여 각 출력값으로 플라즈마 처리한 실시예 1의 경우 각 피크값을 도 5a에서 살펴보면 무질서도를 나타내는 D피크가 나타나지 않으면서 그라핀 성장의 두께가 일정한가를 나타내는 2D피크의 크기도 일정하게 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 70W에서부터는 2D피크의 크기가 50W보다는 작아지다가 다시 90W에서 커지는 것을 확인할 수 있어 불규칙한 두께로 나타나며, 무질서도를 나타내는 D피크도 70W에서부터 뚜렷하게 피크를 형성하며 커지는 것으로 관찰되어 그라핀이 무질서하게 성장하는 것임을 확인할 수 있었다. 그러므로 이러한 결과를 통해 대략 50W 전후의 출력값인 30W~70W사이의 출력으로 플라즈마를 처리하여야 두께가 일정하게 그라핀이 성장하며, 무질서하지 않은 안정한 그라핀의 성장이 가능함을 확인하였다. 또한 상기 범위에서 출력하는 경우 도 5a를 통해 각 2D 피크들의 크기 변동률을 서로 정밀하게 비교하여 측정한 결과 그 변동률은 10% 이하를 보임을 확인하여 두께 변화가 거의 없는 일정한 코팅 두께의 연료전지용 분리판의 제공이 가능함을 확인하였다.On the other hand, in the case of Example 1 in which the respective output values are plasma-treated, when the peak values are shown in FIG. 5A, the D peak showing disorderedness does not appear and the size of the 2D peak indicating the constant thickness of the graphene growth is constantly observed I could confirm. However, from 70W, the 2D peak is smaller than 50W, and then it becomes larger at 90W. The irregular thickness is shown. The D peak showing disorder is also observed to form a sharp peak from 70W, and the graphene is disorderly And that it is growing. Therefore, it was confirmed that plasma treatment with an output power of about 30 W to 70 W, which is an output value of about 50 W, allows growth of graphene with uniform thickness and stable growth of graphene without disorder. 5a, it was confirmed that the variation rate of each 2D peak was 10% or less as a result of precise comparison of the magnitude of variation of each 2D peak. As a result, It is possible to provide the service.

이러한 결과는 도 5b 및 도 5c에서도 추가적으로 관찰할 수 있는데, 도 5b에 의하면 ID/IG가 30W~70W사이에서 최저값을 유지하며, 또한 I2D/IG는30W~70W사이에서 최고값을 형성하는 것으로 관찰되어 안정하면서도 그라핀의 성장 두께를 최대치로 끌어올리는 것으로 확인된다. 또한 ID/IG가 30W~70W사이에서의 최저값 유지는 0.2 이하의 값에서 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 5c에 의하면 2D피크의 FWHM은 70W까지는 감소하는 경향을 보이다가 70W를 넘어서면 증가하는 것을 확인할 수 있어 70W를 넘기지 않는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.These results can be further observed in Figures 5b and 5c. According to Figure 5b, ID / IG maintains the lowest value between 30W and 70W and I2D / IG forms the highest value between 30W and 70W And it is confirmed that the growth thickness of the graphene is maximized while being stable. Also, it was confirmed that the minimum value maintenance between IDW / IG of 30W to 70W was maintained at a value of 0.2 or less. According to FIG. 5C, the FWHM of the 2D peak shows a tendency to decrease to 70 W, but it increases when the FWHM exceeds 70 W. Therefore, it is preferable that the FWHM does not exceed 70 W.

그러므로 본 실험을 통해 최적의 플라즈마 출력은 30~70W사이로 처리하는 것이 바람직한 것임을 확인하였다.
Therefore, it was confirmed that it is desirable to process the optimum plasma power within the range of 30 ~ 70W through this experiment.

<< 실험예Experimental Example 3: 최적의 증착 및 성장 온도 측정> 3: Optimum deposition and growth temperature measurement>

실시예 1에 따라 증착과 성장 온도로서 실시한 830℃의 경우와 함께 각각 760℃, 700℃ 및 650℃로 하여 증착 및 그라핀 성장 시킨 후 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 각각의 라만 스펙트럼을 측정하였다. 이의 결과는 하기 도 6에 나타냈다.
Deposition and growth of graphene were carried out at 760 ° C, 700 ° C and 650 ° C, respectively, in the case of 830 ° C as deposition and growth temperature according to Example 1, respectively, and Raman spectra were measured in the same manner as in Experimental Example 2 . The results are shown in FIG.

상기 도 6a에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1과 같이 830℃로 실시한 경우가 무질서도를 나타내는 D피크의 크기가 크게 감소하여 나타나며, 그라핀의 성장 두께를 나타내는 2D피크도 760℃의 피크와 크게 차이가 없어 일정한 두께로 그라핀이 성장하는 것임을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 6A, when D is performed at 830 ° C as in Example 1, the D peak showing a disordered degree is greatly reduced, and the 2D peak indicating the growth thickness of the graphene is also peaked at 760 ° C. There was no difference, and it was confirmed that graphene grows to a certain thickness.

또한 도 6b에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1과 같은 대략 830℃ 부근이 ID/IG의 세기비가 최저로 나타나 안정하며, I2D/IG의 세기비가 최대치로 나타나 그라핀의 성장을 반영하는 두께도 최대치로 달성됨을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 6B, the ID / IG intensity ratio is stable at around 830 DEG C as in the first embodiment, and the intensity ratio of I2D / IG is the maximum value and the thickness reflecting the growth of the graphene is also the maximum Respectively.

또한 도 6c에서 확인할 수 있는 바와 같이 2D 밴드에서의 FWHM 측정값도 본 발명의 실시예와 같은 대략 830℃부근이 최저점을 형성하고 있는 것으로 보아 대략 800℃ 부근이 바람직한 것으로 확인되었다.Also, as can be seen from FIG. 6C, the FWHM measurement value in the 2D band was found to be about 800 DEG C, which is the lowest point around 830 DEG C as in the embodiment of the present invention.

또한 도 6b를 통해 800~850℃ 사이에서의 ID/IG최저값 유지는 0.2 이하의 값에서 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 6a를 통해 상기 온도 범위에서 증착 및 그라핀을 성장시키는 경우 각 2D 피크들의 크기 변동률을 서로 정밀하게 비교하여 측정한 결과 그 변동률은 10%이하를 보여 두께 변화가 거의 없는 일정한 코팅 두께의 연료전지용 분리판의 제공이 가능함을 확인하였다.Also, it can be seen from FIG. 6B that the ID / IG minimum value retention between 800 and 850 ° C is maintained at a value of 0.2 or less. Also, when the deposition and the graphene growth were performed in the temperature range as shown in FIG. 6A, the variation rate of the magnitude of each 2D peak was precisely measured. As a result, the variation was less than 10% It is confirmed that it is possible to provide a separator for a battery.

그러므로 본 실험의 결과로 보아 대략 800℃ 전후에서 증착 및 그라핀을 성장시키는 경우가 안정한 상태에서 그라핀의 두께를 일정하게 성장시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
Therefore, it can be seen from the results of this experiment that the deposition of graphene at about 800 ° C and the growth of graphene can grow uniformly in a stable state.

<< 실험예Experimental Example 4: 성장 시간에 따른 두께 변화 측정> 4: Measurement of thickness change with growth time>

성장 시간이 각각 다른 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 경우와 메탄을 주입하지 않고 수소만 주입한 비교예 2를 각각 시간을 달리하여 라만 스펙트럼을 측정하였다. 그리하여 각각 시간을 달리한 경우에 있어 그 두께 등에 변화가 일어날 수 있는 것인지를 측정하였다. 이러한 라만 스펙트럼의 측정은 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 측정하였다. 이의 결과는 하기 도 7에 나타냈다.
Raman spectra were measured at different times in Examples 1, 3, 4, and 5, in which growth time was different, and Comparative Example 2, in which only hydrogen was injected without injecting methane. Thus, it was measured whether the change in thickness or the like could occur if the time was different. The measurement of the Raman spectrum was carried out in the same manner as in Experimental Example 2 above. The results are shown in FIG.

상기 도 7a에서 확인할 수 있는 바와 같이 수소와 메탄을 동시에 주입하면서 성장시킨 경우에는 시간이 지나면서도 2D 피크의 크기 변화가 없어 일정한 두께로 그라핀이 성장함을 확인할 수 있었다. 또한 D피크 및 G피크의 경우에도 크기 변화가 없어 무질서도에도 영향 없이 안정한 상태로 그라핀이 성장하는 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from FIG. 7A, when hydrogen and methane were simultaneously injected, it was confirmed that graphene grows to a constant thickness without changing the size of the 2D peak over time. It was also confirmed that graphene grows in a stable state without affecting the degree of disorder even when the D peak and the G peak do not change in size.

반면에 도 7b에서는 수소만 주입하여 그라핀을 성장시키는 비교예 2의 경우 2D 피크의 크기가 시간이 지나면서 커지는 것을 확인할 수 있었고, D 피크의 경우에도 그 크기가 도 7a의 D피크에 비해 점점 커지는 것을 확인할 수 있어 무질서도도 증가하는 것으로 확인된다. 또한 수소만을 주입하여 성장시킨 표면 사진인 도 4의 SEM 사진을 도 7b와 함께 연관시켜 관찰하면, 무질서도가 증가한 상태에서 두께가 증가하며, 그 표면 사진에서 빈 공간이 많은 것으로 미루어 보아 그라핀의 수평 성장을 억제하고 수직 방향으로의 성장이 우수한 것을 확인할 수가 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which only hydrogen was injected to grow graphene in FIG. 7B, it was confirmed that the size of the 2D peak increased over time, and in the case of the D peak, It can be confirmed that the disorder is also increased. In addition, when the SEM photograph of FIG. 4, which is a surface photograph obtained by implanting only hydrogen, is observed in conjunction with FIG. 7B, the thickness increases in the state where the degree of disorder is increased, It can be confirmed that the horizontal growth is suppressed and the growth in the vertical direction is excellent.

또한 도 7c를 통해 각 시간대별 ID/IG최저값 유지는 0.2 이하의 값에서 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 7a를 통해 상기 시간 범위 동안 각 2D 피크들의 크기 변동률을 서로 정밀하게 비교하여 측정한 결과 그 변동률은 10% 이하를 보여 두께 변화가 거의 없는 일정한 코팅 두께의 연료전지용 분리판의 제공이 가능함을 확인하였다.
Also, it can be seen from FIG. 7C that the ID / IG minimum value maintenance by each time period is maintained at a value of 0.2 or less. 7A, it is possible to provide a separation plate for a fuel cell having a uniform coating thickness with little change in thickness, since the variation rate of the magnitude of each of the 2D peaks is precisely measured and compared with that of FIG. 7A. Respectively.

이러한 결과로 보아, 수소와 메탄을 동시에 주입하여 그라핀을 성장시키는 경우가 빈 공간 없이 두께도 일정하게 그라핀을 성장시켜 코팅되게 하는 것임을 확인할 수 있으며, 반면에 메탄 없이 수소만을 주입하여 그라핀을 성장시키게 되면 플라즈마에 의한 전기장의 영향으로 그라핀을 수직방향으로 성장시키게 되어 무질서도가 증가하면서 그 두께도 균일하지 못하고 남는 공간이 생겨 표면이 매끄럽지 못하게 됨을 확인하였다.
As a result, it can be seen that when the hydrogen and methane are simultaneously injected to grow the graphene, the graphene is uniformly grown to have a uniform thickness without void space. On the other hand, The grown graphene grows in the vertical direction due to the influence of the electric field caused by the plasma. As a result, the thickness of the graphene is increased and the remaining space becomes uneven and the surface becomes smooth.

<< 실험예Experimental Example 5:  5: 비활성기체인Inert gas 아르곤과 메탄을 동시에 주입한 경우 효과 측정> Measurement of effect when argon and methane are simultaneously injected>

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2의 경우를 가지고 각각의 경우 금속 기판에 그라핀이 효과적으로 코팅된 것인지 비교하는 실험을 진행하였다. 이는 각각의 표면을 주사전자 현미경 사진을 찍어 비교하며 관찰하였다. 이의 결과는 도 8에 나타냈다.
Experiments were carried out to compare whether the graphene was effectively coated on the metal substrate in each of Examples 1, 2 and Comparative Example 2. This was observed by comparing each surface with a scanning electron microscope photograph. The results are shown in Fig.

상기 도 8a는 실시예 1의 경우 SEM 사진으로서 그 빈공간이 없이 그라핀도 우수하게 성장한 상태를 보여주고 있다. 또한 도 8b는 비록 수소와 메탄을 주입한 것은 아니지만, 아르곤과 같은 비활성기체와 메탄을 주입한 것으로서 수소만을 주입한 비교예 2의 SEM 사진보다도 상대적으로 빈 공간 없이 그라핀의 성장도 우수한 것임을 확인할 수 있었다.FIG. 8A is a SEM photograph of Example 1 showing a state in which graphene is grown well without the empty space. 8B shows that the growth of graphene is also superior to the SEM photograph of Comparative Example 2 where hydrogen and methane are not injected but injected with an inert gas such as argon and methane, there was.

그러므로 이러한 결과로 미루어 실시예 1의 경우가 그라핀의 성장을 가장 우수하게 달성하는 효과를 보이는 것으로 판단되며, 또한 비활성기체인 아르곤과 메탄을 동시에 주입하는 실시예 2도 수소만을 주입하는 비교예 2의 경우에 비해 그 효과가 우수한 것임을 확인할 수 있었다. 이렇게 아르곤과 같은 비활성기체를 사용하여 메탄과 함께 주입하고 그라핀을 성장시키는 경우에는 비활성기체의 안정한 성질로 인해 인화성 등의 위험성 없이 안전하게 증착할 수 있는 효과가 있다. 또한 이는 안정한 상태에서 플라즈마 처리를 수반한 메탄이 다른 요인에 의해 영향 받음 없이 그라핀을 균일하고 빈틈 없이 수평 성장시키는 능력을 우수하게 유지할 수 있음에 따른 것이라고 보인다.
Therefore, in the case of Example 1, the effect of achieving the best growth of graphene is shown, and in Example 2 in which argon and methane, which are both inert gases, are simultaneously injected, Comparative Example 2 It is confirmed that the effect is superior to the case of In this case, when an inert gas such as argon is injected together with methane to grow graphene, the stable nature of the inert gas can safely deposit without any danger such as flammability. It also appears to be due to the ability of methane with plasma treatment in a steady state to maintain its ability to grow graphene uniformly and seamlessly without being affected by other factors.

상기 실험예들의 결과로 보아, 플라즈마 처리시 수소와 메탄을 동시에 주입하면서 그라핀을 성장시켜야 금속 기판에 코팅 두께가 일정하고, 빈 공간 없이 그라핀이 코팅되는 연료전지용 분리판의 제조가 가능한 것으로 확인되었다. 이럴 경우 최적의 증착 온도는 대략 800℃ 내지 850℃에서 실시하는 것이 가장 우수한 효과를 달성하는 것임을 확인할 수 있으며, 이러한 증착 온도는 기존의 PECVD법에 의한 분리판의 제작시 증착 온도가 1000℃내외에서 이루어 지던 것에 비해 온도를 낮출 수 있어 전체적인 생산 단가를 낮출 수 있는 것으로 확인되었다. 또한 플라즈마 출력은 30W~70W로 실시하는 것이 가장 우수한 효과를 달성할 수 있는 것으로 확인되었다. 또한 수소와 메탄을 동시에 주입하는 것 이외에도 아르곤과 같은 비활성기체와 메탄을 동시에 사용하는 경우가 종래 수소만을 주입하는 경우에 비해 우수한 효과를 달성하는 것으로 확인되었다.As a result of the above experiments, it was confirmed that it is possible to manufacture a separator for a fuel cell in which graphene is grown while simultaneously injecting hydrogen and methane in the plasma treatment, and the coating thickness is constant on the metal substrate and the graphene is coated without void space . In this case, it can be confirmed that the optimum deposition temperature is performed at about 800 ° C. to 850 ° C. to achieve the most excellent effect. The deposition temperature can be set to a value of about 1000 ° C. It is confirmed that the temperature can be lowered compared with the conventional one, and the overall production cost can be lowered. Further, it was confirmed that the most excellent effect can be attained by performing the plasma output at 30W to 70W. In addition to injecting hydrogen and methane at the same time, it has been confirmed that a case of using an inert gas such as argon and methane at the same time achieves an excellent effect as compared with the case of injecting only hydrogen conventionally.

결과적으로 이렇게 그라핀의 두께가 일정하고 빈 공간 없이 금속 기판 전체에 그라핀이 코팅되게 되면 연료전지용 분리판의 전체 표면에 보다 향상된 전기전도성이 일정하게 부여되어 우수한 품질의 연료전지용 분리판의 제공이 가능하게 된다.
As a result, when graphene is coated on the entire surface of the metal substrate with a constant thickness of graphene and no void space, a more improved electrical conductivity is uniformly provided on the entire surface of the separator for fuel cells, .

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It is natural.

Claims (11)

화학 기상 증착법(CVD)에 의한 연료전지용 분리판의 제조방법에 있어서,
1) 금속 기판을 가열하는 단계; 및
2) 상기 가열된 금속 기판을 수소와 메탄 또는 비활성기체와 메탄을 주입하면서 플라즈마 처리하는 단계;
를 포함하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
A method of manufacturing a separator for a fuel cell by chemical vapor deposition (CVD)
1) heating a metal substrate; And
2) plasma processing the heated metal substrate while injecting hydrogen and methane or an inert gas and methane;
And a separator for separating the fuel cell.
제 1항에 있어서,
상기 2) 단계 이전에 수소를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
The method of claim 1,
Further comprising the step of injecting hydrogen before the step (2).
제 2항에 있어서,
상기 수소를 주입하는 단계 이후에 비활성기체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Further comprising the step of injecting an inert gas after the step of injecting hydrogen.
제 1항에 있어서,
상기 금속 기판은 구리, 알루미늄, 마그네슘, 스테인리스 스틸, 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 이들 각각의 합금으로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein the metal substrate is at least one selected from the group consisting of copper, aluminum, magnesium, stainless steel, nickel, chromium, molybdenum and their respective alloys.
제 1항 및 제 3항에 있어서,
상기 비활성기체는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn)로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
4. The method according to claim 1 or 3,
Wherein the inert gas is at least one selected from the group consisting of He, Ne, Ar, Krypton, Xe, and Radon. Gt;
제 1항에 있어서,
상기 1) 단계의 상기 가열은 800~850℃인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
The method of claim 1,
The heating of step 1) is a manufacturing method of a fuel cell separator, characterized in that 800 ~ 850 ℃.
제 1항에 있어서,
상기 2) 단계에서 상기 플라즈마 처리는 출력을 30W~70W로 하여 플라즈마 처리한 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step 2), the plasma treatment is a manufacturing method of a separator for a fuel cell, characterized in that the plasma treatment with an output of 30W ~ 70W.
제 1항에 있어서,
상기 2) 단계에서 메탄의 주입시 유속과 수소 또는 비활성기체의 주입시 유속의 비율은 1:30~50의 유속의 비율인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 제조방법.
The method of claim 1,
The ratio of the flow rate at the time of injection of methane and the injection rate of hydrogen or inert gas in the step 2) is a ratio of the flow rate of 1: 30 ~ 50, the method of manufacturing a separator for a fuel cell.
그라핀이 포함된 금속 기판인 연료전지용 분리판이며, 하기 식 (1) 및 (2)의 값을 만족하는 연료전지용 분리판.

(1) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 2D 피크의 크기 변동률이 10% 이하.
(2) 그라핀이 코팅된 금속 기판 전체에서 그라핀에 대한 라만 스펙트럼의 D피크와 G피크의 세기비(ID/IG)는 0.2이하.
A separator for a fuel cell, which is a metal substrate including graphene, and the separator for fuel cell satisfying the values of the following formulas (1) and (2).

(1) The dimensional change of the 2D peak of Raman spectra to graphene is less than 10% in the whole of the graphene-coated metal substrate.
(2) The intensity ratio (ID / IG) of the D peak and G peak of Raman spectrum to graphene on the entire surface of the graphene-coated metal substrate is 0.2 or less.
제 9항의 연료전지용 분리판을 포함하는 연료전지.
A fuel cell comprising the separator for a fuel cell according to claim 9.
제 10항에 있어서,
상기 연료전지용 분리판의 유로 형상이 사형(serpentine) 또는 평행(parallel) 유로를 포함하는 연료전지.

The method of claim 10,
Wherein a flow path shape of the separator for fuel cells includes a serpentine or parallel flow path.

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