KR20220149658A - 열 점토를 포함한 박스-인-박스 구조물, 그 용도 및 그 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

박스-인-박스 구조물은 열 점토, 플레이트 및 필름을 포함한다. 열 점토는 폴리아릴술폰 재료를 포함한다. 열 점토는 제 1 박스 형태이고, 적어도 하나의 측면을 갖는 필름은 제 2 박스 형태이다. 제 2 박스는 제 1 박스가 제 2 박스를 수용하여 박스-인-박스 구조물을 형성하도록 플레이트의 존재하에서 제 1 박스에 부착된다.

Description

열 점토를 포함한 박스-인-박스 구조물, 그 용도 및 그 형성 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 1월 14일자로 출원된 가 출원 번호 62/961,152 호에 대한 우선권을 주장한다. 그 내용은 본 출원에 원용에 의해 포함된다.
1. 발명의 배경
본 발명은 일반적으로 열 점토(thermal clay)를 포함한 박스-인-박스 구조물(box-in-box structure), 열 점토의 용도, 박스-인-박스 구조물의 용도 및 박스-인-박스 구조물의 형성 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료 전지 또는 전지 조립체에서 사용하기 위해서 제 1 박스에 제 2 박스를 부착하기 위한 열 점토를 포함한 박스-인-박스 구조물에 관한 것이다.
2. 종래 기술의 설명
연료 전지는 제어된 화학 반응에 의해서 연료 분자에 저장되는 화학 포텐셜 에너지(chemical potential energy)를 전류 형태의 전기 에너지로 변환하는 전자 장치이다. 산소 가스가 대기에서 쉽게 이용 가능할 수 있기 때문에, 연료 전지에 필요로 하는 모든 것은 연료 공급이다.
연료 전지는 일반적으로 양극, 음극, 양극과 음극을 분리하는 멤브레인(membrane), 및 산소 분자가 통과하는 필름을 포함한다. 퍼플루오로폴리머(perfluoropolymer)는 그의 우수한 내화학성 및 안정성을 위한 필름으로서 역할을 하는데 사용될 수 있지만 퍼플루오로폴리머 고유의 점착 방지 특성으로 인해 금속 재료에 약하고 부적절하게 부착되는 경우가 종종 있다. 이는 유기 폴리머와 금속 재료의 계면 사이에 부적절한 기계적 강도를 초래하고, 더 나아가 연료 전지에 퍼플루오로폴리머를 적용하는데 불리하기 때문에 새로운 해결책을 제안하는 것은 물론, 미래에 더 많고 광범위한 산업 용례를 위해 우수하거나 보다 안정적인 기계적 특성을 갖는 신규한 연료 전지 또는 신규한 전지 조립체를 제공하는 것이 산업계에 시급한 실정이다.
위의 관점에서, 본 발명은 열 점토를 포함하는 신규한 박스-인-박스 구조물, 유기 폴리머 또는 금속 재료의 계면 사이의 기계적 강도를 크게 향상시키기 위한 열 점토의 용도, 연료 전지 또는 전지 조립체에서의 박스-인-박스 구조물의 용도 및 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법을 제안한다. 몇몇 실시예에서, 본 발명은 우수하거나 보다 안정적인 기계적 특성을 갖는 연료 전지 또는 전지 조립체에 사용하기 위한 신규한 박스-인-박스 구조물을 제안한다.
본 발명은 제 1 양태에서 박스-인-박스 구조물을 제안한다. 박스-인-박스 구조물은 열 점토, 플레이트 및 필름을 포함한다. 열 점토는 폴리아릴술폰 재료를 포함한다. 열 점토는 제 1 박스 형태일 수 있다. 필름은 적어도 하나의 측면을 가질 수 있다. 필름은 제 1 박스가 제 2 박스를 수용하여 박스-인-박스 구조물을 형성할 수 있도록 플레이트의 존재하에서 제 1 박스에 부착되는 제 2 박스의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 폴리아릴설폰 재료는 폴리설폰, 폴리에테르설폰 및 폴리페닐설폰으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플레이트는 스테인리스 스틸, Ni, Fe, 황동 및 알루미늄 합금으로 이루어지는 금속 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 필름은 퍼플루오로폴리머 유기 필름일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 필름은 제 1 박스와 직접적으로 접촉할 수 있다. 열 점토는 IEC68-2-21 Test Ual에 따라 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 결합 강도를 15 kgf(147 뉴턴) 이상으로 유지할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에서 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법을 제안한다. 상기 방법은 적어도 다음 단계를 포함할 수 있다. 제 1 박스 형태의 열 점토가 제공된다. 제 2 박스 형태의 적어도 일 측면을 갖는 필름이 제공된다. 제 2 박스가 제 1 박스에 수용되어 제 1 박스-인-박스 구조물을 형성하도록 폴리아릴설폰 재료를 포함하는 열 점토가 제 2 박스를 제 1 박스에 부착하기 위해서 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 열 점토는 융합된 증착 모델링 프린터에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 열 점토는 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도를 가질 수 있으며 인쇄되도록 연화될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 열 점토는 다른 열 점토 위에 도포되고 적층되어 열 점토-온-열 점토 구조물을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 계면 온도는 100 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법은 다음 단계를 더 포함할 수 있다. 전극은 필름에 의해 덮히도록 제공될 수 있다. 전도성 시트는 플레이트에 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있다. 격리 필름은 플레이트에 연결되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법은 다음 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 박스-인-박스 구조물이 제공될 수 있다. 제 2 박스-인-박스 구조물은 제 1 박스-인-박스 구조물에 연결되어 전지를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전지는 적어도 2 개의 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명은 제 3 양태에서 연료 전지에서 사용하기 위한 박스-인-박스 구조물을 제안한다. 박스-인-박스 구조물은 열 점토, 필름, 플레이트, 및 추가로 연료 전지를 형성하는 격리 필름을 포함한다.
본 발명은 제 4 양태에서 박스-인-박스 구조물의 형성을 위한 융합된 증착 모델링 프린터에서 사용하기 위한 폴리아릴설폰 재료 및 필름을 포함하는 열 점토를 제안한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 다양한 수치 및 도면에 예시된 바람직한 실 시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후 당업자에게 의심할 여지 없이 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 박스-인-박스 구조물의 실시예의 평면도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 박스-인-박스 구조물의 제 1 실시예의 측면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 열 점토로서 사용하기 위한 몇몇 폴리아릴설폰 재료를 예시한다.
도 4는 열 점토-온(on)-열 점토 구조물을 형성하기 위해서 본 발명의 박스-인-박스 구조물의 형성을 위한 열 점토 용례용 프린터를 사용하는 실시예를 예시한다.
도 5는 본 발명의 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법의 실시예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 박스-인-박스 구조물을 포함하는 전지 구조물의 분해도의 실시예를 예시한다.
도 7은 본 발명의 방법에 따른 중앙 모듈 구조물의 형성에 대한 실시예를 예시한다.
도 8은 본 발명의 방법에 따른 제 1 모듈 또는 제 2 모듈의 형성예 대한 실시예를 예시한다.
도 9는 본 발명의 박스-인-박스 구조물을 포함하는 전지의 조립체에 대한 실시예를 예시한다.
도 10은 본 발명의 박스-인-박스 구조물을 포함하는 다중 전지의 전지 조립체에 대한 실시예를 예시한다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 전자 장비 제조자는 구성요소를 상이한 명칭으로 지칭할 수 있다. 본 문서는 명칭이 다르지만 기능이 동일한 구성요소를 구분하지 않는다. 다음 설명 및 청구범위에서, "포함하다(include)", " 포함하다(comprise)" 및 " 가지다(have)"라는 용어는 개방 형태로 사용되므로, "포함하지만, 이에 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층"에 있는" 또는 "그에 연결된" 것으로 지칭될 때, 이는 다른 요소 또는 층에 직접 있거나 그에 직접 연결될 수 있거나, 중간 요소 또는 층이 제공될 수 있다. 제 1 , 제 2 , 제 3 등과 같은 용어가 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있으나, 그러한 구성요소는 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어는 본 명세서에서 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는데만 사용된다. 청구범위는 동일한 용어를 사용하지 않을 수 있지만, 대신에 요소가 청구되는 순서와 관련하여 제 1 , 제 2 , 제 3 등의 용어를 사용할 수 있다. 따라서 , 다음 설명에서 제 1 구성요소는 청구항에서 제 2 구성요소일 수 있다.
수치 값 범위는 최대값 및 최소값 이내이거나, 본 발명의 명세서에 개시된 매개변수들의 조합비 관계로부터 추가로 획득된 값들은 모두 그에 따라 구현될 수 있다.
제 1 양태의 본 발명은 우수하거나 보다 안정적인 기계적 특성을 갖는 박스-인-박스 구조물을 제공한다. 도 1은 본 발명의 박스-인-박스 구조물의 제 1 실시예의 평면도를 예시한다. 도 2는 본 발명의 박스-인-박스 구조물의 제 1 실시예의 측면도를 예시한다. 도 1 또는 도 2를 참조하면, 박스-인-박스 구조물(100)은 열 점토(110), 필름(120) 및 플레이트 세트(130)를 포함할 수 있다. 박스-인-박스 구조물(100)은 격리 필름(140) 및 한 쌍의 전도성 시트(150)를 더 포함할 수 있다.
열 점토(110)는 박스-인-박스 구조물(100)의 외부 박스로서 역할을 하는 제 1 박스 형태일 수 있으며, 박스-인-박스 구조물(100)의 프레임일 수 있다. 열 점토(110)는 유기 폴리머와 금속 재료의 계면 사이의 기계적 강도를 향상시키기 위해서 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 폴리아릴설폰 재료는 설포닐 기를 갖는 열가소성 수지일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 폴리아릴설폰 재료는 폴리설폰(PSF, PSU), 폴리에테르설폰(PES, PESU), 폴리아릴에테르설폰(PAES) 및 폴리페닐렌 설폰(PPSU, PPSF)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 도 3은 본 발명의 열 점토로 사용되는 몇몇 폴리아릴설폰 재료를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 필름(120)은 직사각형 형상일 수 있도록 적어도 하나의 측면, 예를 들어 4 개의 측면을 가질 수 있다(도 6 참조). 필름(120)은 퍼플루오로폴리머 유기 필름과 같은 유기 폴리머 재료일 수 있다. 필름(120)은 제 1 박스가 제 2 박스를 수용하여 박스-인-박스 구조물(100)을 형성할 수 있도록 박스-인-박스 구조물(100)의 내부 박스로서 역할을 하기 위해서 직사각형 관점에서 제 2 박스 형태일 수 있다. 필름(120)은 하나 이상의 가스가 멤브레인을 통해 투과하도록 하는 양호한 가스 투과성을 가질 수 있다. 특히, 필름(120)은 산소 가스가 멤브레인을 통해 투과하도록 할 수 있다. 표 1은 필름(120)의 몇몇 물리적 특성을 나타낸다.
항목 단위 분석 판단 방법 또는 조건
최소 최대 평균
두께 Mm 0.02 0.24 0.23 OK 다이얼 게이지(멤브레인만 해당)
걸리 Sec 2.0 15 11.0 OK JIS P8117 (100 cc/in 2@ 1.23kPa)
물 유입 압력 MH2O >5 OK JIS L1092
플레이트(130)의 세트는 두 개의 플레이트, 예를 들어 플레이트(131) 및 플레이트(132)를 포함할 수 있다. 각각의 플레이트(131) 및 플레이트(132)는 전기판 또는 전극으로서 역할을 하는 금속 또는 합금과 같은 금속 재료, 충전제 및 촉매 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 재료는 스테인리스 스틸, Ni, Fe, 황동 및 알루미늄 합금을 포함할 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 플레이트 세트(130)는 플레이트 세트(130)의 구멍에 충전제를 갖는 다공성(90 내지 110 PPI) 발포 금속 전극 시트를 포함할 수 있다. 충전제는 전도성 카본 블랙을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 촉매 재료는 예컨대, 코발트 또는 망간과 같은 촉매 금속과 같은 화학적 활성을 갖는 금속 분말 재료일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 하나의 플레이트는 적합한 화학적 반쪽 반응을 위해 박스-인-박스 구조물(100)의 양극으로서 역할을 할 수 있고, 다른 플레이트는 다른 적합한 화학적 반쪽 반응을 위해 박스-인-박스 구조물(100)의 음극으로서 역할을 할 수 있다.
필름(120)은 열 점토(110)의 존재하에서 플레이트(130)에 부착될 수 있다. 즉, 제 1 박스의 열 점토(110)는 필름(120)의 제 2 박스 및 플레이트(130)와 직접 접촉하여 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 접착 강도를 유지할 수 있다. 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 접착 강도는 IEC68-2-21 Test Ual에 따라 15 kgf 이상이어야 한다.
격리 필름(140)은 인접한 두 개의 플레이트(131/132)를 전기적으로 분리하는 절연 재료를 포함할 수 있다. 한 쌍의 전도성 시트(150)는 제 1 전도성 시트(151) 및 제 2 전도성 시트(152)를 포함할 수 있다. 제 1 전도성 시트(151) 및 제 2 전도성 시트(152)는 각각 대응하는 플레이트(131/132)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전도성 시트(151)는 표면이 절연 처리된 니켈 시트일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유사하게, 제 2 전도성 시트(152)는 표면이 절연 처리된 니켈 시트일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 양극과 전기적으로 연결되는 제 1 전도성 시트(151)는 박스-인-박스 구조물(100)의 양극 전극으로 역할을 할 수 있다. 음극와 전기적으로 연결되는 제 2 전도성 시트(152)는 박스-인-박스 구조물(100)의 음극 전극으로 역할을 할 수 있다.
박스-인-박스 구조물의 열 점토는 충분한 접착 응력으로 제 1 박스의 열 점토에 제 2 박스의 필름이 적절하게 부착되도록 하는 접착제로서 역할을 할 수 있다. 열 점토는 주변 온도에서 플레이트와 필름에 강한 친화력을 갖는 견고한 고체이지만 고온, 예를 들어 300 ℃ 내지 400 ℃ 또는 유리 전이 온도에서는 점토와 같이 되며, 따라서 열 점토는 점토와 같은 열(가열) 조건하에서 물체의 재료와 관계없이 물체의 표면에 도포되거나 인쇄되어 열 점토에 필름을 견고하게 부착시킬 수 있다. 열 점토와 인쇄용 필름의 계면에서 작동 온도는 100 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다.
예를 들어, 열 점토(110)는 용융 증착 모델링 프린터(300)에 의해 적용되는 3D 프린터와 같은 프린터에서 사용되거나 형성될 수 있다. 열 점토(110)는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 프린터(300)는 예를 들어, 도 1 또는 도 2의 박스-인-박스 구조물(100)과 같은 연료 전지를 형성하기 위해서 물품에서 미리 결정된 형상 또는 물체의 형성에 유용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 열 점토는 가열될 수 있으며, 예를 들어 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도를 가질 수 있고, 프린팅을 위해서 연화될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 열 점토(311)는 열 점토(310)의 다른 층에 도포 및 적층되어 열 점토-온-열 점토 구조물(312)을 형성할 수 있다. 열 점토-온-열 점토 구조물(312)은 박스-인-박스 구조물(100)로 사용하기 위한 직사각형 형태 또는 박스 형태일 수 있다.
프린터(300)는 하나 이상의 지지 재료 카트리지(330), 구동 휠(340), 하나 이상의 액화기(350), 하나 이상의 히터 블록(360) 및 하나 이상의 팁(tip)(370/371)을 포함할 수 있다. 열 점토 폴리머 수지(320)의 필라멘트는 지지 재료 카트리지(330)에 의해 공급되어 도 4에 도시된 바와 같이 구동 휠(340) 및 액화기(350)를 거쳐 액체가 된다. 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도를 갖는 액체는 히터 블록(360)의 팁(370)에 의해 분배되어 물체(380)에 도포되거나 열 점토(310)의 다른 층에 도포되어 열 점토-온-열 점토 구조물(312)를 형성할 수 있다. 프린터(300)는 하나의 팁(370)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 팁(370)은 액체 상태의 열 점토 폴리머 수지(320)를 물체(380) 또는 열 점토의 다른 층(310)에 도포하여 열 점토-온-열 점토 구조물(312)을 형성할 수 있다.
또는 대안적으로, 프린터(300)는 팁(370) 및 팁(371)을 포함할 수 있다. 팁(371)은 액체 상태의 열 점토(311)를 물체(380) 또는 상이한 팁(370)에 의해 제공되는 열 점토 층(310)의 다른 층에 도포하여 열 점토-온-열 점토 구조물(312)을 형성할 수 있다. 도 4는 팁(370)과 팁(371)을 포함하는 프린터(300)의 실시예를 예시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
고온의 열 점토 폴리머 수지를 도포하기 위한 FDM(Fused Deposition Modeling: 융합 증착 모델링) 방식은 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 기술이다. FDM 3D 프린팅 기술은 물체를 프린팅하기 위해서 폴리설폰 수지의 고체 열가소성 필라멘트를 사용할 수 있다. 폴리설폰 수지는 가열된 노즐을 통과할 때 용융되고 프린터는 노즐을 연속적으로 구동하여 용융된 재료를 미리 정해진 경로에 따라 정확한 위치에 분배한다. 폴리머 수지를 인쇄할 때, 폴리머 수지의 상대적인 열 융합으로 인해 함께 융합되어 일반 3D FDM 프린팅 재료로는 얻을 수 없는 조밀한 용융 융합을 달성할 수 있다. 이는 고온 도포하에서 매우 성형 가능하다. 따라서 폴리머 수지가 인쇄되고 냉각된 후 재료는 결과적으로 함께 융합되고 눈에 보이는 틈이 없는 단단한 형태로 단단히 통합되어 기존 3D FDM에서 흔히 볼 수 있는 시각적 및/또는 물리적 이음매가 없다. 통합 융합은 코킹형 융합(caulking-type fusion)일 수 있다. 즉, 통합 융합의 결과로 기포가 없거나 미니 갭이 존재하는 가짜 융합이 아니다. 따라서, FDM 3D 프린팅 방식에 의한 재료의 응고된 적층 층의 강도는 3D FDM 프린팅에 사용되는 다른 재료의 강도보다 훨씬 크다. 폴리설폰계 열 점토의 특성은 의심할 여지 없이 FDM 3D 프린팅에 탁월하다.
제 3 양태에서 본 발명은 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법을 제공한다. 도 5는 박스-인-박스 구조물을 형성하기 위한 방법의 실시예를 예시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 열 점토(110), 필름(120), 플레이트(131), 플레이트(132) 및 격리 필름(140)은 열간 프레스 기계(100)에 제공된다.
열 점토(110)는 사각 형상 또는 4 개의 변을 갖는 박스 형상일 수 있으며, 예를 들어, 제 1 박스로서 역할을 하는 변(111), 변(112), 변(113), 변(114)일 수 있다. FDM 3D 프린팅 방식을 이용하여 미리 결정된 형상의 열 점토(110)를 형성하여 박스 형태의 열 점토(110)가 열 점토-온-열 점토 구조물(312)을 포함할 수 있다. 열 점토(110)는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 열 점토(110)에 대한 자세한 내용은 위의 설명을 참조한다.
필름(120)은 적어도 하나의 변, 예를 들어 4 개의 변이 직사각형 형상이 되도록 할 수 있으며, 예를 들어 변(121), 변(122), 변(123), 변(124)이 제 2 박스로서 역할을 할 수 있다. 필름(120)은 퍼플루오로폴리머 유기 필름과 같은 유기 중합체 재료일 수 있다. 필름(120)의 형상 및 크기는 열 점토(110)와 대응될 수 있다. 필름(120)에 대한 상세한 설명은 위의 설명을 참조한다.
플레이트(130)의 세트는 플레이트(131) 및 플레이트(132)를 포함할 수 있다. 각각의 플레이트(131) 및 플레이트(132)는 전기 플레이트 또는 화학적 반쪽 반응, 예를 들어 공기 전지 또는 연료 전지의 화학적 반쪽 반응을 위한 전극 또는 전극일 수 있다. 플레이트(131)와 플레이트(132) 중 하나는 음극으로서 작용하고 다른 하나는 양극으로서 작용할 수 있다. 플레이트(131) 및 플레이트(132)에 대한 설명은 위의 내용을 참조하여 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 격리 필름(140) 및 전도성 시트가 추가로 제공될 수 있다. 전도성 시트는 플레이트와 전기적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어 제 1 전도성 시트(151)는 플레이트(132)와 전기적으로 연결되고, 제 2 전도성 시트(152)는 플레이트(131)와 전기적으로 연결될 수 있다. 격리 필름(140)은 플레이트(131)와 플레이트(132) 사이에 배치되어 전지의 양극과 음극을 분리할 수 있다. 격리 필름(140), 플레이트(131) 및 플레이트(132)의 형상 및 크기는 열 점토(110)의 형상 및 크기에 대응할 수 있다. 격리 필름(140), 플레이트(131) 및 플레이트(132)에 대한 설명은 위의 내용을 참조하여 상세한 설명은 생략한다.
인쇄된 열 점토(110), 필름(120), 플레이트(131), 격리 필름(140) 및 플레이트(132)는 예를 들어, 특별한 순서 없이 고온 용접 방법, 초음파 용접 방법 또는 이의 조합과 같은 열-발생 용접 접근법을 수행하는 다양한 접근법에 의해 함께 영구적으로 조합될 수 있으나, 본 발명은 박스-인-박스 구조물(100)의 형성을 위해 이에 한정되지 않는다. 또한, 박스-인-박스 구조물 형성을 위한 열 발생 용접은 (도 9에 도시된 바와 같이)단일 전지 구조물(200) 또는 단일 배터리 구조물 형성을 위한 인서트 성형 방법과 선택적으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 용접 방법이 선택적으로 인서트 성형 방법과 조합되어 시각적으로 및/또는 물리적으로 이음매가 없는 가시적인 중첩 갭이 없는 통합 제품을 얻을 수 있다.
다음과 같은 예로서 열간 용접 방법이 주어지지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 박스-인-박스 구조물의 형성을 위해서 열간 프레스 기계(100)가 제공된다. 열간 프레스 기계(100)는 2 개의 열간 프레스 플레이트, 예를 들어 제 1 열간 프레스 플레이트(101) 및 제 2 열간 프레스 플레이트(102)를 포함할 수 있다. 각각의 열간 프레스 플레이트는 열적 에너지, 예를 들어 고온을 제공하여 모든 구성요소를 함께 압착하기 위한 열 점토(110)를 용융시키고, 열 점토(110)의 도움으로 모든 구성요소가 함께 단단히 조합된 상태를 유지한다. 즉, 열 점토(110)는 전지 또는 전지에 사용되는 박스-인-박스 구조물(100)에서 외부 박스, 외부 프레임, 외부 지지체 및 접착제로서 역할을 할 수 있다. 적어도 하나의 열간 프레스 플레이트, 예를 들어 제 1 열간 프레스 플레이트(101)는 열 점토(110)를 수용하는 오목부(103)를 가질 수 있다.
적층체의 인쇄된 열 점토(110), 필름(120), 플레이트(131), 격리 필름(140) 및 플레이트(132)는 박스-인-박스 구조물의 형성을 위해서 도 5에 도시된 바와 같이 열간 프레스 기계(100)에 개별적으로 순차적으로 제공될 수 있다. 열 점토(110)는 제 1 열간 프레스 플레이트(101)의 오목부(103)에 수용될 수 있다. 다음으로, 제 1 열간 프레스 플레이트(101)와 제 2 열간 프레스 플레이트(102)는 인쇄된 열 점토(110), 필름(120), 플레이트(131), 플레이트(132) 및 격리 필름(140)을 함께 사용한다. 제 1 열간 프레스 플레이트(101) 및 제 2 열간 프레스 플레이트(102)는 인쇄된 열 점토(110)를 용융시키는데 충분한 열에너지, 예를 들어 고온을 제공할 수 있다. 그런 다음 용융 인쇄된 열 점토(110)는 예를 들어 약 300 ℃ 내지 320 ℃의 온도 범위에서 필름(120), 플레이트(131), 플레이트(132) 및 격리 필름(140)을 함께 고정하여 박스-인-박스 구조물을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 박스(열 점토(110))와 제 2 박스(필름(120)) 사이의 계면(129) 주변의 온도는 100 ℃ 내지 150 ℃일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
필름(120)은 열 점토를 도포하기 전에 선택적인 전처리 과정을 거칠 수 있다. 전처리 과정은 열 점토(110)에 대한 필름(120)의 부착력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전처리 과정은 표면 거칠기 처리 또는 프라이머(primer) 처리 과정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통상적인 표면 거칠기 처리가 적합할 수 있다. 표면 거칠기 처리가 가능한 필름(120)은 표면 에너지가 50 mN/m(Dynes) 이상일 수 있다. 예를 들어, 표면 거칠기 처리 후 필름(120)의 표면 에너지를 결정하기 위해서 다인 펜 테스트(dyne pen test)가 사용될 수 있다. 프라이머 처리 절차를 위해서 필름(120)에는 프라이머가 도포될 수 있다. 예를 들어, Loctite 770, Loctite 7701, Weicon Contact-Primer for Polyolefins, Radiant 3770 Primer와 같은 프라이머가 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
그러면, 폴리아릴설폰 재료를 포함하는 열 점토(110)는 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 박스-인-박스 구조물(100)을 형성하는데 도움을 줄 수 있다. 열 점토는 필름이 열 점토에 견고하게 부착되어 제 2 박스가 제 1 박스에 단단히 수용되어 제 1 박스-인-박스 구조물(100)을 형성한다. 열 점토(110)의 폴리아릴설폰 재료에 대해서는 도 3을 참조하며, 따라서 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.
따라서, 제 4 양태의 본 발명은 전지 구조물, 예를 들어 연료 전지에서 박스-인-박스 구조물의 용도를 제공한다. 도 6은 전지 구조물에서 박스-인-박스 구조물의 용도의 실시예를 예시한다.
도 6은 전지 구조물에 사용하기 위한 본 발명의 박스-인-박스 구조물을 포함하는 전지 구조물의 분해도의 실시예를 예시한다. 예를 들어, 전지 구조물(200)은 제 1 모듈(210), 제 2 모듈(220) 및 중앙 모듈(230)을 포함할 수 있다.
제 1 모듈(210) 및 제 2 모듈(220) 중 적어도 하나는 본 발명의 박스-인-박스 구조물에 대응할 수 있다. 즉, 전지 구조물(200)은 적어도 두 개의 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 모듈(210)은 제 1 외부 박스(211), 제 1 모듈 필름(212), 제 1 외부 플레이트(213), 제 1 격리 필름(214), 제 1 내부 플레이트(215), 제 1 외부 전도성 시트(216) 및 제 1 내부 전도성 시트(217)를 포함할 수 있다. 제 1 외부 박스(211)는 열 점토(110)에 대응하는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 제 1 모듈 필름(212)은 필름(120)에 대응하는 퍼플루오로폴리머 유기 필름을 포함할 수 있다. 제 1 외측 플레이트(213) 또는 제 1 내측 플레이트(215)는 플레이트(131/132)에 대응하는 금속 재료를 포함할 수 있다. 제 1 격리 필름(214)은 격리 필름(140)에 대응하는 절연 재료를 포함할 수 있다. 제 1 외부 전도성 시트(216) 또는 제 1 내부 전도성 시트(217)는 한 쌍의 전도성 시트(150) 중 하나의 전도성 시트에 대응하도록 절연 처리된 니켈 시트일 수 있다. 제 1 외부 전도성 시트(216)는 제 1 외부 플레이트(213)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 내부 전도성 시트(217)는 제 1 내부 플레이트(215)와 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 2 모듈(220)은 제 2 외부 박스(221), 제 2 모듈 필름(222), 제 2 외부 플레이트(223), 제 2 격리 필름(224), 제 2 내부 플레이트(225), 제 2 외부 전도성 시트(226) 및 제 2 내부 전도성 시트(227)를 포함할 수 있다. 제 2 외부 박스(221)는 열 점토(110)에 대응되는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 제 2 모듈 필름(222)은 필름(120)에 대응하는 퍼플루오로폴리머 유기 필름을 포함할 수 있다. 제 2 외측 플레이트(223) 또는 제 2 내측 플레이트(225)는 플레이트(131/132)에 대응되는 금속 재료를 포함할 수 있다. 제 2 격리 필름(224)은 격리 필름(140)에 대응하는 절연 재료를 포함할 수 있다. 제 2 외부 전도성 시트(226) 또는 제 2 내부 전도성 시트(227)는 한 쌍의 전도성 시트(150) 중 하나의 전도성 시트에 대응하도록 절연 처리된 니켈 시트일 수 있다. 제 2 외부 전도성 시트(226)는 제 2 외부 플레이트(223)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 내부 전도성 시트(227)는 제 2 내부 플레이트(225)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 박스-인-박스 구조물에 대한 자세한 내용은 위의 설명을 참조한다.
중앙 모듈(230)은 선택적인 케이스(231), 캐리어(232), 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234), 제 2 중앙 격리 필름(235) 및 중앙 전도성 시트(236)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵션 케이스(231)는 열 점토에 대응하는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 옵션 케이스(231)는 캐리어(232), 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234), 제 2 중앙 격리 필름(235) 및 중앙 전도성 시트(226)를 수용하는데 사용될 수 있다. 또한, 옵션 케이스(231)는 제 1 모듈(210), 제 2 모듈(220) 및 캐리어(232)를 수용하는데 사용될 수 있다. 캐리어(232)는 열 점토에 대응하는 폴리아릴설폰 재료를 포함할 수 있다. 캐리어(232)는 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234) 및 제 2 중앙 격리 필름(235)을 수용하는데 사용될 수 있다. 제 1 중앙 격리 필름(233) 또는 제 2 중앙 격리 필름(235)은 격리 필름(140)에 대응하는 절연 재료를 포함할 수 있다. 중심 전극(234)은 플레이트에 대응하는 금속 재료를 포함할 수 있다. 중심 전도성 시트(226)는 중심 전극(234)과 전기적으로 연결될 수 있다. 중심 전도성 시트(226)는 한 쌍의 전도성 시트 중 하나의 전도성 시트에 대응하도록 절연 처리된 니켈 시트일 수 있다. 자세한 내용은 위의 설명을 참조한다.
도 7은 본 발명의 방법에 따른 중앙 모듈 구조의 형성에 대한 실시예를 예시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어(232), 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234), 제 2 중앙 격리 필름(235) 및 중앙 전도성 시트(226)는 열간 프레스 기계(미도시)에 개별적으로 제공될 수 있다. 다음으로, 제 1 열간 프레스 플레이트(미도시) 및 제 2 열간 프레스 플레이트(미도시)는 캐리어(232)를 용융시키는데 충분한 열 에너지, 예를 들어 고온의 존재하에서 캐리어(232), 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234), 제 2 중앙 격리 필름(235) 및 중앙 전도성 시트(226)를 함께 가압할 수 있다. 그 다음, 용융된 캐리어(232)는 제 1 중앙 격리 필름(233), 중앙 전극(234), 제 2 중앙 격리 필름(235) 및 중앙 전도성 시트(226)를 함께 고정하여 도 10에 도시된 바와 같이 견고한 중앙 모듈(230) 구조물을 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 방법에 따라 제 1 모듈(210) 또는 제 2 모듈(220)을 형성하는 실시예를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 모듈(210) 또는 제 2 모듈(220)은 예를 들어, 열간 프레스 기계(미도시)에 개별적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 모듈(210)은 제 1 외부 박스(211), 제 1 모듈 필름(212), 제 1 외부 플레이트(213), 제 1 격리 필름(214), 제 1 내부 플레이트(215), 제 1 외부 전도성 시트(216) 및 제 1 내부 전도성 시트(217)와 같은 개별 요소들을 포함할 수 있다. 제 2 모듈(220)은 제 2 외부 박스(221), 제 2 모듈 필름(222), 제 2 외부 플레이트(223), 제 2 격리 필름(224), 제 2 내부 플레이트(225), 제 2 외부 전도성 시트(226) 및 제 2 내부 전도성 시트(227)와 같은 개별 요소를 포함할 수 있다.
다음으로, 제 1 열간 프레스 플레이트(미도시) 및 제 2 열간 프레스 플레이트(미도시)는 제 1 외부 박스(211)를 용융시키거나 제 2 외부 박스(221)를 용융시키는데 충분한 열 에너지, 예를 들어 높은 온도의 존재하에서 제 1 모듈(210) 또는 제 2 모듈(220)의 개별 요소를 함께 가압할 수 있다. 그런 다음 용융된 외부 박스는 다른 요소를 함께 단단히 고정하여 견고한 제 1 모듈(210) 구조 또는 견고한 제 2 모듈(220) 구조물을 형성할 수 있다.
제 1 모듈 구조물, 제 2 모듈 구조물 및 중앙 모듈 구조물이 각각 얻어진 후, 3 개의 개별 모듈이 함께 조립되어 전지 구조물 또는 배터리 구조물을 얻을 수 있다. 도 9는 본 발명의 방법에 따른 전지 구조물 또는 전지 구조물의 코어 구조물 형성에 대한 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 조립된 제 1 모듈(210), 조립된 제 2 모듈(220) 및 중앙 모듈(230)이 개별적으로 제공될 수 있다. 다음으로, 조립된 제 1 모듈(210), 조립된 제 2 모듈(220) 또는 중앙 모듈(230)이 함께 맞물릴될 수 있다. 모듈의 맞물림은 다른 실시예를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 실시예에서, 중앙 모듈(230)은 조립된 제 1 모듈(210) 및 조립된 제 2 모듈(220) 중 하나와 맞물릴 수 있고; 나중에 중앙 모듈(230)은 다른 조립된 모듈과 맞물린다. 제 2 실시예에서, 중앙 모듈(230)은 조립된 제 1 모듈(210) 및 조립된 제 2 모듈(220)과 우선순위 없이 맞물릴 수 있다. 각각의 모듈은 코어 구조물(200C)을 얻기 위해서 상호 맞물림을 용이하게 하는 보완 구조물을 가질 수 있다. 코어 구조물(200C)은 코어 구조물(200C)의 기밀성을 용이하게 하기 위해서 예를 들어, 열간 프레스 기계에서 열간 프레싱을 거칠 수 있다.
상호 맞물림 및 열간 프레싱 후에, 조립된 제 1 모듈(210), 조립된 제 2 모듈(220) 및 중앙 모듈(230)이 함께 조합될 수 있다. 예를 들어, 코어 구조물(200C)은 단일 전지 구조물(200) 또는 단일 배터리 구조물을 얻기 위해서 통상적인 인서트 몰딩 방법을 사용하여 케이스(231)에 추가로 결합될 수 있다. 전지 구조물(200) 또는 배터리 구조물은 공기 전지 또는 연료 전지의 용례에 적합할 수 있다. 인서트 몰딩 방법은 공기 전지 또는 연료 전지에 적용하기 위한 전지 구조물(200), 즉 전지의 기밀성을 용이하게 한다.
위의 단계 후에, 단일 전지 구조물(200) 또는 단일 배터리 구조물이 얻어질 수 있다. 단일 전지 구조물(200) 또는 단일 배터리 구조물은 제 1 모듈(210), 제 2 모듈(220) 및 중앙 모듈(230)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈(210) 및 제 2 모듈(220) 중 적어도 하나는 적어도 열 점토, 필름, 2 개의 플레이트, 2 개의 전도성 시트 및 플레이트를 전기적으로 분리하는 절연 필름을 갖는 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있다. 필름은 제 1 박스 형태로 열 점토에 밀착되도록 제 2 박스로서 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제 1 박스-인-박스 구조물은 제 2 박스-인-박스 구조물에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 하나 이상의 전지 구조물(200) 또는 배터리 구조물은 물리적으로 또는 전기적으로 각각 또는 서로 연결되어 전지 조립체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 박스-인-박스 구조물을 포함하는 전지는 제 2 박스-인-박스 구조물을 포함하는 다른 전지에 전기적으로 연결될 수 있거나, 제 3 박스-인-박스 구조물을 포함하는 다른 전지에 추가로 전기적으로 연결되어 전지 조립체가 하나 이상의 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있도록 전지 조립체를 형성한다.
도 10은 본 발명의 적어도 하나의 박스-인-박스 구조물을 포함하는 다중 전지로 구성된 전지 조립체의 실시예를 예시한다. 도 10은 전지 구조물(201)과 함께 전지 조립체(200A)를 형성하는 전지 구조물(200)의 실시예를 예시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전지 조립체(200A)는 2 개 이상의 전지 구조물을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전지 구조물(200)은 제 1 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있다. 전지 구조물(201)은 제 2 박스-인-박스 구조물을 포함할 수 있다. 박스-인-박스 구조물은 도 1 또는 도 2의 박스-인-박스 구조물(100) 중 하나와 유사할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전지 구조물(200) 및 전지 구조물(201)이 제공될 수 있다. 전지 구조물(200)은 전지 구조물(201)에 물리적으로 연결되어 전지 조립체(200A)를 형성할 수 있다. 전지 구조물(200) 또는 전지 구조물(201)은 독립적으로 전지 또는 배터리, 예를 들어 공기 전지 또는 연료 전지일 수 있다. 전지 구조물(200)은 제 1 모듈, 제 2 모듈 및 중앙 모듈, 예를 들어 케이스(231), 중앙 전도성 시트(236), 제 1 외부 전도성 시트(216), 제 1 내부 전도성 시트(217), 제 2 외부 전도성 시트(226) 및 제 2 내부 전도성 시트(227)를 포함할 수 있다. 제 1 외부 전도성 시트(216), 제 1 내부 전도성 시트(217), 중앙 전도성 시트(236), 제 2 외부 전도성 시트(226) 및 제 2 내부 전도성 시트(227)는 각각 다른 전지와의 외부 전기적 연결을 위해 사용될 수 있다.
셀 구조물(201)은 제 1 모듈, 제 2 모듈 및 중앙 모듈, 예를 들어 케이스(231'), 중앙 전도성 시트(236'), 제 2 모듈 필름(222'), 제 1 외부 전도성 시트(216'), 제 1 내부 전도성 시트(217'), 제 2 외부 전도성 시트(226') 및 제 2 내부 전도성 시트(227')를 포함할 수 있다. 제 1 외부 전도성 시트(216'), 제 1 내부 전도성 시트(217'), 중앙 전도성 시트(236'), 제 2 외부 전도성 시트(226') 및 제 2 내부 전도성 시트(227')는 각각 다른 전지와의 외부 전기적 연결을 위해 사용될 수 있다.
셀 구조물(200)은 전지 구조물(201)에 전기적으로 연결되어 전지 조립체(200A)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 전지 구조물(200)의 전도성 시트는 전지 구조물(201)의 전도성 시트에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전지 구조물(200)은 전지 구조물(201)과 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전지 구조물(200)은 전지 구조물(201)과 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
특성 테스트
결합 강도 테스트
테스트는 필름이 IEC68-2-21 Test Ual에 따라 15 kg 이상의 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 결합 강도 또는 부착력을 유지할 수 있음을 확인한다. 테스트 결과는 표 2에 주어진다.
열 점토의 테스트 조건: 25 mm * 25 mm * 4 mm = 2.5 cm3(0.0025 리터)
테스트에 사용된 열 점토: 0.0025(PES 또는 PPSU) - 0.000313(재료) = 0.002187 리터(구성요소의 위치 범위를 유지하기 위해서 두 재료가 사용됨)
열 점토: PES 또는 PPSU
금속 스트립(재료)의 치수: 25 mm * 25 mm * 0.5 mm = 0.313 cm3(0.000313 리터)(IEC68-2-21Test Ual)
재료 스테인리스 스틸 Ni Fe 황동 알루미늄
합금
결과 합격 합격 합격 합격 합격
합격: 15 Kgf(147 nt) 이상의 결합 강도.
본 발명은 유기 폴리머와 금속 재료의 계면 사이의 기계적 강도를 크게 향상시키기 위한 열 점토의 용도, 나아가 연료 전지 또는 전지 조립체에서 박스-인-박스 구조물의 용도 및 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 본 발명은 테스트에서 나타난 우수하거나 안정적인 기계적 특성을 갖는 연료 전지 또는 전지 조립체에 사용하기 위한 신규한 박스-인-박스 구조물을 제안한다.
당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치 및 방법의 수많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 관찰할 것이다. 따라서 , 위의 개시는 첨부된 청구범 위의 경계와 범주에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 박스-인-박스 구조물로서,
    제 1 박스 형태이고 폴리아릴설폰 재료를 포함하는 열 점토;
    플레이트; 및
    제 1 박스가 제 2박스를 수용하여 박스-인-박스 구조물을 형성하도록 열 점토의 존재하에서 제 1 박스에 부착되는 제 2 박스 형태의 적어도 일 측면을 가지는 필름을 포함하는,
    박스-인-박스 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리아릴설폰 재료는 폴리설폰, 폴리에테르설폰 및 폴리페닐설폰으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    박스-인-박스 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    플레이트는 금속 재료, 충전제 및 촉매 재료를 포함하는,
    박스-인-박스 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    필름은 퍼플루오로폴리머 유기 필름인,
    박스-인-박스 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열 점토는 IEC68-2-21 Test Ual에 따라 제 1 박스와 제 2 박스 사이의 결합 강도를 15 kgf 이상으로 유지하도록 필름 및 플레이트와 직접 접촉하는,
    박스-인-박스 구조물.
  6. 박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법으로서,
    열 점토를 제 1 박스 형태로 제공하는 단계;
    제 2 박스 형태의 적어도 일 측면을 갖는 필름을 제공하는 단계; 및
    제 2 박스가 제 1 박스에 수용되어 제 1 박스-인-박스 구조물을 형성하도록 플레이트 및 폴리아릴설폰 재료를 포함하는 제 2 박스를 제 1 박스에 부착하기 위해서 열 점토를 도포하는 단계를 포함하는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    열 점토는 융합된 증착 모델링 프린터에 의해 도포되는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    열 점토는 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도를 가지며 인쇄되도록 연화되는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    열 점토는 다른 열 점토 위에 도포되고 적층되어 열 점토-온-열 점토 구조물을 형성하는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    제 1 박스와 제 2 박스 사이의 계면 온도는 100 ℃ 내지 150 ℃인,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    제 2 박스-인-박스 구조물을 제공하는 단계; 및
    제 2 박스-인-박스 구조물을 제 1 박스-인-박스 구조물에 조합하여 전지를 형성하는 단계를 더 포함하는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전지는 적어도 2 개의 박스-인-박스 구조물을 포함하는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    열 발생 용접은 제 1 박스-인-박스 구조물을 형성하도록 수행되는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    인서트 성형 방법은 전지를 형성하는데 사용되는,
    박스-인-박스 구조물을 형성하는 방법.
  15. 연료 전지에서 제 1 항의 박스-인-박스 구조물의 용도.
  16. 박스-인-박스 구조물의 형성을 위한 융합된 증착 모델링 프린터에서 폴리아릴설폰 재료 및 필름을 포함하는 열 점토의 용도.
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Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804536A1 (de) * 1988-02-13 1989-08-24 Bayer Ag Zweikomponentenspritzguss mit polyarylensulfiden
KR20030065074A (ko) * 2002-01-29 2003-08-06 주식회사 뉴턴에너지 전기화학셀 및 이의 제조방법
US7820329B2 (en) * 2004-03-18 2010-10-26 The Procter & Gamble Company Wafer alkaline cell
US7638581B2 (en) * 2004-12-30 2009-12-29 3M Innovative Properties Company Fluoropolymer nanoparticle coating composition
KR100644776B1 (ko) * 2005-05-27 2006-11-14 유병훈 공기 아연 전지 및 그 제조 방법
US20080032096A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-07 Eastman Kodak Company Microstructured film containing polysulfone polymer
US20080118802A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Peter Szrama Fully Catalyzed Membrane Assembly With Attached Border
JP2010027461A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Toyota Motor Corp 膜電極接合体とその製造方法およびそれを用いた固体高分子形燃料電池
KR20130132247A (ko) * 2010-06-07 2013-12-04 셀레라 인코포레이티드 막전해질 연료전지의 촉매/막 표면 부착을 위한 화학 결합
CN102815053B (zh) * 2011-06-07 2015-07-15 杜邦公司 对封装材料具有改进的粘结性的太阳能电池背板
KR101944140B1 (ko) * 2011-07-21 2019-01-30 엔테그리스, 아이엔씨. 나노튜브 및 미세하게 분쇄된 탄소섬유 중합체 복합체 조성물 및 그의 제조 방법
TWI482340B (zh) * 2011-12-14 2015-04-21 Ind Tech Res Inst 鋰二次電池的電極模組
JP5638508B2 (ja) * 2011-12-22 2014-12-10 本田技研工業株式会社 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法
JP5855540B2 (ja) * 2012-07-03 2016-02-09 本田技研工業株式会社 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
DK2987194T3 (da) * 2013-04-16 2019-09-09 Basf Se Fremgangsmåde til fremstilling af membranelektrodeenheder
WO2016086903A1 (zh) * 2014-12-05 2016-06-09 兰州金福乐生物工程有限公司 空气金属燃料电池
CN107592836B (zh) * 2015-03-31 2019-10-18 株式会社可乐丽 防静电片以及包含其的包装材料和电子设备
CN105702991B (zh) * 2015-05-05 2018-08-10 北京航空航天大学 一种燃料电池用双极膜及其制备方法
JP7284151B2 (ja) * 2017-08-28 2023-05-30 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ ユーエスエー， エルエルシー ポリ（アリールエーテルスルホン）と、ポリ（アリールエーテルケトン）と、少なくとも１つのポリフェニレンスルフィドと、ガラス繊維とを含むガラス充填ポリマー組成物
EP3724551B1 (en) * 2017-12-15 2021-05-05 Signify Holding B.V. Lighting device housing, luminaire and method of manufacture
CN113099720B (zh) * 2018-06-18 2023-04-11 索尔维特殊聚合物美国有限责任公司 使用聚(芳基醚砜)(paes)聚合物制造三维物体的方法

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