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열가소성 복합소재를 이용하여 사출성형 한 PEMFC용 bipolar plate의 전기전도도 및 기계적 특성 연구
A study on the electrical and mechanical properties of PEMFC bipolar plate by thermoplastic composite injection molding process 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.4, 2011년, pp.1999 - 2004  

윤용훈 (순천향대학교 나노화학공학과) ,  김동학 (순천향대학교 나노화학공학과)

초록
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본 논문은 매트릭스 수지로 LCP(Liquid crystal polymer)를 사용하였으며, 기계적 특성 및 화학적 특성을 증대시키기 위해 주 첨가제로 synthetic graphite, expanded graphite와 보조 첨가제로는 carbon black을 사용하여, 함량 별로 복합소재를 제조하였다. 사출성형CAE 프로그램으로 해석을 하였으며, 유동성과 섬유 배향을 예측 했다. 복합 소재는 전동식 사출기를 이용하여 ASTM 복합 시편으로 사출성형 하였으며, 시편을 four point probe 장치를 사용하여 전기전도도를 측정/비교 하였으며, 기계적 강도굴곡강도, 굴곡탄성률, 충격강도를 측정하였다. 첨가제가 증가할 수록 전기전도도는 증가하나 첨가제의 brittle한 특성으로 인해 기계적 강도는 감소하는 것을 확인 할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research aims to develop polymer composites which can be used for PEMFC bipolar plate by injection molding process. Considering the moldability and stiffness, we used LCP(Liquid crystal polymer) as base resin. In order to improve electrical conductivity and mechanical properties, we chose carbo...

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  • 이러한 단점을 보완하기 위해 흑연과 같은 전도성이 뛰어난 탄소계열의 충전제를 고분자와 혼합하여 복합소재를 제조하는 연구가 수행되고 있다. 전기 전도성 고분자 복합재는 전도성 성능에 영향을 미친다. 복합재를 이용하여 성형한 분리판은 제작이 쉽고, 경량화가 가능하며 제조공정이 간단하여 제조시간을 줄일 수 있다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초기에 연구된 흑연 분리판이 갖는 단점은 무엇이 있는가? 그 중 PEMFC에서 60%에 해당하는 무게 비중과 30%에 해당하는 가격 비중을 차지하고 있는 분리판을 상용화하기 위해 많은 복합소재와 성형법이 연구되어지고 있다. 초기에 연구된 흑연 분리판의 경우 깨지기 쉽고 두께를 줄이기 어려웠으며 가공 시간이 오래 걸려 비용이 많이 소요되었고, 금속을 이용할 경우에는 밀도가 높고 가공비용이 많이 들 며 부식에 약한 단점이 있었다[1].
연료전지가 내연 기관에 비해 갖는 장점은 무엇이 있는가? 수소를 에너지로 전환하기 위해서 가장 효율적인 방법이 연료전지를 사용하는 것이므로 날로 관심이 높아지고 있는 실정이다. 기존 내연 기관에 비해 효율은 높고, 연료 사용량은 적으며 생성물로서 SOX, NOX와 같은 환경 오염물질이 아닌 물만을 생성하는데 큰 장점이 있다. 20세기 말에는 거의 모든 자동차 제조업자들이 연료전지 동력 자동차를 만들어 시험했다.
사출성형공정이 갖는 장단점은 무엇이 있는가? 사출성형공정은 제품을 저비용으로 대량 생산할 수 있는 장점이 있지만 금형 제작 후에도 제품을 생산하기 까지 금형 수정이 빈번하게 요구되어 비용 및 기간이 증가하는 단점이 있어 재현성 확보가 어렵다. 따라서 시행착오를 줄이기 위해 사출성형 CAE(Computer Aided Engineering)을 적용하였다.
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참고문헌 (11)

  1. 김남훈, "하이브리드 카본이 충전된 열가소성복합재 분리판의 특성 연구" 전북대학교 대학원, 2009 

  2. 윤용훈, 임승현, 김동학, "전도성 복합재료를 이용한 PEMFC용 separator 사출성형 제조 및 전기전도성 평가", 한국산학기술학회논문지 제 11권 제 4호 별쇄, pp.1361-1366 

  3. Chen, S.C., Cheng, C.K., Shih, M.Y., Lin, Y.C., Peng, H.S., "Effects of Molding Parameters on the Through-Plane Resistance of Injection Molded Composite Polymer Bipolar Plate", Journal of polymer engineering, Vol.29 no. 1/3, pp. 121-134, 2009 

  4. Liao, S.H., Yen, C.Y., Weng, C.C., Lin, Y.F., Ma, C.C.M., Yang, C.H. Tsai, M.C., Yen, M.Y., Hsiao, M.C., Lee, S.J., Xie, X.F., Hsiao, Y.H., "Preparation and properties of carbon nanotube/polypropylene nanocomposite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells" vol.185 no.2, pp. 1225-1232, 2008 

  5. H.S. Kim, "A study on the characteristics of carbon composite bipolar plates for PEMFC ", MS. Dissertation, Hanbat National Univ., Daejeon, Korea, 2005 

  6. King, Julia A., Johnson, Beth A., Via, Michael D., Ciarkowski, Charles J., "Electrical conductivity of carbon-filled polypropylene-based resins", Journal of applied polymer science, Vol.112 no.1, pp. 425-433, 2009 

  7. Dhakate, S.R., Mathur, R.B., Sharma, S., Borah, M., Dhami, T.L., "Influence of Expanded Graphite Particle Size on the Properties of Composite Bipolar plates for Fuel Cell Applicaiton", Energy & fuels : an American Chemical Society journal, Vol.23 no.1, pp. 934-941, 2009 

  8. 정재엽, 김동학 "전산모사 프로그램을 이용한 E-MOLD의 Heating Line 배치의 최적화 설계에 관한 연구", 한국산학기술학회논문지, Vol.9 no.6, pp. 1754-1759, 2008 

  9. 김영균, 김동학, 손영곤 "무광식 패턴을 갖는 자동차 내장부품인 HD Switch Penel의 제조 및 전사성 평가", 한국산학기술학회논문지, Vol.10 no.11, pp. 3280-3286, 2009 

  10. 이광용, "고분자 복합재료를 이용한 PEMFC용 분리판의 특성 연구" 경희대학교 대학원, 2008 

  11. 연료전지연구센터, "고분자 전해질 연료전지의 구성과 응용", 한국에너지기술원, 2001 

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