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하이브리드카본이 충전된 Poly(Phenylene Sulfide) 복합재 연료전지 분리판 특성 연구
A Study on the Characteristics of the Hybrid Carbons Filled Poly(Phenylene Sulfide) Composite Bipolar Plates of Fuel Cell 원문보기

한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집, 2009 Nov. 25, 2009년, pp.172 - 175  

김남훈 (전북대학교 수소.연료전지공학과) ,  박옥경 (전북대학교 수소.연료전지공학과) ,  이창노 (전북대학교 수소.연료전지공학과) ,  이중희 (전북대학교 고분자.나노공학과,BIN융합공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A bipolar plate is an important component in a fuel cell in the sense of cost and weight. This study aimed at developing highly conductive, lightweight, and low cost bipolar plates. Hybrid carbons filled poly(phenylene sulfide)(PPS) composite bipolar plates were prepared by using the compression mol...

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제안 방법

  • 금속 분리판으로는 알루미늄, 티타늄 등의 금속으로 코팅된 재료도 사용되고 있으나, 코팅된 금속의 부식이나 용해의 문제가 있다. 본 연구에서는 연료전지 복합재료 분리판으로 적용을 위해서 열가소성, 수퍼엔지니어링 고분자수지인 Poly(phenylene sulfide)수지를 사용하여 복합재료 분리판을 제조하여 특성평가를 실시하였다.
  • 그러나 카본파이버와 카본나노튜브를 첨가하였을 때는 충전제의 함량이 증가함에 따라 증가하여 최고점을 보인 후 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 현상은 SEM과 XRD의 특성 분석을 통하여 확인하였다. 이로써 순수한 흑연만을 사용할 경우보다 hybrid 형태의 전도성 첨가제를 사용할 경우 기계적 물성 및 전도성 측면에서 우수함을 알 수 있었다.
  • 전도성 충전제인 흑연, 카본블랙, 카본섬유, 카본 나노튜브와 PPS고분자수지를 일정한 비율로 혼합한 후 Haake Mixer을 사용하여 310℃에서 60rpm으로 20분간 혼합한 후, Hot-press을 이용하여 310℃에서 약 7ton으로 10분간 압축성형 한 후 10분 후에 mold에서 꺼내어 시편을 제작하였다.
  • 일반적으로 카본나노튜브가 전기 전도성 Path를 형성하는데 많은 도움을 주고, 소량만 첨가하여도 전기 전도도증가에 많은 효과를 얻을 수 있다고 보고되었다. 카본나노튜브의 함유량을 3~7wt%로 달리하여 복합재료 제조 후 전기 전도도를 측정 하였다. Fig.

대상 데이터

  • 본 연구에 사용된 재료는 벤젠고리와 유황원자가 교대로 결합된 간단한 반복단위를 가지는 결정성고분자로서, 유리전이온도 80 - 90℃, 용융온도 약 280℃, 치수 안정성, 고강도, 고탄성률, 내약품성, 및 내피로성이 아주 우수한 열가소성 수퍼 엔지니어링 수지인 Poly(phenylene sulfide)수지(Ryton, PR-11, Chevron phillipis)와 전도성 충전제로는 흑연(KS-150, Timcal), 카본블랙(EC-600JD, Akzo nobel), 카본섬유 (S-231, Osaka gas chemical), 카본나노튜브(CM-95, Hanhwa nanotech)를 사용하였다.

이론/모형

  • 기계적 특성을 평가하기 위해서 굴곡강도(flexural strength)를 측정하였으며, 일관성을 위해서 전기적 특성을 보았던 시편을 다시 사용하였으며, ASTM D790에 측정하였으며, 사용한 공식(2)은 다음과 같다.2)
  • 제작된 복합재료시편을 Keithley 6220 current source 와 2182A nano voltameter, 4-probe method를 사용하여 ASTM D4496에 따라 전기전도도를 측정하였고 사용한 공식(1)은 아래와 같다.2)
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