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최종목표
전기전도도와 설계자유도를 겸비한 고분자 연료전지용 메탈카본 컴포지트 분리판 제조기술 개발
- 반응면적 : 200 cm²(@박판형)
- 전기전도도 : ≥150 S/cm
- 두께 : 1.2 mm(2.4 mm, anode/cathode/cooling flow field)
- 굴곡강도 : ≥50 MPa
- 수소투과도 : ≤2×10^-6cm³/cm²·sec(@80℃, 3 atm)
- 부식속도 : ≤1.0 μA/cm2

최종목표
전기전도도와 설계자유도를 겸비한 고분자 연료전지용 메탈카본 컴포지트 분리판 제조기술 개발
- 반응면적 : 200 cm²(@박판형)
- 전기전도도 : ≥150 S/cm
- 두께 : 1.2 mm(2.4 mm, anode/cathode/cooling flow field)
- 굴곡강도 : ≥50 MPa
- 수소투과도 : ≤2×10^-6cm³/cm²·sec(@80℃, 3 atm)
- 부식속도 : ≤1.0 μA/cm2
- 설계자유도 : 두께 0.5∼1.5 mm, 유로높이 0.5∼1.2 mm, 유로넓이 0.5∼1.5 mm
개발내용 및 결과
본 사업을 통하여 기존의 카본컴포지트가 가지고 있는 강도, 두께, 전기전도도를 해결하기 위하여 메탈카본컴포지트 분리판을 개발함.
1) 카본컴포지트 분리판의 물성 확보를 위한 금형설계 기술을 개발함.
- 반응면적 25 cm²급 카본컴포지트 sheet 금형설계
- 카본컴포지트, 메탈카본컴포지트 금형 size 선정
- 반응면적 25 cm² 카본컴포지트 분리판 금형설계
- 반응면적 200 cm² 박판형 카본컴포지트 분리판 금형설계
- 반응면적 200 cm² Stamping 구조의 분리판 금형설계
2) 분리판 대면적화에 필요한 강도, 두께 및 특성 확보를 위한 기술을 개발함
- 카본입도에 따른 분리판 특성 변화
- 수지 배합비율에 따른 분리판 특성변화
- 소면적 분리판의 대면적화에 따른 엠보싱 현상 제거 기술
- 대면적 카본컴포지트 박판의 두께 편차 저감기술
- 대면적 카본컴포지트 분리판 강도 향상
- 탄소섬유 보강에 따른 카본컴포지트 분리판의 수소투과
3) 단가저감을 위한 메탈카본컴포지트 분리판 표면처리 기술을 개발함
- 메탈 표면처리 전 에칭공정 및 표면층 밀착성 향상기술
- 메탈카본컴포지트 분리판의 Liquid immersion 가혹시험
- 메탈카본컴포지트 전지화학방식의 내식성 분석
- 메탈 표면처리에 따른 카본컴포지트 분리판 강도 변화
- 메탈 표면처리에 따른 카본컴포지트 수소투과도 변화
- 메탈 표면처리에 따른 카본컴포지트 전기전도도 변화
- 메탈카본컴포지트 표면처리 가격저감을 위한 공정기술 개발
- 메탈카본컴포지트 분리판의 열전도 특성 분석
- 열충격에 따른 메탈카본컴포지트 분리판 변화 분석
4) 메탈카본컴포지트 분리판 제조 기술을 개발함
- 고압 프레스기 성형압력에 따른 분리판 특성변화
- 가열온도(성형온도) 및 경화시간에 따른 분리판 특성변화
- 반응면적 25 cm² 메탈카본컴포지트 분리판 제작
- 반응면적 200 cm² 박판형 메탈카본컴포지트 분리판 제작
- 200 cm² Stamping 구조의 메탈카본컴포지트 분리판 제작
- 카본컴포지트, 메탈카본컴포지트 분리판 접합기술
5) 메탈카본컴포지트 분리판 단위전지 성능 및 내구성 분석
- DMFC에서 메탈카본컴포지트 분리판 적용 단위전지 성능
- PEMFC에서 메탈카본컴포지트 분리판 적용 단위전지 성능
- DMFC 조건에서 메탈카본컴포지트 분리판 적용 내구성능
- PEMFC 조건에서 메탈카본컴포지트 분리판 적용 내구성능
기술개발 배경
그라파이트 분리판 대체기술 중 단가면에서 카본컴포지트 분리판이 유리하고 박판화에는 금속분리판이 유리함. 가격이 저렴한 카본컴포지트 분리판을 박판화할 경우 스택부피를 저감할 수 있기 때문에 전기전도도의 장점을 가지는 금속을 카본컴포지트에 표면처리하여 카본컴포지트의 박판화 기술을 개발하고자 하였음
핵심개발 기술의 의의
본 사업에서 개발된 메탈카본컴포지트는 기존에 개발된 사례가 없었으며 본 기술을 통해 카본컴포지트의 기술 또한 향상될 수 있게 되었음. 본 사업에서 개발된 제품은 소재부터 제품까지 모두 국내에서 생산된 소재를 활용하였으며 혼련한 소재는 자체 개발함. 본 기술개발시 수요를 원하는 기관이 국내·외 많이 있어 지속적으로 sample을 제공하고 있으며 현재는 미흡 하지만 2차년도부터 제품을 판매하고 있으며 1~2년 안에 해외 수출도 가능할 것으로 보임
적용 분야
PEMFC로 운전되는 모든 분야에 적용이 가능하며 개발된 제품 중 카본컴포지트 분리판은 DMFC에도 적용이 가능함. 또한 레독스플로워 배터리에도 적용이 가능(sample 제공), 특히, 개발된 메탈카본컴포지트는 밀도가 낮아 무게에 민감한 이동형 또는 무인항공기용 연료전지에 많이 활용될 것으로 전망됨