연료전지용 분리판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료전지{SEPARATOR FOR FUEL CELL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

본 발명은 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있는 연료전지용 분리판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.

에너지 자원의 고갈에 따른 대체에너지에 대한 중요성이 부각됨에 따라 연료전지는 신재생 에너지의 한 분야로 주목 받고 있다. 특히 연료전지는 고효율 및 환경친화적이라는 장점으로 인해 집중 연구되고 있다.

연료전지 시스템의 주요부품인 스택은 적층된 단위 셀들의 집합으로, 하나의 셀은 막 전극 접합체(membrane electrode assembly: MEA)와 분리판(bipolar plate 또는 separator)으로 구성되어 있다. 분리판은 스택 제조시 가장 많은 수량이 사용되고 있으며, 분리판의 형태에 따라 스택의 구조가 결정된다.

분리판은 음극과 양극에 대해 각각 수소와 산소를 공급하고, 공급된 가스의 혼합을 방지하며, 전극 반응시 생성된 전자를 이동시키고 양극에서 생성된 물을 밖으로 배출하는 등의 다양한 기능을 수행한다. 이에 따라 분리판은 전자의 이동이 용이하도록 우수한 전자 전도성을 가져야 하고, 양극에서 생성된 물이 원활 하게 배출될 수 있도록 적절한 표면 특성을 가져야 한다. 또한 음극 및 양극으로 공급되는 가스의 혼합을 방지하기 위해서는 우수한 가스 밀폐도를 가져야 하며, 그 외 연료전지의 작동환경과 운전조건에 따른 적절한 내식성 및 강도 특성을 가져야 한다. 또, 가정용을 비롯하여 자동차용, 휴대용 등 다양한 분야로의 접근이 용이하도록 얇고 가공성이 좋아야 한다.

현재 개발 및 상용되고 있는 연료전지 분리판의 소재는 흑연, 흑연과 수지의 복합재, 또는 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등의 금속 소재이다. 그러나, 흑연을 사용하여 분리판을 제조하는 경우, 기계 가공에 의한 유로 가공 비용이 높을 뿐만 아니라 기계 가공에 소요되는 시간이 길어 생산성이 매우 낮은 문제가 있다. 또, 금속 기재의 분리판을 제조하는 경우 가공성 및 치수 정밀도는 좋은 반면 부식되기 쉽다는 단점이 있다. 또한 흑연과 수지의 복합재료를 이용하여 분리판을 제조하는 경우 상기한 문제점들을 모두 해결할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 소재 제조 환경 및 소재 보관의 어려움이 있고, 제품의 치수 정밀도가 낮으며, 박판화가 용이하지 않다. 또, 흑연과 수지의 복합재료를 박판화하여 사용할 경우 연료전지의 스택의 부피를 줄일 수 있기 때문에 가정용을 비롯하여 자동차용, 휴대용 등 다양한 분야로의 접근이 용이하지만, 전지의 작동환경 및 운전 조건에 따른 굴곡강도와 기체 밀폐도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있는 연료전지용 분리판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 연료전지용 분리판을 포함하여 개선된 전지특성을 나타내는 연료전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판은 내부지지체, 및 상기 내부지지체의 외측을 감싸며 형성되고, 적어도 하나의 외측면에 유로를 포함하는 외피재를 포함하고, 상기 내부지지체는 전도성 고분자, 전도성 무기물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 구조체를 포함하고, 상기 외피재는 전도성 충진제 및 고분자 수지를 포함한다.

상기 연료전지용 분리판에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜)-폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리파라페닐렌(Polyparaphenylene) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

또, 상기 전도성 무기물은 도핑된 산화 인듐, 안티몬이 도핑된 산화 주석, 안티몬이 도핑된 산화 아연, 산화 주석, 산화 아연, 그라펜, 카본나노튜브, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

또, 상기 전도성 구조체는 전도성 고분자 및 전도성 무기물 중 적어도 하나를 포함하는 단층 구조체이거나, 또는 2층 이상의 다층 구조체일 수 있다.

또, 상기 전도성 충진제는 탄소 분말, 흑연 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 수퍼 P, 활성 탄소, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼, 카본 나노 링 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

또, 상기 전도성 충진제는 1 내지 200㎛의 평균 입자 직경을 갖는 것일 수 있다.

그리고 상기 전도성 충진제는 고분자 수지 100중량부에 대하여 500 내지 2500중량부로 포함될 수 있다.

또, 상기 고분자 수지는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지일 수 있다.

상기 연료전지용 분리판은 50MPa 내지 120MPa의 굴곡강도, 0.8g/mL 내지 2.2 g/mL의 밀도 및 80S/cm 내지 250S/cm의 전기전도도를 갖는 것일 수 있다.

또, 상기 연료전지용 분리판은 0.8mm 내지 1.5mm의 두께에서 2 X 10 ^-6 cm ³ /cm ² sec 이하의 기체 투과도를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 제조방법은, 전도성 충진제 및 고분자 수지를 혼합하여 외피재 형성용 복합소재를 제조하는 단계, 및 상기 외피재 형성용 복합소재 사이에 내부지지체를 삽입한 후 성형하는 단계를 포함하며, 상기 내부지지체는 전도성 고분자, 전도성 무기물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 구조체를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지는 상기 연료전지용 분리판을 포함한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판은,

내부지지체, 및

상기 내부지지체의 외측을 감싸며 형성되고, 적어도 하나의 외측면에 유로를 포함하는 외피재를 포함하고,

상기 내부지지체는 전도성 고분자, 전도성 무기물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 구조체를 포함하고,

상기 외피재는 전도성 충진제 및 고분자 수지를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 나타낸 구조도로서, (a)는 하부 외피재 위에 위치하는 내부지지체를 나타낸 평면구조도이고, (b)는 분리판의 단면구조도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판(100)은 내부지지체(10) 및 상기 내부지지체의 외측을 감싸며 형성된 외피재(20)를 포함한다.

상기 내부지지체(10)는 지지 기능과 함께 전도성을 나타내는 것으로, 구체적으로는 전도성 고분자, 전도성 무기물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 구조체를 포함할 수 있다.

상기 전도성 고분자는 구체적으로 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜)-폴리(4-스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene), 폴리파라페닐렌(Polyparaphenylene) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 상기한 전도성 고분자 중 1종 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용가능하다.

또 상기 전도성 무기물은 주석이 도핑된 산화 인듐 (Tin-doped indium oxide, ITO), 안티몬이 도핑된 산화 주석(Antimony-doped tin oxide, ATO), 안티몬이 도핑된 산화 아연(Antimony-doped zinc oxide, AZO), 산화 주석(Tin Oxide, SnO2) 또는 산화 아연(zinc oxide, ZnO2) 등과 같은 전도성 금속산화물; 또는 그라펜(graphene), 카본나노튜브(carbon nano tube, CNT), 흑연(graphite) 등의 탄소계 물질일 수 있다.

상기 전도성 구조체는 필름 또는 시트상일 수 있다.

또, 상기 전도성 구조체는 상기한 전도성 고분자, 전도성 무기물 중 적어도 하나를 포함하는 단층 구조체 또는 2층 이상의 다층 구조체일 수 있다.

또, 상기 전도성 고분자와 전도성 무기물의 조합은 전도성 고분자 중에 전도성 무기물이 분산되어 포함된 경우, 상기 전도성 무기물에 전도성 고분자가 표면코팅된 경우, 그리고 상기한 전도성 고분자, 전도성 무기물 중 적어도 하나를 포함하는 단일층이 2층 이상 적층된 경우를 포함한다.

또, 전도성 고분자와 전도성 무기물이 조합되어 포함되는 경우, 내부지지체의 지지강도 및 전도성을 고려하여, 상기 전도성 무기물이 전도성 고분자 100중량부에 대하여 70 내지 120중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 전도성 무기물의 함량이 70중량부 미만이면 기계적 강도 특성이 저하될 수 있고, 또 120중량부를 초과하면 필름 또는 시트상으로의 제조가 용이하지 않다.

상기와 같은 내부지지체는 분리판의 전체 두께 및 외피재 형성 물질의 종류 등을 고려하여 충분한 지지 효과를 나타낼 수 있는 두께를 갖도록 조절되는 것이 바람직하며 구체적으로는 0.1mm 내지 0.5mm의 두께 범위에서 30MPa 내지 70MPa의 강도를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기와 같은 내부지지체(10)의 외측면에 접하여 내부지지체를 둘러싸며 외피재(20)가 형성된다.

상기 외피재(20)는 통상 연료전지의 분리판 기능을 하는 것으로, 적어도 하나의 외측면에 기체 또는 액체가 흐를 수 있도록 형성된 유로(20a)를 포함한다. 또, 상기 외피재(20)는 수소 및 산소를 공급하기 위한 구멍으로서 복수개의 매니폴드(20b), 또는 연료전지 운전시 내부의 온도유지를 위한 냉각수 통로(미도시)를 선택적으로 더 포함할 수도 있다. 또 상기 매니폴드가 형성될 경우, 매니폴드로부터 유입된 기체 또는 액체가 흐를 수 있도록 상기한 유로는 매니폴드 중 임의적으로 선택된 어느 두 개를 서로 연결하여 형성되는 것이 바람직하다

상기 외피재(20)는 전도성 충진제 및 고분자 수지를 포함한다.

상기 전도성 충진제는 구체적으로 탄소 분말, 흑연 분말, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 수퍼 P, 활성 탄소, 카본 나노 튜브, 카본 나노 파이버, 카본 나노 와이어, 카본 나노 혼 또는 카본 나노 링 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 보강성 및 가공성 면에서 흑연 분말이 보다 바람직할 수 있다. 또, 상기 흑연 분말은 천연 흑연 또는 합성 흑연일 수 있으며, 상기 합성 흑연은 구상 또는 팽창 흑연일 수 있다.

상기 전도성 충진제는 입자형, 판형, 인편상 등 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1 내지 200㎛의 평균 입자 직경을 갖는 입자인 것이 바람직할 수 있다. 전도성 충진제의 평균 입자 직경이 1㎛ 미만이면 전도성 충진제끼리의 응집 우려가 있고, 전도성 충진제의 평균 입자 크기가 200㎛를 초과하면 성형 및 기체밀폐도가 저하될 우려가 있다.

상기 전도성 충진제는 고분자 수지 100중량부에 대하여 500 내지 2500중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 전도성 충진제의 함량이 500중량부 미만이면 전도성 충진제의 사용에 따른 전도성 및 기계적 물성 개선 효과가 미미하고, 2500중량부를 초과하면 유동성이 낮아 분리판 제조를 위한 사출성형 또는 압축성형 등의 성형 공정시 매니폴드의 동시 성형이 어렵고, 성형하고자 하는 분리판의 크기가 커질수록 두께 편차가 커지고, 강도 및 기체밀폐도가 저하될 우려가 있다. 상기 전도성 충진제의 사용에 따른 보강성 및 전도성, 그리고 기체밀폐도 개선 효과를 고려할 때, 상기 전도성 충진제는 고분자 수지 100중량부에 대하여 700 내지 2000중량부로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 고분자 수지로는 통상 연료전지용 분리판의 제조에 사용되는 것이라면 특별한 한정없이 사용가능하다. 구체적으로는 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 엔지니어링 플라스틱 등이 사용될 수 있다.

구체적으로 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 벤조옥사진계 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 우레아계 수지, 알키드계 수지, 또는 폴리이미드계 수지 등일 수 있다. 또, 상기 열가소성 수지는 폴리알킬렌(예를 들면, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 등), 불소계 중합체(예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride, PVDF) 등), 아크릴 중합체(예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 등), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide), 폴리에테르에테르케톤(Poly ether ether ketone) 또는 폴리에테르설폰(Polyether sulfone) 등일 수 있다. 또, 상기 엔지니어링 플라스틱은 액정고분자(LiquidCrystalline Polymer), 액정 고무(LCP) 등일 수 있다.

상기한 고분자 수지 중에서도 점도 및 흡수율이 낮고, 열적 안정성 및 기계적 물성이 우수한 벤조옥사진계 수지가 바람직할 수 있으며, 구체적으로는 비스페놀 A(bisphenol A) 벤조옥사진, 비스페놀 F(bisphenol F) 벤조옥사진, 페놀프탈레인(phenolphthalein) 벤조옥사진, 티오디페놀(thiodiphenol) 벤조옥사진, 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene) 벤조옥사진 등일 수 있다.

또, 상기 외피재는 외피재의 물성 강화 및 제조 공정의 용이성 개선 등을 목적으로 내부이형제, 경화제, 경화촉진제, 또는 저수축제 등의 통상 분리판의 제조에 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

구체적으로는 상기 고분자 수지로서 열경화성 수지를 사용할 경우, 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제로는 통상 열경화성 수지의 경화를 위해 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 에폭시계 화합물, 아민계 화합물, 디아민계 화합물, 폴리아민계 화합물, 폴리아미드계 화합물 또는 페놀 수지 등을 들 수 있다. 특히, 상기 벤조옥사진계 수지를 사용하는 경우 상기 경화제로서 에폭시계 화합물이 바람직할 수 있으며, 또 상기 에폭시계 화합물 중에서도 시클로알리파틱(cycloaliphatic)계 에폭시 레진 또는 크레졸 노볼락(cresol novolac)계 에폭시 레진이 바람직할 수 있다.

이때 경화제의 첨가량은 고분자 수지 100중량부에 대하여 30 내지 70중량부인 것이 바람직하다. 경화제의 함량이 30중량부 미만이면 미반응 열경화성 수지가 잔류할 우려가 있고, 70중량부를 초과하면 경화제의 일부가 미반응할 우려가 있다.

또한 경화 시간의 단축을 위해 상기 경화제와 함께 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제로는 구체적으로 트리페닐포스핀(triphenylphosphine: TPP) 디아미노디페닐술폰(diaminodiphenylsulfone: DDS), 제3차아민, 이미다졸계, 에폭시계, 페놀계 등의 염기성 화합물가 사용될 수 있다.

또, 상기 경화촉진제의 첨가량은 열경화성 수지 100중량부에 대하여 0.5 내지 8중량부인 것이 바람직할 수 있다. 경화촉진제의 함량이 0.5중량부 미만이면 가사시간이 길어져 작업에는 용이하나 경화속도가 느리므로 성형시간이 길어져 바람직하지 않고, 8중량부를 초과하면 가사시간이 짧아 경화속도가 빨라져 성형이 어려워지므로 바람직하지 않다.

또, 상기와 같이 고분자 수지와 전도성 충진제의 혼합물이 경화제 및 경화촉진제를 더 포함하는 경우, 고분자 수지, 경화제 및 경화촉진제를 먼저 혼합한 후 전도성 충진제를 혼합하는 것이 바람직하며, 이때, 전도성 충진제와의 혼합에 앞서, 고분자 수지와 경화제 및 경화촉진제의 혼합물에 대해 분쇄공정을 선택적으로 더 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 분쇄공정을 통해 상기 고분자 수지와 상기 경화제의 입자 크기를 상기 전도성 충진제의 입자 크기와 동등 수준의 크기가 되도록 조절함으로써 보다 균질한 혼합이 가능하고 또한 성형 시의 빠른 경화 반응을 유도할수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 연료전지용 분리판은, 전도성 충진제, 고분자 수지 및 선택적으로 기타 첨가제를 혼합하여 외피재 형성용 복합소재를 제조하는 단계, 및 상기 외피재 형성용 복합소재 사이에 상기한 내부지지체를 삽입한 후 성형하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.

일례로, 몰드를 이용하여 분리판을 제조할 경우, 전도성 충진제, 고분자 수지 및 선택적으로 첨가제를 포함하는 외피재 형성용 복합소재를 제조하는 단계; 연료전지의 분리판 형성용 몰드에 상기에서 제조한 외피재 형성용 조성물의 일부, 내부지지체를 위치시키고, 그리고 남은 외피재 형성용 조성물을 순차적으로 적층한 후 가압성형하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.

상기 외피재 형성용 복합소재의 제조는 상기한 고분자 수지, 경화제, 전도성 충진제 및 경화촉진제를 스크류 내부에서 혼합한 후 펠렛 또는 시트상으로 압출함으로써 실시될 수 있다.

다음으로, 상기 제조된 복합소재를 통상의 방법에 따라 성형함으로써 연료전지용 분리판을 제조한다. 상기 성형 공정은 통상의 방법에 따라 실시할 수 있으며, 바람직하게는 130 내지 170℃의 온도에서 300 내지 600ton의 압력을 가하여 실시할 수 있다. 상기 성형시 온도 및 압력이 상기 범위를 벗어날 경우 성형 및 경화에 바람직하지 않다. 상기 성형 공정에 의해 연료전지용 분리판에 유로채널이 동시에 형성될 수 있다.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 연료전지용 분리판은, 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있다.

구체적으로 상기 연료전지용 분리판은 50MPa 내지 120MPa의 굴곡강도, 0.8g/mL 내지 2.2 g/mL의 밀도, 80S/cm 내지 250S/cm의 전기전도도를 갖는 것일 수 있다. 또, 상기 연료전지용 분리판은 0.8mm 내지 1.5m의 두께범위에서 2 X 10 ^-6 cm ³ /cm ² sec 이하의 기체 투과도를 갖는 것일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 연료전지용 분리판을 포함하는 연료전지를 제공한다.

상세하게는, 상기 연료전지는 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 스택, 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료공급부, 및 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부를 포함하고, 상기 스택은 서로 대향하여 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 위치한 고분자 전해질막을 포함하는 막-전극 어셈블리;그리고 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 위치하는 상기 연료전지용 분리판을 포함하는 단위 셀을 적어도 하나 이상 포함한다.

상기 연료전지의 각 구성부는 통상의 연료전지의 구성에 의하므로 그 구체적인 기재는 생략한다.

또, 상기 연료전지는 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올형 연료전지(DMFC), 고온용 고분자전해질 연료전지 또는 인산형 연료전지(PAFC)중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 연료전지용 분리판은, 두께가 얇으면서도 우수한 기계적 강도 및 기체 밀폐도를 나타낼 수 있다. 그 결과 연료전지에 적용시 전지특성을 더욱 개선시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 나타낸 구조도로서, (a)는 하부 외피재 위에 위치하는 내부지지체를 나타낸 평면구조도이고, (b)는 분리판의 단면구조도이다.
도 2는 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 연료전지용 분리판의 굴곡 강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지용 분리판의 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예와 비교예에서 제조된 연료전지용 분리판의 평균 전기 전도도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 연료전지용 분리판의 기체 투과도를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

[ 실시예 : 연료전지용 분리판의 제조]

폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 모재로 한 130㎛ 두께의 ITO 필름을 이용하여 내부지지체를 제작하였다.

외부 유로 및 매니폴드를 포함하는 외피재 형성을 위해, 흑연 85 중량부, 에폭시레진 9 중량부, 경화제로서 6 중량부 및 경화촉진제인 TPP를 6.7phr, 그리고 내부이형제로서 carnauba wax 5.6 phr를 혼합하여 파우더상의 외피재 형성용 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 흑연 분말은 평균 입도가 50㎛인 판상의 천연 흑연을 사용하였다.

상기에서 제조한 외피재 형성용 조성물을 유로가 형성된 연료전지 분리판용 몰드에 50% 정도 투입한 후 내부지지체를 그 위에 위치시키고, 상기 내부지지체 위에 외피재 형성용 조성물을 투입하여 160?에서 5분 동안 가압성형을 실시하여 연료전지용 분리판(두께 1mm)을 제조하였다.

[ 비교예 : 연료전지용 분리판의 제조]

내부지지체를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기에서와 동일한 방법으로 실시하여 연료전지용 분리판(1mm)을 제조하였다.

[ 시험예 : 연료전지용 분리판의 특성 평가]

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지용 분리판에 대해 굴곡강도, 밀도, 전기전도도 및 기체 투과도를 각각 측정하였다.

1)굴곡강도

ASTM D790에 의거하여 측정하였으며, 측정 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 실시예가 비교예보다 굴곡강도가 우수함을 알 수 있었다.

2) 밀도

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연료전지용 분리판에 대해 밀도를 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 및 비교예의 분리판 모두 박판화에 유리한 조건인 낮은 밀도값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

3) 전기전도도

4-탐침 프로브(4 point probe)에 의해 측정된 저항값들을 이용하여 평균 전기전도도를 평가하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이, 실시예와 비교예가 대동소이한 값을 나타내고 있었으며, 분리판의 요구특성인 100S/cm 이상의 값을 충족하고 있음을 확인할 수 있었다.

4) 기체투과도

ASTM D1434에 의거하여 기체투과도를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 두 분리판 모두 DOE에서 공시한 분리판의 요구 기체 밀폐 특성인 2.00E-06보다 낮은 값을 가지고 있으나, 실시예의 결과값이 더욱 우수함을 알 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 내부지지체
20 외피재
100 분리판