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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정용식
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수19
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고분자 전해질막 연료전지 (Polymer electrolyte membrane fuel cells, PEMFCs)는 수소를 이용하여 발전하는 시스템으로써 높은 전류 밀도, 상대적으로 낮은 운전 온도, 편리한 연료 공급 등의 장점을 보유하여 미래의 에너지원으로 주목받고 있다. PEMFC를 구성하는 부품 중 분리판은 단위 셀 간의 전류 전달, 수소 및 냉각수의 이동통로 등의 중요한 역할을 하여 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 분리판은 전기 전도성, 열 안정성, 밀폐성, 내 부식성이 우수하고 가벼우며 가공성이 좋아야 한다. 현재는 흑연이나 금속을 분리판 재료로써 사용하고 있지만, 흑연 분리판의 경우 높은 전기전도도, 낮은 밀도, 내 부식 특성 등의 장점이 있으나, 다공성 구조로 인해 기계 가공에 의한 유로 성형 비용이 비싸다는 단점이 있다. 금속 분리판의 경우 높은 열전도도, 뛰어난 기계적 특성, 밀폐성 등의 장점을 가지나, 가공성이나 부식성 등의 문제로 사용이 제한되고 있다. 최근 이러한 문제들을 보완하기 위한 대안으로 탄소복합재료 분리판이 대두되고 있다. 탄소복합재료는 탄소분말, 탄소섬유와 같은 탄소 재료와 고분자 물질을 혼합하여 진공백 성형, 압축 성형, RTM (Resin transfer molding) 및 펄트루전 등의 방식을 통해 제조한다. 고분자는 열가소성 수지 및 열경화성 수지 모두 이용 가능하며, 열가소성 수지가 내부식특성, 내충격성과 재활용을 할 수 있다는 장점을 가져 열가소성 수지를 이용한 복합재료 분리판 제조에 초점이 맞추어 지고 있다. 그러나 이러한 열가소성 탄소 복합재료의 경우 표면의 잉여수지 층이 접촉 저항을 높이며 높은 용융 점도로 인해 함침성이 낮고, 높은 함량의 탄소 입자 분산이 어렵다는 단점이 있다.
따라서 본 연구에서는 탄소 직물과 탄소 펠트를 기반으로 졸 겔 방법과 더블 퍼콜레이션 효과를 도입하여 함침성과 전기적 특성을 향상한 탄소섬유/열가소성 복합재료 분리판을 제조하였다. 이에 따라 두 가지 방법의 도입 효과를 확인하기 위하여 주사 전자 현미경, 전계 방출형 주사 전자 현미경 및 투과 전자 현미경을 통해 복합재료의 모폴로지 분석을 진행하였다. 또한, 제조된 탄소섬유/열가소성 복합재료의 면적 비저항, 전기전도도, 굽힘 강도를 측정하여 미국 에너지국의 분리판 물성 목표치 여부를 확인하였다.
따라서 본 연구에서는 탄소 직물과 탄소 펠트를 기반으로 졸 겔 방법과 더블 퍼콜레이션 효과를 도입하여 함침성과 전기적 특성을 향상한 탄소섬유/열가소성 복합재료 분리판을 제조하였다. 이에 따라 두 가지 방법의 도입 효과를 확인하기 위하여 주사 전자 현미경, 전계 방출형 주사 전자 현미경 및 투과 전자 현미경을 통해 복합재료의 모폴로지 분석을 진행하였다. 또한, 제조된 탄소섬유/열가소성 복합재료의 면적 비저항, 전기전도도, 굽힘 강도를 측정하여 미국 에너지국의 분리판 물성 목표치 여부를 확인하였다.
목차
1. Introduction 12. Carbon fabric reinforced composite bipolar plate 42.1 Introduction 42.2 Experiments 52.2.1 Material preparation 52.2.2 Fabrication of the composite bipolar plate 82.3 Characterization 122.3.1 Measurement of viscosity 122.3.2 Measurement of electrical properties 122.3.3 Measurement of mechanical properties 142.3.4 Morphological characteristics 142.3.5 Gas permeability test 152.3.6 Thermal analysis 162.4 Results and discussion 182.5 Summary 323. Carbon felt reinforced composite bipolar plate 343.1 Introduction 343.2 Experiments 353.2.1 Thermoplastic polymer solution preparation 353.2.2 Fabrication of the composite plates 383.3 Characterization 423.3.1 Measurement of electrical properties 423.3.2 Measurement of mechanical properties 443.3.3 Morphological characteristics 443.3.4 Thermal analysis 463.4 Results and discussion 473.5 Summary 604. Conclusion 625. Reference 64
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