미분쇄 탄소섬유가 첨가된 피치계 탄소섬유기반 기체확산층용 탄소종이 특성 = Characterization of Milled Carbon Fibers-filled Pitch-based Carbon Paper for Gas Diffusion Layer

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 피치계 탄소섬유기반 탄소종이에 바인더 피치와 PAN계 미분쇄 탄소섬유를 첨가하여 저온탄화를 통해 재함침된 탄소종이를 제작하였으며, 미분쇄 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 기계적 및 전기적 특성과 열전도도에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과, 인장강도는 미분쇄 탄소섬유 함량 10 wt.%부터 20 wt.%까지 첨가하였을 때 크게 증가하였다. 또한, 미분쇄 탄소섬유 함량이 증가함에 따라 계면접촉저항은 감소하였으며, 전기전도도 및 열전도도는 증가하였다. 이러한 결과는 미분쇄된 탄소섬유의 첨가가 탄소종이의 밀도를 증가시킴에 따라 전기적 및 열적 전달 경로가 형성되었기 때문이라고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this work, the pitch-based carbon paper (P-CP) was prepared by re-impregnating of binder pitches and PAN-based milled carbon fibers (MCF) at low temperature carbonization process. The influence of MCF content on physicochemical properties of MCF/P-CP was investigated. As a result, the tensile strength of MCF/P-CP was increased sharply from 10 wt.% to 20 wt.% of MCF. Also, the increase of MCF content led to the decrease of interfacial contact resistivity and the improvement of electrical and thermal conductivity of MCF/P-CP. These results were probably due to the increase of density of MCF/P-CP, resulting in the formation of electrically and thermally conductive paths of the carbon paper.

참고문헌 (Reference)

1 이지한, "탄소 단섬유를 이용한 탄소종이 제조 및 전기전도도 특성" 한국공업화학회 24 (24): 121-125, 2013

2 김선희, "추적식 수상 태양광발전 시스템의 설계 및 시공" 한국복합재료학회 27 (27): 59-65, 2014

3 김성진, "열처리 슬러리코팅법을 이용한 연료전지 가스확산층의 제조" 한국열처리공학회 25 (25): 65-73, 2012

4 정희석, "연료전지 가스확산층(GDL) 내의 물질거동에 대한 연구" 대한기계학회 36 (36): 979-988, 2012

5 김병주, "소형 고분자 연료전지 스택의 체결압력에 따른 성능 특성" 한국수소및신에너지학회 20 (20): 499-504, 2009

6 박재만, "기체확산층의 미세다공층 침투 깊이에 따른 고분자 전해질형 연료전지의 내구성능 저하 분석에 관한 연구" 한국수소및신에너지학회 24 (24): 216-222, 2013

7 심중표, "고분자전해질 연료전지에서 다양한 기체확산층의 물리적 특성과 연료전지 성능 비교" 한국전기화학회 10 (10): 270-278, 2007

8 전정환, "고분자 전해질 연료전지내의 양극 기체확산층 물성 변화가 전지성능에 미치는 영향에 관한 전산해석 연구" 한국화학공학회 50 (50): 556-561, 2012

9 이기성, "고분자 전해질 연료전지 성능에 미치는 MEA 가압제조 공정 조건의 영향" 한국수소및신에너지학회 24 (24): 70-75, 2013

10 Tamayol, A., "Single Phase Through-pane Permeability of Carbon Paper Gas Diffusion Layers" 204 : 94-99, 2012

11 Choi, J. M., "Preparation of Bipolar Plated for Fuel Cell Using CNT/Graphite Nano-Composite" 6 (6): 181-187, 2005

12 심중표, "Preparation and Characterization for Carbon Composite Gas Diffusion Layer on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells" 한국수소및신에너지학회 23 (23): 34-42, 2012

13 허성일, "PEMFC용 복합소재 분리판을 위한 2단계 제조공법의예비성형 조건에 대한 연구" 한국복합재료학회 20 (20): 10-16, 2007

14 Zamel, N., "Measurement of the Through-plane Thermal conductivity of Carbon Paper Diffusion Media for the Temperature Range from -50 to +120oC" 36 (36): 12618-12625, 2011

15 Ko, T. J., "High Performance Gas Diffusion Layer with Hydrophobic Nanolayer under a Supersaturated Operation Condition for Fuel Cells" 7 : 5506-5513, 2015

16 Jabbour, L., "Feasibility of In-plane GDL Structuration: Impact on Current Density Distribution in Large-area Proton Exchange Membrane fuel Cells" 299 : 380-390, 2015

17 Assumma, L., "Effects of Block Length and Membrane Processing Conditions on the Morphology and Properties of Perfluorosulfonated Poly(arylene ester sulfone) Multiblock Copolymer Membranes for PEMFC" 7 : 13808-13820, 2015

18 Hung, C. J., "Effect of Conductive Carbon Material Content and Structure in Carbon Fiber Paper Made from Carbon Felt on the Performance of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell" 78 : 364-373, 2015

19 Stambula, S., "Chemical Structure of Nitrogen-Doped Graphene with Single Platinum Atoms and Atomic Clusters as a Platform for the PEMFC Electrode" 118 : 3890-3900, 2014

20 Park, S.J., "Carbon Materials" Myoungmoon Pub. Co. 2015