• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.39-46
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• 2006

The fuel cell is one of promising environment-friendly energy sources for the next generation. The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials for bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity To achieve desired electrical properties, specimens made with different mixing ratio, processing pressure and temperature were tested. To increase mechanical strength, one or two layers of woven carbon fabric were added to the graphite and resin composite. Thus, the composite material was consisted of three phases: graphite particles, carbon fabric, and epoxy resin. By increasing mixing ratio of graphite, fabricated pressure and process temperature, the electric conductivity of the composite was improved. The results of tensile test showed that the tensile strength of the two-phase graphite composite was about 4MPa, and that of three-phase composite was increased to 57MPa. As surface properties, contact an91e and surface roughness were tested. Graphite composites showed contact angles higher than $90^{\circ}$, which mean low surface energy. The average surface roughness of the composite specimens was $0.96{\mu}m$.

• 한국재료학회지
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• 제21권5호
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• pp.288-294
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• 2011

Simultaneous Ni and C codeposition by electrolysis was investigated with the aim of obtaining better corrosion resistivity and surface conductivity of a metallic bipolar plate for application in fuel cells and redox flow batteries. The carbon content in the Ni-C composite plate fell in a range of 9.2~26.2 at.% as the amount of carbon in the Ni Watt bath and the roughness of the composite were increased. The Ni-C composite with more than 21.6 at.% C content did not show uniformly dispersed carbon. It also displayed micro-sized defects such as cracks and crevices, which result in pitting or crevice corrosion. The corrosion resistance of the Ni-C composite in sulfuric acid is similar with that of pure Ni. Electrochemical test results such as passivation were not satisfactory; however, the Ni-C composite still displayed less than $10^{-4}$ $A/cm^2$ passivation current density. Passivation by an anodizing technique could yield better corrosion resistance in the Ni-C composite, approaching that of pure Ni plating. Surface resistivity of pure Ni after passivation was increased by about 8% compared to pure Ni. On the other hand, the surface resistivity of the Ni-C composite with 13 at.% C content was increased by only 1%. It can be confirmed that the metal plate electrodeposited Ni-C composite can be applied as a bipolar plate for fuel cells and redox flow batteries.

• Composites Research
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• 제34권3호
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• pp.148-154
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• 2021

탄소/에폭시 복합재료 분리판(BP)은 높은 기계적 특성과 생산성으로 인해 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 기존 흑연 분리판을 대체할 가능성이 있는 BP이다. 다기능 구조인 탄소/에폭시 복합재료 BP는 계면접촉저항(ICR)을 줄이기 위해 흑연 코팅 또는 추가 표면 처리가 필요하다. 그러나 팽창 흑연 코팅은 VRFB 작동 조건에서 낮은 내구성을 가지며 별도의 표면 처리는 추가 비용이 발생한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 폴리에스테르 직물을 적용하여 탄소/에폭시 복합재료 BP 표면의 잉여 수지층을 균일하게 제거하여 탄소섬유를 노출시키는 잉여 수지 흡수법을 개발하였다. 이 방법은 BP 표면에 탄소섬유를 노출하여 ICR을 감소시킬 뿐만 아니라 탄소 펠트 전극을 효과적으로 고정할 수 있는 고유한 도랑 패턴을 형성한다. 잉여 수지 흡수법에 의해 제작된 복합재료 BP의 산성 환경 내구성, 기계적 특성 및 기체 투과도에 대해 실험적으로 검증하였다.

• 전기화학회지
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• 제12권1호
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• pp.68-74
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• 2009

본 연구에서는 탄소성형 분리판의 물리화학적, 전기화학적 특성을 분석하여 수소 및 개미산연료 전지의 성능에 미치는 영향을 알아보았다. 기존 기계가공 탄소분리판과 탄소복합소재 탄소성형 분리판의 접촉저항, 부식특성, 소수성을 비교 평가하였다. 특히, 현재 연구개발 중인 탄소복합소재 성형분리판의 경우 계면접촉저항이 기계가공 분리판보다 1.5배 높게 나타났으며, 내식성 실험에서는 산에 취약하여 분리판 표면이 거칠어지고 결정성이 감소하였다. 연료전지의 성능은 분리판의 계면접촉저항에 크게 영향을 받았으며, 계면저항이 적은 기계가공 분리판이 수소 및 개미산 연료 전지에서 높은 성능을 나타냈다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권10호
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• pp.4673-4678
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• 2011

이 연구에서는 고분자 전해질 막 연료전지의 분리판 용 고분자/흑연 복합소재의 혼합 특성 및 점도 측정 방법에 관하여 연구하였다. 분리판은 전도성이 있어야 하기 때문에 흑연의 함량이 매우 높고 이 때문에 제조된 복합재료의 점도가 높아 점도 측정이 어려운 문제가 있다. 일반적으로 캐필러리 레오메터에서 사용되는 다이로 점도를 측정한 결과 압력이 시간에 따라서 계속 변하고 정상상태의 값을 보이지 않아서 점도 측정이 불가능 했다. 다이의 디자인을 변경하여 측정하면 압력이 정상상태를 보이는 것을 관찰할 수 있었으나, 흑연과 PET를 단순 용융 혼합하여 점도를 측정하는 경우에는 측정된 점도 값이 재현성이 없는 결과를 나타냈다. 여러 차례의 시행 오차 끝에 흑연과 PET를 작은 입자로 분쇄한 후 용융 혼합하면 재현성 있는 점도를 측정할 수 있고, 제조된 복합재료의 전기전도도 값도 재현성 있는 결과를 보임을 관찰하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.131-138
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• 2014

Highly conductive bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) was prepared using phenol novolac-type epoxy/graphite powder (GP)/carbon fiber filament (CFF) composite, and a rubber-modified epoxy resin was introduced in order to give elasticity to the bipolar plate graphite fiber (GF) was incorporated in order to improve electrical conductivity. To find out the cure condition of the mixture of novolac-type and rubber-modified epoxies, differential scanning calorimetry (DSC) was carried out and their data were introduced to Kissinger equation. And tensile and flexural tests were carried out using universal testing machine (UTM) and the surface morphology of the fractured specimen and the interfacial bonding between epoxy matrix and CFF or GF were observed by a scanning electron microscopy (SEM).

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.827-834
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• 2011

Epoxy/graphite/expanded graphite composites have been prepared in various weight ratios and thermal degradation and electrical properties were estimated in order to use for the bipolar plate materials in PEMFC. Thermogravimetric analysis (TGA) showed that the epoxy/graphite system cured by a curing agent GX-533 was most proper because its weight loss until $80^{\circ}C$ at which PEMFC would be operated was 0.3 wt%, and differential scanning calorimetry (DSC) analysis showed its cure temperature would be sufficient at $80^{\circ}C$. The activation energy for the cure reaction was 132.0 kJ/mol and the pre-exponential factor was $1.76{\times}10^{17}min^{-1}$. Electrical conductivity on the surface of the bipolar plate prepared under a pressure of 200 $kgf/cm^2$ was increased from 4 to 25 $S/cm^2$ by increasing expanded graphite (EG) content from 50 phr to 90 phr. The percolation threshold was initiated around 75 phr and the corrosion rate at 80 phr was 1.903 $uA/cm^2$.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.89-90
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• 2006

The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials fur bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity. Flow channels were fabricated by compression molding, and design of experiments (DOE) was applied to the tests to evaluate moldability. Results showed that land width and channel depth were two significant factors for moldability, and channel width had little influence on the moldability.

• 전기화학회지
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• 제13권2호
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• pp.81-88
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• 2010

탄소복합소재 분리판의 연료전지 성능을 시험하기 위해 소형 고분자연료전지 스택을 제작하였으며 연료전지 운전에 따른 성능변화를 측정하여 탄소복합소재 분리판이 연료전지 스택의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 자체 설계한 가스유로로 디자인된 분리판과 MEA를 적층한 스택의 초기 성능과 장기간 운전에 따른 전압 감소를 측정하였다. 또한 장시간 운전 동안 각 셀의 전압 거동도 함께 측정하였으며 비교를 위해 흑연분리판을 이용하여 제작한 스택의 성능도 함께 시험하였다. 스택에서 각 셀의 성능은 단위전지에서의 성능과 유사하게 나타나 분리판과 스택의 구조가 셀의 성능을 충분히 보여줄 만큼 적절히 디자인된 것을 알 수 있었으며, 장시간 운전 동안 전류가 증가함에 따라 스택의 성능 감소도 점차 증가하였으며 두 종류의 스택이 유사한 성능 감소를 보여 자체 제작한 탄소복합소재 분리판이 흑연분리판과 유사한 성능을 보임을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.146-149
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• 2007

The 2-step manufacturing method consisting of preforming and stamping processes was developed to manufacture composite bipolar plates for PEMFCs. The preform was composed of expanded graphite, graphite flake and phenol resin. Precuring conditions were optimized by checking the electrical conductivity, flexural strength and microstructure. Precuring temperature ($100^{\circ}C$) slightly above the melting point of phenol powders ($90^{\circ}C$) induced moderate curing, but also prevented excessive curing. Preforms utilizing the tangled structure of expanded graphite were easily fabricated at low pressure of 0.07-0.28MPa. The proper precuring time, 5min, was determined to fabricate the preform stably because insufficient and excessive precuring deteriorated the flexural strength of composite bipolar plates.