이 성형 단계에서 실험실 가열 또는 유압 프레스의 주요 기능은 사전 함침된 탄소 나노튜브(CNT) 네트워크에 동시에 고온과 극한의 기계적 압력을 가하는 것입니다. 이 이중 작용은 재료의 밀도를 높여 에폭시 수지를 나노미터 크기의 기공으로 밀어 넣어 완전히 경화되고 기포가 없는 복합 재료를 보장합니다.
60MPa와 같은 압력과 제어된 열을 재료에 가함으로써 프레스는 다공성 네트워크를 고체 구조로 변환합니다. 이 공정은 고성능 양극판에 필요한 우수한 전기 전도성과 낮은 전해질 투과성을 달성하는 결정적인 요인입니다.
밀도 향상 및 경화 메커니즘
동시 열 및 압력 적용
프레스는 상당한 기계적 힘과 함께 특정 열 에너지를 전달하여 작동하며, 종종 60MPa 주변의 압력을 목표로 합니다.
이 조합은 사전 함침된 CNT 네트워크를 처리하는 데 필수적이며, 효과적으로 압축하려면 상당한 힘이 필요합니다.
나노 기공으로의 수지 흐름 유도
가해진 압력은 에폭시 수지의 자연적인 점도를 극복합니다.
이는 수지가 정렬된 나노튜브 구조의 나노미터 크기 기공으로 완전히 흐르도록 하여 바인더가 전체 매트릭스를 관통하도록 보장합니다.
완전한 경화 달성
프레스의 가열 측면은 에폭시가 경화되는 데 필요한 화학 반응을 촉발합니다.
이를 통해 복합 재료가 압력 하에서 완전히 경화되어 정렬된 나노튜브를 밀집된 상태로 고정합니다.
재료 특성에 미치는 영향
내부 기포 제거
"열간 프레스" 공정은 복합 매트릭스 내부의 공기 주머니와 간격을 물리적으로 붕괴시킵니다.
이러한 내부 기포를 제거하는 것은 중요합니다. 공기 주머니는 절연체 역할을 하고 구조적으로 약한 지점이 되기 때문입니다.
전기 전도성 보장
네트워크의 밀도를 높임으로써 프레스는 연속적인 전도 경로가 설정되도록 합니다.
그 결과 두께 및 평면 방향 모두에서 우수한 전기 전도성을 얻을 수 있으며, 이는 양극판을 통해 전자를 효율적으로 이동시키는 데 중요한 요구 사항입니다.
투과성 최소화
철저한 밀도 향상 및 경화 공정은 복합 재료를 유체로부터 밀봉합니다.
이는 매우 낮은 전해질 투과성을 초래하여 누출을 방지하고 최종 에너지 저장 장치의 화학적 안정성을 보장합니다.
운영상의 중요성 이해
고압의 필요성
이 공정의 성공은 가해지는 압력의 크기에 크게 좌우됩니다.
프레스가 고하중(예: 60MPa)을 지속할 수 없으면 수지가 나노 기공을 완전히 함침시키지 못하여 양극판이 다공성이 되고 비효율적이게 됩니다.
경화의 정밀성
온도 제어는 양극판의 구조적 무결성에도 똑같이 중요합니다.
프레스 주기 동안 정밀한 가열 없이는 에폭시가 완전히 경화되지 않아 작동 응력을 견딜 만큼 기계적 강도가 부족한 양극판이 될 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
성형 단계의 효과를 극대화하려면 장비 기능을 성능 목표와 일치시키십시오.
- 전기 효율이 주요 초점이라면: 프레스가 고압(60MPa)을 일관되게 전달하여 CNT 네트워크 내의 접촉을 최대화하고 우수한 평면 및 두께 전도성을 보장하도록 하십시오.
- 장치 수명이 주요 초점이라면: 기포를 완전히 제거하여 가능한 가장 낮은 전해질 투과성을 보장하기 위해 정밀한 열 조절을 우선시하십시오.
실험실 프레스는 원료 나노튜브를 적용 준비가 된 견고하고 전도성이 있는 구성 요소로 변환하는 결정적인 도구 역할을 합니다.
요약표:
| 공정 기능 | 메커니즘 | 양극판에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 밀도 향상 | 동시 60MPa 압력 및 열 | 내부 기포 및 공기 주머니 제거 |
| 수지 함침 | 나노미터 크기 기공으로 에폭시 강제 주입 | 고체, 기포 없는 복합 매트릭스 보장 |
| 화학 경화 | 제어된 열 에너지 적용 | 나노튜브를 안정적이고 고강도 상태로 고정 |
| 전도성 향상 | 연속적인 전도 경로 설정 | 모든 방향에서 전기 효율 극대화 |
| 밀봉 | 완전한 매트릭스 포화 및 경화 | 전해질 투과성 및 누출 최소화 |
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참고문헌
- Jae‐Moon Jeong, Seong Su Kim. Aligned Carbon Nanotube Polymer Nanocomposite Bipolar Plates Technology for Vanadium Redox Flow Batteries. DOI: 10.1002/eem2.70030
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