JP2008277260A - 燃料電池用電極及びこれを備える膜−電極アセンブリ及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】
カソード電極から付随的に発生される水を空気と分離することができ、装備を追加することなく水と空気を分離できるので携帯用電子機器のみならず低容量電源機器にも活用できる燃料電池用電極及びこれを備えた膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】
本発明による燃料電池用電極、燃料電池の燃料極と空気極とを形成する燃料電池用電極であって、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図4
カソード電極から付随的に発生される水を空気と分離することができ、装備を追加することなく水と空気を分離できるので携帯用電子機器のみならず低容量電源機器にも活用できる燃料電池用電極及びこれを備えた膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】
本発明による燃料電池用電極、燃料電池の燃料極と空気極とを形成する燃料電池用電極であって、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
本発明は、燃料電池用電極及びこれを備えた膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムに関する。
携帯用電子機器の小型化及び多機能化などの急速な変化に従い、電源装置の高効率化及び使用時間の増大に対する要求は、新たな研究分野として多くの努力を要する。これにより、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる燃料電池は、既存の携帯用電源装置の問題点である効率と寿命を画期的に増加させうる新しい代替方法としてその重要性が増加している。
燃料電池とは、メタノール、エタノール及び天然気体のような炭化水素系列の物質内に含まれている水素及び酸素の化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。
燃料電池は、用いられる電解質の種類に応じて、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型またはアルカリ型燃料電池に分けられる。
これらそれぞれの燃料電池は根本的に同一原理で作動するが、用いられる燃料の種類、運転温度、触媒及び電解質などは互いに異なる。
これらの中で、近年開発されている高分子電解質型燃料電池(Polymer electrolyte membrane fuel cell,以下、PEMFCと呼ぶ)は、他の燃料電池に比して出力特性が優れ、作動温度が低く、迅速な始動及び応答特性を有している。このため、自動車のような移動用電源は勿論、住宅及び公共建物のような分散型電源及び電磁機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所を持つ。
燃料電池において、アノード電極には水素または燃料が供給され、カソード電極には酸化剤が供給される。この過程で、アノード電極では水素または燃料の酸化反応が起こり、カソード電極では酸化剤の還元反応が起こることになり、この際生成される電子の移動により電気を発生させ、付随的に熱と水分を発生させる。
生成される水は、即刻的に出口を介して除去されなくてはならなく、除去されない場合、酸素の供給圧が漸次上昇するだけではなく、膜−電極アセンブリ内の高分子電解質膜の含水率が増加するという問題点が発生する。
よって、PEMFCまたは直接メタノール型燃料電池(Direct methanol fuel cell:DMFC)は、発生された水を排出するためにブロア(blower)を用いて強制圧力排出方式を採択している。しかし、強制圧力排出方式は、マイクロチャンネル(micro channel)、あるいはマイクロ(micro)構造物下で、流体と壁との接触が相対的に増加するので流体抵抗が増加することになり構造物の大きさに反比例してその効率が落ちる。
また、マイクロ燃料電池に装着できるファン、あるいは、ブロアが流体表面で作り出せる力はマイクロ構造物の中で作用する場合、相対的に毛細管力に比して非常に小くなる。
従って、小型燃料電池の作動要求条件に応じて理想流動に影響を及ぼす毛細管力を極大化、あるいは極小化させうる要素に対する研究が必要であり、燃料電池から発生される水を別途の装置を追加することなく効果的に排出させることが必要である。
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、毛細管力を用いて燃料電池から排出される水を空気と分離することにより小型化及び効率性を増大化できる燃料電池用電極及びこれを備える膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムを提供することをその目的とする。
本発明の一実施形態によれば、燃料電池の燃料極と空気極とを形成する燃料電池用電極であって、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され、液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され、気体を誘導する第1疎水性界面とを備える燃料電池用電極が提供される。
第1チャンネルの厚みは、100乃至110μmであることが好ましく、第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることができる。
第2チャンネルの一側の内面に形成され、第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらに備えることができ、第2疎水性界面と対向するように第2チャンネルの他側の内面に形成され、液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることができる。
第3チャンネルの一側の内面に形成され、第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることができ、第3親水性界面と対向するように第3チャンネルの他側の内面に形成され、気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることができる。
また、第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることができ、第4チャンネルの一側の内面に形成され、第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることができ、第5チャンネルの一側の内面に形成され、第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることができる。
本発明の他の実施形態によれば、膜と、膜の一面に結合され燃料を酸化させる燃料極と、膜の他面に結合され酸化剤を還元させる空気極とを備え、燃料極と空気極の中の少なくとも一つは、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることを特徴とする膜−電極アセンブリが提供される。
第1チャンネルの厚みは、100乃至110μmであることが好ましく、第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることができる。
第2チャンネルの一側の内面に形成され第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらに備えることができ、第2疎水性界面と対向するように第2チャンネルの他側の内面に形成され液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることができる。
第3チャンネルの一側の内面に形成され第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることができ、第3親水性界面と対向するように第3チャンネルの他側の内面に形成され気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることができる。
また、第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることができ、第4チャンネルの一側の内面に形成され第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることができ、第5チャンネルの一側の内面に形成され第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることができる。
本発明のさらに他の実施形態によれば、膜と、膜の一面に結合され燃料を酸化させる燃料極と、膜の他面に結合され酸化剤を還元させる空気極とを備える膜−電極アセンブリと、膜−電極アセンブリの両側面に位置し気体流路が備えられたセパレータと、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、空気極に酸化剤を供給する酸化剤供給部とを備え、燃料極と空気極の中の少なくとも一つは、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
第1チャンネルの厚みは、100乃至110μmであることが好ましく、第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることができる。
第2チャンネルの一側の内面に形成され第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらにことができ、第2疎水性界面と対向するように第2チャンネルの他側の内面に形成され液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることができる。
第3チャンネルの一側の内面に形成され第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることができ、第3親水性界面と対向するように第3チャンネルの他側の内面に形成され気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることができる。
また、第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることができ、第4チャンネルの一側の内面に形成され第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることができ、第5チャンネルの一側の内面に形成され第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることができる。
前述した以外の別の実施形態、特徴、利点が以下の図面、本発明の特許請求の範囲及び発明の詳細な説明により明確になるだろう。
本発明によれば、カソード電極から発生される付随的な水を空気と分離することができ、別途の装置を追加することなく水と空気とを分離できるので携帯用電子機器のみならず低容量電源機器にも活用することができる。
また、毛細管力は自然力であり外部動力を消費しないので、ファンのような外部動力源を必要とする能動素子の使用を最小化できる。
以下、本発明による燃料電池用電極及びこれを備えた膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムの好ましい実施形態を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一の図面符号を付与し、これに対する重複される説明は略する。
図1は、親水性界面と疎水性界面における液滴の移動を示す概略図であり、図2は、親水性界面と疎水性界面における液滴の接触角を示す断面図である。図1及び図2を参照すると、液滴1、親水性界面2、疎水性界面3が示されている。
本発明は、燃料電池の電極にてマイクロチャンネルの設計範囲を調節して表面の性質を親水性界面と疎水性界面とに分割スパッタリング(sputtering)した後、毛細管力を用いて水と空気とを分離させることにより、小型化及び効率性を増大化できる燃料電池用電極及びこれを備えた膜−電極アセンブリ及び燃料電池システムを提供する。
図1及び図2を参照すると、液滴1が他の物質となす接触角は物質が有する固有特性中の一つである。特に、図2に示されているように、接触する物質に対して表面特性の差がある場合、液滴1の接触角にも差か発生して図1に示されているように、表面張力による圧力差の発生により液滴1が矢印で示すように特定方向へ移動する現象が発生しうる。
前記したような現象は、毛細管現象中の一つであって、液滴1が親水性界面2と疎水性界面3とを有する表面に接触した場合、親水性界面2の表面へ急速に移動する特性があり、このような性質を用いて微細管に水性界面2と疎水性界面3とを有する界面で表面処理した場合、図1及び図2のような現象が発生しうる。
従って、前記のような現象を燃料電池の電極に適用すると、空気極、すなわち、カソード電極から発生する水を容易に空気と分離することができ、装備を追加することなく分離できるので、携帯用電子機器のみならず低容量電源機器にもその活用可能性がある。
図3は、本発明の一実施例による燃料電池用電極において、気液分離を示す流れ図である。図3を参照すると、液滴1、親水性界面11、21、31、疎水性界面12、22、32、第1チャンネル10、第2チャンネル20、第3チャンネル30が示されている。
燃料電池用電極は、一般的に電気化学的反応を行う触媒層と、これを支持する気体拡散層とを含んでなる。気体拡散層は、セパレータと接触形成されていて、セパレータの気体流路を介して触媒層中の触媒に均一に燃料または空気などの反応気体を供給できる気体透過及び拡散機能を果たすことができる。
気体拡散層は、触媒層から反応により生成された水を迅速に気体流路へ排出する水透過機能と、反応に必要であるか反応中に生成された電子を導電する導電機能を果たす電子導電性の機能も行う。
前述した機能を果たすために、気体拡散層としては一般的に多孔性を有する導電性基材を用いる。電極基材としては、カーボンペーパ(carbon paper)、カーボンクロス(carbon cloth)及びカーボンフェルト(carbon felt)などを用いることができる。
本実施例において電極基材とは、触媒層と気体拡散層とを含む。よって、本実施例で提供するチャンネルは、触媒層に形成されることもでき、気体拡散層に形成されることもできる。また、チャンネルは外部の空気と水とを分離するための構造にも適用できる。
本実施例では高分子電解質膜の水分含湿度を一定に保持しながら、カソード電極から形成される水を容易に排出することにより、水により気孔が詰まる現象を防止し、これにより電流密度を向上させうる燃料電池の電極を提供するために電極基材での水の分離が優れた親水性チャンネルを形成する。
図3を参照して、親水性界面11、21、31と疎水性界面12、22、32において、液滴1の接触角の差に応ずる表面張力による圧力差が発生し、これによる液滴1の移動現象を説明すると次のようである。
燃料電池の燃料極と空気極とを形成する燃料電池用電極において、電極を形成する電極基材は、第1チャンネル10、第2チャンネル20及び第3チャンネル30を持つように形成されることができる。
図3の(a)に示したように、第1チャンネル10は、内面に形成され、液体、すなわち本実施例の液滴1を誘導し排出させる親水性界面11及び親水性界面11と対向するように形成され気体を誘導し排出させる疎水性界面12を含む。
第1チャンネル10は、毛細管であることを特徴とし、第1チャンネル10の径は100マイクロメータであることが好ましい。毛細管力は自然力であり外部動力の消費を要しないので、ファンのような外部動力源を要する能動素子の使用を最小化することができる。
液滴1が第1チャンネル10の中に投入されると、液滴1と親水性界面11とが接触する接触角と、液滴1が疎水性界面12と接触する接触角との間に差が発生する。従って、液滴1と親水性界面11と疎水性界面12との表面張力による圧力差により図3の(b)に示したように液滴1が親水性界面11へ移動する。
また、電極は第1チャンネル10の端部から分岐され形成される第2チャンネル20と第3チャンネル30とで形成されることができる。
第2チャンネル20には、第1チャンネル10の疎水性界面12が連続されて形成されることができ、疎水性界面22と対向して形成され液体を誘導し排出する親水性界面21を含むことができる。よって、チャンネルの中に親水性界面21と疎水性界面22がそれぞれ形成されることができ、第1チャンネル10、第2チャンネル20及び第3チャンネル30にも同様に適用できる。
第3チャンネル30には、第1チャンネル10の親水性界面11が連続されて形成されることができ、親水性界面31と対向して形成され気体を誘導し排出する疎水性界面32を含むことができる。
従って、図3の(c)に示したように、第1チャンネル10の親水性界面11に沿って移動した液滴1が、第1チャンネル10から連続された親水性界面31を形成する第3チャンネル30へ移動し、結局第3チャンネル30を介して排出されることができる。
従って、カソード電極を前記のようなチャンネルに形成することにより、カソード電極から発生される水を空気と分離することができる。また、本実施例の好ましい実施形態では、Y字形チャンネルを形成する電極を提供しているが、これに限られず、親水性界面と疎水性界面により気体と液滴とを分離することができ、当業者が容易に製作できるものを使用できることは勿論である。
また、親水性界面と疎水性界面のコーティング工程としては、組成物の粘性に応じてスクリーンプリンティング法、スプレーコーティング法またはドクターブレードを用いたコーティング法、グラビアコーティング法、ディップコーティング法、シルクスクリーン法、ペインティング法、スロットダイコーティング法などを用いることができる。しかし、これらの方法に限定されるものではない。
さらに、親水性界面と疎水性界面とを高分子物質で塗布することができ、金属コーティングで具現することもできる。
図4は、本発明の好ましい他の実施形態による燃料電池用電極において、気液分離を示す断面図である。図4を参照すると、液滴1、親水性界面11、21、31、41、51、疎水性界面12、22、32、42、52、第1チャンネル10、第2チャンネル20、第3チャンネル30、第4チャンネル40、第5チャンネル50が示されている。
図4に示したように、第2チャンネル20の端部から分岐され形成される第4チャンネル40と第5チャンネル50とを形成することができる。第4チャンネル40には、第2チャンネル20の疎水性界面22が連続され形成されることができ、疎水性界面42と対向して形成される親水性界面41を形成することができる。
また、第5チャンネル50は、第2チャンネル20の親水性界面21が連続されて形成されることができ、第5チャンネル50中で親水性界面51と対向して形成される疎水性界面52を形成することができる。
多量の液滴1が第1チャンネル10に投入される場合、表面性質に応じて第1チャンネル10の親水性界面11へ移動することができる。第1チャンネル10の親水性界面11に沿って移動する液滴1が第3チャンネル30の親水性界面31に移動し、また第3チャンネル30の分岐されたチャンネルの中に形成された親水性界面に沿って移動された後、外部に分離されることができる。
また、第1チャンネル10から第3チャンネル30の親水性界面31に分離されなかった所定の液滴1は、第2チャンネル20の親水性界面21に沿って移動され、第2チャンネル20から分岐される第5チャンネル50の親水性界面51に沿って移動して分離されることになる。
従って、チャンネルの分岐を反復して複数のチャンネルを形成することにより、空気中の液滴1をより効果的に分離することができる。
また、図5に示したように、チャンネルの表面処理による親水性界面2と疎水性界面3において、液滴1が親水性界面2及び疎水性界面3に接触することで、接触角の差に応ずる表面張力による圧力差により液滴1が移動することができる。
図6は、燃料電池単位セルを示す分解斜視図である。図6を参照すると、単位セル200、膜−電極アセンブリ210、セパレータ220が示されている。
燃料電池スタックは、膜−電極アセンブリ210とこの両面に密着されるセパレータ220からなった単位セル200が複数個積層されて電気的に直列接続された形態でありうる。
膜−電極アセンブリ210は、高分子電解質膜、すなわち、膜を間に介在し、膜の一面に結合され燃料を酸化させる燃料極と、膜の他面に結合され酸化剤を還元させる空気極とが接着された構造を有し、燃料極であるアノード電極及び空気極であるカソード電極は、高分子電解質膜と接触形成された触媒層と前記触媒層に接触形成された気体拡散層で構成されることができる。
この際、アノード電極では水素または燃料の酸化反応が起こり、カソード電極では酸素の還元反応が起こることnなり、この際生成される電子の移動により電気を発生させ、熱と水分を付随的に発生させる。
また、内面に形成され液体を誘導し排出させる親水性界面、及び親水性界面と対向するように形成され気体を誘導し排出させる疎水性界面とを含む第1チャンネルを膜−電極アセンブリにおいて電極として具現することができる。
より具体的には、燃料極と空気極の中の少なくとも一つは、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、及び第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを含むことができる。
また、第1チャンネルの端部から分岐される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることができる。第2チャンネルには、第1チャンネルの疎水性界面が連続的に形成されることができ、第3チャンネルには、第1チャンネルの親水性界面が連続的に形成されることができる。
また、追加的に第2チャンネルの端部から分岐される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに形成することができる。
よって、カソード電極の電極基材を図4から提供する、毛細管力によるチャンネルで構成することにより、これによる膜−電極アセンブリを具現することができ、親水性界面と疎水性界面との表面特性に応じて液体と気体の分離を具現することができ、ファンなどの外部動力源を要する能動素子の使用を最小化できるので、燃料電池製品の小型化を具現することができる。
また、セパレータ220は、燃料電池の反応に必要である燃料をアノード電極に供給し、酸素をカソード電極に供給する気体流路が形成される。
図7は、本発明による電極を備える燃料電池システムを示す概略図である。図7を参照すると、膜−電極アセンブリ300、セパレータ301、電気発生部310、燃料供給部320、酸化剤供給部330が示されている。
燃料電池システムは、膜−電極アセンブリ300、電気発生部310、燃料供給部320及び酸化剤供給部330を備える。
膜−電極アセンブリ300は、膜と、膜の一面に結合され燃料を酸化させる燃料極と、膜の他面に結合され酸化剤を還元させる空気極とを備える。
より具体的には、気体拡散層と触媒層とを備える一対の電極と電極との間に高分子電解質膜が位置する。
セパレータ301は、膜−電極アセンブリの両側面に位置し、燃料極に燃料を供給し、空気極に酸化剤を供給する気体流路が備えられることができる。電気発生部310は燃料電池の電気化学的反応により生成される電気を発生させ、膜−電極アセンブリ300とセパレータ301とを備えることができる。
燃料供給部320はアノード電極、すなわち燃料極に燃料を供給し、酸化剤供給部330はカソード電極、すなわち空気極に酸化剤を供給する。
この際、燃料極と空気極の中の少なくとも一つは、電極基材と、電極基材に形成される第1チャンネルと、第1チャンネルの一側の内面に形成され液体を誘導する第1親水性界面と、第1親水性界面と対向するように形成され気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることができる。
第1チャンネルの厚みは100乃至110μmであることが好ましく、第1チャンネルの端部は第2チャンネルと第3チャンネルに分岐されることができ、第2チャンネルは第4チャンネルと第5チャンネルに分岐されることができ、複数回分岐されることができることは勿論である。
第2チャンネル、第3チャンネル、第4チャンネル及び第5チャンネルの親水性界面と疎水性界面の構成は、図4の説明と同様であり、燃料電池システムの膜−電極アセンブリにおいての電極は図4により提供されるチャンネルの形態と同様である。
前述した実施例以外の多くの実施例が本発明の特許請求の範囲内に存在する。
1 液滴
2、11、21、31、41、51 親水性界面
3、12、22、32、42、52 疎水性界面
10 第1チャンネル
20 第2チャンネル
30 第3チャンネル
40 第4チャンネル
50 第5チャンネル
200 単位セル
210、300 膜−電極アセンブリ
220、301 セパレータ
310 電気発生部
320 燃料供給部
330 酸化剤供給部
2、11、21、31、41、51 親水性界面
3、12、22、32、42、52 疎水性界面
10 第1チャンネル
20 第2チャンネル
30 第3チャンネル
40 第4チャンネル
50 第5チャンネル
200 単位セル
210、300 膜−電極アセンブリ
220、301 セパレータ
310 電気発生部
320 燃料供給部
330 酸化剤供給部
Claims (30)
- 電極基材と、
前記電極基材に形成される第1チャンネルと、
前記第1チャンネルの一側の内面に形成され、液体を誘導する第1親水性界面と、
前記第1親水性界面と対向するように形成され、気体を誘導する第1疎水性界面と
を備える燃料電池用電極。 - 前記第1チャンネルの厚みが、100乃至110μmであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電極。
- 前記第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電極。
- 前記第2チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用電極。
- 前記第2疎水性界面と対向するように前記第2チャンネルの他側の内面に形成され、液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用電極。
- 前記第3チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用電極。
- 前記第3親水性界面と対向するように前記第3チャンネルの他側の内面に形成され、気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池用電極。
- 前記第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池用電極。
- 前記第4チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池用電極。
- 前記第5チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池用電極。
- 膜と、
前記膜の一面に結合されて燃料を酸化させる燃料極と、
前記膜の他面に結合されて酸化剤を還元させる空気極とを備え、
前記燃料極と前記空気極の中の少なくとも一つは、
電極基材と、
前記電極基材に形成される第1チャンネルと、
前記第1チャンネルの一側の内面に形成され、液体を誘導する第1親水性界面と、
前記第1親水性界面と対向するように形成され、気体を誘導する第1疎水性界面とを備えることを特徴とする膜−電極アセンブリ。 - 前記第1チャンネルの厚みが、100乃至110μmであることを特徴とする請求項11に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第2チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第2疎水性界面と対向するように前記第2チャンネルの他側の内面に形成され、液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第3チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第3親水性界面と対向するように前記第3チャンネルの他側の内面に形成され、気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項16に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第4チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項18に記載の膜−電極アセンブリ。
- 前記第5チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項18に記載の膜−電極アセンブリ。
- 膜と、
前記膜の一面に結合され燃料を酸化させる燃料極と前記膜の他面に結合され酸化剤を還元させる空気極とを備える膜−電極アセンブリと、
前記膜−電極アセンブリの両側面に位置し、気体流路が備えられたセパレータと前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と前記空気極に酸化剤を供給する酸化剤供給部とを備え、
前記燃料極と前記空気極の中の少なくとも一つは、
電極基材と、
前記電極基材に形成される第1チャンネルと、
前記第1チャンネルの一側の内面に形成され、液体を誘導する第1親水性界面と、
前記第1親水性界面と対向するように形成され、気体を誘導する第1疎水性界面と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第1チャンネルの厚みが、100乃至110μmであることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池システム。
- 前記第1チャンネルの端部から分岐され形成される第2チャンネルと第3チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池システム。
- 前記第2チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1疎水性界面と連結される第2疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項23に記載の燃料電池システム。
- 前記第2疎水性界面と対向するように前記第2チャンネルの他側の内面に形成され、液体を誘導する第2親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項24に記載の燃料電池システム。
- 前記第3チャンネルの一側の内面に形成され、前記第1親水性界面と連結される第3親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項23に記載の燃料電池システム。
- 前記第3親水性界面と対向するように前記第3チャンネルの他側の内面に形成され、気体を誘導する第3疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項26に記載の燃料電池システム。
- 前記第2チャンネルの端部から分岐され形成される第4チャンネルと第5チャンネルとをさらに備えることを特徴とする請求項25に記載の燃料電池システム。
- 前記第4チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2疎水性界面と連結される第4疎水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項28に記載の燃料電池システム。
- 前記第5チャンネルの一側の内面に形成され、前記第2親水性界面と連結される第5親水性界面をさらに備えることを特徴とする請求項28に記載の燃料電池システム。
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