KR100580964B1

KR100580964B1 - Fuel battery

Info

Publication number: KR100580964B1
Application number: KR1020030099558A
Authority: KR
Inventors: 박진남; 이원호; 김혁; 김민숙
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2006-05-17
Also published as: KR20050068316A

Abstract

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 고분자막을 사이로 하여 양전극과 음전극이 배치되어 이루어지는 적어도 하나의 전극조립체와; 이 전극조립체와 인접하는 전극조립체 사이에 배치되고 양면을 관통하는 유체흐름용 통로가 형성된 적어도 하나의 분리판과; 그 해당 분리판의 유체흐름용 통로를 통해 연통되는 두 동일전극에는 산화제와 연료중 한 유체, 그리고 인접한 분리판의 유체흐름용 통로를 통해 연통되는 다른 두 동일전극에는 나머지 유체가 공급되도록 상기 전극조립체와 분리판을 수용하는 케이스로 이루어진 것을 특징으로 한다. 그에 따라, 본 발명은 분리판의 두께를 줄여 연료전지의 전체 사이즈를 줄일 수 있게 하고, 아울러 각 단위 전지셀을 분리판을 통해 전기획득용 구조체로 병렬연결하여 소정 전지셀에 이상이 생겨도 나머지 전지셀이 전기획득용 구조체를 통해 해당기기에 안정되게 전류를 공급할 수 있게 한다.The present invention relates to a fuel cell, comprising: at least one electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode interposed between a polymer film; At least one separator plate disposed between the electrode assembly and the adjacent electrode assembly and having a passage for fluid flow therethrough; The electrode assembly allows two identical electrodes communicated through the fluid flow passage of the separator to be supplied with one fluid of oxidant and fuel, and the other two electrodes communicated through the fluid flow passage of the adjacent separator with the remaining fluid. And a case accommodating the separator. Accordingly, the present invention can reduce the overall size of the fuel cell by reducing the thickness of the separator plate, and in addition, each unit battery cell is connected in parallel to the electrical acquisition structure through the separator plate, even if a predetermined battery cell is abnormal, the remaining battery It allows the cell to reliably supply current to the device through the electrical acquisition structure.

연료전지, 모노폴라형, 분리판Fuel Cell, Monopolar, Separator

Description

Fuel Cell {FUEL BATTERY}

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지의 분리판 구조를 보여주는 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a separator structure of a fuel cell according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지에 적용되는 분리판이 전극조립체 사이에 배치된 상태를 보여주는 개략 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a separator plate applied to the fuel cell according to the present invention disposed between the electrode assembly.

도 3은 본 발명의 연료전지에 적용되는 내부 매니폴드형 분리판의 전면부와 배면부를 각각 보여주는 개략 평면도.Figure 3 is a schematic plan view showing a front portion and a rear portion of the internal manifold-type separation plate applied to the fuel cell of the present invention, respectively.

도 4는 본 발명의 연료전지에 적용되는 외부 매니폴드형 분리판의 전면부와 배면부를 각각 보여주는 개략 평면도.Figure 4 is a schematic plan view showing a front portion and a rear portion of the external manifold-type separation plate applied to the fuel cell of the present invention, respectively.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지의 각 전지셀을 병렬연결하는 전기획득용 구조체를 보여주는 개략 사시도.Figure 5 is a schematic perspective view showing an electrical acquisition structure for connecting each battery cell of the fuel cell according to the present invention in parallel.

도 6은 도 5의 전기획득용 구조체의 배선상태를 보여주는 개략 배면도.6 is a schematic rear view showing a wiring state of the structure for obtaining electricity of FIG. 5;

도 7은 본 발명에 따른 연료전지의 내부 매니폴드형 분리판과 그 내부 매니폴드형 분리판의 해당부분과 접속되는 전기획득용 구조체를 보여주는 개략 사시도.7 is a schematic perspective view showing an electrical manifold separator and an electrical acquisition structure connected to a corresponding portion of the inner manifold separator of the fuel cell according to the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1: 양전극 2: 음전극1: positive electrode 2: negative electrode

3: 고분자막 4: 단위 전지셀(또는 전극조립체)3: polymer membrane 4: unit battery cell (or electrode assembly)

6: 분리판 6a: 유체흐름용 통로6: Separator 6a: passage for fluid flow

6A,6A': 내부 매니폴드형 분리판 6B: 외부 매니폴드형 분리판6A, 6A ': Internal manifold separator 6B: External manifold separator

7: 전기획득용 구조체 7a: 도선7: structure for electric acquisition 7a: lead wire

7b: 전도성접촉부 7c: 전극단자7b: conductive contact portion 7c: electrode terminal

8: 연료전지 9,12: 조립구멍8: fuel cell 9, 12: assembly hole

10,11,13,14,14': 입구 또는 출구10,11,13,14,14 ': entrance or exit

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 단위 전지셀 사이에 마련되는 분리판(separator)의 구조를 변형시켜 연료전지의 전체 사이즈를 줄일 수 있게 하고, 아울러 각 단위 전지셀을 전기획득용 구조체를 통해 병렬연결하여 소정 전지셀에 이상이 생겨도 나머지 전지셀을 통해 해당기기에 전류를 안정되게 공급할 수 있도록 하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and in particular, it is possible to reduce the overall size of the fuel cell by modifying the structure of the separator (separator) provided between the unit battery cells, and each unit battery cell through the electrical acquisition structure The present invention relates to a fuel cell capable of stably supplying current to a corresponding device through a remaining battery cell even when an abnormality occurs in a predetermined battery cell.

일반적으로, 연료전지는 연료(수소 또는 메탄올)와 산화제(산소 또는 공기)를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 얻는 새로운 발전시스템으로서, 연료와 산화제가 외부로부터 연속적으로 공급되기 때문에 일반전지와 같이 전지 내부의 활성 반응물질이 소모되면 폐기되는 것과는 다르다.In general, a fuel cell is a new power generation system that obtains electrical energy by electrochemically reacting fuel (hydrogen or methanol) with an oxidant (oxygen or air). It is different from discarding when the internal active reactant is consumed.

연료전지에는 고온(500∼700℃)에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 200℃ 정도에서 작동하는 인산전해질형 연료전지, 100℃ 내지 상온에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지와 고분자 전해질형 연료전지 등이 있으며, 상기 고분 자 전해질형 연료전지는 다시 수소가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell; PEMFC), 액상의 메탄올을 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC) 등으로 구분된다.The fuel cell includes a molten carbonate electrolyte fuel cell operating at a high temperature (500-700 ° C.), a phosphate electrolyte fuel cell operating at about 200 ° C., an alkaline electrolyte fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell operating at 100 ° C. to room temperature. The polymer electrolyte fuel cell may include a hydrogen ion exchange membrane fuel cell (PEEMFC) using hydrogen gas as a fuel, and a direct methanol fuel cell using liquid methanol as fuel. Fuel Cell; DMFC).

특히, 상기 고분자 전해질형 연료전지는 석유에너지를 대체할 수 있는 청정에너지원으로 주목을 받고 있으며, 무엇보다도 출력밀도와 에너지 전환효율이 높은 데다 상온에서도 작동이 가능하기 때문에 전기자동차, 가정용 발전시스템, 레저용 전기기구 등의 분야에 폭넓게 사용 가능하다.In particular, the polymer electrolyte fuel cell has attracted attention as a clean energy source that can replace petroleum energy, and above all, electric power, household power generation system, because it has high power density and energy conversion efficiency and can operate at room temperature It can be widely used in fields such as leisure electric appliances.

전술한 바와 같은 여러 가지 연료전지중 고분자 전해질형 연료전지의 한 예를 살펴보면, 종래의 고분자 전해질형 연료전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 양전극(1)과 음전극(2) 및 이들 사이에 개재되는 고분자막(3)으로 이루어지는 단위 전지셀(또는 전극조립체)(4)과; 이 단위 전지셀들 사이에 개재되는 분리판(5)과; 상기 단위 전지셀(4)과 분리판(5)을 수용하고 외부로부터 각기 다른 유체흐름용 채널을 통해 전극별로 연료와 산화제를 공급 및 배출 가능하게 하는 케이스(도시되지 않음)로 이루어져 있다.Looking at an example of the polymer electrolyte fuel cell of the various fuel cells as described above, the conventional polymer electrolyte fuel cell is shown in Figure 1, interposed between the positive electrode (1) and the negative electrode (2) and between them A unit battery cell (or electrode assembly) 4 composed of the polymer film 3 to be formed; A separator 5 interposed between the unit battery cells; It is composed of a case (not shown) for accommodating the unit battery cell 4 and the separator 5, and to supply and discharge fuel and oxidant for each electrode through different fluid flow channels from the outside.

여기에서, 상기 분리판(5)의 양면에는 각각 한쪽면의 일단에서 타단으로 연료 또는 산화제를 흘려보낼 수 있도록 연속적인 형태의 유체흐름용 채널홈(5a)이 형성되어 있으며, 이 각 유체흐름용 채널홈은 서로 연통되지 않는 상태로 해당 표면에 대해 일정깊이로 오목하게 패어 있는 구조로 이루어져 있다.Here, both sides of the separator 5 are formed with channel grooves 5a for continuous flow of fluid so as to allow fuel or oxidant to flow from one end of one side to the other end, respectively. The channel grooves are formed in a concave recessed structure with a predetermined depth with respect to the surface without being in communication with each other.

한편, 상기 각 단위 전지셀(4)의 해당전극은 전극탭(도시되지 않음)을 매개로 하여 전극단자(도시되지 않음)와 연결되어 있으며, 이 각 전극단자는 상기 케이 스의 외부로 돌출되어 해당기기의 전극단자와 서로 직렬연결되도록 되어 있다.Meanwhile, the corresponding electrode of each unit battery cell 4 is connected to an electrode terminal (not shown) through an electrode tab (not shown), and each electrode terminal protrudes out of the case. The electrode terminals of the device are connected in series with each other.

그러나, 종래의 연료전지는 각 전극이 양면이 서로 구분된 형태의 분리판을 중심으로 바이폴라형(양극-음극-양극-음극)으로 배치되어 있는 데다 양면에 유체흐름용 통로를 형성하기 위한 홈의 깊이와 그 두 유체흐름용 통로를 분리하기 위한 두께를 확보해야 하기 때문에 결과적으로 연료전지의 전체 사이즈가 커지게 되는 문제점이 있었다.However, in the conventional fuel cell, each electrode is arranged in a bipolar type (anode-cathode-anode-cathode) centered on a separator plate having two sides separated from each other, and a groove for forming a fluid flow passage on both sides is provided. Since the depth and thickness for separating the two fluid flow passages must be secured, there is a problem that the overall size of the fuel cell is increased.

또한, 각 단위 전지셀의 해당 전극이 서로 직렬연결되는 구조로 이루어져 있었기 때문에 소정 단위 전지셀에 문제가 생기게 되면 나머지 전지셀의 전류흐름에 악영향을 주어 결국에는 연료전지 전체의 전류흐름을 불가능하게 하는 문제점이 있었다.In addition, since the corresponding electrodes of each unit battery cell are configured in series with each other, if a problem occurs in a predetermined unit battery cell, the current flow of the remaining battery cells is adversely affected, which eventually renders the current flow of the entire fuel cell impossible. There was a problem.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 양면이 관통된 분리판을 이용해 각 전극을 모노폴라형(양극-양극-음극-음극)으로 배치하고, 그를 통해 산화극 또는 환원극으로 공급되거나 배출되는 유체의 흐름이 원활히 이루어질 수 있게 하며, 아울러 분리판의 두께도 줄일 수 있도록 하는 모노폴라형 연료전지를 위한 분리판을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, the object is to arrange each electrode in a monopolar type (anode-anode-cathode-cathode) using a separator plate penetrating both sides, through the anode In another aspect, the present invention provides a separator for a monopolar fuel cell that allows the flow of fluid supplied to or discharged from the cathode to be made smoothly and also reduces the thickness of the separator.

본 발명의 다른 목적은 각 단위 전지셀을 분리판을 이용해 전기획득용 구조체로 병렬 연결하여 소정 단위 전지셀에 이상이 생겨도 나머지 전지셀의 전류흐름에 영향을 주지 않도록 하는 모노폴라형 연료전지를 위한 전기획득용 구조체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to connect each of the unit battery cells in parallel with the structure for the electrical acquisition using a separator plate for a monopolar fuel cell that does not affect the current flow of the remaining battery cells even if a predetermined unit battery cell abnormality It is to provide an electroacquisition structure.

본 발명의 또 다른 목적은 분리판의 두께를 줄여 연료전지의 전체 사이즈를 줄일 수 있게 하고, 아울러 각 단위 전지셀을 분리판을 이용해 전기획득용 구조체로 병렬연결하여 소정 전지셀에 이상이 생겨도 나머지 전지셀이 전기획득용 구조체를 통해 해당기기에 안정되게 전류를 공급할 수 있도록 하는 모노폴라형 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the thickness of the separator plate to reduce the overall size of the fuel cell, and also to connect each unit battery cell in parallel with the structure for the electrical acquisition using the separator plate, even if a predetermined battery cell is abnormal It is to provide a mono-polar fuel cell that allows the battery cell to supply a stable current to the device through the structure for the electrical acquisition.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지를 위한 분리판은 양면을 관통하는 유체흐름용 통로가 형성되고, 이 유체흐름용 통로는 한 쪽에서 다른 쪽으로 연속적으로 이어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the separator for a monopolar fuel cell according to the present invention is characterized in that the passage for fluid flow through both sides is formed, the passage for fluid flow is characterized in that it continues continuously from one side to the other do.

본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지를 위한 전기획득용 구조체는 일측에 각 단위 전지셀로부터 해당 분리판을 통해 전류를 집전하여 외부기기로 공급할 수 있도록 도선을 통해 병렬연결되는 일정 개수의 전도성접촉부가 마련되고, 타측에는 외부기기와 접속 가능하도록 각 해당 도선과 연결되는 두 개의 전극단자가 마련된 것을 특징으로 한다.In the structure for obtaining electricity for a monopolar fuel cell according to the present invention, a predetermined number of conductive contacts are connected in parallel through a conductor so as to collect current from each unit battery cell through a corresponding separator plate and supply it to an external device. It is provided, and the other side is characterized in that the two electrode terminals are connected to the corresponding conductive wires to be connected to the external device.

본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지는 고분자막을 사이로 하여 양전극과 음전극이 배치되어 이루어지는 적어도 하나의 전극조립체와; 이 전극조립체와 인접하는 전극조립체 사이에 배치되고 양면을 관통하는 유체흐름용 통로가 형성된 적어도 하나의 분리판과; 그 해당 분리판의 유체흐름용 통로를 통해 연통되는 두 동일전극에는 산화제와 연료중 한 유체, 그리고 인접한 분리판의 유체흐름용 통로를 통해 연통되는 다른 두 동일전극에는 나머지 유체가 공급되도록 상기 전극조립체와 분리 판을 수용하는 케이스로 이루어진 것을 특징으로 한다.A monopolar fuel cell according to the present invention comprises: at least one electrode assembly having a positive electrode and a negative electrode disposed between a polymer membrane; At least one separator plate disposed between the electrode assembly and the adjacent electrode assembly and having a passage for fluid flow therethrough; The electrode assembly allows two identical electrodes communicated through the fluid flow passage of the separator to be supplied with one fluid of oxidant and fuel, and the other two electrodes communicated through the fluid flow passage of the adjacent separator with the remaining fluid. And a case accommodating the separating plate.

이하, 본 발명의 실시예를 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지에 적용되는 분리판이 전극조립체 사이에 배치된 상태를 보여주는 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지의 각 전지셀을 병렬연결하는 전기획득용 구조체를 보여주는 개략 사시도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a separator plate applied to a fuel cell according to the present invention is disposed between electrode assemblies, and FIG. 5 shows a structure for obtaining electricity for connecting each battery cell of the fuel cell according to the present invention in parallel. It is a schematic perspective view.

본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지에 적용되는 분리판(6)에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 양면을 관통하는 유체흐름용 통로(6a)가 형성되고, 이 유체흐름용 통로는 한 쪽에서 다른 쪽으로 연속적으로 이어진 구조로 이루어져 있다.In the separator 6 applied to the monopolar fuel cell according to the present invention, as shown in FIGS. 2 to 4, a fluid flow passage 6a penetrates both surfaces thereof, and the fluid flow passage is It consists of a structure that runs continuously from one side to the other.

또한, 상기 분리판(6)은 두께의 조절이 자유롭도록 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있으며, 나아가 전극조립체(4)로부터 전류를 집전할 수 있도록 전도성재질로 이루어져 있다. 여기에서, 상기 분리판(6)은 전도성 카본소재로 이루어지거나, 또는 고분자와 전도성 카본소재를 포함하는 복합소재로 이루어지는 것도 가능하다.In addition, the separator 6 may be formed of at least one layer so that the thickness can be freely controlled, and further, the separator 6 is made of a conductive material to collect current from the electrode assembly 4. Here, the separator 6 may be made of a conductive carbon material, or may be made of a composite material including a polymer and a conductive carbon material.

한편, 본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지에 적용되는 전기획득용 구조체(7)에는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 일측에 각 전극조립체(4)로부터 해당 분리판(6)을 통해 전류를 집전하여 외부기기(도시되지 않음)로 공급할 수 있도록 도선(7a)을 통해 병렬연결되는 일정 개수의 전도성접촉부(7b)가 마련되고, 타측에는 외부기기와 접속 가능하도록 각 해당 도선(7a)과 연결되는 두 개의 전극 단자(7c)가 마련된 구조로 이루어져 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 5 to 7, the electroacquisition structure 7 applied to the monopolar fuel cell according to the present invention is provided with a separator 6 from each electrode assembly 4 on one side. A predetermined number of conductive contact portions 7b connected in parallel through the conductors 7a are provided to collect current and supply them to an external device (not shown), and the corresponding conductors 7a are connected to the external devices on the other side thereof. It consists of a structure provided with two electrode terminals (7c) connected to.

또한, 상기 전기획득용 구조체(7)는 단품 또는 여러 개의 층으로 이루어지는 것도 가능하며, 나아가 그 전기획득용 구조체의 전도성접촉부(7b)는 상기 분리판(6)의 상부부분과 접촉이 용이하도록 하부부분이 일정깊이로 돌출되고 그 전도성접촉부의 적어도 하나의 모서리가 변형된 형태로 이루어질 수 있으며, 그 해당 모서리의 변형된 형태는 상대물, 즉 분리판(6)의 해당부분과 대응 가능하도록 라운드진 형태, 모따기된 형태, 또는 그 밖의 다른 형태일 수 있다.In addition, the electroacquisition structure 7 may be composed of a single piece or several layers, and furthermore, the conductive contact portion 7b of the electroacquisition structure 7 may have a lower portion so as to easily contact the upper portion of the separator 6. The part may protrude to a certain depth and at least one corner of the conductive contact portion may be deformed, and the deformed shape of the corresponding corner is rounded to correspond to the corresponding part of the counterpart, that is, the separator 6. It may be in the form, chamfered form, or any other form.

다른 한편, 본 발명에 따른 모노폴라형 연료전지(8)는 도 2와 도 7에 도시된 바와 같이, 고분자막(3)을 사이로 하여 양전극(1)과 음전극(2)이 배치되어 이루어지는 적어도 하나의 전극조립체(4)와;On the other hand, in the monopolar fuel cell 8 according to the present invention, as shown in Figs. 2 and 7, at least one of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is disposed with the polymer membrane 3 interposed therebetween. An electrode assembly 4;

이 전극조립체와 인접하는 전극조립체 사이에 배치되고 양면을 관통하는 유체흐름용 통로(6a)가 형성된 적어도 하나의 분리판(6)과;At least one separator plate 6 disposed between the electrode assembly and the adjacent electrode assembly and having a fluid flow passage 6a therebetween;

그 해당 분리판의 유체흐름용 통로(6a)를 통해 연통되는 두 동일전극(양전극 또는 음전극)에는 산화제와 연료중 한 유체, 그리고 인접한 분리판(6)의 유체흐름용 통로(6a)를 통해 연통되는 다른 두 동일전극(양전극 또는 음전극)에는 나머지 유체가 공급되도록 상기 전극조립체(4)와 분리판(6)을 수용하는 케이스(도시되지 않음)로 이루어져 있다.The two same electrodes (positive electrode or negative electrode), which are communicated through the fluid flow passage 6a of the separator, communicate with one of the oxidant and the fuel, and through the fluid flow passage 6a of the adjacent separator 6. The other two same electrodes (positive electrode or negative electrode) are composed of a case (not shown) for accommodating the electrode assembly 4 and the separator 6 so that the remaining fluid is supplied.

여기에서, 상기 각 분리판(6)은 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있으며, 또한 상기 각 분리판은 각 전극조립체(4)로부터 전류를 집전할 수 있도록 전도성재질로 이루어질 수 있다.Here, each of the separators 6 may be made of at least one layer, and each of the separators may be made of a conductive material to collect current from each electrode assembly 4.

또한, 상기 각 분리판(6)은 각 전극조립체(4)로부터 외부기기(도시되지 않음)로 전류를 공급할 수 있도록 소정의 전기획득용 구조체(7)와 연결된 구조로 이루어져 있다.In addition, each of the separators 6 has a structure connected to a predetermined electrical acquisition structure 7 so as to supply current from each electrode assembly 4 to an external device (not shown).

상기 전기획득용 구조체(7)는 일측에 각 전극조립체(4)로부터 해당 분리판(6)을 통해 전류를 집전하여 외부기기(도시되지 않음)로 공급할 수 있도록 도선(7a)을 통해 병렬연결되는 일정 개수의 전도성접촉부(7b)가 마련되고, 타측에는 외부기기와 접속 가능하도록 각 해당 도선(7a)과 연결되는 두 개의 전극단자(7c)가 마련된 구조로 이루어져 있다.The electroacquisition structure 7 is connected in parallel via a conductive wire 7a so as to collect current from each electrode assembly 4 through the corresponding separator 6 on one side and supply the current to an external device (not shown). A predetermined number of conductive contact portions 7b are provided, and on the other side, two electrode terminals 7c connected to the respective conductive wires 7a are provided to be connected to an external device.

또한, 상기 전기획득용 구조체(7)의 전도성접촉부(7b)는 하부부분이 일정깊이로 돌출되고, 그 전도성접촉부의 적어도 하나의 모서리가 변형된 형태로 이루어질 수 있으며, 그 해당 모서리의 변형된 형태는 상대물, 즉 분리판(6)의 해당부분과 대응 가능하도록 라운드진 형태, 모따기된 형태, 또는 그 밖의 다른 형태일 수 있다.In addition, the conductive contact portion 7b of the electroacquisition structure 7 may have a lower portion protruding to a predetermined depth, and at least one corner of the conductive contact portion may be deformed. May be rounded, chamfered, or otherwise shaped to correspond to the counterpart, ie, the corresponding part of the separator 6.

한편, 상기 분리판(6)은 전면과 배면을 바꾸어서 산화극용 분리판과 환원극용 분리판으로 사용 가능할 뿐만 아니라, 연료 또는 산화제를 한 단위 전지셀에서 다른 단위 전지셀로 연속해서 공급하는 내부 매니폴드형이나, 각 단위 전지셀 별로 연료 또는 산화제를 공급하는 외부 매니폴드형으로도 적용 가능하다. 또한, 상기 분리판(6)은 적어도 일부분이 내식성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.Meanwhile, the separator 6 may be used as an anode separator and a cathode separator by changing the front and rear surfaces thereof, as well as an internal manifold for continuously supplying fuel or oxidant from one unit cell to another. The present invention is also applicable to the external manifold type for supplying fuel or oxidant to each unit battery cell. In addition, the separator 6 is preferably made of a material having at least a portion of the corrosion resistance.

상기 내부 매니폴드형 분리판(6A)의 경우(도 3 참조), 도면부호 9는 적층된 다수 개의 분리판을 볼트와 너트를 이용해 하나로 고정시키기 위한 조립구멍, 도면 부호 10은 분리판에 공급되는 연료 또는 산화제용 입구 또는 출구, 그리고 도면부호 11은 인접하는 분리판으로 공급되는 연료 또는 산화제용 입구 또는 출구를 지칭하는 것이다.In the case of the internal manifold separation plate 6A (see FIG. 3), reference numeral 9 is an assembly hole for fixing a plurality of stacked separation plates as one using bolts and nuts, and reference numeral 10 is supplied to the separation plate. Inlet or outlet for fuel or oxidant, and 11 denotes an inlet or outlet for fuel or oxidant to be supplied to adjacent separator plates.

상기 내부 매니폴드형 분리판들로 연료전지를 구성하는 경우, 전지 케이스(도시되지 않음)의 내부 양끝에는 유체 공급용 구멍이 2개 형성된 내부 매니폴드형 분리판(6A'), 그리고 상기 두 내부 매니폴드형 분리판 사이에는 유체 공급용 구멍이 4개 형성된 내부 매니폴드형 분리판(6A)이 각각 배치될 수 있으며, 이 내부 매니폴드형 분리판(6A)은 서로 방향을 달리하여 상하로 번갈아 배치될 수 있다.When the fuel cell is configured with the internal manifold separation plates, internal manifold separation plates 6A 'having two fluid supply holes are formed at both ends of a battery case (not shown), and the two internal parts are formed. Inner manifold separators 6A, each having four holes for fluid supply, may be disposed between the manifold separators, and the inner manifold separators 6A may be alternately up and down alternately in directions. Can be arranged.

상기 내부 매니폴드형 분리판(6A')은 내부 매니폴드형 분리판(6A)의 연료 또는 산화제용 입구 또는 출구에 해당 유체를 공급할 수 있도록 상부와 하부에 각각 유체 공급용 구멍(14,14')이 형성되어 있다.The inner manifold separator 6A 'is a fluid supply hole 14 and 14' in the upper and lower portions, respectively, to supply the corresponding fluid to the inlet or outlet for fuel or oxidant of the inner manifold separator 6A. ) Is formed.

상기 외부 매니폴드형 분리판(6B)의 경우(도 4 참조), 도면부호 12는 적층된 다수 개의 분리판을 볼트와 너트를 이용해 하나로 고정시키기 위한 조립구멍, 도면부호 13은 분리판에 공급되는 연료 또는 산화제용 입구 또는 출구를 지칭하는 것이다.In the case of the external manifold separation plate 6B (see FIG. 4), reference numeral 12 denotes an assembly hole for fixing a plurality of stacked separation plates into one using bolts and nuts, and reference numeral 13 is supplied to the separation plate. It refers to an inlet or outlet for a fuel or oxidant.

다른 한편, 상기 전기획득용 구조체(7)는 상기 각 분리판(6; 6A,6A',6B)의 일부분과 접속 가능하도록 상기 케이스(도시되지 않음)의 상하부, 전후면, 또는 측면 어느 곳에도 설치 가능하다.On the other hand, the electroacquisition structure 7 can be connected to any part of each of the separating plates 6; 6A, 6A ', and 6B at any one of the upper, lower, front, and side surfaces of the case (not shown). Can be installed.

또한, 상기 전기획득용 구조체(7)에는 해당 분리판(6)에 대해 적어도 하나의 전도성접촉부(7b)가 마련될 수 있으며, 그 각 전도성접촉부와 두 해당 전극단자(7c)를 연결하는 도선(7a)은 그 전기획득용 구조체(7)의 상,하면에 마련되거나, 또는 그 내부에 마련되는 것도 가능하다.In addition, the electrical acquisition structure 7 may be provided with at least one conductive contact portion 7b with respect to the separator 6, and a conductive wire connecting the respective conductive contact portions with the two corresponding electrode terminals 7c ( 7a) may be provided on the upper and lower surfaces of the electroacquisition structure 7 or may be provided inside.

이 경우, 상기 전기획득용 구조체(7)의 몸체부분은 각 전극조립체(4)로부터 발생되는 전류가 외부기기로 안정되게 공급될 수 있도록 상기 도선(7a), 전도성접촉부(7b) 및 전극단자(7c)와는 다른 절연성수지로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, the body portion of the electrical acquisition structure (7) is the conductive wire (7a), the conductive contact portion (7b) and the electrode terminal (7) so that the current generated from each electrode assembly 4 can be stably supplied to an external device ( It is preferable that it consists of insulating resin different from 7c).

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 분리판과 전기획득용 구조체로 이루어지는 연료전지중 편의상 내부 매니폴드형 분리판이 적용된 경우의 연료전지의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel cell when the internal manifold-type separator is applied for convenience of the fuel cell consisting of the separator and the electrical acquisition structure according to the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 전지 케이스(도시되지 않음)의 내면과 인접하게 배치되는 내부 매니폴드형 분리판(6A')의 연료입구(14)로 연료, 예를 들면 수소를 공급하고, 아울러 그 연료입구의 아래편 산화제입구(14')로 산화제, 예를 들면 산소를 공급한다.First, fuel, for example hydrogen, is supplied to the fuel inlet 14 of the internal manifold-type separator 6A 'disposed adjacent to the inner surface of the battery case (not shown), and at the lower side of the fuel inlet. An oxidant, for example, oxygen, is supplied to the oxidant inlet 14 '.

그러면, 상기 내부 매니폴드형 분리판(6A')의 연료입구(14)로 공급되는 수소는 차례로 인접하는 내부 매니폴드형 분리판(6A)의 유체흐름용 통로(6a)를 통해 각 전극조립체(4)의 두 동일 음전극(2)을 지나 반대편 내부 매니폴드형 분리판(6A')의 출구를 통해 외부로 배출된다.Then, the hydrogen supplied to the fuel inlet 14 of the inner manifold separator 6A 'is in turn passed through each electrode assembly through the fluid flow passage 6a of the adjacent inner manifold separator 6A. The two same negative electrodes 2 of 4) are discharged to the outside through the outlet of the opposite inner manifold-type separator 6A '.

또한, 상기 내부 매니폴드형 분리판(6A')의 산화제입구(14')로 공급되는 산소는 차례로 인접하는 다른 내부 매니폴드형 분리판(6A)의 유체흐름용 통로(6a)를 통해 각 전극조립체(4)의 다른 두 동일 양전극(1)을 지나 반대편 내부 매니폴드형 분리판(6A')의 출구를 통해 외부로 배출된다.In addition, oxygen supplied to the oxidant inlet 14 'of the inner manifold separator 6A' is in turn passed through each electrode through a fluid flow passage 6a of another adjacent inner manifold separator 6A. Passed through the other two identical positive electrodes 1 of the assembly 4 and exited through the outlet of the opposite inner manifold separator 6A '.

이때, 상기 해당 분리판(6A)을 사이로 하여 배치된 각 전극조립체(4)의 인접 한 두 동일 음전극(2)에 공급되는 수소와 반대편 두 동일 양전극(1)에 공급되는 산소는 고분자막(3)을 통해 반응하여 전자와 물을 발생시키게 되며, 이와 같이 발생된 전자는 각 해당 분리판(6A,6A')에 집전되고 물은 각 유체흐름용 통로(6a)를 통해 전지 케이스의 외부로 배출되게 된다.At this time, the hydrogen supplied to two adjacent same negative electrodes 2 of each electrode assembly 4 disposed with the separator 6A interposed therebetween and the oxygen supplied to two same positive electrodes 1 opposite to the polymer membrane 3 Electrons and water are generated by reacting with each other, and the generated electrons are collected in the respective separators 6A and 6A ', and water is discharged to the outside of the battery case through each fluid flow passage 6a. do.

그에 따라, 상기 각 해당 분리판(6A,6A')과 접속된 전기획득용 구조체(7)의 두 전극단자(7c)에 외부기기(도시되지 않음)의 해당단자를 연결하게 되면 연료전지(8)로부터 발생되는 전류가 외부기기로 공급될 수 있게 된다.Accordingly, when the corresponding terminals of an external device (not shown) are connected to the two electrode terminals 7c of the electrical acquisition structure 7 connected to the respective separators 6A and 6A ', the fuel cell 8 Current generated from) can be supplied to an external device.

이때, 상기 연료전지(8)의 소정 전지셀, 즉 전극조립체(4)에 이상이 발생하여도 상기 전기획득용 구조체(7)의 두 전극단자(7c)가 도선(7a)과 전도성접촉부(7b)를 통해 나머지 각 전극조립체(4)의 분리판(6A,6A')과 병렬연결되어 있어 연료전지(8)의 나머지 각 전극조립체(4)로부터 발생되는 전류가 외부기기로 안정되게 공급될 수 있게 된다.At this time, even when an abnormality occurs in a predetermined battery cell of the fuel cell 8, that is, the electrode assembly 4, the two electrode terminals 7c of the electrical acquisition structure 7 are connected to the conductive wire 7a and the conductive contact portion 7b. It is connected in parallel with the separator plate (6A, 6A ') of each of the remaining electrode assembly 4 through) so that the current generated from each of the remaining electrode assembly (4) of the fuel cell (8) can be stably supplied to the external device. Will be.

전술한 바와 같이, 본 발명은 양면이 관통된 분리판을 이용해 각 전극을 모노폴라형(양극-양극-음극-음극)으로 배치시켜 산화극 또는 환원극으로 공급되거나 배출되는 유체의 흐름이 원활히 이루어질 수 있게 하고, 아울러 그 분리판의 두께도 줄일 수 있게 한다.As described above, in the present invention, each electrode is disposed in a monopolar type (anode-anode-cathode-cathode) using a separator penetrating both sides to smoothly flow the fluid supplied or discharged to the anode or the cathode. It is also possible to reduce the thickness of the separator plate.

또한, 본 발명의 분리판은 양면이 관통되어 있어 유체흐름을 위한 공간이 넓게 확보되어 산소농도를 높게 유지할 수 있게 되며, 그 결과 종래의 분리판에 비해 산소농도구배에 의한 환원극촉매로의 산소확산을 보다 원활하게 한다. In addition, the separation plate of the present invention is penetrated on both sides to ensure a wide space for fluid flow to maintain a high oxygen concentration, as a result of the oxygen to the cathode catalyst by the oxygen concentration tool compared to the conventional separation plate Make the diffusion more smooth.

한편, 본 발명은 각 단위 전지셀, 즉 전극조립체 사이에 배치된 분리판을 전기획득용 구조체로 병렬연결하여 소정 전극조립체에 이상이 생겨도 나머지 전지셀의 전류흐름에 영향을 주지 않게 한다.On the other hand, the present invention is connected to each unit battery cell, that is, the separator plate disposed between the electrode assembly in parallel to the electrical acquisition structure so that the abnormal flow of the predetermined electrode assembly does not affect the current flow of the remaining battery cells.

또한, 본 발명은 분리판의 두께를 줄여 연료전지의 전체 사이즈를 줄일 수 있게 하고, 아울러 각 전극조립체를 분리판을 통해 전기획득용 구조체로 병렬연결하여 소정 전지셀에 이상이 생겨도 나머지 전지셀이 분리판과 전기획득용 구조체를 통해 해당기기에 안정되게 전류를 공급할 수 있게 한다.In addition, the present invention can reduce the overall size of the fuel cell by reducing the thickness of the separator plate, and also connected to each electrode assembly in parallel to the electrical acquisition structure through the separator plate even if a predetermined battery cell is abnormal, the remaining battery cells Separator and electrical acquisition structure enable stable supply of current to the equipment.

Claims

Separating plate for a monopolar fuel cell, characterized in that the passage for fluid flow is formed through both sides, the passage for fluid flow is continuous from one side to the other, made of a conductive material.

The separator of claim 1, wherein the separator comprises at least one layer.

delete

One side is provided with a certain number of conductive contact parts connected in parallel through a conductor to collect current from each electrode assembly through a corresponding separator plate and to supply the external device, and the other side is connected to each corresponding conductor so as to be connected to an external device. An electroacquisition structure for a monopolar fuel cell, characterized in that two electrode terminals are provided.

The structure of claim 4, wherein the structure for obtaining electricity is composed of at least one layer.

The method of claim 4 or 5, wherein the conductive contact portion of the electrical acquisition structure, the lower portion protrudes to a predetermined depth, at least one corner of the conductive contact portion of the electrical acquisition for the monopolar fuel cell is deformed. Structure.

At least one electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode interposed between the polymer film;

At least one separator plate disposed between the electrode assembly and the adjacent electrode assembly and having a fluid flow passage therebetween, the at least one separating plate made of a conductive material;

The electrode assembly allows two identical electrodes communicated through the fluid flow passage of the separator to be supplied with one fluid of oxidant and fuel, and the other two electrodes communicated through the fluid flow passage of the adjacent separator with the remaining fluid. And a case accommodating a separator plate,

Wherein each separator is connected to an electrical acquisition structure to supply current from each electrode assembly to an external device.

The monopolar fuel cell of claim 7, wherein each of the separator plates comprises at least one layer.

delete

According to claim 7, The electrical acquisition structure is provided with a predetermined number of conductive contacts connected in parallel through the conductive wires on one side corresponding to each of the separation plate, the other side is connected to each corresponding wire so as to be connected to the external device Monopolar fuel cell provided with two electrode terminals.

The monopolar fuel cell of claim 11, wherein the conductive contact portion of the electrical acquisition structure protrudes downward, and at least one corner of the conductive contact portion is deformed.