KR100590041B1 - 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택 Download PDF

Info

Publication number
KR100590041B1
KR100590041B1 KR1020040078644A KR20040078644A KR100590041B1 KR 100590041 B1 KR100590041 B1 KR 100590041B1 KR 1020040078644 A KR1020040078644 A KR 1020040078644A KR 20040078644 A KR20040078644 A KR 20040078644A KR 100590041 B1 KR100590041 B1 KR 100590041B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasket
fuel cell
separator
membrane
fuel
Prior art date
Application number
KR1020040078644A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060029800A (ko
Inventor
서동명
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040078644A priority Critical patent/KR100590041B1/ko
Priority to JP2005280729A priority patent/JP2006108089A/ja
Priority to US11/239,756 priority patent/US20060073372A1/en
Priority to CNA2005101291043A priority patent/CN1770529A/zh
Publication of KR20060029800A publication Critical patent/KR20060029800A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100590041B1 publication Critical patent/KR100590041B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부를 포함하며, 상기 전기 발생부는 막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터로 이루어지며, 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하고, 상기 가스켓과 세퍼레이터 사이에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함한다.
연료전지, 스택, 전기발생부, 연료공급부, 산소공급부, 세퍼레이터, MEA, 가스켓, 실링부, 실링막, 타르, 실링

Description

연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택 {FUEL CELL SYSTEM AND STACK USED THERETO}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전기 발생부를 나타내 보인 결합 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 스택의 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 전기 발생부를 나타내 보인 결합 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터의 실링 구조를 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연 료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.
상기 연료 전지는 수소와 산소의 산화/환원 반응을 통해 전기를 발생시키는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착되어 막-전극 어셈블리로 수소와 산소를 공급하는 세퍼레이터(separator)('바이폴라 플레이트'라고도 한다.)에 의한 단위의 셀을 형성하며, 이러한 단위의 셀을 복수로 적층하여 스택(stack)을 형성한다.
이러한 연료 전지에 있어 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에는 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 가스켓을 구비하고 있다. 이 가스켓은 스택의 체결시 양 세퍼레이터에 의해 밀착되어 세퍼레이터를 통해 막-전극 어셈블리로 공급되는 수소와 산소가 누출되거나 서로 섞이게 되는 것을 방지한다.
그런데, 종래의 연료 전지는 스택의 체결시 세퍼레이터에 가해지는 가압력이 가스켓에 균일하게 분산되지 못하게 되는 바, 가스켓과 세퍼레이터의 밀착면 사이에 틈새가 발생된다. 이로써 상기 틈새에 의하여 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 간의 기밀이 파괴됨에 따라 이 세퍼레이터를 통과하는 수소와 산소의 누설이 발생된다. 따라서 스택의 정상적인 전기 출력이 어렵게 되고, 세퍼레이터를 통과하는 수소와 산소의 압력 저감으로 인해 연료 전지 성능이 저하됨은 물론, 수소와 산소의 누설로 인한 안전 사고를 초래할 우려가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터의 실링 구조를 개선하여 스택의 조립시 세퍼레이터에 가해지는 가압력의 차이에 의하여 가스켓과 세퍼레이터 사이에 틈새가 발생되지 않도록 하는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부를 포함하며,
상기 전기 발생부는,
막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터로 이루어지며, 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하고,
상기 가스켓과 세퍼레이터 사이에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리와 대응하는 부분의 제1 영역과, 상기 가스켓과 대응하는 부분의 제2 영역을 형성하고, 상기 가스켓과 상기 제2 영역 사이에 상기 실링부를 형성하고 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 실링부는 상기 제2 영역에 상응하는 상기 가스켓의 표면에 도포 형성되는 실링막을 구비할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 실링부는 상기 가스켓의 표면에 상응하는 상기 제2 영역에 도포 형성되는 실링막을 구비할 수도 있다. 이 경우 상기한 실링막은 타르로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 이들 전기 발생부의 적층 구조에 의하여 스택을 형성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는: 수소를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는, 상기 전기 발생부와 연료 탱크에 연결 설치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 더 포함하고 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어진다.
대안으로서 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 직접 메탄올형 연료 전지 (Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식으로 이루어질 수도 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택은, 막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하고,
상기 전기 발생부는,
상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며,
상기 가스켓과 세퍼레이터 사이에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리와 대응하는 부분의 제1 영역과, 상기 가스켓과 대응하는 제1 영역의 외측 가장자리 부분에 해당하는 제2 영역을 형성하고, 상기 가스켓과 상기 제2 영역의 밀착 부분에 상기 실링부를 형성하고 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 실링부는 상기 제2 영역의 밀착면에 상응하는 상기 가스켓의 밀착면에 도포 형성되는 실링막을 구비할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 실링부는 상기 가스켓의 밀착면에 상응하는 상기 제2 영역의 밀착면에 도포 형성되는 실링막을 구비할 수도 있다. 이 경우 상기 실링막은 타르로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.
도면을 참고하면, 본 시스템(100)은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액상 또는 기체 상태로 이루어진 연료를 통칭한다. 그러나 본 실시예에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 연료를 의미한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(111)와, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생 부(111)로 공급하는 연료 공급부(120)와, 공기를 전기 발생부(111)로 공급하는 산소 공급부(130)를 포함한다.
전기 발생부(111)는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)(이하, 'MEA"라고 한다.)(112)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(Separator)('바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(116)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 연료 전지를 구성한다.
연료 공급부(120)는 전술한 바 있는 연료를 저장하는 연료 탱크(121)와, 이 연료 탱크(121)에 연결 설치되는 연료 펌프(122)와, 연료 탱크(121)와 연결 설치되어 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(111)로 공급하는 개질기(123)를 포함한다.
그리고 산소 공급부(130)는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부(111)로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프(131)를 포함하고 있다.
상기 연료 공급부(120)에 있어 개질기(123)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기의 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 개질기(123)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 개질기(123)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 상기 연료를 직접 전기 발생부(111)로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 전술한 바 있는 개질기(123)를 필요로 하지 않는다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 전기 발생부를 나타내 보인 결합 단면 구성도로서, 이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스택(110)의 구성을 더욱 자세하게 설명한다.
상기 스택(110)은 전술한 바 있는 전기 발생부(111)를 복수로 구비하여 이들 전기 발생부(111)에 의한 집합체를 형성한다.
상기 스택(110)을 구성하는 전기 발생부(111)에 있어, 양 세퍼레이터(116) 사이에 개재되는 MEA(112)는 일면에 애노드 전극이 위치하고, 다른 일면에 캐소드 전극(도시하지 않음)이 위치하며, 상기 두 전극 사이에 전해질막(도시하지 않음)을 구비하는 구조로 이루어져 있다.
그리고 상기 세퍼레이터(116)는 MEA(112)를 사이에 두고 밀착 배치되어, MEA(112)의 양측에 각각 수소통로(116a)와 공기통로(116b)를 형성한다. 여기서 수소통로(116a)는 MEA(112)의 애노드 전극 측에 위치하고, 공기통로(116b)는 MEA(112)의 캐소드 전극 측에 위치한다. 이러한 세퍼레이터(116)는 MEA(112)로 수소 가스와 공기 중의 산소를 공급하는 기능 외에, 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 하게 된다. 그리고 세퍼레이터(116)는 그 몸 체의 일면에 대하여 수소통로(116a)와 공기통로(116b)를 형성하는 제1 영역(A)과, 제1 영역(A) 외측의 가장자리 부분에 해당하는 제2 영역(B)으로 구분할 수 있다.
상기에서 스택(110)의 최 외곽에는 상기한 복수의 전기 발생부(111)를 밀착시키고, 전기 발생부(111)들을 체결시키는 별도의 가압 플레이트(113)를 설치할 수도 있다. 대안으로서, 본 발명에 의한 스택(110)은 상기한 가압 플레이트(113)를 배제하고, 전기 발생부(111)의 최 외곽에 위치하는 세퍼레이터(116)가 상기 가압 플레이트의 역할을 대신하도록 구성할 수도 있다. 또한 가압 플레이트(113)가 복수의 전기 발생부(111)를 밀착시키는 기능 외에, 세퍼레이터(116)의 고유한 기능을 갖도록 구성할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기 가압 플레이트(113)가 복수의 전기 발생부(111)를 밀착시키고 이 전기 발생부(111)들을 체결시키는 예를 설명한다.
그리고 MEA(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 가장자리 부분에는 MEA(112)와 양 세퍼레이터(116) 사이의 기밀을 유지시키는 가스켓(119)이 개재된다. 상기 가스켓(119)은 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)에 밀착되어 세퍼레이터(116)의 통로(116a, 116b)를 통해 MEA(112)로 공급되는 수소 가스와 공기가 외부로 누출되거나 서로 섞이는 것을 방지하는 기능을 하게 된다. 이러한 가스켓(119)은 탄성 재료인 고무 소재 예컨대, 실리콘계, 불소계 또는 올레핀계 고무 소재로 이루어지고, MEA(112)의 가장자리 부분과 연결되도록 구성된다. 따라서 복수의 전기 발생부(111)를 가압 플레이트(113)를 통해 밀착시켜 스택(110)을 형성하는 과정에서, 가스켓(119)의 표면이 양 세퍼레이터(116)의 압축력을 받게 되면 탄성영역 내에서 적 절히 수축하여 세퍼레이터(116)와 MEA(112) 사이의 가스 밀봉에 필요한 면압을 유지함으로써 스택(110)의 운전 중 가스 누설을 예방한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 가압 플레이트(113)를 통해 복수의 전기 발생부(111)를 밀착시킴과 동시에 이들을 체결하여 스택(110)을 형성하게 된다. 따라서 개질기(123)로부터 공급되는 수소 가스와 공기 펌프(131)에 의해 흡입되는 공기를 스택(110)의 전기 발생부(111)로 공급하게 되면, 상기 전기 발생부(111)에서는 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기와 물 그리고 열을 발생시킨다.
이러한 연료 전지 시스템(100)에 본 발명에 따른 실링부(118)가 제공되는 바, 이 실링부(118)는 상기 스택(110)의 체결시, 세퍼레이터(116)의 가압력 차이에 의해 발생될 수 있는 가스켓(119)과 세퍼레이터(116) 사이의 틈새를 실링하는 실링수단으로서의 기능을 하게 된다.
본 실시예에 의한 상기 실링부(118)는 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)과 가스켓(119) 사이에 형성되어 MEA(112)와 세퍼레이터(116) 사이의 기밀을 유지시키는 실링막(117)을 구비한다.
구체적으로, 상기 실링막(117)은 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)에 밀착되는 가스켓(119)의 표면에 일정한 두께로 도포 형성된다. 바람직하게, 상기 실링막(117)은 타르(tar)로 이루어진 실링 물질을 노즐을 통해 분사하는 방식으로 가스켓(119)의 표면에 도포하여 이 가스켓(119)의 표면에 대해 일정한 두께를 가지도록 형성된다. 이러한 실링막(117)은 양 세퍼레이터(116)의 가압력 차이에 의해 발생될 수 있는 가스켓(119)과 세퍼레이터(116) 사이의 틈새를 밀봉하는 기능 외에, 세퍼레이터(116)에 가해지는 가압력을 가스켓(119)으로 균일하게 분산시키는 기능을 하게 된다.
이에 상기와 같이 구성되는 본 발명의 연료 전지 시스템(100)에서는 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)과 가스켓(119) 사이에 실링막(117)을 형성함에 따라, MEA(112)를 중심에 두고 양 세퍼레이터(116)를 가압하여 이들을 서로 밀착시킬 때, 상기 실링막(117)이 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)과 가스켓(119)의 표면에 접착되어 세퍼레이터(116)와 가스켓(119)의 밀착성을 향상시킨다.
따라서 세퍼레이터(116)에 가해지는 가압력이 균일하지 않더라도 실링막(117)이 가스켓(119)의 밀착면과 세퍼레이터(116)의 밀착면에 밀착되기 때문에, 세퍼레이터(116)에 가해지는 가압력을 가스켓(119)으로 균일하게 분산시키면서 가스켓(119)과 세퍼레이터(116) 사이를 밀봉하게 되어 MEA(112)와 양 세퍼레이터(116) 간의 기밀 유지를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 스택의 변형예를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 전기 발생부를 나타내 보인 결합 단면 구성도이다. 도 2 및 도 3에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재로서 이하에서 자세한 설명은 생략한다.
도면을 참고하면, 이 경우는 전기 실시예와 달리, 세퍼레이터(116)와 가스켓(119) 사이에 형성되는 실링막(117A)이 세퍼레이터(116)의 제2 영역(B)에 일정한 두께로 도포 형성되어 실링부(118A)를 구성한다.
본 변형예에 대한 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 스택 체결시 세퍼레이터에 가해지는 가압을 가스켓의 표면으로 균일하게 분산시키도록 세퍼레이터와 가스켓 사이에 타르로 이루어진 실링막을 형성함에 따라, 가스켓과 세퍼레이터 사이에 틈새를 형성하지 않게 된다. 따라서 가스켓과 세퍼레이터 사이로 수소 가스와 산소가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이로써 본 발명에 의한 연료 전지 시스템은, 스택의 고유한 성능 조건에 맞는 전기 출력이 가능해지고, MEA로 공급되는 수소 가스와 산소의 압력 저하를 방지하여 연료 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 수소 가스와 산소의 누설로 인한 안전 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및
    산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부
    를 포함하며,
    상기 전기 발생부는,
    막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터로 이루어지고, 상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며,
    상기 가스켓과 세퍼레이터 사이에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리와 대응하는 부분의 제1 영역과, 상기 가스켓과 대응하는 제1 영역의 외측 가장자리 부분에 해당하는 제2 영역을 형성하고,
    상기 가스켓과 상기 제2 영역 사이에 상기 실링부를 형성하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 제2 영역에 상응하는 상기 가스켓의 표면에 도포 형성되는 실링막을 구비하는 연료 전지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 가스켓의 표면에 상응하는 상기 제2 영역에 도포 형성되는 실링막을 구비하는 연료 전지 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 실링막이 타르로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 이들 전기 발생부의 적층 구조에 의하여 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는:
    수소를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및
    상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 공급부는 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는, 상기 전기 발생부와 연료 탱크에 연결 설치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  12. 막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하고,
    상기 전기 발생부는,
    상기 막-전극 어셈블리와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며,
    상기 가스켓과 세퍼레이터 사이에 개재되어 상기 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지시키는 실링부를 포함하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리와 대응하는 부분의 제1 영역과, 상기 가스켓과 대응하는 부분의 제2 영역을 형성하고,
    상기 가스켓과 상기 제2 영역의 밀착 부분에 상기 실링부를 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 제2 영역의 밀착면에 상응하는 상기 가스켓의 밀착면에 도포 형성되는 실링막을 구비하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 가스켓의 밀착면에 상응하는 상기 제2 영역의 밀착면에 도포 형성되는 실링막을 구비하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 실링막이 타르로 이루어지는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
KR1020040078644A 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택 KR100590041B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040078644A KR100590041B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택
JP2005280729A JP2006108089A (ja) 2004-10-04 2005-09-27 燃料電池システム及びこれに使用されるスタック
US11/239,756 US20060073372A1 (en) 2004-10-04 2005-09-29 Fuel cell system and stack used thereto
CNA2005101291043A CN1770529A (zh) 2004-10-04 2005-09-30 燃料电池系统和该系统中使用的电池堆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040078644A KR100590041B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060029800A KR20060029800A (ko) 2006-04-07
KR100590041B1 true KR100590041B1 (ko) 2006-06-14

Family

ID=36125920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040078644A KR100590041B1 (ko) 2004-10-04 2004-10-04 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20060073372A1 (ko)
JP (1) JP2006108089A (ko)
KR (1) KR100590041B1 (ko)
CN (1) CN1770529A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101064225B1 (ko) 2008-09-23 2011-09-14 한국과학기술연구원 보강 개스킷을 포함하는 막-전극 접합체

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2911218B1 (fr) * 2007-01-09 2009-03-06 Conception Dev Michelin S A Plaque de distribution metal-graphite souple pour une pile a combustible.
US8186315B2 (en) * 2007-11-02 2012-05-29 Arthur Jeffs Hydrogen fuel assist device for an internal combustion engine and method
KR100966891B1 (ko) 2008-06-09 2010-06-30 삼성전기주식회사 연료 전지 및 그 제조 방법
JP2010287345A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Toshiba Corp 直接メタノール型燃料電池
KR101316865B1 (ko) * 2011-12-01 2013-10-08 현대자동차주식회사 연료 전지용 막-전극 어셈블리

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020056185A (ko) * 2000-12-29 2002-07-10 구자홍 연료전지의 스택 실링구조
JP2002367631A (ja) 2001-06-08 2002-12-20 Toyota Motor Corp 燃料電池のシール構造
JP2003123796A (ja) 2001-10-09 2003-04-25 Tigers Polymer Corp 燃料電池のシール構造およびパッキンの成形方法
JP2003151586A (ja) 2001-11-12 2003-05-23 Shin Etsu Chem Co Ltd 固体高分子型燃料電池セパレータシール用ゴム組成物及びこれを用いたシール材並びに固体高分子型燃料電池セパレータ
US6730426B2 (en) 2001-01-12 2004-05-04 Mosaic Energy, Llc Integral sealing method for fuel cell separator plates

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002319890A1 (en) * 2001-07-18 2003-03-03 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management
US6884537B2 (en) * 2001-12-20 2005-04-26 Freudenberg-Nok General Partnership Structural seal for a fuel cell
JP4102184B2 (ja) * 2002-03-15 2008-06-18 株式会社東芝 アルミニウム負極電池
KR100533298B1 (ko) * 2002-09-30 2005-12-05 가부시끼가이샤 도시바 연료 전지 시스템
US7405019B2 (en) * 2003-03-14 2008-07-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
KR100551809B1 (ko) * 2004-03-27 2006-02-13 현대자동차주식회사 복합 가스켓을 포함하는 연료전지스택용 단셀 구조
US7220510B2 (en) * 2004-10-01 2007-05-22 General Motors Corporation Sulfonated poly(arylene) films as polyelectrolyte membranes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020056185A (ko) * 2000-12-29 2002-07-10 구자홍 연료전지의 스택 실링구조
US6730426B2 (en) 2001-01-12 2004-05-04 Mosaic Energy, Llc Integral sealing method for fuel cell separator plates
JP2002367631A (ja) 2001-06-08 2002-12-20 Toyota Motor Corp 燃料電池のシール構造
JP2003123796A (ja) 2001-10-09 2003-04-25 Tigers Polymer Corp 燃料電池のシール構造およびパッキンの成形方法
JP2003151586A (ja) 2001-11-12 2003-05-23 Shin Etsu Chem Co Ltd 固体高分子型燃料電池セパレータシール用ゴム組成物及びこれを用いたシール材並びに固体高分子型燃料電池セパレータ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101064225B1 (ko) 2008-09-23 2011-09-14 한국과학기술연구원 보강 개스킷을 포함하는 막-전극 접합체
US8057954B2 (en) 2008-09-23 2011-11-15 Korea Institute Of Science & Technology Membrane-electrode assembly including guard gasket

Also Published As

Publication number Publication date
US20060073372A1 (en) 2006-04-06
CN1770529A (zh) 2006-05-10
KR20060029800A (ko) 2006-04-07
JP2006108089A (ja) 2006-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7799482B2 (en) Stack of generators and fuel cell system having the same
US20030157396A1 (en) Modified diffusion layer for use in a fuel cell system
JP2011040359A (ja) 燃料電池用ガス拡散層一体型ガスケット
KR20050121939A (ko) 연료전지 및 그의 제조방법
JP2006108089A (ja) 燃料電池システム及びこれに使用されるスタック
KR101035619B1 (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리 및 연료전지 스택
JP4566995B2 (ja) 膜電極アッセンブリを備える装置及びこの装置を準備する方法
JP5077358B2 (ja) 燃料電池スタックとそれを用いた燃料電池システム
KR101147238B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그 스택
JP2004335179A (ja) 燃料電池
KR101065380B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택
KR101009621B1 (ko) 연료 전지용 스택 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
KR101093706B1 (ko) 연료 전지 및 이에 사용되는 스택
KR20060020023A (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택
KR20040000571A (ko) 연료전지의 패킹구조
JP2007026873A (ja) 燃料電池
KR101030044B1 (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터
KR100551061B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
US20240250279A1 (en) Electrochemical cell and method for producing an electrochemical cell
KR101093711B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR20060022017A (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터
JP3877701B2 (ja) 燃料電池
JP2024043818A (ja) セパレータおよび水電解装置
KR20230131088A (ko) 스프링을 활용한 연료전지 스택 조립체
JP2003151570A (ja) 固体高分子形燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130522

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140526

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee