KR100622077B1 - Stacking structure of monopolar cell - Google Patents

Stacking structure of monopolar cell Download PDF

Info

Publication number
KR100622077B1
KR100622077B1 KR1020050060403A KR20050060403A KR100622077B1 KR 100622077 B1 KR100622077 B1 KR 100622077B1 KR 1020050060403 A KR1020050060403 A KR 1020050060403A KR 20050060403 A KR20050060403 A KR 20050060403A KR 100622077 B1 KR100622077 B1 KR 100622077B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane electrode
cathode
anode
monopolar cell
supply member
Prior art date
Application number
KR1020050060403A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조은애
오인환
김형준
임태훈
정성욱
이상엽
남석우
윤성필
한종희
홍성안
함형철
이재영
하흥용
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020050060403A priority Critical patent/KR100622077B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100622077B1 publication Critical patent/KR100622077B1/en

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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • 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 발명에서는 막전극집합체, 상기 막전극집합체의 애노드에 연료를 공급하는 연료공급부재, 상기 막전극집합체의 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급부재, 상기 캐소드와 애노드에 각각 접촉하는 집전부재로 구성되는 단위전지 복수개 및 상기 복수개의 단위전지를 전기적으로 직렬 연결하는 전기접속부재를 구비하는 모노폴라 셀 스택 구조로서, 2개의 막전극집합체가 애노드가 서로 마주 보도록 대향하여 적층되고, 상기 애노드가 마주보는 2개의 막전극집합체 사이에 연료공급부재가 개재되며, 상기 2개의 막전극집합체의 캐소드측 각각에 공기공급부재가 구비됨으로써 스택화된 서브 스택을 하나 이상 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조를 제공한다. 본 발명에 따르면 종래의 단층 모노폴라 셀 팩 또는 상기 단층 모노폴라 셀 팩을 단순히 적층한 것과는 달리, 모노폴라 셀 스택 구조를 구현하되, 스택화된 전지의 소형화가 가능하고 또한 개별 단위전지에 문제 발생시 스택화된 전지 전체를 모두 해체할 필요가 없어서 수리가 매우 용이한 효과를 달성한다. 또한, 본 발명에 따르면 특히 집전부재를 막전극집합체와 일체화시킨 구성에 의하여 가스켓을 사용하지 않더라도 가스 유출을 방지할 수 있다.The present invention comprises a membrane electrode assembly, a fuel supply member for supplying fuel to an anode of the membrane electrode assembly, an air supply member for supplying air to the cathode of the membrane electrode assembly, and a current collector member for contacting the cathode and the anode, respectively. A monopolar cell stack structure having a plurality of unit cells and an electrical connection member for electrically connecting the plurality of unit cells in series, wherein two membrane electrode assemblies are stacked to face each other so that the anodes face each other, and the anodes face each other. A fuel supply member is interposed between the two membrane electrode assemblies, and an air supply member is provided on each cathode side of the two membrane electrode assemblies, thereby including at least one sub-stacked stack. Provide structure. According to the present invention, unlike the conventional single-layer monopolar cell pack or a simple stack of the single-layer monopolar cell pack, it implements a monopolar cell stack structure, it is possible to miniaturize the stacked cells and when a problem occurs in the individual unit cells There is no need to disassemble all the stacked cells, resulting in a very easy repair. In addition, according to the present invention, even when the gasket is not used, the gas leakage can be prevented, especially by the configuration in which the current collecting member is integrated with the membrane electrode assembly.

모노폴라셀, 스택, 애노드, 캐소드, 수소채널, 공기채널 Monopolar cell, stack, anode, cathode, hydrogen channel, air channel

Description

모노폴라 셀 스택 구조{Stacking structure of monopolar cell}Stacking structure of monopolar cell

도 1은 종래의 모노폴라 셀 팩을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a conventional monopolar cell pack.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 모노폴라 셀 스택의 서브 스택 구조 일부를 보여주는 것으로서, 애노드가 마주보는 2개의 막전극집합체 사이에 연료공급부재가 개재되는 것을 나타내는 개략도이다.FIG. 2A illustrates a portion of a sub-stack structure of a monopolar cell stack according to an embodiment of the present invention, in which a fuel supply member is interposed between two membrane electrode assemblies facing the anode.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 모노폴라 셀 스택의 서브 스택 구조를 보여주는 것으로서 도 2a의 2개의 막전극집합체의 각 캐소드측에 공기공급부재가 구비되는 것을 나타내는 개략도이다. FIG. 2B is a schematic view showing a sub stack structure of a monopolar cell stack according to an embodiment of the present invention, in which an air supply member is provided on each cathode side of the two membrane electrode assemblies of FIG. 2A.

도 3a는 도 2의 막전극집합체를 보여주는 개략도이다.3A is a schematic diagram illustrating the membrane electrode assembly of FIG. 2.

도 3b는 도 2의 연료공급부재를 보여주는 개략도이다.3B is a schematic view showing the fuel supply member of FIG. 2.

도 3c는 도 2의 공기공급부재를 보여주는 개략도이다.3C is a schematic view showing the air supply member of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모노폴라 셀 스택 구조를 나타내는 개략도이다. 4 is a schematic diagram illustrating a monopolar cell stack structure according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집전부재를 나타내는 개략도이다.5 is a schematic view showing a current collector member according to an embodiment of the present invention.

*주요 도면 부호의 간단한 설명** Short description of the major reference marks *

10 : 공기공급부재 11 : 관통공10 air supply member 11 through hole

12 : 캐소드 대응 구획 중 관통공 이외의 영역12 area | regions other than a through hole among the cathode correspondence divisions

20 : 막전극집합체 21 : 애노드20: membrane electrode assembly 21: anode

22 : 캐소드 23 : 전해질막 22 cathode 23 electrolyte membrane

30 : 연료공급부재 31 : 유로30: fuel supply member 31: flow path

45 : 스페이서 50 : 집전부재45: spacer 50: current collector member

60 : 전기접속부재 100 : 서브 스택60: electrical connection member 100: sub stack

200 : 모노폴라 셀 스택200: monopolar cell stack

본 발명은 모노폴라 셀(monopolar cell, 단전극 셀) 스택 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a monopolar cell (monopolar cell) stack structure.

고분자 전해질막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC)나 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC)의 단위전지는 전해질막, 애노드와 캐소드의 전극, 애노드에 대한 연료공급부재, 캐소드에 대한 공기공급부재 및 애노드와 캐소드에 접촉하는 집전부재로 구성되며, 상기 전해질막과 전극은 막전극집합체(membrane electrode assembly; MEA)로서 형성된다. The unit cell of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) or a direct methanol fuel cell (DMFC) is an electrolyte membrane, an anode and a cathode electrode, a fuel supply member for the anode and a cathode. An air supply member and a current collector member in contact with the anode and the cathode, wherein the electrolyte membrane and the electrode are formed as a membrane electrode assembly (MEA).

연료전지의 용량을 증대하여 고전압을 발생시키기 위해서는 상기 단위전지를 전기적으로 직렬로 연결하여 전압을 크게하고 또한 전극의 면적을 증대하여 전류 발생량을 높여야 한다. In order to generate a high voltage by increasing the capacity of the fuel cell, the unit cells should be electrically connected in series to increase the voltage and increase the area of the electrode to increase the amount of current generated.

단위전지를 직렬로 연결하는 방법에는 개별 단위전지의 캐소드와 애노드를 교대로 적층하고 바이폴라 플레이트를 개재하는 바이폴라 셀 스택과 단위전지의 캐소드와 애노드를 전해질막을 중심으로 양측에 배열하고 전선에 의하여 캐소드와 애노드를 교대로 연결하는 모노폴라 셀 팩이 있다. 상기 바이폴라 셀 스택은 수십 와트 이상의 고출력 대용량에 주로 사용되며, 모노폴라 셀 팩은 수와트 이하의 저출력 소용량에 주로 사용된다.In order to connect the unit cells in series, the cathode and the anode of the individual unit cells are alternately stacked, and the bipolar cell stack and the cathode and anode of the unit cell are arranged on both sides of the electrolyte membrane through the bipolar plate, and the cathode and There is a monopolar cell pack that connects the anodes alternately. The bipolar cell stack is mainly used for high power large capacity of several tens of watts or more, and the monopolar cell pack is mainly used for low power small capacity of several watts or less.

도 1은 종래의 모노폴라 셀 팩의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 모노폴라 셀 팩은 동일 전해질막(2)의 양측에 캐소드(2-1)와 애노드(2-2)가 배열되어 복수개 단위전지의 팩을 형성하며, 인접하는 캐소드와 애노드 사이는 전선이 교대로 연결되어 직렬 연결을 이루고 있다. 그리고, 상기 캐소드와 애노드에는 각각 공기공급부재와 연료공급부재가 연결되고 또한 집접판이 각각에 접촉하게 된다. 한편, 종래의 모노폴라 셀 팩 중에는 인접한 단위전지의 캐소드와 애노드의 말단부를 상호 겹치게 구성하는 구조도 있다. 1 is a schematic diagram showing the structure of a conventional monopolar cell pack. As shown in FIG. 1, in the conventional monopolar cell pack, a cathode 2-1 and an anode 2-2 are arranged on both sides of the same electrolyte membrane 2 to form a pack of a plurality of unit cells. The wires are alternately connected between the cathode and the anode to form a series connection. An air supply member and a fuel supply member are respectively connected to the cathode and the anode, and the collector plate is in contact with each other. On the other hand, some conventional monopolar cell packs have a structure in which the cathodes of adjacent unit cells and the end portions of the anodes overlap each other.

그러나, 상기와 같은 종래의 모노폴라 셀 팩의 적층 구조로는 전체 전지의 소형화가 어렵고 또한 개별 단위전지에 문제 발생시 전지 전체를 모두 해체하여야만 하는 문제가 있다.However, the stack structure of the conventional monopolar cell pack as described above has a problem that it is difficult to miniaturize the entire battery and to dismantle the entire battery when a problem occurs in the individual unit cells.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 종래의 단층 모노폴라 셀 팩 또는 상기 단층 모노폴라 셀 팩을 단순히 적층한 것과는 달리, 모노폴라 셀 스택 구조를 구현하되, 스택화된 전지의 소형화가 가능하고 또한 개별 단위전지에 문제 발생시 스택화된 전지 전체를 모두 해체할 필요가 없어서 수리가 매우 용이하며, 나아가 가스켓을 사용하지 않고서도 가스 유출을 방지할 수 있는 모노폴라 셀 스택 구조를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a monopolar cell stack structure, unlike a conventional monolayer monopolar cell pack or a simple stack of the monolayer monopolar cell pack. It is possible to reduce the size of the stacked cells and to easily repair the entire stacked cells when a problem occurs in an individual unit cell, and to prevent gas leakage without using a gasket. It is to provide a monopolar cell stack structure.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 막전극집합체, 상기 막전극집합체의 애노드에 연료를 공급하는 연료공급부재, 상기 막전극집합체의 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급부재, 상기 캐소드와 애노드에 각각 접촉하는 집전부재로 구성되는 단위전지 복수개 및 상기 복수개의 단위전지를 전기적으로 직렬 연결하는 전기접속부재를 구비하는 모노폴라 셀 스택 구조로서, 2개의 막전극집합체가 애노드가 서로 마주 보도록 대향하여 적층되고, 상기 애노드가 마주보는 2개의 막전극집합체 사이에 연료공급부재가 개재되며, 상기 2개의 막전극집합체의 캐소드측 각각에 공기공급부재가 구비됨으로써 스택화된 서브 스택을 하나 이상 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조에 의하여 달성된다.An object of the present invention as described above, the membrane electrode assembly, the fuel supply member for supplying fuel to the anode of the membrane electrode assembly, the air supply member for supplying air to the cathode of the membrane electrode assembly, the cathode and the anode contact respectively A monopolar cell stack structure having a plurality of unit cells consisting of a current collector member and an electrical connection member for electrically connecting the plurality of unit cells in series, wherein two membrane electrode assemblies are stacked so that anodes face each other. A fuel supply member is interposed between two membrane electrode assemblies facing the anode, and an air supply member is provided on each cathode side of the two membrane electrode assemblies, and the stack includes one or more sub-stacked. A monopolar cell stack structure is achieved.

그리고, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, 상기 서브 스택이 복수개 적층되고, 적층되는 서브 스택 중 인접하는 2개의 서브 스택의 각 공기공급부재 사이에 스페이서가 개재되는 것이 바람직하다.In the monopolar cell stack structure, a plurality of the sub stacks are stacked, and a spacer is interposed between each air supply member of two adjacent sub stacks among the stacked sub stacks.

그리고, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, 상기 서브 스택의 막전극접합체가 전해질막을 공통으로 하여 상기 전해질막의 양측에 캐소드와 애노드를 각각 복수개 구비하는 것이 바람직하다. In the monopolar cell stack structure, it is preferable that the membrane electrode assembly of the sub-stack has an electrolyte membrane in common, and a plurality of cathodes and anodes are provided on both sides of the electrolyte membrane.

그리고, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, 상기 집전부재가 상기 캐소드 또는 애노드에 접촉하고 연장하여 전해질막을 공통으로 하면서 인접하는 상기 애노드 또 는 캐소드에 접촉하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 집전부재는 상기 막전극집합체에 일체화되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 집전부재는 금속 망상체인 것이 바람직하다.In the monopolar cell stack structure, it is preferable that the current collector member contacts and extends the cathode or the anode to make contact with the adjacent anode or cathode while making the electrolyte membrane common. The current collecting member may be formed to be integrated with the membrane electrode assembly. The current collecting member is preferably a metal network.

그리고, 상기 공기공급부재는, 상기 공기공급부재 중 캐소드에 대응하는 구획에 공기를 유통하는 관통공이 형성되고 상기 구획 중 상기 관통공을 제외한 나머지 영역은 캐소드를 지지하는 구조인 것이 바람직하다.The air supply member may include a through hole for distributing air in a section corresponding to the cathode of the air supply member, and the remaining region except the through hole in the section may support the cathode.

이하, 본 발명에 따른 모노폴라 셀 스택 구조를 상술한다.Hereinafter, the monopolar cell stack structure according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 전기적으로 직렬로 연결되는 복수개의 단위전지를 바이폴라 스택이 아닌 모노폴라 방식으로 스택화하고자 하는 것으로서, 기존의 모노폴라 셀 팩을 단순히 적층하는 것이 아닌, 스택화된 전체 전지의 사이즈가 작고 조립 또는 해체 등의 측면에서 우수하며, 가스켓을 사용하지 않더라도 가스 유출을 방지할 수 있는 모노폴라 셀 스택 구조를 제안한다.The present invention intends to stack a plurality of unit cells electrically connected in series in a monopolar manner instead of a bipolar stack. Instead of simply stacking existing monopolar cell packs, the size of the entire stacked cells is small. It is excellent in terms of assembly or disassembly, etc., and proposes a monopolar cell stack structure that can prevent gas leakage even without using a gasket.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모노폴라 셀 스택의 서브 스택 구조를 보여주는 개략도로서, 도 2a는 애노드가 대향하는 2개의 막전극집합체 사이에 연료공급부재가 개재되는 것을 나타내는 개략도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 2개의 막전극집합체의 각 캐소드측에 공기공급부재가 형성되는 것을 나타내는 개략도이다. FIG. 2 is a schematic view showing a sub-stack structure of a monopolar cell stack according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic view showing a fuel supply member interposed between two membrane electrode assemblies facing the anode. 2B is a schematic diagram showing that an air supply member is formed on each cathode side of the two membrane electrode assemblies of FIG. 2A.

한편, 도 3은 도 2에 도시된 각 부재를 개별적으로 보여주는 개략도로서, 도 3a는 도 2의 막전극집합체를 보여주는 개략도이고, 도 3b는 도 2의 연료공급부재를 보여주는 개략도이며, 도 3c는 도 2의 공기공급부재를 보여주는 개략도이다,On the other hand, Figure 3 is a schematic diagram showing each member shown in Figure 2, Figure 3a is a schematic diagram showing the membrane electrode assembly of Figure 2, Figure 3b is a schematic diagram showing the fuel supply member of Figure 2, Figure 3c 2 is a schematic view showing the air supply member of FIG.

도 2 및 도 3a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일실시예에 따르는 막전극집합 체(20)는 전해질막(23)을 공통으로 하여 캐소드(22)와 애노드(21)가 전해질막(23)의 양측에 복수개로 형성되는 것이고 이로써 복수개의 단위전지를 구성하는 것이다. 2 and 3A, the membrane electrode assembly 20 according to the embodiment of the present invention has the electrolyte membrane 23 in common, and the cathode 22 and the anode 21 have the electrolyte membrane 23. It is formed in plural on both sides of thereby to constitute a plurality of unit cells.

먼저, 도 2a에서 알 수 있듯이, 상기 막전극집합체(20) 2개가 애노드(21)를 마주보도록 하여 대향되어 있으며, 상기 애노드(21)가 마주보는 2개의 막전극집합체(20) 사이에는 수소나 메탄올과 같은 연료의 채널 역할을 수행하는 연료공급부재(30)가 개재된다. First, as shown in FIG. 2A, two membrane electrode assemblies 20 face each other with the anode 21 facing each other, and between the two membrane electrode assemblies 20 facing the anode 21 is hydrogen or A fuel supply member 30 which serves as a channel of fuel such as methanol is interposed.

도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 연료공급부재(30)는 예를 들어 금속판에 비전도성 물질을 코팅하여 제조되는 것으로, 연료 공급을 위한 유로(31)의 형태는 사형(serpentine type), 평형(parallel type), 맞물림형(interdigited type) 등 다양하게 형성할 수 있다.As can be seen in Figure 3b, the fuel supply member 30 is manufactured by coating a non-conductive material on, for example, a metal plate, the shape of the flow path 31 for fuel supply is serpentine type, parallel (parallel) type) and interdigited type.

다음으로, 도 2b에서 알 수 있듯이, 상기 2개의 막전극집합체(20)의 각 캐소드측에는 공기공급부재(10)가 형성되어 있다. 그리고, 도 3c에서 알 수 있듯이, 상기 공기공급부재(10)의 캐소드에 대응하는 구획은 공기 공급이 가능하도록 관통공(11)이 형성하는 것이 바람직한데 상기 구획중 상기 관통공(11)을 제외한 나머지 영역(12)은 캐소드에 대하여 지지부 역할을 수행하게 된다. 본 발명에서는 공기공급부재(10)에 상기한 바와 같이 관통공(11)을 형성하도록 함으로써 구조를 단순화하면서도 캐소드에 효율적으로 공기 공급을 수행할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, an air supply member 10 is formed on each cathode side of the two membrane electrode assemblies 20. And, as can be seen in Figure 3c, the section corresponding to the cathode of the air supply member 10 is preferably formed in the through hole 11 to enable the air supply except the through hole 11 of the section The remaining area 12 will serve as a support for the cathode. In the present invention, by forming the through hole 11 in the air supply member 10 as described above, it is possible to efficiently supply air to the cathode while simplifying the structure.

본 발명에서는 도 2b에 도시된 바와 같은 단위전지들의 스택을 서브 스택(단위 스택)으로 설정하며 이와 같은 서브 스택을 다시 복수개 적층하거나 또는 필요 에 따라서 그 자체로서 모노폴라 셀 스택을 형성한다.In the present invention, a stack of unit cells as shown in FIG. 2B is set as a sub stack (unit stack), and a plurality of such sub stacks are stacked again, or a monopolar cell stack is formed by itself as necessary.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모노폴라 셀 스택 구조를 나타내는 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 서브 스택(100)은 복수개 적층되어 모노폴라 셀 스택(200)을 구성한다. 4 is a schematic diagram illustrating a monopolar cell stack structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a plurality of sub-stacks 100 according to the present invention are stacked to form a monopolar cell stack 200.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 서브 스택(100)은 전해질막(23)과 그 양측에 캐소드(22) 및 애노드(21)를 구비하는 막전극집합체(20)가 애노드(21)가 마주보도록 적층되고, 상기 막전극집합체(20) 사이에는 연료공급부재(30)가 개재되는 것이며, 상기 막전극집합체(20)의 각 캐소드(22) 측에는 공기공급부재(10)가 각각 구비된다. 본 발명에서는 수소 등의 연료가 상기와 같은 개별 서브 스택에 공급되므로 농도 유지에 유리하게 된다. 즉, 개별 서브 스택 공급 방식을 통하여 연료가 항상 높은 농도로 연료공급부재에 공급될 수 있으므로 입구에서 출구까지 높은 농도로 연료를 유지할 수 있다.As described above, the sub stack 100 includes an electrolyte membrane 23 and a membrane electrode assembly 20 having a cathode 22 and an anode 21 disposed on both sides thereof so that the anode 21 faces each other. A fuel supply member 30 is interposed between the membrane electrode assemblies 20, and an air supply member 10 is provided on each cathode 22 side of the membrane electrode assembly 20. In the present invention, since fuel such as hydrogen is supplied to the individual sub-stack as described above, it is advantageous to maintain the concentration. That is, the fuel can be always supplied to the fuel supply member at a high concentration through the individual sub-stack supply method, so that the fuel can be maintained at a high concentration from the inlet to the outlet.

상기 캐소드(22)와 애노드(21)에는 집전부가 접촉하고 있고, 전선 등의 전기접속부재(60)가 애노드와 캐소드를 전기적으로 직렬로 연결한다. The collector 22 is in contact with the cathode 22 and the anode 21, and an electrical connection member 60 such as an electric wire electrically connects the anode and the cathode in series.

본 발명에서는 이와 같은 서브 스택(100)을 적층하는 경우 특히 스페이서(45)를 이용한다. 즉, 바이폴라 스택과 달리 본 발명과 같은 모노폴라 스택에 있어서 서브 스택(100)의 각 공기공급부재(10) 사이에는 특히 스페이서(45)를 개재시킴으로써 접촉 저항을 줄일 수 있다. 나아가, 상기 스페이서(45)를 사용하면 공기의 흐름이 원할해지도록 할 수 있으며, 동시에 스페이서(45)에 의하여 확보된 공기 흐름 채널은 2개의 서브 스택(100)에서 공동으로 이용되는 것이므로 전체 스택(200) 의 소형화에 기여하게 된다.In the present invention, in the case of stacking such a sub stack 100, a spacer 45 is used. That is, unlike the bipolar stack, in the monopolar stack according to the present invention, the contact resistance may be reduced by interposing a spacer 45 between the air supply members 10 of the sub stack 100. In addition, the use of the spacers 45 allows the flow of air to be smooth, and at the same time, the air flow channels secured by the spacers 45 are used jointly in the two sub-stacks 100, so that the entire stack ( Contributes to the miniaturization.

한편, 상기 서브 스택의 막전극집합체의 애노드 또는 캐소드에 접촉하는 집전부재를 연장하여, 전해질막을 공통으로 하여 동일평면상에서 존재하는 인접하는 캐소드 또는 애노드에 직접 연결시킬 수 있다.On the other hand, the current collector member in contact with the anode or cathode of the membrane electrode assembly of the sub-stack may be extended to directly connect the electrolyte membranes to adjacent cathodes or anodes existing on the same plane.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집전부재를 나타내는 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 집전부재(50)는 막전극집합체(20)의 애노드(21)에 접촉후 전해질막을 공통으로 하는 인접하는 애노드의 이면의 캐소드에 접촉하는 방식으로 애노드와 캐소드에 교대로 연결되어 있다. 여기서, 상기 집전부재(50)는 애노드와 캐소드를 전기적으로 연결하게 되는 것이므로 도 4에 도시된 바와 같은 전기접속부재(60)의 역할을 동시에 수행한다고 할 수 있다. 물론, 서브 스택간의 애노드와 캐소드의 전기적 연결은 집전부재(50)를 이용할 수도 있으며 별도의 전기접속부재(60)를 사용할 수도 있다.5 is a schematic view showing a current collector member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the current collector member 50 according to an embodiment of the present invention contacts the anode 21 of the membrane electrode assembly 20 and then contacts the cathode of the back surface of the adjacent anode having the electrolyte membrane in common. Are alternately connected to the anode and cathode. In this case, since the current collector member 50 is to electrically connect the anode and the cathode, the current collector member 50 may serve as the electrical connection member 60 as shown in FIG. 4. Of course, the electrical connection between the anode and the cathode between the sub-stack may use the current collector member 50 or a separate electrical connection member 60 may be used.

상기 집전부재(50)로는 금속 망상체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 특히 상기 집전부재(50)를 코팅에 의하여 막전극접합체(20)에 일체화하도록 접합시킴으로써, 스택의 소형화에 기여함은 물론이고, 가스켓 역할을 수행하게 할 수 있어 가스켓을 사용하지 않더라도 가스 유출을 방지할 수 있다.It is preferable to use a metal network as the current collector member 50. In the present invention, in particular, by bonding the current collector member 50 to the membrane electrode assembly 20 by coating, it contributes to the miniaturization of the stack and can serve as a gasket, even if a gas gasket is not used. Spills can be prevented.

한편, 본 발명에서는 특히 상기 금속망 이외에는 모두 절연재료로 구성하는 것이 가능하므로 별도의 전기 절연이 필요없게 된다.On the other hand, in the present invention, since it is possible to configure all of the insulating material except for the metal mesh, in particular, no separate electrical insulation is required.

이와 같이 본 발명에서는 복수개 또는 하나의 단위전지의 막전극집합체 2개를 애노드가 상호 대향하도록 적층하되, 그 사이에 수소나 메탄올의 연료공급부재 를 개재시켜 적층하여 연료 채널을 2개의 애노드가 함께 사용하게 함으로써 모노폴라 셀 스택의 소형화를 구현할 수 있다. As described above, in the present invention, two membrane electrode assemblies of a plurality of units or one unit cell are stacked so that the anodes face each other, and two anode channels are used together by interposing a fuel supply member of hydrogen or methanol therebetween. By doing so, the miniaturization of the monopolar cell stack can be realized.

또한, 본 발명에서는 연료채널을 공통으로 하는 2개의 막전극집합체의 각 캐소드측에 공기공급부재를 구비하여 서브 스택(단위 스택)을 형성하는데, 이와 같은 서브 스택을 다시 복수개 스택화하면 인접하는 두개의 서브 스택은 공기 흐름 채널을 함께 사용하게 되므로 모노폴라 셀 스택을 보다 소형화할 수 있다. In addition, in the present invention, an air supply member is provided on each cathode side of two membrane electrode assemblies having a common fuel channel to form a sub stack (unit stack). The sub-stack of uses airflow channels together, making the monopolar cell stack more compact.

상기 서브 스택 구성에 의하면 개별 단위전지에 문제 발생시 상기 서브 스택만을 해체함으로써 수리가 가능하므로 전체 전지를 모두 해체할 필요가 없어서 수리가 매우 용이하게 된다.According to the sub-stack configuration, when a problem occurs in an individual unit cell, repair is possible by disassembling only the sub-stack, so that it is not necessary to disassemble all the batteries, thereby making the repair very easy.

더욱이, 본 발명에서는 코팅에 의하여 집전부재를 막전극집합체와 일체화시킨 집전부재 일체형 구조를 구비하여 가스켓 역할을 수행하게 하므로써 별도의 가스켓을 구비하지 않더라도 스택화된 전지의 소형화를 도모할 뿐만 아니라 가스 유출을 막을 수 있다. Furthermore, in the present invention, by providing a current collector member integrated structure in which the current collector member is integrated with the membrane electrode assembly by coating, it serves as a gasket, thereby miniaturizing the stacked battery even without a separate gasket, as well as gas leakage. Can be prevented.

본 발명에 따르면 종래의 단층 모노폴라 셀 팩 또는 상기 단층 모노폴라 셀 팩을 단순히 적층한 것과는 달리, 모노폴라 셀 스택 구조를 구현하되, 스택화된 전지의 소형화가 가능하고 또한 개별 단위전지에 문제 발생시 스택화된 전지 전체를 모두 해체할 필요가 없어서 수리가 매우 용이한 효과를 달성한다. 또한, 본 발명에 따르면 집전부재를 막전극집합체와 일체화시킨 구성에 의하여 가스 유출을 방지할 수 있다.According to the present invention, unlike the conventional single-layer monopolar cell pack or a simple stack of the single-layer monopolar cell pack, it implements a monopolar cell stack structure, it is possible to miniaturize the stacked cells and when a problem occurs in the individual unit cells There is no need to disassemble all the stacked cells, resulting in a very easy repair. In addition, according to the present invention it is possible to prevent the outflow of gas by the configuration in which the current collector member is integrated with the membrane electrode assembly.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (7)

막전극집합체, 상기 막전극집합체의 애노드에 연료를 공급하는 연료공급부재, 상기 막전극집합체의 캐소드에 공기를 공급하는 공기공급부재, 상기 캐소드와 애노드에 각각 접촉하는 집전부재로 구성되는 단위전지 복수개 및 상기 복수개의 단위전지를 전기적으로 직렬 연결하는 전기접속부재를 구비하는 모노폴라 셀 스택 구조로서, A plurality of unit cells comprising a membrane electrode assembly, a fuel supply member for supplying fuel to the anode of the membrane electrode assembly, an air supply member for supplying air to the cathode of the membrane electrode assembly, and a current collector member for contacting the cathode and the anode, respectively And an electrical connection member for electrically connecting the plurality of unit cells in series. 2개의 막전극집합체가 애노드가 서로 마주 보도록 대향하여 적층되고, Two membrane electrode assemblies are stacked so that the anodes face each other, 상기 애노드가 마주보는 2개의 막전극집합체 사이에 연료공급부재가 개재되며, A fuel supply member is interposed between two membrane electrode assemblies facing the anode, 상기 2개의 막전극집합체의 캐소드측 각각에 공기공급부재가 구비됨으로써 스택화된 서브 스택을 하나 이상 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.A monopolar cell stack structure, characterized in that it comprises one or more sub-stacked by the air supply member is provided on each of the cathode side of the two membrane electrode assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, The method of claim 1, wherein the monopolar cell stack structure, 상기 서브 스택이 복수개 적층되고, 적층되는 서브 스택 중 인접하는 2개의 서브 스택의 각 공기공급부재 사이에 스페이서가 개재되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.And a plurality of the sub stacks are stacked, and a spacer is interposed between each air supply member of two adjacent sub stacks among the stacked sub stacks. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, The monopolar cell stack structure of claim 1, wherein the monopolar cell stack structure comprises: 상기 서브 스택의 막전극접합체가 전해질막을 공통으로 하여 상기 전해질막의 양측에 캐소드와 애노드를 각각 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.The membrane electrode assembly of the sub-stack has a common electrolyte membrane, the monopolar cell stack structure, characterized in that provided with a plurality of cathode and anode on each side of the electrolyte membrane. 제 3 항에 있어서, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, The method of claim 3, wherein the monopolar cell stack structure, 상기 집전부재가 상기 캐소드 또는 애노드에 접촉하고 연장하여 전해질막을 공통으로 하면서 인접하는 상기 애노드 또는 캐소드에 접촉하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.And the current collecting member contacts and extends the cathode or the anode to make contact with the adjacent anode or cathode while having an electrolyte membrane in common. 제 4 항에 있어서, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, The method of claim 4, wherein the monopolar cell stack structure, 상기 집전부재는 상기 막전극집합체에 일체화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.The current collector member is formed so as to be integral to the membrane electrode assembly. 제 5 항에 있어서, 상기 모노폴라 셀 스택 구조는, The method of claim 5, wherein the monopolar cell stack structure, 상기 집전부재가 금속 망상체인 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.Mono-polar cell stack structure, characterized in that the current collector member is a metal network. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공기공급부재는,The method of claim 1 or 2, wherein the air supply member, 상기 공기공급부재 중 캐소드에 대응하는 구획에 공기를 유통하는 관통공이 형성되고 상기 구획 중 상기 관통공을 제외한 나머지 영역은 캐소드를 지지하는 구조인 것을 특징으로 하는 모노폴라 셀 스택 구조.A through-hole for distributing air is formed in a section corresponding to the cathode of the air supply member, and the remaining region except for the through-hole of the section is a structure for supporting the cathode.
KR1020050060403A 2005-07-05 2005-07-05 Stacking structure of monopolar cell KR100622077B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050060403A KR100622077B1 (en) 2005-07-05 2005-07-05 Stacking structure of monopolar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050060403A KR100622077B1 (en) 2005-07-05 2005-07-05 Stacking structure of monopolar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100622077B1 true KR100622077B1 (en) 2006-09-11

Family

ID=37624590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050060403A KR100622077B1 (en) 2005-07-05 2005-07-05 Stacking structure of monopolar cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100622077B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100916394B1 (en) * 2007-09-05 2009-09-07 현대자동차주식회사 Module of stack structure for fuel cell
KR101451895B1 (en) 2012-11-20 2014-10-22 주식회사 프로파워 Fuel cell stack assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100916394B1 (en) * 2007-09-05 2009-09-07 현대자동차주식회사 Module of stack structure for fuel cell
KR101451895B1 (en) 2012-11-20 2014-10-22 주식회사 프로파워 Fuel cell stack assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8329358B2 (en) Bipolar plate for fuel cell and fuel cell having the same
KR100450820B1 (en) Air breathing direct methanol fuel cell pack
US7867666B2 (en) Fuel cell with triangular buffers for reactant gas and coolant
US7951506B2 (en) Bipolar plate and direct liquid feed fuel cell stack
US8415068B2 (en) Fuel cell
US8012642B2 (en) Power supply apparatus having plurality of planar fuel cell assemblies connected in stack form
US8574778B2 (en) Fuel cell stack
US7927752B2 (en) Individual cell shorting during startup and shutdown using an integrated switch
US20090042075A1 (en) Fuel Cell Stack
JP2002280016A (en) Single electrode type cell pack for direct methanol fuel cell
JP2002056855A (en) Flat fuel cell
US7820335B2 (en) Plate for a fuel cell assembly
JP3894109B2 (en) Fuel cell
US20160204452A1 (en) Fuel cell unit
KR100622077B1 (en) Stacking structure of monopolar cell
US8815464B2 (en) Fuel cell
US20080199751A1 (en) Bipolar plate for an air breathing fuel cell stack
US20040038103A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly
JP3685039B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell system
JP5366793B2 (en) Fuel cell system
JP2005141994A (en) Polyelectrolyte fuel cell
EP2097942A2 (en) Hydrogen- fuel cell stack with integrated cooling and air supply for use with a fixed pressure dead-ended supply configuration
JP2004241185A (en) Polymer electrolyte type fuel cell
JP2010198831A (en) Fuel cell
US20050130019A1 (en) Structure for reducing internal circuit of fuel cell

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: 20110901

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120903

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee