KR100627373B1 - 연료 전지용 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지용 스택은, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly)와, 수소 및 산소의 이동 채널을 가지면서 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되며, 일면에 상기 수소 이동 채널을 형성하고 다른 일면에 상기 산소 이동 채널을 형성하는 세퍼레이터(Separator)를 포함하며,
상기 각 이동 채널은, 상기 막-전극 어셈블리에 밀착되는 제1 부분과 상기 막-전극 어셈블리에 이격되는 제2 부분에 의해 형성되며, 상기 일면의 제1 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 서로 대응하게 배치되고,
상기 세퍼레이터가 전체 영역에 대해 최대 두께와 최소 두께를 갖도록 형성된다.
연료전지, 스택, 수소, 산소, 이동채널, 통로

Description

연료 전지용 스택 {STACK FOR FUEL CELL}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 구성을 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 세퍼레이터의 단면을 확대하여 나타내 보인 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터가 조립된 상태의 부분 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지용 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 및 산소 이동 채널의 구조를 개선한 세퍼레이터에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지에 있어, 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
이러한 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer) 등을 구비한다. 스택은 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지의 본체를 형성하며, 개질기는 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 이 수소를 스택으로 공급한다.
한편, PEMFC와 다른 방식의 연료 전지 시스템은 연료를 직접 스택으로 공급하여 이 연료와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC, 이하 DMFC라 한다) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 DMFC 방식을 채용한 연료 전지 시스템은, PEMFC 방식을 채용한 시스템과 달리, 개질기를 필요로 하지 않는다.
도 4는 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터가 조립된 상태의 부분 단면 구성도이다.
도면을 참조하면, 종래의 연료 전지용 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)(11)의 양면에 세퍼레이터(separator)(당 업계에서는 '바이폴라 플레이트(bipolar plate)'라고도 한다.)(13)를 밀착 배치하여 형성되는 전기 발생부(16)를 구비하며, 이러한 전기 발생부(16)를 복수로 적층하여 구성될 수 있다.
이러한 연료 전지용 스택에 있어, 세퍼레이터(13)는 막-전극 어셈블리(11)의 양면에 밀착 배치되어 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 수소를 공급하는 수소 통로(15)와, 막-전극 어셈블리(11)의 캐소드 전극으로 산소를 공급하는 산소 통로(17)를 형성한다. 이 수소 통로(15) 및 산소 통로(17)는 세퍼레이터(13)의 양면에 돌출 형성된 다수의 리브(18)들과, 리브(18)들 사이의 채널(19)에 의해 형성될 수 있다. 그리고 각각의 수소 통로(15)와 산소 통로(17)는 세퍼레이터(13)의 양면에 대해 소정 두께의 배리어(barrier) 부분(a)을 사이에 두고 서로 대응하게 위치하고 있다.
특히 세퍼레이터(13)는 그라파이트(graphite) 또는 탄소 복합재로 이루어지는데 이러한 소재들이 기체를 투과시킬 수 있는 고유한 특성을 가지고 있기 때문에, 수소 통로(15) 및 산소 통로(17)를 통과하는 수소와 산소가 상기한 배리어 부분(a)을 투과하여 혼합될 염려가 있다. 이에 당업계에서는 상기한 배리어 부분(a)의 두께(t2)를 경험치 또는 실험치에 따르는 0.4㎜ 이상으로 유지하여 위와 같은 문제점을 해결하고 있다.
그런데 종래에 따른 연료 전지용 스택의 세퍼레이터(13)는 상술한 바와 같이 배리어 부분(a)을 기준으로 수소 통로(15)와 산소 통로(17)가 서로 대응하게 위치하도록 구비되기 때문에, 배리어 부분(a)의 두께(t2)에 따른 위의 제한 조건으로 인해 세퍼레이터(13)의 전체 두께(t1)를 줄이는데 한계가 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 세퍼레이터의 두께를 증가시키지 않으면서 수소 통로와 산소 통로의 기체 투과 현상을 방지할 수 있는 연료 전지용 스택을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지용 스택은, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly)와, 수소 및 산소의 이동 채널을 가지면서 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되며, 일면에 상기 수소 이동 채널을 형성하고 다른 일면에 상기 산소 이동 채널을 형성하는 세퍼레이터(Separator)를 포함하며,
상기 각 이동 채널은, 상기 막-전극 어셈블리에 밀착되는 제1 부분과 상기 막-전극 어셈블리에 이격되는 제2 부분에 의해 형성되며, 상기 일면의 제1 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 서로 대응하게 배치되고,
상기 세퍼레이터가 전체 영역에 대해 최대 두께와 최소 두께를 갖도록 형성된다.
본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 각 이동 채널은 길이 방향에 대해 수직한 단면 형상이 라운드의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 최대 두께를 T1, 상기 제1 부분의 두께를 T2, 상기 일면의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분 사이의 두께를 T3 라고 할 때, T1＞T2＞ T3를 만족하여 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 일면의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 상호 평행하게 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 일면의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 대각선 위치에 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 제1 부분이 임의 간격을 두고 돌출 형성되는 리브로서 형성되고, 상기 제2 부분이 상기 리브들 사이에 배치되는 상기 이동 채널로서 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 수소 이동 채널은 상기 세퍼레이터의 일면이 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착되어 수소를 유통시키는 수소 통로를 형성하며, 상기 산소 이동 채널은 상기 세퍼레이터의 다른 일면이 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착되어 산소를 유통시키는 산소 통로를 형성하게 된다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 그라파이트 소재로 형성되며, 탄소 복합재를 압축 성형하여 형성될 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지용 스택은, 상기 막-전극 어셈블리와 상기 세퍼레이터에 의한 복수의 전기 발생부를 포함하며, 이들 전기 발생부에 의한 집합체 구조로 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 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 전지용 스택에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이 도면을 참고하여 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 상기 연료 전지 시스템(100)은 연료를 개질하여 수소를 발생시키고, 이 수소를 산소와 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식으로 구성된다.
이러한 연료 전지 시스템(100)은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액상 또는 기체 상태의 연료를 사용할 수 있다. 그러나 이하에서는 메탄올과 같은 액상의 연료를 사용하는 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명한다.
그리고 본 시스템(100)은 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
이와 같은 연료 전지 시스템(100)은 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부(116)와, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 전기 발생부(116)로 공급하는 개질기(20)와, 연료를 개질기(20)로 공급하는 연료 공급원(30)과, 공기를 전기 발생부(116)로 공 급하는 공기 공급원(50)을 포함하여 구성된다.
전기 발생부(116)는 상기한 전기 에너지를 발생시키는 최소 단위의 연료 전지(fuel cell)로서 구성된다. 따라서 본 발명에서는 상기한 최소 단위의 전기 발생부(116)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부(116)의 집합체 구조에 의한 스택(110)을 형성할 수 있다. 이러한 스택(110)의 구성은 도 2 및 도 3을 참조하여 뒤에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기에서, 개질기(20)는 개질 반응 예컨대, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 연료로부터 수소를 발생시키는 통상적인 개질기의 구조로 이루어진다.
이러한 개질기(20)로 연료를 공급하는 연료 공급원(30)은, 연료를 저장하는 연료 탱크(31)와, 연료 탱크(31)로부터 연료를 배출시키고 이 연료를 개질기(20)로 공급하는 연료 펌프(33)를 포함한다.
그리고 공기 공급원(50)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하고, 이 공기를 스택(110)의 전기 발생부(116)로 공급하는 공기 펌프(51)를 포함한다. 대안으로서, 상기 공기 공급원(50)은 위와 같은 공기 펌프(51)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 통상적인 구조의 팬(fan)을 구비할 수도 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(100)은 스택(110)의 전기 발생부(116)로 연료를 직접 공급하여 이 연료와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식으로 구성될 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지 시스템(100)은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템과 달리, 도 1에 도시한 개질기(20)를 필요로 하지 않는다. 그러나, 이하에서는 편의상 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명할 뿐, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택(110)의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 구성을 도시한 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택(110)은 언급한 바와 같이, 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(116)를 구비한다. 이러한 전기 발생부(116)는 통상적인 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA, 이하에서는 'MEA' 라고 한다.)(111)와, 이 MEA(111)를 중심에 두고 이의 양면에 밀착 배치되는 세퍼레이터(Separator)(113)을 포함하여 구성된다.
상기에서, MEA(111)는 일면에 애노드 전극, 다른 일면에 캐소드 전극, 및 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 전해질막을 형성하여 이루어지는 바, 애노드 전극은 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극측으로부터 받은 전자, 수소 이온 및 공기 중에 함유된 산소를 반응시켜 물을 생성하는 기능을 하게 된다.
본 실시예에서, 세퍼레이터(113)는, 단일의 세퍼레이터에 대해 MEA(111)의 애노드 전극에 밀착되는 일면에 수소 이동 채널(119a)을 형성하고, MEA(111)의 캐소드 전극에 밀착되는 다른 일면에 산소 이동 채널(119b)을 형성하고 있다. 이 때 수소 이동 채널(119a)은 세퍼레이터(113)의 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되고, 이의 양단을 교호적으로 연결하여 형성될 수 있다. 그리고 산소 이동 채널(119b)은 세퍼레이터(113)의 다른 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되며, 이의 양단을 교호적으로 연결하여 형성될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 세퍼레이터(113)의 일면이 MEA(111)의 애노드 전극에 밀착됨에 따라 수소를 유통시키는 수소 통로(115)를 형성하고, 세퍼레이터(113)의 다른 일면이 MEA(111)의 캐소드 전극에 밀착됨에 따라 공기를 유통시키는 산소 통로(117)를 형성할 수 있다.
상기 수소 통로(115)는 세퍼레이터(113)의 일면에 대해 MEA(111)의 애노드 전극에 밀착되는 제1 부분과, 이 애노드 전극에 이격되는 제2 부분에 의해 형성될 수 있다. 여기서 제1 부분은 세퍼레이터(113)의 일면에 대해 임의의 간격을 두고 돌출 형성되는 다수의 제1 리브(118a)들을 의미하고, 제2 부분은 제1 리브(118a)들 사이의 공간인 상기 수소 이동 채널(119a)을 의미한다.
그리고 산소 통로(117)는 세퍼레이터(113)의 다른 일면에 대해 MEA(111)의 캐소드 전극에 밀착되는 제1 부분과, 이 캐소드 전극에 이격되는 제2 부분에 의해 형성될 수 있다. 여기서 제1 부분은 세퍼레이터(113)의 다른 일면에 대해 임의의 간격을 두고 돌출 형성되는 다수의 제2 리브(118b)들을 의미하고, 제2 부분은 제2 리브(118b)들 사이의 공간인 상기 산소 이동 채널(119b)을 의미한다.
이러한 구조를 기본으로 하는 본 실시예에 의한 세퍼레이터(113)에 있어, 각 이동 채널(119a, 119b)은 세퍼레이터(113)의 양면에 대해 제1,2 리브(118a, 118b)와 상호 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이 때 세퍼레이터(113)는 일반적인 그라파이트(graphite) 소재로 이루어지며, 통상적인 에칭 공정을 거쳐 상기한 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)을 형성할 수 있다. 대안으로, 세퍼레이터(113)는 분말 상태의 탄소 복합재를 압축 성형하는 공정을 거쳐 상기한 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)을 형성할 수도 있다.
구체적으로, 수소 이동 채널(119a)은 단일의 세퍼레이터(113)에 대해 이 세퍼레이터(113)의 일면에 형성되는 바, 세퍼레이터(113)의 다른 일면에 형성되는 제2 리브(118b)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 그리고 산소 이동 채널(119b)은 단일의 세퍼레이터(113)에 대해 이 세퍼레이터(113)의 다른 일면에 형성되는 바, 세퍼레이터(113)의 일면에 형성되는 제1 리브(118a)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)은 단일의 세퍼레이터(113) 양면에 대해 상호 평행하게 마주하면서 임의의 대각선 상에 위치하여 형성될 수 있다.
그리고 본 실시예에 의한 세퍼레이터(113)는 각 이동 채널(119a, 119b)의 길이 방향에 대한 수직한 단면 형상이 라운드의 형상으로 이루어진다. 이는 이동 채널(119a, 119b)을 따라 흐르는 수소와 공기의 원활한 흐름을 도모하기 위함이다. 즉, 상기한 이동 채널(119a, 119b)의 단면을 라운드 형상으로 구성함에 따라, 수소와 공기의 흐름에 저항으로 작용하는 채널의 모서리 부분을 제거하여 수소와 공기 의 원활한 흐름을 도모할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 의한 세퍼레이터(113)는 전체 영역에 대해 최대 두께와 최소 두께를 갖도록 형성된다. 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면, 세퍼레이터(113)는, 전체 영역에 대해 최대 두께를 T1, 리브(118a, 118b)의 두께를 T2, 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b) 사이의 대각선 방향 두께를 T3 라고 할 때, T1＞T2＞T3를 만족하여 형성될 수 있다.
여기서 T1은 각 리브(118a, 118b)의 밀착면을 기준으로 하는 각 밀착면 사이의 두께를 나타낸다. T2는 서로 대응하는 이동 채널(119a, 119b)과 리브(118a, 118b)를 기준으로 하는 각 이동 채널(119a, 119b)의 채널면과 리브(118a, 118b)의 밀착면 사이의 최소 두께를 나타낸다. 그리고 T3은 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)의 접선 간 이격 거리에 해당하는 두께를 나타내며, 이 두께는 당업계에서의 경험치 또는 실험치에 따르는 0.4㎜ 이상을 만족하는 것이 바람직하다. 이와 같이 T3를 0.4㎜ 이상으로 한정하는 이유는, 세퍼레이터(113)가 그라파이트 또는 탄소 복합재로 이루어지는 경우, 이러한 소재가 기체를 통과시키는 기체 투과 성질을 가지고 있기 때문에, T3를 0.4㎜ 이상으로 하여 수소 통로(115)를 통과하는 수소가 산소 통로(117)로 투과되거나 산소 통로(117)를 통과하는 공기가 수소 통로(115)로 투과되는 것을 방지하기 위함이다.
따라서, 본 실시예에 의한 세퍼레이터(113)는 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)이 단일의 세퍼레이터(113) 양면에 대해 임의의 대각선 상에 위치하여 형성되기 때문에, 세퍼레이터(113)의 전체 두께를 증가시키지 않고 소재의 고유한 기체 투과 특성에 따른 제한 조건 즉, 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b) 사이의 두께를 0.4㎜ 이상으로 유지해야 하는 제한 조건을 만족시킬 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시예에 의한 세퍼레이터(113)의 전체 두께(T1)와, 도 4에 도시한 종래의 세퍼레이터(13) 전체 두께(t1)가 동일하다고 가정할 때, 종래에는 "a" 부분의 두께(t2)를 0.4㎜ 이상으로 하여 상기한 제한 조건을 만족시킴으로써 종국에는 세퍼레이터(13)의 전체 두께(t1)가 증가하게 되는 문제점이 있었다. 반면, 본 실시예에서는 상기와 같은 가정하에서, 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b)이 단일의 세퍼레이터(113) 양면에 대해 임의의 대각선 상에 위치하여 형성됨에 따라, 종래 "a" 부분의 두께 증가분 만큼 수소 이동 채널(119a)과 산소 이동 채널(119b) 사이의 간격을 증가시킬 수 있으므로, 세퍼레이터(113)의 전체 두께(T1)를 증가시키지 않고서도 상기한 제한 조건을 만족킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 스택을 채용한 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 개질기(20)는 연료 탱크(31)로부터 연료를 공급받아 이 연료의 개질 반응을 통해 수소를 발생시키고, 상기 수소를 스택(110)의 수소 통로(115)로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(51)는 공기를 흡입하여 이 공기 를 스택(110)이 산소 통로(117)로 공급한다.
따라서, 상기한 수소와 공기는 세퍼레이터(113)의 수소 이동 채널(119a) 및 산소 이동 채널(119b)을 따라 유동하면서 MEA(111)에 의해 전기 화학적인 반응을 일으키게 된다. 이러는 과정에서, 수소 이동 채널(119a) 및 산소 이동 채널(119b)이 길이 방향에 대한 수직한 단면 형상이 라운드의 형상으로 되어 있기 때문에, 수소와 산소는 수소 통로(115) 및 산소 통로(117)를 통해 원활하게 유통되게 된다. 또한 수소 이동 채널(119a) 및 산소 이동 채널(119b)이 세퍼레이터(113)의 양면에 대해 제1,2 리브(118a, 118b)와 상호 대응되는 위치에 형성되고 있기 때문에, 수소 통로(115)를 통과하는 수소가 산소 통로(117)로 투과되거나 산소 통로(117)를 통과하는 공기가 수소 통로(115)로 투과되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
이로써 스택(110)의 전기 발생부(116)에서는 MEA(111)에 의한 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.
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.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 세퍼레이터의 수소 이동 채널과 산소 이동 채널의 구조를 개선하여 세퍼레이터의 전체 두께를 증가시키지 않으면서도 수소 통로와 산소 통로에 대한 기체 투과 현상을 방지할 수 있으므로, 종래와 달리 세퍼레이터의 전체 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 세퍼레이터의 수소 이동 채널 및 산소 이동 채널의 단면 형상을 라운드 형상으로 구성함에 따라, 수소와 공기의 흐름을 원활하게 하여 스택의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly); 및
    수소 및 산소의 이동 채널을 가지면서 상기 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착 배치되며, 일면에 상기 수소 이동 채널을 형성하고 다른 일면에 상기 산소 이동 채널을 형성하는 세퍼레이터(Separator)
    를 포함하며,
    상기 각 이동 채널은, 상기 막-전극 어셈블리에 밀착되는 제1 부분과 상기 막-전극 어셈블리에 이격되는 제2 부분에 의해 형성되며, 상기 일면의 제1 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 서로 대응하게 배치되고,
    상기 세퍼레이터가 전체 영역에 대해 최대 두께와 최소 두께를 갖도록 형성되는 연료 전지용 스택.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 이동 채널은 길이 방향에 대해 수직한 단면 형상이 라운드의 형상으로 이루어지는 연료 전지용 스택.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 최대 두께를 T1, 상기 제1 부분의 두께를 T2, 상기 일면 의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분 사이의 두께를 T3 라고 할 때, T1＞T2＞ T3를 만족하는 연료 전지용 스택.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 일면의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 상호 평행하게 형성되는 연료 전지용 스택.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 일면의 제2 부분과 상기 다른 일면의 제2 부분이 대각선 위치에 형성되는 연료 전지용 스택.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 제1 부분이 임의 간격을 두고 돌출 형성되는 리브로서 형성되고, 상기 제2 부분이 상기 리브들 사이에 배치되는 상기 이동 채널로서 형성되는 연료 전지용 스택.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 이동 채널은 상기 세퍼레이터의 일면이 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착되어 수소를 유통시키는 수소 통로를 형성하며,
    상기 산소 이동 채널은 상기 세퍼레이터의 다른 일면이 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착되어 산소를 유통시키는 산소 통로를 형성하는 연료 전지용 스택.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 그라파이트 소재로 형성되는 연료 전지용 스택.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 탄소 복합재를 압축 성형하여 이루어지는 연료 전지용 스택.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 막-전극 어셈블리와 상기 세퍼레이터에 의한 복수의 전기 발생부를 포함하며, 이들 전기 발생부에 의한 집합체 구조로 이루어지는 연료 전지용 스택.
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