KR100646952B1 - 평판형 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR100646952B1
KR100646952B1 KR1020050107750A KR20050107750A KR100646952B1 KR 100646952 B1 KR100646952 B1 KR 100646952B1 KR 1020050107750 A KR1020050107750 A KR 1020050107750A KR 20050107750 A KR20050107750 A KR 20050107750A KR 100646952 B1 KR100646952 B1 KR 100646952B1
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안성진
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Abstract

본 발명은 평판형 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 복수개의 애노드 전극과 캐소드 전극이 수소이온 교환막의 양면에 소정 간격으로 이격설치된 전극막 조립체를 포함하는 전기 발생부와; 상기 애노드 전극에 대면하도록 제공되고, 수소함유연료 공급홈이 가공되어 있는 애노드 분리판과; 상기 캐소드 전극에 대면하도록 제공되고, 공기소통구멍이 형성되어 있는 캐소드 분리판과; 상기 애노드 분리판이 수용되는 수용부가 표면에 제공되어 있고, 상기 애노드 전극 각각에 수소함유연료를 분배하는 연료분배부재와; 상기 연료분배부재와 애노드 분리판 사이에 개재되어 있는 판상의 개스켓으로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 애노드 전극들 사이에서 수소함유연료가 소통하는 것을 효과적으로 방지하여 스택의 안정성을 향상시키고 또한 연료전지 시스템의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
판상의 개스켓, 관통구, 유동통로

Description

평판형 연료전지 시스템{PLATE TYPE FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템용 스택의 외형도;
도 3은 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템용 스택의 분해 사시도;
도 4a는 제1구조의 애노드 분리판을 도시한 사시도, 도 4b는 제2구조의 애노드 분리판을 도시한 사시도;
도 5는 캐소드 분리판을 도시한 사시도
도 6a는 엔드 프레임의 내측을 도시한 사시도, 도 6b는 엔드 프레임의 외측을 도시한 사시도;
도 7은 연료분배부재의 외형도;
도 8a는 제1구조의 개스켓을 도시한 사시도, 도 8b는 제2구조의 개스켓을 도시한 사시도;
도 9는 전극막 조립체의 평면도;
도 10은 종래예의 연료전지 스택을 나타낸 도면;
도 11은 종래 다른예의 연료전지 스택을 나타낸 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 연료전지 시스템
200 : 스텍
210 : 전기 발생부
212 : 전극막 조립체
214 : 애노드 분리판
216 : 캐소드 분리판
220 : 개스켓
230 : 연료분배부재
240 : 엔드 프레임
[특허문헌 1] 대한민국 특허공개번호 제2005-60904호
[특허문헌 2] 일본국 특허공개번호 제2005-108850호
본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해서 전기를 생성하는 단위전지가 평면에 배열되어 있는 평판형 연료전지 시스템에 관한 것이고, 더 상세하게 수소함유연료를 애노드 전극에 분배하는 연료분배부재가 중간에 개재되어 있고 인접 하는 단위전지들 사이에서의 실링효과를 향상시킬 수 있는 평판형 연료전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 환경문제나 자원문제를 해결하기 위한 방안으로서 천연가스 등의 탄화수소연료, 메탄올 등과 같은 수소함유연료로부터 얻어지는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생성하는 연료전지 시스템에 대한 관심이 집중되어 왔다.
연료전지 시스템은 수소함유연료와 산화제인 산소의 전기화학반응에 의해서 전기를 생성하는 발전장치이다. 이러한 연료전지 시스템은 기본적으로 전기를 생성하는 발전부를 갖는다. 상기 발전부는 선택적 이온투과특성을 갖는 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 제공된 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 전극막 조립체(212MEA)를 구비한 단위전지(unit cell)을 갖는다.
한편, 연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형 연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 등으로 분류된다. 이러한 연료전지 시스템 중에서, 고분자 전해질형 연료전지는 출력특성이 상대적으로 탁월하고 작동온도가 낮을 뿐만 아니라 빠른 시동 및 응답특성을 갖는 장점에 때문에 최근에 휴대용 발전기의 용도로 널리 개발연구되고 있다. 그러나, 고분자 전해질형 연료전지는 수소를 얻기 위한 개질기를 요구하고 있으며, 이는 연료전지 시스템의 소형화에 대한 한계로 작용하였다. 따라서, 이러한 한계를 극복하기 위하여 수소함유연료로서 메탄올을 직접 사용하는 직접 메탄올형 연료전지(DMFC)가 개발되었다.
직접 메탄올형 연료전지 시스템에 있어서, 단위전지의 배열상태, 예를 들어 단위전지가 적층되어 있는 상태와 단위전지가 평면에 배열되어 있는 상태에 따라서 적층형 DMFC와 평판형 DMFC로 구분될 수 있다. 평판형 DMFC에 있어서, 인접하는 단위전지들 사이에서 반응유체가 누출되는 것이 요구되었다.
한편, 대한민국 특허공개번호 제2005-60904호(특허문헌 1)에는 막-전극 어셈블리의 전해질막과 분리막 사이에 실링부재가 개재되고, 상기 실링부재와 접하는 분리판 부위에는 복수의 그루브가 형성되어 있는 연료전지 스택이 개시(도 10 참조)되어 있다.
또한, 일본국 특허공개번호 제2005-108850호(특허문헌 2)에는 바이폴라 플레이트에 있어서, 애노드 전극 및 캐소드 전극이 배치되는 전극영역을 둘러싸는 소정 깊이의 그루브 및 연료통로홀이 각 면에 형성되어 있고, 상기 그루브 상에는 실링부재가 형성되어 있는 직접액체연료전지 스택이 개시(도 11 참조)되어 있다.
그러나, 상술된 연료전지들은 적층형 구조로서 단위전지가 평면에 배열되어 있는 평판형 구조에 적용하는 데에는 한계가 있었다. 즉, 평판형 구조의 연료전지에서 인접하는 단위전지들 사이에서 반응유체가 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 없었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인접하는 단위전지들 사이에서의 유체유출을 효과적으로 방지할 수 있는 실링구조를 갖는 스택 및 이를 구비한 평판형 연료전지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 단위전지의 스택에 수소함유연료를 안정적으로 제공하면서 발전효율을 향상시킬 수 있도록 애노드 전극에 수소함유연료를 분배하는 연료분배부재가 중간에 개재되어 있는 스택 및 이를 구비한 평판형 연료전지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 평판형 연료전지 시스템은 복수개의 애노드 전극과 캐소드 전극이 수소이온 교환막의 양면에 소정 간격으로 이격설치된 전극막 조립체를 포함하는 전기 발생부와; 상기 애노드 전극에 대면하도록 제공되고, 수소함유연료 공급홈이 가공되어 있는 애노드 분리판과; 상기 캐소드 전극에 대면하도록 제공되고, 공기소통구멍이 형성되어 있는 캐소드 분리판과; 상기 애노드 분리판이 수용되는 수용부가 표면에 제공되어 있고, 상기 애노드 전극 각각에 수소함유연료를 분배하는 연료분배부재와; 상기 연료분배부재와 애노드 분리판 사이에 개재되어 있는 판상의 개스켓으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 연료분배부재에는 애노드 분리판이 수용되는 수용부가 형성되고 상기 개스켓은 상기 수용부에 대응하는 넓이를 갖는다. 상기 연료분배부재의 수용부에 는 수소함유연료의 소통이 가능한 제1개구 및 제2개구가 형성되고, 상기 개스켓에는 상기 제1개구 및 제2개구에 각각 대응하는 제1관통구 및 제2관통구가 형성된다.
상기 개스켓에는 상기 제1관통구와 제2관통구를 유체소통이 가능하게 연결하는 유동통로가 형성되고, 상기 개스켓의 유동통로는 상기 애노드 분리판에 형성되어 있는 수소함유연료 유동홈에 대응한다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템용 스택의 외형도이고, 도 3은 본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템용 스택의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 평판형 연료전지 시스템(100)은 수소와 산소의 전기화학반응을 통해서 전기를 생성하는 전기 발생부(210)를 포함하는 스택(200)과, 스택(200)에 수소함유연료를 공급하기 위한 연료공급부(300)를 갖는다.
스택(200)에 있어서, 전기 발생부(210)는 선택적 이온투과성을 갖는 전해질 고분자막(212a)과, 전해질 고분자막(212a)의 양면 각각에 배열되어 있는 복수개의 애노드 전극(212b) 및 캐소드 전극(212c)으로 이루어진 전극막 조립체(212; MEA)를 갖는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전극막 조립체(212)에 있어서, 전해질 고분자막(212a)은 하나의 시트(sheet)로 제공된다. 전해질 고분자막(212a)의 일면에 있어 서, 애노드 전극(212b)은 연료의 공급 및 확산을 위한 지지층과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층으로 이루어지고, 인접하는 애노드 전극(212b)들은 소정간격으로 이격된다. 마찬가지로, 전해질 고분자막(212a)의 타면에 있어서, 캐소드 전극(212c)은 연료의 공급 및 확산을 위한 지지층과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층으로 이루어지고, 캐소드 전극(212c)들은 소정간격으로 이격된다.
이때, 전해질 고분자막(212a)의 양면 각각에 있어서, 애노드 전극(212b)들과 캐소드 전극(212c)들은 서로 대응하도록 배열된다. 전해질 고분자막(212a)에 있어서, 인접하는 애노드 전극(212b)들 사이의 공간 또는 캐소드 전극(212c)들 사이의 공간과, 전해질 고분자막(212a)의 테두리에는 복수개의 체결구멍(212a-1)이 가공된다. 이는 하기에 설명되는 바와 같이 스택(200)의 조립작업시 볼트가 관통할 수 있는 구멍으로서 작용한다.
또한, 전기 발생부(210)는 애노드 전극(212b)에 대면하도록 제공되고 수소함유연료 유동홈(214a-1)이 가공되어 있는 애노드 분리판(214)과, 캐소드 전극(212c)에 대면하도록 제공되고 공기소통구멍(216a-1)이 형성되어 있는 캐소드 분리판(216)을 더 포함한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 애노드 분리판(214)은 내식성이 양호한 강성의 스테인레스 재질, 예를 들어 SUS 304 재질로 이루어지고, 애노드 전극(212b)에 대면하도록 대응하는 플레이트(plate) 구조를 갖는다. 바람직하게, 애노드 분리판(214)의 표면에는 금(Au)과 같은 도전성 물질의 피복층(미도시)이 제공된다. 이는 하기에 설명되는 바와 같이 애노드 분리판(214)을 통한 전기전도효율을 향상시키기 위함이다. 또한, 캐소드 분리판(216)도 내식성이 양호한 강성의 스테인레스 재질, 예를 들어 SUS 304 재질로 이루어지고, 캐소드 전극(212c)에 대면하도록 대응하는 플레이트(plate) 구조를 갖는다. 바람직하게, 캐소드 분리판(216)의 표면에는 금(Au)과 같은 도전성 물질의 피복층(미도시)이 제공된다. 이는 하기에 설명되는 바와 같이 캐소드 분리판(216)을 통한 전기전도효율을 향상시키기 위함이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 애노드 분리판(214)는 판상의 애노드 본체(214a)와, 애노드 본체(214a)의 일측에서 외부로 돌출하는 제1출력단자(214b)가 제공된 구조를 갖는다. 애노드 본체(214a)에는 수소함유연료가 유동할 수 있는 유동홈(214a-1)이 가공된다. 유동홈(214a-1)은 수소함유연료가 연료분배부재(230)로부터 유입되는 유입부(A)와, 유입부(A)로부터 유입된 수소함유연료가 유동하는 유동부와, 유동부를 따라서 유동한 수소함유연료가 배출되는 배출부(B)로 구성된다. 바람직하게, 판상의 애노드 본체(214a)에 있어서, 유입부(A)와 배출부(B)는 대각의 위치에 배치된다. 유동홈(214a-1)은 3개의 채널로 도시되어 있지만 이에 한정되지는 않는다. 애노드 분리판(214)은 제1출력단자(214b)가 유입부(A)로부터 이격되어 있는 제1구조(도 4a 참조)와, 제1출력단자(214b)가 유입부(A)에 인접하고 있는 제2구조(도 4b 참조)로 구분될 수 있다.
도 5를 참조하면, 캐소드 분리판(216)은 판상의 캐소드 본체(216a)와, 캐소드 본체(216a)의 일측에서 외부로 돌출하는 제2출력단자(216b)가 제공된 구조를 갖는다. 캐소드 본체(216a)에는 공기소통이 가능한 소통구멍(216a-1)이 형성된다.
본 발명에 따르면, 스택(200)은 전극막 조립체(212)의 일면에 제공되어 있는 복수개의 애노드 전극(212b) 각각에 수소함유연료를 분배하기 위한 연료분배부재(230)를 더 포함한다. 연료분배부재(230)에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이 애노드 분리판(214)이 수용될 수 있도록 리브(230-2)에 의해서 한정된 소정 크기의 수용부(230-1)가 표면에 제공된다. 바람직하게, 수용부(230-1)는 연료분배부재(230)의 양면, 즉 상부면과 하부면에 제공된다. 리브(230-2)는 연료분배부재(230)에 일체형으로 제공될 수 있다. 리브(230-2)의 일부를 절취함으로써 리브 절취부(230a)가 형성되고, 리브 절취부(230a)를 통해서 애노드 분리판(214)의 제1출력단자(214b)는 외부로 돌출한다. 또한, 리브(230-2)에는 복수개의 제1체결구멍(230b)이 형성된다. 제1체결구멍(230b)은 전해질 고분자막(212a)에 형성되어 있는 체결구멍(212a-1)에 각각 대응한다.
연료분배부재(230)의 일측면에는 수소함유연료가 유입될 수 있도록 연료공급부(300)에 유체소통이 가능하게 연결되는 유입개구(232)가 제공되고, 수용부(230-1)에는 유입개구(232)에 유체소통이 가능하게 연결되어 수소함유연료가 통과할 수 있는 제1개구(230-1a)가 제공된다. 또한 수용부(230-1)에는 수소함유연료가 배출될 수 있는 제2개구(230-1b)가 제공된다. 이때, 연료분배부재(230)에는 유입개구(232)와 제1개구(230-1a) 사이에서 위치하여 수소함유연료를 공급하는 연료공급용 매니폴드(미도시)와, 제2개구(230-1b)와 배출개구(미도시) 사이에 위치하여 수소함유연료를 배출하는 연료배출용 매니폴드(미도시)가 내장된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료분배부재(230)와 애노드 분리판(214) 사이에는 수소함유연료의 유출을 방지하기 위한 탄성 재질의 개스켓(220)이 제공된다. 바람직하게, 개스켓(220)은 도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이 연료분배부재(230)의 수용부(230-1)에 수용될 수 있는 판상의 몸체부(220a)로 이루어진다. 또한, 개스켓(220)에는 몸체부(220a)의 일측면으로부터 연장하는 연장부(220b)를 구비할 수 있다. 개스켓(220)은 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 개스켓(220)의 몸체부(220a)는 수용부(230-1)에 대응하는 넓이를 갖는다. 개스켓(220)의 몸체부(220a)의 적어도 일면에는 접착층(미도시)이 제공될 수 있다. 개스켓(220)의 몸체부(220a)에는 수용부(230-1)의 제1개구(230-1a)에 대응하는 제1관통구(220a-1)와, 수용부(230-1)의 제2개구(230-1b)에 대응하는 제2관통구(220a-2)가 형성된다. 바람직하게, 개스켓(220)의 몸체부(220a)에는 제1개구(220a-1)와 제2개구(220a-1)를 유체소통이 가능하게 연결하는 유동경로(220a-3)이 제공될 수 있다. 더 바람직하게, 유동경로(220a-3)는 애노드 분리판(214)의 유동홈(214a-1)에 대응하도록 제공된다.
또한, 개스켓(220)의 연장부(220b)는 연료분배부재(230)의 리브 절취부(230a)에 안착될 수 있는 구조를 갖는다. 이때, 개스켓(220)은 이에 한정되지는 않지만 연장부(220b)와 제1관통구(220a-1)가 이격되어 있는 제1구조(도 8a 참조)와, 연장부(220b)와 제2관통구(220a-2)가 인접하고 있는 제2구조(도 8b 참조)로 이루어질 수 있다.
스택(200)은 또한 캐소드 분리판(216)이 안착되는 안착부(240-1)가 형성되어 있는 엔드 프레임(240)을 더 포함한다. 도 6a와 도 6b를 참조하면, 엔드 프레임(240)은 부도체 특성을 가지면서 금속재질의 강도를 갖는 플라스틱, 예를 들어 PEEK 재질로 이루어진다. 바람직하게, 엔드 프레임(240)은 안착부(240-1)를 통해서 관통되어 있는 구조를 갖고, 이는 캐소드 분리판(216)에 형성되어 있는 소통구멍(216a-1)으로 공기가 원활하게 소통될 수 있도록 하기 위함이다. 안착부(240-1)를 한정하는 프레임에는 복수개의 제2체결구멍(240b)이 형성되어 있고, 제2체결구멍(240b)은 연료분배부재(230)의 리브(230-2)에 형성되어 있는 제1체결구멍(230b)에 대응한다. 엔드 프레임에는 그 일부를 절취함으로써 프레임 절취부(240a)가 형성된다. 이때, 캐소드 분리판(216)의 제2출력단자(216b)는 프레임 절취부(240a)를 통해서 외부로 연장한다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)용 스택(200)의 조립과정을 설명하면, 다음과 같다.
연료분배부재(230)의 수용부(230-1) 각각에 개스켓(220)과 애노드 분리판(214)을 위치시키고, 이어서 애노드 분리판(214)에 애노드 전극(212b)이 대면하도록 전극막 조립체(212)를 설치한다. 이 후에, 캐소드 전극(212c)에 대면하도록 캐소드 분리판(216)을 위치시킨 후 엔드 프레임(240)을 배치한다. 그리고, 볼트(10) 와 같은 체결부재를 캐소드 분리판(216)의 제2체결구멍(240b), 전극막 조립체(212)의 체결구멍(212a-1) 및 연료분배부재(230)의 제1체결구멍(230b)에 관통시키고 너트(20)로 체결시킴으로써 스택(200)이 완성된다.
이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 작동에 대하여 설명한다.
수소함유연료, 예를 들어 메탄올은 연료공급부(300)로부터 유입개구(232)를 통해서 연료분배부재(230)의 연료공급용 매니폴드에 유입된다. 이 후에, 메탄올은 수용부(230-1)의 제1개구(230-1a)와 개스켓(220)의 제1관통구(220a-1)를 통해서 애노드 분리판(214)의 유입부(A)로 공급된다. 그리고, 애노드 분리판(214)의 유동홈(214a-1)을 따라서 유동하는 메탄올은 애노드 전극(212b)에 공급된다. 이때, 상술된 바와 같이 개스켓(220)은 연료분배부재(230)의 수용부(230-1)에 면접촉, 특히 접착제에 의해서 안정적으로 면접촉하고 있으므로 메탄올이 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히 인접하는 애노드 전극(212b) 사이에서 메탄올이 소통하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 산소함유공기는 엔드 프레임(240)에 형성되어 있는 관통형 안착부를 경유한 후에 캐소드 분리판(216)의 소통구멍(216a-1)을 통해서 캐소드 전극(212c)에 공급된다.
이때, 전극막 조립체(212)에 있어서, 메탄올로부터 얻어지는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해서 DC 전기가 생성된다.
즉, 전극막 조립체(212)의 애노드 전극(212b)과 캐소드 전극(212c)에서 이루어지는 전기화학반응은 하기 반응식과 같다.
애노드 반응: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e_
캐소드 반응: (3/2)O2 + 6H+ + 6e_ → 3H2O
전체 반응: CH3OH + (3/2)O2 → 2H2O + CO2
애노드 전극(212b)에서는 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소 및 6개의 수소이온과 전자가 생성된다(산화반응). 생성된 수소이온은 전해질 고분자막(212a)을 통해서 캐소드 전극(212c)에 전달된다. 캐소드 전극(212c)에서는 수소이온과, 외부회로를 통해 전달된 전자와, 산소가 반응하여 물을 생성한다(환원반응). 전체적으로는, 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하고, 또한 전기를 생성한다. 이때, 생성된 전기는 애노드 분리판(214)과 캐소드 분리판(216)에 전기적으로 연결되어 있는 집전체(미도시)를 통해서 외부로 제공된다.
한편, 애노드 분리판(214)의 유동홈(214a-1)을 따라서 유동하는 동안 애노드 전극(212b)에 공급되지 못한 여분의 수소함유연료는 배출부(B)와, 개스켓(220)의 제2관통구(220a-2)를 경유한 후에 연료분배부재(230)의 제2개구(230-1b)를 통해서 연료배출용 매니폴드로 배출된다.
본 발명에 따르면, 인접하는 애노드 전극들 사이에서 수소함유연료가 소통하는 것을 효과적으로 방지하여 스택의 안정성을 향상시키고 또한 연료전지 시스템의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 복수개의 애노드 전극과 캐소드 전극이 수소이온 교환막의 양면에 소정 간격으로 이격설치된 전극막 조립체를 포함하는 전기 발생부와;
    상기 애노드 전극에 대면하도록 제공되고, 수소함유연료 공급홈이 가공되어 있는 애노드 분리판과;
    상기 캐소드 전극에 대면하도록 제공되고, 공기소통구멍이 형성되어 있는 캐소드 분리판과;
    상기 애노드 분리판이 수용되는 수용부가 표면에 제공되어 있고, 상기 애노드 전극 각각에 수소함유연료를 분배하는 연료분배부재와;
    상기 연료분배부재와 애노드 분리판 사이에 개재되어 있는 판상의 개스켓으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료분배부재에 수소함유연료를 공급하는 연료공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개스켓의 적어도 일면에는 접착층이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개스켓은 상기 연료분배부재에 형성된 수용부에 대응하는 넓이를 갖는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연료분배부재의 수용부에는 수소함유연료의 소통이 가능한 제1개구 및 제2개구가 형성되고 상기 개스켓에는 상기 제1개구 및 제2개구에 각각 대응하는 제1관통구 및 제2관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료분배부재에는 상기 수용부의 제1개구에 유체소통이 가능하게 연결되는 연료공급용 매니폴드와, 상기 제2개구에 유체소통이 가능하게 연결되는 연료배출용 매니폴드가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 연료분배부재의 양면에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 연료분배부재에는 상기 수용부를 한정하는 리브가 제공되고, 상기 리브에는 일부가 절취되어 있는 리브 절취부가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 애노드 분리판에는 상기 리브 절취부를 통해서 외부로 연장하는 연장돌기가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드 분리판이 안착되는 안착부가 형성되어 있는 엔드 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엔드 프레임에는 일부가 절취되어 있는 프레임 절취부가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 캐소드 분리판에는 상기 프레임 절취부를 통해서 외부로 연장하는 연장돌기가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 리브에는 복수개의 제1체결구멍이 형성되어 있고, 상기 엔드 프레임에는 상기 제1체결구멍에 대응하는 복수개의 제2체결구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 리브 절취부와 프레임 절취부는 엇갈리도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 개스켓에는 상기 제1관통구와 제2관통구를 유체소통이 가능하게 연결하는 유동통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 개스켓의 유동통로는 상기 애노드 분리판에 형성되어 있는 수소함유연료 유동홈에 대응하는 것을 특징으로 하는 평판형 연료전지 시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06349512A (ja) * 1993-06-08 1994-12-22 Murata Mfg Co Ltd 燃料電池
JP2004103262A (ja) 2002-09-04 2004-04-02 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池
JP2004119189A (ja) 2002-09-26 2004-04-15 Nitto Denko Corp 燃料電池
US20040091765A1 (en) 2000-05-08 2004-05-13 Lee Sang-Joon John Fuel cell assembly
KR100493153B1 (ko) 2002-03-20 2005-06-03 삼성에스디아이 주식회사 공기 호흡형 직접 메탄올 연료전지 셀팩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06349512A (ja) * 1993-06-08 1994-12-22 Murata Mfg Co Ltd 燃料電池
US20040091765A1 (en) 2000-05-08 2004-05-13 Lee Sang-Joon John Fuel cell assembly
KR100493153B1 (ko) 2002-03-20 2005-06-03 삼성에스디아이 주식회사 공기 호흡형 직접 메탄올 연료전지 셀팩
JP2004103262A (ja) 2002-09-04 2004-04-02 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池
JP2004119189A (ja) 2002-09-26 2004-04-15 Nitto Denko Corp 燃料電池

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