KR100647666B1 - 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택 - Google Patents

바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택 Download PDF

Info

Publication number
KR100647666B1
KR100647666B1 KR1020040098748A KR20040098748A KR100647666B1 KR 100647666 B1 KR100647666 B1 KR 100647666B1 KR 1020040098748 A KR1020040098748 A KR 1020040098748A KR 20040098748 A KR20040098748 A KR 20040098748A KR 100647666 B1 KR100647666 B1 KR 100647666B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow channel
fuel
bipolar plate
fuel passage
manifold
Prior art date
Application number
KR1020040098748A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060059614A (ko
Inventor
최경환
임종구
조용훈
문일
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 KR1020040098748A priority Critical patent/KR100647666B1/ko
Priority to CNB2005101202393A priority patent/CN100454622C/zh
Priority to US11/287,443 priority patent/US8119306B2/en
Priority to JP2005343975A priority patent/JP2006156398A/ja
Publication of KR20060059614A publication Critical patent/KR20060059614A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100647666B1 publication Critical patent/KR100647666B1/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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2455—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged 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
    • H01M8/02—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
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • 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
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • 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
    • 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
    • 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

Abstract

본 발명은 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택에 관하여 개시한다. 개시된 바이폴라 플레이트는 연료통로홀과 연결된 매니폴드와, 상기 매니폴드로부터 연결된 복수의 유로채널을 구비한다. 상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹의 유로채널은 써펜타인 타입 유로를 형성하며, 각 유로채널의 경로 길이는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택{Bipolar plate and direct liquid feed fuel cell stack}
도 1은 일반적인 직접액체연료전지의 단위 셀 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래의 바이폴라 플레이트의 일면의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트에서의 유속을 시뮬레이션한 결과이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100)에서의 유속을 시뮬레이션한 결과이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 직접액체연료전지 스택의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
100,200: 바이폴라 플레이트 102,202: 전극 영역
110,210: 유로채널 112,212: 매니폴드
114: 직선부 116: 변환부
130,132,230,232: 연료통과홀 140: 멤브레인
142: 애노드 전극 144: 캐소드 전극
150: 가스켓 160: 종단 도전성 플레이트
170: 전류집전판 180: 엔드 플레이트
본 발명은 직접액체연료전지 스택의 바이폴라 플레이트에 관한 것이다.
직접액체연료전지(Direct Liquid Feed Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올 등의 유기화합물 연료와 산화제인 산소와의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 발전장치로서 에너지밀도 및 전력밀도가 매우 높으며, 메탄올 등 액체연료를 직접 사용하기 때문에 연료개질기(reformer) 등 주변장치가 필요치 않으며 연료의 저장 및 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.
직접액체연료전지의 단위 셀은 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3) 사이에 전해질막(1)이 개재되어 멤브레인 전극 어셈블리(membrane electrode assembly: MEA) 구조를 형성한다. 각 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)의 구조는 연료의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer, 22, 32)과 연료의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층(21, 31), 그리고 전극 지지체(23, 33)을 구비한다. 전극 반응을 위한 촉매층(21, 31)은 저온에서도 우수한 특성을 갖는 백금과 같은 귀금속 촉매가 사용될 수 있다. 또한, 반응 부생성물인 일산화탄소에 의 한 촉매피독 현상(catalyst poisoning)을 방지하기 위하여 루테늄, 로듐, 오스늄, 니켈 등과 같은 전이금속을 포함하는 합금이 사용될 수 있다. 전극 지지체(23, 33)는 탄소종이, 탄소직물 등이 사용되며 연료의 공급과 반응 생성물의 배출이 용이하도록 발수처리(wet-proofed)하여 사용한다. 전해질막(1)은 두께가 50-200㎛ 인 고분자막으로서 수분을 함유하며 이온전도성을 갖는 수소이온교환막이 사용된다.
메탄올과 물을 혼합 연료로 사용하는 직접메탄올연료전지 (Direct Methanol Fuel Cell, 이하 DMFC)의 전극반응은 연료가 산화되는 애노드 반응과 수소이온과 산소의 환원에 의한 캐소드 반응으로 구성되며 반응식은 다음과 같다.
CH3OH +H2O → CO2 +6H+ + 6e- (Anode reaction)
3/2O2 +6H+ + 6e- → 3H2O (Cathode reaction)
CH3OH + 3/2O2 → 2H2O + CO2 (Overall reaction)
산화반응(반응식 1)이 일어나는 애노드 전극(2)에서는, 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소, 6개의 수소이온 및 전자가 생성이 되며, 생성된 수소이온은 수소이온교환막(1)을 거쳐 캐소드 전극(3)으로 전달된다. 환원반응(반응식 2)이 일어나는 캐소드 전극(3)에서는, 수소이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자 그리고 산소 간의 반응에 의해 물이 생성된다. 따라서 DMFC 총괄반응(반응식 3)은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다.
DMFC의 단위 셀의 발생전압은 이론적으로는 1.2 V 정도이지만 상온, 상압 조건에서 개회로 전압(open circuit voltage)은 1 V 이하가 되며, 실제 작동전압은 활성화 과전압및 저항 과전압에 의한 전압강하가 일어나기 때문에 0.4 ~ 0.6 V 정도가 된다. 따라서 원하는 용량의 전압을 얻기 위해서는 여러 장의 단위 셀을 직렬로 연결하여야 한다.
스택 전지는 여러 장의 단위 셀이 적층된 것이며, 적층된 단위 셀들은 전기적으로 직렬 연결된 것이다. 단위 셀들 간에는 도전성 플레이트인 바이폴라 플레이트(bipolar plate)(4)가 개재되어 전기적으로 인접한 단위 셀 들을 전기적으로 상호 연결한다.
바이폴라 플레이트(4)로서 전기전도성과 기계적 강도가 우수하고 가공성이 좋은 흑연블록(graphite block)이 주로 적용되며, 메탈 또는 전도성 고분자가 함유된 복합(composite) 재료들에 의한 블록도 적용된다. 바이폴라 플레이트(4)의 양면에는 접촉되는 애노드(2)와 캐소드(3)에 각각 연료(메탄올)와 공기를 독립적으로 공급하기 위한 유로 채널(41, 42)이 형성되어 있다. 스택의 중간에 위치하는 바이폴라플레이트(4)의 양면에 공기채널(42) 및 연료채널(41)이 각각 형성되어 있고, 스택의 종단에는 각각 접촉되는 전극(2, 3)에 연료 또는 산소를 공급하는 모노폴라 플레이트(monopolar plate)인 엔드 플레이트(미도시)가 배치된다. 엔드 플레이트에는 접촉되는 단위 셀에 공기 또는 연료를 공급하는 채널(도 1의 41, 42 참조)이 형 성되어 있다.
도 2는 종래의 바이폴라 플레이트의 일면, 예컨대 액체연료채널이 형성된 면을 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 바이폴라 플레이트(4)에는 MEA 가 배치되는 전극영역(47)에 복수의 연료채널(41)이 뱀자리(serpentine) 형상으로 상부가 개방되게 형성되어 있다. 전극영역(47) 밖에는 연료채널(41)의 입,출구와 연결되는 매니폴드(46)와, 상기 매니폴드(46)에 연통되어서 액체연료 또는 산화제 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 바이폴라 플레이트(4)를 관통하는 연료통로홀(43a,43b,44a,44b)이 형성되어 있다. 상기 연료통로홀(43a,43b,44a,44b)은 액체연료의 입구(43a) 및 출구(43b)와, 산화제의 입구(44a) 및 출구(44b)를 형성한다.
도 2에 도시된 뱀자리(serpentine)형상의 유로채널은 연료가 유입되는 연료통로홀(43a)로부터 연료와 반응생성물이 배출되는 연료통로홀(43b) 사이에서의 연료 농도 구배가 크다. 또한, 연료통로홀(43a) 및 연료통로홀(43b)가 동일한 측면에 형성된 경우, 다수의 유로들로 이루어진 유로채널은 각 유로 간의 경로 길이 차이가 발생되며 따라서 유속의 차이가 발생될 수 있다. 또한, 유로의 길이가 길어서 압력손실이 크다.
본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 유체의 압력손실이 줄고 상기 유체의 농도의 구배를 줄인 바이폴라 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 바이폴라 플레이트를 구비한 직접액체연료전지 스택을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 국면에 따른 바이폴라 플레이트는,
연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀이 형성되며, 그 양면에 각각 상기 연료통로홀과 연통되어 상기 연료가 유동하는 유로채널이 형성되며,
상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드; 및
상기 매니폴드로부터 연결된 복수의 유로채널;을 구비하며,
상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹의 유로채널은 써펜타인 타입 유로를 형성하며, 각 유로채널의 경로 길이는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 국면에 따른 바이폴라 플레이트는,
연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀이 형성되며, 그 양면에 각각 상기 연료통로홀과 연통되어 상기 연료가 유동하는 유로채널이 형성되며,
상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드;
상기 각 매니폴드로부터 연결된 복수의 분기관;
상기 각 분기관과 연결된 입구부 또는 출구부; 및
상기 대응되는 입구부 및 출구부에 서로 평행하게 연결된 복수의 유로채널;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 국면에 따른 직접액체연료전지 스택은, 전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재되며,
상기 바이폴라 플레이트는,
상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀;
상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드; 및
상기 매니폴드로부터 연결된 복수의 유로채널;을 구비하며,
상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹의 유로채널은 써펜타인 타입 유로를 형성하며, 각 유로채널의 경로 길이는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 국면에 따른 직접액체연료전지 스택은, 전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재되며,
상기 바이폴라 플레이트는,
상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀;
상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드;
상기 각 매니폴드로부터 연결된 복수의 분기관;
상기 각 분기관과 연결된 입구부 또는 출구부; 및
상기 대응되는 입구부 및 출구부에 서로 평행하게 연결된 복수의 유로채널;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일면, 예컨대 액체연료의 유로가 형성된 면을 보여주는 평면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 바이폴라 플레이트(100)의 상면에는 액체연료가 유동하는 유로채널(110)이 형성되어 있으며 그 하부에는 산화제(공기)가 유동하는 유로채널(110)이 형성되어 있다. 상기 유로채널(100)은 MEA(도 1의 1 참조)가 배치되는 전극영역(102) 내에 형성되어 있다.
상기 유로채널(110)의 입,출구는 매니폴드(112)와 연통되어 있다. 상기 매니폴드(112)는 액체연료 또는 산화제 연료를 공급 또는 회수하는 통로로서 바이폴라 플레이트(100)를 관통하는 연료통로홀(130a, 130b, 132a, 132b)에 연통되어 있다. 상기 연료통로홀(130a, 130b, 132a, 132b)은 액체연료의 입구(130a) 및 출구(130b) 와, 산화제의 입구(132a) 및 출구(132b)를 형성한다.
상기 매니폴드(112)에 연결되는 유로채널(110)은 복수의 그룹, 예컨대 2개의 그룹으로 나누어져 있고, 각 그룹에 속하는 유로채널(110)은 전극영역(102)에서 각각 동일한 넓이로 형성된다. 각 그룹에 속하는 유로채널(110)은 써펜타인(serpentine) 타입 유로로서, 직선부(114)와, 전환부(116)으로 이루어져 있다. 상기 복수의 직선부(114)를 통과한 유로는 전환부(116)에서 합쳐지며, 다시 복수의 직선부(114)로 분할되는 것을 반복한다. 이러한 유로의 분할과 통합을 반복하는 구조는 각 그룹내 유로채널(110) 간의 연료 농도 차이를 감소시키는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100)는 전체를 하나의 써펜타인 유로로 형성하는 것과 비교해서 대략 그 경로길이가 1/2 로 준다. 즉, 상기 매니폴드(112)에서 나뉜 그룹의 수 만큼 경로길이가 준다. 따라서, 일측의 매니폴드(112)로부터 타측의 매니폴드(112) 까지의 경로길이가 짧아지므로 그만큼 전극영역에서의 농도구배는 감소한다.
상기 서로 대응되는 연료통로홀(130a 및 130b)(132a 및 132b)은 대각선 방향에 형성되므로, 각 유로채널의 경로길이는 실질적으로 동일하게 된다.
한편, 상기 실시예에서는 각 그룹에 속하는 유로채널이 통합되고 분할되는 과정을 반복하였지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 각 그룹에 속하는 유로채널이 도 2에 도시된 유로채널처럼 서로 독립적으로 형성될 수 있다. 즉, 써펜타인 유로채널로 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100)에서의 유속을 시뮬레이션한 결과이다. 도 5를 참조하면, 매니폴라 플레이트(100)에서 각 유로채널에서의 유체의 유속이 거의 일정한 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 직접액체연료전지 스택의 단면도이며, 제1실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 연료전지 스택에는 다수의 MEA가 적층되어 있으며, MEA 사이에는 도전성 플레이트인 바이폴라 플레이트(100)가 배치되어 있다. 각 MEA는 멤브레인(140)을 중앙으로하여 그 양측에 애노드 전극(142) 및 캐소드 전극(144)이 배치되어 있다. 상기 스택의 상하에 종단 도전성 플레이트(160a,160b)가 배치되어 있다. 이 종단 도전성 플레이트(160a,160b)는 그 일면 만이 MEA 와 접촉되므로 바이폴라 플레이트(100)의 일면의 형상을 가지며 그 작용은 바이폴라 플레이트(100)와 동일하다. 상기 종단 도전성 플레이트(160a, 160a)의 바깥측 표면에 전류 집전판(170a, 170b)이 위치한다. MEA 및 이들 사이의 바이폴라 플레이트(100) 및 스택 상하의 종단 도전성 플레이트(160a,160b), 전류집전판(170a,170b)은 양 고정용 엔드 플레이트(180a,180b)에 의해 나사결합되어 고정된다.
참조번호 150은 실링제, 예컨대 가스캣이며, 연료통과홀(130a, 130b, 132a, 132b)로부터의 액체연료 또는 산화제(공기)가 애노드 전극(142) 또는 캐소드 전극(144)과 연통되는 것을 방지한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일면, 예컨대 액체 연료의 유로가 형성된 면의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 바이폴라 플레이트(200)의 상면에는 액체연료가 유동하는 유로채널(210)이 형성되어 있다. 상기 채널(210)은 MEA가 배치되는 전극영역(202) 에 형성되어 있다.
상기 유로채널(210)은 서로 평행하게 배치되어 있으며, 복수의 그룹, 예컨대 4개 그룹으로 나뉘어져 있다. 각 그룹의 유로채널들(210)의 입,출구는 입구부(214) 및 출구부(216)에 연결되어 있고, 각 입구부(214) 및 출구부(216)는 매니폴드(212)와 분기관(218)으로 연통되어 있다. 상기 매니폴드(212)는 액체연료 또는 산화제 연료를 공급 또는 회수하는 통로로서 바이폴라 플레이트(200)를 관통하는 연료통로홀(230a, 230b, 232a, 232b)에 연통되어 있다. 상기 연료통로홀(230a, 230b, 232a, 232b)은 액체연료의 입구(230a) 및 출구(230b)와, 산화제의 입구(232a) 및 출구(232b)를 형성한다.
상기 분기관(218)은 서로 연통되지 않도록 독립적으로 형성되며, 상기 서로 대응되는 연료통과홀(232a 및 232b)은 대각선 방향에 형성되어서, 대응되는 연료통과홀(230a 및 230b)과 각 그룹의 입구부(214) 및 출구부(216) 사이의 분기관(218) 길이가 실질적으로 동일하다.
본 발명의 제2실시예에 따른 바이폴라 플레이트(200)는 전체를 하나의 써펜타인 유로로 형성하는 것과 비교하여 연료가 흐르는 유로채널의 길이가 짧으므로 전극영역에서의 농도 구배가 줄어든다. 또한, 유로채널에서의 압력손실이 줄어든다.
상기한 바와 같이, 본원 발명에 따른 바이폴라 플레이트는 전극영역을 복수의 구역으로 나누어서 유로채널이 형성되어 있으며, 연료를 흐르게 하는 유로의 길이가 짧으며, 각 유로채널의 유로 길이가 거의 동일한 수준이다. 또한, 유로채널 간의 연료농도의 구배가 감소하며, 유로채널에서의 압력 손실이 줄어든다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀이 형성되며, 그 양면에 각각 상기 연료통로홀과 연통되어 상기 연료가 유동하는 유로채널이 형성된 직접액체연료전지용 바이폴라 플레이트에 있어서,
    상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드; 및
    상기 매니폴드로부터 연결된 복수의 유로채널;을 구비하며,
    상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹의 유로채널은 써펜타인 타입 유로를 형성하며, 각 유로채널의 경로 길이는 실질적으로 동일하며,
    상기 각 그룹의 유로채널은, 직선부와 상기 유로의 방향을 바꾸는 전환부를 구비하며,
    상기 전환부에서 상기 복수의 서로 평행한 직선부가 합쳐져서 다시 서로 평행한 복수의 직선부로 나뉘는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로채널은, 서로 독립적으로 형성된 써펜타인 유로채널인 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트에서 상기 연료가 입출입되는 대응되는 상기 연료통로홀은 대각선 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  5. 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀이 형성되며, 그 양면에 각각 상기 연료통로홀과 연통되어 상기 연료가 유동하는 유로채널이 형성된 직접액체연료전지용 바이폴라 플레이트에 있어서,
    상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드;
    상기 각 매니폴드로부터 연결된 복수의 분기관;
    상기 각 분기관과 연결된 입구부 또는 출구부; 및
    상기 대응되는 입구부 및 출구부에 서로 평행하게 연결된 복수의 유로채널; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트에서 상기 연료가 입출입되는 대응되는 상기 연료통로홀은 대각선 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 분기관은 서로 독립적으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나뉘며, 각 그룹에 연결된 상기 분기관의 길이는 대략 동일한 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  9. 전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재된 직접액체연료전지 스택에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트는,
    상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀;
    상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드; 및
    상기 매니폴드로부터 연결된 복수의 유로채널;을 구비하며,
    상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹의 유로채널은 써펜타인 타입 유로를 형성하며, 각 유로채널의 경로 길이는 실질적으로 동일하며,
    상기 각 그룹의 유로채널은, 직선부와 상기 유로의 방향을 바꾸는 전환부를 구비하며,
    상기 전환부에서 상기 복수의 서로 평행한 직선부가 합쳐져서 다시 서로 평행한 복수의 직선부로 나뉘는 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로채널은, 서로 독립적으로 형성된 써펜타인 유로채널인 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트에서 상기 연료가 입출입되는 대응되는 상기 연료통로홀은 대각선 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  13. 전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재된 직접액체연료전지 스택에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트는,
    상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 수직으로 관통된 복수의 연료통로홀;
    상기 연료통로홀과 연결된 매니폴드;
    상기 각 매니폴드로부터 연결된 복수의 분기관;
    상기 각 분기관과 연결된 입구부 또는 출구부; 및
    상기 대응되는 입구부 및 출구부에 서로 평행하게 연결된 복수의 유로채널;을 구비하는 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트에서 상기 연료가 입출입되는 대응되는 상기 연료통로홀은 대각선 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 분기관은 서로 독립적으로 형성된 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유로채널은 균등하게 복수의 그룹으로 나뉘며, 각 그룹에 연결된 상기 분기관의 길이는 대략 동일한 것을 특징으로 하는 직접액체연료전지 스택.
KR1020040098748A 2004-11-29 2004-11-29 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택 KR100647666B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040098748A KR100647666B1 (ko) 2004-11-29 2004-11-29 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택
CNB2005101202393A CN100454622C (zh) 2004-11-29 2005-11-07 双极板和液体式直接燃料电池的电池堆
US11/287,443 US8119306B2 (en) 2004-11-29 2005-11-28 Bipolar plate and direct liquid feed fuel cell stack
JP2005343975A JP2006156398A (ja) 2004-11-29 2005-11-29 バイポーラプレートおよび直接液体燃料電池スタック

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040098748A KR100647666B1 (ko) 2004-11-29 2004-11-29 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060059614A KR20060059614A (ko) 2006-06-02
KR100647666B1 true KR100647666B1 (ko) 2006-11-23

Family

ID=36567739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040098748A KR100647666B1 (ko) 2004-11-29 2004-11-29 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8119306B2 (ko)
JP (1) JP2006156398A (ko)
KR (1) KR100647666B1 (ko)
CN (1) CN100454622C (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101291753B1 (ko) * 2012-08-28 2013-07-31 한국에너지기술연구원 션트전류 저감을 위한 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
KR20180121740A (ko) * 2017-04-28 2018-11-08 전자부품연구원 유로 모듈을 포함하는 바이폴라 플레이트 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100745742B1 (ko) * 2006-08-22 2007-08-02 삼성에스디아이 주식회사 바이폴라 플레이트 및 그것이 적층된 스택을 구비한연료전지
JP2008166063A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池
KR20090049824A (ko) 2007-11-14 2009-05-19 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 스택
KR101420682B1 (ko) * 2007-12-28 2014-07-21 삼성전자주식회사 바이폴라 플레이트 및 그를 구비한 연료전지 스택
KR100981574B1 (ko) 2008-05-26 2010-09-10 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 세퍼레이터 및 이를 이용하는 연료전지 스택
WO2013021037A1 (de) * 2011-08-11 2013-02-14 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur temperierung eines energiespeichers insbesondere für ein fahrzeug und verfahren zum herstellen derselben
DE102014206682A1 (de) 2014-04-07 2015-10-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte und Brennstoffzelle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686199A (en) 1996-05-07 1997-11-11 Alliedsignal Inc. Flow field plate for use in a proton exchange membrane fuel cell
JP2000311696A (ja) 1999-02-23 2000-11-07 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2001176525A (ja) 1999-12-13 2001-06-29 General Motors Corp <Gm> 燃料電池用の区画化流れチャンネル
KR20040046825A (ko) * 2002-11-28 2004-06-05 현대자동차주식회사 요철구조의 기체유로를 갖는 연료 전지용 분리판
JP2004319430A (ja) 2002-11-28 2004-11-11 Toshiba Corp 直接型燃料電池発電装置
KR20060014327A (ko) * 2004-08-10 2006-02-15 한국생산기술연구원 연료전지용 분리판

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6146780A (en) * 1997-01-24 2000-11-14 Lynntech, Inc. Bipolar separator plates for electrochemical cell stacks
US6132895A (en) * 1998-03-09 2000-10-17 Motorola, Inc. Fuel cell
US5945232A (en) * 1998-04-03 1999-08-31 Plug Power, L.L.C. PEM-type fuel cell assembly having multiple parallel fuel cell sub-stacks employing shared fluid plate assemblies and shared membrane electrode assemblies
JP2000182636A (ja) 1998-12-14 2000-06-30 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP3780775B2 (ja) * 1999-10-15 2006-05-31 富士電機ホールディングス株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
CN2429919Y (zh) * 2000-06-05 2001-05-09 信息产业部电子第十八研究所 质子交换膜燃料电池镶嵌结构双极板
US6503653B2 (en) * 2001-02-23 2003-01-07 General Motors Corporation Stamped bipolar plate for PEM fuel cell stack
US6878477B2 (en) 2001-05-15 2005-04-12 Hydrogenics Corporation Fuel cell flow field plate
GB2382455B (en) * 2001-11-07 2004-10-13 Intelligent Energy Ltd Fuel cell fluid flow field plates
JP4340417B2 (ja) 2002-03-26 2009-10-07 パナソニック株式会社 高分子電解質型燃料電池
WO2004047210A2 (en) 2002-11-18 2004-06-03 Protonex Technology Corporation Membrane based electrochemical cell stacks
DE10230395A1 (de) * 2002-07-05 2004-01-15 General Motors Corp., Detroit Leitfähiges Bauteil für elektrochemische Zellen sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils
CN2580609Y (zh) * 2002-10-24 2003-10-15 江苏隆源双登电源有限公司 直接甲醇燃料电池塑料双极板
JP2004281072A (ja) 2003-03-12 2004-10-07 Toshiba Corp 燃料電池発電装置
WO2005028709A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Hydrogenics Corporation Flow field plate arrangement

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686199A (en) 1996-05-07 1997-11-11 Alliedsignal Inc. Flow field plate for use in a proton exchange membrane fuel cell
JP2000311696A (ja) 1999-02-23 2000-11-07 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2001176525A (ja) 1999-12-13 2001-06-29 General Motors Corp <Gm> 燃料電池用の区画化流れチャンネル
KR20040046825A (ko) * 2002-11-28 2004-06-05 현대자동차주식회사 요철구조의 기체유로를 갖는 연료 전지용 분리판
JP2004319430A (ja) 2002-11-28 2004-11-11 Toshiba Corp 直接型燃料電池発電装置
KR20060014327A (ko) * 2004-08-10 2006-02-15 한국생산기술연구원 연료전지용 분리판

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101291753B1 (ko) * 2012-08-28 2013-07-31 한국에너지기술연구원 션트전류 저감을 위한 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
WO2014035020A1 (ko) * 2012-08-28 2014-03-06 한국에너지기술연구원 션트전류 저감을 위한 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
US9653746B2 (en) 2012-08-28 2017-05-16 Korea Institute Of Energy Research Manifold for redox flow battery for reducing shunt current and redox flow battery comprising same
KR20180121740A (ko) * 2017-04-28 2018-11-08 전자부품연구원 유로 모듈을 포함하는 바이폴라 플레이트 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지
KR101975972B1 (ko) * 2017-04-28 2019-09-11 전자부품연구원 유로 모듈을 포함하는 바이폴라 플레이트 및 이를 이용한 레독스 흐름 전지

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006156398A (ja) 2006-06-15
CN1783555A (zh) 2006-06-07
KR20060059614A (ko) 2006-06-02
US8119306B2 (en) 2012-02-21
US20060115705A1 (en) 2006-06-01
CN100454622C (zh) 2009-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4755574B2 (ja) バイポーラプレートおよび燃料電池
US7951506B2 (en) Bipolar plate and direct liquid feed fuel cell stack
KR100528339B1 (ko) 직접액체연료전지 스택
US6303245B1 (en) Fuel cell channeled distribution of hydration water
WO2002069426A9 (en) Fluid flow field plates for electrochemical devices
US8119306B2 (en) Bipolar plate and direct liquid feed fuel cell stack
US20070231669A1 (en) Design of fuel cell and electrolyzer for small volume, low cost and high efficiency
EP1995814B1 (en) Fuel cell stack
EP2405515B1 (en) Fuel cell separator and fuel cell including same
EP2341571B1 (en) Fuel cell, fuel cell system, and operating method for a fuel cell
US7097931B2 (en) Fluid flow-fields for electrochemical devices
KR20030091485A (ko) 직접액체 연료 전지의 연료공급방법 및 이를 적용한직접액체연료 전지장치
KR101279991B1 (ko) 연료전지 스택 및 이에 적용된 연료전지용 세퍼레이터
KR100599711B1 (ko) 연료 전지용 바이폴라 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지
KR20070073531A (ko) 연료 전지
KR101122574B1 (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터
JP2005310705A (ja) 燃料電池
KR20050095156A (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 바이폴라플레이트
KR101065376B1 (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터
KR20060022017A (ko) 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 스택 및 세퍼레이터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111024

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121022

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee