KR100704437B1 - Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator - Google Patents

Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기화학 단위 셀은, 전해질 막의 양 표면에 촉매가 코팅되어 전극이 각각 형성된 막전극접합체(410, MEA)와, 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태로 막전극접합체를 기준으로 배열되는 패킹(460), 분리판(440, 450) 및 프레임을 포함하며, 분리판을 비전도성 재질로 구성하고, 막전극접합체와 상기 분리판의 사이에 각각 위치하여 막전극접합체에 외부 전류를 인가하거나 외부 전류로 인출하며 막전극접합체에서 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 한 쌍의 전류 전도판(420, 430)을 포함한다. 본 발명은 MEA를 중심으로 양측에 전자의 이동경로 역할을 하는 전류 전도판을 배치하여 전자의 이동경로가 짧아짐에 따라 높은 전기에너지를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 분리판을 비전도성의 플라스틱 재질로 구성하여도 무방함에 따라 전체 중량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 전도성 물질인 탄소 및 복합체를 이용하지 않아도 됨에 따라 비용을 혁신적으로 절감하는 원가절감의 효과를 얻을 수 있다. The electrochemical unit cell of the present invention is arranged on the basis of the membrane electrode assembly in a form in which catalysts are coated on both surfaces of the electrolyte membrane so that the electrodes are formed, and the supply and discharge of reactants and products are possible. And a packing 460, separation plates 440 and 450, and a frame, wherein the separation plate is made of a non-conductive material, and is disposed between the membrane electrode assembly and the separation plate to apply an external current to the membrane electrode assembly. Or a pair of current conducting plates 420 and 430 which draw out an external current and serve as a movement path of electrons generated in the membrane electrode assembly. The present invention has a merit that high electrical energy can be obtained as the movement path of electrons is shortened by disposing a current conducting plate serving as a movement path of electrons on both sides of the MEA. In addition, the present invention can reduce the overall weight as the separator may be made of a non-conductive plastic material, as well as the cost of innovatively reducing the cost by eliminating the use of expensive conductive materials carbon and composites. Savings can be achieved.

Description

비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체{Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator}Electrochemical unit cell with non-conductive separator and electrochemical cell assembly using the same {Electrochemical unit cell and electrochemical cell assembly with non-conductive separator}

도 1은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소가스와 산소가스를 생산하는 전형적인 전기화학 셀의 개념도이고, 1 is a conceptual diagram of a typical electrochemical cell which electrochemically decomposes water to produce hydrogen gas and oxygen gas,

도 2는 연료전지를 구성하는 전형적인 단위 셀의 구성관계를 도시한 개략도이고, 2 is a schematic diagram showing the configuration of typical unit cells constituting a fuel cell;

도 3은 연료전지를 구성하는 전형적인 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략도이고, 3 is a schematic view showing the configuration of a typical cell assembly constituting a fuel cell,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀의 구성관계를 도시한 개략도이고, 4 is a schematic diagram showing the configuration of the electrochemical unit cell having a non-conductive separator according to an embodiment of the present invention,

도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 전기화학 단위 셀을 구성하는 전류 전도판의 구성관계를 도시한 평면도이고, 5A and 5B are plan views illustrating a configuration relationship between current conducting plates constituting the electrochemical unit cell illustrated in FIG. 4;

도 6은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 전기화학 단위 셀을 다수 개 적층하여 구성한 본 발명에 따른 단극식 전기화학 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략도이며, FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration relationship of a monopolar electrochemical cell assembly according to the present invention configured by stacking a plurality of electrochemical unit cells configured as shown in FIG. 4.

도 7 및 도 8은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 전기화학 단위 셀을 다수 개 적층하여 구성한 본 발명에 따른 복극식 전기화학 셀 조립체의 구성관계를 각각 도시한 개략도이다. 7 and 8 are schematic diagrams illustrating the configuration of the bipolar electrochemical cell assembly according to the present invention, which is constructed by stacking a plurality of electrochemical unit cells configured as shown in FIG. 4.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠  ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

400 : 단위 셀 410 : 막전극접합체400 unit cell 410 membrane electrode assembly

411 : 전해질 막 412, 413 : 전극411: electrolyte membrane 412, 413: electrode

420, 430 : 전류 전도판 421 : 전극 반응부420, 430: current conducting plate 421: electrode reaction part

422 : 연결부 422a : 공급통로422: connecting portion 422a: supply passage

423 : 전류 전도부 423a : 접속부423: current conducting portion 423a: connection portion

440, 450 : 분리판 460 : 패킹440, 450 Separator 460 Packing

500, 600, 700 : 전기화학 셀 조립체500, 600, 700: Electrochemical Cell Assembly

본 발명은 전기화학 셀에 관한 것이며, 특히, 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly)를 중심으로 양측에 전자의 이동경로 역할을 하는 전류 전도판을 배치하고, 분리판을 비전도성의 플라스틱 재질로 구성한 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical cell, and in particular, a current conduction plate serving as a movement path of electrons on both sides of a membrane electrode assembly, and a separator composed of nonconductive plastic material. An electrochemical unit cell having a conductive separator and an electrochemical cell assembly using the same are provided.

전기화학 셀은 일반적으로 물과 같은 원료를 이용하여 가스를 만드는 전기분해 셀과, 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 등에 이용된다. 즉, 전기화학 셀은 에너지변환 장치로서, 전기분해 셀과 연료전지로 구분된다. 전기분해 셀 은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소와 산소를 발생하며, 연료전지는 이와 반대로 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 얻어내는 장치이다. Electrochemical cells are generally used in electrolysis cells that produce gas using raw materials such as water, and fuel cells that produce electricity using fuel. In other words, an electrochemical cell is an energy conversion device, and is classified into an electrolysis cell and a fuel cell. An electrolysis cell generates hydrogen and oxygen by electrochemically decomposing water, and a fuel cell is a device that obtains electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen.

예를 들어, 수소이온 교환막 전기분해 셀(proton exchange membrane electrolysis cell)은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소가스와 산소가스를 생산하는 기능을 한다. 도 1은 물을 전기화학적으로 분해하여 수소가스와 산소가스를 생산하는 전형적인 전기분해 셀의 개념도이다. For example, a proton exchange membrane electrolysis cell serves to produce hydrogen gas and oxygen gas by electrochemically decomposing water. 1 is a conceptual diagram of a typical electrolysis cell that electrochemically decomposes water to produce hydrogen gas and oxygen gas.

도 1에 나타낸 바와 같이, 물(H20)은 양극(110)(산소극)으로 공급되어 산소가스(O2)와 전자(e-) 그리고 수소이온(H+)(프로톤)으로 분해된다. 이 때, 물(H20)의 일부분은 산소가스(O2)와 함께 전기분해 셀(100)의 외부로 유출된다. 그리고 분해된 수소이온(H+)은 수소이온 교환막(120)을 통과하여 음극(130)(수소극)으로 이동하여, 양극(110)과 음극(130)을 연결하는 외부회로(140)를 따라 이동한 전자(e-)와 반응하여 수소가스(H2)가 된다. 그리고 수소가스(H2) 및 수소이온(H+)과 동반하여 수소이온 교환막(120)을 통과한 물(H20)은 전기분해 셀(100)의 외부로 유출된다. 이 때, 양극(110)과 음극(130)에서 각각 일어나는 전기화학적 반응을 표현하면 반응식 1, 2와 같다.As shown in FIG. 1, water H 2 0 is supplied to the anode 110 (oxygen electrode) and decomposed into oxygen gas O 2 , electrons e − , and hydrogen ions H + protons. . At this time, a portion of the water H 2 0 flows out of the electrolysis cell 100 together with the oxygen gas O 2 . The decomposed hydrogen ions (H + ) pass through the hydrogen ion exchange membrane 120 and move to the cathode 130 (hydrogen electrode), along the external circuit 140 connecting the anode 110 and the cathode 130. moving the electron (e -) is reacted with hydrogen gas (H 2). And the water (H 2 0) passing through the hydrogen ion exchange membrane 120 in conjunction with the hydrogen gas (H 2 ) and hydrogen ions (H + ) is discharged to the outside of the electrolysis cell (100). In this case, the electrochemical reactions occurring in the anode 110 and the cathode 130, respectively, are represented by Schemes 1 and 2.

2H2O → 4H+ + 4e- + O2 (양극) 2H 2 O → 4H + + 4e - + O 2 ( positive electrode)

4H+ + 4e- → 2H2 (음극) 4H + + 4e - → 2H 2 ( cathode)

연료전지는 상기와 같은 물의 전기분해 반응 메커니즘과 반대로 반응이 일어난다. 즉, 연료전지에서는 수소, 메탄올(methanol) 또는 다른 수소 연료원과 산소가 반응하여 전기를 생산한다. 이 때, 연료전지에서 일어나는 일반적인 반응을 표현하면 반응식 3, 4와 같다.The fuel cell reacts in reverse to the electrolysis mechanism of water as described above. In other words, in a fuel cell, hydrogen, methanol or another hydrogen fuel source and oxygen react to produce electricity. In this case, the general reaction occurring in the fuel cell is represented by the equations (3) and (4).

2H2 → 4H+ + 4e- (양극) 2H 2 → 4H + + 4e - ( anode)

4H+ + 4e- + O2 → 2H2O (음극) 4H + + 4e - + O 2 → 2H 2 O ( cathode)

만약, 전기화학 셀이 물을 분해하는 전기분해 셀로 이용된다면 약 0.05A/cm2 - 4.3A/cm2의 전류밀도와 약 1.48volts - 3.0 volts의 전압이 인가되고, 연료전지로 이용된다면 약 0.0001A/cm2 - 10A/cm2의 전류밀도와 약 0.4volts - 1volts의 전압이 인출되어, 가스 또는 연료전지를 각각 생산한다.If the electrochemical cell is used electrolysis cell which decomposes water if about 0.05A / cm 2 - from about 0.0001 if the voltage of 3.0 volts is applied, used as a fuel cell current density of 4.3A / cm 2 and about 1.48volts a / cm 2 - 10A / cm 2 current density and about 0.4volts of - is the extraction voltage of 1volts, produces a gas or a fuel cell, respectively.

이 같은 전기화학 셀은 양극과 음극을 갖는 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, 이하 'MEA'라 칭함), 전자와 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태로 배열된 프레임, 분리판, MEA 지지체 및 가스켓(패킹) 등으로 구성된다. Such an electrochemical cell comprises a membrane electrode assembly having a positive electrode and a negative electrode (hereinafter referred to as 'MEA'), a frame, a separator, a MEA support, and a form arranged to supply and discharge electrons, reactants, and products. Gasket (packing) or the like.

도 2는 연료전지를 구성하는 전형적인 단위 셀의 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단위 셀(200 ; Single Cell)은 전해질 막(211)의 양 측면에 촉매가 코팅되어 전극(212, 213)이 형성된 MEA(210)와, MEA(210)의 양측에 각각 위치하는 한 쌍의 패킹(220, 230)과, 한 쌍의 분리판(240, 250) 및 프레임(도시 안됨)으로 구성된다. 그리고 전극(212, 213)과 분리판(240, 250)의 사이에는 전극(212, 213)과 동일한 크기로 형성되어 원료 등을 MEA(210)에 균등하게 공급하는 다공판(도시 안됨)이 더 설치되기도 한다. 상기 MEA(210)의 전해질 막(211)과 패킹(220, 230) 및 분리판(240, 250)의 상하단에는 공기 또는 연료가 공급되는 공급통로가 각각 형성된다. 2 is a schematic diagram showing the configuration of typical unit cells constituting a fuel cell. As illustrated in FIG. 2, the unit cell 200 includes a MEA 210 having catalysts coated on both sides of the electrolyte membrane 211 and having electrodes 212 and 213 formed thereon, and both sides of the MEA 210. And a pair of packings 220 and 230, a pair of separator plates 240 and 250 and a frame (not shown), respectively. Further, a porous plate (not shown) is formed between the electrodes 212 and 213 and the separation plates 240 and 250 to have the same size as that of the electrodes 212 and 213 so as to uniformly supply raw materials to the MEA 210. It may be installed. Supply passages for supplying air or fuel are formed at upper and lower ends of the electrolyte membrane 211, the packing 220, 230, and the separation plates 240 and 250 of the MEA 210, respectively.

그리고 분리판(240, 250)에는 반응물 및 생성물의 유체가 유동하는 유동통로(241, 251)가 각각 형성된다. 이 때, 일측 분리판(240)의 유동통로(241)에는 연료가 유동하고, 그에 따라 이와 접촉하는 MEA(210)의 전극(212)이 연료극(산화전극, 양극, Anode이 됨. 따라서 도면부호 212는 전극 또는 연료극으로 병행하여 병기함)이 되며, 타측 분리판(250)의 유동통로(251)에는 공기가 유동하고, 그에 따라 이와 접촉하는 MEA(210)의 전극(213)이 공기극(환원전극, Cathode, 음극이 됨. 따라서 도면부호 213은 전극 또는 공기극으로 병행하여 병기함)이 된다. In addition, the separation plates 240 and 250 are provided with flow passages 241 and 251 through which fluids of reactants and products flow. At this time, the fuel flows in the flow passage 241 of one side separation plate 240, so that the electrode 212 of the MEA 210 in contact therewith becomes the anode (anode, anode, anode). 212 is parallel to the electrode or the anode, and air flows through the flow passage 251 of the other separation plate 250, whereby the electrode 213 of the MEA 210 contacting the cathode is the cathode (reduction). An electrode, a cathode, and a cathode, so that 213 denotes an electrode or an air electrode in parallel).

도 3은 연료전지를 구성하는 전형적인 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략 도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 조립체(300)는 도 2와 같이 구성되는 단위 셀(200)이 일렬로 다수 개 적층되는 형태를 갖도록 배열하고, 외측 양쪽에 한 쌍의 전류 공급판(310) 및 앤드 플레이트(320, 프레임)를 위치시킨 후, 볼트(330)와 너트(340)로 조이는 타이로드 방식으로 조립하여 구성한다. 이 때, 단위 셀(200)을 구성하는 분리판(240 또는 250), 패킹(220), MEA(210) 및 다른 패킹(230)이 순차적으로 일렬로 대수 개 적층된다. 따라서 셀 조립체(300)의 내부에는 단위 셀(200)을 구성하는 구성요소들의 상하단에 각각 형성되는 연료 또는 공기 공급통로를 통해 연료극(212)으로 연료를 공급하는 연료 공급라인(350)과, 공기극(213)으로 공기를 공급하는 공기 공급라인(360)이 각각 형성된다. 상기 전류 공급판(310)은 구리 재질의 판형으로 제작되어 전류를 공급하는 역할을 할 뿐만 아니라 단위 셀(200)을 고정하는 앤드 플레이트의 역할도 한다. 3 is a schematic view showing the configuration of a typical cell assembly constituting a fuel cell. As shown in FIG. 3, the cell assembly 300 is arranged to have a form in which a plurality of unit cells 200 configured as shown in FIG. 2 are stacked in a row, and a pair of current supply plates 310 are formed on both outer sides thereof. And after positioning the end plate 320 (frame), the bolt 330 and the nut 340 is assembled by a tie rod method. At this time, a plurality of separator plates 240 or 250, the packing 220, the MEA 210, and the other packing 230 constituting the unit cell 200 are sequentially stacked in a row. Therefore, a fuel supply line 350 and a cathode supply fuel to the anode 212 through fuel or an air supply passage formed at upper and lower ends of the components constituting the unit cell 200. Air supply lines 360 for supplying air to 213 are respectively formed. The current supply plate 310 is made of a copper plate and serves not only to supply current, but also to serve as an end plate for fixing the unit cell 200.

이러한 연료 공급라인(350)과 공기 공급라인(360)으로 연료와 공기가 공급되면, 각 단위 셀(200)의 연료극(212)측 분리판(240)의 유동통로(241)와 공기극(213)측 분리판(250)의 유동통로(251)로 각각의 연료와 공기가 각각 유입되면서 각 단위 셀(200)에서 전기화학 반응이 일어나게 된다. 이 때, 전류는 전류 공급판(310) 또는 앤드 플레이트(320)를 통해 인가 또는 인출된다. 그리고 각 단위 셀(200)의 분리판(240, 250)과 MEA(210)사이에 패킹(220, 230)이 각각 삽입되어 있어 유체의 외부 누설을 방지한다. When fuel and air are supplied to the fuel supply line 350 and the air supply line 360, the flow passage 241 and the cathode 213 of the separator plate 240 of the anode 212 side of each unit cell 200 are provided. As each fuel and air flow into the flow passage 251 of the side separation plate 250, an electrochemical reaction occurs in each unit cell 200. At this time, the current is applied or drawn through the current supply plate 310 or the end plate 320. In addition, packings 220 and 230 are inserted between the separation plates 240 and 250 and the MEA 210 of each unit cell 200 to prevent external leakage of the fluid.

그러나 상기와 같은 일반적인 전기화학 셀은 전기화학 반응에 의해 생성되는 전자가 다수의 구성요소들(예를 들어, 전극과 분리판)을 통과하는 등 접촉점이 증 가하고, 또한 접촉점들이 외부의 타이로드 방식의 느슨한 기계적인 압착으로 이루어진다. 즉, 종래의 전기화학 셀은 타이로드 방식으로 단위 셀의 외부를 조여 주게 되고, 그에 따라 내부가 들뜸으로 인해 접촉점들이 느슨해지게 된다. However, such a conventional electrochemical cell has an increase in contact points such that electrons generated by an electrochemical reaction pass through a plurality of components (for example, electrodes and separators), and also the contact points are external tie rod type. Is made by loose mechanical crimping. That is, the conventional electrochemical cell tightens the outside of the unit cell by a tie rod method, and thus the contact points are loosened due to the inside being lifted up.

따라서 연료전지의 경우에는 전압의 강하가 심하게 되어 전력 손실이 발생하고, 전기분해 셀의 경우에는 접촉저항에 의한 전압상승이 일어나 과다한 전력이 소모되는 단점이 있다. Therefore, in the case of a fuel cell, the voltage drop is severe, resulting in power loss, and in the case of an electrolysis cell, a voltage increase due to contact resistance occurs, causing excessive power consumption.

또한, 종래의 전기분해 셀은 전자가 이동 가능한 전도성 물질인 탄소 및 복합체로 분리판을 구성하되, 구조체의 안정성을 고려하여 그 두께가 최소한 0.125인치 이상이 되도록 구성하여야 한다. 따라서 종래의 전기분해 셀은 분리판이 두꺼워짐에 따라 전체 중량이 증가할 뿐만 아니라 제조단가가 상승하는 문제점이 있다. 더욱이 전기화학 셀을 자동차 등의 이동장치에 이용할 경우 충격과 진동으로 인해 탄소판이 파손될 우려 또한 있다.In addition, the conventional electrolysis cell is composed of a separator and a composite material of carbon and the movable electrons, but in consideration of the stability of the structure should be configured to have a thickness of at least 0.125 inches or more. Therefore, the conventional electrolysis cell has a problem that not only the total weight increases but also the manufacturing cost increases as the separator becomes thicker. Moreover, when the electrochemical cell is used in a mobile device such as an automobile, there is a concern that the carbon plate may be damaged due to shock and vibration.

따라서 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, MEA를 중심으로 양측에 전자의 이동경로 역할을 하는 전류 전도판을 배치하고, 분리판을 비전도성의 플라스틱 재질로 구성함으로써, 저중량의 저렴한 가격에 높은 전기에너지를 얻을 수 있는 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, the current conduction plate which serves as a movement path of electrons on both sides around the MEA, and the separation plate is composed of a non-conductive plastic material Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical unit cell having a non-conductive separator capable of obtaining high electrical energy at a low cost and low cost, and an electrochemical cell assembly using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 전해질 막의 양 표면에 촉매 가 코팅되어 전극이 각각 형성된 막전극접합체와, 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태로 상기 막전극접합체를 기준으로 배열되는 패킹, 분리판 및 프레임을 포함하는 전기화학 단위 셀에 있어서, 상기 분리판을 비전도성 재질로 구성하고, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이에 각각 위치하여 상기 막전극접합체에 외부 전류를 인가하거나 외부 전류로 인출하며 상기 막전극접합체에서 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 한 쌍의 전류 전도판을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, the packing is arranged on the basis of the membrane electrode assembly in the form that the catalyst is coated on both surfaces of the electrolyte membrane and the electrode is formed, respectively, the supply and discharge of the reactants and products In the electrochemical unit cell including a separator and a frame, the separator is made of a non-conductive material and is disposed between the membrane electrode assembly and the separator to apply an external current to the membrane electrode assembly. And a pair of current conducting plates that draw out an external current and serve as a movement path of electrons generated in the membrane electrode assembly.

또한, 본 발명에 따르면, 전해질 막의 양 표면에 촉매가 코팅되어 전극이 각각 형성된 막전극접합체와, 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태의 패킹, 및 분리판을 순차적으로 다수개 적층하고, 양 단부를 프레임으로 고정하여 구성한 전기화학 셀 조립체에 있어서, 상기 분리판을 비전도성 재질로 구성하고, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이에 각각 위치하여 상기 막전극접합체에 외부 전류를 인가하거나 외부 전류로 인출하며 상기 막전극접합체에서 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 다수개의 전류 전도판과, 상기 다수개의 전류 전도판을 전기적으로 접속하는 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, according to the present invention, the catalyst is coated on both surfaces of the electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly, each of which forms an electrode, a packing in a form capable of supplying and discharging reactants and products, and a plurality of separator plates sequentially stacked, and In the electrochemical cell assembly configured by fixing the end in a frame, the separator is made of a non-conductive material, and is disposed between the membrane electrode assembly and the separator plate to apply an external current to the membrane electrode assembly or to externally And a plurality of current conducting plates that draw current and serve as a movement path of electrons generated in the membrane electrode assembly, and a connection member electrically connecting the plurality of current conducting plates.

아래에서, 본 발명에 따른 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of an electrochemical unit cell having a non-conductive separator according to the present invention and an electrochemical cell assembly using the same will be described in detail.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀의 구성관계를 도시한 개략도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 전기화학 단위 셀을 구성하는 전류 전도판의 구성관계를 도시한 평면도이다.4 is a schematic view showing the configuration of the electrochemical unit cell having a non-conductive separator according to an embodiment of the present invention, Figures 5a and 5b is a current constituting the electrochemical unit cell shown in FIG. It is a top view which shows the structural relationship of a conductive plate.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학 단위 셀(400 ; Single Cell)은 전해질 막(411)의 양 측면에 촉매가 코팅되어 전극(412, 413)이 형성된 MEA(410)와, MEA(410)의 양측에 순차적으로 각각 위치하는 한 쌍의 전류 전도판(420, 430), 두 쌍의 패킹(460), 한 쌍의 분리판(440, 450) 및 프레임(도시 안됨)으로 구성된다. As shown in FIG. 4, the electrochemical unit cell 400 of the present invention includes a MEA 410 having a catalyst coated on both sides of an electrolyte membrane 411 and having electrodes 412 and 413 formed thereon. It consists of a pair of current conducting plates 420, 430, two pairs of packings 460, a pair of separator plates 440, 450, and a frame (not shown), which are each positioned sequentially on both sides of the 410. .

이러한 MEA(410)의 전해질 막(411), 전류 전도판(420, 430), 분리판(440, 450) 및 패킹(460)의 상하단에는 공기 또는 연료가 공급되는 공급통로가 각각 형성된다. Supply passages for supplying air or fuel are respectively formed at upper and lower ends of the electrolyte membrane 411, the current conducting plates 420 and 430, the separation plates 440 and 450, and the packing 460 of the MEA 410.

상기 전해질 막(411)은 양이온 교환막이며, 전극(412, 413)은 산화 및 환원반응에 적합한 백금(Pt), 이리듐, 루테늄, 니켈 등의 촉매를 일정 두께로 코팅하여 형성한다. 따라서 본 발명의 MEA(410)는 높은 전기화학적 반응 활성을 갖는다. 이 때, 전극(412, 413)은 접촉저항 및 물질전달 저항을 최소화할 수 있도록 촉매를 얇고 균일하게 도포하여 형성하는 것이 바람직하다. The electrolyte membrane 411 is a cation exchange membrane, and the electrodes 412 and 413 are formed by coating a catalyst having a predetermined thickness such as platinum (Pt), iridium, ruthenium, and nickel suitable for oxidation and reduction reactions. Therefore, the MEA 410 of the present invention has high electrochemical reaction activity. In this case, the electrodes 412 and 413 are preferably formed by thinly and uniformly applying a catalyst so as to minimize contact resistance and material transfer resistance.

그리고 전류 전도판(420, 430)은 MEA(410)에 외부 전류를 인가하거나 MEA(410)에서 외부 전류로 인출하는 역할을 한다. 또한, MEA(410)의 전기화학 반응으로부터 발생한 전자가 이동하는 경로역할을 하는 것으로서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 전극 반응부(421), 연결부(422) 및 전류 전도부(423)로 구성된다. 이 때, 연결부(422)는 전극 반응부(421)의 둘레를 따라 일정 폭으로 형성되고, 전류 전도부(423)는 연결부(422)의 일부분에 돌출하여 형성된다. 상기 전극 반응부(421), 연결부(422) 및 전류 전도부(423)는 일체의 판으로 구성하거나 서로 분리된 판을 접합하여 구성하면 된다. In addition, the current conducting plates 420 and 430 serve to apply an external current to the MEA 410 or to draw the external current from the MEA 410. In addition, as a path for electrons generated from the electrochemical reaction of the MEA 410 to move, as shown in FIGS. 5A and 5B, the electrode reaction part 421, the connection part 422, and the current conduction part 423 are provided. It is composed. In this case, the connection part 422 is formed to have a predetermined width along the circumference of the electrode reaction part 421, and the current conduction part 423 is formed to protrude on a part of the connection part 422. The electrode reaction part 421, the connection part 422, and the current conduction part 423 may be configured as an integral plate or by bonding plates separated from each other.

전극 반응부(421)는 분리판(440, 450)으로 유입되는 반응물을 MEA(410)로 확산하고, MEA(410)의 전기화학 반응에 의한 생성물을 분리판(440, 450)으로 확산하는데 돕는 역할을 한다. 이 때, 전극 반응부(421)는 MEA(410)의 전극(412, 413)과 동일 크기로 제작하되, 다공 또는 메쉬 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전극 반응부(421)가 다공판일 경우 두께가 1mm 이하인 원형판 또는 사각판을 이용하는 것이 바람직하다.The electrode reaction part 421 diffuses the reactants introduced into the separator plates 440 and 450 to the MEA 410, and helps spread the product by the electrochemical reaction of the MEA 410 to the separator plates 440 and 450. Play a role. In this case, the electrode reaction unit 421 may be manufactured in the same size as the electrodes 412 and 413 of the MEA 410, but may be manufactured in a porous or mesh form. For example, when the electrode reaction part 421 is a porous plate, it is preferable to use a circular plate or a square plate having a thickness of 1 mm or less.

연결부(422)는 전극 반응부(421)의 둘레를 따라 일정 폭으로 형성되어 패킹(460) 및 분리판(440, 450)과 밀착하여 위치하는 부분으로서, 공기 또는 연료가 공급되는 다수의 공급통로(422a)를 갖는다. The connection part 422 is formed to have a predetermined width along the circumference of the electrode reaction part 421 and is located in close contact with the packing 460 and the separation plates 440 and 450, and a plurality of supply passages through which air or fuel is supplied. 422a.

전류 전도부(423)는 연결부(422)의 일부분에 돌출 형성되어, MEA(410)의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 것으로서, 접속부재인 전선을 연결하기 위한 다수의 접속부(423a)를 갖는다. 도 4의 전기화학 단위 셀(400)에서 한 쪽의 전류 전도판(420)의 전류 전도부(422)에는 +극이 접속되고, 다른 쪽의 전류 전도판(430)의 전류 전도부에는 -극이 접속된다. 따라서 전기화학 단위 셀(400)의 전기화학 반응에서 생성된 전자가 전류 전도판(420, 430)을 따라 이동하기 때문에, 종래의 전기화학 셀과 같이 전극 및 분리판을 통과하는 것보다 그 이동경로가 짧을 뿐만 아니라 접촉저항을 덜 받게 된다. 즉, 본 발명은 전자가 가장 큰 접촉저항을 차지하는 분리판(440, 450)을 거치지 않고 전류 전도판(420, 430)을 따라 이동하기 때문에 높은 전기에너지를 얻을 수 있다. The current conduction part 423 is formed to protrude on a part of the connection part 422, and serves as a movement path of electrons generated by the electrochemical reaction of the MEA 410. 423a). In the electrochemical unit cell 400 of FIG. 4, a positive pole is connected to the current conducting portion 422 of one current conducting plate 420, and a negative pole is connected to the current conducting portion of the other current conducting plate 430. do. Therefore, since the electrons generated in the electrochemical reaction of the electrochemical unit cell 400 move along the current conducting plates 420 and 430, the path of movement of the electrons through the electrode and the separator as in the conventional electrochemical cell. Is not only shorter but also less contact resistance. That is, in the present invention, since the electrons move along the current conducting plates 420 and 430 without passing through the separation plates 440 and 450 which occupy the largest contact resistance, high electrical energy can be obtained.

상기와 같이 구성된 전류 전도판(420, 430)은 제작하고자 하는 전기화학 단 위 셀(400)의 형태에 따라 도 5a와 같은 원형 형태로 제작하거나 도 5b와 같은 사각 형태로 제작한다. 이 때, 전류 전도부(423)는 전극 반응부(421)의 재질과 동일하거나, 전도성이 우수한 재료를 용접하여 이용할 수 있다. 이런 전류 전도부(423)의 재료로는 티타늄, 스테인리스 스틸, 백금, 은 또는 구리 등의 전도성이 우수한 금속으로 코팅한 티타늄, 스테인리스 스틸 등이 바람직하며, 백금이 도금된 스테인리스 스틸이 더욱 바람직하다. The current conducting plates 420 and 430 configured as described above are manufactured in a circular shape as shown in FIG. 5A or in a square shape as shown in FIG. 5B according to the shape of the electrochemical unit cell 400 to be manufactured. In this case, the current conducting unit 423 may be the same as the material of the electrode reaction unit 421 or by welding a material having excellent conductivity. As the material of the current conducting unit 423, titanium, stainless steel, or the like coated with a metal having excellent conductivity such as titanium, stainless steel, platinum, silver, or copper is preferable, and stainless steel plated with platinum is more preferable.

본 발명의 분리판(440, 450)은 상기와 같은 전류 전도판(420, 430)을 통해 전자가 이동하기 때문에, 전도성을 가지지 않는 일반 플라스틱 재질의 판으로 구성하여도 무방하다. 즉, 발명의 분리판(440, 450)은 가공성이 우수하고 가격이 매우 저렴한 플라스틱 성형품으로 구성하여도 무방하다. 이러한 분리판(440, 450)의 재료로는 피브시(PVC), 아크릴(Acryl, PMMA), 폴리아세탈(PolyAcetal), 테프론(Teflone), 설폰(Sulfone) 등이 바람직하며, 이중 폴리설폰이 가장 바람직하다. 또한 분리판(440, 450)은 상기 재질을 하나 이상 혼합한 혼합물로 제작된다. 이 때, 분리판(440, 450)은 전기화학 단위 셀(400)의 운전온도, 운전압력 등에 따라 그 재질이 달라질 수 있다.Since the separation plates 440 and 450 of the present invention move electrons through the current conducting plates 420 and 430 as described above, the separation plates 440 and 450 may be made of a plate of a general plastic material having no conductivity. That is, the separator plates 440 and 450 of the present invention may be made of a plastic molded article having excellent processability and very low cost. The material of the separators 440 and 450 is preferably PVC, acrylic (PMMA), polyacetal, Teflone, sulfone, and the like. desirable. In addition, the separators 440 and 450 are made of a mixture of one or more of the above materials. In this case, the separators 440 and 450 may vary in material depending on an operating temperature, an operating pressure, and the like of the electrochemical unit cell 400.

그리고 분리판(440, 450)에는 반응물과 생성물의 유체가 유동하는 유동통로(441, 451)가 각각 형성된다. 이 때, 일측 분리판(440)의 유동통로(441)에는 연료가 유동하고, 그에 따라 이와 접촉하는 MEA(410)의 전극(412)이 연료극(산화전극, 양극, Anode)이 되며, 타측 분리판(450)의 유동통로(451)에는 공기가 유동하고, 그에 따라 이와 접촉하는 MEA(410)의 전극(413)이 공기극(환원전극, Cathode, 음극) 이 된다. In addition, flow paths 441 and 451 through which the fluids of the reactants and the product flow are formed in the separation plates 440 and 450, respectively. At this time, the fuel flows in the flow passage 441 of the one side separating plate 440, so that the electrode 412 of the MEA 410 in contact therewith becomes the anode (anode, anode, anode), and the other side separation. Air flows through the flow passage 451 of the plate 450, so that the electrode 413 of the MEA 410 in contact therewith becomes the cathode (reduction electrode, cathode, cathode).

도 6은 도 5에 도시된 바와 같이 구성된 전기화학 단위 셀을 다수 개 적층하여 구성한 본 발명에 따른 단극식 전기화학 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 4, 도 5a 및 도 6에 도시된 바와 같이, 단극식 전기화학 셀 조립체(500)는 도 4와 같이 구성되는 단위 셀(400)이 일렬로 다수 개 적층되는 형태를 갖도록 배열하고, 외측 양쪽에 한 쌍의 전류 공급판(590) 및 앤드 플레이트(도시 안됨, 프레임)를 각각 위치시킨 후, 한 쌍의 앤드 플레이트를 볼트와 너트로 조이는 타이로드 방식으로 조립하여 구성한다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration relationship of a monopolar electrochemical cell assembly according to the present invention constructed by stacking a plurality of electrochemical unit cells configured as shown in FIG. 5. As shown in FIGS. 4, 5A, and 6, the monopolar electrochemical cell assembly 500 is arranged such that a plurality of unit cells 400 stacked as shown in FIG. After each of the pair of current supply plate 590 and the end plate (not shown, the frame) is positioned in the assembly, the pair of end plate is assembled by a tie rod method of tightening the bolt and nut.

이 때, 단위 셀(400)을 구성하는 분리판(440 또는 450), 패킹(460), 전류 전도판(420), 패킹(460), MEA(210), 패킹(460), 전류 전도판(430) 및 패킹(460)이 순차적으로 일렬로 대수 개 적층하되, 전류 전도판(420)의 전류 전도부(423)가 교대로 서로 반대방향을 향하도록 적층한다. In this case, the separator 440 or 450 constituting the unit cell 400, the packing 460, the current conducting plate 420, the packing 460, the MEA 210, the packing 460, and the current conducting plate ( 430 and a plurality of packings 460 are sequentially stacked in a row, but are stacked so that the current conducting portions 423 of the current conducting plate 420 alternately face each other.

따라서 단극식 전기화학 셀 조립체(500)의 내부에는 단위 셀(400)을 구성하는 구성요소들의 상하단에 각각 형성되는 연료 또는 공기 공급통로를 통해 연료극(412)으로 연료를 공급하는 연료 공급라인(550)과, 공기극(413)으로 공기를 공급하는 공기 공급라인(560)이 각각 형성된다. 그리고 서로 반대방향으로 교대로 적층되는 전류 전도판(420, 430)의 접속부(423a) 및 전류 공급판(590)에는 외부의 전류공급기에 접속된 전선(570, 580, 일명, 접속부재)이 볼트 및 너트에 의해 연결된다. 이 때, 한 쪽의 전류 전도판(420)에 접속된 전선(570)에는 -극이 접속되고, 다른 쪽의 전류 전도판(430)에 접속된 전선(580)에는 +극이 접속된다. 본 발명은 전류 전도판(420, 430)과 전류 공급판(590)이 볼트 및 너트 조임으로 전선(570, 580)을 통해 각각 연결되기 때문에 단위 셀(400)의 구성요소들 간에 견고한 결합구조를 갖는다. Therefore, the fuel supply line 550 for supplying fuel to the anode 412 through the fuel or air supply passages formed in the upper and lower ends of the components constituting the unit cell 400 in the monopolar electrochemical cell assembly 500. And an air supply line 560 for supplying air to the cathode 413. In addition, the connecting portions 423a and the current supply plates 590 of the current conducting plates 420 and 430 alternately stacked in opposite directions are bolted with wires 570 and 580 (aka, connecting members) connected to external current supplies. And nuts. At this time, the negative electrode is connected to the electric wire 570 connected to one current conducting plate 420, and the positive electrode is connected to the electric wire 580 connected to the other current conducting plate 430. According to the present invention, since the current conduction plates 420 and 430 and the current supply plate 590 are connected through the wires 570 and 580 by tightening bolts and nuts, respectively, a rigid coupling structure between the components of the unit cell 400 is achieved. Have

따라서 연료 공급라인(550)과 공기 공급라인(560)으로 연료와 공기가 공급되면, 각 단위 셀(400)의 연료극(412)측 분리판(440)의 유동통로(441)와 공기극(413)측 분리판(450)의 유동통로(451)로 각각의 연료와 공기가 각각 유입되면서 각 단위 셀(400)에서 전기화학 반응이 일어나게 된다. 그리고 전기화학 반응에 의해 생성되는 전자는 전류 전도판(420, 430)에 접속된 전선(570, 580)을 따라 이동한다. Therefore, when fuel and air are supplied to the fuel supply line 550 and the air supply line 560, the flow passage 441 and the cathode 413 of the separator 440 on the anode 412 side of each unit cell 400 are provided. As each fuel and air flow into the flow passage 451 of the side separation plate 450, an electrochemical reaction occurs in each unit cell 400. The electrons generated by the electrochemical reaction move along the wires 570 and 580 connected to the current conducting plates 420 and 430.

상기와 같은 단극식 전기화학 셀 조립체(500)는 전지로 비유를 하면 병렬 구조를 갖기 때문에 고전류, 저전압의 전기에너지의 발생(또는 소비)의 특성을 갖는다.The monopolar electrochemical cell assembly 500 as described above has a parallel structure when compared to a battery, and thus has characteristics of generation (or consumption) of electric energy of high current and low voltage.

도 7은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 전기화학 단위 셀을 다수 개 적층하여 구성한 본 발명에 따른 복극식 전기화학 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 4, 도 5a 및 에 도시된 바와 같이, 복극식 전기화학 셀 조립체(600)는 도 4와 같이 구성되는 단위 셀(400)이 일렬로 다수 개 적층되는 형태를 갖도록 배열하고, 외측 양쪽에 한 쌍의 전류 공급판(690) 및 앤드 플레이트(도시 안됨)를 각각 위치시킨 후, 한 쌍의 앤드 플레이트를 볼트와 너트로 조이는 타이로드 방식으로 조립하여 구성한다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration relationship of a bipolar electrochemical cell assembly according to the present invention configured by stacking a plurality of electrochemical unit cells configured as shown in FIG. 4. As shown in FIGS. 4, 5A and 4, the bipolar electrochemical cell assembly 600 is arranged to have a form in which a plurality of unit cells 400 stacked as shown in FIG. After locating the pair of current supply plates 690 and the end plates (not shown), respectively, the pair of end plates are assembled by a tie rod method of tightening bolts and nuts.

이 때, 단위 셀(400)을 구성하는 분리판(440 또는 450), 패킹(460), 전류 전도판(420), 패킹(460), MEA(210), 패킹(460), 전류 전도판(430) 및 패킹(460)을 순 차적으로 일렬로 대수 개 적층하되, 전류 전도판(420, 430)의 전류 전도부(423) 끼리는 각각 동일 방향을 향하도록 적층한다. In this case, the separator 440 or 450 constituting the unit cell 400, the packing 460, the current conducting plate 420, the packing 460, the MEA 210, the packing 460, and the current conducting plate ( 430 and a plurality of packings 460 are sequentially stacked in a row, but the current conducting portions 423 of the current conducting plates 420 and 430 are stacked to face the same direction.

따라서 복극식 전기화학 셀 조립체(600)의 내부에는 단위 셀(400)을 구성하는 구성요소들의 상하단에 각각 형성되는 연료 또는 공기 공급통로를 통해 연료극(412)으로 연료를 공급하는 연료 공급라인(650)과, 공기극(413)으로 공기를 공급하는 공기 공급라인(660)이 각각 형성된다. 그리고 동일 방향으로 적층되는 한 쌍의 전류 전도판(420, 430)의 접속부(423a), 접속부(423a)와 전류 공급판(690)에는 외부의 전류공급기에 접속된 전선(670)이 볼트 및 너트에 의해 연결된다. 즉, 분리판(440 또는 450)을 기준으로 양 측에 각각 위치하는 한 쌍의 전류 전도판(420, 430)을 서로 연결한다. 이 때, 전선(670)의 일단에는 -극이 접속되고, 타단에는 +극이 접속된다. 본 발명은 전류 전도판(420, 430)과 전류 공급판(690)이 볼트 및 너트 조임으로 전선(670)을 통해 연결되기 때문에 단위 셀(400)의 구성요소들 간에 견고한 결합구조를 갖는다. Therefore, the fuel supply line 650 for supplying fuel to the anode 412 through the fuel or air supply passages formed in the upper and lower ends of the components constituting the unit cell 400 in the bipolar electrochemical cell assembly 600. ) And an air supply line 660 for supplying air to the cathode 413 are formed. In addition, the connection part 423a, the connection part 423a and the current supply plate 690 of the pair of current conducting plates 420 and 430 stacked in the same direction have bolts and nuts connected to an external current supply. Is connected by. That is, the pair of current conducting plates 420 and 430 respectively positioned at both sides of the separator 440 or 450 is connected to each other. At this time, a negative pole is connected to one end of the wire 670 and a positive pole is connected to the other end. The present invention has a rigid coupling structure between the components of the unit cell 400 because the current conducting plates 420 and 430 and the current supply plate 690 are connected through the wires 670 by tightening bolts and nuts.

따라서 연료 공급라인(650)과 공기 공급라인(660)으로 연료와 공기가 공급되면, 각 단위 셀(400)의 연료극(412)측 분리판(440)의 유동통로(441)와 공기극(413)측 분리판(450)의 유동통로(451)로 각각의 연료와 공기가 각각 유입되면서 각 단위 셀(400)에서 전기화학 반응이 일어나게 된다. 그리고 전기화학 반응에 의해 생성되는 전자는 전류 전도판(420, 430)에 접속된 전선(670)을 따라 이동한다.Therefore, when fuel and air are supplied to the fuel supply line 650 and the air supply line 660, the flow passage 441 and the cathode 413 of the separator 440 on the anode 412 side of each unit cell 400 are provided. As each fuel and air flow into the flow passage 451 of the side separation plate 450, an electrochemical reaction occurs in each unit cell 400. The electrons generated by the electrochemical reaction move along the wire 670 connected to the current conducting plates 420 and 430.

상기와 같은 단극식 전기화학 셀 조립체(600)는 전지로 비유를 하면 직렬 구조를 갖기 때문에 저전류, 고전압의 전기에너지의 발생(또는 소비)의 특성을 갖는 다.The monopolar electrochemical cell assembly 600 as described above has a series structure when compared to a battery, and thus has characteristics of generation (or consumption) of electrical energy of low current and high voltage.

도 8은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 전기화학 단위 셀을 다수 개 적층하여 구성한 본 발명에 따른 복극식 전기화학 셀 조립체의 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 4, 도 5a 및 도 8에 도시된 복극식 전기화학 셀 조립체(700)는 다수개 적층되는 한 쌍의 전류 전도판(420, 430)이 상호 접촉하도록 그 일측을 절곡하고, 그 접촉상태를 유지하도록 접속부(423a) 끼리, 접속부(423a)와 전류 공급판(690)을 볼트 및 너트로 체결하여, 일단에 -극을 접속하고 타단에 +극을 접속한다는 것을 제외하고는 도 7과 동일하게 구성된다. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration relationship of a bipolar electrochemical cell assembly according to the present invention, in which a plurality of electrochemical unit cells configured as shown in FIG. 4 are stacked. The bipolar electrochemical cell assembly 700 shown in FIGS. 4, 5A, and 8 is bent at one side so that a pair of stacked current conducting plates 420 and 430 contact each other, and the contact state thereof is changed. The connection parts 423a and the connection parts 423a and the current supply plate 690 are fastened with bolts and nuts so as to be held in the same manner as in FIG. 7 except that a negative pole is connected at one end and a positive pole is connected at the other end. It is composed.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 MEA를 중심으로 양측에 전자의 이동경로 역할을 하는 전류 전도판을 배치해 전자의 이동경로가 짧아질 뿐만 아니라 접촉저항을 덜 받게 됨에 따라 높은 전기에너지를 얻을 수 있는 장점이 있다. As described in detail above, the present invention arranges a current conducting plate which acts as a movement path of electrons on both sides of the MEA, so that not only the movement path of the electrons is shortened but also the contact resistance is reduced, high electric energy can be obtained. There is an advantage.

또한, 본 발명은 분리판을 비전도성의 플라스틱 재질로 구성하여도 무방함에 따라 전체 중량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 전도성 물질인 탄소 및 복합체를 이용하지 않아도 됨에 따라 비용을 혁신적으로 절감하는 원가절감의 효과를 얻을 수 있다. In addition, the present invention can reduce the overall weight as the separator may be made of a non-conductive plastic material, as well as the cost of innovatively reducing the cost by eliminating the use of expensive conductive materials carbon and composites. Savings can be achieved.

이상에서 본 발명의 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. The technical details of the electrochemical unit cell having the non-conductive separator plate of the present invention and the electrochemical cell assembly using the same have been described together with the accompanying drawings, but the exemplary embodiments of the present invention have been described by way of example. It is not intended to limit.

또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.It is also apparent to those skilled in the art that various modifications and imitations can be made within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (7)

전해질 막의 양 표면에 촉매가 코팅되어 전극이 각각 형성된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly)와, 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태로 상기 막전극접합체를 기준으로 배열되는 패킹, 분리판 및 프레임을 포함하는 전기화학 단위 셀에 있어서, Membrane Electrode Assembly in which catalysts are coated on both surfaces of the electrolyte membrane to form electrodes, and packings, separators and frames arranged based on the membrane electrode assembly in a form capable of supplying and discharging reactants and products. An electrochemical unit cell comprising: 상기 분리판을 비전도성 재질로 구성하고, The separator is made of a non-conductive material, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이에 각각 위치하여 상기 막전극접합체에 외부 전류를 인가하거나 외부 전류로 인출하며 상기 막전극접합체에서 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 한 쌍의 전류 전도판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 단위 셀. A pair of current conducting plates positioned between the membrane electrode assembly and the separator plate to apply an external current to the membrane electrode assembly or to draw it as an external current, and serve as a movement path of electrons generated in the membrane electrode assembly. An electrochemical unit cell comprising: 제1항에 있어서, 상기 전류 전도판은 상기 막전극접합체의 전극과 접촉하는 전극 반응부와, 상기 전극 반응부의 일측 둘레에 돌출 형성되며 전류를 인가 또는 인출하는 접속부를 갖는 전류 전도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 단위 셀.The current conducting plate of claim 1, wherein the current conducting plate includes an electrode conducting portion contacting the electrode of the membrane electrode assembly, and a current conducting portion protruding around one side of the electrode reacting portion and having a connection portion for applying or drawing current. Characterized by an electrochemical unit cell. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리판은 피브시(PVC), 아크릴(Acryl, PMMA), 폴리아세탈(PolyAcetal), 테프론(Teflone), 설폰(Sulfone), 이중 폴리설폰 중 어느 하나의 재질 또는 두개 이상의 혼합물로 제작된 것을 특징으로 하는 전기 화학 단위 셀.The method of claim 1 or 2, wherein the separator is any one of fibrous (PVC), acrylic (PMryl), polyacetal (PolyAcetal), Teflone, sulfone, double polysulfone An electrochemical unit cell comprising a material or a mixture of two or more. 전해질 막의 양 표면에 촉매가 코팅되어 전극이 각각 형성된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly)와, 반응물 및 생성물의 공급과 배출이 가능한 형태의 패킹, 및 분리판을 순차적으로 다수개 적층하고, 양 단부를 프레임으로 고정하여 구성한 전기화학 셀 조립체에 있어서, Membrane Electrode Assembly in which catalysts are coated on both surfaces of the electrolyte membrane to form electrodes, packing in a form capable of supplying and discharging reactants and products, and a plurality of separator plates are sequentially stacked, and both ends In the electrochemical cell assembly fixed by the frame, 상기 분리판을 비전도성 재질로 구성하고, The separator is made of a non-conductive material, 상기 막전극접합체와 상기 분리판의 사이에 각각 위치하여 상기 막전극접합체에 외부 전류를 인가하거나 외부 전류로 인출하며 상기 막전극접합체에서 생성된 전자의 이동경로 역할을 하는 다수개의 전류 전도판과, 상기 다수개의 전류 전도판을 전기적으로 접속하는 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀 조립체.A plurality of current conducting plates positioned between the membrane electrode assembly and the separation plate, respectively, to apply an external current to the membrane electrode assembly or to draw the external current, and serve as a movement path of electrons generated in the membrane electrode assembly; And a connection member for electrically connecting the plurality of current conducting plates. 제4항에 있어서, 상기 전류 전도판은 상기 막전극접합체의 전극과 접촉하는 전극 반응부와, 상기 전극 반응부의 일측 둘레에 돌출 형성되며 전류를 인가 또는 인출하는 접속부를 갖는 전류 전도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀 조립체.5. The method of claim 4, wherein the current conducting plate includes an electrode reaction part in contact with an electrode of the membrane electrode assembly, and a current conduction part protruding around one side of the electrode reaction part and having a connection part for applying or drawing current. An electrochemical cell assembly. 제5항에 있어서, 상기 다수개의 전류 전도판은 그 전류 전도부가 교대로 서로 다른 방향을 향하도록 적층하고, 상기 접속부재는 동일 방향의 전류 전도판들을 각각 접속하여 각각의 단극을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀 조립체. 6. The method of claim 5, wherein the plurality of current conducting plates are laminated so that their current conducting portions alternately face different directions, and the connecting member connects the current conducting plates in the same direction, respectively, to form respective single poles. An electrochemical cell assembly. 제5항에 있어서, 상기 다수개의 전류 전도판은 그 전류 전도부가 동일 방향을 향하도록 적층하고, 상기 접속부재는 상기 분리판을 기준으로 양 측에 각각 위치하는 한 쌍의 전류 전도판을 서로 접속하여 각각의 복극을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀 조립체. The method of claim 5, wherein the plurality of current conduction plate is laminated so that the current conduction portion facing the same direction, the connection member is connected to each other a pair of current conduction plate located on both sides with respect to the separator plate Electrochemical cell assembly, characterized in that to form each bipolar.
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