KR100719201B1 - 연료 전지용 구성 부품 - Google Patents

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토모히로 이노우에
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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지용 구성 부품의 조립 공정수를 삭감함과 동시에 전해질막에 주름이 잡히는 것을 방지할 수 있도록, 전해질막의 양극측에 촉매 부착 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지용 구성부품에 있어서, 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 핫 프레스에 의해 접합시키도록 하였다.

Description

연료 전지용 구성 부품{CONSTITUTING PART FOR FUEL BATTERY}
본 발명은, 연료 전지용 구성 요소의 집합체를 이루는 연료 전지용 구성 부품에 관한 것이다.
연료 전지는, 그 주된 구성 요소로서 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터(컬렉터(集)전극)와, 가스를 반응시키기 위한 Pt촉매를 담지시킨 촉매 부착 전극(촉매층) 및 전해질막(이온 교환막)과, 가스의 확산을 촉진시키기 위한 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층(GDL)과, 가스나 냉매를 밀봉하기 위한 가스킷(밀봉 부재)을 가지고 있다.
그러나, 종래의 기술에서는, 연료 전지를 조립할 때, 이들 구성 요소를 순차로 부착하여 조립하는 구성이므로, 그 작업에 많은 시간과 수고가 든다는 문제가 있으며, 특히 전해질막과 촉매 부착 전극을 조립하기 위해서는 위치가 고정되기 어렵기 때문에, 위치 결정 작업을 수행할 필요가 있다.
또한, 이 전해질막과 촉매 부착 전극의 부착에 관해서는, 이미 양자를 핫 프레스를 이용하여 결합시키는 방법이 개발된 바 있으며(일본 특허 공개공보 제 2000-223134호 참조), 이에 따르면 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품인 반응 전극부(MEA)를 단일한 구성 요소로서 이용할 수 있다.
그러나, 이와 같이 전해질막과 촉매 부착 전극이 일체화되더라도, 세퍼레이터와 전해질막을 부착시킬 때는, 그 사이에 가스킷을 끼워넣을 필요가 있다. 따라서, 종래에는 전해질막의 양측으로부터 이 전해질막을 끼워넣도록 하여 가스킷을 부착시켰으나, 전해질막은 그 위치 결정이 곤란하기 때문에, 부착시에 전해질막에 주름이 잡혀버린다는 문제점이 있었다.
또한, 세퍼레이터의 전해질막측에 가스킷을 일체로 성형한 것도 개발되었으나(일본 특허 공개공보 제2000-133288호 참조), 이러한 가스킷이 부착된 세퍼레이터라 하더라도, 전해질막을 끼워넣는 경우에는 동일한 문제점이 발생한다.
또한, 일반적으로 연료 전지 시스템은 고가이며, 특히 반응 전극부가 고가이기 때문에, 그 저비용화가 요망되고 있다. NEDO 평성 11년도 보고서(평성 11년도, 신에너지 산업기술 종합개발 위탁연구 성과 보고서, 고체고분자형 연료 전지의 개발용 표준 툴에 관한 조사 : 표 2.2-1 양산시의 표준 툴 코스트 비교)를 참조하면, 반응 전극부가 가장 고가이다.
본 발명은 이상과 같은 점을 감안하여, 연료 전지용 구성 요소의 조립 공정수를 삭감할 수 있으며, 전해질막에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 연료 전지용 스택의 셀을 구성하는 각 부품을 미리 일체화함으로써, 조립 공정수를 삭감할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 하며, 아울러, 비교적 고가의 부품인 반응 전극부의 평면적을 축소시킴으로써 부품 비용을 삭감할 수 있는 연료 전지용 구성 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구범위 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 전해질막의 양극측에 촉매 부착 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지용 구성부품으로서, 상기 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 가스킷을 접합시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 2항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 전해질막의 양극측에 촉매 부착 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지용 구성부품으로서, 상기 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 접합시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 전해질막의 양측에 가스 확산층을 겸한 전극을 구비한 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 그 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 상기 전해질막에 접합시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 4항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 일체품을 핫 프레스를 이용하여 접합시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 5항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 전해질막이 고분자 전해질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 6항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무가 액상 고무인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 반응 전극부, 가스 확산층 및 가스킷을 일체화한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 7항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 수지 필름으로 이루어진 프레임을 반응 전극부의 외주에 그 평면적이 확대되도록 고정시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 9항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 8항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 상기 프레임을 고무로 덮고, 가스 확산층에 상기 고무의 일부를 함침시킴으로써, 상기 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 가스 확산층을 일체화한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 가스 확산층이 셀의 구성 부품에 포함되지 않는 경우를 가정하여, 반응 전극부 및 가스킷을 일체화한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 10항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 수지 필름으로 이루어진 프레임을 반응 전극부의 외주에 그 평면적이 확대되도록 고정시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 12항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 11항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 상기 프레임을 덮도록 고무를 함침시킴으로써, 상기 반응 전극부, 프레임 및 가스킷을 일체화한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 13항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 9항 또는 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 반응 전극부 및 프레임의 외주를 고무에 의해 피복한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 14항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 9항 또는 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 반응 전극부 및 프레임에 설치한 관통공에 고무를 충전시킴으로써 상기 반응 전극부 및 프레임을 연결시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 15항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 9항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷, 가스 확산층 및 세퍼레이터를 일체화시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 16항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 12항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 세퍼레이터를 일체화시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 17항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 15항 또는 16항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스킷의 외주에, 상기 가스킷보다도 가스 불투과성이 우수한 재료로 이루어지는 가스 밀봉부를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 청구범위 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 가스킷을 접합시키거나, 혹은 본 발명의 청구범위 제 2항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 접합시키거나 하면, 상기 부품들이 미리 일체화되기 때문에, 연료 전지의 조립시에 상기 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있게 된다. 또한, 이 부품들 중에 전해질막이 포함되고, 이 전해질막이 다른 부품과 미리 일체화되기 때문에, 상기 전해질막에 부착시 주름이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 구성을 갖는 본 발명의 청구범위 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 전해질막의 양측에 가스 확산층을 겸한 전극을 구비한 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 상기 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 전해질막에 접합시키면, 역시 상기 부품들이 미리 일체화되기 때문에, 연료 전지의 조립시에 상기 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있게 된다. 또한, 이 부품들 중에 전해질막이 포함되고, 이 전해질막이 다른 부품과 미리 일체화되기 때문에, 상기 전해질막에 부착시 주름이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 일체품의 접합에는 핫 프레스에 의한 열 압착 수단을 이용하는 것이 적합하며(청구범위 제 4항), 전해질막으로는 고분자 전해질로 이루어진 것을 이용하는 것이 바람직하다(청구범위 제 5항).
또한, 본 발명에서 이용하는 고무로는, 부틸 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 플루오로실리콘 고무, 플루오로아크릴 고무 또는 수소화 니트릴 고무 등의 포화계 고무 또는 동종의 액상 타입 고무 등을 예로 들 수 있으며, 이 중, 액상 타입의 고무는 가스 확산층 또는 가스 확산층을 겸한 전극으로의 함침성이 우수하고, 핫 프레스 압력 및 온도가 낮더라도 전해질막과의 밀착성이 우수하다는 등의 이유 때문에, 밀봉의 측면에서 특히 바람직하다(청구범위 제 6항).
또한, 상기 청구범위 제 1항 내지 제 6항에 기재된 발명과 관련하여, 본건 출원에는 이하와 같은 기술적 사항이 포함된다.
즉, 본건 출원은 상기의 목적을 달성하기 위해, 아래와 같은 기술적 사항을 제안하는 것이기도 하다.
① 전해질막의 양극측에 촉매 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지에 있어서, 전해질막과 촉매 전극의 일체품(MEA)에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 가스킷을 접합시킨 제품.
② 전해질막의 양극측에 촉매 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지에 있어서, 전해질막과 촉매 전극의 일체품(MEA)에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 접합시킨, MEA와 가스 확산층과 가스킷의 접합체.
③ 전해질막의 양극측에 촉매 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층을 구비한 연료 전지에 있어서, 전해질막과 촉매 전극의 일체품(MEA)에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을, 핫 프레스를 이용하여 접합시킨, MEA와 가스 확산층과 가스킷의 접합체.
④ 전해질막의 양측에 가스 확산층을 겸한 전극을 구비한 연료 전지에 있어서, 상기 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 전해질막에 접합시킨 제품.
⑤ 전해질막의 양측에 가스 확산층을 겸한 전극을 구비한 연료 전지에 있어서, 상기 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을, 핫 프레스를 이용하여 전해질막에 접합시킨 제품.
⑥ 상기 ① 내지 ⑤에 있어서, 전해질막이 고분자 전해질막인 것을 특징으로 하는 연료 전지의 접합 요소 부품.
상기의 제안 사항은, 종래 기술에서는 볼 수 없었던 「MEA(전해질막과 촉매 전극 내지 촉매 부착 전극의 접합품)와 가스 확산층과 가스킷을 일체화한 제품」을 제안하고, 또한 촉매 전극 내지 촉매 부착 전극이 단독의 구성 요소로서 포함되지 않은 타입을 상정하여, 「전해질막과 가스 확산층과 가스킷을 일체화한 제품」을 제안하는 것으로, 이와 같은 일체품을 제작하기 위한 하나의 방법으로서, 가스 확산층에 고무를 함침시켜 성형한 가스 확산층·가스킷의 일체품을 핫 프레스를 사용하여 전해질막에 압착한다.
또한, 상기 MEA에 가스 확산층·가스킷의 일체품을 압착하는 경우에는, MEA의 전극의 외주부에 해당하는 전해질막이 노출된 부분에 핫 프레스를 이용하여 가스 확산층·가스킷의 일체품을 압착한다.
또한, 전극을 겸한 가스 확산층·가스킷의 일체품을 전해질막에 압착하는 경우에는, 전해질막에 접촉된 부분 전체를 압착한다.
그리고, 상기와 같이 MEA와 가스 확산층과 가스킷을 일체화하거나, 혹은 전해질막과 가스 확산층과 가스킷을 일체화하거나 함으로써, 연료 전지 부착시의 공정수를 삭감할 수 있게 됨과 동시에, 막과 밀봉부가 어긋나는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 7 항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 반응 전극부, 가스 확산층 및 가스킷을 일체화하면, 이 부품들이 미리 일체화되기 때문에, 조립 공정수를 삭감할 수 있게 되며, 또한 본 발명의 청구범위 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 수지 필름으로 이루어진 프레임을 반응 전극부의 외주에 그 평면적을 확대하도록 고정하면, 프레임이 추가되는 만큼 반응 전극부의 평면적을 축소시킬 수 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부를 사용하는 비율이 감소되고, 이에 따라 부품 비용을 삭감할 수 있게 된다. 이 경우, 상기한 바와 같이 반응 전극부, 가스 확산층 및 가스킷을 일체화하려면, 청구범위 제 9항에 기재한 바와 같이, 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 프레임을 고무로 덮고, 또한 가스 확산층에 상기 고무의 일부를 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 가스 확산층을 일체화하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 반응 전극부 및 가스킷을 일체화하면, 이 부품들이 미리 일체화되기 때문에, 조립 공정수를 삭감할 수 있게 되며, 또한, 본 발명의 청구범위 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품과 같이, 수지 필름으로 이루어진 프레임을 반응 전극부의 외주에 그 평면적을 확대하도록 고정시키면, 프레임이 추가되는 부분 만큼 반응 전극부의 평면적을 축소시킬 수 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부를 사용하는 비율이 감소하며, 이에 따라, 부품 비용을 삭감할 수 있게 된다. 이 경우, 상기한 바와 같이 반응 전극부 및 가스킷을 일체화하려면, 청구범위 제 12항에 기재한 바와 같이 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 프레임을 덮도록 고무를 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임 및 가스킷을 일체화하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 13항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 의하면, 반응 전극부 및 프레임의 외주를 고무에 의해 피복하였기 때문에, 셀의 내부에 발생하는 가스가 반응 전극부 및 프레임의 외주로부터 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있게 되며, 본 발명의 청구범위 제 14항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 의하면, 반응 전극부 및 프레임에 설치한 관통공에 고무를 충전시킴으로써 반응 전극부 및 프레임을 연결시켰기 때문에, 이 반응 전극부 및 프레임을 견고하게 체결할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 15항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 9항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷, 가스 확산층 및 세퍼레이터를 일체화하였기 때문에, 세퍼레이터까지 포함한 부품군을 일체화시킬 수 있게 되며, 본 발명의 청구범위 제 16항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 12항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 세퍼레이터를 일체화하였기 때문에, 역시 세퍼레이터까지 포함한 부품군을 일체화시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 17항에 의한 연료 전지용 구성 부품은, 상기한 청구범위 제 15항 또는 16항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스킷의 외주에, 상기 가스킷보다도 가스 불투과성이 우수한 재료로 이루어지는 가스 밀봉부를 설치하였기 때문에, 셀 밀봉 부분의 가스 불투과성이 그다지 좋지 않은 경우라 하더라도, 이러한 가스 밀봉에 의해 가스가 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있게 된다.
여기서 함침이란, GDL이나 전극에서는 이들의 다공질부로의 침투를, 수지 필름이나 세퍼레이터에서는 이들의 표면의 요철이나 틈새로의 침투를 의미하고 있다. 또한, 수지 필름에 있어서는 다공질이어도 좋고, 수지 필름 및 세퍼레이터에 있어서는, 표면이 거칠어진 것이어도 좋다.
또한, 상기 청구범위 제 7항 내지 제 17항에 기재된 발명과 관련하여, 본건 출원에는, 아래와 같은 기술적 사항이 포함된다.
즉, 본건 출원이 제안하는 하나의 연료 전지용 구성 부품은, 상기 목적을 달성하기 위해, MEA(전해질막+반응전극), 가스 확산층(GDL) 및 가스킷을 일체화하고, 고가인 MEA의 면적을 줄인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 이하와 같은 기술적 사항도 포함된다.
① MEA , GDL 및 가스킷을 일체화한 연료 전지용 셀 밀봉.
② MEA의 저비용화를 위해, MEA의 외주에 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT) 등과 같은 수지 필름으로 이루어진 프레임을 설치한 것을 특징으로 한다.
③ 가스 누출성(gas leak property)의 향상을 위해, MEA 및 수지 프레임 외주를 고무로 피복한 형상.
④ 수지 프레임과 MEA의 체결력 향상을 위해, 관통공을 설치하여 성형시에 고무로 연결시킨다.
⑤ 액상 고무를 사용함으로써, GDL을 포함하여 일체로 성형한다.
⑥ 셀 밀봉 부분의 가스 투과성이 나쁜 경우는, 세퍼레이터를 추가로 일체화시키고, 외주에 가스 투과성이 양호한 고무를 설치하거나, 또는 외주를 라텍스로 덮는 구조.
상기 ②에서는, MEA가 고가이기 때문에, 세퍼레이터의 발전부 이외에는 MEA 가 아니라, MEA와 열압착시킨 PI, PEN 또는 PET 등으로 이루어진 수지 프레임으로 한다. 수지 프레임에 의해 샌드위치된 MEA에는, 수지 프레임으로부터 관통공을 설치하여, 사용시에 열압착부가 벗겨지더라도 고무가 관통함으로써 유지되도록 한다(상기 ④).
또한, GDL을 함께 사용하는 경우에는, 수지 프레임이 부착된 MEA와 GDL을 성형틀에 넣고, 액상 고무에 의해 성형함으로써 일체화한다(상기 ⑤). GDL로부터 외주로의 가스 누출은, 고무가 함침되어 있기 때문에 없지만, 수지 프레임이 부착된 MEA의 외주로부터 누출될 우려가 있기 때문에, 성형시에 수지 프레임이 부착된 MEA의 외주에 고무를 두르는 형상으로 한다(상기 ③).
또한 액상 고무에는, 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 부틸 고무 또는 불소 고무 등을 사용하는데, 이러한 고무 재질에 가스 투과의 문제가 있는 경우에는, 세퍼레이터와 일체로 외주부를 가스 투과성이 양호한 고무로 덮는다(상기 ⑥). 이 경우의 구조로서는, 고무로 성형하여 덮는 경우와, 라텍스로 도포하는 경우가 있다.
상기의 구성에 의하면, 다음과 같은 작용 및 효과를 나타낼 수 있다.
① MEA, GDL 및 가스킷을 일체화함으로써, 5개의 부품을 조립시키던 것을 1개의 부품만 조립하면 되게 하였으므로, 조립 공정수가 대폭적으로 삭감된다.
② MEA에 수지 프레임을 부착시킴으로써, MEA의 사용 면적이 대폭적으로 축소되기 때문에, 비용 절감이 실현된다. 시판되는 시험용 스택의 예에 따르면, 30∼50%정도 MEA의 면적이 저하된다.
③ MEA와 수지 프레임을 관통공을 통해 고정시킴으로써, MEA의 어긋남 등이 발생하지 않는다.
④ 외주를 고무로 덮음으로써, MEA와 수지 프레임 간의 열압착이 불충분하더라도, 외주로부터의 공기 누설이 발생하지 않는다.
⑤ 상기 MEA가 일체화된 셀 밀봉부를 세퍼레이터에 의해 사이에 끼우고, 외주에 고무를 성형함으로써, 외부로의 가스 투과가 고무의 두께 만큼 감소된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 평면도이고,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 확대 단면도이고,
도 3은 상기 연료 전지용 구성 부품의 조립 상태를 나타낸 주요부의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 주요부에 대한 단면도이고,
도 5는 상기 연료 전지용 구성 부품의 조립 상태를 나타낸 주요부의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 주요부에 대한 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품의 주요부에 대한 단면도이다.
이후, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(1)의 평면도이고, 그 A-A선에 따른 확대 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 그리고, 도 3에는 상기 연료 전지용 구성 부품(1)의 조립 상태에 대한 단면도가 도시되어 있는데, 여기서 부호 10 및 11은 상기 연료 전지용 구성 부품(1)과 조합되는 세퍼레이터이다.
본 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(1)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 평면 형상을 갖는 고체 고분자로 이루어진 전해질막(3)의 양극측 내지 양면에 각각 촉매 부착 전극(4, 5)을 고정시킨 전해질막(3)과 촉매 부착 전극(4, 5)의 일체품인 반응 전극부(MEA : Membrane Electrode Assembly; 2)가 설치되어 있고, 이 반응 전극부(2)의 양면에 각각 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(6, 7)과, 고무 경화물로 이루어진 가스킷(8, 9)이 접합되어 있다.
상기 반응 전극부(2)에서, 전해질막(3)의 주연부(3a)는 촉매 부착 전극(4, 5)의 주연부(4a, 5a)보다도 평면 방향으로 돌출되어 있으므로, 도면상 상측의 촉매 부착 전극(4)의 상측과 전해질막(3)의 주연부(3a)의 상측에, 상측의 가스 확산층(6)이 배치됨과 동시에, 도면상 하측의 촉매 부착 전극(5)의 하측과 전해질막(3)의 주연부(3a)의 하측에, 하측의 가스 확산층(7)이 배치되어 있다. 또한, 전해질막(3)의 주연부(3a)의 상측에 상측 가스킷(8)이 배치됨과 동시에, 전해질막(3)의 주연부(3a)의 하측에 하측 가스킷(9)이 배치되어 있다.
도면상 상측의 가스 확산층(6)과 가스킷(8)의 조합, 및 도면상 하측의 가스 확산층(7)과 가스킷(9)의 조합은 각각, 가스킷(8, 9)의 성형시에, 가스킷(8, 9)의 성형 재료인 고무의 일부를 가스 확산층(6, 7)에 함침시킴으로써 일체화되어 있고, 이 일체품이 각각 전해질막(3)의 주연부(3a)의 상면 또는 하면에 대해 핫 프레스에 의한 열압착 수단에 의해 접합되어 있다. 따라서, 상기 연료 전지용 구성 부품(1)은, 전해질막(3), 촉매 부착 전극(4, 5), 가스 확산층(6, 7) 및 가스킷(8, 9)의 일체 성형품이며, 이 일체 성형품이 도 3에 도시한 바와 같이 한 쌍의 세퍼레이터(10, 11) 사이에 비접착상태로 끼워지게 된다. 세퍼레이터(10, 11)에는, 가스킷(8, 9)을 위치결정하여 이것을 가압 접합시키기 위한 홈형상의 오목부(10a, 11a)가 설치되어 있다.
상기와 같은 구성의 연료 전지용 구성 부품(1)에서는, 상기한 바와 같이 전해질막(3), 촉매 부착 전극(4, 5), 가스 확산층(6, 7) 및 가스킷(8, 9)이 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이 부품들을 서로 조립하는 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 이 부품들 중에 전해질막(3)이 포함되며, 이 전해질막(3)이 다른 부품에 의해 평면형상으로 유지되기 때문에, 이 전해질막(3)에 부착시 주름이 잡히는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스킷(8, 9)을 형성하는 고무의 일부가 가스 확산층(6, 7)에 함침됨으로써, 상기 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(6, 7)이 일체화되기 때문에, 상기 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(6, 7)은 서로 밀착된 구조이다. 따라서, 이 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(6, 7) 사이에, 가스 유로의 지름길이 되는 스페이스가 형성되는 것 을 방지할 수 있다.
또한, 가스킷(8, 9)이 전해질막(3)의 주연부(3a)의 상면 또는 하면에 대해 핫 프레스에 의한 열압착 수단에 의해 접합되어 있기 때문에, 이 가스킷(8, 9)과 전해질막(3)은 서로 밀착된 구조이다. 따라서, 이 가스킷(8, 9)과 전해질막(3) 사이에 가스의 누설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
제 2 실시예
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(1)의 단면도를 나타내고 있다. 또한, 도 5는 상기 연료 전지용 구성 부품(1)의 조립 상태의 단면도를 나타낸 것으로, 도 5에서 부호 10 및 11은 상기 연료 전지용 구성 부품(1)과 조합되는 세퍼레이터이다.
본 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(1)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 소정의 평면 형상을 갖는 고체 고분자로 이루어진 전해질막(3)이 설치되어 있으며, 이 전해질막(3)의 양면에 각각, 탄소 섬유로 이루어진 가스 확산층(12, 13)을 겸한 전극(14, 15)과, 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(8, 9)이 접합되어 있다.
도면상 상측의 가스 확산층(12)과 가스킷(8)의 조합, 및 도면상 하측의 가스 확산층(13)과 가스킷(9)의 조합은 각각, 가스킷(8, 9)의 성형시, 가스킷(8, 9)의 성형 재료인 고무의 일부를 가스 확산층(12, 13)에 함침시킴으로써 일체화되어 있으며, 이 일체품이 각각 전해질막(3)의 상면 또는 하면에 대해 핫 프레스에 의한 열압착 수단에 의해 접합되어 있다. 따라서, 상기 연료 전지용 구성 부품(1)은, 전해질막(3), 가스 확산층(12, 13)을 겸한 전극(14, 15) 및 가스킷(8, 9)의 일체 성형품이며, 이 일체 성형품이 도 5에 도시한 바와 같이 한 쌍의 세퍼레이터(10, 11) 사이에 비접착 상태로 끼워져 들어가게 된다. 세퍼레이터(10, 11)에는 가스킷(8, 9)의 위치를 결정하여 이것을 가압 접합시키기 위한 홈형상의 오목부(10a, 11a)가 설치되어 있다.
상기와 같은 구성의 연료 전지용 구성 부품(1)에서는, 상기한 바와 같이 전해질막(3), 가스 확산층(12, 13)을 겸한 전극(14, 15) 및 가스킷(8, 9)이 일체로 성형되어 있기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다.
또한, 이 부품들 중에 전해질막(3)이 포함되며, 이 전해질막(3)이 다른 부품에 의해 평면형상으로 유지되기 때문에, 이 전해질막(3)에 부착시 주름이 잡히는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스킷(8, 9)을 형성하는 고무의 일부가 가스 확산층(12, 13)에 함침됨으로써, 상기 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(12, 13)이 일체화되어 있기 때문에, 상기 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(12, 13)은 서로 밀착된 구조이다. 따라서, 이 가스킷(8, 9)과 가스 확산층(12, 13) 사이에, 가스 유로의 지름길이 되는 스페이스가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스킷(8, 9)이 전해질막(3)의 상면 또는 하면에 대해 핫 프레스에 의한 열압착 수단에 의해 접합되어 있기 때문에, 이 가스킷(8, 9)과 전해질막(3)은 서로 밀착된 구조이다. 따라서, 이 가스킷(8, 9)과 전해질막(3) 사이에 가스의 누 설 유로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
제 3 실시예
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 셀 밀봉부재; 21)의 단면을 나타낸 것으로, 이 연료 전지용 구성 부품(21)은 이하와 같이 구성되어 있다.
즉, 우선, 전해질막(이온 교환막; 23)의 상하 양측에 각각 촉매 부착 전극(촉매층; 24, 25)을 겹쳐 일체화시킨 반응 전극부(MEA; 22)가 설치되어 있으며, 이 반응 전극부(22)의 상하 양측에 각각 가스 확산층(GDL; 26, 27)이 비접착 상태로 겹쳐짐과 동시에, 이 가스 확산층(26, 27)의 상하 양측에 각각 세퍼레이터(28, 29)가 비접착 상태로 더 겹쳐져, 1셀 분량의 적층체가 구성되어 있다.
반응 전극부(22)의 평면적은 종래보다도 작게 형성되어 있는데, 그 축소분을 정확히 보충하도록, 반응 전극부(22)의 주연부에, PI, PEN 또는 PET 등의 수지 필름으로 이루어진 프레임(30, 31)이 고정되어 있다. 반응 전극부(22)의 주연부에서는, 전해질막(23)의 주연부(23a)가 촉매 부착 전극(24, 25)의 주연부(24a, 25a)보다도 평면 방향으로 돌출되어 있기 때문에, 프레임(30, 31)은 이 전해질막(23)의 주연부(23a)의 상하 양측에 각각 겹쳐져, 상기 전해질막(23)의 주연부(23a)에 대해 각각 열압착되어 있다. 프레임(30, 31)은 촉매 부착 전극(24, 25)과 대략 동일한 두께이다.
도면상 상측의 프레임(30)의 상측 및 도면상 하측의 프레임(31)의 하측에 각각(도면상 상측의 프레임(30)과 세퍼레이터(28)와의 사이, 및 도면상 하측의 프레 임(31)과 세퍼레이터(29)와의 사이로서 가스 확산층(26, 27)의 외주측에 각각), 실리콘 고무, EPDM 또는 FKM 등의 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(밀봉부재; 32, 33)이 설치되어 있으며, 이 가스킷(32, 33)은, 이것이 접촉하는 프레임(30, 31) 및 가스 확산층(26, 27)에 액상 고무의 일부가 함침됨으로써, 프레임(30, 31) 및 가스 확산층(26, 27)과 일체화되고, 상기한 바와 같이 프레임(30, 31)이 반응 전극부(22)에 열압착에 의해 고정되기 때문에, 상기와 같은 함침에 의해 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33) 및 가스 확산층(26, 27)이 일체화되어 있다. 가스킷(32, 33)은 세퍼레이터(28, 29)에 밀접해 있다.
또한, 전해질막(23)의 주연부(23a) 및 그 상하의 프레임(30, 31)에, 상하 방향으로 연결되어 통하도록 관통공(34)이 설치되어 있으며, 이 관통공(34)에 상기 액상 고무의 일부가 충전됨으로써, 상하의 가스킷(32, 33)이 직접 일체화되어 있다. 관통공(34)은, 전해질막(23)의 주연을 따라 복수 개가 소정의 간격을 두고 설치되어 있으며, 이 복수의 관통공(34)의 각각에 있어서, 상기 액상 고무의 일부가 충전되어 상하의 가스킷(32, 33)이 직접 일체화되어 있다.
또한, 상하의 가스킷(32, 33)에는, 전해질막(23)의 주연부(23a) 및 그 상하의 프레임(30, 31)의 외주를 덮도록 피복부(35)가 전체 둘레에 걸쳐 일체로 성형되어 있다.
상기의 구성을 구비한 연료 전지용 구성 부품(21)에서는, 상기한 바와 같이 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33) 및 가스 확산층(26, 27)이 미리 일체화되어 있기 때문에, 셀 내지 스택의 조립시에 조립 공정수를 삭감할 수 있고, 또한, 프레임(30, 31)이 추가된 만큼 반응 전극부(22)의 평면적이 축소되어 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부(22)를 사용하는 비율이 감소되므로, 부품 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)의 외주가, 가스킷(32, 33)에 일체로 성형된 피복부(35)에 의해 피복되어 있기 때문에, 셀의 내부에 발생하는 가스가 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)의 외주로부터 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있으며, 또한 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)에 설치한 관통공(34)에 고무가 충전됨으로써 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)이 연결되어 있기 때문에, 이 양자를 견고하게 체결할 수 있다.
제 4 실시예
또한, 상기한 바와 같이 연료 전지용 스택 내지 셀의 종류에 따라서는, 가스 확산층(26, 27)이 사용되지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는 상기 제 3 실시예의 설명으로부터 가스 확산층(26, 27)이 생략되게 된다.
제 5 실시예
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연료 전지용 구성 부품(연료 전지용 셀 밀봉 부재; 21)의 단면을 도시한 것으로서, 상기 연료 전지용 구성 부품(21)은, 이하와 같이 구성되어 있다.
우선, 전해질막(이온 교환막; 23)의 상하 양측에 각각 촉매 부착 전극(촉매층; 24, 25)을 겹쳐 일체화한 반응 전극부(MEA; 22)가 설치되어 있으며, 이 반응 전극부(22)의 상하 양측에 각각 가스 확산층(GDL; 26, 27)이 비접착 상태로 겹쳐짐 과 동시에, 상기 가스 확산층(26, 27)의 상하 양측에 각각 세퍼레이터(28, 29)가 비접착 상태로 겹쳐져, 1셀 분량의 적층체가 구성되어 있다.
반응 전극부(22)의 평면적은 종래보다도 작게 형성되어 있으며, 이 축소분을 정확히 보충하기 위해, 반응 전극부(22)의 주연부에, PI, PEN 또는 PET 등의 수지 필름으로 이루어진 프레임(30, 31)이 고정되어 있다. 반응 전극부(22)의 주연부에서는, 전해질막(23)의 주연부(23a)가 촉매 부착 전극(24, 25)의 주연부(24a, 25a)보다도 평면 방향으로 돌출되어 있기 때문에, 프레임(30, 31)은 이 전해질막(23)의 주연부(23a)의 상하 양측에 각각 겹쳐지며, 상기 전해질막(23)의 주연부(23a)에 대해 각각 열압착되어 있다. 프레임(30, 31)은, 촉매 부착 전극(24, 25)과 대략 동일한 두께를 가진다.
도면상 상측의 프레임(30)의 상측 및 도면상 하측의 프레임(31)의 하측에 각각(도면상 상측의 프레임(30)과 세퍼레이터(28)와의 사이, 및 도면상 하측의 프레임(31)과 세퍼레이터(29)와의 사이로서, 가스 확산층(26, 27)의 외주측에 각각), 실리콘 고무, EPDM 또는 FKM 등의 액상 고무 경화물로 이루어진 가스킷(밀봉 부재; 32, 33)이 설치되어 있고, 이 가스킷(32, 33)은 이것이 접촉하는 프레임(30, 31), 가스 확산층(26, 27) 및 세퍼레이터(28, 29)에 액상 고무의 일부가 함침됨으로써, 프레임(30, 31), 가스 확산층(26, 27) 및 세퍼레이터(28, 29)와 일체화되어 있고, 상기한 바와 같이 프레임(30, 31)이 반응 전극부(22)에 열압착에 의해 고정되어 있기 때문에, 상기의 함침에 의해, 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33), 가스 확산층(26, 27) 및 세퍼레이터(28, 29)가 일체화되어 있다.
또한, 전해질막(23)의 주연부(23a) 및 그 상하의 프레임(30, 31)에, 상하 방향으로 연결되어 통하도록 관통공(스루홀, 34)이 설치되어 있고, 이 관통공(34)에 상기 액상 고무의 일부가 충전됨으로써, 상하의 가스킷(32, 33)이 직접 일체화되어 있다. 관통공(34)은 전해질막(23)의 주연을 따라 복수개가 소정의 간격을 두고 설치되어 있으며, 이 복수 개의 관통공(34)의 각각에 있어서, 상기 액상 고무의 일부가 충전되어 상하의 가스킷(32, 33)이 직접 일체화되어 있다.
또한, 상하의 가스킷(32, 33)에는, 전해질막(23)의 주연부(23a) 및 그 상하의 프레임(30, 31)의 외주를 덮도록 피복부(35)가 전체 둘레에 걸쳐 일체로 성형되어 있으며, 이 피복부(35)를 포함하는 가스킷(32, 33) 및 그 상하의 세퍼레이터(28, 29)의 외주에, 가스킷(32, 33)보다도 가스 불투과성이 우수한 재료에 의해 성형된 가스 밀봉 부재(36)가 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다.
상기의 구성을 구비한 연료 전지용 구성 부품(21)에서는, 상기한 바와 같이 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33), 가스 확산층(26, 27) 및 세퍼레이터(28, 29)가 미리 일체화되어 있기 때문에, 셀 내지 스택 조립시의 조립 공정수를 삭감할 수 있고, 또한 프레임(30, 31)이 추가된 만큼 반응 전극부(22)의 평면적이 축소되어 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부(22)를 사용하는 비율이 감소하며, 이에 따라 부품 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)의 외주가, 가스킷(32, 33)에 일체로 성형된 피복부(35)에 의해 피복되어 있기 때문에, 셀의 내부에 발생하는 가스가 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)의 외주로부터 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있으며, 또한 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)에 설치한 관통공(34)에 고무가 충전됨으로써 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)이 연결되어 있기 때문에, 양자를 견고하게 체결할 수 있다.
또한, 피복부(35)를 포함한 가스킷(32, 33) 및 세퍼레이터(28, 29)의 외주에, 가스킷(32, 33)보다도 가스 불투과성이 우수한 재료에 의해 성형된 가스 밀봉 부재(36)가 설치되어 있기 때문에, 가스킷(32, 33)의 가스 불투과성이 그다지 좋지 않은 경우라 하더라도, 상기 가스 밀봉 부재(36)에 의해 가스가 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
제 6 실시예
또한, 상기한 바와 같이, 연료 전지용 스택 내지 셀의 종류에 따라서는, 가스 확산층(26, 27)이 사용되지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는, 상기 제 5 실시예의 설명 중에서 가스 확산층(26, 27)이 생략되게 된다.
본 발명은, 다음과 같은 효과를 나타낸다.
우선, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 1항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 전해질막의 양극측에 촉매 부착 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스 확산층을 구비한 연료 전지용 구성부품에 있어서, 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층과 가스킷을 접합하는 구성으로 하였기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 이 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 이 부품들을 일체화함으로써, 가스킷에 의한 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 2항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 전해질막의 양극(兩極)측에 촉매 부착 전극을 가지며, 그 양 외측에 가스 확산층을 구비한 연료 전지에 있어서, 전해질막과 촉매 부착 전극의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 접합하는 구성으로 하였기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 상기 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 이 부품들을 일체화함으로써, 가스킷에 의한 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 3항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 전해질막의 양측에 가스 확산층을 겸한 전극을 구비한 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 그 가스확산층에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷을 형성한 가스 확산층과 가스킷의 일체품을 전해질막에 접합시키는 구성으로 하였기 때문에, 연료 전지의 조립시에, 상기 부품들을 서로 부착시키는 공정을 삭감할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 조립 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 이 부품들을 일체화함으로써, 가스킷에 의한 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 각 청구항에 관련된 발명은 각각, 일체품을 핫 프레스를 이용하여 접합하거나(청구범위 제 4항), 전해질막이 고분자 전해질로 이루어지거나(청구범위 제 5항), 또는 고무가 액상 고무인 경우(청구범위 제 6항)에, 특히 유효하다.
또한, 상기 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 7항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부, 가스 확산층 및 가스킷이 일체화되며, 청구범위 제 9항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 프레임을 고무로 덮고, 가스 확산층에 상기 고무의 일부를 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 가스 확산층이 일체화되어 있기 때문에 각각 셀 내지 스택 조립시에 있어서의 조립 공정수를 삭감할 수 있으며, 또한 청구범위 제 8항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 프레임이 추가된 부분만큼 반응 전극부의 평면적이 축소되어 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부를 사용하는 비율이 감소되며, 이에 따라 부품 비용을 삭감할 수 있게 된다.
또한, 청구범위 제 10항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부 및 가스킷이 일체화되고, 청구범위 제 12항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부에 프레임을 고정시킴과 동시에 프레임을 덮도록 고무를 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임 및 가스킷이 일체화되어 있기 때문에 각각 셀 내지 스택 조립시에 있어서의 조립 공정수를 삭감할 수 있고, 청구범위 제 11항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 프레임이 추가된 만큼 반응 전극부의 평면적이 축소되어 있기 때문에, 고가의 부품인 반응 전극부를 사용하는 비율이 감소되며, 이에 따라 부품 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 청구범위 제 13항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부 및 프레임의 외주를 고무에 의해 피복하였기 때문에, 셀 내부에 발생하는 가스가 반응 전극부 및 프레임의 외주로부터 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있으며, 청구범위 제 14항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 반응 전극부 및 프레임에 설치한 관통공에 고무를 충전시킴으로써 반응 전극부 및 프레임을 연결시켰기 때문에, 상기 반응 전극부 및 프레임을 견고하게 체결할 수 있다.
또한, 청구범위 제 15항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 상기한 청구범위 제 9항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷, 가스 확산층 및 세퍼레이터를 일체화시켰기 때문에, 세퍼레이터까지 포함시킨 부품군을 일체화할 수 있으며, 청구범위 제 16항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 상기한 청구범위 제 12항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 고무를 세퍼레이터에도 함침시킴으로써, 반응 전극부, 프레임, 가스킷 및 세퍼레이터를 일체화시켰기 때문에, 역시 세퍼레이터까지 포함시킨 부품군을 일체화할 수 있다.
또한, 청구범위 제 17항에 의한 연료 전지용 구성 부품에 따르면, 상기한 청구범위 제 15항 또는 제 16항의 연료 전지용 구성 부품에 있어서, 가스킷의 외주에, 상기 가스킷보다도 가스 불투과성이 우수한 재료로 이루어진 가스 밀봉부를 설치하였기 때문에 가스킷의 가스 불투과성이 그다지 좋지 않은 경우라 하더라도, 상기 가스 밀봉부에 의해 가스가 외부로 누설되는 것을 억제할 수 있다.

Claims (17)

  1. 전해질막(3)의 양극(兩極)측에 촉매 부착 전극(4, 5)을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층(6, 7)을 구비한 연료 전지용 구성부품으로서,
    상기 전해질막(3)과 촉매 부착 전극(4, 5)의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층(6, 7)과 가스킷(8, 9)을 접합시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  2. 전해질막(3)의 양극측에 촉매 부착 전극(4, 5)을 가지며, 그 양 외측에 가스의 확산을 촉진시키기 위한 가스 확산층(6, 7)을 구비한 연료 전지용 구성부품으로서,
    상기 전해질막(3)과 촉매 부착 전극(4, 5)의 일체품에, 탄소 섬유 등으로 만들어진 가스 확산층(6, 7)에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷(8, 9)을 형성한 가스 확산층(6, 7)과 가스킷(8, 9)의 일체품을 접합시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  3. 전해질막(3)의 양측에 가스 확산층(12, 13)을 겸한 전극(14, 15)을 구비한 연료 전지용 구성 부품으로서,
    상기 가스 확산층(12, 13)에 고무를 함침시킴과 동시에 가스킷(8, 9)을 형성한 가스 확산층(12, 13)과 가스킷(8, 9)의 일체품을 상기 전해질막(3)에 접합시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  4. 제 2항에 있어서,
    일체품을 핫 프레스를 이용하여 접합시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해질막(3)이 고분자 전해질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    고무가 액상 고무인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  7. 반응 전극부(22), 가스 확산층(26, 27) 및 가스킷(32, 33)을 일체화한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  8. 제 7항에 있어서,
    수지 필름으로 이루어진 프레임(30, 31)을 반응 전극부(22)의 외주에 그 평면적이 확대되도록 고정시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  9. 제 8항에 있어서,
    반응 전극부(22)에 프레임(30, 31)을 고정시킴과 동시에 상기 프레임(30, 31)을 고무로 덮고, 가스 확산층(26, 27)에 상기 고무의 일부를 함침시킴으로써, 상기 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33) 및 가스 확산층(26, 27)을 일체화한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  10. 반응 전극부(22) 및 가스킷(32, 33)을 일체화한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 셀 밀봉부재.
  11. 제 10항에 있어서,
    수지 필름으로 이루어진 프레임(30, 31)을 반응 전극부(22)의 외주에 그 평면적이 확대되도록 고정시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  12. 제 11항에 있어서,
    반응 전극부(22)에 프레임(30, 31)을 고정시킴과 동시에 상기 프레임(30, 31)을 덮도록 고무를 함침시킴으로써, 상기 반응 전극부(22), 프레임(30, 31) 및 가스킷(32, 33)을 일체화한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  13. 제 9항 또는 제 12항에 있어서,
    반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)의 외주를 고무에 의해 피복한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  14. 제 9항 또는 제 12항에 있어서,
    반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)에 설치한 관통공(34)에 고무를 충전시킴으로써 상기 반응 전극부(22) 및 프레임(30, 31)을 연결시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  15. 제 9항에 있어서,
    고무를 세퍼레이터(28, 29)에도 함침시킴으로써, 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33), 가스 확산층(26, 27) 및 세퍼레이터(28, 29)를 일체화시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  16. 제 12항에 있어서,
    고무를 세퍼레이터(28, 29)에도 함침시킴으로써, 반응 전극부(22), 프레임(30, 31), 가스킷(32, 33) 및 세퍼레이터(28, 29)를 일체화시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
  17. 제 15항 또는 16항에 있어서,
    가스킷(32, 33)의 외주에, 상기 가스킷(32, 33)보다도 가스 불투과성이 우수 한 재료로 이루어지는 가스 밀봉부재(36)를 설치한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 구성 부품.
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