KR100748304B1

KR100748304B1 - 연료전지 시스템 및 이에 사용하기 위한 바이폴라플레이트와 단위전지

Info

Publication number: KR100748304B1
Application number: KR1020060081312A
Authority: KR
Inventors: 서준원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-08-09
Also published as: JP2007066901A; JP4723437B2; US20070048590A1; KR20070026049A; DE602006015573D1; EP1760813B1; EP1760813A1; CN100454624C; CN1925196A

Abstract

본 발명은 유체소통이 가능한 유로가 양면에 형성되어 있고; 상기 양면 중 일면은 소수성 처리되고 타면은 친수성 처리되어 있는 바이폴라 플레이트 및 이를 구비한 단위전지와, 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 단위전지에서의 화학반응결과 생성되는 이산화탄소와 물이 용이하게 외부로 배출되어 단위전지에서의 발전효율을 향상시킴으로써 결과적으로 연료전지 시스템의 발전효율도 향상될 수 있다.

소수성 피복층, 친수성 피복층, 연료공급유로, 산소공급유로

Description

연료전지 시스템 및 이에 사용하기 위한 바이폴라 플레이트와 단위전지{FUEL CELL SYSTEM AND UNIT CELL AND BIPOLAR PLATE USING THEREFOR}

도 1은 본 발명에 따른 스택을 갖는 연료전지 시스템의 구성도;

도 2는 본 발명에 따른 스택의 구성도;

도 3은 바이폴라 플레이트의 일부를 나타낸 단면도;

도 4는 바이폴라 플레이트와 전극막 조립체로 이루어진 단위전지의 일부를 나타낸 단면도;

도 5는 친수성과 소수성의 개념도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 스택

12 : 전극막 조립체

14 : 바이폴라 플레이트

18 : 엔드 플레이트

20 : 연료 공급부

22: 소수성 표면

24: 친수성 표면

30 : 공기 공급부

본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 시스템에 관한 것이고, 더 상세하게 애노드 전극에 대면한 일면은 소수성 처리되는 반면에 캐소드 전극에 대면한 일면은 친수성 처리된 바이폴라 플레이트 및 이를 구비한 단위전지와 연료전지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지 시스템은 수소와 산소의 화학적인 반응에 의해 전기에너지로 바꾸는 발전장치로서, 전력수요 증가에 따른 전원확보의 어려움과 날로 증가되는 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 연구개발되고 있다. 수소는 대체적으로 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 연료; 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소계 연료 또는 액화천연가스 등의 천연가스계 연료; 또는 수소와 같은 수소함유연료로부터 얻어진다.

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) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류된다. 또한, 연 료전지 시스템은 그 종류에 따라서 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.

고분자 전해질형 연료전지와 직접 메탄올 연료전지는 이동전원용으로 널리 연구되고 있다. 이러한 연료전지들은 기본적으로 전기를 생성하기 위한 단위전지가 복수개 적층되어 있는 스택을 갖고 있다. 스택의 기본구조는 엔드 플레이트 사이에 적층되어 있는 복수개의 단위전지가 볼트와 너트에 의해서 체결된 구조로 이루어진다. 단위전지는 전해질막의 양측면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 각각 제공되어 있는 MEA와, 상기 MEA의 양측에 각각 위치하고 유체유동용 채널이 형성되어 있는 세퍼레이터, 예를 들어 바이폴라 플레이트로 이루어진다.

상기 바이폴라 플레이트는 애노드 전극과 캐소드 전극에 수소함유연료와 산소를 각각 공급하면서 애노드 전극과 캐소드 전극에서 각각 생성되는 이산화탄소와 물을 외부로 배출시킨다.

그러나, 상기 물과 이산화탄소가 원활하게 배출되지 못하는 경우에 연료전지 시스템의 발전효율이 저하됨에도 불구하고 바이폴라 플레이트의 배출기능을 향상시키기 위한 연구는 활발하지 못하였다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 애노드 전극과 캐소드 전극에서 각각 생성되는 이산화탄소와 물을 효과적으로 배출시킬 수 있도록 표면처리된 바이폴라 플레이트와 이를 구비한 단위전지 및 연료전지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 바이폴라 플레이트는 유체소통이 가능한 유로가 양면에 형성되어 있고; 상기 양면 중 일면은 소수성 처리되고 타면은 친수성 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 단위전지는 고분자막 및 상기 고분자막의 양측에 제공된 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진 전극막 조립체와, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극에 각각 대면하는 상태로 제공된 한 쌍의 바이폴라 플레이트를 구비하여 수소와 산소의 화학반응을 통해서 전기를 생성하고, 상기 애노드 전극에 대면하는 상기 바이폴라 플레이트의 일면은 소수성 처리되고, 상기 캐소드 전극에 대면하는 상기 바이폴라 플레이트의 타면은 친수성 처리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연료전지 시스템은 수소와 산소의 화학반응을 통해서 전기를 생성하는 전기 발전부와, 상기 전기 발전부의 양측에 제공된 한 쌍의 엔드 플레이트를 갖는 스택과; 상기 스택에 수소함유연료를 공급하는 연료 공급부와; 상기 스택에 산소를 공급하는 산소 공급부로 이루어지고, 상기 전기 발전부는 유체소통이 가능한 유로가 형성되어 있는 양면 중 일면은 소수성 처리되고 타면은 친수성 처리되어 있는 바이폴라 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 양면 중 일면에는 소수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있고, 타면에는 친수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있고, 상기 소수성 특성을 갖는 물질은 페놀계 또는 에폭시계 화합물이고, 상기 친수성 특성을 갖는 물질은 아크릴계 화합물이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 바이폴라 플레이트는 유체소통이 가능한 유로가 양면에 형성되어 있고; 상기 양면 각각은 액체표면과 고체표면 사이에 형성되는 상이한 접촉각을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 양면중 하나의 표면에 형성된 접촉각은 60°~135° 정도로 유지되고, 다른 하나의 표면에 형성된 접촉각은 60° 미만으로 유지된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트, 단위전지 및 연료전지 시스템에 대하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 하나 이상의 단위전지가 적층되어 있는 스택(10)과, 스택(10)에 수소함유연료를 공급하는 연료 공급부(20)와, 스택(10)에 산소를 공급하는 산소 공급부(30)를 갖는다.

여기에서, 수소함유연료는 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 연료; 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소계 연료; 액화천연가스 등의 천연가스계 연료와 같은 원연료 또는 수소와 같은 연료를 의미한다. 상기 수소는 바람직하게 상술된 원연료를 개질함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 연료 공급부(20)는 메탄올, 에탄올 등의 알코올계 연료; 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소계 연료; 또는 액화천연가스 등 의 천연가스계 연료와 같은 원연료를 저장하는 연료 저장부(미도시)로만 구성될 수 있거나 또는 상기 연료 저장부 이외에 상술된 원연료를 수소로 개질하기 위한 개질기(미도시)로 구성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 스택(10)은 고분자막(12a)과, 고분자막(12a)의 양측에 제공된 애노드 전극과 캐소드 전극(12b, 12c)으로 이루어진 전극막 조립체(12)(MEA; Membrane Electrode Assembly)를 갖는다. 전극막 조립체(12)에 있어서, 전극은 카본종이와 같은 다공성 지지체 위에 촉매물질을 도포시킴으로써 제조되며, 수소함유연료에 함유된 수소가스를 산화시켜 수소이온(H⁺)과 전자(e^-)를 발생시키면서 이러한 산화과정의 부산물로 생성되는 이산화탄소를 외부로 배출시키는 애노드 전극(12b)과, 애노드 전극(12b)으로부터 고분자막(12a)을 통해서 이동한 수소이온과 산소공급부(30)로부터 공급된 산소의 화학반응이 이루어지면서 이러한 화학반응결과 생성되는 물을 외부로 배출시키는 캐소드 전극(12c)으로 구분된다.

또한, 스택(10)은 인접하는 전극막 조립체(12)의 사이에 대면하는 상태로 개재되어 수소와 산소를 전극막 조립체(12)의 애노드 전극(12b)과 캐소드 전극(12c)에 각각 공급하는 바이폴라 플레이트(14)를 포함한다. 이때, 스택(10)에는 전극막 조립체(12)와 그 양측에 위치하는 바이폴라 플레이트(14)로 구성된 단위전지(11a~11n)가 복수개 제공된다.

인접하는 전극막 조립체(12) 사이에 개재되어 있는 바이폴라 플레이트(14)에 있어서, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 플레이트 본체(14a)의 일면에는 수소함 유연료를 공급하는 연료공급유로(A)가 형성되어 있고 플레이트 본체(14a)의 타면에는 산소를 공급하는 산소공급유로(B)가 형성되어 있다.

본 발명에 따르면, 바이폴라 플레이트(14)의 일면은 소수성 특성을 갖도록 표면처리된 소수성 표면(24)을 갖는다. 이때, 소수성 표면(24)은 예를 들어 페놀계 또는 에폭시계 화합물과 같은 소수성 특성을 갖는 물질을 피복시킴으로써 형성될 수 있다. 한편, 바이폴라 플레이트(14)의 타면은 친수성 특성을 갖도록 표면처리된 친수성 표면(22)을 갖는다. 이때, 친수성 표면(22)은 예를 들어 아크릴계 화합물과 같은 친수성 특성을 갖는 물질을 피복함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 상술된 표면처리는 피복처리에 한정되지는 않는다.

소수성 표면(24)은 플레이트 본체(14a)의 일면에 형성되어 있는 연료공급유로(A)의 내부에도 존재하고 또한 친수성 표면(22)은 플레이트 본체(14a)의 타면에 형성되어 있는 산소공급유로(B)의 내부에도 존재한다.

소수성 특성은 일반적으로 물과 친하지 않는 특성을 의미하고 친수성 특성은 액체 특히 물과 친한 특성을 의미한다. 일반적으로, 액체가 고체표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 액체표면과 고체표면 사이에는 도 5에 도시된 바와 같이 소정의 각도, 즉 접촉각(θ; angle of contact)이 형성된다. 이때, 본 명세서에서, 소수성 특성은 상기 접촉각(θ)이 약 60°~135° 정도를 유지할 수 있는 것을 의미하고, 친수성 특성은 상기 접촉각(θ)이 약 60° 미만 정도를 유지할 수 있는 것을 의미한다.

결과적으로, 하기에 설명되는 바와 같이, 수소함유연료 특히 메탄올은 소수 성 표면(24)이 형성되어 있는 연료공급유로(A)에서 바이폴라 플레이트(14)의 일면으로부터 애노드 전극(12b) 측으로 용이하게 이동하는 반면에 물은 친수성 표면(22)이 형성되어 있는 산소공급유로(B)에서 캐소드 전극(12c)으로부터 바이폴라 플레이트(14)의 타면 측으로 용이하게 이동하게 된다.

도 4를 다시 참조하면, 애노드 전극(12b)과 캐소드 전극(12c) 각각의 외부면에는 수소함유연료와 산소를 각각 공급하기 위한 바이폴라 플레이트(14)가 대면한 상태로 제공된다. 애노드 전극(12b)에 대면하는 플레이트 본체(14a)의 일면에는 수소함유연료가 유동하는 연료공급유로(A)가 형성되는 반면에 캐소드 전극(12c)에 대면하는 타면에는 공기중의 산소가 유입되는 산소공급유로(B)가 형성된다.

플레이트 본체(14a)의 일면에 대면한 상태로 제공되는 애노드 전극(12b)은 상기 일면에 형성된 연료공급유로(A)를 통해 공급되는 수소함유연료를 산화반응에 의해 수소이온과 전자로 변환시키는 촉매층과, 상기 수소함유연료가 상기 촉매층에 균일하게 분산되도록 작용하면서 이산화탄소를 외부로 배출시키는 기체 확산층(GDL; gas diffusion layer)을 갖는다. 유사하게, 플레이트 본체(14a)의 타면에 대면한 상태로 제공되는 캐소드 전극(12c)은 상기 타면에 형성된 산소공급유로(B)를 통해 공급되는 산소와 수소이온을 화학반응시키는 촉매층과, 상기 산소가 상기 촉매층에 균일하게 분산되도록 작용하면서 상기 화학반응을 통해 생성되는 물을 외부로 배출시키는 기체 확산층으로 구성된다.

이때, 플레이트 본체(14a)의 일면에는 소수성 표면(24)이 형성되어 있으므로, 연료공급유로(A)에 위치하는 수소함유연료가 애노드 전극(12b)의 기체 확산층으로 용이하게 이동함으로써 애노드 전극(12b)에서 부산물로 생성되는 이산화탄소는 연료공급유로(A)를 통해서 용이하게 배출된다. 한편, 플레이트 본체(14a)의 타면에는 친수성 표면(22)이 형성되어 있으므로, 캐소드 전극(12c)에서 부산물로 생성되는 물은 캐소드 전극(12c)으로부터 플레이트 본체(14a)의 타면 측으로 용이하게 이동하면서 외부로 배출된다.

그리고, 고분자막(12a)은 애노드 전극(12b)의 촉매층에서 발생된 수소이온을 캐소드 전극(12c)의 촉매층에 전달하는 이온교환의 기능과 함께 수소함유연료의 투과를 방지하는 기능을 갖는 전도성 고분자 전해질막으로서 약 50~200㎛ 정도의 두께를 갖는다. 이러한 고분자막(12a)으로서는 예를 들어 퍼플루오로셀포네이트 수지(Nafion)로 제조된 과불화불소산 수지막, 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 박막 지지체에 과불화설폰산(perfluorinated sulfonic acid) 등의 수지용액이 코팅되어 있는 막, 다공성의 비전도성 고분자 지지체에 양이온 교환수지 및 무기 실리케이트가 피복되어 있는 막 등이 사용된다.

또한, 스택(10)은 전기 발생부(11)의 양단에 제공된 엔드 플레이트(18)를 갖는다. 스택(10)의 일측에 제공된 엔드 플레이트(18)에는 이에 한정되지는 않지만 수소함유연료가 유입되는 연료 유입부와, 스택(10) 내부의 단위전지(11a~11n)에서 생성되는 D.C 전기를 외부로 급전하기 위한 출력단자가 제공된다. 스택(10)의 타측에 제공된 엔드 플레이트(18)에는 공기가 유입되는 공기 유입부와, 이산화탄소(CO₂) 및 물(H₂O)을 각각 외부로 배출하기 위한 배출부가 제공된다.

한편, 스택(10)에 있어서, 복수개의 단위전지(11a~11n)가 적층되어 있는 부분은 설명의 편의상 전기 발생부(11)라 한다. 이때, 전기 발생부(11)의 최외곽에 위치하는 바이폴라 플레이트(14)는 엔드 플레이트(18)에 전기통전이 가능하게 대면하게 된다. 그리고, 엔드 플레이트(18)에 대면하는 바이폴라 플레이트(14)의 대향면의 반대편에는 공급유로가 위치한다. 상기 공급유로는 대면하는 전극에 따라서 연료공급유로 또는 산소공급유로로서 작용한다. 예를 들어, 애노드 전극(12b)에 인접하는 공급유로는 수소함유연료를 공급하는 연료공급유로로서 작용하는 반면에 캐소드 전극(12c)에 인접하는 공급유로는 산소를 공급하는 산소공급유로로서 작용한다.

상술된 바와 같은 구성요소로 이루어진 스택(10)은 전기 발생부(11)에 공급되는 수소함유연료 및 공기의 누출을 방지하고 또한 전지로서의 구조를 형성하기 위하여 전기 발생부(11)를 구성하는 단위전지들을 소정의 압력으로 가압하여 하나로 체결시키 위한 체결부재(미도시)를 갖는다.

상기 체결부재는 예를 들어 엔드 플레이트(18)의 테두리 부분에 형성된 다수의 관통구멍(미도시)에 각각 관통하는 복수개의 관통봉(미도시)과, 상기 관통봉의 양단부에 형성된 나사부에 나사체결되는 너트(미도시)를 갖는다. 따라서, 상기 관통봉들이 상기 관통구멍을 관통한 상태에서 상기 관통봉의 단부에 형성된 나사부에 너트를 나사체결함으로써 전기 발생부(11)는 엔드 플레이트(18)에 의해서 기밀상태의 압착된 상태로 유지된다.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 작동에 대하여 설명한다.

연료 공급부(20)로부터 공급되는 수소함유연료는 스택(10)에서 바이폴라 플레이트(14)의 연료공급유로(A)를 통해서 전기 발생부(11) 특히 전극막 조립체(12)의 애노드 전극(12b)에 용이하게 공급된다. 산소 공급부(30)로부터 공급되는 산소는 스택(10)에서 바이폴라 플레이트(14)의 산소공급유로(B)를 통해서 전기 발생부(11) 특히 전극막 조립체(12)의 캐소드 전극(12c)에 공급된다.

애노드 전극(12b)에서의 수소산화반응에 의해서 수소이온과 이산화탄소가 생성되며 이때 수소이온은 전해질막(12a)을 통해서 캐소드 전극(12c)으로 이동하고 이산화탄소는 바이폴라 플레이트(14)의 연료공급유로(A)를 통해서 외부로 배출된다. 캐소드 전극(12c)에서의 산소환원반응에 의해서 생성되는 물은 캐소드 전극(12c)으로부터 바이폴라 플레이트(14) 측으로 용이하게 이동한 후에 산소공급유로(B)를 통해서 외부로 배출된다. 한편, 애노드 전극(12b)에서 생성되는 전자가 캐소드 전극(12c)으로 이동함으로써 전기가 생성된다. 이때, 개별적인 단위전지(11a~11n)에서 생성되는 전기는 전기통전이 가능하게 서로 연결되어 있는 바이폴라 플레이트(14)를 경유하여 엔드 플레이트(18)에 제공된 출력단자를 통해서 외부 부하로 급전된다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

본 발명에 따르면, 바이폴라 플레이트의 일면은 소수성 처리를 하고 바이폴라 플레이트의 타면은 친수성 처리를 함으로써, 단위전지에서의 화학반응결과 생성되는 이산화탄소와 물이 용이하게 외부로 배출되어 단위전지에서의 발전효율을 향상시킴으로써 결과적으로 연료전지 시스템의 발전효율도 향상될 수 있다.

Claims

유체소통이 가능한 유로가 양면에 형성되어 있고;

상기 양면 중 일면은 소수성 처리되고 타면은 친수성 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
제1항에 있어서,

상기 양면 중 일면에는 소수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있고, 타면에는 친수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
제2항에 있어서,

상기 소수성 특성을 갖는 물질은 페놀계 또는 에폭시계 화합물이고, 상기 친수성 특성을 갖는 물질은 아크릴계 화합물인 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
고분자막 및 상기 고분자막의 양측에 제공된 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진 전극막 조립체와;

상기 애노드 전극에 대면하는 일면은 소수성 처리되고, 상기 캐소드 전극에 대면하는 타면은 친수성 처리되어 있는 바이폴라 플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 단위전지.
제4항에 있어서,

상기 바이폴라 플레이트의 일면에는 소수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있고, 상기 바이폴라 플레이트의 타면에는 친수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 단위전지.
제5항에 있어서,

상기 소수성 특성을 갖는 물질은 페놀계 또는 에폭시계 화합물이고, 상기 친수성 특성을 갖는 물질은 아크릴계 화합물인 것을 특징으로 하는 단위전지.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 바이폴라 플레이트의 일면에는 상기 애노드 전극에 수소함유연료를 공급하기 위한 연료공급유로가 형성되어 있고, 상기 바이폴라 플레이트의 타면에는 상기 캐소드 전극에 산소를 공급하기 위한 산소공급유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위전지.
수소와 산소의 화학반응을 통해서 전기를 생성하는 전기 발전부를 갖는 스택과;

상기 스택에 수소함유연료를 공급하는 연료 공급부와;

상기 스택에 산소를 공급하는 산소 공급부로 이루어지고,

상기 전기 발전부는 유체소통이 가능한 유로가 형성되어 있는 양면 중 일면은 소수성 처리되고 타면은 친수성 처리되어 있는 바이폴라 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제8항에 있어서,

상기 유로는 수소함유연료가 공급가능하게 유동하는 연료공급유로와, 산소가 공급가능하게 유동하는 산소공급유로로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제9항에 있어서,

상기 연료공급유로가 형성되어 있는 일면이 소수성 처리되고 상기 산소공급유로가 형성되어 있는 타면이 친수성 처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제10항에 있어서,

상기 일면에는 소수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있고, 상기 타면에는 친수성 특성을 갖는 물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제11항에 있어서,

상기 소수성 특성을 갖는 물질은 페놀계 또는 에폭시계 화합물이고, 상기 친 수성 특성을 갖는 물질은 아크릴계 화합물인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기 발전부는 고분자막 및 상기 고분자막의 양측에 제공된 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진 전극막 조립체를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제13항에 있어서,

상기 애노드 전극은 상기 바이폴라 플레이트의 일면에 대면하고 상기 캐소드 전극은 상기 바이폴라 플레이트의 타면에 대면하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
유체소통이 가능한 유로가 양면에 형성되어 있고;

상기 양면 각각은 액체표면과 고체표면 사이에 형성되는 상이한 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
제15항에 있어서,

상기 양면중 하나의 표면에 형성된 접촉각은 60°~135° 정도로 유지되고, 다른 하나의 표면에 형성된 접촉각은 60° 미만으로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
제16항에 있어서,

상기 하나의 표면에는 수소함유연료를 공급하기 위한 연료공급유로가 형성되어 있고 다른 하나의 표면에는 산소를 공급하기 위한 산소공급유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.