KR100762678B1 - 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치 - Google Patents

패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100762678B1
KR100762678B1 KR1020060044126A KR20060044126A KR100762678B1 KR 100762678 B1 KR100762678 B1 KR 100762678B1 KR 1020060044126 A KR1020060044126 A KR 1020060044126A KR 20060044126 A KR20060044126 A KR 20060044126A KR 100762678 B1 KR100762678 B1 KR 100762678B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell system
cathode electrode
cathode
power generation
Prior art date
Application number
KR1020060044126A
Other languages
English (en)
Inventor
박준영
이진화
이준형
송인섭
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 KR1020060044126A priority Critical patent/KR100762678B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100762678B1 publication Critical patent/KR100762678B1/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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04171—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal using adsorbents, wicks or hydrophilic material
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

본 발명은 애노드 전극과 대기에 노출되어 있는 캐소드 전극이 양측에 각각 제공된 멤브레인으로 이루어진 전기 발생부를 갖는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치에 관한 것으로서, 상기 캐소드 전극의 노출표면에 접촉상태로 제공되는 물을 흡수하기 위한 흡수시트를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 흡수시트의 흡수성에 의해서 캐소드 전극에 잔류하는 물을 흡수하여 산화제의 유입경로를 회복시킴으로써 패시브형 연료전지 시스템의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
흡수시트, 압력강하, 플러딩현상

Description

패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치{APPARATUS FOR ACTIVATING PASSIVE TYPE FUEL CELL SYSTEM}
도 1은 패시브형 연료전지 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 특성회복장치가 연료전지 시스템에 설치된 상태를 나타낸 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 전극막 조립체
12 : 멤브레인
14 : 캐소드 전극
16 : 애노드 전극
20 : 연료저장부
40 : 흡수시트
본 발명은 패시브형 연료전지 시스템의 특성을 회복하기 위한 장치에 관한 것이고, 더 상세하게 대기에 노출되어 있는 캐소드 전극에 물을 흡수할 수 있는 흡수시트를 표면접촉상태로 제공하여 물을 강제로 배출시킴으로써 산화제의 유입경로를 회복시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 환경문제나 자원문제를 해결하기 위한 방안으로서 천연가스 등의 탄화수소연료, 메탄올 등과 같은 수소함유연료로부터 얻어지는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생성하는 연료전지 시스템에 대한 관심이 집중되어 왔다.
연료전지 시스템은 수소함유연료와 산화제인 산소의 전기화학반응에 의해서 전기를 생성하는 발전장치이다. 이러한 연료전지 시스템은 기본적으로 전기를 생성하는 발전부를 갖는다. 상기 발전부는 선택적 이온투과특성을 갖는 전해질막과, 상기 전해질막의 양면에 제공된 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 전극막 조립체(MEA)를 구비한 단위전지(unit cell)을 갖는다.
연료전지 시스템에 있어서, 단위전지의 배열상태, 예를 들어 단위전지가 적층되어 있는 상태와 단위전지가 평면에 배열되어 있는 상태에 따라서 액티브형과 패시브형으로 각각 분류될 수 있다. 특히, 패시브형 연료전지에 있어서 캐소드 전극은 대기에 노출된 상태로 유지된다.
이러한 패시브형 연료전지가 작동하는 경우에 있어서, 대기에 노출되어 개방되어 있는 캐소드 전극 측에는 압력강하(pressure drop)가 없기 때문에 캐소드 플 러딩(flooding) 현상에 의해서 발전효율이 저하되었다.
즉, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 캐소드 전극에서는 물이 생성되고 이러한 물이 캐소드 전극에서 배출되지 못하고 산화제의 유입경로를 차단함으로써 연료전지 시스템의 발전효율이 저하되었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 캐소드 전극이 대기에 노출되어 있는 패시브형 연료전지 시스템에 있어서 발전부의 발전동작이 수행되는 동안 캐소드 전극에서 발생되는 물을 외부로 배출시켜서 산화제 유입경로를 회복시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 애노드 전극과 대기에 노출되어 있는 캐소드 전극이 양측에 각각 제공된 멤브레인으로 이루어진 전기 발생부를 갖는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치는 상기 캐소드 전극에 표면접촉이 가능하게 제공된 흡수시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 흡수시트는 공기투과성 및 전도성과 물흡수성을 갖는 박막의 시트로 구성된다.
상기 흡수시트는 흡수성을 갖는 에어필터이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 패시브형 연료전지 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡수시트가 연료전지 시스템의 캐소드 전극에 표면접촉상태로 제공된 것을 도시한 도면이다.
먼저, 패시브형 연료전지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 수소와 산소의 전기화학반응을 통해서 전기를 생성하는 발전부를 포함한다. 상기 발전부는 선택적 이온투과성을 갖는 고분자막(12)과, 고분자막(12)의 양면에 각각 제공된 애노드 전극(16) 및 캐소드 전극(14)으로 이루어진 전극막 조립체(MEA)(10)를 구비한 단위전지를 갖는다. 캐소드 전극(14)은 대기에 노출된 상태로 유지된다.
연료전지 시스템은 또한 상기 발전부가 수용되는 수용공간을 갖는 하우징(미도시)을 갖는다. 상기 하우징에 있어서, 상기 발전부의 일측, 즉 상기 애노드 전극(16)의 하부에는 수소함유연료가 저장되는 연료저장부(20)가 제공된다.
한편, 상기 발전부의 타측, 즉 캐소드 전극(14)의 상부에는 대기중의 산소와 같은 산화제를 공급하기 위한 블로어(blower; 미도시)가 제공될 수도 있다.
상기 하우징의 연료저장부(20)에는 연료 공급부(미도시)로부터 공급되는 수소함유연료, 예를 들어 물과 혼합되어 희석되어 있는 저농도의 메탄올 용액이 저장될 수 있다.
상술된 바와 같은 구조를 갖는 패시브형 연료전지 시스템이 정상적으로 운전되는 경우에, 발전부의 애노드 전극(16)과 캐소드 전극(14)에서 이루어지는 전기화 학반응은 예를 들어 하기 반응식과 같다.
애노드 반응: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e_
캐소드 반응: (3/2)O2 + 6H+ + 6e_ → 3H2O
전체 반응: CH3OH + (3/2)O2 → 2H2O + CO2
즉, 애노드 전극(16)에서는 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소 및 6개의 수소이온과 전자가 생성된다(산화반응). 생성된 수소이온은 멤브레인(12), 예를 들어 수소이온 교환막을 거쳐 캐소드 전극(14)에 전달된다. 캐소드 전극(14)에서는 수소이온과, 외부회로를 통해 전달된 전자와, 산소가 반응하여 물을 생성한다(환원반응). 전체적으로는, 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하고, 또한 전기를 생성한다. 이때, 생성된 전기는 집전체(미도시)를 통해서 외부로 제공된다.
한편, 패시브형 연료전지 시스템의 발전부가 정상적으로 발전동작을 수행하는 동안에 캐소드 전극(14)에서 생성되는 물이 외부로 배출되어 산화제의 유입경로를 양호한 상태로 유지하게 된다. 그러나, 물이 원활하게 외부로 배출되지 못하고 캐소드 전극(14)에 잔류하는 경우에는 산화제의 유입유로가 잔류하는 물에 의해서 막혀지게 된다. 이는 산화제의 원활한 공급을 방해하여 상기 발전부의 발전효율이 저하된다. 즉, 상기 집전체를 통해서 얻어지는 출력전압이 기준치 미만으로 저하된다.
따라서, 상기 집전체를 통한 출력전압이 기준치 미만으로 떨어지면 상기 발전부에서의 발전동작을 정지시킨 후 캐소드 전극(14)에 잔류하는 물을 강제로 배출시켜야 한다.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템은 저하된 출력전압을 향상시킬 수 있도록 캐소드 전극(14)에 잔류하는 물을 배출시키기 위하여 캐소드 전극(14)의 노출표면에 물을 흡수할 수 있는 흡수시트(40)를 포함한다. 캐소드 전극(14)에 잔류하는 물이 흡수시트(40)에 흡수됨으로써 캐소드 전극(14)에는 산화제가 유입될 수 있는 경로가 회복될 수 있다.
흡수시트(40)는 물 흡수력이 상대적으로 우수할 뿐만 아니라 양호한 공기 투과성(air permeability)을 갖는다. 이는 흡수시트(40)가 에어필터(air filter)와 유사한 작용을 하여 물을 흡수하면서도 대기중의 공기가 캐소드 전극(14)에 전달될 수 있도록 하기 위함이다.
따라서, 흡수시트(40)가 설치된 상태에서 연료전지 시스템의 발전동작이 이루어지는 동안 대기중의 산소와 같은 산화제가 흡수시트(40)를 투과하여 캐소드 전극(14)에 공급된다.
그리고, 흡수시트(40)는 연료전지 시스템의 발전동작이 이루어지는 동안, 캐소드 전극(14)의 표면으로부터 분리되거나 또는 표면접촉상태로 유지될 수 있다.
흡수시트(40)는 캐소드 전극(14)의 노출표면에 표면접촉상태로 제공됨으로써 캐소드 전극(14)에 잔류하는 잔류하는 물을 흡수하게 되고, 흡수된 물은 자중에 의해서 중력방향, 도 2의 화살표 방향으로 배출된다. 결과적으로, 캐소드 전극(14) 으로부터 물이 제거됨으로써 캐소드 전극(14)의 산화제 유동경로가 회복된다.
이 후에, 상술된 바와 같이 전극막 조립체(10)의 캐소드 전극(14)에 대한 특성회복작업이 수행된 후에 상기 발전부가 발전동작을 수행하도록 수소함유연료와 산화제를 공급한다. 이때, 수소함유연료와 산화제는 회복된 유입경로를 따라서 원활하게 공급되므로 패시브형 연료전지 시스템의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 흡수시트(40)는 전도성 특성을 가질 수 있다. 이는 연료전지 시스템의 발전동작이 이루어지는 동안, 캐소드 전극(14)에 접촉하고 있는 흡수시트(40)를 통해서 통전이 이루어지도록 하기 위함이다.
본 발명에 따르면, 패시브형 스택의 발전동작이 수행되는 동안 캐소드 전극에서 외부로 배출되지 못하고 잔류하는 물을 흡수시트를 통해서 흡수하여 강제로 배출시킴으로써 캐소드 전극에 있어서 산화제의 유입경로를 회복시켜 발전부에서의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 애노드 전극과 대기에 노출되어 있는 캐소드 전극이 양측에 각각 제공된 멤브레인으로 이루어진 전기 발생부를 갖는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치에 있어서,
    상기 캐소드 전극에 표면접촉이 가능하게 제공된 흡수시트; 및
    상기 캐소드 전극에 공기를 공급하기 위한 블로어를 포함하는 것을 특징으로 하는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수시트는 공기투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수시트는 흡수성을 갖는 에어필터인 것을 특징으로 하는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수시트는 전도성 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치.
  5. 삭제
KR1020060044126A 2006-05-17 2006-05-17 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치 KR100762678B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060044126A KR100762678B1 (ko) 2006-05-17 2006-05-17 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060044126A KR100762678B1 (ko) 2006-05-17 2006-05-17 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100762678B1 true KR100762678B1 (ko) 2007-10-04

Family

ID=39418899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060044126A KR100762678B1 (ko) 2006-05-17 2006-05-17 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100762678B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10289723A (ja) 1997-04-11 1998-10-27 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10289723A (ja) 1997-04-11 1998-10-27 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015079729A (ja) 燃料電池スタックの性能回復方法
KR101575415B1 (ko) 연료전지 스택의 성능 회복 방법
JP2012204300A (ja) 金属空気電池システム
KR20070036502A (ko) 고압산소탱크를 구비한 연료전지 시스템
KR100859458B1 (ko) Ｂ화합물을 연료로 하는 연료전지의 스택구조
KR100682865B1 (ko) 물 회수 시스템 및 이를 구비한 직접액체 연료전지
KR100776504B1 (ko) 연료전지 시스템
KR100762678B1 (ko) 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치
KR20070095684A (ko) 패시브형 연료전지 시스템의 활성화 방법
KR20070095686A (ko) 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복방법
JP2007200826A (ja) 電気化学反応器
JP2021166151A (ja) 燃料電池システム
KR20070084733A (ko) 성능회복장치를 장착한 연료전지 시스템 및 연료전지시스템 성능회복방법
KR20070095685A (ko) 패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치 및 방법
KR100776471B1 (ko) 세미-패시브형 연료전지 시스템의 특성회복장치
KR100859457B1 (ko) Ｂ화합물을 연료로 하는 연료전지의 스택구조
KR100625693B1 (ko) 연료전지의 연료공급장치
KR20070036505A (ko) 세미-패시브형 연료전지 시스템
KR100455196B1 (ko) Ｂ화합물을 연료로 하는 연료전지의 퍼지장치
KR100763143B1 (ko) 연료전지의 출력저하방지장치
KR100533008B1 (ko) 물포집장치를 가지는 연료전지 시스템
KR100625694B1 (ko) 연료전지의 연료공급장치
JP2008159492A (ja) 燃料電池
KR100829428B1 (ko) Ｂ화합물을 연료로 하는 연료전지의 연료탱크
JP2008021533A (ja) 燃料電池スタック

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: 20110825

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120823

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee