KR100773530B1 - 모노폴라형 막-전극 어셈블리 - Google Patents

모노폴라형 막-전극 어셈블리 Download PDF

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이재용
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Abstract

모노폴라형 막-전극 어셈블리를 개시한다. 개시된 막-전극 어셈블리는: 복수의 셀영역이 형성된 전해질막; 상기 전해질의 양면에서 상기 셀영역에 각각 형성된 촉매층; 상기 전해질막의 양면에서 상기 셀영역에 해당되는 복수의 제1개구부와 상기 셀영역과 연관된 복수의 제2개구부가 형성된 애노드 지지체 및 캐소드 지지체; 상기 지지체 상에서 상기 셀영역에 각각 설치된 복수의 애노드 전류집전체 및 복수의 캐소드 전류집전체; 상기 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체 상에 각각 설치된 복수의 애노드 확산부 및 복수의 캐소드 확산부;를 구비한다. 상기 각 전류집전체는 상기 셀영역 상에서 전류를 집전하는 전류집전부; 및 상기 전류집전부의 일측에 연결된 도전부;를 구비한다. 대응되는 상기 캐소드 전류집전체 및 애노드 전류집전체의 상기 도전부의 단이 대응되는 상기 제2개구부를 통하여 전기적으로 직렬연결되며, 상기 전류집전부에는 20~70% 개구율이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

모노폴라형 막-전극 어셈블리{Monopolar membrane-electrode assembly}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 연료전지의 전해질막을 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 지지체(supporting body)의 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1의 막-전극 어셈블리에 삽입된 전류집전체를 보여주는 평면도이다.
도 6은 제1실시예의 전류집전부의 개공율의 변화에 따른 연료전지의 성능을 도시한 그래프이이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리의 개략적 단면도이다.
도 8은 도 7의 지지체(supporting body)의 평면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 도 7의 막-전극 어셈블리에 삽입된 전류집전체를 보여주는 평면도이다.
본 발명은 휴대용 전자기기의 전원으로 사용하기 위한 모노폴라형 직접액체 연료전지의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 상에 배치되며 돌출된 형상의 전류집전부를 구비한 모노폴라형 막-전극 어셈블리에 관한 것이다.
직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 연료인 메탄올과 산화제인 산소와의 반응에 의해 전기를 생성하는 발전장치로서 에너지밀도 및 전력밀도가 매우 높으며, 메탄올을 연료로 직접 사용하기 때문에 연료개질기 등 주변장치가 필요치 않으며 연료의 저장 및 공급이 쉽다는 장점을 가지고 있다.
모노폴라형 DMFC는 한 장의 전해질막에 복수의 셀을 배열한 후 각 셀을 직렬로 연결하는 방식으로 두께와 부피를 크게 줄일 수 있어서 박형의 소형 DMFC 제작이 가능한 방식이다.
미국특허 제6,410,180호에는 각 전극 위에 메쉬 타입 전류집전부들과, 전류집전부들을 연결하는 도전부를 개시하고 있다. 그러나, 전극 위에 전류집전부가 위치함으로써 전극과 전류집전부 사이의 단차가 생겨서 연료의 유출가능성이 있으며, 또한 액체연료가 도전부를 타고 리크될 수 있다. 또한, 전류집전부와 전극 사이의 접촉저항 증가와, 촉매층에서 생성된 전자가 전극의 연료확산부 및 전극지지체를 통과하여 전류집전부로 이동시 생기는 저항 증가가 연료전지의 효율을 저하시킬 수 있다. 또한 촉매 층에서 발생된 전류가 집전체까지 전달되기 위해서는 확산층과 지지층이 모두 전기 전도성을 가지는 물질을 사용함으로써 재료 선택의 제한이 있었고, 이러한 제한은 연료전지의 성능제한과 직접적으로 연관되어 있었다.
본 발명의 목적은, 촉매층 및 확산부 사이에 전류 집전부를 형성함으로써 전자의 이동거리를 단축하여 저항을 최소화하며, 애노드 확산부로부터의 액체연료공급량을 조절하며, 캐소드 촉매층으로부터의 수분이 배출되는 것을 억제하는 전류집전부를 구비한 막-전극 어셈블리의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 막-전극 어셈블리를 포함하는 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리는:
복수의 셀영역이 형성된 전해질막;
상기 전해질의 양면에서 상기 셀영역에 각각 형성된 촉매층;
상기 전해질막의 양면에서 상기 셀영역에 해당되는 복수의 제1개구부와 상기 셀영역과 연관된 복수의 제2개구부가 형성된 애노드 지지체 및 캐소드 지지체;
상기 지지체 상에서 상기 셀영역에 각각 설치된 복수의 애노드 전류집전체 및 복수의 캐소드 전류집전체;
상기 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체 상에 각각 설치된 복수의 애노드 확산부 및 복수의 캐소드 확산부;를 구비하며,
상기 각 전류집전체는 상기 셀영역 상에서 전류를 집전하는 전류집전부; 및
상기 전류집전부의 일측에 연결된 도전부;를 구비하며,
대응되는 상기 캐소드 전류집전체 및 애노드 전류집전체의 상기 도전부의 단이 대응되는 상기 제2개구부를 통하여 전기적으로 직렬연결되며,
상기 전류집전부에는 20~70% 개구율이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리는:
복수의 셀영역이 형성된 전해질막;
상기 전해질막의 양면에서 상기 셀영역에 해당되는 복수의 제1 개구부가 형성된 애노드 지지체 및 캐소드 지지체;
상기 지지체 상에서 상기 셀영역에 각각 설치된 복수의 애노드 전류집전체와 복수의 캐소드 전류집전체;
상기 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체 상에 각각 설치된 복수의 애노드 전극 및 복수의 캐소드 전극;을 구비하며,
상기 각 전류집전체는 상기 셀영역의 전류를 집전하는 전류집전부; 및
상기 전류집전부의 일측에 연결된 도전부;를 구비하며,
상기 캐소드 전류집전체의 도전부의 단 및 상기 애노드 전류집전체의 도전부의 단은 각각 해당 지지체의 외부로 노출되게 설치되어서 상기 캐소드 전류집전체의 도전부의 단 및 상기 애노드 전류집전체의 도전부의 단이 전기적으로 직렬연결되며,
상기 전류집전부에는 20~70% 개구율이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 지지체는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드로 이루어진 그룹 중 선택된 물질로 제조될 수 있다.
또한, 상기 지지체 및 상기 전류집전체는 일체형으로 형성된 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 전류집전체는 Ag, Au, Al, Ni, Cu, Pt, Ti, Mn, Zn, Fe, Sn 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹 중 선택된 것으로 제조될 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리의 개략적 단면도이며, 도 2는 본 발명의 연료전지의 전해질막을 보여주는 평면도이며, 도 3은 도 1의 지지체(supporting body)의 평면도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 1의 막-전극 어셈블리에 삽입된 전류집전체를 보여주는 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 전류집전체가 삽입된 모노폴라형 막-전극 어셈블리(100)는 복수의 셀영역, 예컨대 8개의 셀(제1~8셀) 영역이 형성되는 전해질막(110)을 구비한다. 전해질막(110)의 양면에는 각각 셀영역에 대응하는 복수의 촉매층(111,112)이 형성되어 있다. 그리고, 촉매층(111,112) 상에는 복수의 제1개구부(114a,116a)가 형성된 비전도성 지지체(114,116), 예컨대 폴리이미드(polyimide) 필름이 설치되어 있다.
지지체(114,116)에는 제2~제7셀영역과 제1셀영역 또는 제8셀영역과 각각 연관된 제2개구부(114b,116b)가 더 형성되어 있다. 그리고, 전해질막(110)에는 상기 제2개구부(114b,116b)에 대응되는 개구부(110a)가 더 형성될 수 있다.
각 지지체(114,116)에서 각 셀영역 상에는 애노드 전류집전부 (120)(A1~A8) 와 캐소드 전류집전부(160)(C1~C8)가 형성되어 있다. 애노드 집전부(120) 및 캐소드 집전부(160) 상에는 애노드 확산부(130) 및 캐소드 확산부(170)가 설치되어 있다.
상기 비전도성 지지체(114, 316)는 폴리에틸렌(Poly ethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride)로도 형성될 수 있다.
애노드 전류집전부(120)(A1~A8)와 캐소드 전류집전부 (160)(C1~C8)는 격자 형태의 금속 메쉬일 수도 있다. 애노드 전류집전부(120)의 일측에는 도전부(122)가 형성되어 있으며, 캐소드 전류집전부(160)의 일측에는 도전부(162)가 형성되어 있다. 각 전류집전체는 전류집전부와 해당하는 도전부를 구비한다.
상기 애노드 전류집전부(120)는 애노드 확산부(130)를 통해서 공급되는 액체연료가 촉매층(111)으로 가는 경로에 배치된다. 애노드 전류집전부(120)는 대략 20~70%의 개구율을 가지도록 메쉬 형성 또는 스트라이프 형상일 수 있다. 상기 개구율의 조절로 촉매층(111)으로 공급되는 액체연료량을 어느 정도 제어할 수 있게 된다.
상기 캐소드 전류집전부(160)는 캐소드 확산부(170)를 통해서 공급되는 산소(또는 공기)가 촉매층(112)으로 가는 경로에 배치된다. 캐소드 전류집전부(120)는 대략 20~70%의 개구율을 가지도록 메쉬 형성 또는 스트라이프 형상일 수 있다. 상기 개구율의 조절로 촉매층(112)에서 생성된 물이 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5는 지지체(114, 116)인 폴리이미드 필름 위에 전도성 금속으로 이루어진 전류집전체가 함께 형성된 플렉서블 인쇄회로 보드(flexible printed circuit board: FPCB)를 보여준다. 이 경우, 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체를 각각 폴리이미드 필름(114, 316)과 일체형으로 만든 후, 전해질막(110)과 접합할 수 있다.
애노드 전류집전부(A1)에 연결된 도전부(122)와 캐소드 전류집전부(C8)에 연결된 도전부(162)는 각각 외부로의 전기적 연결을 위한 단자 (124, 364)가 연결된다. 상기 단자(124, 364)는 상기 애노드 전류집전부(A1)에 연결된 도전부(122)와 캐소드 전류집전부(C8)에 연결된 도전부(162)으로부터 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.
제1셀의 캐소드 전류집전부(C1)의 도전부(162)의 단(162a)은 지지체(116)에 형성된 제2개구부(116b)에 위치하며, 제2셀의 애노드 집전부(A2)의 도전부(122)의 단(122a)은 지지체(114)에 형성된 제2개구부(114b)에 위치한다. 상기 캐소드 전류집전부(160), 도전부(162), 단자(164)가 형성된 지지체(116)를 캐소드 확산부(170) 및 전해질막(110) 사이에 배치하고, 상기 애노드 전류집전부(120), 도전부(122) 및 단자(124)가 형성된 지지체(114)를 애노드 확산부(130) 및 전해질막(110) 사이에 배치한 다음, 상기 지지체(114,116)에 형성된 개구부(114b,116b)을 정렬한 상태에서 125 ℃, 3 톤압력으로 3분간 핫프레싱(hot-pressing) 한 후, 상기 도전부(122,162)의 단(122a, 162a)을 제2개구부(114b,116b)와 개구부(110a)를 통해서 스팟 웰더(spot welder) 또는 초음파 웰더(ultrasonic welder)로 접합하여 전기적 으로 연결한다. 이와 같이 각 셀의 애노드 전류집전부(A2~A8)는 제2개구부(114b, 316b) 및 개구부(110a)를 통해서 인근 셀의 캐소드 전류집전부(C1~C7)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1~8셀은 직렬연결된다.
상기 전류집전부(120,160), 도전부(122,162), 터미널(124, 164)은 전기전도도가 1 S/cm 이상인 금속이 사용될 수 있다. 상기 금속으로 각각 Ag, Au, Al, Ni, Cu, Pt, Ti, Mn, Zn, Fe, Sn 및 이들의 합금이 사용될 수 있다. 상기 금속 대용으로 폴리아니린(Polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 등 전도성 고분자를 사용할 수 있다.
상기 전해질막(110)은 상기 개구부(110a)가 형성되어 있지 않을 수 있다. 이 경우, 전해질막(110)의 폭은 제2개구부의 내측으로 한정될 수 있다.
제1 실시예의 막-전극 어셈블리의 양면에 각각 수소연료공급부 및 산소(또는 공기) 공급부를 설치하면 연료전지를 제조할 수 있으며, 이러한 기술은 당업계에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리(100)는 애노드 전극(130) 및 캐소드 전극(170) 사이를 전기적으로 연결하는 도전부가 직접 연결되므로 도전부의 길이가 매우 짧으며, 따라서 전기적 저항이 작아 진다. 또한, 전류집전부(120,160)가 촉매층(111,112)과 확산부(130,170) 사이에 설치되므로, 촉매층에서 생성된 전자가 직접 접촉된 전류집전부에서 집전되므로 종래의 촉매층에서 생성된 전자가 전극의 연료확산부와 전극지지체를 통과하며 발생한 전기적 저항이 없게 된다. 또한, 전류집전부의 개구율의 조절로 액체연료량을 조절할 수 있고, 또한 캐소 드 측에서 생성된 물의 누출을 억제할 수 있다.
도 6은 제1실시예의 전류집전부의 개공율의 변화에 따른 연료전지의 성능을 도시한 그래프이며, 표 1은 이 때의 개공율 조건을 표시한 것이다.
Figure 112006085823376-pat00001
도 6 및 표 1을 참조하면, 동일한 캐소드 전류집전부의 개공율 70%에서, 애노드 전류집전부의 개공율이 낮은 경우(Case 2 및 Case 3)가 높은 경우(Case 70) 보다 파워밀도가 향상되었다. 이는 애노드 측으로 공급되는 메탄올의 양이 감소되어서 크로스 오버가 감소한 때문이다.
한편, Case 4의 경우, 캐소드 전류집전부의 개공율 감소로 물의 배출이 억제되어서 전류밀도가 향상되었다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리의 개략적 단면도이며, 도 8은 도 7의 지지체(supporting body)의 평면도이며, 도 9 및 도 10은 각각 도 7의 막-전극 어셈블리에 삽입된 전류집전체를 보여주는 평면도이다.
도 7 내지 도 10을 함께 참조하면, 본 발명의 전류집전체가 삽입된 모노폴라형 막-전극 어셈블리(200)는 복수의 셀영역, 예컨대 8개의 셀(제1~8셀) 영역이 형성되는 전해질막(210)을 구비한다. 전해질막(210)의 양면에는 각각 셀영역에 대응하는 복수의 촉매층(211,212)이 형성되어 있다. 그리고, 촉매층(211,212) 상에는 복수의 제1개구부(214a,216a)가 형성된 비전도성 지지체(214,216), 예컨대 폴리이미드(polyimide) 필름이 설치되어 있다.
각 지지체(214,316)에서 각 셀영역 상에는 애노드 전류집전부 (220)(A1~A8)와 캐소드 전류집전부(260)(C1~C8)가 형성되어 있다. 애노드 집전부(220) 및 캐소드 집전부(260) 상에는 애노드 확산부(230) 및 캐소드 확산부(270)가 설치되어 있다.
상기 비전도성 지지체(214, 216)는 폴리에틸렌(Poly ethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride)로도 형성될 수 있다.
애노드 전류집전부(220)(A1~A8)와 캐소드 전류집전부 (260)(C1~C8)는 격자 형태의 금속 메쉬일 수도 있다. 애노드 전류집전부(220)의 일측에는 도전부(222)가 형성되어 있으며 도전부(222)의 단은 지지체(214) 외부로 노출되게 연장되어 있다. 캐소드 전류집전부(260)의 일측에는 도전부(262)가 형성되어 있으며, 도전부(262)의 단은 지지체(216)의 외부로 노출되게 연장되어 있다. 각 전류집전체는 전류집전부와 해당하는 도전부를 구비한다.
상기 애노드 전류집전부(220)는 애노드 확산부(230)를 통해서 공급되는 액체연료가 촉매층(211)으로 가는 경로에 배치된다. 애노드 전류집전부(220)는 대략 20~70%의 개구율을 가지도록 메쉬 형성 또는 스트라이프 형상일 수 있다. 상기 개구율의 조절로 촉매층(211)으로 공급되는 액체연료량을 어느 정도 제어할 수 있게 된다.
상기 캐소드 전류집전부(260)는 캐소드 확산부(270)를 통해서 공급되는 산소(또는 공기)가 촉매층(212)으로 가는 경로에 배치된다. 캐소드 전류집전부(220)는 대략 20~70%의 개구율을 가지도록 메쉬 형성 또는 스트라이프 형상일 수 있다. 상기 개구율의 조절로 촉매층(212)에서 생성된 물이 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 지지체(214, 116)인 폴리이미드 필름 위에 전도성 금속으로 이루어진 전류집전체가 함께 형성된 플렉서블 인쇄회로 보드(flexible printed circuit board: FPCB)를 보여준다. 이 경우, 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체를 각각 폴리이미드 필름(214, 316)과 일체형으로 만든 후, 전해질막(210)과 접합할 수 있다.
애노드 전류집전부(A1)에 연결된 도전부(222)와 캐소드 전류집전부(C8)에 연결된 도전부(262)는 각각 외부로의 전기적 연결을 위한 단자 (224, 364)가 연결된다. 상기 단자(224, 364)는 상기 애노드 전류집전부(A1)에 연결된 도전부(222)와 캐소드 전류집전부(C8)에 연결된 도전부(262)로부터 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.
제1셀의 캐소드 전류집전부(C1)의 도전부(262)의 단(262a)은 지지체(216) 외부로 연장되어 있으며, 제2셀의 애노드 집전부(A2)의 도전부(222)의 단(222a)은 지지체(214) 외부로 연장되어 있다. 상기 캐소드 전류집전부(260), 도전부(262), 단자(264)가 형성된 지지체(216)를 캐소드 전극(270) 및 전해질막(210) 사이에 배치하고, 상기 애노드 전류집전부(220), 도전부(222) 및 단자(224)가 형성된 지지체(214)를 애노드 전극(230) 및 전해질막(210) 사이에 배치한 다음, 125 ℃, 3 톤압력으로 3분간 핫프레싱(hot-pressing) 한 후, 상기 도전부(222,262)의 단(222a, 262a)을 스팟 웰더(spot welder) 또는 초음파 웰더(ultrasonic welder)로 접합하여 전기적으로 연결한다. 이와 같이 각 셀의 애노드 전류집전부(A2~A8)는 인근 셀의 캐소드 전류집전부(C1~C7)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1~8셀은 직렬연결된다.
상기 전류집전부(220,260), 도전부(222,262), 터미널(224, 264)은 전기전도도가 1 S/cm 이상인 금속이 사용될 수 있다. 상기 금속으로 각각 Ag, Au, Al, Ni, Cu, Pt, Ti, Mn, Zn, Fe, Sn 및 이들의 합금이 사용될 수 있다. 상기 금속 대용으로 폴리아니린(Polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 등 전도성 고분자를 사용할 수 있다.
제2 실시예에 따른 모노폴라 막-전극 어셈블리(200)는 애노드 전류집전부(220) 및 캐소드 전류집전부(260) 사이를 연결하는 도전부(222,262)가 직접 연결되므로 도전부(222, 262)의 길이가 매우 짧으며, 따라서 전기적 저항이 낮다. 또한, 전류집전부(220,260)가 촉매층(211,212)과 확산부(230,270) 사이에 설치되므로 촉매층에서 생성된 전자가 전극의 연료확산부와 전극 지지체를 통과시 발생되는 전기적 저항이 없게 된다. 또한, 전류집전부의 개구율의 조절로 액체연료향을 조절할 수 있고, 또한 캐소드 측에서 생성된 물의 누출을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 모노폴라형 막-전극 어셈블리는 전류집전부 사이의 도전부의 길이가 짧으며, 전류집전부가 직접 전자가 생성되는 촉매층에 접촉되게 설치되므로 저항이 낮아져서 전지 효율이 증가한다. 또한, 전류집전부가 연료와 전극 사이에 설치되지 않으므로 연료의 소통이 원활해지며, 종래의 메쉬 구조는 메쉬를 통해서 액체연료가 리크되는 문제가 있으나 본 발명의 액체연료전지는 전류집전부가 멤브레인과 전극 사이에 박막으로 존재하므로 연료 리크가 거의 발생되지 않는다. 또한, 본 발명의 전류집전부는 그 개구율의 조절로 애노드에 공급되는 연료량을 조절할 수 있으며, 캐소드에서 생성되는 물의 누출을 억제할 수 있으며, 이는 연료전지의 출력 향상에 기여할 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 복수의 셀영역이 형성된 전해질막;
    상기 전해질의 양면에서 상기 셀영역에 각각 형성된 촉매층;
    상기 전해질막의 양면에서 상기 셀영역에 해당되는 복수의 제1개구부와 상기 셀영역과 연관된 복수의 제2개구부가 형성된 애노드 지지체 및 캐소드 지지체;
    상기 지지체 상에서 상기 셀영역에 각각 설치된 복수의 애노드 전류집전체 및 복수의 캐소드 전류집전체;
    상기 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체 상에 각각 설치된 복수의 애노드 확산부 및 복수의 캐소드 확산부;를 구비하며,
    상기 각 전류집전체는 상기 셀영역 상에서 전류를 집전하는 전류집전부; 및
    상기 전류집전부의 일측에 연결된 도전부;를 구비하며,
    대응되는 상기 캐소드 전류집전체 및 애노드 전류집전체의 상기 도전부의 단이 대응되는 상기 제2개구부를 통하여 전기적으로 직렬연결되며,
    상기 전류집전부에는 20~70% 개구율이 형성된 것을 특징으로 하는 모노폴라형 막-전극 어셈블리.
  2. 복수의 셀영역이 형성된 전해질막;
    상기 전해질막의 양면에서 상기 셀영역에 해당되는 복수의 제1 개구부가 형성된 애노드 지지체 및 캐소드 지지체;
    상기 지지체 상에서 상기 셀영역에 각각 설치된 복수의 애노드 전류집전체와 복수의 캐소드 전류집전체;
    상기 애노드 전류집전체 및 캐소드 전류집전체 상에 각각 설치된 복수의 애노드 전극 및 복수의 캐소드 전극;을 구비하며,
    상기 각 전류집전체는 상기 셀영역의 전류를 집전하는 전류집전부; 및
    상기 전류집전부의 일측에 연결된 도전부;를 구비하며,
    상기 캐소드 전류집전체의 도전부의 단 및 상기 애노드 전류집전체의 도전부의 단은 각각 해당 지지체의 외부로 노출되게 설치되어서 상기 캐소드 전류집전체의 도전부의 단 및 상기 애노드 전류집전체의 도전부의 단이 전기적으로 직렬연결되며,
    상기 전류집전부에는 20~70% 개구율이 형성된 것을 특징으로 하는 모노폴라형 막-전극 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지체는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드로 이루어진 그룹 중 선택된 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 모노폴라형 막-전극 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지체 및 상기 전류집전체는 일체형으로 형성된 플렉서블 인쇄회로기 판(FPCB)인 것을 특징으로 하는 모노폴라형 막-전극 어셈블리.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류집전체는 Ag, Au, Al, Ni, Cu, Pt, Ti, Mn, Zn, Fe, Sn 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹 중 선택된 것을 특징으로 하는 모노폴라형 막-전극 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000025190A (ko) * 1998-10-09 2000-05-06 최수현 단극형 마이크로 연료전지
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000025190A (ko) * 1998-10-09 2000-05-06 최수현 단극형 마이크로 연료전지
JP2004146092A (ja) 2002-10-22 2004-05-20 Hitachi Ltd シート状化学電池とその製造方法及び燃料電池とその製造方法並びに電解質シート及び配線シート
KR20060121684A (ko) * 2005-05-24 2006-11-29 삼성에스디아이 주식회사 모노폴라형 막-전극 어셈블리

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