KR100777240B1 - A separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도, 1 is an exploded perspective view showing a conventional separator for fuel cells;
도 2는 종래의 다른 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도, 2 is an exploded perspective view showing another conventional separator for fuel cells;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도, 3 is an exploded perspective view showing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판의 일 구성요소인 바이폴라판를 나타내는 평면도, 4 is a plan view illustrating a bipolar plate as one component of a separator for a fuel cell according to one embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판의 일 구성요소인 마스킹판의 평면도,5 is a plan view of a masking plate which is one component of a separator plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
도 6은 도 5에서의 X-X 절단면을 나타내는 단면도,6 is a cross-sectional view showing an X-X cutting plane in FIG. 5;
도 7은 도 5에서의 Y-Y 절단면을 나타내는 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a Y-Y cut surface in FIG. 5. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100,500: 전극 200,400: 마스킹판100,500: electrode 200,400: masking plate
210,410: 연결부 220,420: 집전체부210,410: connection part 220,420: current collector part
300: 바이폴라판 310: 테두리부300: bipolar plate 310: frame portion
311: 돌기부 311: protrusion
본 발명은 연료전지용 분리판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제작 작업이 용이하고 제작에 소요되는 소재가 절감되도록 마스킹판 내에 집전체부가 마련된 연료전지용 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly, to a separator for a fuel cell provided with a current collector in a masking plate to facilitate manufacturing and reduce material required for manufacturing.
일반적으로, 연료전지란 치밀한 전해질 층 양쪽에 위치한 두 전극판인 연료극과 공기극에 각각 수소를 포함한 연료 기체와 산소를 포함한 공기를 공급함으로써, 전해질층에 유도된 이온 전도현상을 이용하여 전기화학적으로 연료에 포함된 수소와 공기에 포함된 산소를 반응시켜 연료의 화학에너지로부터 전기를 생산하는 발전장치로써, 에너지 전환 단계가 간단하고 원리적으로 수소를 산화시켜 에너지를 얻기 때문에 고효율, 무공해 발전장치이다. In general, a fuel cell is an electrochemical fuel cell that utilizes ion conduction induced in an electrolyte layer by supplying fuel gas containing hydrogen and air containing oxygen, respectively, to the anode and the cathode, which are two electrode plates positioned on both sides of the dense electrolyte layer. It is a power generation device that produces electricity from the chemical energy of fuel by reacting hydrogen contained in oxygen with oxygen contained in the air.
이와 같은 연료전지는 사용되는 전해질에 따라 여러 가지 종류로 분류되는데 그 중에서도 리튬, 포타슘, 소듐 탄산염의 혼합물, 혹은 여기에 소량의 탄산화물이나 산화물이 첨가제가 들어간 탄산염의 혼합물을 녹는점 이상의 온도인 500℃ 이상에서 용융시켜 전해질 물질로 사용하는 연료전지가 용융탄산염형 연료전지(MCFC)이다. 상기 MCFC는 액체상태의 물질을 전해질로 사용하기 때문에 전해질을 고정시키 기 위해서 다공성 구조를 가진 알루미나(Al2O3), 혹은 리튬 알루미네이트(LiAlO2) 재질의 매트릭스 기공에 모세관압을 이용하여 전해질을 함침 시켜 사용하게 된다. 즉, MCFC 작동온도에서 용융된 전해질은 매트릭스 기공에 함침되어 전해질/매트릭스 복합체를 형성하고, 이들 전해질/매트릭스 복합체 양쪽에 각각 니켈 재질의 연료극판 및 공기극판이 설치되어 연료전지의 기본단위인 단위전지를 형성하고 이들 단위전지를 연료전지용 분리판을 사이에 두고 적층한 것이 연료전지 스택이다.Such fuel cells are classified into various types according to the electrolytes used. Among them, lithium, potassium, sodium carbonate mixtures, or a small amount of carbonate or oxide mixtures of carbonates containing additives have a temperature above 500. A molten carbonate fuel cell (MCFC) is a fuel cell that is melted at a temperature higher than or equal to and used as an electrolyte material. Since the MCFC uses a liquid substance as an electrolyte, an electrolyte is used by capillary pressure in matrix pores made of alumina (Al 2 O 3 ) or lithium aluminate (LiAlO 2 ) having a porous structure to fix the electrolyte. It is used by impregnation. That is, the electrolyte melted at the MCFC operating temperature is impregnated into the pores of the matrix to form an electrolyte / matrix composite, and both of the electrolyte / matrix composites are provided with nickel anode plates and cathode plates, respectively, and unit cells, which are basic units of a fuel cell. The fuel cell stack is formed by stacking the unit cells with the separator for fuel cell interposed therebetween.
한편, 주로 스테인레스강 소재로 만들어지는 MCFC 분리판은 스택에서 스택을 구성하는 각 단위전지에 연료 기체와 공기가 고르게 공급되도록 유로를 제공해주는 동시에 연료 기체와 공기가 섞이는 것을 막아주는 한편, 공급되는 기체가 원하지 않는 곳으로 누출되는 것을 막기 위한 기체밀봉을 형성하고 각 단위전지를 전기적으로 직렬 연결시켜주는 등 다양한 역할을 수행하는 구성요소이다. 따라서 분리판은 이러한 여러가지 기능을 수행하기 위해 복잡한 기계적 구조가 요구되므로 각각의 단위부품을 조립하여 제작하게 된다. Meanwhile, the MCFC separator plate, which is mainly made of stainless steel, provides a flow path for evenly supplying fuel gas and air to each unit cell constituting the stack, while preventing fuel gas and air from being mixed. Is a component that plays a variety of roles, such as forming a gas seal to prevent leakage to unwanted places and electrically connecting each unit cell in series. Therefore, the separator is a complex mechanical structure is required in order to perform these various functions is to manufacture each unit component.
이와 같은 종래의 단위전지용 분리판에 대해 아래 도면을 참고하여 간략히 설명하면 다음과 같다.Such a conventional unit cell separator is briefly described with reference to the drawings below.
도 1은 종래의 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도이고, 도 2는 종래의 다른 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view showing a conventional fuel cell separator plate, Figure 2 is an exploded perspective view showing another conventional fuel cell separator plate.
도면에 나타낸 바와 같이, 종래의 연료전지용 분리판들은 연료 기체와 공기가 섞이는 것을 막아주는 바이폴라판(40)과, 전극(10)과 전극(70) 사이에서 밀봉을 형성하는 한 쌍의 마스킹판(20,60)과 상기 전극(10,70)과의 전기적인 연결을 형성하는 한 쌍의 집전체판(30,35,50,55)으로 구성된다. As shown in the drawings, the conventional separator plates for fuel cells have a
상기 구성에 있어서, 도 1과 같은 종래기술의 집전체판(30,50)은 바이폴라판(40)과, 마스킹판(20,60) 사이에 형성된 공간에 위치하게 되므로 집전체판(30,50)이 전극(10,70)과 직접적으로 접촉하여 전기적 연결을 형성하기 위해서는 마스킹판(20,60) 중앙부(A)에 전극이 놓일 수 있는 개구부(21,61)가 있어야만 한다. 한편, 도 2와 같은 다른 종래기술은 상기한 종래기술과 동일한 구성으로 이루어지나 접합시, 집체판(35,55)이 마스킹판(20,60)의 개구부(21,61)에만 위치하도록 이루어진다. In the above configuration, the
따라서, 기존의 연료전지용 분리판 중 도 1과 같은 종래의 연료전지용 분리판은 마스킹판(20,60) 중앙부(A)의 개구부(21,61)에 해당하는 소재를 재활용할 수 없어서 마스킹판(20,60) 제작에 소비되는 소재의 대다수를 폐기하게 되므로 분리판 제작에 있어 소재 낭비가 심하다.Therefore, the conventional fuel cell separator of FIG. 1 of the conventional fuel cell separator may not recycle the material corresponding to the
또한, 도 2와 같은 종래의 다른 연료전지용 분리판은 개구부(21,61)에 해당하는 소재를 가공하여 집전체판(35,55)으로 활용할 수 있으나, 상기 집전체판(35,55)이 마스킹판(20,60)과 바이폴라판(40) 사이에 형성된 공간에 고정되도록 하기 위해서는 집전체판(35,55) 주위에 별도의 소재를 덧대어 마스킹판(20,60)에 용접접합과 같은 추가적인 공정이 요구되어 생산공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.In addition, another conventional fuel cell separation plate as shown in FIG. 2 may be used as the
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,마스킹판 내에 집전체부가 일체로 형성된 마스킹판을 제작함으로써 별도의 추가적인 공정 없이도 소재 낭비를 최소화하였을 뿐만 아니라, 단위 부품의 수를 감소시켜 생산공정을 단순화한 연료전지용 분리판을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, by manufacturing a masking plate integrally formed with a current collector in the masking plate to minimize the waste of materials without additional processing, and also reduce the number of unit parts The purpose of the present invention is to provide a separator for a fuel cell which simplifies the production process.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 연료전지용 분리판은, 연료기체와 공기가 섞이는 것을 방지하는 바이폴라판과, 전극과 전극 사이에서 밀봉을 형성하는 한 쌍의 마스킹판과, 전극과의 전기적인 연결을 하는 한쌍의 집전체부로 이루어진 연료전지용 분리판에 있어서, 마스킹판의 중앙부에는 집전체부가 일체로 형성되어 구성요소를 간소화하여 생산공정을 줄이는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above object, the separator plate for fuel cells of the present invention, a bipolar plate to prevent the mixing of the fuel gas and air, a pair of masking plate to form a seal between the electrode and the electrode, In the fuel cell separator comprising a pair of current collectors for electrical connection, the current collector portion is integrally formed at the central portion of the masking plate to simplify the components to reduce the production process.
바람직하게, 집전체부는 전극을 충분히 수용할 수 있는 면적을 가지면서 상기 매니폴드부에 대해 단차를 갖도록 형성되어, 상기 전극이 수용되어 적극의 유동방지한 것을 특징으로 한다.Preferably, the current collector portion is formed to have a step with respect to the manifold portion while having an area that can accommodate the electrode sufficiently, characterized in that the electrode is accommodated to prevent the flow of the positive electrode.
바람직하게, 집전체부와 마스킹판 사이의 접합부는 적어도 하나 이상의 연결부를 제외하고 단절되어 전류의 유동을 용이하도록 하며 마스킹판에 일체로 상기 연결부를 통해 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the junction between the current collector and the masking plate is disconnected except for at least one or more connecting parts to facilitate the flow of current, and is integrally formed with the connecting plate integrally with the masking plate.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판을 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판의 일 구성요소인 바이폴라판를 나타내는 평면도이다.3 is an exploded perspective view showing a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a plan view showing a bipolar plate which is one component of the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 분리판은 연료기체와 공기를 분리하기 위한 바이폴라판(300)과, 기체의 밀봉을 담당하며 내부에 전극(100,500)과 분리판에 전기적 연결을 제공하는 집전체부(220,420)가 마련된 한 쌍의 마스킹판(200,400)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the separator for fuel cells of the present invention is responsible for sealing the gas and the
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 바이폴라판(300)은, 종래의 바이폴라판이 적용될 수 있는데 이에 대해 설명하면, 매니폴드홀(H)을 가지는 평판으로서, 내측에는 상부 및 하부로 각각 돌출된 다수의 돌기부(311)가 형성된다. 상기 돌기부(311)는 매니폴드홀(H) 주변에 형성된 원형 돌기(311a)와, 중앙부(A)에 형성된 슬롯형 돌기(311b)로 이루어질 수 있고, 상부로 돌출된 것과 하부로 돌출된 것이 교호(交互)적으로 배치된다. 또한, 상기 바이폴라판(300)의 가장자리의 양면에는 상기 마스킹판(200,400)에 결합을 위한 테두리부(313)가 더 돌출형성되어 이루어진다. As shown in Figure 4, the
상기 돌기부(311)는, 평판 형상을 가지는 마스킹판(200,400)의 집전체부(220,420)를 상방향 또는 하방향으로 지지하여 종래 집전체판(도 1의 30,50)이 담당하던 전극(100,500)에 대한 지지력을 대신 부담하게 된다.The
이하, 본 발명의 일 구성 요소인 마스킹판을 도 3 및 아래도면을 참고 하여 설명한다.Hereinafter, a masking plate which is one component of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 3.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판의 일 구성요소인 마스킹판의 평면도이고, 도 6은 도 5의 X-X 절단면을 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 5의 Y-Y 절단면을 나타내는 단면도이다.5 is a plan view of a masking plate that is one component of a separator for fuel cells according to one embodiment of the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cutting plane XX of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the cutting plane YY of FIG. 5. to be.
도면에 나타낸 바와 같이, 상기 마스킹판(200)은, 양측에는 각 단위전지로 기체를 분배해 주는 역할을 하는 매니폴드(Manifold)를 형성하기 위한 매니폴드홀(230H,250H)이 다수개 형성된 매니폴드부(b)로 이루어지고, 중앙부(a)에는 다수의 통기구(h)가 형성된 집전체부(220,420)로 구성된다.As shown in the figure, the
상기 집전체부(220,420)는 상기 매니폴드부(a)에 대해 단차을 갖도록 형성되어 이루어지는데, 상기 단차 높이는 분리판의 소재 및 전극(100,500)의 두께와 전극(100,500)의 관입량에 따라 달리 형성될 수 있다.The
또한, 상기 집전체부(220,420)은 전극(100,500)을 충분히 수용할 수 있는 넓이로 형성되되, 기체가 흐를 수 있도록 통기구(h)가 더 형성된다. 이때, 상기 통기구(h)의 형상은 원형이나 각형으로 형성될 수 있으며, 2가지 이상의 형상으로 형성될 수도 있다.In addition, the
상기 집전체부(220,420)의 주위에는 매니폴드부(b)에서 분리되어 있으나, 완전히 절단된 것이 아니라 절단공정 시에 절단선을 따라 적어도 하나 이상의 연결부(210)를 남겨두어 상기 매니폴드부(b)에 상기 집전체부(220,240)가 붙어 있도록 형성된다.The manifold portion b is separated from the manifold portion b around the
한편 상기와 같은 구성으로, 상기 바이폴라판(300)의 상부 및 하부의 중앙부(A)에 각각 마련된 슬롯형 돌기부(311b)에 집전체부(220,420)가 접촉 지지되며 집전체부를 제외한 마스킹판의 매니폴드부(도 5의 b)는 상기 바이폴라판의(300)의 상부 및 하부의 매니폴드부(도 4의 B)에 각각 마련된 원형 돌기부(311a)에 의해서 지지된다. 따라서, 상기 전극(100,500)의 지지기능은 마스킹판(200,400)의 집전체부(220,420)을 통해 바이폴라판(300)의 슬롯형 돌기부(311b)가 담당하게 된다.On the other hand, in the configuration as described above, the
상기 마스킹판(200,400)은 상기 바이폴라판(300)에 접합되는데, 각각 하부 및 상부로 돌출된 바이폴라판(300)의 테두리부(313)를 통해 고정되고, 상기 마스킹판(200,400)의 집전체부(220,420) 상부로는 전극(100,500)이 부착되어 이루어진다.이때, 접합수단은 열융착접합의 한가지인 블레이징 접합 등으로 이뤄질 수 있다.The masking
상기와 같이 접합이 완료되면, 전극(100,500)을 통해 가압되는 외력은, 종래의 연료전지용 분리판이 가지는 집전체판(도 1의 30,50)에 의해 지지되는 대신에, 마스킹판(200,400)의 집전체부(220,420)을 통해 바이폴라판(300)에 형성된 돌기부(311)에 의해 지지된다.When the bonding is completed as described above, the external force pressurized through the electrodes (100, 500) of the masking plate (200, 400) instead of being supported by the current collector plate (30, 50 of FIG. It is supported by the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서와 같이 본 발명의 연료전지용 분리판은, 집전체부를 포함한 마스킹판 구성으로 인해 종래의 집전체판 제작에 요구되는 소재 낭비를 최소화할 수 있으며, 단위 부품을 간소화하여 분리판 제작 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.As described above, the separator for fuel cell of the present invention can minimize material waste required for fabricating a current collector plate due to the masking plate configuration including the current collector, and simplify the separation plate manufacturing process by simplifying unit components. It can work.
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KR970008710A (en) * | 1995-07-14 | 1997-02-24 | 김광호 | Molten Carbonate Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof |
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2006
- 2006-06-30 KR KR1020060060441A patent/KR100777240B1/en active IP Right Grant
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