KR100802881B1 - 세퍼레이터 및 이것을 이용한 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균일한 가스 공급 집전 저항의 저감을, 가공성이 높은 단순한 세퍼레이터 구성으로 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 전해질을 전극 사이에 끼운 단위셀을 서로 적층하기 위하여, 단위셀 사이에 삽입되는 연료 전지의 세퍼레이터는 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수개의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와, 가스 확산부의 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비한다. 가스 확산부와 스페이서부는 철망 형상 부재를 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있다. 이에 따라, 전극과 세퍼레이터 사이에 균일한 통기공이 형성되고, 폭이 좁은 선형상의 그물코의 접촉에 의한 높은 접촉압이 확보되고, 이에 따라 가스 확산의 균일화와 집전 저항의 경감이 모두 가능해진다.
연료 전지, 고분자 전해질막, 전극 접합체, 전극, 세퍼레이터

Description

세퍼레이터 및 이것을 이용한 연료 전지{SEPARATOR AND FUEL CELL USING THAT SEPARATOR}
도1은 연료 전지 시스템의 구성도.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 스택을 구성하는 셀 모듈의 상면도.
도3은 셀 모듈을 공기극측에서 본 정면도.
도4는 셀 모듈을 연료극측에서 본 정면도.
도5는 도3의 B-B선을 따라 취한 부분 횡단면도.
도6은 도3의 A-A선을 따라 취한 부분 종단면도.
도7은 셀 모듈의 세퍼레이터를 분해하여 도시한 부분 사시도.
도8은 세퍼레이터의 그물코(網目) 형상의 대표예를 도시한 평면도.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세퍼레이터를 분해하여 도시한 부분 사시도.
도10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 세퍼레이터를 분해하여 도시한 부분 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10A : 단위셀
10B : 세퍼레이터
11 : 전해질
12, 13 : 가스 확산 전극
141, 151 : 가스 확산부
142, 152 : 스페이서부
143, 153 : 통기공
A, H : 가스 통로
[문헌1] 일본 특개 2002-184422호 공보
[문헌2] 일본 특개평 7-254424호 공보
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로, 특히 그의 단위셀 사이에 개재 삽입되는 세퍼레이터에 관한 것이다.
연료 전지에는 여러가지 형식의 것이 있지만, 그 중에서도, 특히 반응 온도가 낮고 소형으로 구성 가능하기 때문에, 차량 탑재에 적합한 것으로서 고분자 전해질형 연료 전지가 있다. 이러한 형식의 연료 전지는 고분자 전해질막을 가스 확산 전극(촉매층과 다공질 지지층(가스 확산층)으로 이루어짐) 사이에 끼운 막·전극 접합체(MEA)를 단위로 하고, 그 외측에 수소(연료 가스)나 산소(산화제 가스) 등의 반응 가스의 공급 통로를 겸하는 세퍼레이터를 배치한 구조로 되어 있다. 이 세퍼레이터는 반응 가스의 투과를 방지할 뿐만 아니라, 발생한 전류를 외부로 도출하기 위한 집전을 행한다. 상기와 같은 MEA와 세퍼레이터에 의해 1유닛의 단일 전지가 구성된다. 실제의 고분자 전해질형 연료 전지에서는, 이러한 단일 전지를 다수개 직렬로 적층하여 셀 모듈이 구성된다.
고분자 전해질형 연료 전지에서는, 충분한 발전 효율을 유지하기 위하여, 전해질막을 충분히 습윤 상태로 유지할 필요가 있으며, 일반적으로 전해 반응에 의해 생성되는 물만으로는 수분이 부족하기 때문에, 각 MEA에 가습수(加濕水)를 공급하는 수단을 필요로 한다. 또한, 전해 반응에 의해 발생 전력에 거의 상당하는 열량의 열이 발생하기 때문에, 연료 전지 본체가 과도하게 가열(head up)되는 것을 방지하는 냉각 수단이 강구된다.
출원인은 이미 상기 냉각 수단으로서, 가습수를 공기극으로의 반응 가스 중에 안개 형상으로 혼재시켜서 반응 가스와 함께 가스 확산 전극에 공급하는 기술을 제안하고 있다. 이 기술에서는, 상기 세퍼레이터의 가공성의 향상과, 연료 전지의 박막화를 도모하여, 세퍼레이터를 골판 형상의 박판 금속판으로 하고, 골판의 파산(波山)과 파산 바닥간의 중간 부분에 통기공을 형성하고, 이 통기공을 거쳐서 반응 가스와 세퍼레이터로부터의 가열에 의해 증기화된 가습수를, 가스 확산 전극에 공급하는 구성을 채택해고 있다. 이 구성에 따르면, 가습수의 가스 공급 통로내에서의 증발을 잠열 냉각에도 이용할 수 있다.
그런데, 고분자 전해질형 연료 전지의 세퍼레이터를 박판 금속판으로 구성하 는 기술로서, 종래에는 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다. 이 기술은 가스 확산 전극의 피로에 추종하여 접촉압을 유지하는 것을 목표로 한 것으로, 세퍼레이터를 구성하는 금속판에 평행한 슬릿을 단속적으로 형성하고, 서로 이웃하는 슬릿 사이를 만곡시킴으로써, 금속판을 위상이 어긋나게 한 파형으로 하여 탄성을 갖게 하고, 위상의 어긋남으로 파형상 사이에 생기는 틈새 부분을 통기공으로 하는 구성이 채택되어 있다.
또한, 상기 형식과는 상이한 용융 탄산염형 연료 전지에 있어서, 그 집전판(세퍼레이터)을 골판 형상의 박판으로 형성하여, 애노드 또는 캐소드와 밀착하는 측의 정점부에, 박판을 관통시켜서 복수개의 구멍을 형성한 것이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
[특허문헌1] 일본 특개 2002-184422호 공보
[특허문헌2] 일본 특개평 7-254424호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 접촉 면적을 확보하기 위하여 파형의 피치를 작게 할수록 통기성이 저하되고, 반대로 통기성을 확보하기 위하여 파형의 피치를 크게 할수록 접촉 면적이 감소하는 구조이며, 접촉 면적의 확보 및 통기성의 확보를 양립하는 것이 곤란하다고 생각된다. 또한, 통로 면적을 확보하기 위해서는, 어느 정도 파의 높이를 높게 해야만 하고, 접촉압의 확보와의 균형을 고려하여 파형의 피치는 큰 것으로 하지 않을 수 없다.
다음으로, 상기 특허문헌 2에 기재된 종래 기술에서는, 애노드 또는 캐소드 에 밀착하는 박판 집전판의 정점부에만 가스 공급을 위한 구멍을 형성하는 구성이기 때문에, 집전판에의 구멍 뚫기 가공은 폭이 수㎜ 정도인 파형의 정점부에 실시되게 되고, 고도의 기술을 요하는 곤란한 작업이 된다고 생각된다.
또한, 상기와 같이 파형의 정점부에만 구멍을 형성하는 구성에서는, 전극에 확산층이 없는 용융 탄산염형 연료 전지에의 적용에 한해서는 지장이 없다고 하더라도, 전극에 확산층을 구비하는 고분자 전해질형 연료 전지에의 적용을 고려한 경우, 문제가 있다. 즉 이 구성에서는, 파형의 굴곡부에 대하여 구멍의 위치를 어느 정도 정점부 폭의 내측으로 이간시킬 필요가 있기 때문에, 애노드 또는 캐소드에의 밀착면의 특히 굴곡부를 따른 위치의 부분적인 개구율이 제약되고, 밀착면 전체에서 보았을 때의 가스 공급의 확산 불균일이 생길 가능성이 염려된다. 게다가, 이 기술을 출원인이 앞서 제안한 기술(반응 가스와 냉각수의 혼재 공급)에의 적용을 고려한 경우, 냉각의 불균일이나 막 습윤의 불균일, 게다가 냉각수의 막힘에 의한 가스 공급의 불균일도 염려된다. 이와 같이 특허문헌 2에 기재된 기술은 상이한 형식의 연료 전지에의 적용의 범용성에 있어서 문제가 있다.
또한, 상기와 같이 개구율이 작은 면(면적적으로 넓은 면)에서 접촉시키는 구성에서는, 접촉면의 평면도를 아주 높게 하지 않으면, 국부적인 접촉에 의해 실제은 집전면은 작아지고, 도리어 집전 저항이 증가하게 된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 안출된 것으로, 연료 전지에 있어서, 가스 공급, 냉각, 막 습윤의 유지 및 집전 저항의 저감을, 가공성이 높은 단순한 세퍼레이터 구성으로 실현하는 것을 주요한 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전해질(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 삽입되는 연료 전지의 세퍼레이터(10B)에 있어서, 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수개의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와, 상기 가스 확산부의 상기 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고, 상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망 형상 부재를 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명은 전해질(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 세퍼레이터(10B)가 삽입된 연료 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수개의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와, 상기 가스 확산부의 상기 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고, 상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망 형상 부재를 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 있어서, 상기 철망 형상 부재는 상기 가스 확산부의 폭을 4로 하여, 가스 확산부끼리의 간격을 1이하로 하는 직사각형 골판 형상으로 반복하여 절곡되어 있는 구성이 유효하다.
또한, 상기 철망 형상 부재는 개구율이 25% 이상이고, 아울러 상기 통기공의 구멍 직경이 0.5㎜∼1.0㎜인 것이 바람직하다.
게다가, 상기 철망 형상 부재는 상기 통기공끼리의 연부(緣部)간의 간격이 거의 일정한 것이 바람직하다.
또한, 상기 철망 형상 부재는 상기 통기공의 형상이 원형, 직사각형, 마름모형 또는 6각형인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명은 고분자 전해질막(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 세퍼레이터(10B)가 삽입된 연료 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수개의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와, 상기 가스 확산부의 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고, 상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망을 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 있어서의 상기 단위셀은 상기 고분자 전해질막을 촉매층을 개재하여 카본 크로스 사이에 끼워 구성되어 있으며, 상기 가스 확산부는 카본 크로스로의 압력을 전체면에 분산함과 아울러 단위셀에서 생성된 물의 부착 면적을 감소하기 위하여, 상기 통기공끼리의 연부간의 간격이 0.3㎜ 이하로 되는 것이 유효하다.
(발명을 실시하기 위한 가장 양호한 형태)
본 발명은 연료 가스와 산화 가스의 반응에 수반하여 물이 생성되는 고분자 전해질형 연료 전지에 적용하기에 특히 유효한 것으로, 특히 생성수가 배출되는 공기극측의 가스 확산층에 접촉하여 형성되는 세퍼레이터에 적용하기에 유효한 것이다. 즉, 가스 확산층에서 생성된 물이 철망의 통기공을 통하여 배출된 후, 철망의 망형상 부재의 촘촘하고 아울러 일정폭의 그물코부를 거쳐서 하방으로 배출된다. 이에 따라, 생성수에 의한 가스 확산층 및 철망의 그물코의 막힘을 생기게 하지 않고, 또한 공급되는 가스의 통과·확산을 방해하지 않기 때문에, 가스 확산의 불균일에 따른 효율의 저하가 방지된다.
(제1 실시예)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 먼저, 도1 내지 도7은 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 도1은 본 발명의 적용에 따른 연료 전지 스택(1)을 이용한 차량용 연료 전지 시스템의 구성예를 도시한다. 이 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(1)을 주체(主體)로 하고, 이것에 공기를 공급하는 공기 공급 수단으로서의 공기 팬(21)을 포함하는 공기 공급계(도면에 실선으로 나타냄)(2) 및 물 응축기(31)를 포함하는 공기 배출계(3)로 이루어지는 연료 전지 주체부(主體部)와, 수소 공급 수단으로서의 수소 탱크(41)를 포함하는 연료 공급계(도면에 2점 쇄선으로 나타냄)(4)와, 반응부의 습윤과 냉각을 위한 물 공급계(도면에 파선으로 나타냄)(6)으로 구성된다.
연료 전지의 주체부에 배치된 공기 팬(21)은 공기 공급로(20)를 통해 공기 매니폴드(22)에 접속되고, 공기 매니폴드(22)는 연료 전지 스택을 수용하는 도시하지 않은 하우징에 접속되어 있다. 물 응축기(31)는 하우징의 공기 배출로(30) 중 에 개재 삽입하여 연료 전지 스택(1)에 접속되어 있다. 공기 배출로(30)에는 배기 온도 센서(32)가 배치되어 있다.
연료 공급계(4)는 수소 탱크(41)에 저장된 수소를 수소 공급로(40)를 통해 연료 전지 스택(1)의 수소 통로에 보내기 위해 형성되어 있다. 수소 공급로(40)에는 수소 탱크(41)측으로부터 연료 전지 스택(1)측을 향하여, 일차압 센서(42), 압력 조절 밸브(43A), 공급 전자(電磁) 밸브(44A), 압력 조절 밸브(43B), 공급 전자 밸브(44B), 이차압 센서(45)가 형성되어 있다. 또한, 수소 공급로(40)에는 부수적으로 수소 귀환로(40a)와 수소 배출로(50)가 형성되어 있다. 수소 귀환로(40a)에는 연료 전지 스택(1)측으로부터 차례로, 수소 농도 센서(46A, 46B), 흡인 펌프(47), 역지 밸브(48)가 배치되고, 역지 밸브(48)의 하류가 수소 공급로(40)에 접속되어 있다. 수소 귀환로(40a)에 있어서의 흡인 펌프(47)와 역지 밸브(48) 사이에는 수소 배출로(50)가 접속되어 있으며, 수소 배출로(50)에는 역지 밸브(51)와, 배출 전자(電磁) 밸브(52)와, 연소기(53)가 배치되어 있다.
물 공급계(6)는 물 탱크(61)에 저장된 물을 물 공급로(60)를 통해 연료 전지 스택(1)의 공기 매니폴드(22)에 배치된 다수개의 노즐(63)로 보내기 위해 형성되어 있다. 물 공급로(60)에는 펌프(62)가 배치되어 있다. 또한, 물 탱크(61)에는 레벨 센서(64)가 배치되어 있다. 물 공급계(6)에는 또한 연료 전지 스택(1)과 물 탱크(61)를 이어주는 물 귀환로(60a)가 형성되고, 물 귀환로(60a)에는 펌프(65)와 역지 밸브(66)가 배치되어 있다. 물 귀환로(60a)는 펌프(65)의 상류측에서는 물 응축기(31)에 접속되어 있다. 한편, 도면에 있어서, 부호 71은 연료 전지의 기전압 을 모니터하는 전압계를 나타낸다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 시스템은 운전시에는 공기 공급 팬(21)의 가동에 의해 공기 매니폴드(22)에 공기가 공급됨과 아울러, 물 공급계로부터 펌프(62)의 가동에 의해 물이 공급되고, 계속하여 연료 공급계(4)로부터 공급 전자 밸브(44A, 44B)의 가동에 의해 수소가 공급된다.
이 때, 연료 공급계(4)에서는, 수소 일차압 센서(42)에 의해 수소 탱크(41)측의 수소압이 모니터되고, 수소 압력 조절 밸브(43A, 43B))에 의해, 연료 전지 스택(1)에 공급하기에 적합한 압력으로 조정된다. 그리고, 공급 전자 밸브(44A, 44B)의 개폐에 의해, 수소의 연료 전지 스택(1)에의 공급이 전기적으로 제어된다. 수소 가스의 공급의 차단은 공급 전자 밸브(44A, 44B)의 폐쇄에 의해 이루어진다. 또한, 수소 이차압 센서(45)에 의해, 연료 전지 스택(1)에 공급되기 직전의 수소 가스압이 모니터된다. 또한, 물 공급계(6)에서는, 물 탱크(61)의 물은 펌프(62)에 의해 공기 매니폴드(22)내에 배치된 노즐(63)에 압송되고, 여기로부터 공기 매니폴드(22)내에서 연속적 또는 간헐적으로 분출되고, 공기 흐름에 안개 형상으로 혼입되어 연료 전지 스택(1)에 들여보내진다.
상기한 구성으로 이루어지는 연료 전지 시스템에 있어서 연료 전지 스택(1)을 구성하는 유닛으로서의 셀 모듈(10)의 구성을 도2 내지 도7에 도시한다. 도2에 상면(이하, 셀 모듈의 배치 자세에 입각하여 상하 및 종횡의 관계를 설명한다)에 도시한 바와 같이, 셀 모듈(10)은 단위셀(MEA)(10A)과, 단위셀끼리를 전기적으로 접속함과 아울러 단위셀에 도입되는 수소 가스의 유로와 공기의 유로를 분리하는 세퍼레이터(10B)와, 단위셀(10A)과 세퍼레이터(10B)를 지지하는 2종류의 프레임(17, 18)을 1세트로 하여, 판두께 방향으로 복수 세트(도시한 예에서는 10세트) 포개어 구성되어 있다.
한편, 단위셀(10A)은 프레임(18)의 내측에 위치하기 때문에, 도2에는 명확하게 나타나 있지 않다. 단위 모듈(10)은 단위셀(10A)끼리가 소정의 간극을 두고 배치되도록, 단위셀(10A)과 세퍼레이터(10B)가, 2종류의 프레임(17, 18)을 번갈아 스페이서로 하여 다단으로 포개어져 적층되어 있으며, 적층 방향의 일단(도2에 있어서의 상단면측)은 도3에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(10B)의 종방향 볼록돌기 형성면 및 한쪽의 프레임(17)의 단면에서 종단(終端)하고, 타단(도2에 있어서의 하단면측)은 도4에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(10B)의 횡방향 볼록돌기 형성면 및 다른쪽의 프레임(18)에서 종단해 있다.
도5 및 도6에 확대하여 단면 구조를 도시한 바와 같이, 단위셀(10A)은 고분자 전해질막(11)과, 이 고분자 전해질막(11)의 일측에 형성된 산화제극인 공기극(12) 및 타측에 형성된 연료극(13)으로 구성되어 있다. 이들 공기극(12)과 연료극(13)은 상술한 반응 가스를 확산하면서 투과하는 카본 크로스 등의 도전성 재료로 이루어지는 가스 확산층과, 이 확산층과 고분자 전해질막(11) 사이에 끼워넣어진 촉매 물질을 포함하는 촉매층으로 이루어진다. 이들 부재 중에서, 공기극(12)과 연료극(13)은 이들의 지지 부재로서의 프레임(18)의 개구부의 폭보다 약간 긴 횡방향 치수와, 개구부의 높이보다 약간 짧은 종방향 치수를 갖는 것으로 되어 있다. 또한, 고분자 전해질막(11)은 개구부의 종횡 방향 치수보다 약간 더 큰 종횡 치수 로 되어 있다.
세퍼레이터(10B)는 단위셀(10A) 사이의 가스 차단 부재로서의 세퍼레이터 기판(16)과, 세퍼레이터 기판(16)의 일측에 형성되고, 단위셀(10A)의 공기극측의 가스 확산층에 접촉하여 집전함과 아울러 공기와 물의 혼합 흐름을 투과하는 다수개의 통기공이 형성된 망형상 부재로 이루어지는 집전체(이하, 공기극측 콜렉터라 함)(14)와, 세퍼레이터 기판(16)의 타측에 형성되고, 단위셀(10A)의 연료극측의 가스 확산층에 접촉하여, 마찬가지로 전류를 외부에 도출하기 위한 망형상 부재로 이루어지는 도전체(이하, 연료극측 콜렉터라 함)(15)로 구성되어 있다.
이들을 단위셀(10A)도 포함하여 소정의 위치 관계로 유지하기 위하여, 공기극측 콜렉터(14)의 좌우 양측에 배치된 프레임(17)(최외측의 것만 상하단을 서로 백업 플레이트(17a, 17b)로 연결되어 프레임 형상(도3 참조)을 이룬다)과, 연료극측 콜렉터(15) 및 단위셀(10A)의 주연부(周緣部)에 프레임(18)이 형성되어 있다.
본 발명에 있어서의 가스 확산부와 스페이서부를 구성하는 망형상 부재로 이루어지는 콜렉터(14, 15)는 본 예에서는 금속 박판, 예를 들면 판두께가 0.2㎜정도인 익스팬디드 메탈(expanded metal)로 구성되어 있다. 또한, 세퍼레이터 기판(16)은 판두께가 더욱 얇은 금속 박판으로 구성된다. 이 구성 금속으로서는, 도전성과 내식성을 구비한 금속, 예를 들면 스테인레스망, 니켈 합금, 티탄 합금 등이나 이들 금속에 금 도금 등의 내식 도전 처리를 실시한 것이 예시된다. 또한, 프레임(17, 18)은 적절한 절연 재료로 구성되어 있다.
공기극측 콜렉터(14)는 도3에 도시한 바와 같이, 전체 형상을 가로가 긴 직 사각형(다만, 바닥변만이 물 빼기 효과의 향상을 위하여 경사변으로 되어 있다)로 되고, 도7에 일부를 확대하여 상세하게 도시한 바와 같이, 개구율 59%의 그물코 형상의 마름모형의 통기공(143)을 갖는다(판면 형상의 참조를 용이하게 하기 위하여, 일부에만 그물코 형상을 표기) 망형상 판재로 이루어지고, 프레스 가공에 의해 형성된 가느다란 볼록돌기(14a)를 갖는 골판으로 되어 있다.
이들 볼록돌기(14a)는 판재의 세로변(도시한 형태에 있어서의 단변)에 평행하게 등간격으로, 판면을 완전히 종단(縱斷)하는 배치로 되어 있다. 이에 따라, 볼록돌기의 배후에, 평행하게 분할됨으로써 부분마다의 유량의 불균일을 없앤 가스 유로가 형성되어 있다. 볼록돌기(14a)의 단면 형상은 대충 직사각형 파형상 단면으로 되고, 프레스 가공의 펀칭의 관계로부터, 근원측이 바닥을 향해 약간 퍼진 형상으로 되어 있다. 볼록돌기(14a)의 높이는 프레임(17)의 두께와 실질적으로 동등한 높이로 되어 있으며, 이에 따라 적층 상태에서 양측의 프레임(17) 사이를 세로 방향으로 관통하는 소정의 개구 면적의 공기 유로(A)를 확보하고 있다. 또한, 볼록돌기(14a)와 바닥부의 폭의 비는 볼록돌기(14a)에 대하여 바닥부의 폭이 클수록 접촉 면적이 감소하여 집전 저항이 증가하므로, 4:1이하의 비로 되어 있다.
각 볼록돌기(14a)의 정점부(141)의 평면은 공기극(12)측 확산층이 접속되는 접촉부 즉 가스 확산부로 되어 있으며, 볼록돌기(14a) 사이에서 가스 확산 전극의 표면에 대하여 교차하는 방향으로 연장되는 부분과, 이들 부분을 이어주는 바닥부는 가스 통로(A)의 통로 단면적을 확보하기 위한 스페이서부(142)를 구성하고 있으며, 상기 바닥부는 콜렉터(14)와 세퍼레이터 기판(16)간의 도전을 위한 접촉부로 되어 있다.
연료극측 콜렉터(15)는 공기극측 콜렉터(14)와 동일한 치수로 그물코 형상의 마름모형의 통기공(153)을 갖는(판면 형상의 참조를 용이하게 하기 위하여, 일부에만 그물코 형상을 표기) 직사각형의 망형상 부재로 이루어지고, 프레스 가공에 의해, 복수개의 볼록돌기(15a)가 압출되어 형성되어 있다. 볼록돌기(15a)는 정점부(151)가 평탄하고, 단면 형상도 먼저의 볼록돌기(14a)의 경우와 마찬가지로 실질적으로 직사각형 파형상으로 되어 있지만, 이 콜렉터(15)의 경우의 볼록돌기(15a)는 가로 방향으로 판면을 완전히 횡단하여 연장되는 것으로 하여 세로 방향으로 일정한 피치로 형성되어 있다. 이 경우에도, 볼록돌기의 배후에, 평행하게 분할됨으로써 부분마다의 유량의 불균일을 없앤 가스 유로가 형성된다. 또한, 볼록돌기(15a)와 바닥부의 폭의 비는 볼록돌기(15a)에 대하여 바닥부의 폭이 클수록 접촉 면적이 감소하여 집전 저항이 증가하므로, 4:1 이하의 비로 되어 있다.
이들 볼록돌기(15a)의 정점부(151)의 평면은 연료극(13)이 접촉하는 접촉부, 즉 가스 확산부로 되어 있으며, 볼록돌기(15a) 사이에서 가스 확산 전극의 표면에 대하여 교차하는 방향으로 연장되는 부분과, 이들 부분을 이어주는 바닥부는 가스 통로(H)의 통로 단면적을 확보하기 위한 스페이서부(152)를 구성하고 있으며, 상기 바닥부는 콜렉터(15)와 세퍼레이터 기판(16)간의 도전을 위한 접촉부로 되어 있다. 이들 볼록돌기(15a)의 단면 형상도 대충 직사각형 파형상 단면으로 되고, 프레스 가공의 펀칭의 관계로부터, 근원측이 바닥을 향해 약간 넓어진 형상으로 되어 있다. 볼록돌기(15a)의 높이는 단위셀(10A)의 두께와 합쳐서 프레임(18)의 두께에 실질적으로 상당하는 높이로 되고, 이에 따라 적층 상태에서 프레임(18)의 내측을 가로 방향으로 관통하는 소정의 개구 면적의 연료 유로를 확보하고 있다.
상기한 구성으로 이루어지는 양 콜렉터(14, 15)는 각 볼록돌기(14a, 15a)가 모두 외측으로 되도록 세퍼레이터 기판(16)을 사이에 두어 배치된다. 이 때, 양 콜렉터(14, 15)의 볼록돌기의 바닥부가 세퍼레이터 기판(16)과 접촉한 상태로 되고, 서로 통전 가능한 상태로 된다. 또한, 콜렉터(14, 15)가 세퍼레이터 기판(16)과 서로 포개어짐으로써, 세퍼레이터 기판(16)의 일방측에서 콜렉터(14)가 가스 확산 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에 공기 유로(A)가 구성되고, 타방측에 동일한 위치 관계로 연료 통로(H)가 구성되게 된다. 그리고, 이 세로 방향의 공기 유로(A)로부터, 단위셀(10A)의 공기극(12)에 공기와 물이 공급되고, 마찬가지로, 가로 방향의 연료 유로(H)로부터 단위셀(10A)의 연료극(13)에 수소가 공급된다.
상기한 구성으로 이루어지는 세퍼레이터(10B)의 외측에는 프레임(17, 18)이 각각 배치된다. 도5 및 도6에 도시한 바와 같이, 콜렉터(14)를 둘러싸는 프레임(17)은 외단(도5에 있어서 최상부, 도6에 있어서 좌단)의 것을 제외하고, 콜렉터(14)의 단변을 따른 양측을 둘러싸는 세로 프레임부(171)만을 구비한 것으로 되고, 이들 세로 프레임부(171)를 판두께 방향으로 관통하는 긴 구멍(172)이 연료 유로 형성을 위해 형성되어 있다. 프레임(17)의 판두께는 상술한 바와 같이 골판 형상으로 된 콜렉터(14)의 두께에 필적하는 두께로 되어 있다. 따라서, 프레임(17)이 콜렉터(14)에 조합된 상태에서는, 콜렉터(14)의 볼록돌기(14a)는 단위셀(10A)의 공기극(12)에 접촉하고, 바닥부는 세퍼레이터 기판(16)을 통해 콜렉터(15)에 접촉하 는 위치 관계로 된다. 한편, 세퍼레이터 기판(16)은 프레임(17)의 높이와 전체 폭에 상당하는 외형 치수로 되어 있으며, 프레임(17)의 상기 긴 구멍(172)과 포개지는 위치에 동일한 긴 구멍(162)을 구비한 구성으로 되어 있다. 이렇게 하여, 프레임(17)의 양 세로 프레임부(171) 사이에는 단위셀(10A)의 공기극(12)면과 세퍼레이터 기판(16)에 의해 둘러싸여진 세로 방향으로 전체적으로 관통하는 공기 유로(A)가 획정된다.
콜렉터(15)와 단위셀(10A)을 둘러싸는 프레임(18)은 프레임(17)과 동일한 크기로 구성되어 있지만, 프레임(17)과는 달리, 좌우 세로 프레임부(도5에서는 기재 범위보다 더욱 우측 외측에 위치하기 때문에 나타나 있지 않지만, 프레임(17)의 양 세로 프레임부(171)의 좌우 양측단과 동일한 위치에 양측단을 갖는 가로 방향 폭이 상하 가로 프레임부와 대략 동일한 프레임부)와 상하 가로 프레임부(182)를 구비한 완전한 프레임 형상으로 되어 있다. 그리고, 프레임(18)은 외단(도2에 있어서 최하부, 도4에 도시한 면)의 것을 제외하고, 좌우 세로 프레임부와 평행하게 연장되고, 콜렉터(15)의 좌우단에 포개지는 박판 형상의 백업 플레이트(18a)와 후판 형상의 백업 플레이트(18b)를 구비한 것으로 되어 있으며, 이들 백업 플레이트(18a)와 세로 프레임부로 둘러싸여진 공간이 상기 프레임(17)을 판두께 방향으로 관통하는 긴 구멍(172)과 정렬되는 연료 유로 형성을 위한 공간을 구성하고 있다.
프레임(18)의 판두께는 상기한 바와 같이 골판 형상으로 된 콜렉터(15)의 두께와 단위셀(10A)의 두께에 거의 필적하는 두께로 되어 있다. 따라서, 프레임(18)이 콜렉터(15)에 조합된 상태에서는, 콜렉터(15)의 볼록돌기(15a)는 단위셀(10A)의 연료극(13)에 접촉하고, 바닥부는 세퍼레이터 기판(16)을 통해 콜렉터(14)에 접촉하는 위치 관계로 된다. 이렇게 하여, 프레임(18)의 양 세로 프레임부와 백업 플레이트(18a) 사이에는, 프레임(17)의 세로 프레임부(171)의 긴 구멍(172)과 정렬되는 프레임 적층 방향의 연료 유로(H)가 형성되고, 아울러 개개의 프레임(18)의 내부에 있어서, 콜렉터(15)의 파형에 의해 세퍼레이터 기판(16)과 백업 플레이트(18a)에 끼워지는 가로방향 유로로서의 연료 유로(H)가 획정된다.
이상과 같이 하여 구성된 프레임(17, 18)에 의해 콜렉터(14, 15) 및 세퍼레이터 기판(16)을 지지하여 세퍼레이터(10B)가 구성되고, 세퍼레이터(10B)와 단위셀(10A)을 번갈아 적층하여, 셀 모듈이 구성된다. 이렇게 하여 적층된 셀 모듈에는 도2에 도시한 바와 같이, 프레임(18)에 의해 끼워지는 사이의 부분에, 셀 모듈의 상면으로부터 세로 방향으로 셀 모듈의 하면까지 전체적으로 관통하는 슬릿 형상의 공기 유로가 형성된다.
이렇게 한 구성으로 이루어지는 셀 모듈을 하우징내에 복수개 나란히 배치함으로써 구성되는 연료 전지 스택(도1 참조)(1)은 그 상부로부터 공기 매니폴드(22)에서 혼합된 공기와 물을 공급하고, 측방으로부터 수소를 공급함으로써, 발전 작동한다. 공기 유로에 공급되는 공기와 물은 공기 흐름 중에 물방울이 안개 형상으로 혼입된 상태(이하, 이 상태를 혼합 흐름이라 함)로 공기 유로의 상부로 들어온다. 연료 전지의 정상 운전 상태에서는, 단위셀(10A)이 반응에 의해 발열해 있기 때문에, 공기 유로내의 혼합 흐름이 가열된다. 혼합 흐름 중의 물방울은 일부가 콜렉터(14)의 그물코에 부착되고, 콜렉터(14)의 그물코에 부착되지 않은 물방울은 콜렉 터(14)와 가스 확산층 사이의 기상(氣相) 중에서 가열됨으로써, 증발하여 콜렉터(14)로부터 열을 빼앗는 잠열 냉각 작용이 생긴다. 이렇게 하여 증발하게 된 물은 공기극(12)으로부터의 고분자 전해질막(11) 중의 수분을 증발을 억제하여 보습시킨다. 그리고, 공기 유로에 들어간 과잉의 공기와 증기 및 물은 셀 스택의 하방의 공기 유로 개구로부터 배출된다.
한편, 연료 유로에의 수소의 공급은 도4에 도시한 최외측의 프레임(18)의 세로 프레임부의 긴 구멍으로부터, 순차로 적층된 세퍼레이터 기판(16)의 긴 구멍(162), 프레임(17)의 세로 프레임부(171)의 긴 구멍(172)을 거쳐서 각 프레임(18)의 종횡 프레임부 및 백업 플레이트(18a)에 의해 둘러싸여진 공간에 유입되고, 세퍼레이터 기판(16)과 백업 플레이트(18a)에 의해 끼워지는 공간을 거쳐서 단위셀(10A)의 연료극(13)측에 공급된다. 이에 따라, 단위셀(10A)의 연료극(13)에의 수소의 공급이 행해진다. 그리고, 연료극(13)을 따라서 가로 방향으로 흐르는 수소 중에서, 반응에 관여하지 않은 과잉분이, 반대측의 수소 유로에 배출되고, 이 수소 유로에 이어지는 도1에 도시한 배관에 의해 순환되고 최종적으로 연소기에 배출된다.
이렇게 하여 연료 전지 스택에 공기와 함께 들여보내진 물은 앞서 설명한 바와 같이, 일부는 콜렉터(14)의 그물코에 부착되어 증발하고, 그 이외는 기상 중에서 그물코에 부착되지 않고 증발하여 잠열을 빼앗으므로, 공기극(12)측의 전해질막(11)으로부터의 수분의 증발이 방지된다. 따라서, 전해질막(11)은 그 공기극(12)측에서 건조되지 않고, 생성수에 의해 항상 균일한 습윤 상태를 유지한다. 또한, 공기극(12)의 표면에 공급된 물은 공기극(12) 자체로부터도 열을 빼앗고 이것을 냉각한다. 이에 따라, 연료 전지 스택(1)의 온도를 제어할 수 있다.
연료 전지 스택(1)내에서의 수소의 흐름은 앞서 설명한 바와 같다. 연료 공급계(4)에 있어서, 연료 전지 스택(1)의 수소 통로로부터 펌프(47)의 흡인에 의해 배출되는 수소 가스는 농도 센서(45A, 45B)에 의해 농도를 계측하고, 소정의 농도 이상일 때에는 전자 밸브(52)의 폐쇄에 의해 환류 역지 밸브(48)를 거쳐서 수소 공급로(40)에 환류된다. 또한, 소정의 농도로 채워지지 않았을 때에는 배출 전자 밸브(52)의 간헐적 개방에 의해 역지 밸브(51) 및 전자 밸브(52)를 거쳐서 연소기(53)에 수소가 배출되고, 연소기(53)에서 완전 연소시킨 배기가 대기로 방출된다.
이렇게 하여 이 시스템에서는 연료 전지 스택(1)에 특히 냉각수 시스템을 부설하지 않더라도, 공기 흐름에 맞춰 물을 공급함으로써, 연료 전지 스택(1)을 충분히 습윤하고, 아울러 냉각할 수 있다. 이 때, 연료 전지 스택(1)의 온도는 배기 온도 센서(32)에서 검출된 배출 공기의 온도에 대응하여 펌프(62)의 출력이나 운전 간격을 적절히 제어함으로써, 노즐(63)로부터 공기 매니폴드(22)내에 분출시키는 물의 분사량이 제어되고, 원하는 온도로 유지된다.
구체적으로는, 연료 전지 스택(1)내에 공급하는 수량을 증가시키면 발열량이 증가하고, 수량을 줄이면 증발량이 감소함과 아울러, 풍량을 증가시키면 온도가 낮아지고, 풍량을 줄이면 온도가 높아지므로, 공급 수량과 풍량을 제어함으로써, 운전 온도를 제어할 수 있다. 한편, 연료 전지 스택(1)으로부터 공기와 함께 배출되는 물은 대부분이 액체 상태를 유지한 채 배출되기 때문에, 물 귀환로(60a)로 흘러 서 펌프(65)에 흡인되어 역지 밸브(66)를 경유하여 물 탱크(61)로 되돌아가고, 증발하여 수증기형상으로 된 것이나 물 귀환로(60a)에 회수되지 않은 것에 대해서는, 물 응축기(31)에서 응축되어 액체 상태로 되고, 펌프(65)에 의한 흡인으로 물 탱크(61)로 되돌아간다. 한편, 배기 공기에 포함되는 수증기에는 연료 전지 스택(1)의 발전 반응에 따른 반응수에 기인하는 것도 있다고 생각된다. 이 물 탱크(61)의 수위는 수위 센서(64)에서 모니터링된다.
이 시스템의 특징은 콜렉터(14, 15)가 촘촘한 망형상으로 되어 있으며, 가스 확산층과의 접촉면 전역에도 통기공이 형성되어 있기 때문에, 공기와 물의 혼합 흐름이 이 통기공을 통과할 때에 교반됨과 아울러, 가스 확산층의 콜렉터(14, 15)와의 접촉면에도 혼합 가스가 공급되므로, 연료 전지 스택(1)에 있어서의 전극 전체면에 균일하게 공기를 공급할 수 있으며, 이에 따라 농도 분극을 적게 할 수 있다는 점에 있다. 또한, 전극과 콜렉터간의 그물코에서의 접촉에 의해, 전극 전체로부터 균일하게 집전할 수 있기 때문에, 집전 저항이 감소한다. 게다가, 전극 전체의 촉매를 유효하게 사용할 수 있기 때문에, 활성화 분극이 적어지는 점에 있다. 또한, 전극의 유효 면적을 크게 할 수 있는 이점도 얻어진다.
이상 설명한 제1 실시예에서는, 세퍼레이터의 콜렉터(14, 15)의 그물코를 마름모형으로 한 것을 예시했지만, 이 콜렉터(14, 15)의 그물코은 마름모형에 한하지 않고, 여러가지 형상으로 할 수 있다. 다음의 도8에 통기공 형상의 대표예를 도시한다. 이들 중 어떠한 형상을 채택하는 경우에도, 이하에 예시하는 바와 같이, 통기공끼리의 간격이 일정한 것이 가스 확산을 균일하게 하기 위해 유효하다. 또한, 서로 이웃하는 통기공의 연부간의 간격도, 거의 일정한 것이, 특히 콜렉터(14)에 있어서 물의 부착에 따른 통기공의 막힘을 막는 관점에서 바람직하다.
도8의 (A)에 도시한 예는, 제1 실시예에 적용한 익스팬디드 메탈의 마름모형의 그물코 형상을 도시한다. 이 형상의 경우, 예를 들면 통기공으로 되는 개구(143)(이하, 콜렉터(14)의 부호만 부기한다)의 가로 방향 치수를 1㎜, 세로 방향 치수를 0.5㎜, 개구간의 연부의 폭을 0.1㎜로 하면, 개구율은 68.4%로 된다. 이 개구 형상은 선재를 엮은 철망에 의해서도 실현할 수 있다.
도8의 (B)에 도시한 예는, 직사각형의 개구의 일례로서의 정방형의 통기공(143)을 형성한 펀칭 메탈의 그물코를 도시한다. 도시한 예의 경우, 통기공(143)의 개설 피치를 세로 방향 또는 가로 방향과도 합쳐서, 종횡 격자형상의 그물코를 형성하고 있지만, 개구 위치를 세로 방향 또는 가로 방향으로 반피치 어긋나게 한 배치에 의해서도 동일한 개구율을 얻을 수 있다. 이 개구 형상도, 선재를 엮은 철망에 의해서도 실현할 수 있다.
도8의 (C)에 도시한 예는 다각형 개구의 일례를 도시한 것으로, 6각형의 통기공(143)을 형성한 펀칭 메탈의 그물코를 도시한다. 이 경우의 그물코의 형상은 허니컴(honeycomb) 형상으로 된다. 이 개구 형상도, 선재를 엮은 철망에 의해서도 실현할 수 있다.
도8의 (D)에 도시한 예는 둥근형의 개구 중에서 가장 단순한 예로서의 원형의 통기공(143)을 형성한 펀칭 메탈의 그물코를 도시한다. 이 경우, 통기공(143)의 개설 피치를 상호 중심 위치간의 거리를 동등하게 한 배치에 의해, 큰 개구율 의, 대체로 격자형상의 그물코이 형성되어 있다. 이 형상의 경우, 개구율이 25%이상이고, 구멍 직경이 0.5∼1.0㎜인 것에 있어서, 양호한 효과가 얻어진다.
상기 제1 실시예에서는, 통로 면적을 오로지 콜렉터(14, 15)의 절곡 형상으로 확보하는 구성을 채택했지만, 통로 면적은 세퍼레이터 기판(16)과의 협동으로 확보하는 구성으로 할 수도 있다. 다음으로, 콜렉터(14, 15)의 절곡 형상을 변경한 다른 실시예에 관하여 설명한다.
(제2 실시예)
다음의 도9에 도시한 제2실시예는 양 콜렉터(14, 15)의 소재를 공통화하기 위하여 파형상 치수, 즉 파의 높이 및 피치를 제1 실시예에 있어서의 연료극측의 콜렉터(15)와 동일한 것으로 하고 있다. 그리고 이러한 구성을 채용함에 따라, 파고가 낮게 된 공기극측의 유로 단면적을 확보하기 위하여, 세퍼레이터 기판(16)에도 콜렉터(14)의 바닥부의 배치 피치에 맞는 피치로 콜렉터(14)측으로 돌출하는 볼록돌기(16a)를 형성하여, 세퍼레이터 기판(16)도 골판 형상으로 하고 있다. 이하, 이 실시예에 있어서의 실시예 1과의 공통 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명을 대신하고, 이하에서는 상위점만 설명한다.
이 실시예에 있어서의 세퍼레이터 기판(16)의 볼록돌기(16a)의 높이는 이 높이와 콜렉터(14)의 볼록돌기(14a)의 높이의 합이 제1 실시예에 있어서의 콜렉터(14)의 볼록돌기의 높이와 동등하게 되는 설정으로 함으로써, 공기극측의 유로 단면적을 실시예 1과 동일하게 할 수 있다.
이 실시예에 있어서도, 콜렉터(14, 15)의 그물코 형상에 대해서는, 앞서 예 시한 임의의 형상을 이용할 수 있다. 그물코의 방향은 상기 제1 실시예도 포함하여 가스 확산성이나 보수성에는 영향을 주지 않기 때문에 임의이다. 한편, 도9에 있어서, 그물코 형상의 표기는 생략되어 있다.
이 제2 실시예에 의해서도, 제1 실시예와 마찬가지로 확산층에 접하는 콜렉터(14, 15)가 촘촘한 그물코 형상으로 되어 있기 때문에, 연료 전지 스택(1)에 있어서의 전극 전체면에 균일하게 공기를 공급할 수 있으며, 이에 따라 농도 분극을 적게 할 수 있다. 또한, 전극과 콜렉터간의 그물코 형상의 접촉에 의해, 전극 전체로부터 균일하게 집전할 수 있기 때문에, 집전 저항이 감소한다. 게다가, 전극 전체의 촉매를 유효하게 사용할 수 있기 때문에, 활성화 분극이 적어진다. 또한, 전극의 유효 면적을 크게 할 수 있는 이점도 얻어진다.
(제3 실시예)
다음의 도10에 도시한 예는 연료극측의 콜렉터(15)를 본 발명의 적용외의 파형상을 갖지 않는 평판의 망형상 부재로 구성한 예이다. 이 예의 경우는 공기극측과 연료극측의 유로 단면적을 모두 확보하기 위하여, 세퍼레이터 기판(16)은 이 기판의 기준면에 대하여 공기극측 및 연료극측으로 모두 돌출하는 단속적인 볼록돌기(16a, 16b)를 형성한 골판으로 구성되어 있다. 그 밖의 구성에 대해서는 모두 실시예 2와 동일하므로, 상응하는 부재에 동일한 참조 부호를 붙이고 설명에 대신한다.
본 발명에 따르면, 세퍼레이터를 구성하는 가스 확산부와 스페이서부가, 철 망 형상 부재를 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있기 때문에, 공급 가스 통로 면적은 철망 형상 부재의 파형의 파고에 의해 설정되고, 통기성이나 확산성은 철망 형상 부재의 그물코의 조밀에 의해 파고와는 관계없이 설정된다. 따라서, 이 구성에 따르면, 가스 통로 면적을 충분히 확보하면서, 가스 확산 전극의 표면을 덮는 부분의 개구율의 균일화가 가능해진다.
또한, 가스 확산 전극과 세퍼레이터의 접촉면의 면적을, 충분한 가스 확산을 위하여 작게 하면서, 가스 확산부 전체에 걸쳐서 부분적인 치우침이 없고, 폭이 좁은 선형상의 그물코의 접촉에 의한 접촉압이 높은 균일한 접촉면을 확보할 수 있으며, 이에 따라 집전 저항의 경감도 가능해진다.
게다가, 세퍼레이터를 망형상 부재의 절곡 가공에 의해 형성하고 있기 때문에, 고도의 기술을 요하지 않는 단순한 가공에 의해 세퍼레이터 나아가서는 연료 전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
특히, 철망 형상 부재가 가스 확산부의 폭을 4로 하여, 가스 확산부끼리의 간격을 1로 하는 직사각형 골판 형상으로 반복하여 절곡되어 있는 구성에서는, 공급 가스 통로에 있어서의 압손이 저감되고, 가스 확산 전극에의 효율이 더욱 높은 가스 공급이 가능해진다.

Claims (8)

  1. 전해질(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 삽입되는 연료 전지의 세퍼레이터(10B)에 있어서,
    상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와,
    상기 가스 확산부의 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고,
    상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망 형상 부재를 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  2. 전해질(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 세퍼레이터(10B)가 삽입된 연료 전지에 있어서,
    상기 세퍼레이터는, 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와,
    상기 가스 확산부의 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고,
    상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망 형상 부재를 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡함으로써 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 철망 형상 부재는 상기 가스 확산부의 폭을 4로 하고, 가스 확산부끼리의 간격을 1이하로 하는 직사각형 골판 형상으로 반복하여 절곡되어 있는 연료 전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 철망 형상 부재는 개구율이 25% 이상이고, 또한 상기 통기공의 구멍 직경이 0.5㎜∼1.0㎜인 연료 전지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 철망 형상 부재는 상기 통기공끼리의 연부(緣部)간의 간격이 일정한 연료 전지.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 철망 형상 부재는 상기 통기공의 형상이 원형, 직사각형, 마름모형 또는 6각형인 연료 전지.
  7. 고분자 전해질막(11)을 전극(12, 13) 사이에 끼운 단위셀(10A)을 서로 적층하기 위하여, 상기 단위셀 사이에 세퍼레이터(10B)가 삽입된 연료 전지에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 전극의 표면을 덮도록 배치되고, 다수의 가스 확산용의 통기공(143, 153)이 형성된 가스 확산부(141, 151)와,
    상기 가스 확산부의 전극의 표면을 덮는 부분의 이면측에, 평행하게 분할된 가스 통로(A, H)를 형성하는 스페이서부(142, 152)를 구비하고,
    상기 가스 확산부와 스페이서부는 철망을 단면 직사각형 골판 형상으로 절곡 함으로써 일체로 형성되어 있는 연료 전지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단위셀은, 상기 고분자 전해질막을 촉매층을 개재하여 카본 크로스 사이에 끼워 구성되어 있으며, 상기 가스 확산부는 카본 크로스로의 압력을 전체면에 분산함과 동시에 단위셀에서 생성된 물의 부착 면적을 감소하기 위하여, 상기 통기공끼리의 연부간의 간격이 0.3㎜ 이하로 된 연료 전지.
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