KR100806101B1 - Fuel cell - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 연료전지는, 전해질막과 이에 대응되는 바이폴라 플레이트의 연료측 개구홈의 사이에 연료유로가 양분되도록 촉매 전극이 개재됨으로써, 연료와 촉매 전극 사이의 접촉 면적이 증가되어 이온 발생이 보다 활발하게 되고 이온화된 수소 이온이 공기측 전극으로 이동하는 영역 즉, 절해질막에서의 영역이 커지게 되어 수소 이온의 이동량이 증가된다. 이로써 공기측 전극에서의 반응이 보다 활성화되어 전기 에너지의 발생 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In the fuel cell of the present invention, a catalyst electrode is interposed between the electrolyte membrane and the fuel side opening groove of the corresponding bipolar plate so that the fuel flow path is bisected, whereby the contact area between the fuel and the catalyst electrode is increased to generate more ions. As a result, the area where the ionized hydrogen ions move to the air side electrode, that is, the area in the film to be cut off, becomes large, thereby increasing the amount of transfer of hydrogen ions. As a result, the reaction at the air side electrode is more activated, thereby increasing the generation efficiency of the electric energy.

Description

연료전지{FUEL CELL}Fuel Cell {FUEL CELL}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 연료가 공급되는 연료측 전극과 공기가 공급되는 공기측 전극에서 일어나는 전기 화학적 산화와 환원 반응을 보다 촉진시킬 수 있도록 한 연료전지의 엠이에이에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to fuel cells, and more particularly, to the MEA of a fuel cell, which facilitates the electrochemical oxidation and reduction reactions occurring at a fuel side electrode supplied with fuel and an air side electrode supplied with air.

일반적으로 연료전지는 화석 연료의 대안으로 제시된 것으로, 수소를 포함하고 있는 연료가 지속적으로 공급됨과 동시에 산소가 포함된 공기가 지속적으로 공급되어 그 수소와 산소의 전기화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환시키는 시스템이다.In general, a fuel cell is proposed as an alternative to a fossil fuel, and a fuel containing hydrogen is continuously supplied and an oxygen-containing air is continuously supplied, and the difference in energy before and after the reaction is caused by an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen. Is a system that converts energy directly into electrical energy.

상기 연료전지는 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 등에 따라 그 종류가 다양하다.The type of fuel cell varies depending on the type of fuel used, operating temperature, catalyst, and the like.

도 1, 2는 상기 연료전지의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 연료전지는 한 쌍을 이루는 제1, 제2 바이폴라 플레이트(110)(120)사이에 엠이에이(M.E.A ; Membrane Electrode Assembly)(200)가 삽입된다. 상기 제1,제2 바이폴라 플레이트(110)(120)의 양 쪽면 또는 서로 대응되는 한 쪽면에는 유체가 유동하는 개구홈(111)(121)이 각각 형성되고 상기 제1,제2 바이폴라 플레이트(110)(120)의 양측에 그 개구홈(111)(121)으로 유체가 유입되고 유출되는 유입 유로(112)(122) 및 유출 유로(113)(123)가 각각 형성된다. 상기 엠이에이(200)는 일정 면적을 갖는 전해질막(210)의 양 쪽면에 연료와 접촉되는 연료측 전극(220)이 형성되고 다른 한 쪽은 공기가 접촉되는 공기측 전극(230)이 구비된다. 1 and 2 illustrate an example of the fuel cell. As shown in FIG. 1, the fuel cell includes a pair of first and second bipolar plates 110 and 120. Electrode Assembly) 200 is inserted. Opening grooves 111 and 121 through which fluid flows are formed on both sides of the first and second bipolar plates 110 and 120 or on one side thereof, respectively, and the first and second bipolar plates 110 are formed. Inflow paths 112 and 122 and outflow paths 113 and 123 through which fluid flows into and out of the opening grooves 111 and 121 are formed at both sides of the 120. The ME 200 has fuel side electrodes 220 contacting the fuel on both sides of the electrolyte membrane 210 having a predetermined area, and the air side electrodes 230 contacting the air are provided on the other side. .

상기 엠이에이(200)의 양 쪽면은 상기 개구홈(111)(121)과 함께 연료가 유동하는 연료 유로 및 공기가 유동하는 공기 유로를 각각 형성하게 되고, 이때 연료측 개구홈(111)에 상기 연료측 전극(220)이 위치하게 되고, 공기측 개구홈(121)에 공기측 전극(230)이 위치하게 된다.Both sides of the ME 200 form a fuel flow path through which fuel flows and an air flow path through which air flows together with the opening grooves 111 and 121, respectively. The fuel side electrode 220 is positioned, and the air side electrode 230 is positioned in the air side opening groove 121.

상기한 바와 같은 연료전지는 먼저, 제1 바이폴라 플레이트(110)의 유입 유로(112)에 연료가 유입됨과 동시에 제2 바이폴라 플레이트(120)의 유입 유로(122)에 공기가 유입된다. 상기 유입 유로(112)로 유입된 연료는 개구홈(111)을 통해 유동하면서 유출 유로(113)를 통해 유출되며, 다른 유입 유로(122)로 유입된 공기는 개구홈(121)을 통해 유동하면서 유출 유로(123)를 통해 유출된다. 상기 유출 유로(113)로 유출된 연료는 별도의 장치에 의해 상기 유입 유로(112)로 유입되어 연료가 순환된다.In the fuel cell as described above, first, fuel flows into the inflow passage 112 of the first bipolar plate 110 and air flows into the inflow passage 122 of the second bipolar plate 120. The fuel introduced into the inflow passage 112 flows out through the outflow passage 113 while flowing through the opening groove 111, and the air introduced into the other inflow passage 122 flows through the opening groove 121. It flows out through the outflow flow path 123. The fuel that flows out of the outflow channel 113 is introduced into the inflow channel 112 by a separate device and the fuel is circulated.

상기 연료가 개구홈(111)을 유동하는 과정에서, 그 개구홈(111)과 접촉되는 엠이에이(200)의 연료측 전극(220)에서 전기 화학적 산화 반응이 발생하게 되고 그 이온화된 수소 이온은 전해질막(210)을 통해 공기측 전극(230)으로 이동하게 되며 전자는 연료측 전극(220)과 공기측 전극(230)을 연결하는 부하(미도시)를 거쳐 공기측 전극(230)으로 이동하게 된다. 이와 동시에, 상기 공기가 개구홈(121)을 유동하는 과정에서, 그 개구홈(121)과 접촉되는 엠이에이의 공기측 전극(230)에서 전기 화학적 환원 반응이 발생되어 수소 이온과 산소가 결합하여 물과 반응열 기타 부산물이 발생된다. 위와 같은 과정이 지속적으로 진행되면서 전자가 양극에서 음극으로 부하를 통해 이동하여 전기에너지를 발생시키게 된다.As the fuel flows through the opening groove 111, an electrochemical oxidation reaction occurs at the fuel side electrode 220 of the ME 200 that is in contact with the opening groove 111, and the ionized hydrogen ions The electrolyte moves to the air electrode 230 through the electrolyte membrane 210 and the electrons move to the air electrode 230 through a load (not shown) connecting the fuel electrode 220 and the air electrode 230. Done. At the same time, in the process of the air flows through the opening groove 121, an electrochemical reduction reaction occurs at the air side electrode 230 of the ME contacted with the opening groove 121 to combine the hydrogen ions and oxygen Water, heat of reaction and other by-products are generated. As the above process continues, electrons move through the load from the anode to the cathode to generate electrical energy.

상기 연료전지에서 산화와 환원이 일어나는 엠이에이의 연료측 전극(220)과 공기측 전극(230)은 보통, 반응을 활성화시키는 촉매를 포함하는 촉매 전극으로 구성된다.The fuel-side electrode 220 and the air-side electrode 230 of the ME, which are oxidized and reduced in the fuel cell, are usually composed of a catalyst electrode including a catalyst for activating a reaction.

미설명 부호 310,320은 집전판이다.Reference numerals 310 and 320 denote current collector plates.

도 3은 종래 연료전지의 엠이에이를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 연료전지의 엠이에이는 일정 두께와 사각 형태의 면적을 갖는 전해질막(210)의 양쪽면에 일정 영역으로 촉매 층(221)(231)이 각각 도포되고 그 촉매 층(221)(231)에 덮개막(222)(232)이 각각 부착되어 있다. 상기 전해질막(210)의 일측면에 형성된 촉매 층(221)과 덮개막(222)이 연료측 전극을 구성하게 되고, 상기 전해질막(210)의 타측면에 형성된 촉매 층(231)과 덮개막(232)은 공기측 전극을 구성하게 되어 있다.FIG. 3 illustrates a conventional MEA of a fuel cell, and as illustrated therein, the ME of the fuel cell has a catalyst layer in a predetermined region on both sides of an electrolyte membrane 210 having a predetermined thickness and an area having a square shape. 221 and 231 are respectively applied, and overcoats 222 and 232 are attached to the catalyst layers 221 and 231, respectively. The catalyst layer 221 and the overcoat 222 formed on one side of the electrolyte membrane 210 constitute a fuel side electrode, and the catalyst layer 231 and the overcoat formed on the other side of the electrolyte membrane 210. Reference numeral 232 constitutes an air side electrode.

이와 같은 구조는 연료와 공기가 각각 개구홈(111)(121)을 통해 유동하면서 상기 엠이에이의 연료측 전극(220)과 공기측 전극(230)에서 산화와 환원 반응이 일어나는 과정에서, 연료가 상기 촉매 층(221)에 의한 촉매 반응에 의해 반응이 활성화되고 그 이온화된 수소 이온이 전해질막(210)을 통해 공기측 전극(230)으로 이동하게 된다. 이때, 연료가 알카리 수용액에 NaBH4, KBH4, LiAlH4, KH, NaH 등과 같은 수소 발생제가 용해된 연료를 사용하게 될 경우, 그 연료가 전해질 용액이므로 수소 이온과 함께 발생되는 전자는 그 전해질 용액 및 제1 바이폴라 플레이트(110)를 통해 공기측 전극(230)으로 이동하게 된다.In this structure, while the fuel and air flow through the opening grooves 111 and 121, respectively, in the process of the oxidation and reduction reactions in the fuel side electrode 220 and the air side electrode 230 of the ME, The reaction is activated by the catalytic reaction by the catalyst layer 221 and the ionized hydrogen ions are moved to the air side electrode 230 through the electrolyte membrane 210. In this case, when the fuel is a fuel in which hydrogen generators such as NaBH4, KBH4, LiAlH4, KH, NaH, etc. are dissolved in an alkaline aqueous solution, the electrons generated together with the hydrogen ions are the electrolyte solution and the first electrolyte because the fuel is an electrolyte solution. The bipolar plate 110 moves to the air electrode 230.

그러나 이와 같은 종래 구조는 연료측 전극(220)에서 촉매 층(221)에 의한 촉매 반응으로 발생되는 수소 이온이 그 촉매 전극인 덮개막(222)과 촉매 층(221) 그리고 전해질막(210)을 통해 공기측 전극(230)으로 이동하는 과정에서, 상기 연료측 전극(220)을 이루는 촉매 층(221)이 상기 전해질막(210)에 도포되어 있어 그 도포된 촉매 층(221)에 의해 이온화된 수소 이온이 전해질막(210)을 통해 공기측 전극(230)으로 이동하게 되는 것을 방해 받게 될 뿐만 아니라 그 촉매 층(221)의 한 쪽면에서만 이온 활동(촉매 활동)이 활발한 반면 반대쪽면, 즉 전해질막(210)과 접촉되는 면에서는 이온 활동이 일어나지 않게 되어 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.However, such a conventional structure is such that the hydrogen ions generated by the catalytic reaction by the catalyst layer 221 at the fuel electrode 220 have the overcoat 222, the catalyst layer 221, and the electrolyte membrane 210 as the catalyst electrodes. In the process of moving to the air side electrode 230 through, the catalyst layer 221 constituting the fuel side electrode 220 is applied to the electrolyte membrane 210 and ionized by the applied catalyst layer 221 Not only is the hydrogen ion prevented from moving to the air-side electrode 230 through the electrolyte membrane 210, but also the ionic activity (catalytic activity) is active only on one side of the catalyst layer 221, while the other side, that is, the electrolyte On the surface in contact with the membrane 210 there was a problem that the efficiency is lowered since the ion activity does not occur.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 연료가 공급되는 연료측 전극과 공기가 공급되는 공기측 전극에서 일어나는 전기 화학적 산화와 환원 반응을 보다 촉진시켜 전류 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지를 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to further promote electrochemical oxidation and reduction reactions occurring at a fuel side electrode supplied with fuel and an air side electrode supplied with air. The present invention provides a fuel cell capable of improving current generation efficiency.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질막; 상기 전해질막을 사이에 두고 그 전해질막의 양측에 적층되며, 상기 전해질막의 일측면과 함께 연료유로와 공기유로를 각각 형성하도록 연료측 개구홈과 공기측 개구홈이 각각 형성되는 제1 바이폴라 플레이트와 제2 바이폴라 플레이트; 및 상기 제1 바이폴라 플레이트의 연료측 개구홈과 이에 대응되는 전해질막의 일측면 사이에 배치되고 그 양 측면으로 연료가 흐를 수 있도록 상호 분리된 연료유로가 각각 형성되어 상기 연료측 개구홈의 내부에 설치되는 촉매 전극;을 포함한 연료전지가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the electrolyte membrane; A first bipolar plate and a second bipolar plate and a second side which are stacked on both sides of the electrolyte membrane with the electrolyte membrane interposed therebetween, wherein a fuel side opening groove and an air side opening groove are respectively formed to form a fuel passage and an air passage together with one side of the electrolyte membrane. Bipolar plates; And fuel passages disposed between the fuel side opening grooves of the first bipolar plate and one side surface of the electrolyte membrane corresponding thereto and separated from each other so that fuel flows to both sides thereof, respectively, and are installed in the fuel side opening grooves. Provided is a fuel cell comprising a catalytic electrode.

도 1은 일반적인 연료전지를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a typical fuel cell.

도 2는 일반적인 연료전지를 분해하여 도시한 사시도.2 is an exploded perspective view showing a typical fuel cell.

도 3은 종래 연료전지의 엠이에이를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing the ME of the conventional fuel cell.

도 4는 본 발명의 연료전지의 엠이에이를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing the ME of the fuel cell of the invention.

도 5는 본 발명의 연료전지 엠이에이를 구성하는 촉매 전극을 도시한 사시도.5 is a perspective view showing a catalyst electrode constituting the fuel cell MC of the present invention.

도 6,7은 본 발명의 연료전지 엠이에이를 구성하는 촉매 전극의 다른 변형예를 각각 도시한 사시도.6 and 7 are perspective views each showing another modified example of the catalyst electrode constituting the fuel cell MC of the present invention.

도 8은 본 발명의 연료전지 엠이에이의 작용상태를 도시한 단면도.8 is a cross-sectional view showing an operating state of the fuel cell MC of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

410,420 ; 제1,제2 바이폴라 플레이트 411 : 연료측 개구홈 410,420; First and second bipolar plate 411: fuel side opening groove

421 ; 공기측 개구홈 500 ; 전해질막 421; Air side opening groove 500; Electrolyte membrane

510 ; 촉매 전극 510; Catalytic electrode

[발명의 실시를 위한 최선의 형태]Best Mode for Implementation of the Invention

이하, 본 발명에 의한 연료전지를 첨부도면에 도시된 실시 예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 연료전지의 엠이에이의 실시 예를 도시한 정단면도이다.Figure 4 is a front sectional view showing an embodiment of the ME of the fuel cell of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지는 연료가 흐르는 연료측 개구홈(411)이 구비된 제1 바이폴라 플레이트(410)와, 공기가 흐르는 공기측 개구홈(421)이 구비된 제2 바이폴라 플레이트(420)와, 상기 제1 바이폴라 플레이트(410)와 제2 바이폴라 플레이트(420) 사이에 위치하여 상기 연료측 개구홈(411)과 함께 연료 유로를 형성함과 아울러 상기 공기측 개구홈(421)과 함께 공기 유로를 형성하며 이온이 통과할 수 있는 전해질막(500)과, 상기 전해질막(500)과 분리되어 상기 연료측 개구홈(411)에 삽입되고 그 양쪽면으로 연료의 유로를 형성하면서 연료와 전기 화학적 산화 반응을 유발시키는 촉매 전극(510)을 포함한다.As shown in the drawing, the fuel cell according to the present invention includes a first bipolar plate 410 having a fuel side opening groove 411 through which fuel flows and a second side having an air side opening groove 421 through which air flows. Located between the bipolar plate 420 and the first bipolar plate 410 and the second bipolar plate 420 to form a fuel flow path along with the fuel side opening groove 411 and the air side opening groove ( 421 and an electrolyte membrane 500 through which ions can pass, and are separated from the electrolyte membrane 500 and inserted into the fuel side opening grooves 411 to direct fuel passages to both sides thereof. And a catalyst electrode 510 which, during the formation, causes an electrochemical oxidation reaction with the fuel.

상기 제1 바이폴라 플레이트(410)는 일정 두께를 갖는 사각 형태로 형성되어 그 한 쪽면에 일정 깊이와 면적을 갖는 개구된 연료측 개구홈(411)이 형성되고, 상기 연료측 개구홈(411)의 입 출구 역할을 하는 제1 유입 유로(412)와 제1 유출 유로(413)가 상하 양측에 배칭되게 형성된다. 그리고, 상기 제2 바이폴라 플레이트(420)는 제1 바이폴라 플레이트(410)와 같이 일정 두께를 갖는 사각 형태로 형성되어 그 한 쪽면에 일정 깊이와 면적을 갖는 개구된 공기측 개구홈(421)이 형성되고, 상기 공기측 개구홈(421)의 입 출구 역할을 하는 제2 유입 유입 유로(422)와 제2 유출 유로(423)가 상기 제1 유입 유로(412)와 제1 유출 유로(413)에 대해 대칭되도록 상하 양단에 각각 형성된다.
여기서, 상기 연료측 개구홈(411)과 공기측 개구홈(421), 그리고 상기 제1 유입 유로(412)와 유입 유로(422), 그리고 제1 유출 유로(413)와 제2 유출 유로(423)는 각각 같은 형상으로 형성된다.The first bipolar plate 410 is formed in a rectangular shape having a predetermined thickness, and an open fuel side opening groove 411 having a predetermined depth and an area is formed on one side thereof, and the fuel side opening groove 411 is formed. The first inflow passage 412 and the first outflow passage 413 serving as the inlet and outlet are formed to be arranged on both upper and lower sides. In addition, the second bipolar plate 420 is formed in a rectangular shape having a predetermined thickness like the first bipolar plate 410, and an open air side opening groove 421 having a predetermined depth and area is formed on one side thereof. And a second inflow inflow passage 422 and a second outflow passage 423 serving as the inlet and outlet of the air side opening groove 421 are formed in the first inflow passage 412 and the first outflow passage 413. It is formed on each of the upper and lower ends so as to be symmetrical with respect to.
Here, the fuel side opening groove 411 and the air side opening groove 421, the first inflow passage 412 and the inflow passage 422, and the first outflow passage 413 and the second outflow passage 423. Are each formed in the same shape.

상기 연료측 개구홈(411)의 바닥면이 평면으로 형성된다. 또한 상기 연료측 개구홈(411)의 바닥면에 대한 다른 변형예로 그 연료측 개구홈(411)의 바닥면에 직선 길이를 갖는 채널이 형성될 수 있다. The bottom surface of the fuel side opening groove 411 is formed in a plane. In addition, as another modification of the bottom surface of the fuel side opening groove 411, a channel having a straight length may be formed on the bottom surface of the fuel side opening groove 411.

상기 전해질막(500)은 상기 제1,제2 바이폴라 플레이트(410)(420) 크기와 유사한 크기를 갖는 박판 형태로 형성된다. The electrolyte membrane 500 is formed in a thin plate shape having a size similar to that of the first and second bipolar plates 410 and 420.

상기 전해질막(500)은 제1 바이폴라 플레이트(410)와 제2 바이폴라 플레이트(420)의 사이에 위치하게 된다.The electrolyte membrane 500 is positioned between the first bipolar plate 410 and the second bipolar plate 420.

상기 제1 바이폴라 플레이트(410)의 연료측 개구홈(411)과 그와 대면되는 전해질막(500)의 일측면에 의해 연료가 유동하는 연료 유로가 형성되고, 상기 제2 바이폴라 플레이트(420)의 공기측 개구홈(421)와 상기 전해질막(500)의 타측면에 의해 공기가 유동하는 공기 유로가 형성된다. A fuel flow path through which fuel flows is formed by the fuel side opening groove 411 of the first bipolar plate 410 and one side of the electrolyte membrane 500 facing the first bipolar plate 410, and the second bipolar plate 420 An air flow path through which air flows is formed by an air side opening groove 421 and the other side surface of the electrolyte membrane 500.

상기 촉매 전극(510)은 일정 두께와 면적을 갖도록 형성된다. 상기 촉매 전극(510)은 상기 연료측 개구홈(411)의 내부에서 그 양측, 즉 연료측 개구홈(411)과 전해질막(500) 양쪽으로 연료 유로가 각각 개별적으로 형성되도록 평판으로 형성되어 상기 연료측 개구홈(411)과 전해질막(500)으로부터 일정 간격만큼 이격되도록 설치된다. 다시 말해, 상기 촉매 전극(510)이 상기 연료측 개구홈(411)에 삽입됨에 의해 그 연료측 개구홈(411)과 전해질막(500)에 의해 형성되는 연료 유로가 그 촉매 전극(510)을 기준으로 양측면에 유로가 형성된다.The catalyst electrode 510 is formed to have a predetermined thickness and area. The catalyst electrode 510 is formed in a flat plate such that fuel passages are formed on both sides of the fuel side opening groove 411, that is, on both sides of the fuel side opening groove 411 and the electrolyte membrane 500. It is provided to be spaced apart from the fuel side opening groove 411 and the electrolyte membrane 500 by a predetermined interval. In other words, when the catalyst electrode 510 is inserted into the fuel side opening groove 411, the fuel flow path formed by the fuel side opening groove 411 and the electrolyte membrane 500 is connected to the catalyst electrode 510. As a reference, flow paths are formed on both sides.

그리고, 상기 촉매 전극(510)의 변형예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 촉매 전극(510)은 연료와의 접촉 면적이 증가되도록 소정의 두께와 면적을 갖는 파형 형태(corrugate shape)로 형성된다. 상기 촉매 전극(510)은 일정 두께를 가지며 그 단면이 반구를 상하로 연결한 형태로 형성되며 그 산과 골은 길이 방향으로 형성된다. 그리고 상기 촉매 전극(510)의 양단 또는 내부에 다수개의 관통구멍(H)이 형성될 수 있다.As a modification of the catalyst electrode 510, as illustrated in FIG. 5, the catalyst electrode 510 has a corrugate shape having a predetermined thickness and area such that a contact area with fuel is increased. Is formed. The catalyst electrode 510 has a predetermined thickness and its cross section is formed in a form in which hemispheres are connected up and down, and the acid and the valley are formed in the longitudinal direction. A plurality of through holes H may be formed at both ends or inside of the catalyst electrode 510.

상기 촉매 전극(510)의 다른 변형예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 촉매 전극(510)은 연료와의 접촉 면적이 증가되도록 소정의 두께와 면적을 갖는 절곡된 형태로 형성된다. 상기 촉매 전극(510)은 일정 두께를 가지며 그 단면이 톱니 형상으로 형성되며 그 산과 골은 길이 방향으로 형성된다. 그리고 상기 촉매 전극(510)의 양단 또는 내부에 다수개의 관통구멍(H)이 형성될 수 있다.As another modification of the catalyst electrode 510, as illustrated in FIG. 6, the catalyst electrode 510 is formed in a bent shape having a predetermined thickness and area so as to increase the contact area with the fuel. The catalyst electrode 510 has a predetermined thickness, the cross section is formed in a sawtooth shape, the acid and the valley is formed in the longitudinal direction. A plurality of through holes H may be formed at both ends or inside of the catalyst electrode 510.

상기 촉매 전극(510)의 다른 변형예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 그 단면 형상이 사각 형상을 상하로 연결한 형태로 형성되며 그 산과 골은 길이 방향으로 형성된다. 그리고 상기 촉매 전극(510)의 양단 또는 내부에 다수개의 관통구멍(H)이 형성될 수 있다.As another modified example of the catalyst electrode 510, as shown in FIG. 7, the cross-sectional shape is formed in a shape in which a square shape is connected vertically, and the peaks and valleys are formed in the longitudinal direction. A plurality of through holes H may be formed at both ends or inside of the catalyst electrode 510.

상기 촉매 전극(510)은 섬유 조직으로 형성되며, 그 촉매 전극(510)은 니켈 마이크로 화이버인 재질로 형성된다.The catalyst electrode 510 is formed of a fiber structure, the catalyst electrode 510 is formed of a material that is nickel microfiber.

상기 촉매 전극(510)은 다른 실시예로 수소저장합금으로 형성될 수 있다. The catalyst electrode 510 may be formed of a hydrogen storage alloy in another embodiment.

상기 연료는 수소 발생제를 함유하는 전해질 용액인 것이 바람직하다.It is preferable that the fuel is an electrolyte solution containing a hydrogen generator.

상기 공기측 개구홈(421)에 위치하는 공기측 전극(520)은 상기 전해질막(500)에 부착된다. 즉, 종래의 구조와 같이 상기 공기측 개구홈(421)에 위치하도록 상기 전해질막(500)의 일면에 촉매가 도포된 촉매 층(521)과 그 촉매 층(521)을 복개하는 덮개막(522)으로 형성된다.An air side electrode 520 positioned in the air side opening groove 421 is attached to the electrolyte membrane 500. That is, the catalyst layer 521 coated with a catalyst on one surface of the electrolyte membrane 500 and the overcoat 522 covering the catalyst layer 521 so as to be positioned in the air side opening groove 421 as in the conventional structure. Is formed.

상기 공기측 전극(520)은 별도로 제작되어 상기 전해질막(500)과 분리되도록 상기 공기측 개구홈(421)에 삽입될 수 있다.The air side electrode 520 may be manufactured separately and inserted into the air side opening groove 421 to be separated from the electrolyte membrane 500.

상기 연료측 개구홈(411)의 바닥은 평면으로 형성된다.The bottom of the fuel side opening groove 411 is formed in a plane.

상기 제1, 제2 바이폴라 플레이트(410)(420)들과 전해질막(500)은 별도의 체결수단에 의해 체결되며, 상기 제1, 제2 바이폴라 플레이트(410)(420)는 두 개 한 쌍의 단위셀로만 구성될 수 있고 두 개 한 쌍의 단위셀이 복수 개로 적층되어 구성될 수 있다. 상기 제1,제2 바이폴라 플레이트(410)(420)가 한 쌍으로만 형성되는 경우 그 제1 바이폴라 플레이트(410)는 한 쪽면에 연료측 개구홈(411)과 제1 유입 유로(412) 및 제1 유출 유로(413)만 형성되고 제2 바이폴라 플레이트(420)는 한 쪽면에 공기측 개구홈(421)과 제2 유입 유로(422) 및 제2 유출 유로(423)만 형성된다. The first and second bipolar plates 410 and 420 and the electrolyte membrane 500 are fastened by separate fastening means, and the first and second bipolar plates 410 and 420 are two pairs. It may be composed of only the unit cell of the two pair of unit cells may be stacked in plurality. When the first and second bipolar plates 410 and 420 are formed in only one pair, the first bipolar plate 410 has a fuel side opening groove 411 and a first inflow passage 412 on one side thereof. Only the first outflow passage 413 is formed, and the second bipolar plate 420 has only one air side opening groove 421, the second inflow passage 422, and the second outflow passage 423 formed on one surface thereof.

이하, 본 발명의 연료전지의 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the fuel cell of the present invention will be described.

연료를 알카리 수용액에 NaBH4, KBH4, LiAlH4, KH, NaH 등과 같은 수소 발생제가 용해된 전해질 용액으로 사용하게 되는 경우에 대하여 설명한다. 상기 연료가 제1 바이폴라 플레이트(410)의 제1 유입 유로(412)에 유입됨과 동시에 공기가 제2 바이폴라 플레이트(420)의 제2 유입 유로(422)에 유입된다. The case where the fuel is used as an electrolyte solution in which hydrogen generators such as NaBH 4, KBH 4, LiAlH 4, KH, NaH, etc. are dissolved in an aqueous alkali solution will be described. As the fuel flows into the first inflow passage 412 of the first bipolar plate 410, air flows into the second inflow passage 422 of the second bipolar plate 420.

상기 제1 유입 유로(412)로 유입된 연료는 연료측 개구홈(411)에 삽입된 촉매 전극(510)의 양 쪽면, 즉 촉매 전극(510) 전체면에 접촉되면서 그 연료측 개구홈(411)과 전해질막(500)에 의해 형성된 연료 유로를 통해 유동하게 된다. 이때, 상기 연료가 촉매 전극(510)에 의해 전기 화학적 산화 반응이 일어나면서 수소 이온과 전자를 발생시키게 되며 그 전자는 상기 공기측 전극(520)으로 이동하게 되고 수소 이온은 전해질인 연료와 전해질막(500)을 통해 공기측 전극(520)으로 이동하게 된다.The fuel introduced into the first inflow passage 412 is in contact with both surfaces of the catalyst electrode 510 inserted into the fuel side opening groove 411, that is, the entire surface of the catalyst electrode 510, and the fuel side opening groove 411. ) And a fuel flow path formed by the electrolyte membrane 500. At this time, the fuel is electrochemical oxidation by the catalyst electrode 510 generates hydrogen ions and electrons, the electrons are moved to the air-side electrode 520, the hydrogen ions are the electrolyte fuel and electrolyte membrane It moves to the air side electrode 520 through (500).

이와 동시에, 상기 제2 유입 유로(422)로 유입된 공기가 상기 공기측 개구홈(421)과 전해질막(500)으로 형성된 공기 유로를 통해 유동하면서 그 전해질막(500)의 공기측 전극(520)에서 상기 수소 이온과 산소의 전기 화학적 환원 반응이 발생된다.At the same time, the air introduced into the second inflow path 422 flows through the air flow path formed by the air side opening groove 421 and the electrolyte membrane 500, and the air side electrode 520 of the electrolyte membrane 500. ), An electrochemical reduction reaction of the hydrogen ions with oxygen occurs.

상기 연료 유로를 거친 연료는 상기 제1 유출 유로(413)를 통해 유출되고, 상기 공기 유로를 거친 공기는 제2 유출 유로(423)를 통해 유출되며, 상기 제1 유출 유로(413)를 거친 연료는 별도의 장치에 의해 상기 제1 유입 유로(412)로 유입되며 이와 같은 순환과정이 반복된다.Fuel that has passed through the fuel passage flows out through the first outflow passage 413, air that has passed through the air passage flows out through the second outflow passage 423, and passes through the first outlet passage 413. Is introduced into the first inflow passage 412 by a separate device and such a circulation process is repeated.

상기 과정에서, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 촉매 전극(510)이 상기 전해질막(500)과 분리되어 상기 연료측 개구홈(411)에 위치하게 되므로 그 촉매 전극(510)의 양쪽면, 즉 전체 면적에 걸쳐 연료와 접촉되어 보다 넓은 면적에서 촉매 반응이 일어나게 된다. 그리고 상기 촉매 전극(510)이 상기 전해질막(500)과 분리되어 상기 연료측 개구홈(411)에 위치하게 되므로 상기 촉매 전극(510)에 의해 발생되는 수소 이온이 전극에 의해 방해되지 않고 전해질막(500)의 전체 면적을 통해 공기측 전극측으로 이동하게 되어 수소 이온의 이동 영역이 넓게 된다.In this process, as shown in FIG. 8, since the catalyst electrode 510 is separated from the electrolyte membrane 500 and positioned in the fuel side opening groove 411, both surfaces of the catalyst electrode 510, That is, catalytic contact occurs over a larger area in contact with the fuel over the entire area. In addition, since the catalyst electrode 510 is separated from the electrolyte membrane 500 and positioned in the fuel side opening groove 411, the hydrogen ions generated by the catalyst electrode 510 are not disturbed by the electrode and are not interfering with the electrolyte membrane. It moves to the air side electrode side through the whole area of 500, and the movement area | region of hydrogen ion becomes wide.

그리고 상기 촉매 전극(510)의 형상이 파형이나 절곡형으로 형성된 경우 그 촉매 전극(510)과 연료의 접촉 면적이 증가된다. 또한, 상기 촉매 전극(510)이 파형이나 절곡형으로 형성된 경우 그 파형이나 절곡형에 의해 연료가 유동하는 자체 유로가 형성되어 연료측 개구홈(411)의 바닥면에 별도의 유로가 형성되지 않아도 된다.In addition, when the shape of the catalyst electrode 510 is formed in a wave shape or a bent shape, the contact area between the catalyst electrode 510 and the fuel is increased. In addition, when the catalyst electrode 510 is formed in a wave shape or a bent shape, a self flow path through which fuel flows is formed by the wave shape or bend shape, so that a separate flow path is not formed on the bottom surface of the fuel side opening groove 411. do.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지는 전기 화학적 산화 반응이 발생되는 연료와 촉매 전극과의 접촉 면적이 증가되어 촉매 반응이 일어나게 됨으로써 이온 발생이 보다 활발하게 되며, 또한 이온화된 수소 이온이 공기측 전극으로 이동하는 영역 즉, 절해질막에서의 영역이 커지게 되어 수소 이온의 이동량이 증가됨으로써 공기측 전극에서의 반응이 보다 활성화되어 전기 에너지의 발생 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, in the fuel cell according to the present invention, the contact area between the fuel and the electrode of the electrochemical oxidation reaction is increased so that the catalytic reaction occurs, thereby making the ion generation more active, and the ionized hydrogen ions The area moving to the air-side electrode, that is, the area in the membrane film is increased, so that the amount of migration of hydrogen ions is increased, thereby activating the reaction at the air-side electrode, thereby increasing the efficiency of generating electrical energy.

Claims (11)

전해질막;Electrolyte membrane; 상기 전해질막을 사이에 두고 그 전해질막의 양측에 적층되며, 상기 전해질막의 일측면과 함께 연료유로와 공기유로를 각각 형성하도록 연료측 개구홈과 공기측 개구홈이 각각 형성되는 제1 바이폴라 플레이트와 제2 바이폴라 플레이트; 및A first bipolar plate and a second bipolar plate and a second side which are stacked on both sides of the electrolyte membrane with the electrolyte membrane interposed therebetween, wherein a fuel side opening groove and an air side opening groove are respectively formed to form a fuel passage and an air passage together with one side of the electrolyte membrane. Bipolar plates; And 상기 제1 바이폴라 플레이트의 연료측 개구홈과 이에 대응되는 전해질막의 일측면 사이에 배치되고 그 양 측면으로 연료가 흐를 수 있도록 상호 분리된 연료유로가 각각 형성되어 상기 연료측 개구홈의 내부에 설치되는 촉매 전극;을 포함한 연료전지.Fuel passages disposed between the fuel side opening grooves of the first bipolar plate and one side of the electrolyte membrane corresponding thereto and separated from each other so that fuel flows to both sides thereof are formed in the fuel side opening grooves. A fuel cell comprising a catalytic electrode. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 연료와의 접촉 면적이 증가되도록 소정의 두께와 면적을 갖는 파형 형태(corrugate shape)로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the catalyst electrode is formed in a corrugate shape having a predetermined thickness and an area such that a contact area with the fuel is increased. 제2 항에 있어서, 상기 촉매 전극)은 일정 두께를 가지며 그 단면이 반구를 상하로 연결한 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 2, wherein the catalyst electrode has a predetermined thickness and a cross section is formed in a shape in which a hemisphere is connected vertically. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 연료와의 접촉 면적이 증가되도록 소정의 두께와 면적을 갖는 절곡된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the catalyst electrode is formed in a bent shape having a predetermined thickness and area so as to increase the contact area with the fuel. 제4 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 일정 두께를 가지며 그 단면이 톱니 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell according to claim 4, wherein the catalyst electrode has a predetermined thickness and a cross section is formed in a sawtooth shape. 제4 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 일정 두께를 가지며 그 단면이 사각 형상을 상하로 연결한 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 4, wherein the catalyst electrode has a predetermined thickness and a cross section is formed in a shape in which a cross section is connected vertically. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 섬유 조직으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the catalyst electrode is formed of a fibrous structure. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 니켈 마이크로 화이버인 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the catalyst electrode is nickel microfiber. 제1 항에 있어서, 상기 연료는 수소발생제를 함유하는 전해질 용액인 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel is an electrolyte solution containing a hydrogen generating agent. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 전극은 수소 저장함금으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.The fuel cell of claim 1, wherein the catalyst electrode is formed of a hydrogen storage alloy. 제1 항에 있어서, 상기 제2 바이폴라 플레이트의 공기측 개구홈에 대향되는 상기 전해질막의 일측면에는 공기측 전극이 부착되어 설치되거나 또는 상기 공기측 전극이 전해질막으로부터 일정 간격만큼 이격되어 설치되는 연료전지.The fuel of claim 1, wherein an air electrode is attached to one side of the electrolyte membrane opposite to the air opening of the second bipolar plate, or the air electrode is spaced apart from the electrolyte membrane by a predetermined distance. battery.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059865A1 (en) * 2000-02-08 2001-08-16 Honeywell International Inc. Wicking strands for a polymer electrolyte membrane fuel cell
EP1286408A2 (en) * 2001-08-16 2003-02-26 Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. Modular single cell and assembled cell stack of a proton exchange membrane fuel cell
US20030175577A1 (en) * 2002-03-18 2003-09-18 Rock Jeffrey Allan Converging/diverging flow channels for fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059865A1 (en) * 2000-02-08 2001-08-16 Honeywell International Inc. Wicking strands for a polymer electrolyte membrane fuel cell
US6555262B1 (en) * 2000-02-08 2003-04-29 Hybrid Power Generation Systems, Llc Wicking strands for a polymer electrolyte membrane
EP1286408A2 (en) * 2001-08-16 2003-02-26 Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. Modular single cell and assembled cell stack of a proton exchange membrane fuel cell
US20030175577A1 (en) * 2002-03-18 2003-09-18 Rock Jeffrey Allan Converging/diverging flow channels for fuel cell

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