KR100872639B1 - Stack structure for mechanical reinforcement of fuel cell - Google Patents

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KR100872639B1 KR1020070054244A KR20070054244A KR100872639B1 KR 100872639 B1 KR100872639 B1 KR 100872639B1 KR 1020070054244 A KR1020070054244 A KR 1020070054244A KR 20070054244 A KR20070054244 A KR 20070054244A KR 100872639 B1 KR100872639 B1 KR 100872639B1
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오승찬
이종현
윤종진
고재준
김영민
손익제
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현대자동차주식회사
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Abstract

A stack structure for the reinforcement of mechanical strength for a fuel cell is provided to prevent the resistance increase due to the interface separation of a catalyst layer and a membrane layer in an MEA and the interface separation of MEA and GDL and to the damage of MEA/GDL due to the repeated stress by the drying/wetting of materials. A stack structure for a fuel cell comprises a separator(16), a GDL(110) and an MEA(12), wherein a reinforcement layer(111) is formed on the gas diffusion layer(GDL) to reinforce the GDL and MEA(membrane electrode assembly) in contact with the separator by the anode/cathode pressure difference, and the reinforcement layer is located between the MEA and the GDL. Also the reinforcement layer is located between the MEA and the GDL and the MEA and the separator. Or the reinforcement layer is buried inside the GLD.

Description

연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조{Stack structure for mechanical reinforcement of fuel cell}Stack structure for mechanical reinforcement of fuel cell

도 1은 종래기술에 따른 연료전지스택의 구조를 나타내고, 애노드/캐소드 극의 압력차를 나타내는 개략도이고,1 is a schematic view showing a structure of a fuel cell stack according to the prior art, showing a pressure difference between an anode / cathode pole,

도 2는 도 1의 시스템 입출구의 압력차를 나타내는 설명하기 위한 도면이고,FIG. 2 is a diagram for explaining the pressure difference between the system inlet and the outlet of FIG. 1;

도 3a 및 도 3b는 도 1의 유로내 압력차를 나타내는 설명하기 위한 도면이고,3A and 3B are diagrams for describing the pressure difference in the flow path of FIG. 1;

도 4는 도 1에서 압력차에 의해 응력을 받는 부분과 받지 않는 부분을 표시한 일부발췌도이고,4 is a partial excerpt diagram showing a portion stressed and a portion not stressed by the pressure difference in FIG.

도 5는 도 4의 경우와 같이 응력을 받아 피로파손이 일어나는 부위를 나타내는 도면이고,FIG. 5 is a view illustrating a site where fatigue damage occurs under stress as in FIG. 4;

도 6은 도 5에서 양쪽이 구속된 조건에서 압력을 받았을 경우 양끝단에 응력집중이 발생되는 것을 해석한 결과를 나타내는 이미지이고,FIG. 6 is an image illustrating a result of analyzing that stress concentration is generated at both ends when pressure is applied under both conditions in FIG. 5.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지스택의 구조를 개략적으로 나타내는 요부단면도이고,7A and 7B are principal cross-sectional views schematically showing the structure of a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention;

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지스택의 구조를 개략 적으로 나타내는 요부단면도이고,8A and 8B are cross-sectional views of main parts schematically showing the structure of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention;

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지스택의 구조를 개략적으로 나타내는 요부단면도이고,9A and 9B are cross-sectional views of main parts schematically showing the structure of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention;

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지스택의 구조를 개략적으로 나타내는 요부단면도이고,10A and 10B are cross-sectional views of main parts schematically showing the structure of a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제5실시예에 따른 연료전지스택의 구조를 개략적으로 나타내는 요부단면도이다.11A and 11B are cross-sectional views schematically illustrating a structure of a fuel cell stack according to a fifth embodiment of the present invention.

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

10 : 전해질막 11 : 전극10 electrolyte membrane 11 electrode

12 : MEA 13,110,120,130,140,150 : GDL12: MEA 13,110,120,130,140,150: GDL

14 : 가스켓 15 : 서브가스켓14 Gasket 15 Sub Gasket

16 : 분리판 16a : 돌출부16: separating plate 16a: protrusion

111,121,131,141 : 보강재111,121,131,141: Reinforcement

본 발명은 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 애노드/캐소드 압력차이 및 드라이/웨트 조건에 따라 MEA 내 촉매층과 멤브레인층의 계면 박리, MEA와 GDL의 계면박리에 의한 저항증가, 반복적인 압력차 및 재료의 드라이/웨트에 의한 반복응력으로 MEA/GDL이 파손되어 연료전지의 성능저하를 초래하는 종래의 문제점을 개선하기 위해 분리판과의 접촉부에 강화층을 삽입하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조에 관한 것이다.The present invention relates to a stack structure for reinforcing the mechanical strength of a fuel cell, and more particularly, by interfacial peeling of a catalyst layer and a membrane layer in a MEA and an interfacial peeling of a MEA and GDL according to an anode / cathode pressure difference and dry / wet conditions. The reinforcement layer is inserted into the contact with the separator to improve the conventional problem that the MEA / GDL is damaged due to increased resistance, repeated pressure difference, and repeated stress caused by dry / wet of the material, resulting in deterioration of the fuel cell. It relates to a stack structure for reinforcing mechanical strength of a fuel cell.

일반적으로 연료전지시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다. In general, a fuel cell system is a type of power generation system that converts chemical energy of a fuel directly into electrical energy.

상기 연료전지시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택, 연료전지스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템으로 구성된다. The fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electric energy largely, a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an air supply for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. The system consists of a heat and water management system that removes the reaction heat from the fuel cell stack to the outside of the system and controls the operating temperature of the fuel cell stack.

이와 같은 구성으로 연료전지시스템에서는 연료인 수소와 공기중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.With such a configuration, the fuel cell system generates electricity by an electrochemical reaction by hydrogen, which is a fuel, and oxygen in the air, and discharges heat and water as reaction byproducts.

상기 연료전지스택은 연료전지 차량의 주동력공급원으로서, 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아서 전기를 생산하는 장치이다. 또한, 자동차에 적용되는 연료전지스택은 약 400개 이상의 단위전지로 구성되어 있고, 각 단위전지는 약 0V ~1.23V의 전압을 형성한다.The fuel cell stack is a main power supply source of a fuel cell vehicle, and is an apparatus for producing electricity by receiving oxygen in air and hydrogen as fuel. In addition, a fuel cell stack applied to an automobile is composed of about 400 unit cells or more, and each unit cell forms a voltage of about 0V to 1.33V.

현재 자동차용으로 많이 사용되고 있는 연료전지스택은 출력밀도가 높은 고체 고분자 전해질형 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)이다.The fuel cell stack, which is widely used for automobiles, is a high-density solid polymer electrolyte fuel cell (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC).

도 1은 연료전지스택의 구성을 나타내는 개략도로서, 연료전지스택은 수소이 온이 이동하는 전해질막(10)을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층(11)이 부착된 3L MEA(Membrane Electrode Assembly)(12)와, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL)(13), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓(14) 및 서브가스켓(15)과, 반응기체들 및 냉각수가 이동하는 분리판(16)으로 구성되어 있다.FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a fuel cell stack, which is a 3L MEA having an electrode / catalyst layer 11 having electrochemical reactions on both sides of the membrane centered on an electrolyte membrane 10 through which hydrogen is turned. Membrane Electrode Assembly (12), Gas Diffusion Layer (GDL) 13, which distributes the reactants evenly and deliver the generated electricity, and the tightness and proper clamping pressure of the reactants and cooling water. It is composed of a gasket 14 and a sub-gasket 15 for holding, and a separator plate 16 through which the reactor bodies and the cooling water move.

상기 고체 고분자 전해질형 연료전지에서는 수소가 양극(Anode, “연료극”이라고도 함)으로 공급되고, 산소(공기)는 음극(Cathode, “공기극” 혹은 “산소극”이라고도 함)으로 공급된다. In the solid polymer electrolyte fuel cell, hydrogen is supplied to an anode (also referred to as a “fuel electrode”), and oxygen (air) is supplied to a cathode (also referred to as a cathode, “air electrode” or “oxygen electrode”).

양극으로 공급된 수소는 전해질막(10)의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소이온(Proton, H+)과 전자(Electron, e-)로 분해되고, 이 중 수소이온(Proton, H+)만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막(10)을 통과하여 음극으로 전달되며, 동시에 전자(Electron, e-)는 도체인 기체확산층(13)과 분리판(Separator)(16)을 통하여 음극으로 전달된다. Hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (Proton, H + ) and electrons (Electron, e-) by the catalyst of the electrode layer formed on both sides of the electrolyte membrane 10, of which hydrogen ions (Proton, H + ) Only selectively passes through the electrolyte membrane 10, which is a cation exchange membrane, to the cathode, and at the same time, electrons (Electron, e-) are transferred to the cathode through the gas diffusion layer 13 and the separator (16). .

상기 음극에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소이온과 분리판(16)을 통하여 전달된 전자가 공기공급기에 의해 음극으로 공급된 공기중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.In the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator 16 meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply to generate water.

이때 일어나는 수소이온의 이동에 기인하여 발생하는 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.At this time, current is generated by the flow of electrons through the external conductor generated due to the movement of hydrogen ions, and heat is incidentally generated in the water generation reaction.

이러한 고체 고분자 전해질형 연료전지의 전극반응을 나타내면 아래의 반응식과 같다.The electrode reaction of the solid polymer electrolyte fuel cell is shown in the following reaction formula.

[연료극에서의 반응] 2H2 → 4H+ + 4e-[Reaction in Fuel Pole] 2H 2 → 4H + + 4e-

[공기극에서의 반응] O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O[Reaction at air electrode] O 2 + 4H + + 4e- → 2H 2 O

[전체반응] 2H2 + O2 → 2H2O + 전기에너지 + 열에너지[Total Reaction] 2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Electrical + Thermal

그런데, 연료전지시스템은 애노드/캐소드 극의 압력차(도 1), 시스템 입출구의 압력차(도 2), 수소나 산소 등의 유로 내 압력차(도 3)로 인한 연료전지의 성능저하 및 파손이 일어날 수 있다.However, the fuel cell system is deteriorated and damaged due to the pressure difference between the anode / cathode pole (FIG. 1), the pressure difference between the system inlet and outlet (FIG. 2), and the pressure difference in the flow path such as hydrogen or oxygen (FIG. 3). This can happen.

도 1 내지 도 3b의 압력차가 발생하는 경우에 도 4의 "A" 부위처럼 분리판(16)에 의해 눌리는 부위가 애노드/캐소드 압력차에 의해 응력을 받지 않지만, "B"부위는 도 5에 도시한 바와 같이 응력을 받아 "C"와 "D" 부위에서 피로파손이 일어날 수 있다.In the case where the pressure difference of FIGS. 1 to 3B occurs, the portion pressed by the separator 16 as in the “A” portion of FIG. 4 is not stressed by the anode / cathode pressure difference, but the “B” portion is shown in FIG. 5. As shown in the drawing, fatigue damage may occur at the “C” and “D” sites under stress.

도 6은 양쪽이 구속된 조건에서 압력을 받았을 경우 양끝단(C,D)에 응력 집중이 발생되는 것을 해석한 결과이다.FIG. 6 is a result of analyzing that stress concentration occurs at both ends C and D when pressure is applied under both conditions.

또한, 연료전지 운전 중 및 시동/정지 시 가습조건에 의해 전해질막(멤브레인)이 드라이 및 웨트(WET)조건을 반복적으로 받게 되는데, 이때 "D" 부위에 MEA 및 GDL이 수축 및 인장을 반복함에 따라 피로에 의한 파손이 일어날 수 있다.In addition, the electrolyte membrane (membrane) is repeatedly subjected to dry and wet (WET) conditions due to humidification conditions during fuel cell operation and during start / stop, whereby MEA and GDL are repeatedly contracted and stretched at the “D” site. Accordingly, breakage due to fatigue may occur.

이러한 문제점을 극복하기 위해 분리판 또는 MEA의 강화구조 및 필라멘트 삽 입 GDL에 대한 일본특허 제1984-146319호(강화분리판), 특허출원 제2002-5756호(강화 MEA) 및 미국특허 제2003-688666호(복합소재 GDL;필라멘트 삽입)가 제안된 바 있다.In order to overcome this problem, Japanese Patent No. 1984-146319 (Reinforced Separator), Patent Application No. 2002-5756 (Reinforced MEA) and US Patent No. 2003- for the reinforced structure and the filament insertion GDL of the separator or MEA 688666 (composite material GDL; filament insertion) has been proposed.

그러나, 상기 특허의 분리판이나 MEA 강화 기술은 제조상 및 운전시 MEA내 이종재질에 의해 드라이 및 웨트 조건이 심각한 조건에서 접촉부의 박리 및 크랙 진전에 의해서 파손될 수 있는 위험성이 있다.However, the patented separator or MEA reinforcement technology has a risk of being damaged by peeling and crack propagation of contacts under severe conditions of dry and wet conditions due to dissimilar materials in MEA during manufacture and operation.

또한, 필라멘트 삽입 복합소재 GDL의 경우 전체적으로 강화시킨 구조이기 때문에 압력 차에 의한 파손부에 대해서 부위별 압력차에 의한 강화 효과를 적절히 낼 수 없는 한계점이 있다.In addition, the filament-inserted composite material GDL has a limitation in that it cannot adequately exert a reinforcing effect due to the pressure difference for each part for the damage caused by the pressure difference.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 분리판과의 접촉부에 강화층을 삽입함으로써, MEA 내 촉매층과 멤브레인층의 계면 박리, MEA와 GDL의 계면박리에 의한 저항증가, 반복적인 압력차 및 재료의 드라이/웨트에 의한 반복응력으로 MEA/GDL이 파손되는 것을 방지하여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above, and by inserting a reinforcing layer into a contact portion with a separator plate, the interfacial separation between the catalyst layer and the membrane layer in the MEA, the resistance increase due to the interfacial separation between the MEA and the GDL, and the repetitive pressure It is an object of the present invention to provide a stack structure for reinforcing the mechanical strength of a fuel cell, which can improve the performance of the fuel cell by preventing the MEA / GDL from being damaged by repeated stress caused by dry / wet of the car and the material.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,The present invention for achieving the above object in the fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA,

기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주는 것을 특징으로 한다.The reinforcement layer is formed on the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the portions of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference.

바람직한 구현예로서, 상기 강화층은 MEA와 GDL 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the reinforcement layer is located between the MEA and the GDL.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 강화층은 MEA와 GDL, 그리고 GDL과 분리판 사이에 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the reinforcing layer is located between the MEA and the GDL, and between the GDL and the separator, respectively.

또한, 상기 강화층은 GDL과 분리판 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the reinforcing layer is characterized in that located between the GDL and the separator.

또한, 상기 강화층은 GDL 내부에 매입 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reinforcing layer is characterized in that the buried in the GDL.

특히, 상기 강화층은 직선형의 보강재가 수직 및 수평방향으로 평행하게 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.In particular, the reinforcing layer is characterized in that the straight reinforcement made of a structure formed parallel to the vertical and horizontal direction.

또한, 상기 강화층은 직선형의 보강재가 분리판의 유로를 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reinforcing layer is characterized in that the linear reinforcement is formed along the flow path of the separation plate.

또한, 상기 강화층의 형상은 직선, 허니컴, 상하좌우가 연결된 직선 및 곡선형태의 보강재 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the shape of the reinforcing layer is characterized in that made of any one selected from a straight line, a honeycomb, a straight line connected to the top, bottom, left and right, and a curved reinforcement.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 7a 내지 도 11b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강화층을 이용한 연료전지스택의 구조를 나타내는 도면이다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.7A to 11B are diagrams illustrating a structure of a fuel cell stack using a reinforcement layer according to a preferred embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members having the same function.

일반적으로 분리판(16)에는 수소, 산소 및 냉각수가 이동할수 있는 유로(17)들이 형성되어 있고, 상기 분리판(16)은 상기 유로(17)를 형성하기 위해 이중겹판 구조로 요철형태의 돌출부(16a)가 형성된 구조로 이루어져 있다.In general, the separation plate 16 is formed with flow paths 17 through which hydrogen, oxygen, and coolant can move, and the separation plate 16 has a protrusion having a concave-convex shape in a double-ply structure to form the flow path 17. It consists of the structure in which 16a was formed.

상기 분리판(16)에 형성된 돌출부(16a)가 애노드/캐소드 압력차에 의해 GDL(13) 및 MEA(12)를 가압하게 되어 MEA(12) 내 촉매층과 멤브레인층의 계면 박리, MEA(12)와 GDL(13)의 계면박리에 의한 저항증가 현상이 발생한다.The protrusion 16a formed on the separator 16 presses the GDL 13 and the MEA 12 due to the anode / cathode pressure difference, thereby causing the interface separation between the catalyst layer and the membrane layer in the MEA 12, and the MEA 12. And an increase in resistance due to interfacial peeling of the GDL 13 occur.

따라서, 본 발명은 분리판(16)의 돌출부(16a)와 접촉하는 부위에 강화층을 형성하여 종래의 문제점을 개선하고, 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.Therefore, the present invention has an emphasis on improving the conventional problem and improving the performance of the fuel cell by forming a reinforcing layer in a portion in contact with the protrusion 16a of the separator 16.

상기 GDL(110~150)은 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하고, 분리판의 안쪽에 위치하여 분리판(16)과 직접적으로 접촉하는 부분이다.The GDLs 110 to 150 serve to evenly distribute the reactants and transfer electricity generated, and are directly in contact with the separator 16 by being located inside the separator.

여기서, 본 발명에 따른 GDL(110~150)에는 강화층이 존재한다. 상기 강화층의 재질은 도전성을 갖는 금속 예를 들어 Cu, Al, Fe 등으로 이루어질 수 있고, 강성이 보강된 카본 재질로 만들 수 있다. 상기 기술된 재질은 하기 설명되는 모든 실시예에 적용할 수 있다.Here, the reinforcement layer is present in the GDL (110 ~ 150) according to the present invention. The material of the reinforcing layer may be made of a conductive metal, for example, Cu, Al, Fe, and the like, and may be made of a carbon material having rigidity. The materials described above can be applied to all the embodiments described below.

본 발명에 따른 제1실시예는 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 GDL(110)과 MEA(12) 사이에 강화층이 위치할 수 있고, 상기 강화층은 분리판(16)의 돌출부(16a)와 GDL(110)이 접촉하는 부위의 하부에 다수의 보강재(111)가 수직 및 수평 방향으로 즉 바둑무늬 형태로 형성된 구조로 이루어 진다.According to the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 7A and 7B, a reinforcement layer may be positioned between the GDL 110 and the MEA 12, and the reinforcement layer may be a protrusion ( 16a) and a plurality of reinforcement 111 is formed in the vertical and horizontal directions, that is, the bottom of the portion where the GDL 110 is in contact with the structure formed in a checkered shape.

본 발명에 따른 제2실시예는 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 MEA(12)와 GDL(120) 사이, 그리고 GDL(120)과 분리판(16)의 돌출부(16a) 사이에 강화층이 위 치할 수 있고, 상기 강화층은 분리판(16)의 돌출부(16a)와 GDL(120)이 접촉하는 부위 및 그 하부에 다수의 보강재(121)가 수직 및 수평 방향으로 즉 바둑무늬 형태로 각각 형성된 구조로 이루어진다.The second embodiment according to the present invention is a reinforcing layer between the MEA 12 and the GDL 120 and between the protrusions 16a of the GDL 120 and the separator 16 as shown in Figs. 8A and 8B. The reinforcement layer may be located at a portion where the protrusion 16a of the separator 16 and the GDL 120 contact with each other, and a plurality of reinforcements 121 at a lower portion thereof in a vertical and horizontal direction, that is, in a checkered pattern. Each consists of a structure.

본 발명의 따른 제3실시예는 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 GDL(130)의 내부에 강화층이 삽입설치될 수 있고, 상기 강화층은 분리판(16)의 돌출부(16a)와 GDL(130)이 접촉하는 부위 하부에 다수의 보강재(108)가 수직 및 수평방향으로 즉 바둑무늬 형태로 형성된 구조로 이루어진다.In the third embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 9A and 9B, a reinforcement layer may be inserted into the GDL 130, and the reinforcement layer may be formed by the protrusions 16a of the separator 16. A plurality of reinforcing member 108 is formed in a vertical and horizontal direction, that is, in the form of a checkered pattern under the portion where the GDL 130 is in contact.

본 발명의 따른 제4실시예는 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 분리판(16)과 GDL(140) 사이에 강화층이 위치할 수 있고, 상기 강화층은 다수의 보강재(141)가 분리판(16)에 형성된 돌출부(16a)를 따라 수평방향으로 형성된 구조로 이루어진다.In the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 10A and 10B, a reinforcement layer may be positioned between the separator 16 and the GDL 140, and the reinforcement layer may include a plurality of reinforcement materials 141. It has a structure formed in the horizontal direction along the protrusion (16a) formed in the separating plate (16).

본 발명의 따른 제5실시예는 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 분리판(16)과 GDL(150) 사이에 강화층이 위치할 수 있고, 상기 강화층은 기계적 강도를 강화하기 위해서 보강재(151)가 수직 수평방향으로 즉 바둑무늬 형태로 형성된 구조로 이루어진다.In the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 11A and 11B, a reinforcement layer may be located between the separator plate 16 and the GDL 150, and the reinforcement layer is used to reinforce the mechanical strength. 151 has a structure formed in a vertical horizontal direction, that is, checkered pattern.

상기 강화층(110~150)의 형상은 직선에 국한되는 것이 아니라 허니컴 구조 등 상하 좌우가 연결된 직선 또는 곡선 유로 등 연료전지 관련 모든 유로에 적용될 수 있다.The shape of the reinforcement layers 110 to 150 is not limited to a straight line, but may be applied to all fuel cell-related flow paths such as a straight line or a curved flow path connected up, down, left, and right, such as a honeycomb structure.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였 으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.Although the present invention has been illustrated and described with respect to specific preferred embodiments, the invention is not limited to these embodiments, and the invention is claimed in the claims by one of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all embodiments of the various forms that can be carried out without departing from the spirit of the invention.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조에 의하면, 분리판과의 접촉부를 보강하기 위한 강화층을 삽입함으로써, MEA 내 촉매층과 멤브레인층의 계면 박리, MEA와 GDL의 계면박리에 의한 저항증가, 반복적인 압력차 및 재료의 드라이/웨트에 의한 반복응력으로 MEA/GDL이 파손되는 것을 방지하여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the stack structure for reinforcing the mechanical strength of the fuel cell according to the present invention, by inserting a reinforcing layer for reinforcing the contact portion with the separator plate, the interface between the catalyst layer and the membrane layer in the MEA, MEA and GDL It is possible to improve the performance of the fuel cell by preventing the MEA / GDL from being damaged by increased resistance due to interfacial separation, repeated pressure differences, and repeated stress caused by dry / wet of the material.

Claims (8)

삭제delete 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,In a fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA, 기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주며, The reinforcement layer is formed in the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the parts of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference. 상기 강화층은 MEA와 GDL 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcement layer is a stack structure for enhancing the mechanical strength of a fuel cell, characterized in that located between the MEA and GDL. 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,In a fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA, 기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주며, The reinforcement layer is formed in the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the parts of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference. 상기 강화층은 MEA와 GDL, 그리고 GDL과 분리판 사이에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcement layer is a stack structure for strengthening the mechanical strength of the fuel cell, characterized in that located between the MEA and GDL, and the GDL and the separator. 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,In a fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA, 기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주며, The reinforcement layer is formed in the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the parts of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference. 상기 강화층은 GDL과 분리판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcement layer is a stack structure for enhancing the mechanical strength of a fuel cell, characterized in that located between the GDL and the separator. 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,In a fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA, 기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주며, The reinforcement layer is formed in the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the parts of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference. 상기 강화층은 GDL 내부에 매입 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcement layer is a stack structure for strengthening the mechanical strength of the fuel cell, characterized in that embedded in the GDL. 분리판, GDL 및 MEA를 포함하는 연료전지스택구조에 있어서,In a fuel cell stack structure comprising a separator, GDL and MEA, 기체확산층(GDL)에 강화층을 형성하여 애노드/캐소드 압력차에 의해 분리판와 접촉하는 GDL 및 MEA(막전극집합체)의 부분을 보강해주며,The reinforcement layer is formed in the gas diffusion layer (GDL) to reinforce the parts of the GDL and the MEA (membrane electrode assembly) which are in contact with the separator by the anode / cathode pressure difference. 상기 강화층은 직선형의 보강재가 수직 및 수평방향으로 평행하게 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcement layer is a stack structure for strengthening the mechanical strength of a fuel cell, characterized in that the straight reinforcement made of a structure formed in parallel in the vertical and horizontal directions. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 강화층은 직선형의 보강재가 분리판의 유로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The reinforcing layer is a stack structure for strengthening the mechanical strength of the fuel cell, characterized in that the linear reinforcement is formed along the flow path of the separator. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 강화층의 형상은 직선, 허니컴, 상하좌우가 연결된 직선 및 곡선형태의 보강재 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지의 기계적 강도 강화용 스택구조.The shape of the reinforcing layer is a straight line, honeycomb, stack structure for strengthening the mechanical strength of the fuel cell, characterized in that made of any one selected from the straight and curved form of the reinforcement connected to the top, bottom, left and right.
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