KR100877052B1 - 구조막을 구비한 연료 전지 조립체 - Google Patents
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Abstract
연료 전지 내에서 사용하기 위한 조립체는 내부와 외주연부를 가지는 제1 멤브레인, 제1 멤브레인의 내부에 대응하는 내부와 제1 멤브레인의 외주연부에 대응하는 외주연부를 가지는 제2 멤브레인 및 제2 멤브레인의 대응하는 외주연부와 제1 멤브레인의 외주연부의 적어도 일부분 사이에 배치되는 구조막 층을 포함하고, 제1 멤브레인의 내부는 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 이온 연통을 제공하도록 제2 멤브레인의 대응하는 내부와 접촉한다. 구조막은 증가된 강도 및 안정성을 조립체에 제공한다.
연료 전지, 외주연부, 제1 멤브레인, 제2 멤브레인, 구조막
Description
본 발명은 고분자 전해질 멤브레인 전지에 관한 것이며, 구체적으로는 연료 전지 내에서 고분자 전해질 멤브레인과 함께 사용하는 구조막에 관한 것이다.
고분자 전해질 멤브레인 연료 전지의 중심 부품은 이온 교환 멤브레인이다. 대게, 멤브레인은 양극과 음극 사이에 배치된다. 멤브레인은 연료 전지의 작동 동안에 일 전극으로부터 다른 전극으로의 이온의 투과를 용이하게 한다. 이상적으로는, 멤브레인은 이온이 전극 사이에서 가능한 신속하게 이동하는 것을 허용하기 위해 가능한 얇아야 한다. 그러나, 멤브레인이 얇아지면, 대게 약해지게 된다. 따라서, 멤브레인의 보강이 필요하다. 이에 대한 일 해법은 멤브레인 내부에서의 보강재의 결합이다. 이러한 해법의 일예가 멤브레인용 지지부로서 팽창된 PTFE와 같은 다공성 재료의 사용을 개시하는 바하(Bahar) 등에게 허여된 미국 특허 제RE37,307호에서 구현된다.
그러나, 특정 상황에서는 멤브레인에 대한 추가 보강이 필요하다. 멤브레인이 대게 탄소 섬유 종이로 제조되는 가스 확산층을 포함하는 조립체에서 사용되는 경우, 탄소 섬유가 종종 멤브레인에 구멍을 내는 것으로 알려져 있어서, 이는 조립 체를 단락시키고 그 성능을 감소 또는 훼손시킨다. 조립체의 구멍은 조립체 자체의 제조 공정 중에 발생할 수 있고, 또는 성형 클램핑 압력에 기인하여 시일 성형 공정 중에 발생할 수 있다. 구멍은 또한 사용 중 시간이 지남에 따라, 혹은 조립체를 처리하거나 적층하는 중에 취급을 통해 발생할 수 있다. 따라서, 가스 확산 매체 섬유의 구멍으로부터의 멤브레인의 보호가 바람직하다.
또한, 멤브레인에 대한 추가 지지부는 전체적인 형태 안정성을 증가시키기 위해 자주 필요하게 된다. 습도와 같은 환경적인 조건 또는 멤브레인의 단순한 취급이 멤브레인에 대한 손상을 야기할 수도 있다. 이러한 형태 안정성을 증가시키기 위한 추가 보강재 및 지지부가 요구된다.
이러한 추가 지지부를 제공하기 위한 전형적인 시도로서 전극을 둘러싸는 멤브레인의 각 측면(상부면 및 하부면) 상에서의 주연 층의 사용을 포함한다. 이러한 접근의 단점은 오정렬에 기인한 활동 영역(이온 연통에 실제 관여되는 전극의 일부분)의 손실을 피하기 위해 매우 근접하여 정렬될 필요가 있는 두 개의 추가 층을 필요로 한다는 것이다. 따라서 이러한 설계와 관련하여 높은 재료 및 처리 비용이 든다. 또한, 두 개의 층의 추가는 조립체에 바람직하지 못한 두께를 더한다. 개량된 형태 안정성 및 구멍으로부터의 보호를 위해 구조적인 지지부를 가지는 더 양호한 조립체가 요구되며, 기존 설계에 비해 생산하는데 있어서도 더 효율적이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "조립체"는 하나 이상의 멤브레인 및 구조적인 지지부의 조합을 의미하지만, "조립체"는 또한 전극, 가스 확산 매체, 밀봉 개스킷 등과 같은 다른 부품을 포함할 수도 있다.
본 발명은 연료 전지용 조립체를 제공하며, 상기 연료 전지용 조립체는
(a) 내부 및 외주연부를 가지는 제1 멤브레인과,
(b) 제1 멤브레인의 내부에 대응하는 내부 및 제1 멤브레인의 외주연부에 대응하는 외주연부를 가지는 제2 멤브레인과,
(c) 제2 멤브레인의 대응하는 외주연부 및 제1 멤브레인의 외주연부의 적어도 일부분 사이에 배치되는 구조막 층을 포함하고,
(d) 제1 멤브레인의 내부는 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 이온 연통을 제공하도록 제2 멤브레인의 대응하는 내부와 접촉한다.
대체 실시예에 있어서, 조립체는 제1 멤브레인 상의 음극 및 제2 멤브레인 상의 양극을 더 포함한다. 또 다르게는, 제1 가스 확산 매체가 음극에 걸쳐 배치되고 제2 가스 확산 매체가 양극에 걸쳐 배치된다. 양호하게는, 구조막 층은 약 0.0762 mm(0.003 인치)의 두께 미만이다. 더 양호하게는, 구조막 층은 제2 멤브레인의 대응하는 외주연부와 제1 멤브레인의 외주연부 전체 사이에 배치된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 제1 멤브레인의 외주연부 및 제2 멤브레인의 대응하는 외주연부가 각각 에지부를 가지고, 에지부 각각이 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장하며, 구조막 층이 에지부와 수평이며, 밀봉 개스킷이 조립체의 적어도 일단부에 배치되고 제1 멤브레인, 제2 멤브레인 및 구조막 층에 일체식으로 부착되는 조립체를 제공한다.
다른 실시예에 있어서, 제1 멤브레인의 외주연부 및 제2 멤브레인의 대응하는 외주연부는 각각 에지부를 가지고, 에지부 각각은 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장하며, 구조막 층은 에지부를 넘어 연장하고 적어도 일 측면 상에 배치되는 밀봉 개스킷을 선택적으로 가진다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 연료 전지용 조립체를 제공하며, 상기 연료 전지용 조립체는
(a) 내부 및 외주연부를 가지는 멤브레인과,
(b) 멤브레인의 외주연부의 적어도 일부분을 덮는 구조막 층을 포함한다.
이러한 실시예에 있어서, 조립체는 멤브레인의 제1 측면 상에 배치되는 양극 및 멤브레인의 제2 측면 상에 배치되는 음극을 선택적으로 더 포함한다. 가스 확산 매체는 양극 및 음극 중 적어도 하나에 걸쳐 선택적으로 배치된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 연료 전지용 복수의 분리된 조립체를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
(a) 음극이 배치된 제1 멤브레인을 제공하는 단계와,
(b) 양극이 배치된 제2 멤브레인을 제공하는 단계와,
(c) 복수의 창을 형성하는 구조막 층을 제공하는 단계와,
(d) 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 이온 연통을 제공하고 복수의 연속 조립체를 형성하기 위해 제1 멤브레인이 창 내부에서 제2 멤브레인과 접촉하도록 구조막 층이 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이에 있는 상태로 연속 공정으로 제1 멤브레인을 제2 멤브레인에 적층시키는 단계와,
(e) 복수의 분리된 조립체를 형성하도록 연속의 멤브레인 전극 조립체를 절단하는 단계를 포함한다.
도1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체 제조 공정의 개략도이다.
도1a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연속 구조막 층 일부분의 평면도이다.
도2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도3은 확대되지 않은 도2의 조립체의 단면도이다.
도3a는 도3의 조립체의 평면도이다.
도4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체 제조 공정의 개략도이다.
도5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도6은 확대되지 않은 도5의 조립체의 단면도이다.
도7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체 제조 공정의 개략도이다.
도8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도9는 확대되지 않은 도8의 조립체의 단면도이다.
도10은 도9에 도시된 조립체의 평면도이다.
도11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도12는 확대되지 않은 도11의 조립체의 단면도이다.
도13은 도12에 도시된 조립체의 평면도이다.
도14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도14a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체의 확대 단면도이다.
도1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 조립체(10)를 생산하는 공정을 도시한다. 제1 멤브레인(11)은 제1 멤브레인 스풀(21)로부터 이탈하면서 제공된다. 제2 멤브레인(15)은 제2 멤브레인 스풀(23)로부터 이탈하면서 제공된다. 두 개의 멤브레인은 그 사이에 구조막 층(20)이 있는 상태에서 롤러(26)에 의해 함께 샌드위칭(sandwiching)된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "구조막 층"은 경화, 비탄성 고분자를 의미한다. 이러한 고분자로는 이제 제한되지는 않지만 PEN[폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 비다공성 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 강성 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리아미드(polyamides), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌[acylonitrile-butadiene-styrene(ABS)] 공중합체, 폴리아미드, 아크릴(acrylics), 아세탈(acetals), 경화 셀룰로오스(cellulosics), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리에스테르(polyesters), 페놀(phenolics), 요소-밀아민(urea-milamines), 폴리에스테르, 에폭시(epoxies), 우레탄(urethanes) 및 유리 충전 실리콘 열경화성 수지를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 비탄성 고분자는 실온에서 그 원래 길이의 적어도 두 배까지 반복적으로 신장된 이후에는 그 원래 길이로 돌아가지 않는 고분자이다. 양호한 실시예에 있어서, 구조막 층(20)은 PEN으로 형성된다. 양호하게는, 구조막 층(20)은 0.0762 mm(0.003 인치)의 두께 미만이다. 또한, 양호하게는, 구조막 층(20)은 멤브레인으로의 접합을 증진시키기 위해 그 안 또는 그 표면들 중 적어도 하나에 접착제를 가진다. 임의의 적합한 접착제가 사용될 수 있지만, PVAc(폴리비닐아세테이트)가 바람직하다.
구체적으로는, 도1a에 도시된 바와 같이, 구조막 층(20)은 다이-컷된 이후의 그 연속 형상에 있어 그 안에 형성되는 일련의 개구(29)를 포함한다. 개구(29)는 구조막 층(20)으로부터 절결된 창이다. 개구(29)는 임의의 형상이지만 실질적으로는 정사각형 또는 직사각형 절결이 바람직하다. 개구(29)는 조립체용 활동 영역을 형성한다. 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 구조막 층(20)의 양 측면 상에서 샌드위칭되어서, 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 개구(29)를 통해 서로에 대해 접촉 및 접합한다. 따라서, 활동 영역에서 서로에 대해 이온 연통 상태에 놓인다. 구조막 층(20)은 형태 안정성을 위해 조립체(10)의 구조적인 보전을 증진시키고 구멍 및 다른 손상으로부터 보호하기 위해 존재한다. 이는 임의의 큰 범위까지는 압축이 불가능하다. 그 기능으로서 밀봉을 수행하지는 않는다.
다시 도1을 참조하면, 조립체(10)가 예시적인 공정에 따라 생산되는 경우, 도시된 공정에 의해 생산되는 조립체의 연속 길이는 (도1에 도시되지 않는 장치에 의해) 분리된 개별 조립체로 절결된다. 구체적으로, 도2를 참조하면, 도1에 도시된 공정에 따라 생산 및 절결된 개별 조립체가 도시된다. 멤브레인(11)은 내부(12) 및 외주연부(13)를 가진다. 제2 멤브레인(15)은 제1 멤브레인(11)의 내부(12)에 대응하는 내부(16)를 가진다. 제2 멤브레인(15)은 또한 제1 멤브레인(11)의 외주연부(13)에 대응하는 외주연부(17)를 가진다. 구조막(20)은 멤브레인의 외주연부(13, 17)에서 제1 멤브레인(11)과 제2 멤브레인(15) 사이에 배치된다. 내부(12, 16)는 구조막 층(20)의 창(29)을 통해 이온 연통 상태에 놓인다. 도2는 조립체 단면의 확대도이고, 도3은 도2에 도시된 확대 부분을 최종 형태로 도시한 예시적인 조립체(10)의 완성도이다.
단일의 내부 구조막 층을 구비한 도3에 도시된 조립체를 생산하는 것은 구조 재료의 두 개의 층을 가지는 제품과 유사한 장점을 제공할 뿐만 아니라 두 개 층식 접근 방식에 비해 현저한 개선을 가진다. 본 명세서에 기술된 단일 층 방법은 원하는 에지부 보호, 부품 안정성 및 공정에 필요한 쇼트 리지스턴스(short-resistance)에 대한 압력을 제공하여, 연료 전지에 있어서의 연속된 긴 수명의 성능을 제공한다. 또한, 단일 층식 접근은 전극에 근접하거나 또는 전극 위에 제2 층을 배치하는 것에 기인한 활동 영역 정렬 공차 관련 고려사항을 제거시킨다. 이는 또한 처리 및 재료 비용을 감소시킨다. 일 부분의 중심선을 따라 보호 층을 배치하는 것은 또한 멤브레인 재료의 흡수 특성에 기인하여 비틀어지지 않는 편평하고 형태적으로 안정적인 구성을 제공하는 균형된 조립체(양 측면 상에서 동일한 개수의 층)를 제공한다.
도3a는 도3의 조립체(10)의 평면도를 도시한다. 멤브레인(11)이 내부(12) 및 외부(13)를 가지는 것을 볼 수 있다. 대응하는 내부(16) 및 대응하는 외부(17)를 가지는 제2 멤브레인은 [제1 멤브레인(11)의 하측면에 있기 때문에] 도시 생략된다. 도3a에 있어서 점선은 내부(12)와 외주연부(13) 사이 부분을 단순히 도시하는데 사용된다. 사용시, 외주연부(13)는 제1 멤브레인(11)과 제2 멤브레인(15)의 외주연부 사이에 위치되는 구조막(20)의 존재에 의해 형성되고 내부(12)는 창(29)에 의해 형성된다. 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 내부(12)에서 함께 접합되어 이온이 제1 멤브레인(11)과 제2 멤브레인(15) 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 이온 연통 상태에 놓인다.
예시적인 실시예에 있어서, 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 동일한 재료로 제조되지만, 상기 제1 및 제2 멤브레인은 또한 다른 이오노머를 포함하거나 또는 다른 등가 중량의 동일한 이오노머를 포함할 수도 있다. 양호하게는 이러한 재료는 이온 교환 수지에 의해 실질적으로 막히게 되는 구멍(본 명세서에서 구멍은 상호 연결되는 통로 및 경로로 정의됨)을 가지는 팽창된 폴리테트라플루오르에틸렌(ePTFE)을 포함한다. 제1 멤브레인(11)의 이온 교환 수지는 제2 멤브레인(15)의 이온 교환 수지와 접촉하여서, 그 들의 대응하는 내부(12, 16)에서 제1 멤브레인(11)의 제2 멤브레인(15)으로의 접합을 낳는다.
도4는 본 발명의 대체 실시예를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 일측면 촉매 코팅식 멤브레인이 스풀(34) 상에 제공된다. [도시된 실시예에 있어서, 스풀(34) 상에서 멤브레인 상에 코팅되는 촉매는 음극으로서 기능한다.] 촉매 코팅식 멤브레인의 생산은 카토(Kato)에게 허여된 미국 특허 제6,054,230호에 개시된 바와 같이, 기술 분야에서 알려진 방법에 따라 이루어진다. 촉매 코팅식 멤브레인을 조립하는 대체 방법도 기술 분야에서 알려져 있다. 역시 기술 분야에서 알려진 방법에 따라 생산된 다른 촉매 코팅식 멤브레인은 스풀(35) 상에 감겨진다. (여기서 촉매는 양극으로서 기능한다.) 본 실시예에 있어서 양극 및 음극은 각기 하부 및 상부에 도시되어 있지만, 이들은 바뀔 수도 있다. 이어서 두 개의 촉매 코팅식 멤브레인은 각기 스풀(34, 35)로부터 이탈하면서 제공되고, 구조막(20) 주위에서 샌드위칭되며, 이는 도1a에 도시된 것과 유사한 구성을 가진다. 이는 이 경우 멤브레인 전극 조립체인 조립체(10)를 형성한다(전술된 바와 같은 단순한 멤브레인 조립체와는 대조됨). 이어서 도4의 공정에 따라 생산되는 연속 MEA는 기술 분야에서 알려진 절단 장치(도시 생략)에 의해 개별 MEA로 절단된다. 이러한 절단 장치는 이에 제한되지는 않지만 다이 커터, 나이프, 물분사식 커터 및 레이저 등을 포함할 수 있다.
도5는 도4의 예시적인 공정에 따라 생산된 조립체(10)의 예시적인 확대 단면도를 도시한다. 음극(14)은 제1 멤브레인(11)에 접합되고 양극(18)은 제2 멤브레인(15)에 접합된다. 이어서 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 대응하는 내부(12, 16)가 이온 연통 상태로 함께 접합되고 대응하는 외주연부(13, 17)가 이들 사이에 보호막(20)을 가지는 상태에서 전술된 바와 같이 보호막(20) 주위에서 함께 샌드위칭된다.
도6은 최종 형태로서 도5에 도시된 다양한 부분을 포함하는 완성된 조립체(10)를 도시한다.
도7은 본 발명의 다른 예시적인 대체 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 스풀(34)은 그 위에 가스 확산 매체(31)도 구비하는 촉매 코팅식 멤브레인이다(도8 참조). 가스 확산 매체(31)는 양호하게는 전극에 부착되는 기술 분야에서 알려진 임의의 가스 확산 매체이다. 양호하게는, 가스 확산 매체(31) 자체가 카본지와 같은 "마이크로" 가스 확산 매체 및 카본 충전 PTFE 박층과 같은 "마이크로" 가스 확산 매체의 조합이다. 이러한 "마이크로" 가스 확산 층은 예를 들어, 더블유. 엘. 고어 앤드 어소시에이츠(W.L. Gore & Associates)로부터 상용으로 입수 가능한 상표명인 카벨 엠피(CARBEL MP)인 가스 확산 층과 같은 프리스탠딩형 층일 수 있다. 가스 확산 매체(31)는 제1 멤브레인(11)에 적층되는 음극(14)에 (역시 기술 분야에서 알려진 방법에 따라) 적층된다. 이어서 가스 확산 매체(31), 음극(14) 및 제1 멤브레인(11)은 함께 권취되어서 반부 MEA 스풀(34) 상에서 반부 MEA를 형성한다. 가스 확산 매체(31)는 또한 유사한 방식으로 양극(18)에 적층된다. 양극 측면은 반부 MEA 스풀(35) 상에서 반부 MEA로 권취된다. 이어서 대응하는 반부 MEA는 반부 MEA 스풀(34, 35)에서 이탈되면서 제공되어서 전술된 바와 같이 구조막(20)의 양측면에서 샌드위칭된다. 이는 이어서 장치(도시 생략)를 사용하여 개별 조립체로 절단될 수 있는 연속 조립체(10)를 형성한다.
도7에 도시된 공정에 의해 제조된 이러한 예시적인 일 개별 조립체가 도8에 도시된다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 조립체는 밀봉 개스킷(32)을 더 포함한다. 밀봉 개스킷(32)은 양호하게는 실리콘 EPDM 또는 대체 플루오르 고분자 재료와 같은 압축성 재료로 제조될 수 있지만 연료 전지 내에서의 사용 중 조립체(10) 내측에서 가스를 밀봉하는 기능을 수행하는 임의의 재료일 수 있다. 도8의 실시예에 있어서, 밀봉 개스킷(32)은 적층식 구조 상에서 성형된다. 구체적으로, 가스 확산 매체(31)가 각기 음극(14) 및 양극(18)의 외부면 상에 배치된 것을 볼 수 있다. 음극(14)은 제1 멤브레인(11)에 접합되고 양극(18)은 제2 멤브레인(15)에 접합된다. 제1 멤브레인(11) 및 제2 멤브레인(15)은 전술된 바와 같이 그 사이 에 구조막(20)을 가지는 상태로 함께 샌드위칭된다. 이어서 밀봉 개스킷(32)은 조립체 주위에서 성형된다. 양호하게는, 밀봉 개스킷(32)은 전체 조립체를 둘러싸지만, 다르게는 전체 측면보다는 적은 측면 상에서만 존재할 수도 있다. 또한, 다르게는 밀봉 개스킷(32)은 가스 확산 매체의 에지부를 충전시킴으로써 형성될 수도 있다.
이러한 예시적인 실시예의 완성된 버전이 도9에 도시된다. 밀봉 개스킷(32)이 가스 확산 매체(31), 전극(14, 18), 멤브레인(11, 15) 및 구조막 층(20)의 에지부(본 실시예에 있어서 이들 모두의 에지부는 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장함) 상에서 일체식으로 성형된 것을 볼 수 있다. 본 실시예에 있어서, 가스 확산 매체(31)는 성형 공정 중에 전극(14, 18) 및 멤브레인(11, 15)을 체크 상태로 유지하고 그 위에 밀봉 개스킷(32)을 성형하는 형태적으로 안정된 매체 및 강성 지지부를 제공한다. 도10은 도9에 도시된 조립체의 평면도이다. (도9는 도10의 섹션 AA를 따라 취한 단면도이다.) 가스 확산 매체(31)는 실제 [본 실시예에 있어 음극(14)이 그 사이에 배치된 상태에서] 제1 멤브레인(11)의 외주연부(13) 및 내부(12)를 덮는다. 구조막 층(20)은 외주연부(13) 아래에 위치된다. 밀봉 개스킷(32)은 이들 부품의 외측 에지부 주위에 배치된다. 도시된 실시예에 있어서, 밀봉 개스킷(32)은 부품의 압축 및 밀봉 기능을 향상시키는 상승된 부분을 가진다. 또한 가스 유동 개구(50)가 연료 전지에서 사용되는 경우 가스 유동을 허용하도록 이러한 예시적인 실시예 있어 밀봉 개스킷(32) 내에 제공된다.
본 발명의 다른 대체 실시예에 있어서, 도11에 도시된 구조를 가지는 조립 체(10)가 전술된 바와 같이 생산될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 있어서, 구조막(20)은 음극(14) 및 양극(18) 그리고 제1 및 제2 멤브레인(11, 15)의 에지부를 넘어 연장한다. 도면에 있어, 선택적인 밀봉 개스킷(33)은 에지부를 넘어 연장하는 구조막(20)의 일부분 상에 미리 성형되어 있다. 사용되는 경우, 밀봉 개스킷(32)은 앞선 실시예의 밀봉 개스킷(32)과 동일한 기능을 수행한다. 본 실시예의 완성된 버전이 도12에 도시된다. 도13은 도12의 조립체의 평면도를 도시한다(도12는 도13의 섹션 AA를 따라 취한 단면도이다.)
본 발명의 또 다른 실시예가 확대도인 도14에 도시된다. 본 실시예에 있어서, 단일 멤브레인(100)이 사용된다. 멤브레인은 전술된 바와 같이 그 위에 배치되는 양극(18) 및 음극(14)을 가진다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 구조막 층(20)은 멤브레인(100)의 일 측면 상에 위치된다. 도시된 실시예에 있어서는 양극(18) 측에 인접하여 있지만 음극(14) 측에 인접할 수도 있다. 최종 조립체에 있어서, 부분이 함께 가압되면, 양극(18)은 구조막 층(20)의 창(29)을 통해 샌드위칭되어서, 구조막 층(20)은 그 외주연부 주위에서 멤브레인(100)에 직접적으로 인접하게 된다. 가스 확산 매체(31)는 도시된 실시예에서 최종 조립체를 형성하도록 구조물은 사이에서 샌드위칭된다.
또한 다르게는, 도14a에 도시된 바와 같이, 양극[18, 또는 음극(14)]은 구조막 층(20)에 걸쳐 침전될 수도 있다. 본 실시예는 도14의 실시예에서 필요로 하는 정렬관련 고려 사항을 제거시킨다. 본 실시예의 최종 조립체에 있어서, 양극(18)은 실제 멤브레인(100)과 접촉하도록 구조막 층(20)의 창(29) 내부로 가압된다.
도시된 모든 실시예에 있어서, 현저한 개량이 구조막(20)에 의해 제공된다. 이는 멤브레인을 보호하고 전술된 바와 같은 구조적인 지지부를 제공하여, 내구력이 있고 수명이 긴 연료 전지용 조립체를 생산한다.
본 발명이 특정의 양호한 실시예와 연계하여 설명되었지만, 본 발명의 정신은 이에 제한되지 않는다. 오히려, 첨부된 청구항에 의해 본 발명의 정신은 정의 된다.
Claims (13)
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- 연료 전지용 조립체이며,(a) 내부 및 외주연부를 가지는 제1 멤브레인과,(b) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부에 대응하는 내부 및 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부에 대응하는 외주연부를 가지는 제2 멤브레인과,(c) 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부와 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부의 적어도 일부분 사이에 배치되는 구조막 층을 포함하고,(d) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부는 상기 제1 멤브레인과 상기 제2 멤브레인 사이에 이온 연통을 제공하도록 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 내부와 접촉하고,상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부 및 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부는 각각 에지부를 가지고, 상기 에지부 각각은 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장하며, 상기 구조막 층은 상기 에지부와 수평인 연료 전지용 조립체.
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- 연료 전지용 조립체이며,(a) 내부 및 외주연부를 가지는 제1 멤브레인과,(b) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부에 대응하는 내부 및 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부에 대응하는 외주연부를 가지는 제2 멤브레인과,(c) 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부와 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부의 적어도 일부분 사이에 배치되는 구조막 층을 포함하고,(d) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부는 상기 제1 멤브레인과 상기 제2 멤브레인 사이에 이온 연통을 제공하도록 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 내부와 접촉하고,상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부, 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부 및 상기 구조막 층은 각각 에지부를 가지고, 상기 에지부 각각은 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장하며, 밀봉 개스킷이 상기 조립체의 하나 이상의 에지부에 배치되고 상기 제1 멤브레인, 상기 제2 멤브레인 및 상기 구조막 층에 일체식으로 부착되는 연료 전지용 조립체.
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- 연료 전지용 조립체이며,(a) 내부 및 외주연부를 가지는 제1 멤브레인과,(b) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부에 대응하는 내부 및 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부에 대응하는 외주연부를 가지는 제2 멤브레인과,(c) 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부와 상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부의 적어도 일부분 사이에 배치되는 구조막 층을 포함하고,(d) 상기 제1 멤브레인의 상기 내부는 상기 제1 멤브레인과 상기 제2 멤브레인 사이에 이온 연통을 제공하도록 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 내부와 접촉하고,상기 연료 전지용 조립체는 상기 제1 멤브레인 상의 음극 및 상기 제2 멤브레인 상의 양극을 더 포함하고,상기 연료 전지용 조립체는 상기 음극에 걸쳐 배치되는 제1 가스 확산 매체 및 상기 양극에 걸쳐 배치되는 제2 가스 확산 매체를 더 포함하고,상기 제1 멤브레인의 상기 외주연부, 상기 제2 멤브레인의 상기 대응하는 외주연부, 상기 구조막 층, 상기 제1 가스 확산 매체 및 상기 제2 가스 확산 매체는 각각 에지부를 가지고, 상기 에지부 각각은 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 연장하며, 밀봉 개스킷은 상기 에지부에서 상기 제1 멤브레인, 상기 제2 멤브레인, 상기 구조막 층, 상기 제1 가스 확산 매체 및 상기 제2 가스 확산 매체에 일체식으로 부착되는 연료 전지용 조립체.
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- 연료 전지용 조립체이며,(a) 내부 및 외주연부를 가지는 멤브레인과,(b) 상기 멤브레인의 상기 외주연부의 적어도 일 부분을 덮는 구조막 층을 포함하고,상기 멤브레인의 제1 측면 상에 배치되는 양극 및 상기 멤브레인의 제2 측면 상에 배치되는 음극을 더 포함하며,상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나에 걸쳐 배치되는 가스 확산 매체를 더 포함하는 연료 전지용 조립체.
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