KR100893926B1 - 전해질막 없는 마이크로 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지에 관한 것으로서, 양극 채널과 음극 채널을 따라 낮은 레이놀즈 수를 가지고 흐르는 양극 유체와 음극 유체가 미세 연결 통로를 통해 이들의 경계면을 이루며 확산에 의해서만 혼합이 이루어지도록 구성되어, 양극 유체와 음극 유체의 직접적인 혼합을 제거하여 전극 표면에서의 반응물이 고갈되는 것을 방지하고, 아울러 연료 전지의 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.
연료 전지, 전해질막, 양극 채널, 음극 채널, 연결 통로, 양성자 전도성 유체 채널, 양극 유체, 음극 유체, 양성자 전도성 유체

Description

전해질막 없는 마이크로 연료 전지{MAMBRANELESS MICRO FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 생활 수준 향상에 따라 일상 생활속에서 휴대용 전자 장치들의 사용이 익숙해져 감에 따라, 휴대용 전자 장치들에 대한 수요도 점차 증가하고 있다.
일례로, 휴대용 전자 장치들은 휴대 전화기, 노트북, 랩탑, 지피에스(GPS), 카메라, 비디오 카메라, 휴대 의료 장비 및 군용 휴대 장비 등 그 종류도 매우 다양하다.
상기한 휴대용 전자 장치들에 대한 가장 큰 관심사는 크기와 무게뿐만 아니라 이를 작동하기 위한 에너지 공급원이다. 현재 휴대용 전자 장치의 에너지 공급원으로는 충전 가능한 리튬-이온 배터리가 주로 사용되고 있다.
그러나, 상기한 리튬-이온 배터리 역시 휴대용 전자 장치들에 대한 사용 요구를 충족시키지 못하고 있기 때문에, 리튬-이온 배터리의 대안으로써 환경친화적인 연료 전지가 주목받고 있다. 더욱이, 휴대용 전자 장치용 마이크로 연료 전지는 앞으로 큰 잠재 시장을 가질 것으로 예상된다.
마이크로 연료 전지는 PEMFC(proton exchange membrane fuel cell; 양성자 교환막 연료 전지) 또는 DMFC(Direct methanol fuel cell; 직접 메탄올 연료 전지)가 잠재적인 후보로 고려되고 있다.
그러나, PEMFC과 DMFC는 물 관리나, 일산화탄소 중독 등과 같이 작동 상의 문제점을 가지며, 휴대용 전자 장치들에 적용할 수 있도록 소형화시킬 때 결과물을 끌어 올리는 시스템, 물 제거 과정, 봉합 문제 및 결과물 교차등과 같은 문제점 등을 갖는다.
더욱이, PEMFC과 DMFC 모두는 전해질막을 필요로 한다. 이 전해질막은 연료 전지의 심장이라 불릴 정도로 연료 전지의 핵심 기술이며, 연료 전지의 총 비용의 15%를 차지한다. 더욱이, 전해질막 전극 조립체(MEA)의 비용은 대략 연료 전지 총 비용의 50%를 차지한다.
이처럼, 전해질막을 사용함에 따라 연료 전지의 가격을 상승시키고, 사이즈가 제한되어 소형화를 어렵게 하며, 연료 전지의 제조 공정을 증가시켜 생산성을 저하시키는 문제점을 갖는다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 전해질막을 제거하여 연료 전지의 비용을 절감시킴과 더불어 휴대용 전자 장치에 적용 가능하도록 소형화가 가능한 전해질막이 없는 연료 전지를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지는 다수의 단위 셀들을 포함하고, 각 단위 셀들은 양극 유체가 흐르도록 구획되는 양극 채널, 음극 유체가 흐르도록 구획되는 음극 채널 및 양극 채널과 음극 채널 사이를 연결하며 양극 유체와 음극 유체가 서로 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합이 이루어지는 연결 통로를 포함한다.
여기서, 양극 채널과 음극 채널은 서로 같은 단면적을 가지거나, 또는 서로 다른 단면적을 가질 수 있다.
양극 채널과 양극 채널의 단면적은 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어질 수 있다.
또한, 양극 채널과 양극 채널의 단면적은 각각 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 형성될 수 있다. 이때 양극 채널 및 음극 채널의 단면적은 각각 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 축소 또는 확대되는 것을 모두 포함할 수 있다.
양극 채널 및 음극 채널은 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 단면 형상으로 이루어질 수 있다.
양극 채널과 음극 채널은 서로 동일한 단면 형상을 갖거나, 또는 서로 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
양극 채널을 구획하는 벽면의 일부가 양극 전극으로 이루어질 수 있고, 음극 채널을 구획하는 벽면의 일부가 음극 전극으로 이루어질 수 있다.
이때, 양극 전극과 음극 전극은 연결 통로를 중심으로 서로 마주하는 양극 채널과 음극 채널의 벽면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
양극 전극과 음극 전극은 단위 셀 내부에서 표면 거칠기를 가지고 형성될 수 있다. 여기서, 양극 전극과 음극 전극은 일정 패턴 형상을 가질 수 있으며, 이 패턴 형상은 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.
양극 유체 및 음극 유체는 100 내지 0.01 범위의 레이놀즈 수를 가지고 흐르도록 구성되는 것이 바람직하며, 양극 유체와 음극 유체가 서로 같은 방향으로 흐르거나 또는 서로 대향하는 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다.
단위 셀들은 수평 방향으로 배열될 수 있다. 양극 채널과 음극 채널이 연결 통로를 사이에 두고 상하측에 각각 배치될 수 있다.
또한, 양극 채널과 음극 채널이 연결통로를 사이에 두고 좌우측에 각각 배치될 수 있다. 이때, 연결 통로의 높이는 양극 채널 또는 음극 채널의 높이보다 더 작게 이루어질 수 있다.
연결 통로의 양극 채널과 음극 채널 사이의 폭은 양극 채널 또는 음극 채널의 폭보다 더 작게 이루어질 수 있으며, 더욱이 양극 채널과 음극 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하며 통공으로 이루어질 수도 있다.
또한, 연결 통로의 양극 채널과 음극 채널 사이의 폭은 양극 채널, 또는 음극 채널의 폭보다 더 크게 이루어질 수 있다.
또한, 단위 셀들은 수직 또는 경사지며 서로 나란하게 배열될 수 있다.
연결 통로의 단면적은 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어질 수 있 다.
또한, 연결 통로의 단면적은 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어질 수 있으며, 이때, 연결 통로의 단면적은 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 축소 또는 확대되는 것을 포함할 수 있다.
연결 통로는 단위 셀의 길이 방향을 따라 연속적으로, 또는 불연속적으로 양측 채널과 음극 채널을 연결할 수 있다.
또 다른 본 발명의 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지는 다수의 단위 셀들을 포함하고, 각 단위 셀들은 양극 유체가 흐르도록 구획되는 양극 채널, 음극 유체가 흐르도록 구획되는 음극 채널, 양극 채널과 음극 채널에 연결되며 양성자 전도성 유체가 흐르는 양성자 전도성 유체 채널, 양극 채널과 양성자 전도성 유체 채널을 연결하며 양극 유체와 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루는 제1 연결 통로 및 음극 채널과 양성자 전도성 유체 채널을 연결하며 음극 유체와 양극 전도성 유체가 경계면을 이루는 제2 연결 통로를 포함한다.
여기서, 양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널 중 2개 이상이 서로 동일한 단면적을 가질 수 있으며, 특히 양극 채널과 음극 채널이 서로 동일한 단면적을 가질 수 있다.
또한, 양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널은 모두 서로 다른 단면적을 가질 수 있다.
양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어질 수 있다.
또한, 양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은, 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어질 수 있으며, 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 단면적이 축소 또는 확대되는 것을 모두 포함할 수 있다.
양극 채널, 음극 채널, 또는 양성자 전도성 유체 채널은 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 단면 형상으로 이루어질 수 있다.
양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널 중 2개 이상이 서로 동일한 단면 형상을 가질 수 있으며, 특히 양극 채널과 음극 채널이 서로 동일한 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 양극 채널, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널은, 모두 서로 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
양극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 양극 전극을 이루고, 음극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 음극 전극을 이룰 수 있다.
양극 전극은 양극 채널에 인접하는 제1 연결 통로 및 양성자 전도성 유체 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부를 더 포함할 수 있으며, 음극 전극은 음극 채널에 인접하는 제2 연결 통로 및 양성자 전도성 유체 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부를 더 포함할 수 있다.
이때, 양극 전극과 음극 전극은 양성자 전도성 유체 채널의 중심부를 기준으로 서로 마주하는 벽면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
양극 전극과 음극 전극은 단위 셀 내부에서 표면 거칠기를 가지고 형성될 수 있다. 이때, 양극 전극과 음극 전극은 일정 패턴 형상을 가질 수 있으며, 이 패턴 형상은 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 이루어지는 것을 포함할 수 있다.
양극 유체, 음극 유체 및 양성자 전도성 유체는 100 내지 0.01 범위의 레이놀즈 수를 가지고 흐르도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 양극 유체, 음극 유체 및 양성자 전도성 유체는, 모두 같은 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다.
또한, 양극 유체, 음극 유체, 및 양성자 전도성 유체 중 적어도 하나가 서로 대향하는 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다. 이때, 양극 유체와 음극 유체가 서로 대향하는 방향으로 흐르도록 구성될 수 있다.
단위 셀들은 수평 방향으로 서로 나란하게 배열될 수 있다. 양극 채널과 음극 채널은 양성자 전도성 유체 채널의 상측 또는 하측에 배치될 수 있다. 이때, 제1 연결 통로 및 제2 연결 통로의 폭은 양극 채널, 음극 채널 또는 양성자 전도성 유체 채널의 폭보다 더 작게 이루어질 수 있다.
제1 연결 통로의 양극 채널과 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는 양극 채널 또는 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 작게 이루어질 수 있으며, 더욱이, 제1 연결 통로는 양극 채널과 양성자 전도성 유체 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하는 통공으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 연결 통로의 양극 채널과 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는 양극 채널 또는 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 크게 이루어질 수 있다.
제2 연결 통로의 음극 채널과 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 작게 이루어질 수 있으며, 더욱이 제2 연결 통로는 음극 채널과 양성자 전도성 유체 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하는 통공으로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 연결 통로의 음극 채널과 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는, 음극 채널 및 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 크게 이루어질 수 있다.
또한, 양극 채널 및 음극 채널은 양성자 전도성 유체 채널의 좌우측에 각각 배치될 수 있다.
또한, 단위 셀들은 수직 또는 경사지며 서로 나란하게 배열될 수 있다.
제1 연결 통로 및 제2 연결 통로의 단면적은 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어질 수 있다.
또한, 제1 연결 통로 및 제2 연결 통로의 단면적은, 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어질 수 있으며, 제1 연결 통로 및 제2 연결 통로의 단면적은, 단위 셀의 입구측 단부에서 출구측 단부로 갈수록 축소 또는 확대되는 것을 모두 포함한다.
제1 연결 통로 및 제2 연결 통로는 단위 셀의 길이 방향을 따라 연속적으로, 또는 불연속적으로 양극 채널 및 상기 음극 채널을 각각 상기 양성자 유체 채널에 연결할 수 있다.
상기한 본 발명의 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지는, 양극 채널과 음극채널을 따라 낮은 레이놀즈 수를 가지고 흐르는 양극 유체와 음극 유체가 연결 통로를 통해 경계면을 이루며 확산에 의해서만 혼합이 이루어지도록 구성되어, 양극 유체와 음극 유체의 직접적인 혼합을 제거하여 전극 표면에서의 반응물의 고갈되는 것을 방지하고, 아울러 연료 전지의 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지는, 양극 채널과 음극채널 사이에 양성자 전도성 유체 채널로 분리하고, 양극 유체와 음극 유체를 각각 양성자 전도성 유체와 연결 통로를 통해 경계면을 이루며 확산에 의해서만 혼합이 이루어지도록 구성되어, 좀더 효과적으로 양극 유체와 음극 유체의 직접적인 혼합을 방지하여 연료 전지의 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해질막이 없는 연료 전지의 단위 셀을 도시한 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 전해질막이 없는 연료 전지는, 다수 의 단위 셀(100)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서는 다수의 각 단위 셀(100)들이 서로 수평하게 배열되는 것을 예시하고 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 각 단위 셀(100)들이 수직하게 배열되거나 또는 기울기를 가지고 경사지게 배열되는 것 모두에 적용될 수 있다.
이 단위 셀(100)들의 입구측 단부에는 각각 양극 유체와 음극 유체를 공급하기 위한 양극 유체 공급 라인(150)과 음극 유체 공급 라인(160)이 각각 연결된다.
양극 유체 공급 라인(150)은 양극 유체를 담아 저장하는 탱크와 단위 셀(100) 내에 구획된 양극 채널(110)를 연결한다. 그리고, 음극 유체 공급 라인(160)은 음극 유체를 담아 저장하는 탱크와 단위 셀(100) 내에 구획된 음극 채널(120)를 연결한다.
따라서, 양극 유체 및 음극 유체는 양극 유체 공급 라인(150)과 상기 음극 유체 공급 라인(160)을 통해 단위 셀(100)의 양극 채널(110) 및 음극 채널(120)로 공급된다.
여기서, 양극 유체 공급 라인(150)과 음극 유체 공급 라인(160)은, 각 단위 셀들(100)이 수평하게 배열됨에 따라, "Y" 형상으로 연결되는 것을 예시하고 있다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 각 단위 셀들(100)이 수직 또는 경사지게 형성되는 경우 "T" 형상으로 연결될 수 있고, 더욱이 단위 셀(100)의 배열 방향에 따라 "Y" 형상, 또는 "T" 형상으로 연결되는 것 이외에도 좀더 다양한 형상으로 연결될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 양극 유체와 음극 유체 모두가 동일한 방향에 입구 및 출구를 가지며 단위 셀(100)의 양극 채널(110)과 음극 채널(120) 내부에서 동일한 방향으로 흐르도록 구성되는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 유체와 음극 유체가 서로 다른 방향에 입구 및 출구를 두고 단위 셀의 양극 채널과 음극 채널 내부에서 서로 다른 방향으로 흐르도록 구성되는 것 역시 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 Ⅱ 부분을 절단하여 확대 도시한 사시도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 단위 셀(100)은 양극 유체가 흐르는 양극 채널(110), 음극 유체가 흐르는 음극 채널(120) 및 양극 채널(110)과 음극 채널120 사이를 연결하는 미세 연결 통로(130)로 구획된다.
여기서, 단위 셀(100) 내에서 양극 채널(110)과 음극 채널(120)은 연결 통로를 사이에 두고 좌우측에 배치되도록 구획되는 것을 예시하고 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단위 셀(100) 내에서 양극 채널(110)과 음극 채널(120)이 연결 통로(130)를 사이에 두고 상하측에 배치되도록 구획되는 것을 포함할 수 있다.
상기한 양극 채널(110)과 음극 채널(120) 내부에는 각각 양극 유체와 음극 유체가 100 내지 0.01 범위의 매우 작은 레이놀즈 수를 가지고 "층류" 형태로 흐르도록 구성된다.
이처럼, 양극 유체와 음극 유체가 100 내지 0.01 범위의 매우 작은 레이놀즈 수를 가지고 흐르도록 구성됨에 따라, 양극 채널(110)과 음극 채널(120)의 사이를 연결하는 연결 통로(130) 내부에서 양극 유체와 음극 유체가 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 경계면을 이루게 된다.
여기서, 양극 유체와 음극 유체의 레이놀즈 수가 100이상인 경우, 양극 유체와 음극 유체의 직접적인 혼합이 이루어질 수 있어 전극 표면에서의 반응물의 고갈이 이루어질 수 있으며, 양극 유체와 음극 유체의 레이놀즈 수가 0.01 이하인 경우 연료 전지의 효율이 저하된다.
따라서, 양극 유체와 음극 유체의 혼합은 연결 통로(130)의 내부에 형성된 경계면을 기준으로 확산을 통해서만 혼합이 이루어지게 된다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 단위 셀(100)은 양극 채널(110), 음극 채널(120) 및 연결 통로(130)는 모두 대략 4각형의 단면 형상을 갖도록 구획된다.
특히, 양극 채널(110)과 음극 채널(120)이 각 모서리부가 모따기된 8각형의 단면 형상을 가지며, 양극 채널(110)과 음극 채널(120)은 서로 동일한 단면적을 가지고 구획되는 것을 예시하고 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 양극 채널(110)과 음극 채널의 단면 형상을 각각 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며 더욱이, 양극 채널과 음극 채널이 각각 서로 다른 단면 형상 및 서로 다른 단면적을 가지고 형성되는 것 모두를 포함할 수 있다.
연결 통로(130)는 양극 유체와 음극 유체가 경계면을 이루며 확산에 의해서 만 유체의 혼합이 이루어 질 수 있도록, 양극 채널(110) 또는 음극 채널(120)보다 작은 높이 및 단면적을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다(h3<h1, h3<h2; A3<A1, A3<A2).
물론, 연결 통로(130)의 단면 형상 역시 원형, 타원형 및 다각형의 단면 형상 중 어느 하나로 이루어질 수 있음은 당연하다.
또한, 연결 통로(130)의 폭 역시 양극 채널(110) 또는 음극 채널(120)의 폭 보다 상당히 작게 이루어지는 것을 예시한다(b3<b1, b3<b2). 이때, 연결 통로(130)는 양극 채널(110)과 음극 채널(120)이 서로 공유하는 일측 벽면(미도시)을 관통하는 미세 통공(미도시) 형태로 이루어질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 연결 통로(130)의 폭을 양극 채널(110) 또는 음극 채널(120)의 폭보다 길게 형성하여(b3>b1, b2), 음극 유체와 양극 유체의 직접적인 혼합이 이루어지는 것을 방지할 수도 있다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 양극 채널(110)은 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 서로 동일한 높이(hi1=hO1)와 단면적(Ai1=Ao1)을 가지고 형성되는 것을 예시하고 있다.
본 실시예에서 양극 채널(110)과 음극 채널(120)은 서로 동일 단면 형상 및 동일 단면적을 가지고 형성되는 것을 예시하고 있다. 따라서 양극 채널(110)에 대한 설명으로 음극 채널(120)에 대한 설명을 대신한다.
따라서, 음극 채널(120)은 단위 셀(100)의 입구측 단부에서 출구측 단부까지 동일한 단면적(hi2=ho2)을 가진다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 채널(110)과 음극 채널(120)이 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 서로 다른 단면적을 가지고 형성되는 것 모두를 포함할 수 있다.
여기서, 양극 채널(110)과 음극 채널(120)은 단위 셀(100)의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 단면적이 점차 축소되거나(hi1>ho1, hi2>ho2), 또는 단면적이 점차 확대될 수 있다(hi1<ho2, hi2<ho2).
본 실시예에서 연결 통로(130) 역시 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 일정한 높이(hi3=ho3)와 단면적(Ai3=Ao3)을 가지고 형성되는 것을 예시하고 한다.
그러나, 본 발명은 연결 통로(130)가 길이 방향을 따라 서로 다른 단면적(Ai3≠Ao3)을 가지고 형성되는 것 모두를 포함할 수 있으며, 이때 연결 통로(130)는 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 단면적이 점차 축소되거나(Ai3>Ao3), 또는 단면이 점차 확대될 수 있다(Ai3<Ao3).
또한, 본 실시예에서 연결 통로(130)는 단위 셀의 길이 방향을 따라 연속적으로 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 연결하도록 구성되는 것을 예시하고 있다.
그러나, 본 발명은 연결 통로(130)가 불연속적으로 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 연결하도록 구성되는 것을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 연결 통로에 대한 변형예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 연결 통로(130)는 단위 셀(100)의 길이 방향을 따 라 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 불연속적으로 연결 또는 격리하도록 형성될 수 있다.
즉, 연결 통로(130)는 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 연결하는 통공부(131)와 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 격리하는 격벽부(132)가 서로 교번하여 형성된다.
이처럼, 연결 통로(130)가 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 사이를 불연속적으로 연결함으로써, 연결 통로(130)의 통공부(131)의 면적을 줄여 양극 유체와 음극 유체가 직접 혼합되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
다시 도 3을 참조하여 설명하면, 양극 전극(115)은 양극 채널(110)을 구획하는 적어도 하나 이상의 벽면으로 이루어질 수 있으며, 음극 전극(125) 역시 음극 채널(120)을 구획하는 적어도 하나 이상의 벽면으로 이루어질 수 있다.
여기서, 양극 전극(115)과 음극 전극(125)은 연결 통로(130)를 중심으로 서로 마주하는 양극 채널(110)의 벽면과 음극 채널(120)의 벽면에 형성되는 것이 좀더 바람직하다.
본 실시예에서 양극 채널(110)과 음극 채널(120)은 이들을 서로 연결하는 연결 통로(130)를 사이에 두고 대략 8각형의 단면 형상을 갖도록 7개의 벽면 부재(111a 내지 111g, 121a 내지 121g)에 의해 각각 구획되는 것을 예시한다.
따라서, 양극 전극(115)과 음극 전극(125)은 각각 서로 마주하는 양극 채널(110)과 음극 채널(120)의 수직 벽면(111a, 121a)과, 이에 인접하며 경사지게 형성되는 바깥쪽 경사 벽면들(111d, 111e)로 이루어질 수 있다.
물론, 양극 전극(115)과 음극 전극(125)은 상, 하측 벽면(111b, 111c, 121b, 121c)을 더 포함하여 구성되거나, 상, 하측 벽면(111b, 111c, 121b, 121c) 만으로 이루어질 수 있음은 당연하다.
또한, 양극 전극(110)과 음극 전극(120)을 이루는 각 벽면들은, 전극의 표면적을 증가시킬 수 있도록 기설정된 표면 거칠기를 가지고 형성될 수 있다. 일례로, 각 전극을 이루는 벽면에 양각 또는 음각지게 일정 패턴 형상이 형성될 수 있다.
상기한 패턴 형상은 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 일정하게 연장 형성되는 양극 유체 및 음극 유체의 흐름을 유도할 수 있도록 형성하는 것도 바람직하다.
도 6 내지 도 9는 양극 전극 및 음극 전극을 이루는 벽면들의 표면 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 양극 및 음극 전극 표면 형상을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 양극 전극(115) 및 음극 전극(125)을 이루는 각 벽면에는, 양각지게 반구형의 돌기(140)가 양각지게 돌출 형성되는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명은 상기한 돌기(140)의 형상이 원형, 타원형 및 다각형의 단면 형상으로 좀더 다양하게 형성될 수 있고, 양각지게 돌출되는 것 이 외에도 음각지게 형성되는 것 모두를 포함할 수 있다.
도 8은 양극 및 음극 전극 표면 형상의 변형예를 도시한 도면이고, 도 9은 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
또한, 양극 전극(115) 및 음극 전극(125)을 이루는 각 벽면에는, 도8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 단위 셀(100)의 길이 방향을 따라 스트라이프 형태의 그루브(141)가 일정 패턴을 이루며 음각지게 형성되는 것을 예시한다.
이처럼, 스트라이프 형태의 그루브(141)는 단위 셀의 길이 방향을 따라 형성되는 경우, 상기한 바와 같이 양극 유체 및 음극 유체의 흐름을 유도할 수 있다.
그러나, 본 발명은 스트라이프 패턴 형상 이외에 좀더 다양한 패턴 형상으로 이루어질 수 있으며, 양각 및 음각지게 형성되는 것 모두를 포함할 수 있다.
상기한 본 실시예의 전해질막이 없는 연료 전지는, 전지를 구성하는 복수의 단위 셀들(100)은 양극 채널(110)과 음극 채널(120)을 내부에서 낮은 레이놀즈 수를 가지고 흐르는 양극 유체 및 음극 유체가 연결 통로(130)에서 경계면을 이루면 확산에 의해서만 혼합이 이루어지도록 함으로써, 전해질막을 사용하지 않고도 양극 유체와 음극 유체를 서로 분리될 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해질막이 없는 연료 전지를 첨부한 도면을 참조하여 설명하되, 제1 실시예와 동일 및 유사한 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 사용하고 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해질막이 없는 연료 전지의 단위 셀을 도시한 평면도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 전해질막이 없는 연료 전지를 이루는 각 단위 셀들(200)은 양극 채널(210), 음극 채널(220) 및 양극 채널(210)과 음극 채널(220) 사이에 연결되는 양성자 전도성 유체 채널(230)을 포함하여 구성된 다.
각 단위 셀(200)의 입구측 단부에는 양극 유체를 양극 채널(210)에 공급하기 위한 양극 유체 공급 라인(250), 음극 유체를 음극 채널(220)에 공급하기 위한 음극 유체 공급 라인(260) 및 양성자 전도성 유체를 양성자 전도성 유체 채널(230) 내부로 공급하기 위한 양성자 전도성 유체 공급 라인(270)이 각각 연결된다.
본 실시예에서 각 단위 셀(200)들은 서로 수평하게 배열되어 사용되는 것을 예시하며, 이에 따라 단위 셀(200)의 입구측에 연결되는 양극 유체 공급 라인(250), 음극 유체 공급 라인(260) 및 양성자 전도성 유체 공급 라인(270)은 중심선을 기준으로 수평 방향으로 예각을 이루며 "포크" 형태로 연결되는 것을 예시한다.
그러나 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 각 단위 셀(200)들이 수직하게 배열되거나, 경사지게 배열되는 사용되는 것 모두를 포함할 수 있다.
또한, 각 단위 셀(200)의 입구측 단부에 결합되는 양극 유체 공급 라인(250), 음극 유체 공급 라인(260) 및 양성자 전도성 유체 공급 라인(270)은 상기한 삼지창 형상이나, 서로 직각을 이루며 교차하는 십자 형상을 포함하여 좀더 다양한 형상으로 연결될 수 있다.
따라서, 양극 유체 공급 라인(250), 음극 유체 공급 라인(260) 및 양성자 전도성 유체 공급 라인(270)들 통해 각 채널로 공급된 양극 유체, 음극 유체 및 양성자 전도성 유체는 제1 실시예에서 전술한 바와 같이 100 내지 0.01 범위의 매우 작은 레이놀즈 수를 가지고 흐르도록 구성된다.
본 실시예에서는 양극 유체, 음극 유체 및 양성자 전도성 유체 모두가 각 채널 내부에서 모두 동일한 방향으로 흐르도록 구성되는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 양극 유체, 음극 유체 및 양성자 전도성 유체 중 적어도 하나는 서로 대향 방향으로 흐르도록 구성되는 것을 모두 포함할 수 있다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ부분을 확대 도시한 사시도이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 단위 셀(200)은 양극 채널(210)이 양성자 전도성 유체 채널(230)의 일측 단부에서 제1 연결 통로(240)에 의해 연결되고, 음극 채널(220)이 양성자 전도성 유체 채널(230)의 타 일측 단부에서 제2 연결 통로(245)에 의해 연결되며, 양극 채널(210)과 음극 채널(220)은 모두 양성자 전도성 유체 채널(230)의 상측에서 수평 방향으로 나란하게 구획되는 것을 예시한다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단위 셀(200)은 양극 채널(210)과 음극 채널(220)이 양성자 전도성 유체 채널(230)을 사이에 두고 연결되도록 구획될 수 있는 한 모든 형태가 가능하다.
따라서, 본 실시예의 단위 셀(200)은 제1 연결 통로(240)를 통해 양극 유체와 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루며, 제2 연결 통로(245)를 통해 음극 유체와 양성자 전도성 유체가 경계면을 이룬다. 결국, 양성자는 양성자 전도성 유체를 매개로 하여 음극에서 양극으로 이동한다.
도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 잘라서 측단면도이다.
도 12를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 단위 셀(200)은 양극 채널(210), 음극 채널(220), 양성자 전도성 유체 채널(230), 제1 연결 통로(240) 및 제2 연결 통로(245)는 모두 4각 단면 형상을 갖도록 구획된다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 양극 채널(210), 음극 채널(220), 양성자 전도성 유체 채널(230)의 단면 형상은 각각 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 양극 채널(210), 음극 채널(220) 및 양성자 전도성 유체 채널(230)은 서로 동일한 단면 형상을 갖거나, 또는 하나 이상이 서로 다른 단면 형상을 갖도록 구획될 수 있다.
본 실시예에서 단위 셀(200)은 양극 채널(210)과 음극 채널(220)이 서로 동일한 단면적을 가지며(A1=A2), 양성자 전도성 유체 채널(230)이 양극 채널(210) 또는 음극 채널(220)의 단면적보다 더 크게 형성되는 것을 예시한다(A3>A1, A2).
즉, 양성자 전도성 유체 채널(230)의 폭을 양극 채널(210) 및 음극 채널(220)의 폭보다 더 길게 형성함으로써(b3>b1, b2), 양극 유체와 음극 유체가 혼합되는 혼합 거리를 멀어지게 구성함으로써 양극 유체와 음극 유체가 서로 직접 혼합되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
그러나, 본 발명은 양극 채널(210), 음극 채널(220) 및 양성자 전도성 유체 채널(230)은 모두 서로 다른 단면적을 갖거나(A1≠A2≠A3), 또는 양극 채널(210), 음극 채널(220) 및 양성자 전도성 유체 채널(230) 중 2개 이상이 서로 동일한 단면적을 가질 수 있으며(A1=A2≠A3, A1≠A2=A3, A2≠A3= A1), 특히 양극 채널(210)과 음극 채널(220)이 서로 동일한 단면적을 갖도록 구성되는 것(A1=A2)을 모두 포함한 다.
또한, 본 실시예의 제1 연결 통로(240) 및 제2 연결 통로(245)의 폭은 양극 채널(210), 또는 음극 채널(220)의 폭보다 더 작게 형성되는 것을 예시한다(b4, b5 <b1, b2).
여기서, 제1 연결 통로(240)의 양극 채널(210)과 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이(h3)는, 양극 채널(210)의 높이(h1) 또는 양성자 전도성 유체 채널(230)의 높이(h2)보다 상당히 작게 이루어질 수 있다(h3<h1, h3<h2).
이때, 제1 연결 통로(240)는 양극 채널(210)과 양성자 전도성 유체 채널(230)이 서로 공유하는 벽면(미도시)을 관통하여 통공(미도시) 형태로 형성될 수도 있다.
따라서, 제1 연결 통로(240)를 통해 양극 유체와 양성자 전도성 유체가 서로 경계면을 이루며, 확산에 의해서만 혼합이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 제2 연결 통로(245)의 음극 채널(220)과 양성자 전도성 유체 채널(230) 사이의 높이(h3)은, 음극 채널의 높이(h1)와 양성자 전도성 유체 채널(230)의 높이(h2)보다 상당히 작게 이루어질 수 있으며(h3<h1, h3<h2), 더욱이, 제2 연결 통로(245) 역시 음극 채널(220)과 양성자 전도성 유체 채널(230)이 서로 공유하는 측벽을 관통하여 형성될 수도 있다.
따라서, 제1 연결 통로(240)를 통해 양극 유체와 양성자 전도성 유체가 서로 경계면을 이루며, 확산에 의해서만 혼합이 이루어질 수 있도록 한다.
도 13는 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
도 13를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 양극 채널(210), 양성자 전도성 유체 채널(230) 및 제1 연결 통로(240)는 단위 셀(200)의 길이 방향을 따라 동일한 단면적을 갖도록 형성되는 것을 예시한다(Ai1=Ao1, Ai3=Ao3, Ai4=Ao4).
본 실시예에서 음극 채널(220)은 양극 채널(210)과 동일 단면 형상 및 동일 단면적(A1=A2)을 가지며, 또한 제2 연결 통로(245)는 제1 연결 통로(240)와 동인 단면 형상 및 동일 단면적(A4=A5)을 갖는다.
따라서 음극 채널(220) 및 제2 연결 통로(245)에 설명은 양극 채널(210) 및 제1 연결 통로(240)에 대한 설명으로 대신한다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 채널(210), 음극 채널(220), 양성자 전도성 유체 채널(230), 제1 연결 통로(240) 및 제2 연결 통로(245)는 단위 셀(200)의 길이 방향을 따라 서로 다른 단면적을 가질 수 있으며(Ai1=Ao1, Ai2=Ao2, Ai3=Ao3, Ai4=Ao4, Ai5=Ao5), 단위 셀(200)의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 단면적이 점차 축소(Ai1>Ao1, Ai3>Ao3, Ai4>Ao4,), 또는 확대되는 것(Ai1<Ao1, Ai3<Ao3, Ai4<Ao4,)을 모두 포함한다.
또한, 본 실시예에서 제1 연결 통로(240) 및 제2 연결 통로(245)는, 단위 셀(200)의 길이 방향을 따라 연속적으로 양극 채널(210)과 음극 채널(220) 서로 연결하는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명은 제1 연결 통로(240) 및 제2 연결 통로(245)가, 도 5에 도시된 연결 통로와 마찬가지로 단위 셀의 길이 방향을 따라 통공부와 벽면부를 가지며 양극 채널(210)과 양성자 전도성 유체 채널(230) 및 음극 채널(220)과 양성자 전도성 유체 채널(230)을 사이를 불연속적으로 연결하는 것을 포함한다.
다시 도 12를 참조하여 설명하면, 양극 전극(215)은, 양극 채널(210) 및 양극 채널(210)과 인접하는 제1 연결 통로(240) 및 양성자 전도성 유체 채널(230)을 구획하는 벽면의 일부를 이루어진다.
그리고, 음극 전극(225)은, 음극 채널(220)과 음극 채널(220)에 인접하는 제2 연결 통로(245) 및 양성자 전도성 유체 채널(230)을 구획하는 벽면들의 일부로 이루어질 수 있다.
여기서, 양극 전극(215)과 음극 전극은 전술한 바와 같이, 양성자 전도성 유체 채널(230)의 중심부를 사이에 두고 서로 마주하는 벽면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 양극 전극(215)과 음극 전극(225)은, 도 6 내지 도 9에 이미 도시한 바와 같이, 양각 또는 음각지며 일정 패턴이 형성될 수 있다.
본 실시예의 전해질막이 없는 연료 전지는 제1 연결 통로(240) 통해 양극 유체와 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합이 이루어지도록 한다.
제2 연결 통로(245)를 통해 음극 유체와 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합이 이루어지도록 한다.
결국, 양성자는 양성자 전도성 유체를 매개로 하여 음극에서 양극으로 이동한다.
따라서 본 실시예의 전해질막이 없는 연료 전지는 미세 연결 통로와 함께 양 성자 전도성 유체를 양극 유체와 음극 유체 사이의 완충 구간으로 이용함으로써, 전해질막을 사용하지 않고도 양극 유체와 음극 유체를 서로 분리할 수 있도록 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전해질막이 없는 연료 전지의 단위 셀을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ 부분을 절단하여 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
도 5는 도 4의 연결 통로에 대한 변형예를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 양극 전극 및 음극 전극을 이루는 벽면들의 표면 형상을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전해질막이 없는 연료 전지의 단위 셀을 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ부분을 확대 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ 선을 따라 잘라서 측단면도이다.
도 13는 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따라 잘라서 본 측단면도이다.
<주요 도면 부호의 설명>
100, 200: 단위 셀 110, 210: 양극 채널
115, 215: 양극 전극 120, 220: 음극 채널
125, 225: 음극 전극 130: 연결 통로
230: 양성자 전도성 유체 채널 240: 제1 연결 통로
245: 제2 연결 통로

Claims (72)

  1. 다수의 단위 셀들을 포함하는 마이크로 연료 전지에 있어서,
    상기 각 단위 셀들은,
    양극 유체가 흐르도록 구획되는 양극 채널;
    음극 유체가 흐르도록 구획되는 음극 채널; 및
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널 사이를 연결하며, 상기 양극 유체와 상기 음극 유체가 서로 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합이 이루어지는 연결 통로; 를 포함하고,
    상기 연결 통로의 상기 양극 채널과 상기 음극 채널 사이의 폭은,
    상기 양극 채널 또는 상기 음극 채널의 폭보다 더 작게 이루어지고,
    상기 연결 통로의 높이는,
    상기 양극 채널 또는 상기 음극 채널의 높이보다 더 작게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널은,
    서로 같은 단면적을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널은,
    서로 다른 단면적을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  4. 제1항에서,
    상기 양극 채널과 상기 양극 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 양극 채널과 상기 양극 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 양극 채널 및 상기 음극 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 축소되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  7. 제5항에서,
    상기 양극 채널 및 상기 음극 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 확대되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  8. 제1항에서,
    상기 양극 채널 및 상기 음극 채널은,
    원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널은,
    서로 같은 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  10. 제8항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널은,
    서로 다른 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 양극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 양극 전극을 이루고,
    상기 음극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 음극 전극으로 이루는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    상기 연결 통로를 중심으로 서로 마주하는 상기 양극 채널과 상기 음극 채널의 벽면을 이루는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  13. 제11항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    상기 단위 셀 내부에서 표면 거칠기를 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  14. 제13항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    일정 패턴 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 패턴의 형상은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 형성되는 것을 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  16. 제1항에서,
    상기 양극 유체 및 상기 음극 유체는,
    100 내지 0.01 범위의 레이놀즈 수를 가지고 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 양극 유체와 상기 음극 유체는,
    서로 같은 방향으로 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  18. 제16항에서,
    상기 양극 유체와 상기 음극 유체는,
    서로 대향하는 방향으로 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  19. 제1항에서,
    상기 단위 셀들은,
    수평 방향으로 서로 나란하게 배열되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  20. 제19항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널이,
    상기 연결 통로를 사이에 두고 상하측에 각각 배치되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  21. 제19항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널이,
    상기 연결 통로를 사이에 두고 좌우측에 각각 배치되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제1항에서,
    상기 연결 통로는,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하며 통공으로 이루어지는 것을 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  25. 삭제
  26. 제1항에서,
    상기 단위 셀들은,
    수직 또는 경사지며 서로 나란하게 배열되는 것을 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  27. 제1항에서,
    상기 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  28. 제1항에서,
    상기 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  29. 제28항에서,
    상기 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부에서 출구측 단부로 갈수록 축소되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  30. 제28항에서,
    상기 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 확대되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  31. 제1항에서,
    상기 연결 통로는,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 연속적으로 상기 양측 채널과 상기 음극 채널을 연결하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  32. 제1항에서,
    상기 연결 통로는,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 불연속적으로 상기 양측 채널과 상기 음극 채널을 연결하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  33. 다수의 단위 셀들을 포함하는 마이크로 연료 전지에 있어서,
    상기 각 단위 셀들은,
    양극 유체가 흐르도록 구획되는 양극 채널;
    음극 유체가 흐르도록 구획되는 음극 채널;
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널에 연결되며, 양성자 전도성 유체가 흐르도록 구획되는 양성자 전도성 유체 채널;
    상기 양극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널을 연결하며, 상기 양극 유체와 상기 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합되는 제1 연결 통로; 및
    상기 음극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널을 연결하며, 상기 음극 유체와 상기 양성자 전도성 유체가 경계면을 이루며 확산에 의해 혼합되는 제2 연결 통로를 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  34. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널 중 2개 이상이 서로 동일한 단면적을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  35. 제34항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널이 서로 동일한 단면적을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  36. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널은, 모두 서로 다른 단면적을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  37. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  38. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  39. 제38항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 축소되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  40. 제38항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 단면적이 확대되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  41. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널은,
    원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나의 단면 형상으로 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  42. 제41항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널 중 2개 이상이 서로 동일한 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  43. 제42항에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널이 서로 동일한 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  44. 제33항에서,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널은, 모두 서로 다른 단면 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  45. 제33항에서,
    상기 양극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 양극 전극을 이루고,
    상기 음극 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부가 음극 전극을 이루는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  46. 제45항에서,
    상기 양극 전극은,
    상기 양극 채널에 인접하는 제1 연결 통로 및 상기 양성자 전도성 유체 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부를 더 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  47. 제46항에서,
    상기 음극 전극은,
    상기 음극 채널에 인접하는 제2 연결 통로 및 상기 양성자 전도성 유체 채널을 구획하는 벽면의 적어도 일부를 더 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  48. 제47항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    상기 양성자 전도성 유체 채널의 중심부을 기준으로 서로 마주하는 상기 벽면을 이루는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  49. 제45항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    상기 단위 셀 내부에서 표면 거칠기를 가지고 형성되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  50. 제49항에서,
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극은,
    일정 패턴 형상을 가지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  51. 제50항에서,
    상기 패턴 형상은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 나란하게 이루어지는 것을 포함하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  52. 제33항에서,
    상기 양극 유체, 상기 음극 유체 및 상기 양성자 전도성 유체는,
    100 내지 0.01 범위의 레이놀즈 수를 가지고 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  53. 제52항에서,
    상기 양극 유체, 상기 음극 유체 및 상기 양성자 전도성 유체는,
    모두 같은 방향으로 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  54. 제52항에서,
    상기 양극 유체, 상기 음극 유체, 및 상기 양성자 전도성 유체 중 적어도 하나는,
    서로 대향하는 방향으로 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  55. 제54항에서,
    상기 양극 유체와 상기 음극 유체가,
    서로 대향하는 방향으로 흐르는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  56. 제33항에서,
    상기 단위 셀들은,
    수평 방향으로 서로 나란하게 배열되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  57. 제56항에서,
    상기 양극 채널 및 상기 음극 채널은,
    상기 양성자 전도성 유체 채널의 좌우측에 각각 배치되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  58. 제56에서,
    상기 양극 채널과 상기 음극 채널은,
    상기 양성자 전도성 유체 채널의 상측 또는 하측에 배치되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  59. 제58항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로의 폭은,
    상기 양극 채널, 상기 음극 채널 또는 상기 양성자 전도성 유체 채널의 폭보다 더 작게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  60. 제58항에서,
    상기 제1 연결 통로의 상기 양극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널 사이 의 높이는,
    상기 양극 채널 또는 상기 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 작게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  61. 제60항에서,
    상기 제1 연결 통로는,
    상기 양극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하는 통공으로 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  62. 제58항에서,
    상기 제1 연결 통로의 상기 양극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는,
    상기 양극 채널 또는 상기 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 크게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  63. 제58항에서,
    상기 제2 연결 통로의 상기 음극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는,
    상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 작게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  64. 제63항에서,
    상기 제2 연결 통로는,
    상기 음극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널이 서로 공유하는 측벽을 관통하는 통공으로 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  65. 제58항에서,
    상기 제2 연결 통로의 상기 음극 채널과 상기 양성자 전도성 유체 채널 사이의 높이는,
    상기 음극 채널 및 상기 양성자 전도성 유체 채널의 높이보다 더 크게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  66. 제33항에서,
    상기 단위 셀들은,
    수직 또는 경사지며 서로 나란하게 배열되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  67. 제33항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 일정하게 이루어지는 전해질막이 없는 마 이크로 연료 전지.
  68. 제33항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 서로 다르게 이루어지는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  69. 제68항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부에서 출구측 단부로 갈수록 축소되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  70. 제68항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로의 단면적은,
    상기 단위 셀의 입구측 단부로부터 출구측 단부로 갈수록 확대되는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  71. 제33항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로는,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 연속적으로 상기 양극 채널 및 상기 음극 채널을 각각 상기 양성자 유체 채널에 연결하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
  72. 제33항에서,
    상기 제1 연결 통로 및 상기 제2 연결 통로는,
    상기 단위 셀의 길이 방향을 따라 불연속적으로 상기 양극 채널 및 상기 음극 채널을 각각 상기 양성자 전도성 유체 채널에 연결하는 전해질막이 없는 마이크로 연료 전지.
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