KR100954432B1

KR100954432B1 - Fuel Cell Stack Having Current Collector Unified Gasket

Info

Publication number: KR100954432B1
Application number: KR1020070141754A
Authority: KR
Inventors: 이경황; 백승호; 오성진; 홍병선; 신미남
Original assignee: (주)퓨얼셀 파워
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2010-04-27
Also published as: KR20090073726A

Abstract

본 발명은 연료전지 스택 내를 순환하는 냉각수 또는 반응가스에 포함된 수분에 의한 전류 집전체의 부식을 방지하도록 개선된 가스켓 일체형 전류 집전체를 구비한 연료전지 스택에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지 스택은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 복수 개의 단위 전지들이 순차적으로 적층 결합되는 단위 전지 집합체, 단위 전지 집합체에서 생성된 전기 에너지를 외부로 인출하는 가스켓 일체형 전류 집전체, 및 단위 전지 집합체의 양 단부에서 기 설정된 체결압을 가하면서 결합되는 엔드 플레이트를 포함한다. 그리고, 가스켓 일체형 전류 집전체는 단위 전지 집합체로 유입되는 반응가스 또는 냉각수의 유동통로인 매니폴드가 형성되는 전류 집전판, 및 전류 집전판의 일면에 밀착 결합되면서 매니폴드의 내측 테두리를 감싸는 매니폴드 실링부를 구비하는 가스켓을 포함한다.The present invention relates to a fuel cell stack having a gasket-integrated current collector that is improved to prevent corrosion of the current collector by moisture contained in cooling water or reaction gas circulating in the fuel cell stack. The fuel cell stack of the present invention is a unit cell assembly in which a plurality of unit cells that generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are sequentially stacked and coupled, and a gasket integral type that draws electrical energy generated from the unit cell assembly to the outside. And an end plate coupled to each other by applying a predetermined clamping pressure at both ends of the current collector and the unit cell assembly. In addition, the gasket-integrated current collector is a current collector plate in which a manifold, which is a flow path of a reaction gas or cooling water flowing into the unit cell assembly, is formed, and a manifold that covers the inner edge of the manifold while being closely coupled to one surface of the current collector plate. And a gasket having a sealing portion.

전류 집전체, 가스켓, 연료전지, 스택, 부식, 매니폴드, 체결압 Current collector, gasket, fuel cell, stack, corrosion, manifold, clamping pressure

Description

Fuel cell stack with gasket integrated current collector {Fuel Cell Stack Having Current Collector Unified Gasket}

본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연료전지 스택 내를 순환하는 냉각수 또는 반응가스에 포함된 수분에 의한 전류 집전체의 부식을 방지하도록 개선된 가스켓 일체형 전류 집전체를 구비한 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and more particularly, corrosion of a current collector by moisture contained in cooling water or reaction gas circulating in the fuel cell stack. A fuel cell stack having a gasket-integrated current collector has been improved to prevent this.

일반적으로 고분자 전해질 연료전지는 수소이온 교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지이다. 고분자 전해질 연료전지는 수소를 함유한 연료가스와, 산소를 함유한 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시킴으로써, 전기 에너지와 열을 발생시킨다. 이런 고분자 전해질 연료전지는 저온인 60 ~ 80˚C에서 동작이 가능하며, 높은 전류밀도를 유지한다. 이러한 이유로 인해 고분자 전해질 연료전지는 다른 연료전지 종류에 비해 빠른 시동능력이 있으며, 소형화 및 경량화가 가능하며, 이동용 전원 및 가정용 열병합 발전설비와 같이 다양한 분야에 적용되고 있다.In general, a polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell using a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte. The polymer electrolyte fuel cell generates electric energy and heat by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. The polymer electrolyte fuel cell can operate at a low temperature of 60 ~ 80 ˚C, and maintains a high current density. For this reason, the polymer electrolyte fuel cell has a faster starting capability than other fuel cell types, can be miniaturized and lightweight, and is applied to various fields such as a mobile power source and a home cogeneration plant.

고분자 전해질형 연료전지의 단위전지는 수소와 산소가 전기화학적으로 반응 하여 전기 에너지를 발생시키기 위한 기본 구성요소로서 연료전지 스택(stack)을 구비한다. 연료전지 스택은 수 개 또는 수십 개의 단위 전지들이 직렬로 적층되는 구성을 갖는다. 이런 단위 전지는 막전극 접합체(MEA ; Membrane Electrode Assembly), 유체 분배층(fluid distribution layer), 및 막전극 접합체의 양쪽 면에 각각 접하는 연료전지 분리판(separator)들로 이루어진다. 막전극 접합체는 수소 이온만을 선택적으로 통과시키는 고분자 전해질막을 구비하고, 이런 고분자 전해질막의 양쪽 면에 산화전극과 환원전극이 접합된다. 유체 분배층은 전기화학반응에 사용되는 반응가스를 전극에 전달하고, 전기화학반응에 의한 생성물을 배출한다. 연료전지 분리판들은 단위전지들을 구조적으로 지지하는 지지체 역할을 수행한다. 연료전지 분리판들은 외부로부터 반응가스와 냉각수를 단위 전지의 내부로 공급하며, 반응가스가 전기화학반응된 후에 생성되는 물과 같은 생성물을 외부로 배출시키는 역할도 수행한다.The unit cell of the polymer electrolyte fuel cell includes a fuel cell stack as a basic component for generating electrical energy by reacting hydrogen and oxygen electrochemically. The fuel cell stack has a configuration in which several or tens of unit cells are stacked in series. Such a unit cell is composed of a membrane electrode assembly (MEA), a fluid distribution layer, and fuel cell separators facing each side of the membrane electrode assembly. The membrane electrode assembly includes a polymer electrolyte membrane for selectively passing only hydrogen ions, and an anode and a cathode are joined to both surfaces of the polymer electrolyte membrane. The fluid distribution layer delivers the reaction gas used for the electrochemical reaction to the electrode and discharges the product by the electrochemical reaction. The fuel cell separators serve as a support for structurally supporting the unit cells. The fuel cell separators supply reaction gas and cooling water to the inside of the unit cell from the outside, and also discharge the product such as water generated after the reaction gas is electrochemically reacted to the outside.

연료 가스 또는 산화제 가스와 같은 반응가스는 연료전지 스택의 내부에 형성된 매니폴드(manifold)를 통해 각각의 단위 전지 내부로 공급된다. 또한, 냉각수도 전기화학반응 과정에서 발생되는 열을 제거하기 위해 연료전지 스택의 내부로 공급된다.Reaction gas, such as fuel gas or oxidant gas, is supplied into each unit cell through a manifold formed inside the fuel cell stack. In addition, cooling water is also supplied into the fuel cell stack to remove heat generated during the electrochemical reaction.

그리고, 연료전지 스택은 전기 에너지를 외부로 전달하기 위해 단위 전지들이 적층된 집합체의 양 단부에 전류 집전판이 설치된다. 전류 집전판은 높은 전기 전도성을 갖는 금속소재로 제작되거나, 그 표면이 금으로 도금 처리된다. 하지만, 전류 집전판은 연료전지 스택을 장시간 운전하는 조건에서 수분을 함유하는 반응가 스 또는 냉각수에 지속적으로 노출되면서, 그 금속 표면에 갈바닉 부식(galvanic corrosion)이 발생된다. 특히, 도 16에 도시된 바와 같이 전류 집전판은 반응가스 또는 냉각수가 유동하는 매니폴드 영역에서 부식이 집중적으로 발생된다. 종래의 연료전지 스택은 이와 같은 전류 집전체에서의 부식 생성물로 인해 주위의 여러 구성요소가 오염되고, 전류 집전판의 전기 전도도도 저하됨에 따라 연료전지 성능이 감소되는 문제점이 있다. In the fuel cell stack, current collector plates are installed at both ends of the aggregate in which the unit cells are stacked to transfer electrical energy to the outside. The current collector plate is made of a metal material having high electrical conductivity, or the surface thereof is plated with gold. However, current collector plates are continuously exposed to moisture-containing reaction gas or cooling water under conditions that operate the fuel cell stack for a long time, and galvanic corrosion occurs on the metal surface. In particular, as illustrated in FIG. 16, the current collector plate is intensively generated in the manifold region in which the reaction gas or the coolant flows. Conventional fuel cell stacks have a problem in that fuel products are degraded due to the contamination of various components due to the corrosion products in the current collectors, and the electrical conductivity of the current collector plates.

종래에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 루테늄 산화물 및 비불화성 금속 산화물을 포함하는 활성 전기촉매재료로 전류 집전판을 코팅하는 기술이 제시되었다. 하지만, 이러한 종래의 연료전지 스택은 활성 전기촉매 재료를 코팅해야 하는 별도의 공정이 요구될 뿐만 아니라, 제품의 제조단가가 상대적으로 높아지는 문제점이 있다.Conventionally, in order to solve this problem, a technique of coating a current collector plate with an active electrocatalyst material including ruthenium oxide and non-fluorinated metal oxide has been proposed. However, such a conventional fuel cell stack not only requires a separate process of coating an active electrocatalyst material, but also has a problem in that a manufacturing cost of a product is relatively high.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 반응가스 또는 냉각수가 외부로 누출되지 않도록 가스켓을 설치하면서도 이러한 가스켓이 전류 집전판의 매니폴드 영역을 감싸도록 일체화되게 형성함으로써 전류 집전판의 부식을 방지할 수 있는 가스켓 일체형 전류 집전체를 구비한 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, by installing a gasket so that the reaction gas or cooling water does not leak to the outside, the gasket is integrally formed to surround the manifold region of the current collector plate current It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack having a gasket-integrated current collector capable of preventing corrosion of the current collector plate.

또한, 본 발명은 가스켓 일체형 전류집전체를 구비함으로써, 전류 집전체와 엔드 플레이트를 체결하는 과정에서 발생되는 체결압의 불균형을 완화할 수 있도록 개선된 연료전지 스택을 제공하는데 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide an improved fuel cell stack having a gasket-integrated current collector, which can alleviate an imbalance in the clamping pressure generated in the process of coupling the current collector and the end plate.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 복수 개의 단위 전지들이 순차적으로 적층 결합되는 단위 전지 집합체, 상기 단위 전지 집합체에 적층 결합되면서 상기 단위 전지 집합체에서 생성된 전기 에너지를 외부로 인출하는 가스켓 일체형 전류 집전체, 및 상기 단위 전지 집합체의 양 단부에서 기 설정된 체결압을 가하면서 결합되는 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 가스켓 일체형 전류 집전체는 상기 단위 전지 집합체로 유입되는 반응가스 또는 냉각수의 유동통로인 매니폴드가 형성되고, 전기 에너지가 외부로 인출되게 전기 전도성 소재로 제작되는 전류 집전판, 및 상기 전류 집전판의 일면에 밀착 결합되면서 상기 매니폴드의 내측 테두리를 감싸는 매니폴드 실링 부를 구비하는 가스켓을 포함한다.A fuel cell stack according to an embodiment of the present invention is a unit cell assembly in which a plurality of unit cells that generate electric energy by an electrochemical reaction of hydrogen and oxygen are sequentially stacked and coupled to the unit cell assembly while being laminated and coupled to the unit cell assembly. And a gasket-integrated current collector for drawing electrical energy generated in the aggregate to the outside, and end plates coupled to each other by applying a predetermined clamping pressure at both ends of the unit cell assembly. The gasket integrated current collector includes a current collector plate formed of an electrically conductive material such that a manifold, which is a flow path of reaction gas or cooling water flowing into the unit cell assembly, is drawn out of the electrical energy, and the current collector plate. The gasket includes a gasket having a manifold sealing part that is tightly coupled to one surface of the inner rim of the manifold.

상기 가스켓에는 상기 체결압을 전달하는 복수 개의 체결압 분산 수단들이 형성되고, 상기 복수 개의 체결압 분산 수단들은 상기 가스켓에 위치하는 영역에 따라 상기 체결압을 지지하는 정도가 각각 다르게 형성된다.The gasket includes a plurality of fastening pressure dispersing means for transmitting the fastening pressure, and the plurality of fastening pressure dispersing means are formed to have different degrees of supporting the fastening pressure according to a region located in the gasket.

상기 체결압 분산 수단은 상기 가스켓에서 상기 엔드 플레이트를 향하는 면으로 돌출되는 체결압 분산 돌기이다. 상기 체결압 분산 돌기의 단위 면적당 차지하는 평면적은 상기 가스켓에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 좁게 형성된다. 또는 상기 체결압 분산 돌기의 돌출 높이는 상기 가스켓에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 낮게 형성된다. 또는 상기 체결압 분산 돌기의 평면 크기는 상기 가스켓에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 작게 형성된다.The fastening pressure dispersing means is a fastening pressure dispersing protrusion protruding from the gasket toward the end plate. The planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion protrusion is narrower in the outer rim area than in the inner center area of the gasket. Alternatively, the protruding height of the fastening pressure dispersion protrusion may be lower in the outer edge region than in the inner center region of the gasket. Alternatively, the plane size of the fastening pressure dispersion protrusion is smaller in the outer rim area than in the inner center area of the gasket.

상기 체결압 분산 수단은 상기 가스켓의 내측으로 파여진 체결압 분산 홈 또는 체결압 분산 구멍 중 어느 하나이다. 상기 체결압 분산 홈의 단위 면적당 차지하는 평면적 또는 상기 체결압 분산 구멍의 단위 면적당 차지하는 평면적은 상기 가스켓에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 넓게 형성된다. 또는 상기 체결압 분산 홈의 평면 크기 또는 상기 체결압 분산 구멍의 평면 크기는 상기 가스켓에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 크게 형성된다.The fastening pressure dispersing means is either a fastening pressure dispersing groove or a fastening pressure dispersing hole dug into the inside of the gasket. The planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion groove or the planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion hole is wider in the outer edge region than in the inner center region of the gasket. Or the planar size of the tightening pressure dispersion groove or the planar size of the tightening pressure dispersion hole is larger in the outer border region than in the inner central region of the gasket.

상기 매니폴드 실링부는 상기 전류 집전판이 면접하는 방향으로 돌출되는 쐐기 형상으로서, 상시 전류 집전판에 비해 더 높은 두께를 가지면서 상기 전류 집전판이 끼워지는 결합홈이 내측으로 파여지게 형성된다.The manifold sealing portion has a wedge shape projecting in the direction in which the current collector plate is interviewed, and has a higher thickness than the current collector plate, and is formed such that a coupling groove into which the current collector plate is fitted is dug inwardly.

상기 전류 집전판은 전기 에너지를 외부로 인출하기 위한 상기 단위 전지 집합체의 외부로 더 돌출되는 인출탭이 형성되며, 상기 인출탭은 상기 엔드 플레이트의 크기 범위 내에 위치한다.The current collector plate has a drawing tab which protrudes further to the outside of the unit cell assembly for drawing electrical energy to the outside, the drawing tab is located within the size range of the end plate.

상기 전류 집전판은 스테인레스강, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 소재 군에서 선택되는 전기 전도성 소재로 제작된다.The current collector plate is made of an electrically conductive material selected from the group consisting of stainless steel, copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy.

상기 가스켓은 실리콘계, 불소계, 올레핀계, 이피디엠(EPDM ; Ethylene Propylene Diene Trepolymer) 고무, 유리섬유로 강화시킨 실리콘 시트, 테프론 시트로 이루어진 소재 군에서 선택되는 어느 하나의 소재로 제작된다.The gasket is made of any one material selected from the group consisting of silicon-based, fluorine-based, olefin-based, EPDM (Ethylene Propylene Diene Trepolymer) rubber, silicone sheet reinforced with glass fiber, and Teflon sheet.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은 전류 집전판의 매니폴드 영역을 가스켓이 감싸도록 형성함으로써, 전류 집전판에 반응가스 또는 냉각수가 접촉되지 않게 차단한다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은 장시간 운전되더라도 전류 집전판의 부식이 억제됨으로써, 종래의 연료전지 스택에 비해 연료전지 성능이 향상될 수 있는 장점이 있다.The fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present invention forms a manifold region of the current collector plate to surround the gasket, thereby blocking the reaction gas or the coolant from contacting the current collector plate. Thus, the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention has an advantage that the fuel cell performance can be improved compared to the conventional fuel cell stack by suppressing corrosion of the current collector plate even if it is operated for a long time.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은 전류 집전판에 일체화되게 결합된 가스켓이 체결 높이 및 체결압을 조절하도록 형성됨으로써, 체결압을 조절해야 하는 불편함이 없어서 종래의 연료전지 스택에 비해 상대적으로 보다 간편하게 스택 체결이 가능해지는 장점이 있다.In addition, the fuel cell stack according to an embodiment of the present invention is formed so that the gasket integrally coupled to the current collector plate to adjust the fastening height and the fastening pressure, there is no inconvenience to adjust the fastening pressure to the conventional fuel cell stack Compared to the above, there is an advantage that the stack can be fastened relatively easily.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속 하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택(100)은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기 에너지를 발생시키는 발전 구성요소이다. 이런 연료전지 스택(100)은 전기 에너지를 발생시키는 최소의 단위로서 단위 전지(110)를 구비하며, 이러한 수 개 또는 수십 개의 단위 전지(110)들이 연속적으로 적층 결합된 단위 전지 집합체로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 100 according to the first embodiment of the present invention is a power generation component that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen. The fuel cell stack 100 includes a unit cell 110 as a minimum unit for generating electrical energy. The fuel cell stack 100 includes a unit cell assembly in which several or several tens of unit cells 110 are successively stacked and coupled.

단위 전지(110)는 막전극 접합체(120), 유체 분배층, 및 막전극 접합체(120)의 양쪽 면에 각각 접하는 연료전지 분리판들로 이루어진다. 여기서, 연료전지 분리판은 캐소드 분리판(130)과 애노드 분리판(140)으로 구분된다. 캐소드 분리판(130)은 막전극 접합체(120)를 향하는 일면에 산화제 가스 유로가 형성되고, 산소를 함유하는 산화제 가스가 매니폴드를 통해 산화제 가스 유로로 유입된다. 애노드 분리판(140)은 막전극 접합체(120)를 향하는 일면에 연료 가스 유로가 형성되고, 수소를 함유하는 연료 가스가 매니폴드를 통해 연료 가스 유로로 유입된다. 이와 같이 단위 전지 집합체의 내부에 형성된 매니폴드는 막전극 접합체(120)의 매니폴드(121), 캐소드 분리판(130)의 매니폴드(131), 애노드 분리판(140)의 매니폴드(141)가 적층 결함됨으로써, 반응가스가 공급될 수 있는 하나의 통로로 형성된다. 이때, 막전극 접합체(120)의 매니폴드(121) 뿐만 아니라, 캐소드 분리판(130) 의 매니폴드(131)와 애노드 분리판(140)의 매니폴드(141)는 수소와 산소의 전기화학반응이 유발되는 반응가스 영역이 아닌 외곽 테두리 영역에 위치한다.The unit cell 110 includes a membrane electrode assembly 120, a fluid distribution layer, and fuel cell separation plates that respectively contact both sides of the membrane electrode assembly 120. Here, the fuel cell separator is divided into a cathode separator 130 and an anode separator 140. The cathode separator 130 has an oxidant gas flow path formed on one surface thereof facing the membrane electrode assembly 120, and an oxidant gas containing oxygen flows into the oxidant gas flow path through the manifold. The anode separation plate 140 has a fuel gas flow path formed on one surface facing the membrane electrode assembly 120, and fuel gas containing hydrogen flows into the fuel gas flow path through the manifold. As such, the manifold formed inside the unit cell assembly includes the manifold 121 of the membrane electrode assembly 120, the manifold 131 of the cathode separator 130, and the manifold 141 of the anode separator 140. By stacking defects, it is formed into one passage through which the reaction gas can be supplied. At this time, not only the manifold 121 of the membrane electrode assembly 120 but also the manifold 131 of the cathode separator 130 and the manifold 141 of the anode separator 140 are electrochemical reactions of hydrogen and oxygen. This is located in the outer border region, not in the reaction gas region.

연료전지 스택(100)은 단위 전지 집합체에서 생성된 전기 에너지를 외부로 인출하는 가스켓 일체형 전류 집전체(200), 및 외부로부터 단위 전지 집합체를 보호하면서 단위 전지 집합체를 기 설정된 체결압으로 상호 밀착되게 결합시키는 엔드 플레이트(150)를 더 구비한다. 가스켓 일체형 전류 집전체(200)와 엔드 플레이트(150)는 단위 전지 집합체의 양 단부에서 각각 순차적으로 적층 결합된다. 이때, 가스켓 일체형 전류 집전체(200)와 엔드 플레이트(150)에도 단위 전지 집합체의 내부에 형성된 매니폴드와 함께 하나의 통로를 이루는 매니폴드가 형성됨으로써, 반응가스가 단위 전지 집합체의 내부로 공급될 수 있다. The fuel cell stack 100 is in close contact with the gasket-integrated current collector 200 which draws electrical energy generated from the unit cell assembly to the outside, and the unit cell assembly at a predetermined clamping pressure while protecting the unit cell assembly from the outside. It is further provided with an end plate 150 for coupling. The gasket integrated current collector 200 and the end plate 150 are sequentially stacked and coupled at both ends of the unit cell assembly. At this time, the gasket-integrated current collector 200 and the end plate 150 are also formed with a manifold forming one passage together with the manifold formed inside the unit cell assembly, so that the reaction gas is supplied into the unit cell assembly. Can be.

도 2는 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스켓 일체형 전류 집전체(200)는 전기 에너지를 외부로 인출하도록 전기 전도성 소재의 전류 집전판(210)을 구비한다. 전류 집전판(210)은 단위 전지(110)의 평면 형상과 대략적으로 동일하게 형성되며, 단위 전지 집합체의 내부에 형성된 매니폴드에 대응하여 반응가스 또는 냉각수의 유동통로인 매니폴드가 형성된다. 이를 보다 자세하게 구분하면 전류 집전판(210)의 매니폴드는 산화제 가스 입구 매니폴드(211), 산화제 가스 출구 매니폴드(212), 연료 가스 입구 매니폴드(213), 연료 가스 출구 매니폴드(214), 냉각수 입구 매니폴드(215), 냉각수 출구 매니폴드(216)로 이루어진다. As shown in FIGS. 2 and 3, the gasket integrated current collector 200 includes a current collector plate 210 of an electrically conductive material to draw electrical energy to the outside. The current collector plate 210 is formed to be substantially the same as the planar shape of the unit cell 110, and a manifold, which is a flow passage of reaction gas or cooling water, is formed corresponding to the manifold formed inside the unit cell assembly. In more detail, the manifold of the current collector plate 210 includes an oxidant gas inlet manifold 211, an oxidant gas outlet manifold 212, a fuel gas inlet manifold 213, and a fuel gas outlet manifold 214. , A coolant inlet manifold 215, and a coolant outlet manifold 216.

그리고, 전류 집전판(210)은 단위 전지 집합체의 평면 형상에 비해 더 돌출되게 인출탭(217)이 형성되고, 이러한 인출탭(217)에 외부의 도선(導線)이 연결됨으로써 전기 에너지가 외부로 인출된다. 이때, 인출탭(217)은 도 1에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트(150)의 외부로 더 돌출되지 않게 엔드 플레이트(150)의 크기 범위 내에 위치하여, 외부 요인으로부터 손상되지 않게 방지하는 것이 바람직하다. 인출탭(217)에는 고정용 구멍(218)이 형성되며, 이런 고정용 구멍(218)에 나사와 같은 체결 도구가 끼워져 엔드 플레이트(150)에 고정된다. In addition, the current collecting plate 210 has a drawing tab 217 formed to protrude more than the planar shape of the unit cell assembly, and an external conducting wire is connected to the drawing tab 217 so that electrical energy is transferred to the outside. Withdrawn. At this time, the withdrawal tab 217 is located within the size range of the end plate 150 so as not to protrude further to the outside of the end plate 150, as shown in Figure 1, it is preferable to prevent damage from external factors. . A fixing hole 218 is formed in the lead tab 217, and a fastening tool such as a screw is inserted into the fixing hole 218 to be fixed to the end plate 150.

전류 집전판(210)은 스테인레스강, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금으로 이루어진 소재 군에서 선택되는 전기 전도성 소재로 제작되거나, 이런 전기 전도성 소재가 표면에 도금 처리된다. 이로 인해 전류 집전판(210)은 소재의 특성상 반응가스 또는 냉각수에 장기간 노출되는 경우에 갈바닉 부식이 유발될 가능성이 있다. The current collector plate 210 is made of an electrically conductive material selected from the group consisting of stainless steel, copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy, or the electrically conductive material is plated on the surface thereof. For this reason, the current collector plate 210 may cause galvanic corrosion when exposed to reactive gas or cooling water for a long time due to the characteristics of the material.

연료전지 스택(100)은 단위 전지 집합체의 내부에서 반응가스 또는 냉각수가 누설되지 않도록 가스켓이 단위 전지들 사이에 적층된다. 특히, 가스켓 일체형 전류 집전체(200)는 전류 집전판(210)의 부식을 방지하기 위해서 다음과 같이 전류 집전판(210)의 일면에 밀착 결합되는 가스켓(220)을 구비한다. 특히 가스켓(220)은 매니폴드의 내측을 감싸는 매니폴드 실링부(230)를 구비하여, 전류 집전판(210)이 일체로 결합된 상태에서 전류 집전판(210)의 매니폴드가 반응가스 또는 냉각수에 접촉되지 않도록 차단한다. 가스켓(220)은 실리콘계, 불소계, 올레핀계, 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Trepolymer) 고무, 유리섬유로 강화시킨 실리콘 시 트, 테프론 시트로 이루어진 소재 군에서 선택되는 어느 소재로 제작된다. 이와 같은 소재의 가스켓(220)은 쉽게 부식되지 않는 내식성을 가지며, 기 설정된 압축성에 의해 반응가스 또는 냉각수가 누설되지 않게 다른 구성요소에 밀착된다. The fuel cell stack 100 has a gasket stacked between the unit cells so that the reaction gas or the coolant does not leak inside the unit cell assembly. In particular, the gasket integrated current collector 200 includes a gasket 220 that is tightly coupled to one surface of the current collector plate 210 as follows to prevent corrosion of the current collector plate 210. In particular, the gasket 220 is provided with a manifold sealing portion 230 surrounding the inside of the manifold, so that the manifold of the current collector plate 210 is a reaction gas or cooling water while the current collector plate 210 is integrally coupled. Block out of contact. Gasket 220 is made of any material selected from the group consisting of silicon-based, fluorine-based, olefin-based, Ethylene Propylene Diene Trepolymer (RTH) rubber, silicone sheet reinforced with glass fiber, Teflon sheet. The gasket 220 of such a material has corrosion resistance that is not easily corroded, and is in close contact with other components to prevent leakage of reaction gas or cooling water by a predetermined compressibility.

가스켓(220)은 전류 집전판(210)과 대략적으로 동일한 평면 형상을 가지며, 엔드 플레이트(150)를 향하는 전류 집전판(210)의 일면에 밀착된 상태로 일체로 결합된다. 가스켓(220)에도 전류 집전판(210)의 매니폴드에 대응하여, 반응가스 또는 냉각수의 유동통로인 매니폴드가 형성된다. 매니폴드 실링부(230)는 이러한 가스켓(220)의 매니폴드 역할을 수행하면서, 전류 집전판(210)과 결합된다. 이러한 매니폴드 실링부(230)의 형상과 전류 집전판(210)과의 결합 상태는 아래에서 도면을 참조하면서 설명한다.The gasket 220 has a plane shape substantially the same as that of the current collector plate 210, and is integrally coupled to one surface of the current collector plate 210 facing the end plate 150. A gasket 220 is also formed in the gasket 220 corresponding to the manifold of the current collector plate 210. The manifold sealing portion 230 serves as a manifold of the gasket 220 and is coupled to the current collector plate 210. The shape of the manifold sealing unit 230 and the coupling state of the current collector plate 210 will be described below with reference to the drawings.

도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단하여 나타낸 가스켓 일체형 전류 집전체의 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of the gasket-integrated current collector cut along the line IV-IV shown in FIG. 3.

도 3 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 매니폴드 실링부(230)는 가스켓(220)의 양 면 중에서도 전류 집전판(210)이 면접하는 방향(도 3에서 음의 y방향)으로 돌출된 쐐기 형상을 갖는다. 매니폴드 실링부(230)는 전류 집전판(210)에 비해 더 높은 두께를 가지면서, 전류 집전판(210)이 끼워질 수 있는 결합홈(231)이 내측으로 파여진 형태로 형성된다. 이로 인해 전류 집전판(210)이 가스켓(220)의 결합홈(231)에 끼워져 결합된다면(도 4a), 전류 집전판(210)에 형성된 매니폴드의 내측 테두리는 매니폴드 실링부(230)에 감싸지면서 일체로 결합된다(도 4b). 이로 인해 가스켓 일체형 전류 집전체(200)는 반응가스 또는 냉각수가 공급될 수 있는 매니폴 드를 구비하더라도, 전류 집전판(210)은 이러한 반응가스 또는 냉각수에 노출되지 않으면서 부식될 가능성이 낮아진다.As shown in FIGS. 3 to 4B, the manifold sealing portion 230 may have wedges protruding in the direction in which the current collector plates 210 are interviewed (negative y direction in FIG. 3) among both surfaces of the gasket 220. It has a shape. The manifold sealing portion 230 has a thickness higher than that of the current collector plate 210, and the coupling groove 231 into which the current collector plate 210 can be inserted is recessed inwardly. Because of this, if the current collector plate 210 is fitted into the coupling groove 231 of the gasket 220 (FIG. 4A), the inner edge of the manifold formed in the current collector plate 210 is connected to the manifold sealing portion 230. It is wrapped and combined integrally (FIG. 4B). Thus, even if the gasket integrated current collector 200 has a manifold to which a reactive gas or cooling water can be supplied, the current collector plate 210 is less likely to be corroded without being exposed to such reactive gas or cooling water.

가스켓(220)은 성형 공정을 통해 매니폴드 실링부(230)도 일체화된 하나의 구성요소로서 제작된다. 매니폴드 실링부(230)는 바람직하게는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 대략적으로 삼각형의 단면형상으로서, 전류 집전판(210)이 쉽게 분리되지 않도록 지지하는 구조를 갖는다. The gasket 220 is manufactured as a component in which the manifold sealing portion 230 is also integrated through a molding process. The manifold sealing portion 230 is preferably a substantially triangular cross-sectional shape as shown in FIGS. 4A and 4B, and has a structure for supporting the current collector plate 210 so as not to be easily separated.

이 외에도 본 발명의 실시예는 도 5에 도시된 바와 같은 사다리꼴 단면 형상의 매니폴드 실링부(240), 도 6에 도시된 바와 같은 반원 단면 형상의 매니폴드 실링부(250), 도 7에 도시된 바와 같은 사각형 단면 형상의 매니폴드 실링부(260)가 적용 가능하다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 매니폴드 실링부(230, 240, 250, 260)의 단면 형상은 구성요소들을 적층한 틈새 사이로 반응가스 또는 냉각수가 누설되지 않도록, 실링할 수 있는 구조라면 다양한 형태의 가스켓 실링 구조로 제작될 수 있다. In addition, the embodiment of the present invention is a trapezoidal cross-sectional manifold sealing portion 240 as shown in Figure 5, a semi-circular cross-sectional manifold sealing portion 250 as shown in Figure 6, shown in Figure 7 Manifold sealing portion 260 having a rectangular cross-sectional shape as described above is applicable. As such, the cross-sectional shape of the manifold sealing parts 230, 240, 250, and 260 according to the exemplary embodiment of the present invention may be various shapes so long as they can seal the reaction gas or cooling water between the gaps in which the components are stacked. It can be manufactured with a gasket sealing structure.

도 8은 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 8 is a perspective view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1, and FIG. 9 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 8.

도 1, 도 8, 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체(200)는 전류 집전판(210)에 일체화되게 결합된 가스켓(220)이 다음과 같이 형성된다. 가스켓(220)은 상기 설명한 바와 같이 내식성과 함께 기 설정된 압축성을 갖는 탄성 소재로 제작된다. 이로 인해, 가스켓(220)은 엔드 플레이트(150)가 체결되는 과정에서 전달되는 체결압을 기 설정된 만큼 흡수하면서 지지할 수 있다. As shown in FIGS. 1, 8, and 9, the gasket integrated current collector 200 according to the first embodiment of the present invention has a gasket 220 integrally coupled to the current collector plate 210. It is formed as follows. As described above, the gasket 220 is made of an elastic material having a predetermined compressibility with corrosion resistance. For this reason, the gasket 220 may support while absorbing the predetermined fastening pressure transmitted in the process of fastening the end plate 150.

연료전지 스택(100)은 수소와 산소의 전기화학반응이 유발되는 반응가스 영역이 단위 전지(110)의 내부에 위치하기 때문에, 일반적으로 스택 체결수단이 엔드 플레이트(150)의 내부 중심 영역이 아닌 외곽 테두리 영역에 위치한다. 그러면, 엔드 플레이트(150)에는 굽힘 모멘트와 함께 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 상대적으로 더 큰 체결압이 가해지고, 연료전지 스택(100)은 이와 같은 엔드 플레이트(150)의 변형에 의한 높이 편차와 체결압의 불균형이 유발될 수 있다.In the fuel cell stack 100, since the reaction gas region in which the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is induced is located inside the unit cell 110, the stack fastening means is generally not an inner center region of the end plate 150. It is located in the outer border area. Then, the end plate 150 is applied to the end plate 150 with a clamping moment and a relatively higher clamping pressure in the outer edge region than in the inner center region, and the fuel cell stack 100 has a height due to such deformation of the end plate 150. Deviation and imbalance of fastening pressure can be caused.

본 발명의 제1 실시예에 따른 가스켓(220)은 체결압을 지지하는 복수 개의 체결압 분산 수단들을 구비함으로써, 엔드 플레이트(150)의 변형에 의한 높이 편차와 체결압의 불균형을 조절한다. 즉, 복수 개의 체결압 분산 수단들은 위치하는 영역에 따라 체결압을 지지하는 정도가 각각 다르고, 이로 인해 엔드 플레이트(150)의 변형에 의한 높이 편차와 체결압의 불균형을 조절할 수 있다.The gasket 220 according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of fastening pressure dispersing means for supporting the fastening pressure, thereby adjusting the height deviation and the unbalance of the fastening pressure due to the deformation of the end plate 150. That is, the plurality of fastening pressure distributing means have different degrees of supporting the fastening pressure according to the area in which the plurality of fastening pressure distribution means are located, thereby adjusting the height deviation and the unbalance of the fastening pressure due to the deformation of the end plate 150.

이런 체결압 분산 수단들은 가스켓(220)에서 엔드 플레이트(150)를 향하는 면으로 기 설정된 높이(271)만큼 돌출되는 체결압 분산 돌기(270)일 수 있다. 체결압 분산 돌기(270)의 단위 면적당 차지하는 평면적은 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 좁게 형성된다. 일례로 복수 개의 체결압 분산 돌기(270)들은 도 9에 도시된 바와 같이 3개의 영역으로 구분될 수 있다. 그러면, 제1 체결압 분산 돌기(272)는 내부 중심 영역에 해당하는 제1 영역(275)에 위치하고, 제2 체결압 분산 돌기(273)는 제2 체결압 분산 돌기(273)는 제1 영역(275)으로부터 벗어난 제2 영역(276)에 위치하고, 제3 체결압 분산 돌기(274)는 외곽 테두리 영역에 해당하는 제3 영역(277)에 위치한다. 제1 체결압 분산 돌기(272), 제2 체결압 분산 돌기(273), 제3 체결압 분산 돌기(274)가 동일한 평면 크기로 형성된다면, 제1 영역(275)에서 단위 면적당 제1 체결압 분산 돌기(272)의 개수는 제3 영역(277)에서 단위 면적당 제3 체결압 분산 돌기(274)의 개수보다 많다. 즉, 체결압 분산 돌기(270)의 단위 면적당 차지하는 평면적은 제1 영역(275)에서 제3 영역(277)으로 진행할수록 점점 축소된다.The fastening pressure dispersing means may be the fastening pressure dispersing protrusion 270 protruding from the gasket 220 toward the end plate 150 by a predetermined height 271. The planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion protrusion 270 is formed to be narrower in the outer edge region than in the inner center region. For example, the plurality of fastening pressure distribution protrusions 270 may be divided into three regions as shown in FIG. 9. Then, the first fastening pressure dispersion protrusion 272 is located in the first region 275 corresponding to the inner center region, and the second fastening pressure dispersion protrusion 273 is the second fastening pressure dispersion protrusion 273 is the first region. The second fastening pressure dispersion protrusion 274 is positioned in the second region 276 away from 275, and is located in the third region 277 corresponding to the outer edge region. If the first fastening pressure dispersion protrusion 272, the second fastening pressure dispersion protrusion 273, and the third fastening pressure dispersion protrusion 274 are formed in the same plane size, the first fastening pressure per unit area in the first area 275. The number of the dispersion protrusions 272 is greater than the number of the third clamping pressure dispersion protrusions 274 per unit area in the third region 277. That is, the planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion protrusion 270 is gradually reduced as it progresses from the first area 275 to the third area 277.

이와 같이 체결압 분산 돌기(270)는 높은 체결압이 전달되는 외곽 테두리 영역에서 체결압을 지지하는 면적이 상대적으로 작아지고, 내부 중심 영역에서 상대적으로 더 많은 체결압을 지지함으로써, 체결압 불균형을 완화시킬 수 있다.As described above, the fastening pressure dispersion protrusion 270 has a relatively small area for supporting the fastening pressure in the outer edge region through which the high fastening pressure is transmitted, and supports more fastening pressure in the inner center area, thereby preventing the fastening pressure imbalance. Can be mitigated.

그리고, 도 8에 도시된 체결압 분산 돌기(270)는 가스켓(220)에서 위치하는 영역에 따라 돌출 높이(271)도 각각 다르게 형성됨으로써, 엔드 플레이트(150)의 변형에 의한 높이 편차도 보다 완화할 수 있다. 즉, 체결압 분산 돌기(270)는 가스켓(220)에서 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 낮게 형성되어, 외곽 테두리 영역에서 상대적으로 적은 체결압이 전달되게 한다.In addition, the fastening pressure dispersion protrusion 270 illustrated in FIG. 8 is formed to have different protrusion heights 271 according to regions located in the gasket 220, thereby further reducing height deviation due to deformation of the end plate 150. can do. That is, the fastening pressure distribution protrusion 270 is formed in the gasket 220 lower than the inner center region in the outer edge region, so that the relatively low tightening pressure is transmitted in the outer edge region.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 10 is a perspective view illustrating a rear surface of a gasket integrated current collector according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 10.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체(300)는 체결압 분산 수단인 체결압 분산 돌기(370)의 평면 크기가 위치하는 영역에 따라 각각 다르게 형성되어도, 도 8에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체(200)와 동일하게 체결압의 불균형을 완화시키는 효과가 있다.10 and 11, the gasket-integrated current collector 300 according to the second embodiment of the present invention may be formed according to an area in which the plane size of the clamping pressure dispersion protrusion 370, which is a clamping pressure dispersion means, is located. Even if they are formed differently, similarly to the gasket-integrated current collector 200 shown in FIG.

복수 개의 체결압 분산 돌기(370)들은 가스켓(320)에서 3개의 영역에 각각 형성된다. 제1 체결압 분산 돌기(372)는 내부 중심 영역에 해당하는 제1 영역(375)에 위치하고, 제2 체결압 분산 돌기(373)는 제2 체결압 분산 돌기(373)는 제1 영역(375)으로부터 벗어난 제2 영역(376)에 위치하고, 제3 체결압 분산 돌기(374)는 외곽 테두리 영역에 해당하는 제3 영역(377)에 위치한다. 제1 영역(375)에 위치한 제1 체결압 분산 돌기(372)는 제3 영역(377)에 위치한 제3 체결압 분산 돌기(374)에 비해 평면 크기가 작게 형성된다. 즉, 체결압 분산 돌기(370)의 평면 크기는 제1 체결압 분산 돌기(372)에서 제3 체결압 분산 돌기(374)으로 진행할수록 더 작아진다. A plurality of fastening pressure dispersion protrusions 370 are formed in three regions of the gasket 320, respectively. The first fastening pressure dispersion protrusion 372 is located in the first region 375 corresponding to the inner center region, and the second fastening pressure dispersion protrusion 373 is the second fastening pressure dispersion protrusion 373 is the first region 375. The second fastening pressure dispersion protrusion 374 is located in the second area 376, which is located outside of the second area 376. The first fastening pressure dispersion protrusion 372 positioned in the first region 375 has a smaller plane size than the third fastening pressure dispersion protrusion 374 positioned in the third region 377. That is, the plane size of the fastening pressure dispersion protrusion 370 becomes smaller as it progresses from the first fastening pressure dispersion protrusion 372 to the third fastening pressure dispersion protrusion 374.

그러면, 체결압 분산 돌기(370)는 높은 체결압이 전달되는 외곽 테두리 영역에서 체결압을 지지하는 면적이 상대적으로 적어지면서, 내부 중심 영역에서 상대적으로 더 많은 체결압을 지지하여, 체결압 불균형을 완화시킬 수 있다.Then, the fastening pressure dispersion protrusion 370 is relatively smaller in the area supporting the fastening pressure in the outer edge region to which the high fastening pressure is transmitted, while supporting a relatively higher fastening pressure in the inner center region, thereby reducing the fastening pressure imbalance. Can be mitigated.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.12 is a perspective view illustrating a rear side of a gasket integrated current collector according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 12.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체(400)는 가스켓(420)에 형성된 복수 개의 체결압 분산 수단들을 구비하여, 엔드 플레이트의 변형에 의한 높이 편차와 체결압의 불균형을 조절한다.12 and 13, the gasket integrated current collector 400 according to the third embodiment of the present invention is provided with a plurality of fastening pressure dispersing means formed in the gasket 420, to deform the end plate. Adjust the height deviation and the imbalance of the clamping pressure.

체결압 분산 수단들은 가스켓(420)의 내측으로 기 설정된 높이(471)만큼 파여지게 형성된 체결압 분산 홈(470) 또는 체결압 분산 구멍이다. 이 중에서 체결압 분산 홈(470)을 일례로 설명하면, 체결압 분산 홈(470)의 단위 면적당 차지하는 평면적은 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 넓게 형성된다. 이러한 복수 개의 체결압 분산 홈(470)들은 도 13에 도시된 바와 같이 3개의 영역으로 구분될 수 있다. 그러면, 제1 체결압 분산 홈(472)은 내부 중심 영역에 해당하는 제1 영역(475)에 위치하고, 제2 체결압 분산 홈(473)은 제2 체결압 분산 홈(473)은 제1 영역(475)으로부터 벗어난 제2 영역(476)에 위치하고, 제3 체결압 분산 홈(474)은 외곽 테두리 영역에 해당하는 제3 영역(477)에 위치한다. 제1 체결압 분산 홈(472), 제2 체결압 분산 홈(473), 제3 체결압 분산 홈(474)이 동일한 평면 크기로 형성된다면, 제1 영역(475)에서 단위 면적당 제1 체결압 분산 홈(472)의 개수는 제3 영역(477)에서 단위 면적당 제3 체결압 분산 홈(474)의 개수보다 적다. 즉, 체결압 분산 홈(470)의 단위 면적당 차지하는 평면적은 제1 영역(475)에서 제3 영역(477)으로 진행할수록 점점 증가된다.The fastening pressure dispersing means is a fastening pressure dispersing groove 470 or a fastening pressure dispersing hole formed to be excavated by a predetermined height 471 into the gasket 420. When the fastening pressure dispersion groove 470 is described as an example, the planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion groove 470 is wider in the outer edge region than in the inner center region. The plurality of fastening pressure distribution grooves 470 may be divided into three regions as shown in FIG. 13. Then, the first fastening pressure dispersion groove 472 is located in the first region 475 corresponding to the inner center region, and the second fastening pressure dispersion groove 473 is the second fastening pressure dispersion groove 473 is the first region. Located in the second region 476 away from 475, the third clamping pressure dispersion groove 474 is located in the third region 477 corresponding to the outer edge region. If the first fastening pressure dispersion groove 472, the second fastening pressure dispersion groove 473, and the third fastening pressure dispersion groove 474 have the same planar size, the first fastening pressure per unit area in the first region 475. The number of the dispersion grooves 472 is smaller than the number of the third fastening pressure dispersion grooves 474 per unit area in the third region 477. That is, the planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion groove 470 is gradually increased from the first region 475 to the third region 477.

이로 인해, 가스켓 일체형 전류 집전체(400)는 가스켓(420)이 접촉하는 면적이 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 적어지기 때문에, 높은 체결압이 전달되는 외곽 테두리 영역에서 상대적으로 적은 체결압을 지지하여, 체결압 불균형을 완화시킬 수 있다.As a result, the gasket-integrated current collector 400 has a smaller area of contact with the gasket 420 in the outer border area than the inner center area, so that a relatively low fastening pressure is achieved in the outer border area to which a high fastening pressure is transmitted. It is possible to alleviate the tightening pressure imbalance.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스 켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 14 is a perspective view illustrating a rear surface of a gasket integrated current collector according to a fourth exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 14.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체(500)는 가스켓(520)에 형성된 복수 개의 체결압 분산 수단들을 구비함으로써, 체결압 불균형을 완화시킨다. 다만, 가스켓 일체형 전류 집전체(500)는 체결압 분산 수단으로서 체결압 분산 홈(570) 또는 체결압 분산 구멍을 구비하지만, 이러한 체결압 분산 홈(570)의 평면 크기 또는 체결압 분산 구멍의 평면 크기가 가스켓(520)의 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 크게 형성되는 특징이 있다. 14 and 15, the gasket integrated current collector 500 according to the fourth embodiment of the present invention includes a plurality of fastening pressure dispersion means formed in the gasket 520, thereby alleviating the fastening pressure imbalance. Let's do it. However, although the gasket-integrated current collector 500 has a fastening pressure dispersion groove 570 or a fastening pressure dispersion hole as the fastening pressure dispersing means, the plane size of the fastening pressure dispersion groove 570 or the plane of the fastening pressure dispersion hole. The size is larger than the inner center region of the gasket 520 is formed in the outer border region.

체결압 분산 홈(570)을 일례로 설명하면, 체결압 분산 홈(570)들은 도 15에 도시된 바와 같이 3개의 영역으로 구분될 수 있다. 제1 체결압 분산 홈(572)은 내부 중심 영역에 해당하는 제1 영역(575)에 위치하고, 제2 체결압 분산 홈(573)은 제2 체결압 분산 홈(573)은 제1 영역(575)으로부터 벗어난 제2 영역(576)에 위치하고, 제3 체결압 분산 홈(574)은 외곽 테두리 영역에 해당하는 제3 영역(577)에 위치한다. 그리고, 제1 영역(575)에 위치한 제1 체결압 분산 홈(572)은 제3 영역(577)에 위치한 제3 체결압 분산 홈(574)에 비해 평면 크기가 크게 형성된다. 즉, 체결압 분산 홈(570)의 평면 크기는 제1 체결압 분산 홈(572)에서 제3 체결압 분산 홈(574)으로 진행할수록 점점 더 커지도록 형성된다. Referring to the fastening pressure dispersion groove 570 as an example, the fastening pressure dispersion grooves 570 may be divided into three regions as shown in FIG. 15. The first fastening pressure dispersion groove 572 is located in the first region 575 corresponding to the inner center region, and the second fastening pressure dispersion groove 573 is the second fastening pressure dispersion groove 573 is the first region 575. The second fastening pressure dispersion groove 574 is located in the third region 577 corresponding to the outer edge region. In addition, the first fastening pressure dispersion groove 572 positioned in the first region 575 has a larger planar size than the third fastening pressure dispersion groove 574 positioned in the third region 577. That is, the planar size of the fastening pressure dispersion groove 570 is formed to become larger as it progresses from the first fastening pressure dispersion groove 572 to the third fastening pressure dispersion groove 574.

그러면, 가스켓 일체형 전류 집전체(500)는 가스켓(520)이 접촉하는 면적이 내부 중심 영역에 비해 외곽 테두리 영역에서 더 적어지기 때문에, 높은 체결압이 전달되는 외곽 테두리 영역에서 상대적으로 적은 체결압을 지지하여, 체결압 불균형을 완화시킬 수 있다.Then, since the gasket integrated current collector 500 has a smaller area in contact with the gasket 520 in the outer edge region than the inner center region, the gasket integrated current collector 500 may have a relatively low clamping pressure in the outer edge region where high clamping pressure is transmitted. By supporting, the tightening pressure imbalance can be alleviated.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.That is, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

도 2는 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체를 나타낸 분해 사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 사시도이다.3 is a perspective view of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1.

도 5 내지 도 7은 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 매니폴드 실링부에 적용될 수 있는 형상들을 각각 나타낸 단면도들이다.5 to 7 are cross-sectional views illustrating shapes that may be applied to the manifold sealing portion of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1.

도 8은 도 1에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이다.FIG. 8 is a perspective view illustrating a rear surface of the gasket as the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 1.

도 9는 도 8에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 9 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 8.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이다. 10 is a perspective view illustrating a rear surface of a gasket as a gasket integrated current collector according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 도 10에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 11 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 10.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이다. 12 is a perspective view illustrating a rear surface of a gasket as a gasket integrated current collector according to a third embodiment of the present invention.

도 13은 도 12에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도 이다.FIG. 13 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 12.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스켓 일체형 전류 집전체로서 가스켓이 위치한 배면을 나타낸 사시도이다. 14 is a perspective view illustrating a rear surface of a gasket as a gasket integrated current collector according to a fourth embodiment of the present invention.

도 15는 도 14에 도시된 가스켓 일체형 전류 집전체의 배면을 나타낸 평면도이다.FIG. 15 is a plan view illustrating a rear surface of the gasket integrated current collector illustrated in FIG. 14.

도 16은 종래의 연료전지 스택 내부의 매니폴드 영역에서 부식이 발생된 상태를 촬영한 사진이다.16 is a photograph of a state where corrosion occurs in a manifold region inside a conventional fuel cell stack.

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

100 : 연료전지 스택 110 : 단위 전지100: fuel cell stack 110: unit cell

120 : 막-전극 접합체 150 : 엔드 플레이트120 membrane-electrode assembly 150 end plate

200 : 가스켓 일체형 전류 집전체 210 : 전류 집전판200: gasket integrated current collector 210: current collector

220 : 가스켓 230, 240, 250, 260 : 매니폴드 실링부220: gasket 230, 240, 250, 260: manifold sealing portion

Claims

A unit cell assembly in which a plurality of unit cells generating electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are sequentially stacked and coupled;

A gasket-integrated current collector configured to stack and couple the unit cell assembly to draw electrical energy generated by the unit cell assembly to the outside; And

And end plates coupled at both ends of the unit cell assembly while applying a predetermined clamping pressure.

The gasket integrated current collector

A current collector plate formed of an electrically conductive material such that a manifold, which is a flow path of reaction gas or cooling water flowing into the unit cell assembly, is formed and the electrical energy is drawn out to the outside; And

And a gasket having a manifold sealing part that is tightly coupled to one surface of the current collector plate and surrounds an inner edge of the manifold.

The gasket includes a plurality of fastening pressure dispersing means for transmitting the fastening pressure, and the plurality of fastening pressure dispersing means have different degrees of supporting the fastening pressure according to a region located in the gasket. .

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The method of claim 1,

The fastening pressure dispersing means is a fastening pressure dispersing protrusion protruding from the gasket toward the end plate,

The planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion protrusion is narrower in the outer edge region than the inner center region in the gasket.

The method of claim 1,

The protrusion height of the fastening pressure dispersion protrusion is lower in the outer edge region than the inner center region in the gasket.

The method of claim 1,

The plane size of the fastening pressure distribution protrusion is formed in the fuel cell stack is smaller in the outer edge region than the inner center region in the gasket.

The method of claim 1,

The fastening pressure dispersing means is any one of a fastening pressure dispersing groove or a fastening pressure dispersing hole dug into the inside of the gasket,

And a planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion groove or a planar area occupied per unit area of the fastening pressure dispersion hole is wider at an outer edge region than the inner central region of the gasket.

The method of claim 1,

And a plane size of the fastening pressure dispersion groove or a plane size of the fastening pressure dispersion hole is larger in the outer edge region of the gasket than in the inner center region of the gasket.

The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,

The manifold sealing portion has a wedge shape protruding in the direction in which the current collector plate is interviewed, and has a higher thickness than the current collector plate, and the coupling groove into which the current collector plate is inserted is dug inward.

The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,

The current collector plate has a draw tab that protrudes further to the outside of the unit cell assembly for drawing electrical energy to the outside, the draw tab is located within the size range of the end plate.

The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,

The current collector plate is a fuel cell stack made of an electrically conductive material selected from the group consisting of stainless steel, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy.

The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,

The gasket is a fuel cell stack made of any one selected from the group consisting of silicon, fluorine, olefin, EPDM (Ethylene Propylene Diene Trepolymer) rubber, glass fiber reinforced silicon sheet, and teflon sheet.