KR100980995B1 - 연료전지용 지능형 전극막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 지능형 전극막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있는 수단과, 연료전지 스택의 저온 시동시 외부 저온 열원으로부터 전극막의 촉매층으로 전달되는 열유동을 차단시켜 줄 수 있는 수단이 구비된 연료전지용 지능형 전극막에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 이온교환막 양면에 촉매층이 도포되고, 이온교환막의 테두리쪽 양면에 이온교환막 지지 필름이 부착된 구조의 전극막과; 상기 전극막의 촉매층 외곽을 따라 이온교환막 지지 필름의 일표면에 부착되는 유연성 기판과; 상기 유연성 기판의 일끝단부에 부착되는 기판 회로단자와; 상기 기판 회로단자에 체결되어 외부제어기와 신호 교환 가능하게 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되고, 상기 유연성 기판에는 전열 발열체와, 이 전열 발열체의 온도를 측정하기 위한 전열 발열체 온도 센서와, 전극막의 온도를 측정하기 위한 전극막 온도센서와, 단위전지의 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점이 소정의 배열을 이루며 상기 기판 회로단자와 신호 교환 가능하게 부착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막을 제공한다.
Figure R1020070059866
연료전지, 지능형 전극막, 유연성 기판, 전기 접점, 온도센서, 전열발열체, 기판 회로단자, 커넥터, 외부제어기, 이온교환막 지지 필름, 촉매층

Description

연료전지용 지능형 전극막{Intelligent MEA for fuel cell}
도 1은 3개의 단위전지로 구성된 연료전지 스택의 일반적인 모식도,
도 2는 일반적인 전극막(MEA)의 모식도,
도 3 및 도 4는 종래에 단위전지의 전압을 측정할 때, 차량 주행시 발생하는 진동과 충격에 의해 분리판이 깨지는 현상을 보여주는 사진,
도 5는 본 발명에 따른 지능형 전극막을 위한 유연성 기판을 나타내는 평면도,
도 6은 도 5의 유연성 기판이 부착된 지능형 전극막을 나타내는 평면도 및 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 지능형 전극막이 연료전지 스택을 구성하는 단위전지로 구성된 예를 보여주는 개략도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 다른 실시예를 나타내는 평면도 및 단면도,
도 9는 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 또 다른 실시예를 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 유연성 기판을 전극막의 이온교환막 지지 필름 위에 유연 성기판 고정 필름으로 접합시키는 것을 설명하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전극막
101 : 가스켓
102 : 가스 확산층
103 : 분리판
104 : 전기적 접점
200 : 이온교환막
201 : 촉매층
202 : 이온교환막 지지필름
203 : 유연성기판 고정 필름
300 : 폴리머 절연 필름
301 : 전열 발열체
302 : 전열 발열체 온도 센서
303 : 전극막 온도센서
304,304' : 저항 측정을 위한 전기 접점
305,305' : 전압 측정을 위한 전기 접점
306 : 기판 회로단자
307 : 연장단
308 : 분기단
309 : 사이드 장착형 기판 회로단자
400 : 유연성 기판
500 : 지능형 전극막
본 발명은 연료전지용 지능형 전극막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있는 수단과, 연료전지 스택의 저온 시동시 외부 저온 열원으로부터 전극막의 촉매층으로 전달되는 열유동을 차단시켜 줄 수 있는 수단이 구비된 연료전지용 지능형 전극막에 관한 것이다.
연료전지 자동차의 메인 동력(Main Power) 공급원인 연료전지 스택은 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급 받아서 전기를 생산하는 장치이며, 자동차에 적용되는 연료전지 스택은 약 400개 이상의 단위전지로 구성되어 있고, 각 단위전지는 약 0.6V~1.0V의 전압을 형성한다.
첨부한 도 1은 3개의 단위전지로 구성된 연료전지 스택의 일반적인 모식도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 상기 단위전지는 전극막(100)(Membrane electrode Assembly, MEA), 가스 확산층(102)(Gas Diffusion Layer, GDL), 분리판(103) (separator) 및 기밀을 유지하기 위한 가스켓(101)으로 구성된다.
연료전지 스택의 운전 시, 일반적으로 각 단위 전지의 상태를 확인하기 위해 분리판(103)에 측정 단자로서 전기적 접점(105)을 만들어 주고 단위 전지의 전압을 관찰한다.
이러한 단위 전지의 전압 측정 장치(Cell Voltage Monitor System, CVMS)는 분리판(103)과의 전기적 접점(105)을 만들어 주는 측정 단자와 전압을 측정할 수 있는 제어장치로 구성된다.
위에서 언급한 바와 같이, 차량용 연료전지 스택은 400개 이상의 단위전지로 구성되며 스택 조립 후, 각 단위전지에 전압 단자를 설치하는 작업은 많은 시간이 소요되며 연료전지 스택 양산화 시, 생산 속도에 영향을 주는 문제점으로 여겨지고 있다.
즉, 종래 기술로서 단위전지의 전압을 측정하기 위해 상기 분리판(103) 측면에 측정단자로서 전기적 접점이 되는 전기 전도성 단자가 삽입될 수 있도록 홈을 만들어 주고 순서대로 단자를 삽입시키게 되는데, 첨부한 도 3 및 도 4의 사진에 나타낸 바와 같이 차량 주행시 발생하는 진동과 충격에 의해 분리판이 깨지는 현상이 발생할 뿐만 아니라, 분리판과의 접촉성이 저하되거나 단자가 이탈하는 현상이 발생될 수 있으며, 또한 단자를 순서대로 삽입하는데 많은 시간이 걸리는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위한 접촉 단자 설계 기술로서, 미국특허(등록번호6410176와 공개번호 20030092292)에는 탄성 재질의 접촉 단자를 이용해 분리판 측면에 압착하는 방법이 개시되어 있고, 미국특허(공개번호 20020090540)에는 PCB (Printed Circuit Board)에 접촉점을 만들고 분리판 측면에 붙이는 방법이 개시되어 있으며, 그 밖에 스프링을 장착하여 탄성력을 부가한 전기 접촉 단자를 이용해 전압을 측정하는 방법이 공지되어 있다.
그러나 이러한 선행기술들의 공통적인 문제점은 분리판의 간격이 일정하지 않음에 따라, 연료전지 스택을 구성하는 단위 전지 수가 작을 경우에는 직렬로 배열된 탄성 접촉 단자를 갖는 커넥터를 스택의 제작 공차를 감안하여 설계한 후, 분리판에 장착할 수 있으나 200셀 이상의 단위전지로 구성되는 연료전지 스택의 경우, 전체 스택 길이의 제작 공차로 인해 단자 설계 자체가 매우 어려운 문제점이 있다.
첨부한 도 2는 일반적인 전극막(100)(MEA)의 모식도이다.
도 2에서 보듯이, 상기 전극막(100)은 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 이온교환막 (또는 전해질막)(200) 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매층(201)를 도포한 형태이며, 이온교환막의 강성 보강 및 핸들링의 용이성을 위해 지지필름(202)을 양면에 부착하여 준 구조를 가지고 있다.
연료전지 스택이 양산화 되기 위해서 극복되어야 할 가장 큰 문제점은 빙점 이하에서의 시동성이다.
저온 상태에서는 이온교환막(200)의 이온 전도도가 급격히 떨어지면 연료전지 스택의 성능이 떨어지게 되는데. 특히 빙점 이하에서는 수소와 산소가 반응한 후 발생하는 수증기가 촉매층(201)에서 얼어 붙어 반응 자체가 이루어지지 않는 상태가 될 수 있다.
따라서, 빙점 이하에서 연료전지를 시동시키는 것은 현재 연료전지 관련 모든 업체 및 연구 기관에서 주요한 이슈가 되고 있다.
이에, 연료전지 스택의 저온 시동성을 향상시키기 위해서는 연료전지 스택의 온도를 빠른 시간 내에 정상 상태로 올려야 하고, 이를 구현하기 위해 사용되고 있는 방법으로는:
1. 연료전지 스택의 양 끝단에 있는 연료전지 스택 체결 장치나 전기 집전판 부위에 전기적인 발열장치를 설치하는 방법과;
2. 단열재를 사용하여 연료전지에서 발생되는 열이 스택 자체의 온도를 높이는데 이용되지 못하고, 차가운 외기로 방출되는 것을 방지하기 위해 단열재로 연료전지 스택 전체를 감싸주는 방법;
3. 초기 연료전지 스택에서 발생하는 전기 에너지로 냉각수를 가열하여 연료전지 스택에 공급해 주는 방법; 등을 적용하고 있다.
상기와 같이, 연료전지 스택이 빙점 이하에서 시동이 되어 정상상태로 작동하기 위해서는 스택의 온도를 빠른 시간 내에 빙점 이상으로 올려주어야 하는데, 연료전지 스택에서는 수소와 산소가 반응하여 물, 열, 전기가 발생하면서 자체적으로 발열되는 에너지만을 가지고 스택의 온도를 빙점 이상으로 올려 주기에는 에너지 량이 많이 부족하다.
특히, 반응 생성수가 촉매층 표면에서 빙결되기 전, 즉 스택에서 전기화학 반응이 일어나지 못하는 상황이 도달하기 이전에 연료전지 스택의 온도가 빙점 이상에 도달하여야 한다. 이를 구현하기 위한 선행기술로서 미국특허(공개번호 20060240300)에는 최외각 단위전지(End Cell) 옆에 연소실을 설치하여 스택 해동하는 기술이 개시되어 있고, 미국특허(공개번호 20050277003)에는 전기적 히터를 사용하여 연료전지 냉각판을 가열하는 방식이 개시되어 있으며, 미국특허(등록번호6916566)에는 열교환기를 이용하여 연료전지 공기 공급 컴프레서의 폐열을 이용하여 해동하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 선행기술들은 연료전지 최외각의 단위전지를 가열함으로써 차가운 대기에 가장 많이 노출되는 최외각 단위전지의 온도를 높여주는 방법이나 이는 스택을 구성하는 전체를 가열시키지는 못한다.
또한, 초기 스택에서 발생하는 전기에너지로 냉각수를 가열하여 스택에 공급하는 방법이나 열교환기 등을 사용하는 방법은 매개물질을 가열하는데 많은 시간이 걸릴 뿐만 아니라, 열교환기의 효율 등을 고려해 볼 때 효과적이지 못하다.
또한, 단열재로 스택을 감싸는 것은 저온에서 운전 후 스택의 온도가 떨어지는 것을 방지하는 효과가 있고, 시동시 스택에서 발생한 열을 외기로 빼앗기지 않게 하게 하여 스택이 온도가 빙점 이상으로 올라가는 시간을 단축시키는데 도움이 되나 능동적으로 스택의 온도를 올려주는 역할을 하지는 못한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 감안하여 연구된 결과물로서, 유연성 기판(flexible PCB)에 전열 발열체 및 온도 센서, 그리고 전기적 접촉점을 구성하여, 전극막에 부착시킴으로써, 전극막의 저항, 온도 및 연료전지 스택 을 구성하는 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있고, 더 나아가 연료전지 스택의 저온 시동시, 외부 저온 열원으로부터 전극막의 촉매층으로 전달되는 열유동을 차단시켜 줄 수 있도록 한 연료전지용 지능형 전극막을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이온교환막 양면에 촉매층이 도포되고, 이온교환막의 테두리쪽 양면에 이온교환막 지지 필름이 부착된 구조의 전극막과; 상기 전극막의 촉매층 외곽을 따라 이온교환막 지지 필름의 일표면에 부착되는 유연성 기판과; 상기 유연성 기판의 일끝단부에 부착되는 기판 회로단자와; 상기 기판 회로단자에 체결되어 외부제어기와 신호 교환 가능하게 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되고, 상기 유연성 기판에는 전열 발열체와, 이 전열 발열체의 온도를 측정하기 위한 전열 발열체 온도 센서와, 전극막의 온도를 측정하기 위한 전극막 온도센서와, 단위전지의 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점이 소정의 배열을 이루며 상기 기판 회로단자와 신호 교환 가능하게 부착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 유연성 기판은 폴리이미드 재질의 폴리머 절연 필름으로 만들어진 것으로서, 상기 전극막의 촉매층 외곽라인을 따라 부착되는 직사각틀 라인과, 이 직사각틀 라인의 하단에서 외부쪽으로 연장된 연장단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 전열 발열체는 기판 회로단자와 전기적으로 연결되면서 상기 유연성 기판의 직사각틀 라인과 연장단의 외곽라인을 따라 부착된 것을 특징으로 한다.
상기 전열 발열체 온도 센서와, 전극막 온도센서와, 전압 및 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점은 상기 유연성 기판의 연장단이 시작되는 부분에 나란히 부착되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 유연성 기판의 연장단에 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점을 갖는 분기단을 일체로 더 형성하여, 상기 연장단은 전극막의 일측면에 위치되도록 하고, 분기단은 전극막의 반대면에 위치되도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 유연성 기판의 연장단에 형성된 기판 회로단자를 90도 꺽어진 위치로서 연장단의 하단부가 아닌 측단부쪽으로 형성하여 커넥터를 슬라이드 방식으로 장착할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 유연성 기판과 상기 전극막의 이온교환막 지지 필름간의 접합력 보강을 위하여 상기 유연성 기판을 포함하는 이온교환막 지지 필름 표면에 유연성기판 고정 필름이 덮혀지며 부착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온교환막 지지필름과의 접척력을 보강할 수 있도록 상기 유연성 기판의 크기를 이온교환막 지지 필름과 동일한 면적으로 제작한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 지능형 전극막을 위한 유연성 기판을 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5의 유연성 기판이 부착된 지능형 전극막을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
본 발명에 따른 지능형 전극막은 이온교환막(또는 전해질막)(200) 양면에 촉매층(201)이 도포된 통상의 전극막(100)에 유연성 기판(flexible PCB)(400)을 부착시킨 것으로서, 특히 유연성 기판에는 전열 발열체(301), 전열 발열체 온도 센서(302), 전극막 온도센서(303), 저항 측정을 위한 전기 접점(304) 및 전압 측정을 위한 전기 접점(305)가 구비된 점에 특징이 있다.
이러한 구성을 통하여, 전극막(100)의 저항, 온도 및 연료전지 스택을 구성하는 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있고, 또한 연료전지 스택의 저온 시동시 외부 저온 열원으로부터 전극막(100)의 촉매층(201)으로 전달되는 열유동을 차단시켜 줄 수 있다.
여기서, 상기 유연성 기판의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 유연성 기판(400)의 모재가 되는 폴리이미드(Polyimide)와 같은 폴리머 절연체로 이루어진 폴리머 절연 필름(300)을 직사각틀 형상으로 구비한다.
이때, 상기 폴리머 절연 필름(300)의 하단부에는 센서 및 전기 접점 그리고 기판 회로단자 등이 설치될 수 있도록 그 면적이 외측으로 연장된 연장단(307)이 일체로 형성된다.
또한, 상기 폴리머 절연 필름(300)의 직사각틀 라인 및 그 연장단(307)의 외곽을 따라 전기적으로 가열되는 전열 발열체(301)가 부착된다.
또한, 상기 폴리머 절연 필름(300)의 연장단(307) 하단끝부에는 커넥터에 의하여 외부 제어기(미도시됨)와 신호 교환 가능하게 연결되는 기판 회로단자(306)가 장착된다.
특히, 상기 전열 발열체(301)의 온도를 측정하기 위한 전열 발열체 온도 센서(302)와, 전극막(100)의 온도를 측정하기 위한 전극막 온도센서(303)와, 단위전지의 전압 및 저항을 측정하기 위한 저항 측정을 위한 전기 접점(304) 및 전압 측정을 위한 전기 접점(305)이 소정의 배열을 이루며 상기 기판 회로단자(306)와 신호 교환 가능하게 장착된다.
이렇게 구비된 유연성 기판(400)을 전극막(100)에 부착하게 되면, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 지능형 전극막(Intelligent MEA)으로 제작된다.
전술한 바와 같이, 상기 전극막(100)은 이온교환막(200) 양면에 촉매층(201)를 도포한 형태이며, 이온교환막의 강성 보강 및 핸들링의 용이성을 위해 지지필름(202)을 양면에 부착하여 준 구조로서, 이 전극막(100)에 유연성 기판(400)을 부착시키되, 상기 폴리머 절연 필름(300)의 직사각틀 라인이 전극막(100)의 촉매층(201) 외곽라인과 인접되게 부착시키게 된다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 지능형 전극막(500)은 도 7에 도시된 바와 같이, 가스 확산층(102), 분리판(103), 기밀 유지용 가스켓(101)과 함께 연료전지 스택을 구성하는 단위전지로 구성될 수 있다.
즉, 상기 지능형 전극막(500)을 중심으로 그 양쪽에 가스 확산층(102)이 위치하고, 가스 확산층(102) 양쪽에 분리판(103)이 위치하고, 특히 지능형 전극 막(500)을 구성하고 있는 유연성 기판(400)의 폴리머 절연 필름(300)의 연장단(307)이 외부로 노출되며, 이때 연장단(307)에 구비된 기판 회로단자(306)가 외부로 노출되는 상태가 된다.
이에, 기존과 같이 분리판(103)에 별도의 측정 단자를 마련해 주지 않더라도, 상기 기판 회로단자(306)를 이용하여 가스 확산층(GDL)(102)과 접촉하는 전압 측정용 전기 접점(305)을 통하여 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 상기 저항 측정을 위한 전기 접점(304)은 전극막(100)과 가스 확산층(102)의 열화(Degradation) 정도를 파악하기 위해 사용되며, 그 저항은 외부 제어기에서 측정하여 전극막(100)과 가스 확산층(102)의 손상 정도를 예측하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 상기 분리판이 흑연 재질로 되어 있더라도 단자 연결에 기인한 파손의 위험이 없으며, 박막의 금속판으로 제작된 분리판의 경우에도 용접과 같은 방법에 의한 별도의 단자 연결이 필요치 않게 된다.
또한, 여러 개의 전기적 접점이 직렬로 구성된 커넥터를 설계할 경우, 분리판의 두께가 변하거나 연료전지 스택의 체결 압력이 변하여 단위전지 간의 간격이 바뀌면 재설계를 하여야 하며, 조립 공차에 의해서도 접촉이 고르게 이루어지지 않을 가능성이 있으나, 본 발명에 따른 유연성 기판(400)은 그 기판 회로단자(306)의 위치 자유도가 높아 큰 조립 공차를 가지는 연료전지 스택에서도 용이하게 적용할 수 있다.
한편, 상기 유연성 기판(400)의 전열 발열체(301)는 저온 시동시, 외부의 저 온 열원으로부터 지능형 전극막(500)을 보호하는 역할을 한다.
즉, 상기 전열 발열체(301)에 공급되는 전류량은 전열 발열체 온도센서(302)와 전극막 온도센서(303)에서 검출한 온도 차이를 외부의 제어기에서 감지하여 조정되며, 전극막이 손상되지 않는 온도 범위 내에서 가열이 이루어지도록 제어된다.
이에, 연료전지 스택을 외부의 저온 열원으로부터 보호하기 위하여 적용하고 있는 단열재의 사용량을 줄일 수 있고, 직접적으로 전극막을 가열함으로써 스택의 전기에너지를 열에너지로 바꿔 스택을 다시 가열해 주는 기존의 방법에 비해 효율이 매우 높으며, 또한 상기 전열 발열체(301)에서 소모되고 남는 스택의 전력은 냉각수를 데워주는데 사용될 수 있는 잇점이 있다.
여기서, 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 8은 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
상술한 바와 같이, 상기 폴리머 절연 필름(300)의 연장단(307) 하단 끝부에는 커넥터에 의하여 외부 제어기(미도시됨)와 신호 교환 가능하게 연결되는 기판 회로단자(306)가 장착되고, 단위전지의 전압 및 저항을 측정하기 위한 저항 측정을 위한 전기 접점(304) 및 전압 측정을 위한 전기 접점(305)이 소정의 배열을 이루며 상기 기판 회로단자(306)와 신호 교환 가능하게 장착된다.
다른 실시예로서, 상기 연장단(307)에 분기단(308)을 형성하여, 연장단(307)은 전극막(100)의 일측면에 위치되도록 하고, 분기단(308)은 전극막(100)의 반대면 으로 끼워지며 위치되도록 한다.
이때, 상기 분기단(308)에도 단위전지의 저항 측정을 위한 전기 접점(304') 및 전압 측정을 위한 전기 접점(305')이 상기 기판 회로단자(306)와 신호 교환가능하게 부착된다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이 전극막의 양면에서 직접 전압을 측정하여 분리판의 저항 성분을 배제하고 전압 및 저항을 측정할 수 있는 편리성을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 또 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 9는 본 발명의 유연성 기판에 구비되는 기판 회로단자의 또 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
다른 실시예로서, 도 9에 도시된 유연성 기판(400)의 기판 회로단자는 90도 회전된 위치 즉, 연장단(307)의 하단부가 아닌 측단부에 형성된 점에 특징이 있다.
보다 상세하게는, 도 9에 도시된 유연성 기판(400)의 기판 회로단자(309)는 외부 제어기로 부터 연결되는 커넥터를 슬라이드 방식으로 장착할 수 있도록 한 사이드(side) 장착형 기판 단자(309)으로 형성된 것이다.
따라서, 많은 수의 단위전지가 좁은 간격으로 직렬로 연결된 연료전지 스택에서 수직방향으로 단자가 연결될 경우, 각각의 단자를 커넥터에 삽입하는데 어려움이 있지만, 도 9에 도시된 바와 같이 사이드 장착형 기판 회로단자(309)로 설계할 경우, 직렬로 연결된 기판 단자들을 커넥터에 삽입하는데 용이한 장점을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 유연성 기판을 전극막에 접착 고정시키는 바람직한 방법으로서, 첨부한 도 10에 도시된 바와 같이 유연성 기판(400)을 전극막(100)의 이온교환막 지지 필름(202) 위에 접합하게 되는데, 유연성 기판(400)과 이온교환막 지지 필름(202)의 접합이 용이하지 않는 경우에는 이온교환막 지지 필름(202)와 압착이 가능한 유연성기판 고정 필름(203)을 이용하여 유연성 기판(400)을 전극막(100)에 고정시키면 된다.
즉, 상기 유연성 기판(400)을 포함하는 이온교환막 지지 필름(202) 표면에 걸쳐서 유연성기판 고정 필름(203)이 덮혀지며 부착되어, 상기 유연성 기판(400)과 상기 전극막(100)의 이온교환막 지지 필름(202)간의 접합력 보강을 실현할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 지능형 전극막에 의하면, 전열 발열체 및 온도 센서, 그리고 단위전지의 저항 및 전압을 측정하기 위한 전기 접점이 집약된 유연성 기판을 구비하여 전극막에 부착시킴으로써, 전극막의 저항, 온도 및 연료전지 스택을 구성하는 단위전지의 전압을 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 전열 발열체에 공급되는 전류량은 전열 발열체 온도센서와 전극막 온도센서에서 검출한 온도 차이를 외부의 제어기에서 감지하여 조정되도록 함으로써, 연료전지 스택을 외부의 저온 열원으로부터 보호하기 위하여 적용하고 있는 단열재의 사용량을 줄일 수 있고, 연료전지 스택의 저온 시동시, 외부 저온 열원으로부터 전극막의 촉매층으로 전달되는 열유동을 차단시켜 줄 수 있다.

Claims (8)

  1. 이온교환막 양면에 촉매층이 도포되고, 이온교환막의 테두리쪽 양면에 이온교환막 지지 필름이 부착된 구조의 전극막과;
    상기 전극막의 촉매층 외곽을 따라 이온교환막 지지 필름의 일표면에 부착되는 유연성 기판과;
    상기 유연성 기판의 일끝단부에 부착되는 기판 회로단자와;
    상기 기판 회로단자에 체결되어 외부제어기와 신호 교환 가능하게 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되고,
    상기 유연성 기판에는 전열 발열체와, 이 전열 발열체의 온도를 측정하기 위한 전열 발열체 온도 센서와, 전극막의 온도를 측정하기 위한 전극막 온도센서와, 단위전지의 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점이 소정의 배열을 이루며 상기 기판 회로단자와 신호 교환 가능하게 부착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유연성 기판은 폴리이미드 재질의 폴리머 절연 필름으로 만들어진 것으로서, 상기 전극막의 촉매층 외곽라인을 따라 부착되는 직사각틀 라인과, 이 직사각틀 라인의 하단에서 외부쪽으로 연장된 연장단으로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 전열 발열체는 기판 회로단자와 전기적으로 연결되면서 상기 유연성 기판의 직사각틀 라인과 연장단의 외곽라인을 따라 부착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 전열 발열체 온도 센서와, 전극막 온도센서와, 전압 및 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점은 상기 유연성 기판의 연장단이 시작되는 부분에 나란히 부착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유연성 기판의 연장단에 저항을 측정하기 위한 전기 접점 및 전압 측정을 위한 전기 접점을 갖는 분기단을 일체로 더 형성하여, 상기 연장단은 전극막의 일측면에 위치되도록 하고, 상기 분기단은 전극막의 반대면에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유연성 기판의 연장단에 형성된 기 판 회로단자를 90도 꺽어진 위치로서 연장단의 하단부가 아닌 측단부쪽으로 형성하여 커넥터를 슬라이드 방식으로 장착할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 유연성 기판과 상기 전극막의 이온교환막 지지 필름간의 접합력 보강을 위하여 상기 유연성 기판을 포함하는 이온교환막 지지 필름 표면에 유연성기판 고정 필름이 덮혀지며 부착된 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 이온교환막 지지필름과의 접척력을 보강할 수 있도록 상기 유연성 기판의 크기를 이온교환막 지지 필름과 동일한 면적으로 제작한 것을 특징으로 하는 연료전지용 지능형 전극막.
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