KR100984934B1 - 연료 전지 - Google Patents

연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR100984934B1
KR100984934B1 KR1020087006730A KR20087006730A KR100984934B1 KR 100984934 B1 KR100984934 B1 KR 100984934B1 KR 1020087006730 A KR1020087006730 A KR 1020087006730A KR 20087006730 A KR20087006730 A KR 20087006730A KR 100984934 B1 KR100984934 B1 KR 100984934B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow path
oxidizing gas
gas
fuel cell
cathode
Prior art date
Application number
KR1020087006730A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080037100A (ko
Inventor
다카시 나카가와
마사토시 데라니시
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파나소닉 주식회사 filed Critical 파나소닉 주식회사
Publication of KR20080037100A publication Critical patent/KR20080037100A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100984934B1 publication Critical patent/KR100984934B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04171—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal using adsorbents, wicks or hydrophilic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은 고분자 전해질의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 하면서 또 공기극 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있는 연료 전지를 제공한다. 본 발명의 연료 전지는 고분자 전해질막, 한쌍의 촉매 전극 및 한쌍의 금속 세퍼레이터를 구비한다. 공기극 세퍼레이터(700)는 촉매 전극에 산화 가스를 공급하기 위한 산화 가스 유로(714)를 가진다. 산화 가스 유로(714)는 산화 가스 공급 매니폴드(710) 근방의 유로와 산화 가스 배출 매니폴드(712) 근방의 유로가 동일 면내에서 인접하도록 형성되어 있고, 또 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 형성되어 있다.

Description

연료 전지{FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지에 관한 것으로서, 특히, 고분자 전해질막을 가지는 고체 고분자형 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지는, 기본적으로는, 수소 이온을 선택적으로 수송하는 고분자 전해질막, 및 고분자 전해질막을 협지하는 한쌍의 촉매 전극(연료극 및 공기극)으로 구성된다. 상기 구성을 가지는 연료 전지는, 연료극(애노드)에 공급되는 연료 가스(수소를 포함) 및 공기극(캐소드)에 공급되는 산화 가스(산소를 포함)를 이용하여, 전기 에너지를 계속적으로 추출할 수 있다.
촉매 전극은, 고분자 전해질막 측에 위치하여, 촉매 전극 내에 있어서의 산화 환원 반응을 촉진시키는 촉매층과, 촉매층의 외측에 위치하여, 통기성 및 도전성을 가지는 가스 확산층으로 구성된다. 또, 가스 확산층은 촉매층 측에 위치하여, 촉매층과의 접촉성을 향상시키는 카본 코트층과, 외부로부터 공급되는 가스를 확산시켜 촉매층에 공급하기 위한 가스 확산 기재층(基材層)으로 구성된다. 이들 고분자 전해질막 및 한쌍의 촉매 전극(촉매층, 카본 코트층 및 가스 확산 기재층) 을 일체화한 것은, 막 전극 접합체(membrane electrode assembly；이하 「MEA」라고 함)라고 불린다.
MEA는 적층됨으로써 전기적으로 직렬로 접속될 수 있다. 이때, 연료 가스와 산화 가스를 섞이지 않게 하기 위해, 및 각 MEA를 전기적으로 직렬로 접속하기 위해, 도전성을 가지는 세퍼레이터(separator)가 각 MEA의 사이에 배치된다. MEA를 한쌍의 세퍼레이터로 협지한 것은 「연료 전지 셀」 또는 그냥 「셀」이라고 불리며, 복수의 연료 전지 셀 적층체는 「연료 전지 스택」 또는 그냥 「스택」이라고 불린다.
연료 전지 셀에 있어서, 세퍼레이터의 촉매 전극과 접하는 면에는, 촉매 전극에 반응 가스(연료 가스 또는 산화 가스)를 제공하기 위하여 및, 잉여 가스 및 잉여 수분을 배출하기 위한 가스 유로가 형성되어 있다. 세퍼레이터 내의 가스 유로는, 통상, 직선 형태의 복수의 병행 유로로서, 매니폴드(manifold)라고 불리는 연료 전지 스택을 관철하는 관과 연통하고 있다. 매니폴드는, 연료 전지 스택 내의 모든 연료 전지 셀에 대해, 가스 유로로의 반응 가스의 공급 및, 가스 유로로부터의 잉여 가스 및 잉여 수분의 배출을 행한다.
통상, 셀 또는 스택은 집전판, 절연판 및 앤드 플레이트(end plate)에 의해 협지되어, 일반적으로 이용되는 형태의 연료 전지가 된다.
상기 구성을 가지는 연료 전지에 있어서, 연료극에 수소를 포함한 연료 가스를, 공기극에 산소를 포함한 산화 가스를 공급하면, 이하의 반응에 의해 전기 에너지를 얻을 수 있다.
우선, 연료극에 공급된 수소는 연료극의 가스 확산층을 확산하여 촉매층에 달한다. 촉매층에 있어서, 수소는 수소 이온과 전자로 나누어진다. 수소 이온은 보수(保水) 상태의 고분자 전해질막을 통해 공기극으로 이동한다. 전자는 외부 회로를 통해 공기극으로 이동한다. 이때, 외부 회로를 통과하는 전자는 전기 에너지로서 이용될 수 있다. 공기극의 촉매층에서는, 고분자 전해질막을 통해 이동하여 온 수소 이온과, 외부 회로를 통해 이동하여 온 전자와, 공기극에 공급된 산소가 반응하여, 물이 생성된다.
연료 전지는, 상기와 같이, 발전 반응에 수반하여 물을 생성한다. 연료 전지는, 셀 내부가 습윤 과다하게 되면 발전 효율이 떨어져 버리기 때문에, 발전시에 생성된 물은 세퍼레이터의 가스 유로를 흐르는 가스에 의해 외부로 배출된다.
수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막은, 퍼플루오로 술폰산계 재료가 사용되는 일이 많다. 이 고분자 전해질막은, 충분히 보수(保水)하고 있으면 이온 전도성을 가지지만, 건조해 버리면 이온 전도성을 상실하게 된다. 따라서, 연료 전지 셀의 전면(全面)에 있어서 발전 반응을 효율적으로 발생시키기 위해서는, 셀 내부의 건조를 방지하면서 또 셀 내부의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 만드는 것이 필요하다.
종래, 셀 내부의 건조를 방지하면서 또, 셀 내부의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 하기 위해, 외부로부터 셀 내부를 가습하는 외부 가습 방식이 취해져 왔다. 외부 가습 방식에서는, 외부 가습기는 이슬점 온도가 연료 전지 셀 내부의 온도보다 높은 반응 가스를 셀 내부에 공급함으로써, 셀 내부를 과습(過濕) 상태로 만든다. 그러나, 이 방식에는, 가스 확산층 내부에 물방울이 발생하게 되어, 촉매층에 대한 반응 가스의 공급이 저해되어 버리는 플러딩 현상이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또, 외부 가습기가 필요하기 때문에, 연료 전지 시스템의 저 코스트화가 곤란하다고 하는 문제도 있다. 더구나, 연료 전지 셀 내부의 온도를 외부 가습기로 실현가능한 반응 가스의 이슬점 온도보다 낮게 해야 하기 때문에, 발전 효율이 높은 고온에서의 운전을 할 수 없다고 하는 문제도 있다.
상기 외부 가습 방식의 문제점을 해결하는 방식으로서 발전 반응에 의해 생기는 물을 셀 내부에 확산시킴으로써 셀 내부를 가습하는 내부 가습 방식이 있다. 그러나, 내부 가습 방식에서는, 외부로부터 공급되는 반응 가스는 건조해 있기 때문에, 반응 가스의 입구측의 고분자 전해질막이 건조되기 쉽다. 한편, 가스 유로를 통과한 반응 가스는 발전 반응에 의해 생성된 수분을 포함하기 때문에, 반응 가스의 출구측의 고분자 전해질막이 습윤 과다하게 되는 일이 많다. 이와 같이, 내부 가습 방식에는, 셀 내부의 면내 방향의 수분 분포에 편향이 생기기 때문에, 발전 반응은 주로 반응 가스 출구 측에서 일어나게 되어, 전체적으로 발전 효율이 저하해 버린다고 하는 문제가 있다.
상기 내부 가습 방식의 문제점을 해결하는 방식으로서, 반응 가스 공급 매니폴드와 반응 가스 배출 매니폴드를 인접시키는 방식이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 1은, 특허 문헌 1의 연료 전지 셀의 정면도(투시도)이다. 연료극측 세퍼레이터의 구조는 실선으로 표시되어 있고, 공기극측 세퍼레이터의 구조는 점선으로 표시되어 있다. 도 1에 있어서, 연료 가스 공급 매니폴드(10) 및 연료 가스 배출 매니폴드(12)는 서로 인접하도록 배치되어 있으며, 직사각형 모양의 연료 가스 유로(14)에 의해 서로 연통(連通)되어 있다. 마찬가지로, 산화 가스 공급 매니폴드(20) 및 산화 가스 배출 매니폴드(22)는 서로 인접하도록 배치되어 있으며, 직사각형 모양의 산화 가스 유로(24)에 의해 서로 연통되어 있다. 상기 구성을 취함으로써, 반응 가스의 출구측(배출 매니폴드측)의 수분이, 전해질막을 통하여 반응 가스의 입구측(공급 매니폴드측)으로 이행한다. 이에 의해, 가스 출구측에 있어서의 습윤 과다의 억제 및, 가스 입구측에 있어서의 건조의 억제를 실현할 수 있다.
이와 같이, 반응 가스 공급 매니폴드와 반응 가스 배출 매니폴드를 인접시킴으로써, 수분을 전해질막을 통하여 면내 방향으로 이행시킬 수 있어, 고분자 전해질막의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 할 수 있다.
그렇지만, 특허 문헌 1의 연료 전지에서는, 셀의 면적을 크게 하려면, 셀 및 스택 내의 구조를 복잡하게 해야 되는 문제가 있다. 즉, 특허 문헌 1의 연료 전지는, 직사각형 모양의 가스 유로 각각에 대해서, 반응 가스 공급 매니폴드와 반응 가스 배출 매니폴드를 인접시키는 구조이기 때문에, 셀의 1변의 길이가 길어짐에 따라, 매니폴드 및 거기에 부수하는 구조물의 수를 증가시키지 않으면 안된다(도 1 참조). 따라서, 셀의 면적을 크게 하면, 셀 및 스택 내의 구조가 복잡하게 되어, 그 제조 코스트가 높아지게 된다.
또, 특허 문헌 1의 연료 전지에는, 면내 방향의 수분 이행 능력이 낮다고 하는 문제도 있다. 즉, 반응 가스의 출구측과 입구측 사이의 수분 이행은, 각각이 가지는 수분량의 차이가 클수록 보다 효율적으로 행해진다. 출구 측의 반응 가스의 수분량을 많게 하려면, 반응 가스 유로의 길이를 길게 하면 좋다. 그러나, 특허 문헌 1의 연료 전지는 가스 유로가 직사각형 모양이기 때문에, 가스 유로의 길이는 셀의 변의 길이 및 매니폴드간 거리에 의해 제한되어 버린다(도 1 참조). 따라서, 특허 문헌 1의 연료 전지는 면내 방향의 수분 이행 능력이 낮다.
상기 문제점을 해결하는 기술로서 예를 들면 특허 문헌 2에 개시되어 있는 것이 있다.
도 2는, 특허 문헌 2의 연료 전지 셀의 공기극 측의 세퍼레이터의 정면도이다. 도 2에 있어서 산화 가스 공급 매니폴드(1a) 및 산화 가스 배출 매니폴드(1b)는 서로 인접하도록 배치되어 있다. 또, 유로(25)는 사행 형태의 왕복 유로이며 왕로와 복로는 인접해 있다. 이 구조를 취함으로써, 매니폴드의 수를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 연료 전지 셀의 면적을 크게 하더라도 셀 및 스택의 구조가 복잡해지는 일은 없다. 유로의 윤곽을 결정하는 리브는 다공질이며, 왕복로를 연결하는 모세관을 구비하고 있다. 이 구조를 취함으로써, 반응 가스의 출구 측(배출 매니폴드 측)의 수분이, 반응 가스의 입구 측(공급 매니폴드 측)으로 이동한다. 이에 의해, 고분자 전해질막의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 할 수 있다.
반응 가스 입구(반응 가스 공급 매니폴드) 측의 반응 가스 분압과 반응 가스 출구(반응 가스 배출 매니폴드) 측의 가스 분압을 균일하게 하기 위해, 반응 가스 유로의 단면적을 상류측으로부터 하류측을 향해 정해진 비율로 감소하도록 하는 방식이 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 특허 문헌 3에서는, 복수 병렬 접속된 반응 가스 유로에 있어서, 하류부의 병렬수를 상류부의 병렬수보다 적게 함으로써, 하류부의 단면적을 상류부의 단면적에 비해 작게 하고 있다. 또, 특허 문헌 3에서는, 매니폴드의 수를 감소시키기 위해, 가스 유로를 사행시키고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-151105호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-109620호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 소화 제56-134473호 공보
발명의 개시
발명이 해결하려고자 하는 과제
특허 문헌 2의 연료 전지는, 왕복로를 연결하는 모세관을 통하여, 유로의 상류측으로부터 유로의 하류측으로 수분뿐만 아니라, 반응 가스도 이동한다. 따라서, 특허 문헌 2의 연료 전지 셀에는, 유로의 상류측으로부터 유로의 하류측으로 반응 가스가 이동하고, 유로의 상류측과 유로의 하류측 사이에서 반응 가스가 순환하기 때문에, 충분한 양의 반응 가스가 셀 전체에 두루 미치지 않는다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 고분자 전해질의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 하면서 또 공기극 촉매층에 효율적으로 산화 가스를 공급할 수 있는 연료 전지를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 연료 전지는, 고분자 전해질막 및 상기 고분자 전해질막을 협지하는 한쌍의 촉매 전극을 가지는 막 전극 접합체와, 상기 막 전극 접합체에 연료 가스 또는 산화 가스를 공급하기 위한 가스 유로를 가지는 세퍼레이터를 구비하는 연료 전지로서, 상기 가스 유로는 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 형성되고, 상기 가스 유로의 상류 유로는 상기 가스 유로의 하류 유로에 인접하며, 상기 가스 유로의 벽은 상기 가스의 투과성을 갖지 않는다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 고분자 전해질막의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 할 수 있다. 특히, 고온 저가습 또는 고온 무가습에서 운전하더라도, 고분자 전해질막의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 할 수 있기 때문에, 고온 저가습 또는 고온 무가습 운전의 연료 전지를 제공할 수 있다. 또, 유로간의 산화 가스의 이동을 억제할 수 있기 때문에, 공기극 촉매층으로 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있다.
도 1은 종래의 연료 전지의 세퍼레이터의 정면도,
도 2는 다른 종래의 연료 전지의 세퍼레이터의 정면도,
도 3은 본 발명의 반응 가스 유로의 유로 구조의 예를 나타내기 위한 세퍼레 이터의 정면도,
도 4는 본 발명의 실시형태 1~8에 있어서의 연료 전지셀의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 연료극 세퍼레이터의 정면도,
도 6은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 공기극 세퍼레이터의 정면도,
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 연료 전지 셀의 단면도,
도 8은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 연료 전지 스택의 단면도,
도 9는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 공기극 세퍼레이터의 정면도,
도 10은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 공기극 세퍼레이터의 정면도,
도 11은 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 공기극 세퍼레이터의 정면도,
도 12는 본 발명의 실시형태 7에 있어서의 연료 전지셀의 단면도,
도 13은 본 발명의 실시형태 8에 있어서의 공기극 세퍼레이터의 정면도,
도 14는 실험예 1의 결과를 나타내는 그래프,
도 15는 실험예 2의 결과를 나타내는 그래프.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 연료 전지는 적어도 한 개의 연료 전지 셀을 구비한다. 즉, 본 발명의 연료 전지는 연료 전지 셀 단독이어도 좋고, 복수의 셀을 가지는 연료 전지 스택이어도 좋다. 통상, 연료 전지셀 또는 스택은 집전판, 절연판 및 앤드 플레이트에 의해 협지되어, 다시 체결봉에 의해 고정된다.
연료 전지 셀은 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막을 협지하는 한쌍의 촉 매 전극(연료극 및 공기극)과, MEA(고분자 전해질막 및 촉매 전극의 집합체)를 협지하는 세퍼레이터를 구비한다. 촉매 전극은 고분자 전해질막 측에 위치하는 촉매층과 세퍼레이터 측에 위치하는 가스 확산층으로 구성된다.
고분자 전해질막은 수소 이온 전도성을 가지는 고분자막이다. 고분자 전해질막의 재료는 수소 이온을 선택적으로 이동시키는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
촉매층은 수소 또는 산소의 산화환원 반응에 대한 촉매를 포함하는 층이다. 촉매층은 도전성을 가지면서 또 수소 및 산소의 산화환원 반응에 대한 촉매능을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
가스 확산층은 도전성을 가지는 다공질층이다. 가스 확산층의 재료는 도전성을 가지면서 또 반응 가스를 확산할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 가스 확산층은 세퍼레이터측으로부터 공급되는 가스를 촉매층에 확산시키는 가스 확산 기재층과, 가스 확산 기재층과 촉매층과의 접촉성을 향상시키는 카본 코트층으로 구성되어 있어도 괜찮다.
세퍼레이터는 연료극와 접하는 면에 연료 가스 유로, 공기극와 접하는 면에 산화 가스 유로를 가지는 도전성의 판이다. 세퍼레이터의 재질의 예로서는 카본이나 금속등이 포함된다. 세퍼레이터가 가스 유로를 가지는 면은, 오목부와 볼록부를 가지며, 오목부가 가스 유로를 형성한다.
세퍼레이터는 카본 분말과 수지 바인더를 혼합한 원료 가루를 금형에 공급하고, 금형에 공급된 원료 가루에 압력과 열을 가함으로써 형성된 것(이하 「카본 세 퍼레이터」라고 함)이어도 괜찮다. 카본 세퍼레이터는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-243409호 공보에 기재되어 있다.
또, 세퍼레이터는 금속 플레이트로 되어있는 것(이하 「금속 세퍼레이터」라고 함)이어도 괜찮다. 금속 세퍼레이터는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2003-203644호 공보, 일본 특허 공개 제2005-276637호 공보에 기재되어 있다.
금속 세퍼레이터를 구성하는 금속 플레이트는, 표면 및 이면을 가진다. 금속 플레이트는 표면의 오목부가 해당 개소의 이면의 볼록부에 대응하는 한편, 표면의 볼록부가 해당 개소의 이면의 오목부에 대응하는 것이어도 괜찮다. 금속 플레이트에 반응 가스 유로를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속 플레이트에 반응 가스 유로를 형성하는 방법은 프레스 가공이다.
금속 플레이트의 재질은 도전성 및 내식성이 뛰어난 것이면 특별히 한정되지 않는다. 금속 플레이트의 재질의 예로는 스텐레스 강철이 포함된다. 금속 플레이트의 두께는, 세퍼레이터를 형성하는 강도가 있다면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속 플레이트의 두께는 0.01㎜~1㎜이다. 금속 세퍼레이터의 크기는 MEA를 협지할 수 있다면 특별히 한정되지 않으며, 적절히 설정되면 된다.
금속 세퍼레이터를 이용함으로써, 세퍼레이터의 두께가 1㎜이하라 하더라도 충분한 강도가 얻어진다. 이에 의해 셀 및 스택의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다. 또 금속 세퍼레이터는 프레스 가공 등에 의해 용이하게 제조될 수 있기 때문에, 코스트 삭감 및 대량 생산이 가능하게 된다.
세퍼레이터 내의 반응 가스 유로는, 가스 유로의 입구 근방의 유로(이하 「 상류 유로」라고 함)와 가스 유로의 출구 근방의 유로(이하 「하류 유로」라고 함)가 동일면 내에서 인접하도록 형성되어 있고, 또 촉매 전극의 전면에 반응 가스를 공급할 수 있도록 형성되어 있다. 또, 반응 가스 유로의 벽은 반응 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성되어 있다. 여기서 「반응 가스 유로의 벽」이란, 인접하는 2개의 반응 가스 유로 사이에 위치하는 세퍼레이터의 볼록부를 의미한다. 촉매 전극의 전면(全面)에 반응 가스를 공급하려면, 예를 들면, 반응 가스 유로를 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 형성하면 좋다. 또한, 동일 가스 유로의 상류 유로와 하류 유로가 인접할 필요는 없으며, 제 1 가스 유로의 상류 유로와 제 2 가스 유로의 하류 유로가 인접하도록 해도 괜찮다. 가스 확산상의 두께가 200㎛~300㎛, 그리고 유로의 폭이 1.1㎜, 유로의 깊이가 1.1㎜일 때, 상류 유로와 하류 유로의 간격은, 2.2㎜~3.3㎜일 때, 연료 전지 셀의 발전 효율은 가장 높아진다. 따라서, 가스 확산상의 두께가 200~300㎛, 그리고 유로의 폭이 1.1㎜, 유로의 깊이가 1.1㎜일 때, 상류 유로와 하류 유로의 간격은 2.2㎜~3.3㎜인 것이 바람직하다. 반응 가스 유로의 유로 구조의 예가, 도 3에 표시된다.
도 3(a)에 나타나는 예에서는, 세퍼레이터(100)에 형성된 반응 가스 유로(102)는, 왕복로 유턴부(112)로부터 유로 입구(108) 측의 반응 가스 왕로(104)와 유로 출구(110) 측의 반응 가스 복로(106)가 유로 전체에 걸쳐서 대향하도록 형성된 왕복 유로이고, 또 왕로(104)와 복로(106)가 인접된 상태를 유지하면서 사행 형태로 되어 있다. 여기서 「대향한다」란, 2개의 유로가 인접해 있는 한편, 2개 유로의 반응 가스의 흐르는 방향이 역방향임을 의미한다. 이와 같이, 반응 가스 유 로는 반응 가스 유로 출입구 근방의 유로(상류 유로 및 하류 유로)뿐만 아니라, 유로 전체에 걸쳐 대향하도록 형성되는 것이 바람직하다. 또, 유로 입구(108) 및 유로 출구(110)는 서로 인접해 있는 것이 바람직하다.
도 3(b)에 나타나는 예에서는, 반응 가스 유로(102)는, 도 3(a)에 나타나는 예와 동일한 왕복 유로이며, 또 반응 가스 왕로(104)와 반응 가스 복로(106)가 인접된 상태를 유지하면서 소용돌이 형태로 되어 있다.
도 3(c)에 나타나는 예는, 세퍼레이터(100) 내에 2개의 반응 가스 유로(102a, 102b)가 형성되어 있는 예이다. 반응 가스 유로(102a)와 반응 가스 유로(102b)는 유로 전체에 걸쳐서 대향해 있고, 또 반응 가스 유로(102a)와 반응 가스 유로(102b)가 인접된 상태를 유지하면서 사행 형태로 되어 있다.
본 발명의 연료 전지에 있어서, 세퍼레이터 내의 연료 가스 유로에 수소 가스를 포함한 연료 가스를, 산화 가스 유로에 산소 가스를 포함한 산화 가스를 공급하면, 이하의 반응에 의해 전기 에너지를 얻을 수 있다.
우선, 연료극에 공급된 수소 분자는, 연료극의 가스 확산층을 확산하여 촉매층에 달한다. 촉매층에 있어서, 수소 분자는 수소 이온과 전자로 나누어진다. 수소 이온은 가습된 고분자 전해질막을 통해 공기극으로 이동한다. 전자는 외부 회로를 통해 공기극으로 이동한다. 이때, 외부 회로를 통과하는 전자는 전기 에너지로서 이용될 수 있다. 공기극의 촉매층에서는, 고분자 전해질막을 통하여 이동해 온 수소 이온과, 외부 회로를 통하여 이동해 온 전자와, 공기극에 공급된 산소가 반응하여 물이 생성된다.
본 발명의 연료 전지에서는, 반응 가스 유로의 상류 유로와 하류 유로를 인접하도록 형성함으로써, 연료 전지셀 내부에서 면내 방향의 수분 이행이 행해진다. 이하, 공기극 측에 있어서의 면내 방향의 수분 이행에 대해 설명한다.
발전시의 연료 전지 셀은 고온이기 때문에, 발전시에 공기극의 촉매층에서 생성한 물은 수증기가 된다. 이 수증기는, 공기극의 가스 확산층 내를 확산 이동하여, 산화 가스 유로내의 산화 가스를 가습한다. 산화 가스 유로를 흐르는 산화 가스는 입구에서 출구를 향해 나아감에 따라, 그 수증기 분압이 높여진다. 즉, 산화 가스 유로의 하류 유로를 흐르는 산화 가스의 수증기 분압은, 인접하는 상류 유로를 흐르는 산화 가스의 수증기 분압보다 높아진다. 이 수증기 분압의 차에 의해, 하류 유로를 흐르는 수증기의 일부는 가스 확산층을 경유하여, 인접하는 상류 유로로 이동한다. 그 결과, 하류 유로로부터 상류 유로에 면내 방향으로 수분 이행이 행해진다.
이와 같이, 본 발명의 연료 전지에서는, 상류 유로와 하류 유로를 인접시킴으로써, 상류 유로를 흐르는 반응 가스 내의 수분량과 하류 유로를 흐르는 반응 가스의 수분량의 차이를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 하류 유로에 근접하는 부위에 있어서의 고분자 전해질막의 습윤 과다의 억제 및 상류 유로에 근접하는 부위에 있어서의 고분자 전해질막의 건조의 억제를 실현할 수 있다. 즉, 본 발명의 연료 전지를 무가습(내부 가습 방식)에서 이용하더라도, 셀 내부의 면내 방향의 수분 분포를 균일하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 연료 전지에서는, 반응 가스 유로는 상류 유로와 하류 유로의 인접한 상태를 유지하면서, 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 형성된다. 이에 의해, 매니폴드나 거기에 부수하는 구조물의 수를 줄일 수 있기 때문에, 연료 전지 셀 및 연료 전지 스택의 구조를 단순하게 할 수 있다. 또, 가스 유로를 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 함으로써 가스 유로를 길게 할 수 있기 때문에, 상류 유로와 하류 유로와의 수증기 분압의 차이가 커지게 되어, 면내 방향의 수분 이행이 종래 기술과 비교하여 보다 효율적으로 행해진다.
또, 본 발명의 연료 전지에서는, 반응 가스 유로의 벽을 반응 가스의 투과성을 갖지 않도록 함으로써, 유로간의 반응 가스의 순환을 억제할 수 있다. 이에 의해 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시형태 1)
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 연료 전지 셀의 단면도이다.
도 4에 있어서 연료 전지 셀은, 고분자 전해질막(200)과, 고분자 전해질막(200)을 협지하는 한쌍의 촉매 전극(연료극(300) 및 공기극 (400))과, MEA(500)(고분자 전해질막(200) 및 촉매 전극(300), (400)의 집합체)를 협지하는 한쌍의 세퍼레이터(연료극 세퍼레이터 (600) 및 공기극 세퍼레이터(700))를 구비한다. 세퍼레이터(600, 700)의 재질은 예를 들면 카본이다. 연료극 세퍼레이터(600)는 연료 가스 유로(614)를 구비한다. 공기극 세퍼레이터(700)는 산화 가스 유로(714)를 구비한다. 연료극(300)은, 고분자 전해질막 측에 위치하는 연료극 촉 매층(310) 및 연료극 세퍼레이터 측에 위치하는 연료극 가스 확산층(320)으로 구성된다. 마찬가지로, 공기극(400)은, 고분자 전해질막 측에 위치하는 공기극 촉매층(410) 및 공기극 세퍼레이터 측에 위치하는 공기극 가스 확산층(420)으로 구성된다. 또, 연료극 가스 확산층(320)은, 연료극 촉매층 측에 위치하는 연료극 카본 코트층(330) 및 연료극 세퍼레이터 측에 위치하는 연료극 가스 확산 기재층(340)으로 구성된다. 마찬가지로, 공기극 가스 확산층(420)은, 공기극 촉매층 측에 위치하는 공기극 카본 코트층(430), 및 공기극 세퍼레이터 측에 위치하는 공기극 가스 확산 기재층(440)으로 구성된다.
고분자 전해질막(200), 연료극 촉매층(310), 연료극 카본 코트층(330), 연료극 가스 확산 기재층(340), 공기극 촉매층(410), 공기극 카본 코트층(430) 및 공기극 가스 확산 기재층(440)은, 전술한 것을 이용하면 된다.
도 5는 도 4에 나타나는 연료극 세퍼레이터(600)의 연료극 측의 면의 정면도이다.
도 5에 있어서, 연료극 세퍼레이터(600)는 연료 가스 공급 매니폴드(610), 연료 가스 배출 매니폴드(612), 연료 가스 유로(614), 산화 가스 공급 매니폴드(630), 산화 가스 배출 매니폴드(632), 냉각수 공급 매니폴드(640), 및 냉각수 배출 매니폴드(642)를 가진다. 연료 가스 유로(614)는 연료 가스 공급 매니폴드(610)로부터 왕복로 유턴부(616)까지의 연료 가스 왕로(618)와, 왕복로 유턴부(616)로부터 연료 가스 배출 매니폴드(612)까지의 연료 가스 복로(620)로 되어 있다.
연료 가스 공급 매니폴드(610)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀에 연료 가스를 공급하기 위한 구멍으로서, 연료 가스 유로(614)에 연료 가스를 공급한다.
연료 가스 배출 매니폴드(612)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 연료 가스를 배출하기 위한 구멍으로서, 연료 가스 유로(614)로부터 연료 가스를 배출한다.
연료 가스 유로(614)는 연료 가스 공급 매니폴드(610)로부터 공급된 연료 가스를, 연료극(300)의 전면(全面)에 공급하는 유로로서, 사행 형태로 형성되어 있다. 또, 연료 가스 왕로(618) 및 연료 가스 복로(620)는 서로 대향하도록 형성되어 있다. 연료 가스 유로(614)의 벽은 연료 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성되어 있다.
산화 가스 공급 매니폴드(630)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀에 산화 가스를 공급하기 위한 구멍이다. 또, 산화 가스 배출 매니폴드(632)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 산화 가스를 배출하기 위한 구멍이다.
냉각수 공급 매니폴드(640)는 연료 전지 스택 내에 냉각수를 공급하기 위한 구멍이다. 또, 냉각수 배출 매니폴드(642)는 연료 전지 스택 내로부터 냉각수를 배출하기 위한 구멍이다. 도시하지 않은 냉각수 유로는 냉각수 공급 매니폴드(640)와 냉각수 배출 매니폴드(642)를 연통하는 유로로서, 예를 들면, 연료극 세퍼레이터(600) 또는 공기극 세퍼레이터(700)에 형성된다. 냉각수 유로는, 예를 들면, 연료 전지 스택 내에 있어서, 연료극 세퍼레이터(600)와 공기극 세퍼레이 터(700) 사이에 위치하도록, 연료극 세퍼레이터(600) 또는 공기극 세퍼레이터(700)의 반응 가스 유로가 형성되어 있지 않은 면에 형성되면 좋다. 이때, 셀 마다 냉각수 유로를 형성해도 좋고, 몇 셀마다 냉각수 유로를 형성해도 좋다. 또, 냉각수의 유로 구조는 특별히 한정되지 않으며, 직선 모양의 복수의 병행 유로여도 좋고, 사행 형태 또는 소용돌이 형태여도 괜찮다.
도 6은 도 4에 나타나는 공기극 세퍼레이터(700)의 공기극측 면의 정면도이다.
도 6에 있어서, 공기극 세퍼레이터(700)는 산화 가스 공급 매니폴드(710), 산화 가스 배출 매니폴드(712), 산화 가스 유로(714), 연료 가스 공급 매니폴드(730), 연료 가스 배출 매니폴드(732), 냉각수 공급 매니폴드(740), 및 냉각수 배출 매니폴드(742)를 가진다. 산화 가스 유로(714)는 산화 가스 공급 매니폴드(710)로부터 왕복로 유턴부(716)까지의 산화 가스 왕로(718)와, 왕복로 유턴부(716)로부터 산화 가스 배출 매니폴드(712)까지의 산화 가스 복로(720)로 되어 있다.
산화 가스 공급 매니폴드(710)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀에 산화 가스를 공급하기 위한 구멍으로서, 산화 가스 유로(714)에 산화 가스를 공급한다. 산화 가스 공급 매니폴드(710)는, 도 5에 나타나는 산화 가스 공급 매니폴드(630)와 연통하고 있다.
산화 가스 배출 매니폴드(712)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 산화 가스를 배출하기 위한 구멍으로서, 산화 가스 유로(714)로부터 산화 가스 를 배출한다. 산화 가스 배출 매니폴드(712)는, 도 5에 나타나는 산화 가스 배출 매니폴드(632)와 연통하고 있다.
산화 가스 유로(714)는 산화 가스 공급 매니폴드(710)로부터 공급된 산화 가스를 공기극(400)의 전면(全面)에 공급하는 유로로서, 사행 형태로 형성되어 있다. 또, 산화 가스 왕로(718) 및 산화 가스 복로(720)는 서로 대향하도록 형성되어 있다. 산화 가스 유로(714)의 벽은 산화 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성된다. 또, 산화 가스 유로의 폭은 1.1㎜, 깊이는 1.1㎜가 바람직하다. 또, 하류 유로(산화 가스 배출 매니폴드(712) 근방의 산화 가스 유로(714))와 상류 유로(산화 가스 공급 매니폴드(710) 근방의 산화 가스 유로(714))의 간격은 2.2㎜~3.3㎜가 바람직하다. 즉 상류 유로와 하류 유로와의 간격은 산화 가스 유로(714)의 폭의 2배~3배가 바람직하다.
연료 가스 공급 매니폴드(730)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀에 연료 가스를 공급하기 위한 구멍이다. 연료 가스 공급 매니폴드(730)는, 도 5에 표시된 연료 가스 공급 매니폴드(610)와 연통하고 있다.
연료 가스 배출 매니폴드(732)는 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 연료 가스를 배출하기 위한 구멍이다. 연료 가스 배출 매니폴드(732)는, 도 5에 나타나는 연료 가스 배출 매니폴드(612)와 연통하고 있다.
냉각수 공급 매니폴드(740)는 연료 전지 스택 내에 냉각수를 공급하기 위한 구멍이다. 냉각수 공급 매니폴드(740)는, 도 5에 표시된 냉각수 공급 매니폴드(640)와 연통하고 있다. 또, 냉각수 배출 매니폴드(742)는 연료 전지 스택 내로 부터 냉각수를 배출하기 위한 구멍이다. 냉각수 배출 매니폴드(742)는, 도 5에 나타나는 냉각수 배출 매니폴드(642)와 연통하고 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 연료 전지 셀에 있어서의, 운전시의 발전 메카니즘에 대해서 설명한다.
연료 전지 셀의 연료 가스 공급 매니폴드(610, 730)에 공급된 연료 가스는, 연료극 세퍼레이터(600) 내부의 연료 가스 유로(614)에 공급된다. 연료 가스 유로(614) 내의 산화 가스는 연료극 가스 확산층(320)을 통해 연료극 촉매층(310)으로 확산 이동한다.
한편, 연료 전지 셀의 산화 가스 공급 매니폴드(630, 710)에 공급된 산화 가스는, 공기극 세퍼레이터(700) 내부의 산화 가스 유로(714)에 공급된다. 산화 가스 유로(714) 내의 산화 가스는 공기극 확산층(420)을 통해 공기극 촉매층(410)으로 확산 이동한다.
연료극 촉매층(310)에서는, 연료 가스 유로(614)로부터 이동해 온 연료 가스에 포함되는 수소 분자가, 수소 이온과 전자로 나누어진다. 수소 이온은 보수(保水)된 고분자 전해질막(200)을 통해 공기극 촉매층(410)으로 확산 이동한다. 한편, 전자는 도시하지 않은 외부 회로를 통하여 공기극 촉매층(410)으로 이동한다.
공기극 촉매층(410)에서는, 고분자 전해질막(200)을 통해 이동해 온 수소 이온, 외부 회로를 통해 이동해 온 전자 및 산화 가스 유로 (714)로부터 이동해 온 산소가 반응하여 물이 생성된다.
발전시의 연료 전지 셀은 고온이기 때문에, 생성한 물은 수증기가 되어, 공 기극 가스 확산층(420)을 통해 산화 가스 유로(714)로 확산 이동하여, 산화 가스 유로(714) 내의 산화 가스를 가습한다. 산화 가스는 산화 가스 유로(714) 내로 나아감에 따라 가습량이 증가한다. 따라서, 산화 가스 복로(720)를 흐르는 산화 가스 내의 수증기의 분압은, 대향하는 산화 가스 왕로(718)를 흐르는 산화 가스 내의 수증기의 분압에 비해 높아진다. 이 수증기의 분압차는, 특히, 하류 유로와 상류 유로 사이에서 현저해 진다. 이 수증기의 분압차에 의해, 산화 가스 복로(720) 내의 수증기는, 공기극 가스 확산층(420)을 통하여 대향하는 산화 가스 왕로(718) 내에 면내 방향으로 이동한다. 이에 의해, 산화 가스 유로(714) 내의 수증기의 분압 분포가 균일해진다.
연료극 측에서도 동일한 작용에 의해, 연료 가스 복로(620) 내의 수증기는, 연료극 가스 확산층(320)을 통하여 대향하는 연료 가스 왕로(618) 내에 면내 방향으로 이동한다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 반응 가스 유로의 왕로와 복로가 유로 전체에 걸쳐 대향하도록 형성되어 있기 때문에, 반응 가스 유로 내에 있어서의 수증기의 분압 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 연료 전지 셀의 전면(全面)을 효율적으로 이용할 수 있어, 높은 발전 성능과 발전 안정성을 얻을 수 있다.
또, 반응 가스 유로의 벽을 반응 가스의 투과성을 갖지 않도록 함으로써, 유로간의 반응 가스의 순환을 억제할 수 있다. 이에 의해 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 반응 가스 유로는 사행 형태로 형성되어 있기 때문에, 반응 가스 유로 및 각종 매니폴드의 수가 소수(少數)라 하더라도, 연료 전지 셀 전면(全面)에 대해서 반응 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 셀의 면적을 크게 하더라도 셀 및 스택의 구조를 복잡하게 하는 일 없이, 높은 발전 성능과 발전 안정성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 반응 가스 유로의 왕로와 복로가 동일면 내에서 대향하도록 형성된 세퍼레이터를, 연료극 측과 공기극 측의 양쪽에 적용했지만, 수증기가 생성되는 공기극 측에만 적용하도록 해도 괜찮다.
또, 본 실시형태에서는, 한쌍의 매니폴드 사이를 연통하는 가스 유로의 수를 2개로 했지만, 가스 유로의 수는 1개이어도, 3개 이상이어도 좋다.
(실시형태 2)
실시형태 2에서는, 세퍼레이터의 소재로 금속을 이용한 예를 나타낸다.
실시형태 2의 연료 전지 셀은, 도 4에 나타나는 실시형태 1의 연료 전지 셀에 있어서의 공기극 세퍼레이터(700)를 공기극 세퍼레이터(900)로, 연료극 세퍼레이터(600)를 연료극 세퍼레이터(800)로 대체시킨 것이다. 따라서, 공기극 세퍼레이터(900) 및 연료극 세퍼레이터(800) 이외 중복하는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 따른 연료 전지 셀의 단면도이다. 실시형태 1의 공기극 세퍼레이터(700) 및 연료극 세퍼레이터(600)와 동일한 구성요소에 대해 서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다.
도 7에 있어서 금속 세퍼레이터는 금속 플레이트로 구성된다. 연료극 세퍼레이터는 연료 가스 유로(814)를 구비한다. 공기극 세퍼레이터(900)는 산화 가스 유로(914)를 구비한다.
산화 가스 유로(914) 및 연료 가스 유로(814)의 형상은 산화 가스 유로(714)와 동일해도 좋다. 즉, 산화 가스 유로(914)는, 산화 가스 공급 매니폴드로부터 공급된 산화 가스를, 공기극(400)의 전면(全面)에 공급하는 유로로서, 사행 형태로 형성되어 있다. 산화 가스 왕로 및 산화 가스 복로는 서로 대향하도록 형성되어 있다. 또, 연료 가스 유로(814)는, 연료 가스 공급 매니폴드로부터 공급된 가스를, 연료극(300)의 전면(全面)에 공급하는 유로로서, 사행 형태로 형성되어 있다. 연료 가스 왕로 및 연료 가스 복로는 서로 대향하도록 형성되어 있다.
도 8은 도 7의 연료 전지 셀이 적층됨으로써 구성된 연료 전지 스택의 단면도이다.
도 8에 있어서 연료 전지 스택은 MEA(500)과 금속 세퍼레이터(800) 및 금속 세퍼레이터(900)로 구성되는 복합 금속 세퍼레이터(1000)가 교대로 적층됨으로써 구성된다. 복합 금속 세퍼레이터(1000)의 연료 가스 확산층 측은 연료 가스 유로(814)를 형성하고, 복합 금속 세퍼레이터(1000)의 산화 가스 확산층 측은 산화 가스 유로(914)를 형성한다. 금속 세퍼레이터(1000) 내의 공간은 냉각수 유로를 형성한다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 실시형태 1의 연료 전지 셀 과 마찬가지로, 산화 가스 유로 내의 수증기의 분압 분포가 균일해 진다.
또, 금속 플레이트는 반응 가스를 투과성을 갖지 않으므로, 금속 세퍼레이터를 이용함으로써 유로간의 반응 가스의 순환을 보다 억제할 수 있다. 이에 의해 공기극 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있다.
또, 금속 세퍼레이터는 두께가 1㎜이하라 하더라도 충분한 강도를 보인다. 이에 의해 셀 및 스택의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다. 또 금속 세퍼레이터는 프레스 가공 등에 의해 용이하게 제조될 수 있으므로, 코스트 삭감 및 대량 생산이 가능하게 된다.
(실시형태 3)
실시형태 1에서는, 1개의 유로의 왕로와 복로를 대향시킨 예를 나타냈다. 실시형태 3은 2개의 다른 유로를 서로 대향시키는 예를 나타낸다.
실시형태 3의 연료 전지 셀은, 도 4에 나타나는 실시형태 1의 연료 전지 셀에 있어서의 공기극 세퍼레이터(700)를 공기극 세퍼레이터(702)로 대체시킨 것이다. 따라서, 공기극 세퍼레이터(702) 이외의 중복하는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 설명을 생략한다.
도 9는 본 발명의 실시형태 3에 따른 연료 전지의 공기극 세퍼레이터의 공기극측의 면의 정면도이다. 실시형태 1의 공기극 세퍼레이터(700)와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다. 도 9에 있어서, 공기극 세퍼레이터(702)는 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a), 제 2 산화 가 스 공급 매니폴드(710b), 제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a), 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b), 제 1 산화 가스 유로(714a), 제 2 산화 가스 유로(714b), 제 1 연료 가스 공급 매니폴드(730a), 제 2 연료 가스 공급 매니폴드(730b), 제 1 연료 가스 배출 매니폴드(732a), 제 2 연료 가스 배출 매니폴드(732b), 냉각수 공급 매니폴드(740) 및 냉각수 배출 매니폴드(742)를 가진다.
제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a) 및 제 2 산화 가스 공급 매니폴드(710b)는, 연료 전지 스택내의 각 연료 전지 셀에 산화 가스를 공급하기 위한 구멍이다. 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a)는, 제 1 산화 가스 유로(714a)에 산화 가스를 제공한다. 마찬가지로, 제 2 산화 가스 공급 매니폴드 (710b)는, 제 2 산화 가스 유로(714b)에 산화 가스를 공급한다.
제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a) 및 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b)는, 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 산화 가스를 배출하기 위한 구멍이다. 제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a)는 제 1 산화 가스 유로(714a)로부터 산화 가스를 배출한다. 마찬가지로, 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b)는 제 2 산화 가스 유로(714b)로부터 산화 가스를 배출한다.
제 1 산화 가스 유로(714a) 및 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a) 또는 제 2 산화 가스 공급 매니폴드(710b)로부터 공급된 산화 가스를, 공기극(400) 전면(全面)에 공급하기 위한 유로이다. 제 1 산화 가스 유로(714a)는 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a) 및 제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a)와 연통하고 있다. 마찬가지로, 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 제 2 산화 가스 공급 매니폴드(710b) 및 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b)와 연통하고 있다. 제 1 산화 가스 유로(714a)와 제 2 산화 가스 유로(714b)는 전체에 걸쳐서 대향하고 있고, 또 제 1 산화 가스 유로(714a)와 제 2 산화 가스 유로(714b)가 인접된 상태를 유지하면서 사행 형태로 되어 있다. 산화 가스 유로(714a, 714b)의 벽은 산화 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성된다. 제 1 산화 가스 유로(714a)의 상류 유로와 제 2 산화 가스 유로(714b)의 하류 유로의 간격 또는 제 1 산화 가스 유로(714a)의 하류 유로와 제 2 산화 가스 유로(714b)의 상류 유로의 간격은 2.2㎜~3.3㎜가 바람직하다.
제 1 연료 가스 공급 매니폴드(730a) 및 제 2 연료 가스 공급 매니폴드(730b)는, 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀에 연료 가스를 공급하기 위한 구멍이다. 또, 제 1 연료 가스의 배출 매니폴드(732a) 및 제 2 연료 가스 공급 매니폴드(732b)는, 연료 전지 스택 내의 각 연료 전지 셀로부터 연료 가스를 배출하기 위한 구멍이다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 실시형태 1의 연료 전지 셀과 마찬가지로, 산화 가스 유로 내의 수증기의 분압 분포가 균일해진다. 즉, 제 1 산화 가스 유로(714a)의 하류 유로 내의 수증기는, 대향하는 제 2 산화 가스 유로(714b)의 상류 유로 내에 면내 방향으로 이동한다. 마찬가지로, 제 2 산화 가스 유로(714b)의 하류 유로 내의 수증기는, 대향하는 제 1 산화 가스 유로(714a)의 상류 유로 내에 면내 방향으로 이동한다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1의 효과에 추가하여, 산화 가스 유로를 연료 전지 셀면 내에 대조적으로 형성할 수 있기 때문에, 산화 가스 유로 내에 있어서의 수증기의 분압 분포를 보다 균일하게 할 수 있다. 따라서, 연료 전지 셀의 전면(全面)을 보다 효율적으로 이용할 수가 있어, 보다 높은 발전 성능과 발전 안정성을 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1의 효과에 추가하여, 산화 가스 유로의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 산화 가스 공급 매니폴드 내에 있어서의 반응 가스의 압력을 낮출 수 있다. 따라서, 산화 가스를 공급하는 블로어(blower)에 대한 부하를 낮출 수 있으므로, 발전 시스템 전체의 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 공기극 측의 유로 구조에 대해서만 설명했지만, 연료극 측의 유로 구조도 공기극 측의 유로 구조와 동일한 것이어도 괜찮다. 이 경우, 연료극 측에 있어서도, 면내 방향의 수분 분포의 분압 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
(실시형태 4)
실시형태 1~3에서는, 반응 가스 유로의 단면적이 상류 유로와 하류 유로에서 동일한 예를 나타냈다. 실시형태 4는, 반응 가스 유로의 단면적이 상류 유로와 하류 유로에서 다른 예를 나타낸다.
실시형태 4의 연료 전지는, 도 4에 표시된 실시형태 1의 연료 전지에 있어서의 공기극 세퍼레이터(700)를 공기극 세퍼레이터(704)로 대체시킨 것이다. 따라 서, 공기극 세퍼레이터(704) 이외의 중복하는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 실시형태 4에 따른 연료 전지 셀의 공기극 세퍼레이터의 공기극측 면의 정면도이다. 실시형태 3의 공기극 세퍼레이터(702)와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다.
도 10에 있어서, 공기극 세퍼레이터(704)는 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a), 제 2 산화 가스 공급 매니폴드(710b), 제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a), 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b), 제 1 산화 가스 유로(714a), 제 2 산화 가스 유로(714b), 제 1 연료 가스 공급 매니폴드(730a), 제 2 연료 가스 공급 매니폴드(730b), 제 1 연료 가스 배출 매니폴드(732a), 제 2 연료 가스 배출 매니폴드(732b), 냉각수 공급 매니폴드(740) 및 냉각수 배출 매니폴드(742)를 가진다.
제 1 산화 가스 유로(714a) 및 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 실시형태 3과 마찬가지로, 전체에 걸쳐 대향하고 있고, 또 제 1 산화 가스 유로(714a)와 제 2 산화 가스 유로(714b)가 인접된 상태를 유지하면서 사행 형태로 되어 있다. 또, 제 1 산화 가스 유로(714a) 및 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 하류 유로의 폭이 상류 유로의 폭에 비해 좁아지도록 형성되어 있다. 상기 폭은 상류 유로로부터 하류 유로로 나아감에 따라 단계적 또는 서서히 작아져도 좋다. 또, 산화 가스 유로(714a, 714b)의 벽은 산화 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 실시형태 3의 연료 전지 셀과 마찬가지로, 산화 가스 유로(714a, 714b) 내의 수증기의 분압 분포가 균일해진 다. 또, 산화 가스 유로(714a, 714b)의 하류 유로의 단면적이 상류 유로의 단면적에 비해 작기 때문에, 산화 가스의 소비에 수반하는 산화 가스 분압의 감소가 억제된다. 이에 의해, 산화 가스가 면내 방향으로 이동하는 일 없이, 산화 가스 유로(714a, 714b) 내의 산화 가스의 분압 분포가 균일해진다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1~3의 효과에 추가하여, 산화 가스 유로 상류 유로의 산화 가스 분압을 하류 유로의 산화 가스 분압에 비해 낮출 수 있기 때문에, 상류 유로의 산화 가스가 하류 유로로 공기극 가스 확산층을 통해 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 공기극 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있으므로, 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 반응 가스 유로의 폭을 바꿈으로써 반응 가스 유로의 단면적을 조정하고 있지만, 가스 유로의 단면적은, 유로의 깊이를 바꿈으로써 조정해도 괜찮다.
또, 본 실시형태에서는, 공기극 측의 유로 구조에 대해서만 설명했지만, 연료극 측의 유로 구조도 공기극 측의 유로 구조와 동일한 것이어도 괜찮다. 이 경우, 연료극 측에 있어서도, 면내 방향의 수분 분포 및 연료 가스의 분압 분포를 보다 균일하게 만들 수 있다.
(실시형태 5)
실시형태 1~4에서는, 한쌍의 매니폴드를 연통하는 반응 가스 유로의 개수가 상류 유로와 하류 유로에서 동일한 예를 나타냈다. 실시형태 5는, 한쌍의 매니폴 드를 연통하는 반응 가스 유로의 개수가 상류 유로와 하류 유로에서 다른 예를 나타낸다.
실시형태 5의 연료 전지 셀은, 도 4에 나타나는 실시형태 1의 연료 전지에 있어서의 공기극 세퍼레이터(700)를 공기극 세퍼레이터(706)로 대체시킨 것이다. 따라서, 공기극 세퍼레이터(706) 이외의 중복하는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 설명을 생략한다.
도 11은 본 발명의 실시형태 5에 따른 연료 전지의 공기극 세퍼레이터의 공기극측 면의 정면도이다. 실시형태 3의 공기극 세퍼레이터(702)와 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다.
도 11에 있어서, 공기극 세퍼레이터(706)는 제 1 산화 가스 공급 매니폴드(710a), 제 2 산화 가스 공급 매니폴드(710b), 제 1 산화 가스 배출 매니폴드(712a), 제 2 산화 가스 배출 매니폴드(712b), 제 1 산화 가스 유로(714a), 제 2 산화 가스 유로(714b), 제 1 연료 가스 공급 매니폴드(730a), 제 2 연료 가스 공급 매니폴드(730b), 제 1 연료 가스 배출 매니폴드(732a), 제 2 연료 가스 배출 매니폴드(732b), 냉각수 공급 매니폴드(740) 및 냉각수 배출 매니폴드(742)를 가진다.
제 1 산화 가스 유로(714a) 및 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 실시형태 3과 마찬가지로, 유로 전체에 걸쳐서 대향하고 있고, 또 제 1 산화 가스 유로(714a)와 제 2 산화 가스 유로(714b)가 인접된 상태를 유지하면서 사행 형태로 되어 있다. 또, 제 1 산화 가스 유로(714a) 및 제 2 산화 가스 유로(714b)는, 하류 유로의 유로 수(數)가 상류 유로의 유로 수에 비해 적게 되도록 형성되어 있다. 또, 산화 가스 유로(714a, 714b)의 벽은 산화 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 실시형태 4의 연료 전지 셀과 마찬가지로, 산화 가스 유로(714a, 714b) 내의 수증기 및 산화 가스의 분압 분포가 균일해진다. 또, 유로의 폭이나 깊이가 유로 전체를 통해 일정하기 때문에, 실시형태 4의 연료 전지 셀에 비해, 세퍼레이터와 MEA의 접촉 저항이 유로 전체를 통해 균일해진다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1~4의 효과에 추가하여 공기극 세퍼레이터와 MEA의 접촉성을 균일하게 하면서, 상류 유로의 산화 가스 분압을 하류 유로의 산화 가스 분압에 비해 낮출 수 있다. 이에 의해, 접촉 저항에 의한 발열 분포의 격차를 억제할 수 있으므로, 발전 반응 분포를 보다 균일화할 수 있어, 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 산화 가스 유로의 턴(turn)부에 있어서 산화 가스 유로의 개수를 감소시켰지만, 산화 가스 유로의 직선부에서 산화 가스 유로의 개수를 감소시켜도 괜찮다.
또, 본 실시형태에서는, 공기극 측의 유로 구조에 대해서만 설명했지만, 연료극 측의 유로 구조도 공기극 측의 유로 구조와 동일해도 괜찮다. 이 경우, 연료극 측에 있어서도, 면내 방향의 수분 분포 및 연료 가스의 분압 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
(실시형태 6)
실시형태 6은 공기극 가스 확산 기재층의 수증기 투과성 및 반응 가스 투과성(이하 「수증기 등 투과성」이라고 함)을, 공기극 카본 코트층의 수증기 등 투과성보다도 낮추는 예를 나타낸다.
실시형태 6의 연료 전지 셀은, 도 4에 나타나는 실시형태 1의 연료 전지 셀에 있어서, 공기극 가스 확산 기재층(440)의 수증기 등 투과성을, 공기극 카본 코트층(430)의 수증기 등 투과성보다 낮춘 것이다. 따라서, 공기극 가스 확산 기재층(440) 및 공기극 카본 코트층(430) 이외의 중복하는 구성요소에 대해서는, 설명을 생략한다.
상기와 마찬가지로, 공기극 가스 확산 기재층(440)은, 그 수증기 등 투과성을 공기극 카본 코트층(430)의 수증기 등 투과성보다 낮아지도록 형성되어 있다. 이를 위해서는, 공기극 가스 확산 기재층(440)의 수증기 등 투과성을 낮추든가, 또는 공기극 카본 코트층(430)의 수증기 등 투과성을 높이면 된다.
공기극 가스 확산 기재층(440)의 수증기 등 투과성을 낮추는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 카본 섬유에 의해 형성되는 미세 구멍 지름을 작게 하거나, 공기극 가스 확산 기재층(440)을 두껍게 하거나, 공기극 가스 확산 기재층(440)에 발수화 처리를 실시하는 등을 행하면 좋다. 한편, 공기극 카본 코트층(430)의 수증기 등의 투과성을 높이는 방법은, 공기극 카본 코트층(430)을 얇게 하거나, 공기극 카본 코트층(430)에 친수화 처리를 실시하는 등을 행하면 좋다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 공기극 촉매층(410)에서 생 성되는 수증기가, 산화 가스 유로에 배출되는 일이 방지되어, 카본 코트층 내부에서 면내 방향으로 이동하게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1의 효과에 추가하여 공기극 촉매층에서 생성된 물이 수증기가 되어 산화 가스 유로에 배출되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 촉매층 및 고분자 전해질막에 적절한 수분을 보유시킬 수 있다. 또, 카본 코트층 내부에 체류하는 수증기를 면내 방향으로 이동하기 쉽도록 할 수 있다. 이에 의해, 연료 전지 셀 내의 수분량을 보다 균일화할 수 있으므로, 발전 반응 분포를 보다 균일화하여, 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 따른 연료 전지는, 고온 무가습에서 동작시키더라도 촉매층 및 고분자 전해질막에 적절한 수분을 균일하게 보유시킬 수 있기 때문에, 고온 무가습 운전의 연료 전지에 특히 매우 적합하다.
또한, 본 실시형태에서는, 수증기 및 가스 양쪽의 투과성에 대해 조정하는 예에 대해 설명했지만, 수증기 투과성만을 조정하도록 해도 괜찮다.
또, 본 실시형태에서는, 공기극 측에 있어서의 조정예에 대해 설명했지만, 연료극 측에 있어서도 동일한 조정을 행하여도 좋다. 이 경우, 연료극 측에 있어서도, 촉매층 및 고분자 전해질막에 적절한 수분을 보유시킬 수 있으며 또, 면내 방향의 수분 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
(실시형태 7)
실시형태 6에서는, 가스 확산 기재층이 단일층으로 구성되는 예를 나타냈다. 실시형태 7은 가스 확산 기재층이 복수의 층으로 구성되어 있고, 바깥층일수록 수증기 투과성 및 반응 가스 투과성(수증기 등 투과성)을 낮추는 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시형태 7에 따른 연료 전지 셀의 단면도이다. 실시형태 1의 연료 전지 셀과 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다.
도 12에 있어서, 연료 전지 셀은 고분자 전해질막(200), 한쌍의 촉매 전극(연료극(300) 및 공기극(400)) 및 한쌍의 세퍼레이터(연료극 세퍼레이터(600) 및 공기극 세퍼레이터(700)를 구비한다. 연료극(300)은 고분자 전해질막(200) 측에 위치하는 연료극 촉매층(310)과, 연료극 세퍼레이터(600) 측에 위치하는 연료극 가스 확산층(320)으로 구성된다. 마찬가지로, 공기극(400)은 고분자 전해질막(200) 측에 위치하는 공기극 촉매층(410)과, 공기극 세퍼레이터(700) 측에 위치하는 공기극 가스 확산층(420)으로 구성된다. 또, 연료극 가스 확산층(320)은 연료극 촉매층(310) 측으로부터 연료극 카본 코트층(330), 제 1 연료극 가스 확산 기재층(342), 제 2 연료극 가스 확산 기재층(344) 및 제 ３ 연료극 가스 확산 기재층(346)의 순으로 적층되어 구성된다. 마찬가지로, 공기극 가스 확산층(420)은 공기극 촉매층(410) 측으로부터 공기극 카본 코트층(430), 제 1 공기극 가스 확산 기재층(442), 제 2 공기극 가스 확산 기재층(444) 및 제 ３ 공기극 가스 확산 기재층(446)의 순으로 적층되어 구성된다.
연료극 가스 확산층(320)을 구성하는, 연료극 카본 코트층(330), 제 1 연료극 가스 확산 기재층(342), 제 2 연료극 가스 확산 기재층(344) 및 제 ３ 연료극 가스 확산 기재층(346)은, 각각 다른 수증기 등 투과성을 가진다. 연료극 촉매층(310)에 가장 가까운 연료극 카본 코트층(330)은, 가장 높은 수증기 등 투과성을 가진다. 이후, 연료극 세퍼레이터(600)에 접근함에 따라 수증기 등 투과성이 낮아진다. 즉, 가장 연료극 세퍼레이터(600)에 가까운 제 ３ 연료극 가스 확산 기재층(346)은 가장 낮은 수증기 투과성을 가진다.
마찬가지로, 공기극 가스 확산층(420)을 구성하는, 공기극 카본 코트층(430), 제 1 공기극 가스 확산 기재층(442), 제 2 공기극 가스 확산 기재층(444) 및 제 ３ 공기극 가스 확산 기재층(446)은, 각각 다른 수증기 등 투과성을 가진다. 공기극 촉매층(410)에 가장 가까운 공기극 카본 코트층(430)은 가장 높은 수증기 등 투과성을 가진다. 이후, 공기극 세퍼레이터(700)에 접근함에 따라 수증기 등 투과성이 낮아진다. 즉, 가장 공기극 세퍼레이터(700)에 가까운 제 ３ 공기극 가스 확산 기재층(446)은 가장 낮은 수증기 투과성을 가진다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 동작시키면, 공기극 촉매층(410)에서 생성되는 수증기가 반응 가스 유로에 배출되는 것이 방지되어, 카본 코트층 내부에서 면내 방향으로 이동하게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 1의 효과에 추가하여, 공기극 촉매층에서 생성된 물이 수증기가 되어 산화 가스 유로로 배출되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 촉매층 및 고분자 전해질막에 적절한 수분을 보유시킬 수 있다. 또, 카본 코트층 내부에 체류하는 수증기를 면내 방향으로 이동하기 쉽도록 할 수 있다. 이에 의해, 연료 전지 셀 내의 수분량을 보다 균일화할 수 있으므로, 발전 반 응 분포를 보다 균일화하여, 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에 따른 연료 전지는, 고온 무가습에서 동작시키더라도 촉매층 및 고분자 전해질막에 적절한 수분을 균일하게 보유시킬 수 있기 때문에, 고온 무가습 운전의 연료 전지에 특히 매우 적합하다.
또한, 본 실시형태에서는, 수증기 및 가스 양쪽의 투과성에 대해 조정하는 예에 대해 설명했지만, 수증기 투과성만을 조정하도록 해도 괜찮다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 가스 확산 기재층을 적층한 구조에 대해 설명했지만, 단일 가스 확산 기재층에 수증기 투과성 및 가스 투과성의 경사를 주어도 괜찮다.
(실시형태 8)
실시형태 1~7에서는, 반응 가스 유로의 왕로와 복로와의 간격이 일정한 예를 나타냈다. 실시형태 8에서는 반응 가스 유로의 왕로와 복로와의 간격이 변화하는 예를 나타낸다.
실시형태 8의 연료 전지 셀은, 도 4에 나타나는 실시형태 1의 연료 전지에 있어서의 공기극 세퍼레이터(700)를 공기극 세퍼레이터(902)로 대체시킨 것이다. 따라서, 공기극 세퍼레이터(902) 이외의 중복하는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 설명을 생략한다.
도 13은 본 발명의 실시형태 8에 따른 연료 전지 셀의 공기극 세퍼레이터의 공기극측 면의 정면도이다. 실시형태 1의 공기극 세퍼레이터(700)와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이며, 중복 개소의 설명을 생략한다.
도 13에 있어서, 공기극 세퍼레이터(902)는 산화 가스 공급 매니폴드(910), 산화 가스 배출 매니폴드(912), 산화 가스 유로(914), 연료 가스 공급 매니폴드(930), 연료 가스 배출 매니폴드(932), 냉각수 공급 매니폴드(740) 및 냉각수 배출 매니폴드(742)를 가진다.
산화 가스 유로(914)는, 산화 가스 공급 매니폴드(910)로부터 공급된 산화 가스를, 공기극(400)의 전체에 공급하는 유로로서, 사행 형태로 형성되어 있다. 또, 산화 가스 왕로(918) 및 산화 가스 복로(920)는 서로 대향하도록 형성되어 있다. 또, 왕로(918)와 복로(920)의 간격은 A부(산화 가스 공급 매니폴드(910) 및 산화 가스 배출 매니폴드(912) 부근)에서는 크고, B부(왕복로 유턴부(916) 부근)에서는 작도록 되어 있다. 상기 간격은 A부에서 B부로 감에 따라, 단계적 또는 서서히 작아져도 좋다. 또, A부에 있어서의 상기 간격은 2.2㎜~3.3㎜가 바람직하다. 또, 산화 가스 유로(914)의 벽은 산화 가스의 투과성을 갖지 않도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 연료 전지 셀을 작동시키면, 실시형태 1의 연료 전지 셀과 마찬가지로, 산화 가스 유로(914) 내의 수증기의 분압 분포가 균일해진다. 또, 상류 유로와 하류 유로의 간격은, 왕복로 유턴부(916)의 왕로(918)와 복로(920)의 간격과 비교해 크기 때문에 상류 유로의 산화 가스가 공기극 가스 확산층을 통해 하류 유로로 이동하는 일이 억제된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 공기극 촉매층에 효율적으로 반응 가스를 공급할 수 있으므로, 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 공기극 측의 유로 구조에 대해서만 설명했지만, 연료극 측의 유로 구조도 공기극 측의 유로 구조와 동일한 것이어도 좋다. 이 경우, 연료극 측에 있어서도, 면내 방향의 수분 분포의 분압 분포를 보다 균일하게 만들 수 있다.
이하, 상류 유로와 하류 유로와의 간격을 도출한 실험예에 대해 설명한다.
(실험예 1)
본 실험예에서는, 유로와 유로의 최적 간격을 도출한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 실험에 대해 설명한다.
이용한 프로그램
본 실험예에서 이용한 프로그램은, FLUENT사의 FLUENT(고체 고분자형 연료 전지(PEM) 모듈)의 전기 화학 서브 모델이다. 이 프로그램은, 각 파라미터를 설정하여, 상기 연료 전지 셀을 동작시켰을 경우의 발생 전압을 예측하기 위한 것이다.
해석 조건
이하의 파라미터의 조건하에서 시뮬레이션을 행하였다.
막두께: 30㎛
촉매 두께: 10㎛
GDL(가스 확산층) 두께: 300㎛
캐소드 유로 깊이: 1.1㎜
캐소드 유로폭: 1.1㎜
애노드 유로 깊이: 1㎜
애노드 유로폭: 1.1㎜
셀 온도: 90℃
애노드 이슬점 온도: 65℃
캐소드 이슬점 온도: 35℃
전극 면적: 6.1468㎠
수소 이용율: 10%
산소 이용율: 50~90%
GDL 공극율(空隙率): 0.75
전류 밀도: 0.16/㎠
표 1은 상기 조건하에 있어서, 유로와 유로의 간격(이하 「리브 폭」이라고 함) 및 산소 이용율과 전압(mV)의 관계를 나타낸 것이다.
Figure 112008020057354-pct00001
표 2는 리브폭과 접촉 저항 및 저항손(전압 저하량)의 관계를 나타낸 것이다. 표 2로부터, 리브폭이 커짐에 따라, 접촉 저항 및 저항손도 증가하고 있음을 알 수 있다. 이 이유는 이하와 같다. 리브폭이 커지면, 세퍼레이터와 GDL의 접촉 면적이 증대한다. 세퍼레이터와 GDL의 접촉 면적이 증가하면, 셀에 동일한 체결력을 가했을 경우, 단위 면적당 하중이 저하한다. 그리고, 접촉 저항은 단위 면적당 하중이 저하함으로써, 누승적으로 증가한다. 이 때문에, 리브폭이 증대함으로써 접촉 저항이 증가하여, 저항손이 커진다.
Figure 112008020057354-pct00002
표 3은 표 1의 결과에서 표 2의 저항손를 뺀 결과이다. 표 3은 상정되는 저항손를 고려한 점에서, 표 1과 비교해 보다 실제의 값에 가까운 값을 나타낸다.
Figure 112008020057354-pct00003
도 14는 표 3에 있어서의 산소 이용율 80%에서의 리브폭과 전압과의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 14의 그래프에 있어서는, 세로축이 전압, 가로축이 리브폭이다. 리브폭이 1.1㎜에서 3.3㎜까지의 영역에서는, 리브폭의 증대에 따라 전압도 증가한다. 전압은 리브폭이 3.3㎜일 때에 피크가 된다. 리브폭이 4.4㎜일 때의 전압은, 리브폭이 3.3㎜일 때의 전압 및 리브폭이 2.2㎜일 때의 전압과 비교하여 작다.
이상의 결과에서, 상기 해석 조건에 있어서, 높은 전압을 유지하기 위한 최적 리브폭은 2.2㎜~3.3㎜이라는 것이 분명해졌다.
(실험예 2)
본 실험예에서는 실험예 1과 동일한 프로그램을 이용하여, 최적한 유로와 유로의 간격을 도출한 실험에 대해 설명한다. 본 실험예에서는 실험예 1과는 달리 GDL 후의 파라미터를 200㎛로 했다. GDL막 이외의 해석 조건은, 실험예 1과 동일하다.
표 4는 상기 조건하에 있어서, 리브폭 및 산소 이용율과 전압(mV)과의 관계를 나타낸 것이다.
Figure 112008020057354-pct00004
표 5는 표 4의 결과에서 표 2의 저항손을 뺀 결과이다. 표 5는 상정되는 저항손을 고려한 점에서, 표 4와 비교해 보다 실제의 값에 가까운 값을 나타낸다.
Figure 112008020057354-pct00005
도 15는 표 5에 있어서의 산소 이용율 80%에서의 리브폭과 전압과의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 15의 그래프에 있어서는, 세로축이 전압, 가로축이 리브폭으로 되어 있다. 리브폭이 1.1㎜에서 2.2㎜까지의 영역에서는, 리브폭의 증대에 따라, 전압도 증가한다. 전압은 리브폭이 2.2㎜일 때에 피크가 된다. 리브폭이 2.2㎜에서 4.4㎜까지의 영역에서는, 리브폭의 증대에 따라, 전압은 감소한다. 리브폭이 4.4㎜일 때의 전압은, 리브폭이 2.2㎜일 때의 전압 및 리브폭이 3.3㎜일 때의 전압과 비교해 현저하게 작다.
이상의 결과에서, 상기 해석 조건에 있어서, 높은 전압을 유지하기 위해 최적한 리브폭은 2.2㎜~3.3㎜이라는 것이 분명해졌다.
실험예 1 및 실험예 2의 결과로부터, GDL 두께가 200㎛~300㎛, 그리고 유로폭이 1.1㎜, 유로의 깊이가 1.1㎜일 경우, 리브폭은 2.2㎜~3.3㎜, 즉 리브폭은 유로폭의 2배에서 3배이면, 연료 전지 셀은 가장 효율적으로 발전할 수 있음이 분명해졌다.
본 출원은, 2006년 6월 21일에 출원한 일본 특허 출원 제2006-171995호에 기초하는 우선권을 주장한다. 본 출원 명세서에 기재된 내용은, 모두 본원 명세서에 원용된다.
본 발명에 따른 연료 전지 셀 및 연료 전지 셀 스택은, 고온 저가습 또는 고온 무가습 운전의 고체 고분자형 연료 전지 등에 있어서 유용하다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 고분자 전해질막 및 상기 고분자 전해질막을 협지하는 한쌍의 촉매 전극을 가지는 막전극 접합체와, 상기 막전극 접합체에 연료 가스 또는 산화 가스를 공급하기 위한 가스 유로를 가지는 세퍼레이터를 구비하고,
    상기 가스 유로는 사행 형태 또는 소용돌이 형태로 형성된 왕복 유로이며,
    상기 가스 유로의 상류 유로는, 상기 가스 유로의 하류 유로에 인접하며, 상기 상류 유로를 포함한 왕로에 흐르는 상기 가스의 흐름은, 상기 하류 유로를 포함한 복로에 흐르는 상기 가스의 흐름에 대향하며,
    상기 가스 유로의 벽은 상기 연료 가스 또는 산화 가스의 투과성을 가지지 아니하며,
    상기 가스 유로의 상류 유로와 하류 유로의 간격은 2.2mm~3.3mm인
    연료 전지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020087006730A 2006-06-21 2007-06-21 연료 전지 KR100984934B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006171995 2006-06-21
JPJP-P-2006-00171995 2006-06-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080037100A KR20080037100A (ko) 2008-04-29
KR100984934B1 true KR100984934B1 (ko) 2010-10-01

Family

ID=38833499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087006730A KR100984934B1 (ko) 2006-06-21 2007-06-21 연료 전지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8557466B2 (ko)
JP (5) JP4312257B2 (ko)
KR (1) KR100984934B1 (ko)
CN (3) CN101728552B (ko)
DE (1) DE112007000054B4 (ko)
WO (1) WO2007148761A1 (ko)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728552B (zh) * 2006-06-21 2012-11-07 松下电器产业株式会社 燃料电池
CN102742057B (zh) * 2008-03-11 2016-06-01 松下知识产权经营株式会社 膜电极接合体
DE102008017600B4 (de) * 2008-04-07 2010-07-15 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Gasverteilerfeldplatte mit verbesserter Gasverteilung für eine Brennstoffzelle und eine solche enthaltende Brennstoffzelle
CN102017253B (zh) * 2008-05-19 2014-03-05 松下电器产业株式会社 燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池
CN102007634B (zh) * 2008-05-19 2014-08-06 松下电器产业株式会社 燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池
EP2306567B1 (en) * 2008-05-28 2014-03-26 Panasonic Corporation Fuel cell
EP2287113B1 (en) * 2008-06-13 2015-03-18 Panasonic Corporation Fuel processor
EP2330668B1 (en) * 2008-09-12 2020-06-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack provided with same
JP4575524B2 (ja) * 2008-11-12 2010-11-04 パナソニック株式会社 燃料電池
JP4903770B2 (ja) * 2008-11-26 2012-03-28 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP2010218817A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Nippon Soken Inc 燃料電池
JP4700140B2 (ja) * 2009-03-27 2011-06-15 パナソニック株式会社 固体高分子形燃料電池スタック
CN102301514B (zh) * 2009-12-14 2014-09-17 松下电器产业株式会社 高分子电解质型燃料电池、具备其的燃料电池堆、燃料电池系统以及燃料电池系统的运转方法
DE112011100413T5 (de) * 2010-02-02 2012-12-20 Honda Motor Co., Ltd. Membranelektrodenanordnung für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle und Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
WO2011114702A1 (ja) * 2010-03-17 2011-09-22 パナソニック株式会社 高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック
JPWO2011118138A1 (ja) * 2010-03-25 2013-07-04 パナソニック株式会社 直接酸化型燃料電池
JP6073037B2 (ja) * 2011-06-24 2017-02-01 セルエラ， インコーポレイテッド 水素燃料源としての、および空気−ｃｏ２のためのゲッターとしての、アルカリ膜型燃料電池におけるアンモニアの使用
EP2741358B1 (en) * 2011-08-02 2018-04-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
US9287574B2 (en) * 2011-09-21 2016-03-15 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell system including the same
KR101636613B1 (ko) * 2014-08-04 2016-07-06 고려대학교 산학협력단 연료전지용 분리판 및 이를 갖는 고온형 고분자 전해질 연료전지
JP6718163B2 (ja) * 2017-01-30 2020-07-08 国立大学法人岐阜大学 水素生成装置を備えた燃料電池システム
JP7096645B2 (ja) 2017-02-22 2022-07-06 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP7096642B2 (ja) 2017-03-31 2022-07-06 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP7096643B2 (ja) 2017-03-31 2022-07-06 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP7096644B2 (ja) 2017-03-31 2022-07-06 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
DE102019200946A1 (de) * 2019-01-25 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
CN112687907B (zh) * 2019-10-17 2022-05-10 未势能源科技有限公司 极板和燃料电池
JP7226392B2 (ja) * 2020-05-15 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
JP7354928B2 (ja) 2020-05-22 2023-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用のガス拡散層

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228619A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56134473A (en) 1980-03-25 1981-10-21 Toshiba Corp Unit cell for fuel cell
US4292379A (en) * 1980-04-28 1981-09-29 Westinghouse Electric Corp. Variable area fuel cell process channels
JPS57138781A (en) * 1981-02-20 1982-08-27 Hitachi Ltd Fuel cell
CA1243569A (en) * 1983-01-28 1988-10-25 Martin D. Thaler Non-blocking hot melt adhesives
JPS59182871U (ja) * 1983-05-24 1984-12-05 北陸電力株式会社 燃料電池のガス分離板
JPS6262413A (ja) 1985-09-13 1987-03-19 Alps Electric Co Ltd 磁気ヘツドの製造方法
JP3459300B2 (ja) * 1994-08-02 2003-10-20 マツダ株式会社 固体高分子型燃料電池
US5776625A (en) * 1997-06-18 1998-07-07 H Power Corporation Hydrogen-air fuel cell
JP4205774B2 (ja) * 1998-03-02 2009-01-07 本田技研工業株式会社 燃料電池
DE19840517A1 (de) * 1998-09-04 2000-03-16 Manhattan Scientifics Inc Gasdiffusionsstruktur senkrecht zur Membran von Polymerelektrolyt-Membran Brennstoffzellen
US6194095B1 (en) * 1998-12-15 2001-02-27 Robert G. Hockaday Non-bipolar fuel cell stack configuration
JP3807708B2 (ja) 1999-02-22 2006-08-09 東海カーボン株式会社 固体高分子型燃料電池用セパレータ部材の製造方法
EP1063717B1 (en) * 1999-06-22 2011-09-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Stable and high-performance fuel cell
KR100427166B1 (ko) * 1999-08-27 2004-04-14 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지
DE10042744A1 (de) * 2000-08-31 2002-03-28 Omg Ag & Co Kg PEM-Brennstoffzellenstapel
US6551736B1 (en) * 2000-10-30 2003-04-22 Teledyne Energy Systems, Inc. Fuel cell collector plates with improved mass transfer channels
JP4032633B2 (ja) 2000-11-10 2008-01-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2002164064A (ja) * 2000-11-27 2002-06-07 Nissan Motor Co Ltd 固体電解質型燃料電池用単セル、セパレータ及びスタック
JP3804503B2 (ja) 2001-09-28 2006-08-02 日産自動車株式会社 燃料電池セパレータ
GB2382455B (en) * 2001-11-07 2004-10-13 Intelligent Energy Ltd Fuel cell fluid flow field plates
KR100429685B1 (ko) * 2001-12-17 2004-05-03 한국과학기술연구원 소형 고분자 전해질 연료전지용 다공성 가스분배판, 및 이를 포함하여 제조된 분리판
JP3991681B2 (ja) 2001-12-28 2007-10-17 大同特殊鋼株式会社 金属セパレータおよびこれを用いた燃料電池
AU2003251287A1 (en) * 2002-03-26 2003-10-27 The Regents Of The University Of California Enhanced flow field and bipolar plate for a fuel cell
JP4475378B2 (ja) * 2003-02-05 2010-06-09 三菱電機株式会社 燃料電池
CA2518103A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-16 Ballard Power Systems Inc. Ambient pressure fuel cell system employing partial air humidification
JP4403706B2 (ja) * 2003-03-18 2010-01-27 富士電機ホールディングス株式会社 固体高分子形燃料電池
JP4928067B2 (ja) * 2004-03-25 2012-05-09 本田技研工業株式会社 燃料電池及び燃料電池用金属セパレータ
JP2006049197A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却構造
JP2006171995A (ja) 2004-12-14 2006-06-29 Mitsubishi Electric Corp 制御用計算機
CN101728552B (zh) * 2006-06-21 2012-11-07 松下电器产业株式会社 燃料电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228619A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
JP4312257B2 (ja) 2009-08-12
JP2009176746A (ja) 2009-08-06
US8557466B2 (en) 2013-10-15
CN101346842B (zh) 2012-04-18
CN101728553A (zh) 2010-06-09
JPWO2007148761A1 (ja) 2009-11-19
DE112007000054T5 (de) 2008-08-07
JP2009176745A (ja) 2009-08-06
WO2007148761A1 (ja) 2007-12-27
JP2009176754A (ja) 2009-08-06
JP4383504B2 (ja) 2009-12-16
JP4309965B1 (ja) 2009-08-05
CN101728552B (zh) 2012-11-07
US20090162717A1 (en) 2009-06-25
DE112007000054B4 (de) 2015-06-03
CN101346842A (zh) 2009-01-14
CN101728552A (zh) 2010-06-09
JP4431192B2 (ja) 2010-03-10
JP2010045035A (ja) 2010-02-25
WO2007148761B1 (ja) 2008-02-14
JP4309966B1 (ja) 2009-08-05
KR20080037100A (ko) 2008-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100984934B1 (ko) 연료 전지
JP4923319B2 (ja) 燃料電池
US6303245B1 (en) Fuel cell channeled distribution of hydration water
KR100539649B1 (ko) 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 이용한 연료 전지
JP4086894B2 (ja) 燃料電池
CN107342429B (zh) 燃料电池
WO2001017047A9 (fr) Cellule electrochimique de type a electrolyte polymerique
JP5501237B2 (ja) 高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック
KR100543483B1 (ko) 연료 전지
JP2006147425A (ja) 固体高分子型燃料電池用電解質膜およびその製造方法並びに固体高分子型燃料電池
US20050095493A1 (en) Fuel cell
JP2005235418A (ja) 固体高分子型燃料電池
JP4340417B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池
JP7284178B2 (ja) 燃料セルスタックに対するカソード流れ場分配
JP2008146897A (ja) 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
KR100766154B1 (ko) 연료전지의 분리판
JP2019079722A (ja) 燃料電池
US20240006627A1 (en) Distributor plate for an electrochemical cell, method for producing the distributor plate, electrochemical cell, and method for operating the electrochemical cell
KR20230097258A (ko) 연료전지 장치
JPH09190825A (ja) 固体電解質型燃料電池及びそれに用いられる単電池
JP5552985B2 (ja) 燃料電池
KR20190138170A (ko) 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지
JP2009064615A (ja) 燃料電池
JP2008218201A (ja) 燃料電池
JP2009099360A (ja) セパレータおよび燃料電池セル

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130902

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140902

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150820

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160818

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170823

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180329

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 10