KR101294182B1 - Apparatus and method for testing electrolyte membrane in fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중앙에 전해질막이 마련되며, 상기 전해질막 양측에 캐소드와 애노드의 전극층이 마련된 막전극접합체; 상기 캐소드 측에 마련되며, 단부측에 산소공급장치가 연결되어 캐소드에 산소를 공급하도록 하는 캐소드측 분리판; 상기 애노드 측에 마련되며, 단부측에 수소공급장치가 연결되어 애노드에 수소를 공급하도록 하는 애노드측 분리판; 상기 애노드측 분리판을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판과 애노드측 분리판에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드 측에 산성수를 형성하도록 한 일정전위기; 및 상기 막전극접합체와 캐소드측 분리판 사이에 마련되며, 산성수와 반응하여 색상이 변화되고, 전해질막 손상시 손상된 전해질막을 통과하여 캐소드 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막의 손상 위치를 파악하도록 한 시약종이;를 포함하여 구성되는 연료전지용 전해질막 검사장치 및 방법이 소개된다.The present invention, the electrolyte membrane is provided in the center, the membrane electrode assembly provided with electrode layers of the cathode and the anode on both sides of the electrolyte membrane; A cathode side separation plate provided at the cathode side and connected to an oxygen supply device at an end side to supply oxygen to the cathode; An anode side separation plate provided at the anode side and connected to a hydrogen supply device at an end side to supply hydrogen to the anode; A constant potential using the anode side separator as a reference electrode, and applying a constant potential to the cathode side separator and the anode side separator to form acidic water on the cathode side through a chemical reaction between oxygen and hydrogen; And a color electrode provided between the membrane electrode assembly and the cathode side separator and reacting with acidic water to change the color, and when the electrolyte membrane is damaged, a large amount of hydrogen passes through the damaged electrolyte membrane to the cathode side through a color change that reacts differently. An electrolyte membrane inspection apparatus and method for a fuel cell including a reagent paper configured to identify a damaged position of an electrolyte membrane are introduced.

Description

연료전지용 전해질막 검사장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TESTING ELECTROLYTE MEMBRANE IN FUEL CELL}Apparatus and method for inspecting electrolyte membrane for fuel cell {APPARATUS AND METHOD FOR TESTING ELECTROLYTE MEMBRANE IN FUEL CELL}

본 발명은 전해질막의 손상 위치에 따라 다르게 변화하는 색상 차이에 의해 전해질막의 손상 위치를 검사하고, 전해질막 검사시 전해질막에 화학적인 오염을 가하지 않도록 한 연료전지용 전해질막 검사장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell electrolyte membrane testing apparatus and method for inspecting the damage position of the electrolyte membrane by the color difference that varies differently depending on the damage position of the electrolyte membrane, and to prevent chemical contamination of the electrolyte membrane during the electrolyte membrane inspection.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemical reaction in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electrical / electronic products, especially portable devices.

도 1은 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)에 대해 간략하게 도시한 것으로, 크게 막전극접합체(1)(MEA:Membrane Electrode Assembly)와, 기체확산층(2)(GDL:Gas Diffusion Layer)과, 분리판(3)(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.FIG. 1 is a schematic diagram of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) and a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), which are most studied as a power supply for driving a vehicle. (MEA: Membrane Electrode Assembly), a gas diffusion layer 2 (GDL: Gas Diffusion Layer), and a separator 3 (bipolar plate).

즉, 막전극접합체(1)는 수소 이온이 이동하는 전해질막(1a)을 중심으로 하여, 이 전해질막(1a)의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극촉매층(1b)이 각각 부착되며, 기체확산층(2)은 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하고, 분리판(3)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 역할을 수행한다.That is, the membrane electrode assembly 1 has an electrode catalyst layer 1b having an electrochemical reaction on both sides of the electrolyte membrane 1a, through which hydrogen ions move, and which has a gas diffusion layer. (2) distributes the reactors evenly and delivers the generated electrical energy, and the separator plate (3) is a gasket and a fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of the reactors and cooling water, and reaction It serves to move the gases and cooling water.

이같은 구성에 따라, 연료인 수소와 산화제인 공기가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 공기는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다.According to this configuration, hydrogen as fuel and air as oxidant are supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively, and hydrogen is supplied to the anode ('fuel electrode' or 'hydrogen electrode', It is supplied to the cathode (also called 'anode') and air is supplied to the cathode (also called 'air electrode' or 'oxygen electrode' or 'reduction electrode').

이때, 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.At this time, the supply to the anode hydrogen is by the electrode catalyst constructed on both sides of the electrolyte membrane hydrogen ion (proton, H +) and electrons (electron, e -) is digested with, of hydrogen ion only and optionally a cation exchange membrane of the electrolyte It is passed through the membrane to the cathode, and at the same time, electrons are transferred to the cathode through the conductor gas diffusion layer and the separator.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으키게 되며, 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하고, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate a reaction, which is caused by the movement of hydrogen ions. The flow of electrons through the external conductor is generated, the current is generated by the flow of these electrons.

한편, 고분자 전해질막 연료전지의 수명은 상용화하기 위해 요구되는 수준에 비해 짧은 것이 현 실정인데, 수명을 짧게 하는 원인은 연료전지를 구성하는 여러 요소에 모두 존재하지만, 특히 고분자 전해질막의 열화가 장시간 운전 후 성능 저하에 많은 영향을 주고 있다.On the other hand, the life of the polymer electrolyte membrane fuel cell is currently shorter than the level required for commercialization. Although the cause of shortening the life is present in various components of the fuel cell, deterioration of the polymer electrolyte membrane is long-term operation. This has a lot of impact on performance degradation.

전해질막의 열화 원인은 크게 열, 압력, 이온 오염, 전기화학적인 열화를 들 수 있고, 특히 전기화학적인 열화는 캐소드에서 확산되어온 산소가 애노드의 백금(Pt) 촉매 상에 형성된 수소 라디칼과 만나서 산소 라디칼을 형성하며, 이 형성된 산소 라디칼이 고분자 전해질막의 화학결합을 공격해 막의 열화를 발생시키는 것으로 알려져 있다.The deterioration of the electrolyte membrane may be largely caused by heat, pressure, ionic contamination, and electrochemical deterioration. In particular, the electrochemical deterioration is caused by oxygen diffused from the cathode when oxygen meets a hydrogen radical formed on the platinum (Pt) catalyst of the anode. It is known that the formed oxygen radicals attack the chemical bonds of the polymer electrolyte membrane to cause degradation of the membrane.

이에, 고분자 사슬이 끊어져 가스-크로스오버(gas-crossover)가 심하게 발생하게 되고, 해당 부위의 전해질막의 열화속도가 급증하게 되면서, 전해질막에 작은 구멍인 핀홀(pinhole)이 발생하게 된다.As a result, the polymer chain is broken and gas-crossover is severely generated. As the degradation rate of the electrolyte membrane of the corresponding region increases rapidly, pinholes, which are small holes in the electrolyte membrane, are generated.

이처럼, 핀홀이 형성된 경우 애노드 측으로 과량의 산소가 크로스오버되면서 전해질막의 열화는 가속화되어 결국 전체 셀이나 스택의 수명이 다하게 된다.As such, when the pinhole is formed, the excess oxygen crosses over to the anode side, and the degradation of the electrolyte membrane is accelerated, resulting in the lifetime of the entire cell or stack.

그러나, 현재 사용되고 있는 막전극접합체의 경우, 전해질막의 손상 여부는 알 수 있으나, 전해질막의 면적이 큰 관계로 어느 위치에서 문제가 발생되었으며, 상대적으로 문제가 발생된 위치에 따라 어느 정도의 차이가 있는지 알지 못하는 실정에 있다.However, in the case of the membrane electrode assembly currently used, it is possible to know whether the electrolyte membrane is damaged. However, since the area of the electrolyte membrane is large, the problem occurs at which position, and how much difference is there depending on the position where the problem occurs. I do not know.

이에, 전해질막의 위치에 따른 손상 정도를 파악하기 위한 여러 방안들이 제안되고 있으며, 대표적인 방법으로 고분자 전해질막에 지시약을 주입하여 핀홀이 발생된 부분에 변색이 발생되는 것을 통해 핀홀의 위치를 확인하고 있다.Thus, various methods for determining the degree of damage according to the position of the electrolyte membrane have been proposed, and as a representative method, the position of the pinhole is confirmed by discoloration of the pinhole by injecting an indicator into the polymer electrolyte membrane. .

그러나, 이는 화학적인 지시약을 사용함으로써, 전해질막을 오염시키는 문제가 있어, 전해질막의 손상 부위 확인 후 추가적인 분석작업이 어려운 문제가 있다.
However, this uses a chemical indicator, there is a problem of contaminating the electrolyte membrane, there is a problem that further analysis work after identifying the damaged area of the electrolyte membrane.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전해질막의 손상 위치에 따라 다르게 변화하는 색상 차이에 의해 전해질막의 손상 위치를 검사하도록 한 연료전지용 전해질막 검사장치 및 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, to provide a fuel cell electrolyte membrane test apparatus and method for inspecting the damage position of the electrolyte membrane by the color difference that varies depending on the damage position of the electrolyte membrane. There is.

본 발명은 전해질막 손상 검사 과정에서 전해질막에 화학적인 오염이나 변형을 가하지 않아, 전해질막의 추가적인 검사가 가능하도록 한 연료전지용 전해질막 검사장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
The present invention provides an electrolyte membrane inspection apparatus and method for a fuel cell that does not add chemical contamination or deformation to the electrolyte membrane in the electrolyte membrane damage inspection process, thereby enabling additional inspection of the electrolyte membrane.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙에 전해질막이 마련되며, 상기 전해질막 양측에 캐소드와 애노드의 전극층이 마련된 막전극접합체; 상기 캐소드 측에 마련되며, 단부측에 산소공급장치가 연결되어 캐소드에 산소를 공급하도록 하는 캐소드측 분리판; 상기 애노드 측에 마련되며, 단부측에 수소공급장치가 연결되어 애노드에 수소를 공급하도록 하는 애노드측 분리판; 상기 애노드측 분리판을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판과 애노드측 분리판에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드 측에 산성수를 형성하도록 한 일정전위기; 및 상기 막전극접합체와 캐소드측 분리판 사이에 마련되며, 산성수와 반응하여 색상이 변화되고, 전해질막 손상시 손상된 전해질막을 통과하여 캐소드 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막의 손상 위치를 파악하도록 한 시약종이;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The configuration of the present invention for achieving the above object, the electrolyte membrane is provided in the center, the membrane electrode assembly provided with electrode layers of the cathode and the anode on both sides of the electrolyte membrane; A cathode side separation plate provided at the cathode side and connected to an oxygen supply device at an end side to supply oxygen to the cathode; An anode side separation plate provided at the anode side and connected to a hydrogen supply device at an end side to supply hydrogen to the anode; A constant potential using the anode side separator as a reference electrode, and applying a constant potential to the cathode side separator and the anode side separator to form acidic water on the cathode side through a chemical reaction between oxygen and hydrogen; And a color electrode provided between the membrane electrode assembly and the cathode side separator and reacting with acidic water to change the color, and when the electrolyte membrane is damaged, a large amount of hydrogen passes through the damaged electrolyte membrane to the cathode side through a color change that reacts differently. Reagent paper to determine the damage location of the electrolyte membrane; may be characterized in that it comprises a.

상기 캐소드측 분리판은 투명한 재질로 형성되어, 시약종이의 색상 변화를 관찰하도록 할 수 있다.The cathode side separation plate may be formed of a transparent material to observe the color change of the reagent paper.

상기 캐소드측 분리판은 테두리에 전도체가 마련되어, 캐소드측 분리판에 전위를 인가할 수 있다.The cathode-side separator may be provided with a conductor at an edge thereof to apply a potential to the cathode-side separator.

본 발명의 연료전지용 전해질막 검사방법은, 막전극접합체와 캐소드측 분리판 사이에 시약종이를 삽입하는 시약종이마련단계; 막전극접합체에 마련된 캐소드에 산소를 공급하는 산소공급단계; 막전극접합체에 마련된 애노드에 수소를 공급하는 수소공급단계; 애노드측 분리판을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판과 애노드측 분리판에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드 측에 산성수를 형성하는 산성수 형성단계; 산성수와 반응하여 시약종이의 색상이 변화되며, 전해질막의 손상시 손상된 전해질막을 통과하여 캐소드 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막의 손상 위치를 파악하는 손상위치 파악단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
An electrolyte membrane test method for a fuel cell of the present invention includes a reagent paper preparation step of inserting reagent paper between a membrane electrode assembly and a cathode side separator; An oxygen supplying step of supplying oxygen to the cathode provided in the membrane electrode assembly; A hydrogen supply step of supplying hydrogen to an anode provided in the membrane electrode assembly; An acidic water forming step using an anode-side separator as a reference electrode, and applying acidic potential to the cathode-side separator and the anode-side separator, respectively, to form acidic water on the cathode side through a chemical reaction between oxygen and hydrogen; A color change of the reagent paper by reacting with acidic water, and a damage location determining step of determining a damage location of the electrolyte membrane through a color change that reacts differently when a large amount of hydrogen passes through the damaged electrolyte membrane to the cathode side when the electrolyte membrane is damaged; It may be characterized in that it comprises a.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 전해질막의 손상된 부분에 따라 캐소드 측으로 넘어오는 수소의 양이 부분적으로 달라지는 경우, 시약종이의 색상이 전해질막의 손상된 위치에 따라 다르게 나타나게 됨으로써, 전해질막의 국부적 손상된 위치와 손상 정도를 쉽게 파악할 수 있는 장점이 있다.The present invention through the above problem solving means, when the amount of hydrogen coming to the cathode side in accordance with the damaged portion of the electrolyte membrane is partially changed, the color of the reagent paper appears differently depending on the damaged position of the electrolyte membrane, the locally damaged position of the electrolyte membrane And it has the advantage that you can easily identify the degree of damage.

더욱이, 캐소드측 분리판이 투명 재질로 형성되는 바, 크로스오버되는 수소량의 차이로 인한 시약종이에서의 색상 차이를 가시화하여 전해질막의 손상 검사를 보다 쉽고 간편하게 수행할 수 있는 효과도 있다.In addition, since the cathode-side separator is formed of a transparent material, the color difference in the reagent paper due to the difference in the amount of hydrogen crossover is visualized, thereby making it easier and more convenient to perform damage inspection of the electrolyte membrane.

게다가, 추가적이고 인위적인 장치나 변경이 없이 단순히 시약종이만으로 전해질막의 검사가 가능하여 다수의 막전극접합체를 간편하게 검사할 수 있음은 물론 검사에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있는 효과도 있다.In addition, it is possible to inspect the electrolyte membrane simply by the reagent paper without additional and artificial devices or modifications, thereby making it possible to easily inspect a plurality of membrane electrode assemblies as well as to significantly reduce the time required for the inspection.

그리고, 수소와 산소의 화학반응을 통해 발생되는 산성수를 이용하여 전해질막의 손상을 검사하므로, 전해질막에 화학적인 오염이나 변형이 가해지지 않아 손상 부위 확인 후에 전해질막의 추가적인 분석이 가능한 장점도 있다.
In addition, since the damage of the electrolyte membrane is inspected using acidic water generated through a chemical reaction between hydrogen and oxygen, chemical contamination or deformation is not applied to the electrolyte membrane, and thus, further analysis of the electrolyte membrane may be possible after confirming the damage site.

도 1은 종래 기술에 의한 연료전지 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 전해질막 검사장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 전해질막 손상시 시약용지의 색상 변화 결과를 나타낸 도면.1 is a view schematically showing a fuel cell structure according to the prior art.
2 is a view schematically showing an electrolyte membrane test apparatus for a fuel cell according to the present invention.
3 is a view showing the color change results of the reagent paper when the electrolyte membrane damage according to the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3을 통해 도시된 본 발명의 연료전지용 전해질막 검사장치는, 전해질막(11)의 손상 위치에 따라 다르게 변화하는 시약종이(50)의 색상 차이에 의해 전해질막(11)의 손상 위치를 검사하는 장치로써, 중앙에 전해질막(11)이 마련되며, 상기 전해질막(11) 양측에 캐소드(12)와 애노드(13)의 전극층이 마련된 막전극접합체(10)와, 상기 캐소드(12) 측에 마련되며, 단부측에 산소공급장치(22)가 연결되어 캐소드(12)에 산소를 공급하도록 하는 캐소드측 분리판(20)과, 상기 애노드(13) 측에 마련되며, 단부측에 수소공급장치(32)가 연결되어 애노드(13)에 수소를 공급하도록 하는 애노드측 분리판(30)과, 상기 애노드측 분리판(30)을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드(12) 측에 산성수를 형성하도록 한 일정전위기(40)와, 상기 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 마련되며, 산성수와 반응하여 색상이 변화되고, 전해질막(11) 손상시 손상된 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 파악하도록 한 시약종이(50)를 포함하여 구성된다.In the fuel cell electrolyte membrane inspection apparatus of the present invention shown through FIGS. 2 and 3, the electrolyte membrane 11 is damaged by the color difference of the reagent paper 50 that varies according to the damage position of the electrolyte membrane 11. An apparatus for inspecting a position, an electrolyte membrane 11 is provided at the center, and a membrane electrode assembly 10 having electrode layers of a cathode 12 and an anode 13 provided on both sides of the electrolyte membrane 11, and the cathode ( 12 is provided on the side, the cathode side separator 20 for supplying oxygen to the cathode 12 is connected to the oxygen supply device 22 on the end side, and is provided on the anode 13 side, the end side The anode supplying plate 32 is connected to the anode side separator 30 to supply hydrogen to the anode 13, and the anode side separator 30 is used as a reference electrode, the cathode side separator 20 ) And the anode-side separator 30 are respectively applied with a constant potential to form a cathode through the chemical reaction of oxygen and hydrogen. (12) is provided between the constant potential 40 to form acidic water on the side, and the membrane electrode assembly 10 and the cathode side separation plate 20, the color is changed in response to the acidic water, the electrolyte When a large amount of hydrogen flows through the damaged electrolyte membrane 11 to the cathode 12 when the membrane 11 is damaged, a reagent paper (50) is used to determine the damage position of the electrolyte membrane 11 through a color change that reacts differently. It is configured to include).

즉, 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 시약용지가 삽입되고, 캐소드(12)측에 산성수가 형성된 상태에서, 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 수소가 넘어가게 됨으로써, 크로스오버되는 수소량의 차이에 의해 시약용지의 색상이 다르게 변화되고, 이를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 검사 및 파악할 수 있게 된다.That is, the reagent paper is inserted between the membrane electrode assembly 10 and the cathode side separator 20, and acidic water is formed on the cathode 12 side, and then passes through the electrolyte membrane 11 to the hydrogen side 12 to the cathode 12 side. By passing through, the color of the reagent paper is changed differently by the difference in the amount of hydrogen to be crossover, through which the damage location of the electrolyte membrane 11 can be inspected and grasped.

도 2를 통해 본 발명의 연료전지용 전해질막(11) 검사장치의 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.Referring to Figure 2 looks at the configuration of the fuel cell electrolyte membrane 11 inspection device of the present invention in more detail.

먼저, 막전극접합체(10)는 전해질막(11) 양측으로 캐소드(12) 전극층과 애노드(13) 전극층이 부착되어 구성된다.First, the membrane electrode assembly 10 is formed by attaching a cathode 12 electrode layer and an anode 13 electrode layer to both sides of the electrolyte membrane 11.

그리고, 캐소드측 분리판(20)에는 산소공급장치(22)가 연결되어, 상기 산소공급장치(22)에서 캐소드측 분리판(20)에 형성된 유로에 산소를 공급하며, 이 산소 가스는 캐소드(12)에 공급된다.In addition, an oxygen supply device 22 is connected to the cathode side separation plate 20 to supply oxygen to a flow path formed in the cathode side separation plate 20 from the oxygen supply device 22, and the oxygen gas is a cathode ( 12) is supplied.

여기서, 상기 캐소드측 분리판(20)은 투명한 재질로 형성될 수 있어, 시약종이(50)의 색상 변화를 쉽게 관찰하도록 한다.Here, the cathode side separation plate 20 may be formed of a transparent material, so that the color change of the reagent paper 50 can be easily observed.

바람직하게는 상기 캐소드측 분리판(20)이 투명한 아크릴 재질로 형성될 수 있으며, 이때에는 캐소드측 분리판(20)의 테두리에 전도체(21)가 부착되어, 캐소드측 분리판(20)에 일정한 전위가 인가 가능하도록 구성될 수 있다.Preferably, the cathode side separation plate 20 may be formed of a transparent acrylic material. In this case, the conductor 21 is attached to the edge of the cathode side separation plate 20, and thus the cathode side separation plate 20 is fixed to the cathode side separation plate 20. The potential can be configured to be applicable.

아울러, 애노드측 분리판(30)에는 수소공급장치(32)가 연결되어, 상기 수소공급장치(32)에서 애노드측 분리판(30)에 형성된 유로에 수소를 공급하며, 이 수소 가스는 애노드(13)에 공급된다.In addition, a hydrogen supply device 32 is connected to the anode side separating plate 30 to supply hydrogen to a flow path formed in the anode side separating plate 30 from the hydrogen supply device 32, and the hydrogen gas is an anode ( 13) is supplied.

이때, 상기 애노드측 분리판(30) 역시 투명한 재질로 형성될 수 있으며, 투명한 아크릴 재질로 형성되는 경우, 애노드측 분리판(30)의 테두리에 전도체(32)가 부착되어, 애노드측 분리판(30)에 전위를 인가할 수 있게 된다.At this time, the anode side separation plate 30 may also be formed of a transparent material, when formed of a transparent acrylic material, the conductor 32 is attached to the edge of the anode side separation plate 30, the anode side separation plate ( The potential can be applied to 30).

여기서, 본 발명에서는 도시되어 있지 않으나, 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 및 애노드측 분리판(30)의 측면 사이에는 별도의 가스켓 구조 등을 통해 기밀 및 수밀되는 구조가 마련되어야 할 것이다.Here, although not shown in the present invention, a gastight and watertight structure is provided between the membrane electrode assembly 10 and the side surfaces of the cathode side separator 20 and the anode side separator 30 through a separate gasket structure. Should be.

계속해서, 일정전위기(40)(potentiostat)는 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드(12) 측에 산성수를 형성하는 역할을 수행한다.Subsequently, a constant potential 40 (potentiostat) applies a predetermined potential to the cathode side separator 20 and the anode side separator 30, respectively, to acidic the cathode 12 side through a chemical reaction of oxygen and hydrogen. It plays a role in forming numbers.

여기서, 전위의 인가는 수소 측을 기준으로 하므로, 애노드측 분리판(30)을 기준전극(reference 전극)으로 이용하여 인가하게 된다. 즉, 애노드측 분리판(30)에 0V의 전위를 일정하게 인가하는 경우, 캐소드측 분리판(20)에 0.682V의 전위를 일정하게 인가하게 되면, 산소와 수소가 화학적 반응을 일으켜 캐소드(12)측에 산성수로써 과산화수소가 발생된다.Here, since the potential is applied based on the hydrogen side, the anode side separator 30 is applied using the reference electrode. That is, when a potential of 0 V is constantly applied to the anode-side separator 30, when a potential of 0.682 V is constantly applied to the cathode-side separator 20, oxygen and hydrogen cause a chemical reaction to produce a cathode 12. Hydrogen peroxide is generated as acidic water on the side.

이때, 산성수로 과산화수소의 생성을 위한 전위 인가가 적절하나, 다른 전위의 인가를 통해 과산화수소 이 외에 다른 산성수가 생성되도록 할 수도 있을 것이다.In this case, the potential application for the generation of hydrogen peroxide as the acidic water is appropriate, but other acidic water other than hydrogen peroxide may be generated through the application of another potential.

시약종이(50)는 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 마련되는 것으로, 전해질막(11) 손상시 손상된 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 파악 및 검사하는 데 사용된다. 이러한, 시약종이(50)는 리트머스 종이와 같은 원리로써 산성 및 알칼리성의 수용액에 반응하여 색상이 변화된다.The reagent paper 50 is provided between the membrane electrode assembly 10 and the cathode side separation plate 20, and passes through the damaged electrolyte membrane 11 when the electrolyte membrane 11 is damaged, and a large amount of hydrogen flows toward the cathode 12. When is crossed is used to identify and inspect the damage location of the electrolyte membrane 11 through a different color change in response. The reagent paper 50 changes color in response to acidic and alkaline aqueous solutions on the same principle as litmus paper.

본 발명의 작용 및 효과를 살펴본다.The operation and effect of the present invention will be described.

본 발명의 연료전지용 전해질막 검사방법은, 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 시약종이(50)를 삽입하는 시약종이마련단계와, 막전극접합체(10)에 마련된 캐소드(12)에 산소를 공급하는 산소공급단계와, 막전극접합체(10)에 마련된 애노드(13)에 수소를 공급하는 수소공급단계와, 애노드측 분리판(30)을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드(12) 측에 산성수를 형성하는 산성수 형성단계와, 산성수와 반응하여 시약종이(50)의 색상이 변화되며, 전해질막(11)의 손상시 손상된 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 파악하는 손상위치 파악단계를 포함하여 구성된다.In the fuel cell electrolyte membrane inspection method of the present invention, a reagent paper preparing step of inserting the reagent paper 50 between the membrane electrode assembly 10 and the cathode-side separator 20, and the cathode provided in the membrane electrode assembly 10 Oxygen supply step of supplying oxygen to (12), hydrogen supply step of supplying hydrogen to the anode 13 provided in the membrane electrode assembly 10, and using the anode-side separator 30 as a reference electrode, the cathode The acidic water forming step of forming acidic water on the cathode 12 side through a chemical reaction of oxygen and hydrogen by applying a constant potential to the side separator 20 and the anode side separator 30, respectively, and reacting with the acidic water The color of the reagent paper 50 is changed, and when the electrolyte membrane 11 is damaged, a large amount of hydrogen passes through the damaged electrolyte membrane 11 to the cathode 12 side and reacts differently through the color change to the electrolyte membrane. (11) includes a damage location determination step of identifying the damage location It is open configuration.

즉, 본 발명은 캐소드측 분리판(20)과 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 리트머스 종이와 같은 시약종이(50)를 삽입하며, 일반적인 연료전지 운전 조건과 달리 캐소드측 분리판(20)에 공기가 아닌 산소를 공급한다.That is, according to the present invention, reagent paper 50 such as litmus paper is inserted between the cathode side separator 20, the membrane electrode assembly 10, and the cathode side separator 20, and the cathode is different from general fuel cell operating conditions. Oxygen, not air, is supplied to the side separation plate 20.

이어서, 일정전위기(40)를 통해 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 일정한 전위를 각각 인가하여, 수소와 산소가 화학반응하면 물을 형성하기도 하고, 과산화수소를 형성할 수도 있다.Subsequently, a constant potential is applied to the cathode side separation plate 20 and the anode side separation plate 30 through the constant potential 40, so that when hydrogen and oxygen chemically react, water may be formed and hydrogen peroxide may be formed. It may be.

이같은 형성액의 차이는 외부에서 주어지는 전압에 의해 결정되게 되는데, 이때 인가되는 전압은 애노드(13) 측을 기준으로 하므로, 외부에서 애노드측 분리판(30)에 0V를 인가하고, 캐소드측 분리판(20)에 약 0.682V의 전압을 인가하게 되면, 캐소드(12)측에 과산화수소 반응이 형성된다.This difference in the formation liquid is determined by the voltage given from the outside, at this time, since the voltage applied is based on the anode 13 side, 0V is applied to the anode side separator 30 from the outside, and the cathode side separator When a voltage of about 0.682V is applied to (20), a hydrogen peroxide reaction is formed on the cathode 12 side.

이처럼, 외부 전압에 의해 과산화수소가 형성되면, 과산화수소는 산성을 띄게 되므로 시약종이(50)가 산성수와 반응하여 나타나는 색상으로 변하게 된다.As such, when hydrogen peroxide is formed by an external voltage, the hydrogen peroxide becomes acidic, so that the reagent paper 50 reacts with the acidic water to change color.

그런데 이때, 산소는 일정한 유량으로 공급되고 있기 때문에, 과산화수소의 농도는 수소 측에서 넘어오는 수소의 양에 따라 달라지게 되고, 이같은 농도의 변화는 시약종이(50)에 다른 색상 변화를 통해 나타나게 된다. 즉, 전해질막(11)에 핀홀 등의 손상이 발생되면, 이 핀홀을 통해 과량의 수소가 넘어오게 되면서, 과산화수소의 농도가 떨어지게 된다.However, at this time, since the oxygen is supplied at a constant flow rate, the concentration of hydrogen peroxide will vary depending on the amount of hydrogen coming from the hydrogen side, and such a change in concentration will appear through different color changes in the reagent paper 50. That is, when damage occurs such as pinholes in the electrolyte membrane 11, excess hydrogen flows through the pinholes, and the concentration of hydrogen peroxide drops.

따라서, 도 3과 같이 전해질막(11)의 손상된 부분에 따라 넘어오는 수소의 양이 부분적으로 달라지게 되면서, 시약종이(50)의 색상 또한 그 손상된 위치에 따라 다르게 나타나게 됨으로써, 전해질막(11)의 국부적 손상된 위치와 손상 정도를 쉽게 파악할 수 있게 된다.Therefore, as shown in FIG. 3, the amount of hydrogen that is partially changed depending on the damaged portion of the electrolyte membrane 11 is changed, and the color of the reagent paper 50 also appears differently depending on the damaged position. It is easy to determine the local damage location and the degree of damage.

더욱이, 캐소드측 분리판(20)이 투명 재질로 형성되는 바, 이같이 크로스오버되는 수소량의 차이로 인한 시약종이(50)에서의 색상 차이를 가시화하여 전해질막(11)의 손상 검사를 보다 쉽고 간편하게 수행할 수 있게 된다.In addition, since the cathode-side separator 20 is formed of a transparent material, it is easier to inspect the damage of the electrolyte membrane 11 by visualizing the color difference in the reagent paper 50 due to the difference in the amount of hydrogen crossover. It can be done easily.

또한, 추가적이고 인위적인 장치나 변경이 없이 단순히 시약종이(50)만으로 전해질막(11)의 검사가 가능하여 다수의 막전극접합체(10)를 간편하게 검사할 수 있음은 물론 검사에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있게 된다.In addition, the electrolyte membrane 11 can be inspected with only the reagent paper 50 without additional and artificial devices or modifications, so that the membrane electrode assembly 10 can be easily inspected and the time required for the inspection is greatly increased. Can be reduced.

아울러, 수소와 산소의 화학반응을 통해 발생되는 산성수를 이용하여 전해질막(11)의 손상을 검사하므로, 전해질막(11)에 화학적인 오염이나 변형이 가해지지 않아 손상 부위 확인 후에 전해질막(11)의 추가적인 분석이 가능하게 된다.In addition, since the damage of the electrolyte membrane 11 is inspected using acidic water generated through a chemical reaction between hydrogen and oxygen, chemical contamination or deformation is not applied to the electrolyte membrane 11, and thus the electrolyte membrane ( 11) further analysis is possible.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the specific embodiments set forth herein; rather, .

10 : 막전극접합체 11 : 전해질막
12 : 캐소드 13 : 애노드
20 : 캐소드측 분리판 21 : 전도체
22 : 산소공급장치 30 : 애노드측 분리판
32 : 수소공급장치 40 : 일정전위기
50 : 시약종이10 membrane electrode assembly 11 electrolyte membrane
12: cathode 13: anode
20: cathode side separator 21: conductor
22: oxygen supply device 30: anode side separation plate
32: hydrogen supply device 40: constant potential
50: reagent paper

Claims (4)

중앙에 전해질막(11)이 마련되며, 상기 전해질막(11) 양측에 캐소드(12)와 애노드(13)의 전극층이 마련된 막전극접합체(10);
상기 캐소드(12) 측에 마련되며, 단부측에 산소공급장치(22)가 연결되어 캐소드(12)에 산소를 공급하도록 하는 캐소드측 분리판(20);
상기 애노드(13) 측에 마련되며, 단부측에 수소공급장치(32)가 연결되어 애노드(13)에 수소를 공급하도록 하는 애노드측 분리판(30);
상기 애노드측 분리판(30)을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드(12) 측에 산성수를 형성하도록 한 일정전위기(40); 및
상기 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 마련되며, 산성수와 반응하여 색상이 변화되고, 전해질막(11) 손상시 손상된 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 파악하도록 한 시약종이(50);를 포함하는 연료전지용 전해질막 검사장치.A membrane electrode assembly 10 having an electrolyte membrane 11 at a center thereof and electrode layers of a cathode 12 and an anode 13 provided at both sides of the electrolyte membrane 11;
A cathode-side separator plate 20 provided at the cathode 12 side and connected to an oxygen supply device 22 at an end thereof to supply oxygen to the cathode 12;
An anode side separation plate 30 provided at the anode 13 side and connected to a hydrogen supply device 32 at an end side to supply hydrogen to the anode 13;
The anode side separator 30 is used as a reference electrode, and a constant potential is applied to the cathode side separator 20 and the anode side separator 30, respectively, so that the cathode 12 side is formed through a chemical reaction between oxygen and hydrogen. Constant potential 40 to form acidic water in the reactor; And
It is provided between the membrane electrode assembly 10 and the cathode-side separator 20, the color is changed in response to the acidic water, passing through the damaged electrolyte membrane 11 when the electrolyte membrane 11 damages the cathode 12 The electrolyte membrane test device for a fuel cell, comprising; reagent paper (50) to determine the damage position of the electrolyte membrane (11) through a color change that reacts differently when a large amount of hydrogen comes to the side. 청구항 1에 있어서,
상기 캐소드측 분리판(20)은 투명한 재질로 형성되어, 시약종이(50)의 색상 변화를 관찰하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 전해질막 검사장치.The method according to claim 1,
The cathode-side separator 20 is made of a transparent material, the electrolyte membrane inspection apparatus for a fuel cell, characterized in that to observe the color change of the reagent paper (50). 청구항 2에 있어서,
상기 캐소드측 분리판(20)은 테두리에 전도체(21)가 마련되어, 캐소드측 분리판(20)에 전위를 인가하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전해질막 검사장치.The method according to claim 2,
The cathode-side separator 20 is provided with a conductor 21 at the rim, and applies an electric potential to the cathode-side separator 20, characterized in that the electrolyte membrane test device for a fuel cell. 막전극접합체(10)와 캐소드측 분리판(20) 사이에 시약종이(50)를 삽입하는 시약종이마련단계;
막전극접합체(10)에 마련된 캐소드(12)에 산소를 공급하는 산소공급단계;
막전극접합체(10)에 마련된 애노드(13)에 수소를 공급하는 수소공급단계;
애노드측 분리판(30)을 기준전극으로 이용하며, 캐소드측 분리판(20)과 애노드측 분리판(30)에 각각 일정 전위를 인가하여 산소와 수소의 화학반응을 통해 캐소드(12) 측에 산성수를 형성하는 산성수 형성단계;
산성수와 반응하여 시약종이(50)의 색상이 변화되며, 전해질막(11)의 손상시 손상된 전해질막(11)을 통과하여 캐소드(12) 측으로 다량의 수소가 넘어오는 경우 다르게 반응하는 색상 변화를 통해 전해질막(11)의 손상 위치를 파악하는 손상위치 파악단계;를 포함하는 연료전지용 전해질막 검사방법.Reagent paper preparation step of inserting the reagent paper 50 between the membrane electrode assembly 10 and the cathode-side separator plate 20;
An oxygen supply step of supplying oxygen to the cathode 12 provided in the membrane electrode assembly 10;
A hydrogen supply step of supplying hydrogen to the anode 13 provided in the membrane electrode assembly 10;
The anode side separator 30 is used as a reference electrode, and a constant potential is applied to the cathode side separator 20 and the anode side separator 30, respectively, to the cathode 12 side through a chemical reaction between oxygen and hydrogen. An acidic water forming step of forming acidic water;
The color of the reagent paper 50 changes in response to acidic water, and when the electrolyte membrane 11 is damaged, a color change reacts differently when a large amount of hydrogen passes through the damaged electrolyte membrane 11 to the cathode 12 side. An electrolyte membrane inspection method for a fuel cell, including; a damaged position determining step of determining a damaged position of the electrolyte membrane 11 through.
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