KR101309722B1

KR101309722B1 - 연료 전지

Info

Publication number: KR101309722B1
Application number: KR1020100137202A
Authority: KR
Inventors: 이재명; 전재호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-09-17
Also published as: KR20120075155A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지는 전해질막, 상기 전해질막의 일면에 형성된 공기극, 및 상기 전해질막의 다른 일면에 형성된 연료극을 포함하는 단위 전지, 상기 공기극의 외측에 위치하고 있는 공기극 집전체, 상기 공기극 집전체의 외측에 위치하고 있는 제1 분리판, 그리고, 상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리판을 서로 접합시키는 제1 접합 부재를 포함할 수 있다.

Description

연료 전지{FUEL CELL}

본 발명은 연료 전지에 관한 것이다.

연료 전지는 연료(탄화수소계 연료, 수소가스, 또는 수소리치가스 등)와 공기의 전기화학 반응을 이용하여 전기에너지를 생성한다.

연료 전지는 단위 전지들과 분리판들이 적층된 스택을 포함한다. 각각의 단위 전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 형성된 연료극과, 전해질막의 다른 일면에 형성된 공기극으로 구성된다. 단위 전지의 가장자리에는 프레임이 고정되어 단위 전지를 지지하며, 한 쌍의 분리판이 단위 전지와 프레임의 외측에 위치한다.

공기극과 제1 분리판 사이에는 공기극 집전체가 위치하고 있어 공기극과 제1 분리판이 전기를 잘 통하도록 이들의 접촉성능을 보강하며, 연료극과 제2 분리판 사이에는 연료극 집전체가 위치하고 있어 연료극과 제2 분리판이 전기를 잘 통하도록 이들의 접촉성능을 보강하는 역할을 한다.

그러나, 공기극 집전체는 다공성 판 구조물이므로, 제1 분리판과 공기극 집전체의 접촉이 균일하지 않아 연료 전지 가동시 제1 분리판과 공기극 집전체간에 높은 접촉 저항이 발생한다. 따라서, 국부적으로 높은 저항열이 발생하는 열점(hot spot)에 의해 연료 전지의 수명이 단축되며, 높은 접촉 저항으로 인해 연료 전지의 효율이 감소한다.

또한, 연료극 집전체도 다공성 판 구조물이므로, 제2 분리판과 연료극 집전체의 접촉이 균일하지 않아 제2 분리판과 연료극 집전체간에 높은 접촉 저항이 발생한다.

특히, 공기극에서는 공기극 집전체와 제1 분리판의 접촉부의 산화로 인해, 시간이 지날수록 접촉 저항이 크게 증가하는 문제가 있다.

또한, 스택 적층시 제1 분리판과 공기극 집전체의 위치 또는 제2 분리판과 연료극 집전체의 위치가 무게에 의해서 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 공기극 집전체와 제1 분리판 사이 또는 연료극 집전체와 제2 분리판 사이의 접촉 저항을 줄여 열점의 발생을 방지할 수 있는 연료 전지를 제공하고자 한다.

상기 제1 분리판의 표면에는 제1 분리 돌출부와 제1 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성될 수 있고, 상기 제1 접합 부재는 상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리 돌출부 사이에 형성될 수 있다.

상기 공기극 집전체는 공기극 집전부와 상기 공기극 집전부에 형성되어 있으며 공기가 전달되는 공기 유로부를 포함할 수 있고, 상기 제1 접합 부재는 상기 공기극 집전부와 상기 제1 분리판 사이에 형성될 수 있다.

상기 연료극의 외측에 위치하고 있는 연료극 집전체, 상기 연료극 집전체의 외측에 위치하고 있는 제2 분리판, 그리고 상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리판을 서로 접합시키는 제2 접합 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 분리판의 표면에는 제2 분리 돌출부와 제2 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성될 수 있고, 상기 제2 접합 부재는 상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리 돌출부 사이에 형성될 수 있다.

상기 연료극 집전체는 연료극 집전부와 상기 연료극 집전부에 형성되어 있으며 연료가 전달되는 연료 유로부를 포함할 수 있고, 상기 제2 접합 부재는 상기 연료극 집전부와 상기 제2 분리판 사이에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지는 전해질막, 상기 전해질막의 일면에 형성된 공기극, 및 상기 전해질막의 다른 일면에 형성된 연료극을 포함하는 단위 전지, 상기 공기극의 외측에 위치하고 있는 공기극 집전체, 그리고 상기 공기극 집전체의 외측에 위치하고 있으며 상기 공기극 집전체와 접합하고 있는 제1 분리판을 포함할 수 있다.

상기 제1 분리판의 표면에는 제1 분리 돌출부와 제1 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성될 수 있고, 상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리 돌출부는 서로 접합될 수 있다.

상기 공기극 집전체는 공기극 집전부와 상기 공기극 집전부에 형성되어 있으며 공기가 전달되는 공기 유로부를 포함할 수 있고, 상기 공기극 집전부와 상기 제1 분리판은 서로 접합될 수 있다.

상기 연료극의 외측에 위치하고 있는 연료극 집전체, 그리고 상기 연료극 집전체의 외측에 위치하고 있으며 상기 공기극 집전체와 접합하고 있는 제2 분리판을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 분리판의 표면에는 제2 분리 돌출부와 제2 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성될 수 있고, 상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리 돌출부는 서로 접합될 수 있다.

상기 연료극 집전체는 연료극 집전부와 상기 연료극 집전부에 형성되어 있으며 연료가 전달되는 연료 유로부를 포함할 수 있고, 상기 연료극 집전부와 상기 제2 분리판은 서로 접합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지는 공기극 집전체와 제1 분리판 사이에 제1 접합 부재를 형성하고, 연료극 집전체와 제2 분리판 사이에 제2 접합 부재를 형성함으로써 공기극 집전체와 제1 분리판 사이 및 연료극 집전체와 제2 분리판 사이의 접촉 저항을 줄여 열점의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 접합 부재가 공기극 집전체와 제1 분리판을 서로 고정시키고, 제2 접합 부재가 연료극 집전체와 제2 분리판을 서로 고정시키므로, 스택 적층시 제1 분리판과 공기극 집전체의 위치 또는 제2 분리판과 연료극 집전체의 위치가 무게에 의해서 틀어지지 않아 스택 적층 작업의 효율이 향상된다.

또한, 공기극 집전체와 제1 분리판을 서로 접합하고, 연료극 집전체와 제2 분리판을 서로 접합함으로써 공기극 집전체와 제1 분리판 사이 및 연료극 집전체와 제2 분리판 사이의 접촉 저항을 줄여 열점의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료 전지 중 프레임의 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.

본 발명의 이점과 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않으며 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 아래의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 연료 전지 중 프레임의 부분 절개 사시도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 연료 전지(100)는 단위 전지(10)와, 단위 전지(10)의 가장자리에 고정되어 단위 전지(10)를 지지하는 프레임(20)과, 단위 전지(10)와 프레임(20)의 양측에 배치된 한 쌍의 분리판(31, 32)을 포함한다. 도 1에 도시한 단위 전지(10)와 프레임(20) 및 한 쌍의 분리판(31, 32)은 스택의 최소 단위로서 이들이 복수개로 반복 적층되어 연료 전지(100)의 스택을 구성한다.

단위 전지(10)는 전해질막(11)과, 전해질막(11)의 일면에 형성된 공기극(12)과, 전해질막(11)의 다른 일면에 형성된 연료극(13)을 포함한다. 공기극(12)의 외측에는 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)이 위치하고, 연료극(13)의 외측에는 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)이 위치한다.

제1 분리판(31)의 표면에는 제1 분리 돌출부(31a)와 제1 분리 함몰부(31b)가 교대로 반복되어 형성되어 있으며, 공기극 집전체(14)와 마주하는 제1 분리 함몰부(31b)는 공기가 전달되는 공기 유로(33)가 되어 공기극(12)으로 공기를 전달한다.

제2 분리판(32)의 표면에는 제2 분리 돌출부(32a)와 제2 분리 함몰부(32b)가 교대로 반복되어 형성되어 있으며, 연료극 집전체(15)와 마주하는 제2 분리 함몰부(32b)는 연료가 전달되는 연료 유로(34)가 되어 연료극(13)으로 연료를 전달한다.

전해질막(11)은 고체산화물인 이트리아-안정화 지르코니아를 사용할 수 있으며, 전해질막(11)은 치밀하게 구성되어 연료가스와 공기의 투과를 차단하며, 전자전도성은 없으나 산소이온 전도성은 높은 물질로 형성된다. 반면 공기극(12)과 연료극(13)은 공기와 연료가스가 잘 확산 공급되도록 다공질로 구성되고, 높은 전자전도성을 가지는 물질로 형성된다.

전해질막(11)으로 고체산화물이 적용된 고체산화물 연료 전지(SOFC, solid oxide fuel cells)는 복합발전 또는 열병합발전 등에 적용될 수 있다. 한편, 전해질막(11)은 고체산화물형 이외의 다른 종류, 예를 들어 인산형, 알칼리형, 고분자전해질형, 용융탄산염형, 또는 직접메탄올형 등으로 이루어질 수 있다.

공기극(12)에서는 산소의 환원반응이 일어나 산소이온이 생성되며, 전해질막(11)을 통해 연료극(13)으로 이동한 산소이온은 연료극(13)의 수소와 반응하여 수증기를 생성한다. 이때 연료극(13)에서는 전자가 생성되고, 공기극(12)에서는 전자가 소모되므로 두 전극(12, 13)을 연결하는 외부회로에 전기가 흐른다.

공기극 집전체(14)는 공기극(12)의 기계적 강도를 높이면서 공기극(12)과 제1 분리판(31)이 전기를 잘 통하도록 이들의 접촉성능을 보강하는 역할을 한다. 연료극 집전체(15) 또한 연료극(13)의 기계적 강도를 높이면서 연료극(13)과 제2 분리판(32)이 전기를 잘 통하도록 이들의 접촉성능을 보강하는 역할을 한다. 공기극 집전체(14)와 연료극 집전체(15)는 폼(foam) 형태, 메쉬(mesh) 형태, 펠트(felt) 형태, 직조물 형태의 금속 발포체일 수 있으며, 스탬핑(stamping) 또는 에칭(etching)으로 제조할 수 있다. 제1 분리판(31)과 제2 분리판(32)은 금속으로 제조된다.

공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a) 사이에는 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 접합시키는 제1 접합 부재(51)가 위치하고 있다. 그리고, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a) 사이에는 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 서로 접합시키는 제2 접합 부재(52)가 위치하고 있다.

제1 접합 부재(51) 및 제2 접합 부재(52)는 금속 재료로 만들어지며, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법으로 형성할 수 있다. 확산 접합(diffusion welding)은 확산에 의해 고체 상태로 접합을 이루는 방법이며, 브레이징(brazing)은 접합하려는 모재보다도 녹는점이 낮은 비철 금속 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 납재만을 용융시켜 접합하는 접합 방법이다.

이와 같이, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a) 사이에 제1 접합 부재(51)를 형성함으로써 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)간의 접촉면을 균일하게 하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있고, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31) 사이에서 저항열에 의해 열점(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a) 사이에 제2 접합 부재(52)를 형성함으로써 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)간의 접촉면을 균일하게 하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32) 사이의 접촉 저항을 줄이고, 열점 발생을 방지할 수 있다.

또한, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a) 사이에 제1 접합 부재(51)를 형성함으로써 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 서로 고정시키므로, 스택 적층시 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)이 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a) 사이에 제2 접합 부재(52)를 형성함으로써 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 서로 고정시키므로, 스택 적층시 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)이 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

도 1에는 제1 접합 부재(51)가 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a)의 접합면 모두에 형성되어 있고, 제2 접합 부재(52)가 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a)의 접합면 모두에 형성되어 있으나, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a)의 접합면 일부에 형성되고, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a)의 접합면 일부에 형성될 수도 있다.

프레임(20)은 시일재(41)에 의해 단위 전지(10)의 가장자리에 부착되어 단위 전지(10)를 지지한다. 프레임(20)은 금속으로 제조되고, 시일재(41)는 유리 계열 물질, 예를 들어 글래스 프릿을 포함할 수 있다. 그리고 프레임(20)과 제1 분리판(31) 사이 및 프레임(20)과 제2 분리판(32) 사이에 밀봉재(42)가 위치하여 단위 전지(10)로 공급된 공기와 연료가스의 누출을 방지한다. 밀봉재(42)는 시일재(41)와 같은 물질로 형성될 수 있다.

단위 전지(10)에서 공기극(12)과 공기극 집전체(14)는 연료극(13) 및 연료극 집전체(15)보다 작은 크기로 형성되고, 공기극(12)과 공기극 집전체(14)의 둘레를 따라 전해질막(11) 위로 시일재(41)가 위치한다. 프레임(20)은 단위 전지(10)를 향한 일측에 시일재(41) 전체와 전해질막(11)의 일부 및 연료극(13)의 일부를 수용하는 절개부(23)를 형성한다. 이로써 프레임(20)은 시일재(41)에 밀착 고정되는 시일부(21)와, 시일부(21)를 지지하는 지지부(22)로 구분될 수 있다.

시일부(21)는 단위 전지(10)의 두께방향(도 1을 기준으로 세로방향)을 따라 시일재(41)와 중첩되며, 제1의 두께(t1)(도 2 참조)를 가진다. 지지부(22)는 시일부(21)의 외측에서 한 쌍의 밀봉재(42) 사이에 위치하고, 시일부(21)의 두께보다 큰 제2의 두께(t2)(도 2 참조)를 가진다.

이때 연료극(13)이 프레임(20)과 접촉하지 않도록 서로 마주하는 지지부(22)의 측면간 거리(d)(도 2 참조)는 연료극(13)의 폭보다 크게 형성된다. 그리고 절개부(23)의 수직 높이, 즉 단위 전지(10)와 마주하는 지지부(22)의 측면 높이는 시일재(41)와 전해질막(11) 및 연료극(13)의 두께를 합한 값보다 작은 값으로 형성되어 프레임(20)과 연료극 집전체(15)가 접촉하지 않도록 한다.

단위 전지(10), 시일재(41), 프레임(20), 밀봉재(42), 및 한 쌍의 분리판(31, 32)은 도 1에 도시한 순서로 적층되고, 고온에서 시일재(41)와 밀봉재(42)가 녹은 후 상온에서 굳으면서 단위 전지(10), 프레임(20), 및 한 쌍의 분리판(31, 32)이 일체로 접합된다.

한편, 상기 제1 실시예에서는 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부가 공기극 집전체(14)와 접촉하며, 제1 분리판(31)의 제1 분리 함몰부(31b)에 공기 유로가 형성되었으나, 공기극 집전체(14) 내부에 공기 유로부를 직접 형성할 수도 있다. 또한, 연료극 집전체(15) 내부에 연료 유로부를 직접 형성할 수 있다.

이하에서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.

도 3을 참고하면, 제2 실시예의 연료 전지(200)는 공기극 집전체(14) 내부에 공기 유로부가 직접 형성되고, 연료극 집전체(15) 내부에 연료 유로부가 직접 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 연료 전지와 동일한 구조로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면부호를 사용한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 분리판(31)은 평면 형상이며, 공기극 집전체(14)는 공기극 집전부(14a)와, 공기극 집전부(14a)에 형성되어 있는 공기 유로부(14b)를 포함한다. 공기 유로부(14b)는 소정 간격으로 이격되어 복수개가 형성되어 있으며, 제1 분리판(31)과 마주하는 공기 유로부(14b)는 공기가 전달되는 공기 유로(33)가 되어 공기극(12)으로 공기를 전달한다.

제2 분리판(32)은 평면 형상이며, 연료극 집전체(15)는 연료극 집전부(15a)와 연료극 집전부(15a)에 형성되어 있는 연료 유로부(15b)를 포함한다. 연료 유로부(15b)는 소정 간격으로 이격되어 복수개가 형성되어 있으며, 제2 분리판(32)과 마주하는 연료 유로부(15b)는 연료가 전달되는 연료 유로(34)가 되어 연료극(13)으로 연료를 전달한다.

공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이에는 제1 접합 부재(51)가 형성되어 있고, 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32) 사이에는 제2 접합 부재(52)가 형성되어 있다. 제1 접합 부재(51) 및 제2 접합 부재(52)는 금속 재료로 만들어지며, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법으로 형성할 수 있다.

공기극 집전체(14)를 제1 접합 부재(51)로 제1 분리판(31)과 부착시킨 후, 소정 패턴으로 공기극 집전체(14)를 스탬핑하여 공기 유로부(14b)를 형성할 수 있다. 또한, 연료극 집전체(15)도 제2 접합 부재(52)로 제2 분리판(32)과 부착시킨 후, 소정 패턴으로 연료극 집전체(15)을 스탬핑하여 연료 유로부(15b)를 형성할 수 있다.

이와 같이, 공기극 집전체(14)의 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이에 제1 접합 부재(51)를 형성함으로써 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)간의 접촉면을 균일하게 하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31) 사이의 접촉 저항을 줄이고 열점 발생을 방지할 수 있으며, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 서로 고정시키므로 스택 적층시 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)이 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 연료극 집전체(15)의 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32) 사이에 제2 접합 부재(52)를 형성함으로써 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)간의 접촉면을 균일하게 하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32) 사이의 접촉 저항을 줄이고 열점 발생을 방지할 수 있으며, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 서로 고정시키므로, 스택 적층시 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)이 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 제1 실시예에서는 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a) 사이에 제1 접합 부재(51)를 형성하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 접합시키고, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a) 사이에 제2 접합 부재(52)를 형성하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 서로 접합시켰으나, 별도의 접합 부재 없이 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 접합시키고, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 접합시킬 수도 있다.

이하에서, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.

도 4를 참고하면, 제3 실시예의 연료 전지(300)는 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a) 사이에 별도의 접합 부재 없이 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)이 접합되어 있으며, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a) 사이에 별도의 접합 부재 없이 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)이 서로 접합되어 있는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 연료 전지와 동일한 구조로 이루어진다.

도 4에 도시한 바와 같이, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a)는 서로 접합되어 있으며, 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a)도 서로 접합되어 있다.

이와 같이, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)의 제1 분리 돌출부(31a)를 접합함으로써 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)간의 접촉면을 균일하게 하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있고, 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31) 사이에서 저항열에 의해 열점이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)의 제2 분리 돌출부(32a)를 접합함으로써 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)간의 접촉면을 균일하게 하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32) 사이의 접촉 저항을 줄이고, 열점 발생을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제2 실시예에서 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이에 제1 접합 부재(51)를 형성하여 공기극 집전체(14)와 제1 분리판(31)을 서로 접합시키고, 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32) 사이에 제2 접합 부재(52)를 형성하여 연료극 집전체(15)와 제2 분리판(32)을 서로 접합시켰으나, 별도의 접합 부재 없이 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31)을 서로 접합시키고, 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32)을 접합시킬수도 있다.

이하에서, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 전지의 구성도이다.

도 5를 참고하면, 제4 실시예의 연료 전지(400)는 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이에 별도의 접합 부재 없이 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31)이 접합되어 있으며, 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32) 사이에 별도의 접합 부재 없이 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32)이 서로 접합되어 있는 것을 제외하고 전술한 제2 실시예의 연료 전지와 동일한 구조로 이루어진다.

도 5에 도시한 바와 같이, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31)은 서로 접합되어 있으며, 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32)도 서로 접합되어 있다.

이와 같이, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31)를 접합함으로써 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31)간의 접촉면을 균일하게 하여 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있고, 공기극 집전부(14a)와 제1 분리판(31) 사이에서 저항열에 의해 열점이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 저항 용접, 확산 접합, 브레이징 또는 납땜 등의 접합 방법을 이용하여 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32)을 접합함으로써 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32)간의 접촉면을 균일하게 하여 연료극 집전부(15a)와 제2 분리판(32) 사이의 접촉 저항을 줄이고, 열점 발생을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

11: 전해질막 12: 공기극
13: 연료극 14: 공기극 집전체
15: 연료극 집전체 20: 프레임
21: 시일부 22: 지지부
23: 절개부 31: 제1 분리판
32: 제2 분리판 33: 공기 유로
34: 연료 유로 41: 시일재
42: 밀봉재

Claims

전해질막, 상기 전해질막의 일면에 형성된 공기극, 및 상기 전해질막의 다른 일면에 형성된 연료극을 포함하는 단위 전지,
상기 공기극의 외측에 위치하고 있는 공기극 집전체,
상기 공기극 집전체의 외측에 위치하고 있는 제1 분리판,
그리고,
상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리판을 서로 접합시키는 제1 접합 부재
를 포함하고,
상기 공기극 집전체는 금속 발포체로 이루어지고,
상기 금속 발포체는 폼(foam) 형태, 메쉬(mesh) 형태, 펠트(felt) 형태, 직조물 형태로 이루어지는 연료 전지.
제1항에 있어서,
상기 제1 분리판의 표면에는 제1 분리 돌출부와 제1 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성되어 있는 연료 전지.
제2항에 있어서,
상기 제1 접합 부재는 상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리 돌출부 사이에 형성되는 연료 전지.
제1항에 있어서,
상기 공기극 집전체는 공기극 집전부와 상기 공기극 집전부에 형성되어 있으며 공기가 전달되는 공기 유로부를 포함하는 연료 전지.
제4항에 있어서,
상기 제1 접합 부재는 상기 공기극 집전부와 상기 제1 분리판 사이에 형성되는 연료 전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료극의 외측에 위치하고 있는 연료극 집전체,
상기 연료극 집전체의 외측에 위치하고 있는 제2 분리판, 그리고
상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리판을 서로 접합시키는 제2 접합 부재를 더 포함하는 연료 전지.
제6항에 있어서,
상기 제2 분리판의 표면에는 제2 분리 돌출부와 제2 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성되어 있는 연료 전지.
제7항에 있어서,
상기 제2 접합 부재는 상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리 돌출부 사이에 형성되는 연료 전지.
제6항에 있어서,
상기 연료극 집전체는 연료극 집전부와 상기 연료극 집전부에 형성되어 있으며 연료가 전달되는 연료 유로부를 포함하는 연료 전지.
제9항에 있어서,
상기 제2 접합 부재는 상기 연료극 집전부와 상기 제2 분리판 사이에 형성되는 연료 전지.
전해질막, 상기 전해질막의 일면에 형성된 공기극, 및 상기 전해질막의 다른 일면에 형성된 연료극을 포함하는 단위 전지,
상기 공기극의 외측에 위치하고 있는 공기극 집전체, 그리고
상기 공기극 집전체의 외측에 위치하고 있으며 상기 공기극 집전체와 접합하고 있는 제1 분리판
을 포함하고,
상기 공기극 집전체는 금속 발포체로 이루어지고,
상기 금속 발포체는 폼(foam) 형태, 메쉬(mesh) 형태, 펠트(felt) 형태, 직조물 형태로 이루어지는 연료 전지.
제11항에 있어서,
상기 제1 분리판의 표면에는 제1 분리 돌출부와 제1 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성되어 있는 연료 전지.
제12항에 있어서,
상기 공기극 집전체와 상기 제1 분리 돌출부는 서로 접합되어 있는 연료 전지.
제11항에 있어서,
상기 공기극 집전체는 공기극 집전부와 상기 공기극 집전부에 형성되어 있으며 공기가 전달되는 공기 유로부를 포함하는 연료 전지.
제14항에 있어서,
상기 공기극 집전부와 상기 제1 분리판은 서로 접합되어 있는 연료 전지.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료극의 외측에 위치하고 있는 연료극 집전체, 그리고
상기 연료극 집전체의 외측에 위치하고 있으며 상기 공기극 집전체와 접합하고 있는 제2 분리판
을 더 포함하는 연료 전지.
제16항에 있어서,
상기 제2 분리판의 표면에는 제2 분리 돌출부와 제2 분리 함몰부가 교대로 반복되어 형성되어 있는 연료 전지.
제17항에 있어서,
상기 연료극 집전체와 상기 제2 분리 돌출부는 서로 접합되어 있는 연료 전지.
제16항에 있어서,
상기 연료극 집전체는 연료극 집전부와 상기 연료극 집전부에 형성되어 있으며 연료가 전달되는 연료 유로부를 포함하는 연료 전지.
제19항에 있어서,
상기 연료극 집전부와 상기 제2 분리판은 서로 접합되어 있는 연료 전지.