KR101312458B1

KR101312458B1 - 연료 전지용 세퍼레이터 및 제조 방법, 이를 포함하는 연료 전지 스택

Info

Publication number: KR101312458B1
Application number: KR1020120030486A
Authority: KR
Inventors: 임성엽; 정두환; 김상경; 백동현; 이병록
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-09-27

Abstract

연료 전지용 세퍼레이터가 개시된다. 개시된 연료 전지용 세퍼레이터는, ⅰ)적어도 일면에 유체가 지나가는 유로 채널이 형성된 플레이트 본체와, ⅱ)유로 채널로 유체를 공급하고 유로 채널로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들과, ⅲ)어느 하나의 매니폴드로 유입되는 유체를 유로 채널로 공급하고, 유로 채널을 지난 유체를 다른 하나의 매니폴드로 배출하기 위해 이들 매니폴드의 내주면에 형성되며 유로 채널과 상호 연결되는 연결 유로를 포함하며, 플레이트 본체는 두 장의 플레이트가 서로 부착되며 이들 플레이트 사이에 연결 유로를 형성할 수 있다.

Description

연료 전지용 세퍼레이터 및 제조 방법, 이를 포함하는 연료 전지 스택 {SEPARATOR FOR FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD OF SEPARATOR FOR FUEL CELL, AND FUEL CELL STACK WITH THE SAME}

본 발명의 실시예는 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지로 연료와 산화제 가스를 공급하기 위한 세퍼레이터(SEPARATOR)에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 산화제 가스의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.

이러한 연료 전지는 시스템의 구성 요소와 연료의 종류에 따라 여러 타입으로 나뉘는데, 저온형 연료 전지는 크게 고분자 전해질막 연료 전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)로 구분할 수 있다.

고분자 전해질막 연료 전지는 순수한 수소 가스 또는 개질 장치에서 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스와, 공기와 같은 산화제 가스를 제공받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.

여기서, 상기 연료라 함은 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수도 있다.

이와 같은 고분자 전해질막 연료 전지는 에너지 밀도가 크고, 출력이 높다는 장점을 가지고 있으나, 수소를 포함한 가스의 취급에 주의를 요하고 수소를 생산하기 위하여 액체 연료 또는 가스 연료 등을 개질하기 위한 개질 장치 등의 부대 설비를 필요로 하는 문제점이 있다.

한편, 직접 메탄올 연료 전지는 고분자 전해질막 연료 전지와 달리, 수소를 포함한 가스를 사용하지 않고 액체 연료 또는 가스 연료를 직접적으로 제공받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도 제공되는 산화제 가스의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.

직접 메탄올 연료 전지는 액체 연료를 직접 사용하여 작동되므로, 연료의 저장, 시스템의 운전 및 보수가 비교적 간단하고 용이하여 차세대 이동용 전원으로 주목 받고 있는 신에너지 변환 기술이다.

이러한 연료 전지는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 세퍼레이터(separator: 당 업계에서는 통상적으로 "바이폴라 플레이트" 또는 “분리판” 이라고도 한다)로 이루어진 단위 전지(cell)들이 연속적으로 배치된 연료 전지 스택(Stack)을 구성한다.

연료 전지 스택은 단위 전지들이 수 십 개 내지 수 백 개로 적층되며, 수W 내지 KW의 전력량을 생산하게 된다.

여기서, 세퍼레이터는 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측면에 배치되며, 수소를 포함한 가스 또는 액체 연료(이하에서는 편의상 "연료"라고 한다) 및 산화제 가스를 막-전극 어셈블리로 공급하는 통로의 역할과, 막-전극 어셈블리의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능을 동시에 수행한다.

따라서, 스택의 단위 전지들로 연료 및 산화제 가스를 공급하게 되면, 연료는 막-전극 어셈블리의 애노드 전극으로 공급되고, 산화제 가스는 세퍼레이터에 의해 캐소드 전극으로 공급된다.

이 과정에 스택은 애노드 전극에서 연료 중에 함유된 수소 성분의 전기 화학적인 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산화제 가스의 전기 화학적인 환원 반응이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 생성하게 된다.

한편, 종래 기술에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는 일면에 연료의 흐름을 가능케 하는 유로 채널을 형성하고, 다른 일면에 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 유로 채널을 형성한다.

그리고, 세퍼레이터에는 각각의 유로 채널에 대하여 연료와 산화제 가스를 공급/배출하기 위한 홀 형태의 매니폴드를 형성하고 있으며, 각각의 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 랜드 부분의 표면 상에 연결 통로를 형성하고 있다.

이 경우, 상기 세퍼레이터에는 일 예로서 연결 통로를 덮는 덮개를 별도로 설치하여 그 덮개에 의해 연료 및 산화제 가스가 매니폴드에서 유로 채널로 공급될 수 있는 연결홀을 형성하게 된다.

그런데, 이와 같은 종래 기술에 따르면, 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 세퍼레이터들을 평면적으로 가압 밀착시켜 수 십 내지 수 백 단위의 단위 전지들을 스택킹 하는 경우, 덮개의 미세한 두께 차이의 누적으로 인해 덮개 및 세퍼레이터가 파손 또는 손상될 염려가 있으며, 연료 전지 스택의 전체 부품수가 증가할 수 있다.

다른 예로서, 종래 기술에서는 세퍼레이터들 사이에 위치하는 막-전극 어셈블리의 가스켓이 연결 통로를 덮는 덮개로서의 역할을 하며, 그 가스켓에 의해 연료 및 산화제 가스가 매니폴드에서 유로 채널로 공급될 수 있는 연결홀을 형성하게 된다.

그런데, 종래 기술에서는 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 세퍼레이터들을 평면적으로 가압 밀착시켜 수 십 내지 수 백 단위의 단위 전지들을 스택킹 하는 경우, 세퍼레이터들의 가압력에 의해 가스켓이 변형되면서 연료가 가스켓의 틈새를 통해 인접한 막-전극 어셈블리로 크로스 오버 됨으로써 스택 성능의 저하를 야기시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로서 덮개를 삭제할 수 있고, 스택 성능의 저하를 방지할 수 있도록 한 연료 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 연료 전지 스택을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터는, ⅰ)적어도 일면에 유체가 지나가는 유로 채널이 형성된 플레이트 본체와, ⅱ)상기 유로 채널로 유체를 공급하고 상기 유로 채널로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들과, ⅲ)어느 하나의 매니폴드로 유입되는 유체를 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지난 유체를 다른 하나의 매니폴드로 배출하기 위해 이들 매니폴드의 내주면에 형성되며 상기 유로 채널과 상호 연결되는 연결 유로를 포함하며, 상기 플레이트 본체는 두 장의 플레이트가 서로 부착되며 이들 플레이트 사이에 상기 연결 유로를 형성한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 연결 유로는 상기 매니폴드와 상기 유로 채널 사이를 관통하여 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터는, 상기 플레이트 본체의 양면에 상기 유로 채널이 각각 형성된 바이폴라 플레이트로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 플레이트 본체는 일면에 연료의 흐름을 가능케 하는 제1 유로 채널이 형성된 제1 플레이트와, 일면에 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 제2 유로 채널이 형성된 제2 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터는, 상기 제1 플레이트의 다른 일면과 상기 제2 플레이트의 다른 일면이 상호 부착되며 상기 연결 유로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 연료를 상기 제1 유로 채널로 공급하고 상기 제1 유로 채널을 지난 연료를 배출하는 한 쌍의 제1 및 제2 매니폴드와, 상기 산화제 가스를 상기 제2 유로 채널로 공급하고 상기 제2 유로 채널을 지난 산화제 가스를 배출하는 다른 한 쌍의 제3 및 제4 매니폴드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 연결 유로는 상기 제1 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 시작단을 연결하는 제1 연결 유로와, 상기 제2 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 끝단을 연결하는 제2 연결 유로와, 상기 제3 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 시작단을 연결하는 제3 연결 유로와, 상기 제4 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 끝단을 연결하는 제4 연결 유로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제1 플레이트의 다른 일면에는 상기 제1 및 제2 매니폴드와 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홈과, 상기 제1 및 제2 연결홈과 각각 연결되며 상기 제1 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제2 플레이트의 다른 일면에는 상기 제3 및 제4 매니폴드와 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홈과, 상기 제3 및 제4 연결홈과 각각 연결되며 상기 제2 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결 유로는 상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면이 서로 부착되며 상기 제1 및 제2 연결홈이 상기 제2 플레이트의 다른 일면에 의해 상기 제1 및 제2 연결홀과 상호 연결되는 유로로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제3 및 제4 연결 유로는 상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면이 서로 부착되며 상기 제3 및 제4 연결홈이 상기 제1 플레이트의 다른 일면에 의해 상기 제3 및 제4 연결홀과 상호 연결되는 유로로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결홈은 상기 제1 및 제2 매니폴드에서 상기 제1 및 제2 연결홀로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 세퍼레이터에 있어서, 상기 제3 및 제4 연결홈은 상기 제3 및 제4 매니폴드에서 상기 제3 및 제4 연결홀로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법은, ⅰ)제1 및 제2 매니폴드와 연결되며 연료를 유통시키는 제1 유로 채널이 일면에 형성된 제1 플레이트와, 제3 및 제4 매니폴드와 연결되며 산화제 가스를 유통시키는 제2 유로 채널이 일면에 형성된 제2 플레이트를 준비하며, ⅱ)상기 제1 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홀을 상기 제1 플레이트에 형성하고, 상기 제2 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홀을 상기 제2 플레이트에 형성하며, ⅲ)상기 제1 및 제2 연결홀과 상기 제1 및 제2 매니폴드에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홈을 상기 제1 플레이트의 다른 일면에 형성하며, 상기 제3 및 제4 연결홀과 상기 제3 및 제4 매니폴드에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홈을 상기 제2 플레이트의 다른 일면에 형성하고, ⅳ)상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면을 서로 부착하는 과정을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법은, 상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면을 서로 부착하여, 상기 제1 연결홈 및 제1 연결홀에 의해 상기 제1 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 시작단이 연결된 제1 연결 유로를 형성하고, 상기 제2 연결홈과 제2 연결홀에 의해 상기 제2 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 끝단이 연결된 제2 연결 유로를 형성하며, 상기 제3 연결홈과 제3 연결홀에 의해 상기 제3 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 시작단이 연결된 제3 연결 유로를 형성하고, 상기 제4 연결홈과 제4 연결홀에 의해 상기 제4 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 끝단이 연결된 제4 연결 유로를 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열하여 이루어지는 전기 발생 집합체를 포함하고, 상기 각 단위 셀은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 배치되는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 세퍼레이터는 적어도 일면에 유체가 지나가는 유로 채널이 형성된 플레이트 본체와, 상기 유로 채널로 유체를 공급하고 상기 유로 채널로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들과, 어느 하나의 매니폴드로 유입되는 유체를 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지난 유체를 다른 하나의 매니폴드로 배출하기 위해 이들 매니폴드의 내주면에 형성되며 상기 유로 채널과 상호 연결되는 연결 유로를 포함하고, 상기 플레이트 본체는 두 장의 플레이트가 서로 부착되며 이들 플레이트 사이에 상기 연결 유로를 형성한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 상기 단위 셀이 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택은, 상기 단위 셀이 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예는 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 통로를 세퍼레이터의 면 상에 형성하고 그 연결 통로를 덮는 덮개를 설치하는 종래 기술과 달리, 덮개를 삭제하고 각 매니 폴드와 유로 채널 사이의 랜드 부분을 관통하는 연결 유로를 구성하므로, 연료 전지 스택의 전체 부품수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 덮개를 삭제하며 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 세퍼레이터들을 평면적으로 가압 밀착시켜 수 십 내지 수 백 단위의 단위 셀들을 스택킹하게 되므로, 덮개의 미세한 두께 차이 누적으로 인해 덮개 및 세퍼레이터가 파손/손상되는 염려가 없다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 통로를 세퍼레이터의 면 상에 형성하고 그 연결 통로를 막-전극 어셈블리의 가스켓으로 덮는 종래 기술과 달리, 각 매니 폴드와 유로 채널 사이의 랜드 부분을 관통하는 연결 유로를 구성하므로, 연료가 가스켓의 틈새를 통해 인접한 막-전극 어셈블리로 크로스 오버 됨에 따른 스택 성능의 저하를 막을 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 전면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 배면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 정면 구성도이다.
도 6은 도 3의 정면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 일부를 도시한 부분 단면 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 다른 일부를 도시한 부분 단면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택을 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)은 연료 및 산화제 가스의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로 구성될 수 있다.

연료는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.

그리고, 연료는 당 업계에서 “리포머(Reformer)"라고 칭하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스 또는 순수한 수소 가스를 포함할 수도 있다.

또한, 산화제 가스는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.

여기서, 상기 연료와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응은 단위 셀인 연료 전지를 통해 이루어지는 바, 예를 들면 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지는 액체 연료를 직접 사용하는 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)로서 이루어질 수 있다.

대안으로서, 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지는 수소 성분이 풍부한 연료 가스와 공기 등의 산화제 가스를 제공받아 연료 가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)일 수도 있다.

즉, 본 발명의 실시예는 직접 메탄올 연료 전지 및 고분자 전해질형 연료 전지에 모두 적용될 수 있는 바, 이하에서는 직접 메탄올 연료 전지에 사용될 수 있는 액체 연료와, 고분자 전해질형 연료 전지에 사용될 수 있는 연료 가스를 편의 상 “연료” 라고 한다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 스택(100)은 기본적으로, 연료 전지로서의 단위 셀들(1)이 연속적으로 배열되어 이루어지는 전기 발생 집합체(3)를 포함하고 있다.

각 단위 셀(1)은 막-전극 어셈블리(MEA)(5)와, 막-전극 어셈블리(5)를 사이에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터(200)(당 업계에서는 통상적으로 “분리판” 이라고도 한다)를 포함한다.

상기에서, 막-전극 어셈블리(5)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.

애노드 전극은 세퍼레이터(200)를 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 기능을 하게 된다.

그리고, 캐소드 전극은 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터(200)를 통해 제공받은 산화제 가스를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.

이와 같이 상기 세퍼레이터(200)는 막-전극 어셈블리(5)의 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 연료와 산화제 가스를 각각 공급하는 통로의 역할을 하는데, 막-전극 어셈블리(5)의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체로서의 기능도 동시에 수행한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 상기 세퍼레이터(200)의 구성은 도 2 내지 도 8을 참조하여 뒤에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 상기 연료 전지 스택(100)은 세퍼레이터(200)를 통해 막-전극 어셈블리(5)의 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 연료와 산화제 가스를 각각 공급하게 되면, 애노드 전극에서는 연료의 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산화제 가스의 환원 반응이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로서 전기 에너지를 발생시키게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 전면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터의 배면 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(200)는 기본적으로, 플레이트 본체(10)와, 매니폴드들(61, 62, 63, 64)과, 연결 유로(71, 72, 73, 74)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서, 상기 플레이트 본체(10)는 세퍼레이터(200)를 구성하는 사각 형상의 플레이트로서 이루어지며, 적어도 일면에 연료 또는 산화제 가스가 지나가는 유동 경로로서의 유로 채널을 형성하고 있다.

여기서, 상기 플레이트 본체(10)는 그라파이트(GRAPHITE) 또는 카본 복합체(CARBON COMPOSITE)로서 이루어지는 바, 예를 들면 이들 소재의 조성물을 압축 성형하여 이루어질 수 있다.

상기 플레이트 본체(10)는 도 2에서와 같이 일면에 연료의 흐름을 가능케 하는 제1 유로 채널(11)을 형성하고, 도 3에서와 같이 다른 일면에 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 제2 유로 채널(12)을 형성하고 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 세퍼레이터(200)는 플레이트 본체(10)의 양면에 제1 및 제2 유로 채널(11, 12)을 각각 형성하므로, 당 업계에 널리 알려진 바이폴라 플레이트로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 매니폴드들(61, 62, 63, 64)은 별도 공급되는 연료를 제1 유로 채널(11)로 공급하고 그로부터 연료를 배출하며, 별도 공급되는 산화제 가스를 제2 유로 채널(12)로 공급하고 그로부터 산화제 가스를 배출하기 위한 것이다.

이하에서는 연료를 제1 유로 채널(11)로 공급하는 매니폴드를 제1 매니폴드(61)로 정의하고, 제1 유로 채널(11)을 지난 연료를 배출하는 매니폴드를 제2 매니폴드(62)로 정의할 수 있다.

그리고, 산화제 가스를 제2 유로 채널(12)로 공급하는 매니폴드를 제3 매니폴드(63)로 정의하고, 제2 유로 채널(12)을 지난 산화제 가스를 배출하는 매니폴드를 제4 매니폴드(64)로 정의할 수 있다.

상기에서, 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)는 플레이트 본체(10)의 각 모서리 부분에 대략 타원형의 구멍으로서 형성되며, 그 구멍에는 플레이트 본체(10)의 두께에 상응하는 내주면을 형성하고 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)는 플레이트 본체(10)에 대해 대각선 방향으로 각각 배치되며, 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)는 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)에 크로스 되는 대각선 방향으로 각각 배치될 수 있다.

한편, 상기에서와 같은 플레이트 본체(10)는 두 장의 플레이트가 서로 부착된 구조로 이루어지는 바, 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)와 연결되는 제1 유로 채널(11)이 일면에 형성되며, 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)와 연결되는 제2 유로 채널(12)이 다른 일면에 형성될 수 있다.

도 2 및 도 3과 함께 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 플레이트 본체(10)는 일면에 제1 유로 채널(11)이 형성된 제1 플레이트(10a)와, 일면에 제2 유로 채널(12)이 형성된 제2 플레이트(10b)를 포함한다.

이러한 플레이트 본체(10)는 제1 플레이트(10a)의 다른 일면과 제2 플레이트(10b)의 다른 일면이 서로 부착되며 하나의 플레이트로 이루어지며, 뒤에서 더욱 설명될 제1 내지 제4 연결 유로(71, 72, 73, 74)가 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성될 수 있다.

여기서, 각각의 플레이트(10a, 10b)에는 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)를 구성하기 위한 매니폴드 구멍이 모서리 부분에 각각 형성되어 있다.

상기 제1 유로 채널(11)은 제1 플레이트(10a)의 일면에 형성되는 바, 시작단이 제1 연결 유로(71)를 통해 제1 매니폴드(61)와 연결되고, 끝단이 제2 연결 유로(72)를 통해 제2 매니폴드(62)와 연결될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 유로 채널(11)은 제1 매니폴드(61)의 제1 연결 유로(71)를 통해 공급되는 연료를 유동시키며 단위 셀(1: 도 1 참조)의 막-전극 어셈블리(5: 도 1 참조)의 애노드 전극으로 공급함과 아울러 제2 연결 유로(72)를 통해 제2 매니폴드(62)로 공급하는 기능을 하게 된다.

상기 제1 유로 채널(11)은 제1 플레이트(10a)의 일면에서 시작단과 끝단이 사행(蛇行: serpentine)의 형태로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제2 유로 채널(12)은 제2 플레이트(10b)의 일면에 형성되는 바, 시작단이 제3 연결 유로(73)를 통해 제3 매니폴드(63)와 연결되고, 끝단이 제4 연결 유로(74)를 통해 제4 매니폴드(64)와 연결될 수 있다.

이 경우, 상기 제2 유로 채널(12)은 제3 매니폴드(63)의 제3 연결 유로(73)를 통해 공급되는 산화제 가스를 유동시키며 단위 셀(1: 도 1 참조)의 막-전극 어셈블리(5: 도 1 참조)의 캐소드 전극으로 공급함과 아울러 제4 연결 유로(74)를 통해 제4 매니폴드(64)로 공급하는 기능을 하게 된다.

상기 제2 유로 채널(12)은 제2 플레이트(10b)의 일면에서 시작단과 끝단이 사행(蛇行: serpentine)의 형태로 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 매니폴드(61)로 유입되는 연료를 제1 유로 채널(11)로 공급하고, 제1 유로 채널(11)을 지난 연료를 제2 매니폴드(62)로 배출하기 위한 것이다.

또한, 상기 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제3 매니폴드(63)로 유입되는 산화제 가스를 제2 유로 채널(12)로 공급하고, 제2 유로 채널(12)을 지난 산화제 가스를 제4 매니폴드(64)로 배출하기 위한 것이다.

상기한 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)의 내주면에 각각 형성되며 제1 유로 채널(11)의 시작단과 끝단에 각각 연결되고, 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)의 내주면에 각각 형성되며 제2 유로 채널(12)의 시작단과 끝단에 각각 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 앞서 언급한 바 있듯이 상기 제1 매니폴드(61)와 제1 유로 채널(11)의 시작단을 연결하는 연결 유로를 제1 연결 유로(71), 제2 매니폴드(62)와 제1 유로 채널(11)의 끝단을 연결하는 연결 유로를 제2 연결 유로(72), 제3 매니폴드(63)와 제2 유로 채널(12)의 시작단을 연결하는 연결 유로를 제3 연결 유로(73), 제4 매니폴드(64)와 제2 유로 채널(12)의 끝단을 연결하는 연결 유로를 제4 연결 유로(74)로 정의할 수 있다.

도 4 내지 도 8에서와 같이, 상기 제1 내지 제4 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)의 내주면에 홀 형태로 구비된다.

상기 제1 내지 제4 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)와 제1 및 제2 유로 채널(11, 12) 사이를 관통하여 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1 내지 제4 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)와 제1 및 제2 유로 채널(11, 12) 사이의 랜드 부분을 관통하여 형성될 수 있다.

상기에서와 같은 제1 내지 제4 연결 유로(71, 72, 73, 74)는 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면이 서로 부착되면서 이들 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 제1 연결 유로(71)를 구성하는 제1 연결홈(81a)과 제1 연결홀(81b), 제2 연결 유로(72)를 구성하는 제2 연결홈(82a)과 제2 연결홀(82b), 제3 연결 유로(73)를 구성하는 제3 연결홈(83a)과 제3 연결홀(83b), 그리고 제4 연결 유로(74)를 구성하는 제4 연결홈(84a)과 제4 연결홀(84b)을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결홈(81a, 82a)은 제1 플레이트(10a)의 다른 일면에서 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)와 각각 연결되게 형성되며, 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)은 제1 및 제2 연결홈(81a, 82a)에 각각 연결되며 제1 유로 채널(11)의 시작단과 끝단에 각각 연결되게 형성된다.

그리고, 상기 제3 및 제4 연결홈(83a, 84a)은 제2 플레이트(10b)의 다른 일면에서 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)와 각각 연결되게 형성되며, 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)은 제3 및 제4 연결홈(83a, 84a)에 각각 연결되며 제2 유로 채널(12)의 시작단과 끝단에 각각 연결되게 형성된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 연결홈(81a, 82a)은 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)에서 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어진다.

상기 제3 및 제4 연결홈(83a, 84a)은 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)에서 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)은 제1 플레이트(10a)를 관통하여 형성되며, 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)은 제2 플레이트(10b)를 관통하여 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 제1 및 제2 연결 유로(71, 72)는 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면이 서로 부착되며 제1 및 제2 연결홈(81a, 82a)이 제2 플레이트(10b)의 다른 일면에 의해 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)과 상호 연결되는 유로로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제3 및 제4 연결 유로(73, 74)는 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면이 서로 부착되며 제3 및 제4 연결홈(83a, 84a)이 제1 플레이트(10a)의 다른 일면에 의해 상기 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)과 상호 연결되는 유로로 이루어질 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(100)에 채용되는 연료 전지용 세퍼레이터(200)의 제조 방법을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 제1 유로 채널(11)이 일면에 형성된 제1 플레이트(10b)와, 제2 유로 채널(12)이 일면에 형성된 제2 플레이트(10b)를 준비한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)에는 제1 내지 제4 매니폴드(61, 62, 63, 64)를 구성하기 위한 매니폴드 구멍이 모서리 부분에 각각 형성되어 있다.

상기 제1 유로 채널(11)은 제1 플레이트(10a)의 일면에서 시작단과 끝단이 사행(蛇行: serpentine)의 형태로 연결되며, 제2 유로 채널(12)은 제2 플레이트(10b)의 일면에서 시작단과 끝단이 사행(蛇行: serpentine)의 형태로 연결된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 유로 채널(11)의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)을 제1 플레이트(10a)에 형성하고, 제2 유로 채널(12)의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)을 제2 플레이트(10b)에 형성한다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 연결홀(81b, 82b)과 제1 및 제2 매니폴드(61, 62)에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홈(81a, 82a)을 제1 플레이트(10a)의 다른 일면에 형성하고, 제3 및 제4 연결홀(83b, 84b)과 제3 및 제4 매니폴드(63, 64)에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홈(83a, 84a)을 제2 플레이트(10b)의 다른 일면에 형성한다.

상기와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 접착 수지와 같은 접착제를 이용하여 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면을 서로 부착한다.

그러면, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면을 서로 부착함으로 제1 연결홈(81a) 및 제1 연결홀(81b)에 의해 제1 매니폴드(61)와 제1 유로 채널(11)의 시작단이 연결된 제1 연결 유로(71)를 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성할 수 있다.

상기 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면을 서로 부착함으로 제2 연결홈(82a)과 제2 연결홀(82b)에 의해 제2 매니폴드(62)와 제1 유로 채널(11)의 끝단이 연결된 제2 연결 유로(72)를 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성할 수 있다.

상기 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면을 서로 부착함으로 제3 연결홈(83a)과 제3 연결홀(83b)에 의해 제3 매니폴드(63)와 제2 유로 채널(12)의 시작단이 연결된 제3 연결 유로(73)를 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b)의 다른 일면을 서로 부착함으로 제4 연결홈(84a))과 제4 연결홀(84b)에 의해 제4 매니폴드(64)와 제2 유로 채널(12)의 끝단이 연결된 제4 연결 유로(74)를 제1 및 제2 플레이트(10a, 10b) 사이에 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(100)는 상기와 같은 일련의 과정을 통해 제작될 수 있다.

이러한 세퍼레이터(100)를 채용한 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 스택(200)의 작용을 살펴 보면, 우선, 본 발명의 실시예에서는 막-전극 어셈블리(5)를 사이에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(200)를 배치하여 단위 셀(1)을 형성하고, 이러한 단위 셀(1)을 수십 내지 수백 단위로 배열한 상태로 최 외측의 단위 셀(1)에 엔드 플레이트(9)를 설치하여 단일의 전기 발생 집합체(3)를 구성할 수 있다.

여기서, 상기 단위 셀들(1)은 최 외측의 엔드 플레이트(9)가 체결수단(도면에 도시되지 않음)에 의해 서로 체결되면서 가압 밀착될 수 있다.

즉, 상기 단위 셀들(1)의 세퍼레이터들(200)은 이들 사이에 막-전극 어셈블리(5)가 개재된 상태로 엔드 플레이트(9)에 의해 평면적으로 가압 밀착될 수 있다.

그리고, 상기 세퍼레이터(200)의 각 매니폴드(61, 62, 63, 64)는 단위 셀들(1)이 가압 밀착됨에 따라 연료 전지 스택(100)의 길이 방향으로 길게 형성된 장공 형태로 이루어진다.

상기와 같이 연료 전지 스택(100)이 조립된 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 연료 공급유닛(도면에 도시되지 않음)을 통해 제공되는 연료를 제1 매니폴드(61)로 공급하고, 산화제 가스 공급유닛(도면에 도시되지 않음)을 통해 제공되는 산화제 가스를 제3 매니폴드(63)로 공급한다.

이에, 상기 제1 매니폴드(61)로 공급되는 연료는 제1 연결 유로(71)를 통해 제1 유로 채널(11)을 따라 유동하며 막-전극 어셈블리(5)의 애노드 전극으로 공급된다.

그리고, 상기 제1 유로 채널(11)을 지난 연료는 제2 연결 유로(72)를 통과하며 제2 매니폴드(62)를 통해 외부로 배출된다.

이와 동시에, 상기 제3 매니폴드(63)로 공급되는 산화제 가스는 제3 연결 유로(73)를 통해 제2 유로 채널(12)을 따라 유동하며 막-전극 어셈블리(5)의 캐소드 전극으로 공급된다.

그리고, 상기 제2 유로 채널(12)을 지난 산화제 가스는 제4 연결 유로(74)를 통과하며 제4 매니폴드(64)를 통해 외부로 배출된다.

이로써, 막-전극 어셈블리(5)의 애노드 전극에서는 세퍼레이터(200)를 통해 제공받은 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키는데, 전자는 세퍼레이터(200)를 통해 캐소드 전극으로 이동되고, 이러한 전자의 이동으로서 전기 에너지를 발생시키게 되며, 수소 이온은 전해질막을 통해 캐소드 전극으로 이동된다.

그리고, 막-전극 어셈블리(5)의 캐소드 전극에서는 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터(200)를 통해 제공받은 산화제 가스를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하게 된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 세퍼레이터(200)에 의하면, 연료와 산화제 가스를 공급/배출하기 위한 각각의 매니폴드(61, 62, 63, 64)와 연료 및 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 각각의 제1 및 제2 유로 채널(11, 12) 사이를 관통하는 연결 유로(71, 72, 73, 74)를 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 세퍼레이터들(200) 사이에 막-전극 어셈블리(5)가 개재된 단위 셀들(1)을 연속적으로 배열하고, 이들 단위 셀들(1)을 엔드 플레이트(9)를 통해 가압 체결함으로서 세퍼레이터들(200)이 평면적으로 가압 밀착된 연료 전지 스택(100)을 구성할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 통로를 세퍼레이터의 면 상에 형성하고 그 연결 통로를 덮는 덮개를 설치하는 종래 기술과 달리, 각 매니폴드(61, 62, 63, 64)와 유로 채널(11, 12) 사이의 랜드 부분을 관통하는 연결 유로(71, 72, 73, 74)를 구성하므로, 연료 전지 스택(100)의 전체 부품수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 덮개를 삭제하며 막-전극 어셈블리(5)를 사이에 두고 세퍼레이터들(200)을 평면적으로 가압 밀착시켜 수 십 내지 수 백 단위의 단위 셀들(1)을 스택킹하게 되므로, 덮개의 미세한 두께 차이 누적으로 인해 덮개 및 세퍼레이터가 파손/손상되는 등의 종래 기술 문제점을 해결할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 매니폴드와 유로 채널을 연결하는 통로를 세퍼레이터의 면 상에 형성하고 그 연결 통로를 막-전극 어셈블리의 가스켓으로 덮는 종래 기술과 달리, 각 매니 폴드(61, 62, 63, 64)와 유로 채널(11, 12) 사이의 랜드 부분을 관통하는 연결 유로(71, 72, 73, 74)를 구성하므로, 연료가 가스켓의 틈새를 통해 인접한 막-전극 어셈블리로 크로스 오버 됨에 따른 스택 성능 저하 등의 종래 기술 문제점을 해결할 수 있다.

이상을 통해 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.

1… 단위 셀 3… 전기 발생 집합체
5… 막-전극 어셈블리 9… 엔드 플레이트
10… 플레이트 본체 10a… 제1 플레이트
10b… 제2 플레이트 11… 제1 유로 채널
12… 제2 유로 채널 61… 제1 매니폴드
62… 제2 매니폴드 63… 제3 매니폴드
64… 제4 매니폴드 71… 제1 연결 유로
72… 제2 연결 유로 73… 제3 연결 유로
74… 제4 연결 유로 81a… 제1 연결홈
81b… 제1 연결홀 82a… 제2 연결홈
82b… 제2 연결홀 83a… 제3 연결홈
83b… 제3 연결홀 84a… 제4 연결홈
84b… 제4 연결홀

Claims

적어도 일면에 유체가 지나가는 유로 채널이 형성된 플레이트 본체;
상기 유로 채널로 유체를 공급하고 상기 유로 채널로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들; 및
어느 하나의 매니폴드로 유입되는 유체를 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지난 유체를 다른 하나의 매니폴드로 배출하기 위해 이들 매니폴드의 내주면에 형성되며 상기 유로 채널과 상호 연결되는 연결 유로
를 포함하며,
상기 플레이트 본체는 두 장의 플레이트가 서로 부착되며 이들 플레이트 사이에 상기 연결 유로를 형성하는 연료 전지용 세퍼레이터.
제1 항에 있어서,
상기 연결 유로는 상기 매니폴드와 상기 유로 채널 사이를 관통하여 형성되는 연료 전지용 세퍼레이터.
제1 항에 있어서,
상기 플레이트 본체의 양면에 상기 유로 채널이 각각 형성된 바이폴라 플레이트로 이루어지는 연료 전지용 세퍼레이터.
제3 항에 있어서,
상기 플레이트 본체는,
일면에 연료의 흐름을 가능케 하는 제1 유로 채널이 형성된 제1 플레이트와, 일면에 산화제 가스의 흐름을 가능케 하는 제2 유로 채널이 형성된 제2 플레이트를 포함하며,
상기 제1 플레이트의 다른 일면과 상기 제2 플레이트의 다른 일면이 상호 부착되며 상기 연결 유로를 형성하는 연료 전지용 세퍼레이터.
제4 항에 있어서,
상기 매니폴드는,
상기 연료를 상기 제1 유로 채널로 공급하고, 상기 제1 유로 채널을 지난 연료를 배출하는 한 쌍의 제1 및 제2 매니폴드와,
상기 산화제 가스를 상기 제2 유로 채널로 공급하고, 상기 제2 유로 채널을 지난 산화제 가스를 배출하는 다른 한 쌍의 제3 및 제4 매니폴드
를 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터.
제5 항에 있어서,
상기 연결 유로는,
상기 제1 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 시작단을 연결하는 제1 연결 유로와, 상기 제2 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 끝단을 연결하는 제2 연결 유로와, 상기 제3 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 시작단을 연결하는 제3 연결 유로와, 상기 제4 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 끝단을 연결하는 제4 연결 유로
를 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터.
제6 항에 있어서,
상기 제1 플레이트의 다른 일면에는 상기 제1 및 제2 매니폴드와 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홈과, 상기 제1 및 제2 연결홈과 각각 연결되며 상기 제1 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홀이 형성되며,
상기 제2 플레이트의 다른 일면에는 상기 제3 및 제4 매니폴드와 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홈과, 상기 제3 및 제4 연결홈과 각각 연결되며 상기 제2 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홀이 형성되는 연료 전지용 세퍼레이터.
제7 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 유로는 상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면이 서로 부착되며 상기 제1 및 제2 연결홈이 상기 제2 플레이트의 다른 일면에 의해 상기 제1 및 제2 연결홀과 상호 연결되는 유로로서 이루어지며,
상기 제3 및 제4 연결 유로는 상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면이 서로 부착되며 상기 제3 및 제4 연결홈이 상기 제1 플레이트의 다른 일면에 의해 상기 제3 및 제4 연결홀과 상호 연결되는 유로로서 이루어지는 연료 전지용 세퍼레이터.
제8 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결홈은 상기 제1 및 제2 매니폴드에서 상기 제1 및 제2 연결홀로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어지며,
상기 제3 및 제4 연결홈은 상기 제3 및 제4 매니폴드에서 상기 제3 및 제4 연결홀로 갈수록 폭이 점차 작아지는 형상으로 이루어지는 연료 전지용 세퍼레이터.
제1 및 제2 매니폴드와 연결되며 연료를 유통시키는 제1 유로 채널이 일면에 형성된 제1 플레이트와, 제3 및 제4 매니폴드와 연결되며 산화제 가스를 유통시키는 제2 유로 채널이 일면에 형성된 제2 플레이트를 준비하며,
상기 제1 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홀을 상기 제1 플레이트에 형성하고, 상기 제2 유로 채널의 시작단과 끝단에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홀을 상기 제2 플레이트에 형성하며,
상기 제1 및 제2 연결홀과 상기 제1 및 제2 매니폴드에 각각 연결되는 제1 및 제2 연결홈을 상기 제1 플레이트의 다른 일면에 형성하며, 상기 제3 및 제4 연결홀과 상기 제3 및 제4 매니폴드에 각각 연결되는 제3 및 제4 연결홈을 상기 제2 플레이트의 다른 일면에 형성하고,
상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면을 서로 부착하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
제10 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 플레이트의 다른 일면을 서로 부착하여,
상기 제1 연결홈 및 제1 연결홀에 의해 상기 제1 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 시작단이 연결된 제1 연결 유로를 형성하고,
상기 제2 연결홈과 제2 연결홀에 의해 상기 제2 매니폴드와 상기 제1 유로 채널의 끝단이 연결된 제2 연결 유로를 형성하며,
상기 제3 연결홈과 제3 연결홀에 의해 상기 제3 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 시작단이 연결된 제3 연결 유로를 형성하고,
상기 제4 연결홈과 제4 연결홀에 의해 상기 제4 매니폴드와 상기 제2 유로 채널의 끝단이 연결된 제4 연결 유로를 형성하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열하여 이루어지는 전기 발생 집합체를 포함하고,
상기 각 단위 셀은 막-전극 어셈블리를 사이에 두고 이의 양측에 배치되는 세퍼레이터를 포함하며,
상기 세퍼레이터는:
적어도 일면에 유체가 지나가는 유로 채널이 형성된 플레이트 본체;
상기 유로 채널로 유체를 공급하고 상기 유로 채널로부터 유체를 배출하기 위한 매니폴드들; 및
어느 하나의 매니폴드로 유입되는 유체를 유로 채널로 공급하고, 상기 유로 채널을 지난 유체를 다른 하나의 매니폴드로 배출하기 위해 이들 매니폴드의 내주면에 형성되며 상기 유로 채널과 상호 연결되는 연결 유로를 포함하며,
상기 플레이트 본체는 두 장의 플레이트가 서로 부착되며 이들 플레이트 사이에 상기 연결 유로를 형성하는 연료 전지 스택.
제12 항에 있어서,
상기 단위 셀이 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)로 이루어지는 연료 전지 스택.
제12 항에 있어서,
상기 단위 셀이 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 이루어지는 연료 전지 스택.