KR101327432B1 - 분리판, 이를 포함하는 연료전지 스택 및 수전해 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나; 또는(b) 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택 및 수전해 스택에 대한 것이다.

Description

분리판, 이를 포함하는 연료전지 스택 및 수전해 스택{BIPOLAR PLATE AND FUEL CELL STACK OR WATER ELECTROLYSIS CELL STACK HAVING THE SAME}
본 발명은 연료전지 또는 수전해에서 사용될 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택과 수전해 스택에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 화석연료의 고갈과 환경 파괴로 인하여 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체 에너지로서 연료전지에 의해 발생되는 에너지나 물의 전기분해(수전해) 장치에 의한 수소 에너지가 고효율이고, NOx, SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다.
연료 전지(Fuel cell)는 수소, 천연가스, 석탄가스 등의 연료가 가진 화학적 에너지를 열 변환을 거치지 않고 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉, 연료전지는 도 1 및 하기 반응식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 애노드(anode)에서는 연료가스(예컨대, 수소, 메탄올 또는 기타 유기물)의 산화 반응이 일어나 수소 이온 및 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드(cathode)로 이동하며, 캐소드에서는 상기 전해질 막을 통해 전달된 수소 이온와 전자가 산화제(예컨대, 산소 또는 공기)와 반응하여 물(H2O)가 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다.
[반응식 1]
Anode 반응 : H2 → 2H2 + 2e­
Cathode 반응 : 1/2O2 + 2H+ +2e­ → H2O
전체 반응 : H2 +1/2O2 → H2O + 전류 + 열
이와 반대로, 물의 전기분해(수전해) 장치는 물의 산화 환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 수소와 산소를 발생시키는 장치이다. 도 2 및 하기 반응식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 애노드(anode)에서는 물이 공급되어 전극 촉매 상에 반응하여 산소, 수소 이온과 전자가 발생하고, 수소 이온은 전해질 막을 통해 캐소드(cathode)로 이동하며, 캐소드에서는 상기 전해질 막을 통과한 수소이온이 외부회로를 통해 이동된 전자와 결합하여 순수한 수소(H2)가 생성된다. 이러한 수전해 장치의 반응은 연료전지의 역반응이다(도 3 참조)
[반응식 2]
Anode 반응: H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e­
Cathode 반응: 2H+ + 2e­ → H2
전체 반응 : H2O → H2 + 1/2O2
다만, 연료전지의 발전(發電) 성능이나 수전해 장치의 수전해 성능은 사용조건, 예를 들어 가스량, 가스압, 온도, 습도, 막­전극 접합체의 재질에 따라 다르며, 나아가 개발 단계에 있어서, 다양한 사용 조건에 의한 연료전지이나 수전해 장치의 성능을 정확하게 평가하는 것이 요구된다.
이에, 종래부터 전기화학 반응에 의해 생성된 물방울의 관찰은 발전 성능을 평가하는 하나의 수단으로 이용되어 왔다. 특히, 연료전지의 경우, 수소와 산소를 공급하여 물이 생성되는 과정에서 전지 내 물과 같은 유체의 거동을 관찰하였으며, 한편 수전해 장치의 경우, 물과 전기를 공급하여 수소와 산소가 생성되는 과정에서 산소와 수소와 같은 유체의 거동을 관찰하였다.
그러나, 연료전지 및 수전해 장치 내 분리판 및/또는 집전판이 불투명 소재인 관계로 그 내부의 유체 거동을 관찰하기 어려웠고, 이로 인해 내부의 유체 거동을 통한 연료전지 및 수전해 장치의 성능 평가가 부정확하였다.
본 발명자들은 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하는 분리판이나, 또는 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판을 연료전지 스택이나 수전해 스택에 사용할 경우, 스택 내부의 유체 거동을 관찰할 수 있어 연료전지 스택 및 수전해 스택의 운전시 성능을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알았다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
본 발명은 (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나; 또는(b) 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판을 제공한다. 이러한 분리판은 연료전지 또는 수전해에서 사용될 수 있다.
또, 본 발명은 캐소드(cathode), 애노드(anode), 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질막을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA); 및 상기 막­전극 접합체의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 전술한 분리판을 포함하는 단위 전지(single cell)가 다수 적층되어 있는 연료전지 스택을 제공한다.
상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에는 판형 또는 망사형 전도성 재료가 더 개재(介在)되어 있을 수 있다.
또한, 상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 위치하는 집전판을 포함하며, 상기 집전판은 (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층; 또는 (b) 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 캐소드(cathode), 애노드(anode), 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질막을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA); 및 상기 막­전극 접합체의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 전술한 분리판을 포함하는 단위 전지(single cell)가 다수 적층되어 있는 수전해 스택을 제공한다.
상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에는 판형 또는 망사형 전도성 재료가 더 개재(介在)되어 있을 수 있다.
또한, 상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 위치하는 집전판을 포함하며, 상기 집전판은 (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층; 또는 (b) 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 분리판은 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재에 형성된 투명 전도성 코팅층; 또는 투명 전도성 기재를 포함함으로써, 연료전지 스택 또는 수전해 스택에서 스택 내부의 유체 거동을 용이하게 관찰할 수 있기 때문에, 연료전지 스택 및 수전해 스택의 운전 상태에 있어서 발전 성능을 좀 더 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 연료전지 스택에 각각 공급된 연료가스(ex. 수소)와 산화제(ex. 산소)가 발전소자인 막­전극 접합체에서 물(H2O)과 에너지가 발생되는 것을 구조적으로 나타낸 그림이다.
도 2는 수전해 스택에 각각 공급된 물과 에너지가 수전해 소자인 막­전극 접합체에서 수소(H2)와 산소(O2)가 발생되는 것을 구조적으로 나타낸 그림이다.
도 3은 연료전지의 반응과 수전해의 반응이 서로 가역적인 반응인 것을 나타내는 설명도이다.
도 4는 단위 전지가 적층되어 있는 연료전지 스택(또는 수전해 스택)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 분리판과 집전판이 분리판으로 일체화된 형태이다.
도 5는 단위 전지가 적층되어 있는 연료전지 스택(또는 수전해 스택)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
<연료전지용 분리판 및 연료전지 스택>
연료전지용 분리판(bipolar plate)은 일반적으로 연료전지에서 연료인 수소와 산소를 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)에 공급해 주는 역할과 전류를 수집하는 역할, 수소와 산소의 직접 접촉으로 인한 폭발, 연소 등의 위험성을 방지하는 역할을 수행하기 때문에 기체 투과율은 낮고, 전기 전도성이 좋아야 한다.
이에, 종래에는 분리판의 재료로서 흑연이나 금속이 많이 사용되고 있다. 다만, 흑연 분리판이나 금속 분리판은 불투명하다. 따라서, 막­전극 접합체의 양측면에 위치하는 종래 분리판로 인해서 셀(cell) 내부의 유체 거동을 관찰한다는 것은 불가능하며, 따라서 유체 거동 관찰을 통한 연료전지 스택 및 수전해 스택의 운전 상태에 있어서 발전 성능을 정확하게 평가하기 어려웠다.
이에, 본 발명에서는 투명하면서 전도성이 있는 재료를 포함하는 연료전지용 분리판을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 상기 분리판을 통해 연료전지 스택에서 스택 내부의 유체 거동을 용이하게 관찰할 수 있기 때문에, 연료전지 스택의 운전 상태에 있어서 발전 성능을 좀 더 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 분리판은 연료전지 스택에서 사용하는 것으로서, 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나; 또는 투명 전도성 기재를 포함한다.
상기 투명 비전도성 기재의 예로는 당 업계에 알려진 투명하면서 비전도성인 기재라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 있다. 다만, 상기 투명 비전도성 기재만으로는 분리판의 역할을 할 수 없다. 따라서, 상기 투명 비전도성 기재의 표면에 투명 전도성 코팅층을 형성한다. 상기 투명 전도성 코팅층은 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등으로 이루어질 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
또, 상기 투명 전도성 기재의 예로는 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등이 있다.
한편, 본 발명은 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 애노드(anode)(1), 캐소드(cathode)(2), 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질막(3)을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)(10); 및 상기 막­전극 접합체(10)의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 전술한 분리판(20)을 포함하는 단위 전지(single cell)(100)가 다수 적층되어 있는 연료전지 스택을 제공한다.
상기 막­전극 접합체(MEA)(10)는 연료와 공기의 전기화학 촉매 반응이 일어나는 전극(캐소드와 애노드)과 수소 이온의 전달이 일어나는 고분자 막의 접합체를 의미하는 것으로서, 전극(캐소드와 애노드)과 전해질막이 접착된 단일의 일체형 유니트(unit)이다.
여기서, 애노드(anode)(1)는 분리판(20)과 막­전극 접합체(10) 사이에 형성되는 유체의 통로인 유로를 통해 수소 가스 또는 연료 가스를 공급받는 부분으로서, 카본 페이퍼(carbon paper) 또는 카본 클로스(carbon cloth)로 이루어진 가스 확산층(gas diffusion layer, GDL)을 통해 수소 가스 또는 연료가스를 가스 확산층에 접촉 형성된 촉매층으로 공급하고, 상기 촉매층에서 수소 가스 또는 연료가스를 산화반응시켜, 생성된 전자를 외부 회로를 통해 캐소드(2)로 이동시키고, 수소 이온을 전해질막(3)을 통해 캐소드(2)로 이동시킨다. 이때, 연료전지 스택에서는 상기 전자의 흐름으로 전기 에너지를 생성시킨다.
또한, 캐소드(cathode)(2)는 분리판(20)과 막­전극 접합체(10) 사이에 형성되는 유로를 통해 공기를 공급받는 부분으로서, 이 또한 카본 페이퍼 또는 카본 클로스로 이루어진 가스 확산층을 통해 공기를 촉매층으로 공급하고, 상기 촉매층에서 공기 중의 산소와 상기 애노드(1)로부터 이동된 수소 이온 및 전자를 환원 반응시켜, 소정 온도의 열과 물을 생성하게 된다.
상기 전해질막(3)은, 예컨대 두께가 약 50 내지 200 ㎛인 고체 폴리머로 형성될 수 있으며, 애노드(1)의 촉매층에서 생성된 수소 이온을 캐소드(2)의 촉매층으로 이동시키는 이온 교환을 가능하게 한다.
이와 같이, 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에 전해질막(3)이 개재(介在)되어 있는 막­전극 접합체(MEA)(10)은 이의 양측면에 전술한 분리판(20)를 밀착 배치시켜 단위전지(100)를 구성한다.
상기 분리판(20)은 전술한 바와 같이, 막­전극 접합체의 애노드와 캐소드를 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 가지며, 또한 막­전극 접합체의 산화/환원 반응에 필요한 수소 기체와 공기를 애노드와 캐소드에 공급하는 통로의 기능을 한다. 이를 위해, 분리판(20)의 표면에는 막­전극 접합체의 산화/환원 반응에 필요한 가스를 공급하는 유로가 형성되어 있다. 이러한 유로를 통해 이동되는 물이나 수소, 산소의 이동을 관찰하기 위해, 본 발명에서는 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하는 분리판(20)이나, 또는 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판(20)을 사용한다.
상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에는 판형 또는 망사형 전도성 재료가 더 개재(介在)되어 있을 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 연료전지 스택은 집전판(또는 단전판)(30)을 포함할 수 있다. 상기 집전판(30)은 막­전극 접합체(10)에서 발생한 전류를 외부 전원과 연결하는 단자이다. 이러한 집전판(또는 단자판)의 역할을 분리판(20)이 대신할 수도 있다.
다만, 본 발명의 연료전지 스택이 상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 집전판(또는 단전판)(30)을 위치시킬 경우, 상기 집전판(30)은 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나, 또는 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 집전판(또는 단전판)을 통해 연료전지 스택 내부의 유체 거동을 용이하게 관찰할 수 있다.
상기 투명 비전도성 기재의 예로는 당 업계에 알려진 투명하면서 비전도성인 기재라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 있다. 이러한 투명 비전도성 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층은 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등으로 이루어질 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
또, 상기 투명 전도성 기재의 예로는 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등이 있다.
<수전해용 분리판 및 수전해 스택>
수전해용 분리판(bipolar plate)은 일반적으로 수전해에서 물과 전류를 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)에 공급해 주는 역할과 산소와 수소를 수집하여 외부로 배출하는 역할, 수소와 산소의 직접 접촉으로 인한 폭발, 연소 등의 위험성을 방지하는 역할을 수행하기 때문에 기체 투과율은 낮고, 전기 전도성이 좋아야 한다.
이에, 종래에는 분리판의 재료로서 흑연이나 금속이 많이 사용되고 있다. 다만, 흑연 분리판이나 금속 분리판은 불투명하다. 따라서, 막­전극 접합체의 양측면에 위치하는 종래 분리판로 인해서 셀(cell) 내부의 유체 거동을 관찰한다는 것은 불가능하며, 따라서 유체 거동 관찰을 통한 수전해 스택의 운전 상태에 있어서 발전 성능을 정확하게 평가하기 어려웠다.
이에, 본 발명에서는 투명하면서 전도성이 있는 재료를 포함하는 수전해용 분리판을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 상기 분리판을 통해 수전해 스택에에서 스택 내부의 유체 거동을 용이하게 관찰할 수 있기 때문에, 수전해 스택의 운전 상태에 있어서 발전 성능을 좀 더 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 분리판은 수전해 스택에서 사용하는 것으로서, 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나; 또는 투명 전도성 기재를 포함한다.
상기 투명 비전도성 기재의 예로는 당 업계에 알려진 투명하면서 비전도성인 기재라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 있다. 다만, 상기 투명 비전도성 기재만으로는 분리판의 역할을 할 수 없다. 따라서, 상기 투명 비전도성 기재의 표면에 투명 전도성 코팅층을 형성한다. 상기 투명 전도성 코팅층은 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등으로 이루어질 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
또, 상기 투명 전도성 기재의 예로는 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등이 있다.
한편, 본 발명은 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 애노드(anode)(1), 캐소드(cathode)(2) 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질 막(3)을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)(10); 및 상기 막­전극 접합체의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 전술한 분리판(30)을 포함하는 단위 전지(single cell)(100)가 다수 적층되어 있는 수전해 스택을 제공한다.
상기 막­전극 접합체(MEA)(10)는 물의 전기분해 반응과 수소 생성 반응이 일어나는 전극(캐소드와 애노드)과 수소 이온의 전달이 일어나는 고분자 막의 접합체를 의미하는 것으로서, 전극(캐소드와 애노드)과 전해질막이 접착된 단일의 일체형 유니트(unit)이다.
여기서, 애노드(anode)(1)는 분리판(20)과 막­전극 접합체(10) 사이에 형성되는 유로를 통해 물(H2O)을 공급받는 부분으로서, 전극 촉매층에서 전기가 인가되면 물이 전기 분해되어 산소, 수소이온과 전자가 생성된다. 생성된 전자는 외부 회로를 통해 캐소드(cathode)(2)로 이동되고, 수소 이온은 전해질 막(3)을 통해 캐소드(2)로 이동된다. 이러한 애노드(1)는 당 업계에서 알려진 물질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 이리듐(Ir), 이리듐 산화물 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 캐소드(cathode)(2)는 분리판(20)과 막­전극 접합체(10) 사이에 형성된 유로를 통해 수소를 발생시키는 부분으로서, 전극 촉매층에서 상기 애노드(1)로부터 이동된 수소 이온이 외부 회로를 통해 이동된 전자와 결합하여 순수한 수소가 생성되게 된다. 이러한 캐소드(2)는 당 업계에서 알려진 물질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 백금(Pt), 백금 담지 탄소 등으로 이루어질 수 있다.
상기 전해질막(3)은, 예컨대 두께가 약 50 내지 200 ㎛인 고체 폴리머로 형성될 수 있으며, 애노드(1)의 촉매층에서 생성된 수소 이온을 캐소드(2)의 촉매층으로 이동시키는 이온 교환을 가능하게 한다.
이와 같이, 애노드(1)와 캐소드(2) 사이에 전해질막(3)이 개재(介在)되어 있는 막­전극 접합체(MEA)(10)은 이의 양측면에 전술한 분리판(20)를 밀착 배치시켜 단위전지(100)를 구성한다.
상기 분리판(20)은 전술한 바와 같이, 막­전극 접합체의 애노드와 캐소드를 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 가지며, 또한 막­전극 접합체의 산화/환원 반응에 필요한 물을 애노드와 캐소드에 공급하는 통로의 기능을 한다. 이를 위해, 분리판(20)의 표면에는 막­전극 접합체의 산화/환원 반응에 필요한 가스를 공급하는 유로가 형성되어 있다. 이러한 유로를 통해 이동되는 물이나 수소, 산소의 이동을 관찰하기 위해, 본 발명에서는 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하는 분리판(20)이나, 또는 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판(30)을 사용한다.
상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에는 판형 또는 망사형 전도성 재료(미도시됨)가 더 개재(介在)되어 있을 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 수전해 스택은 집전판(또는 단전판)(30)을 포함할 수 있다. 상기 집전판(30)은 막­전극 접합체(10)에 전류가 인가되도록 막­전극 접합체와 외부 전원을 연결하는 단자이다. 이러한 집전판(또는 단자판)의 역할을 분리판(20)이 대신할 수도 있다.
다만, 본 발명의 수전해 스택이 상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 집전판(또는 단전판)(30)을 위치시킬 경우, 상기 집전판(30)은 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나, 또는 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 집전판(또는 단전판)을 통해 수전해 스택 내부의 유체 거동을 용이하게 관찰할 수 있다.
상기 투명 비전도성 기재의 예로는 당 업계에 알려진 투명하면서 비전도성인 기재라면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 있다. 이러한 투명 비전도성 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층은 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등으로 이루어질 수 있는데, 이에 제한되지 않는다.
또, 상기 투명 전도성 기재의 예로는 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자(예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 등) 또는 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막 등이 있다.
1: 애노드, 2: 캐소드,
3: 전해질 막, 10: 막­전극 접합체,
20: 분리판, 30: 집전판(또는 단자판)
40: 실링재, 50: 지지판,
100: 단위 전지

Claims (11)

  1. (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층을 포함하거나; 또는(b) 투명 전도성 기재를 포함하는 분리판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전도성 코팅층 및 투명 전도성 기재의 재료는 각각 독립적으로 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자, 및 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막으로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 분리판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리판은 연료전지 또는 수전해에서 사용되는 것이 특징인 분리판.
  4. 캐소드(cathode), 애노드(anode), 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질막을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA); 및
    상기 막­전극 접합체의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 제1항 또는 제2항에 기재된 분리판
    을 포함하는 단위 전지(single cell)가 다수 적층되어 있는 연료전지 스택.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에 판형 또는 망사형 전도성 재료가 더 개재(介在)되어 있는 것이 특징인 연료전지 스택.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 위치하는 집전판을 포함하며,
    상기 집전판은
    (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층; 또는 (b) 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 특징인 연료전지 스택.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투명 전도성 코팅층 및 투명 전도성 기재의 재료는 각각 독립적으로 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자, 및 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막으로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 연료전지 스택.
  8. 캐소드(cathode), 애노드(anode), 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재(介在)된 전해질막을 포함하는 막­전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA); 및
    상기 막­전극 접합체의 양측면에 위치하고, 유체의 통로가 되는 유로가 형성되어 있는 제1항 또는 제2항에 기재된 분리판
    을 포함하는 단위 전지(single cell)가 다수 적층되어 있는 수전해 스택.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 막­전극 접합체와 분리판의 유로가 형성된 면 사이에, 판형 또는 망사형 전도성 재료가 더 개재(介在)되어 있는 것이 특징인 특징인 수전해 스택.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적층된 단위 전지들의 양끝에 위치하는 집전판을 포함하며,
    상기 집전판은
    (a) 투명 비전도성 기재, 및 상기 기재의 표면에 형성된 투명 전도성 코팅층; 또는 (b) 투명 전도성 기재를 포함하는 것이 특징인 수전해 스택.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 투명 전도성 코팅층 및 투명 전도성 기재의 재료는 각각 독립적으로 ITO(Indium Tin Oxide), CNT(Carbon nano tube), SnO2, ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), 그래핀(grapheme), 전도성 고분자, 및 PEDOT[Poly(3,4­EthyleneDiOxyThiophene)]와 PSS [Poly(4­StyreneSulfonic acid)]의 콜로이드 입자를 이용한 유기 박막으로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 수전해 스택.
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