KR101530787B1 - Fuel cell unit - Google Patents

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KR101530787B1
KR101530787B1 KR1020130161365A KR20130161365A KR101530787B1 KR 101530787 B1 KR101530787 B1 KR 101530787B1 KR 1020130161365 A KR1020130161365 A KR 1020130161365A KR 20130161365 A KR20130161365 A KR 20130161365A KR 101530787 B1 KR101530787 B1 KR 101530787B1
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김종희
김광민
조기훈
서보성
이윤용
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주식회사 포스코
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Abstract

A fuel cell unit may comprise: a membrane electrode assembly; gas diffusing layers arranged on both sides of the membrane electrode assembly; metal separating plates arranged outside of the gas diffusing layers and having multiple channel units and land units; and interval maintaining members maintaining the interval between the metal separating plates and the gas diffusing layers by being inserted into the channel units.

Description

연료 전지 셀{FUEL CELL UNIT}[0001] FUEL CELL UNIT [0002]

본 발명은 연료 전지 셀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 분리판의 채널부 및 가스 확산층의 간격을 유지시킬 수 있는 연료 전지 셀에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell capable of maintaining a gap between a channel portion and a gas diffusion layer of a metal separator.

일반적으로 연료 전지는 복수의 연료 전지 셀들을 포함하고, 상기 연료 전지 셀들은 막 전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly), 가스 확산층, 및 분리판을 구비한다. Generally, a fuel cell includes a plurality of fuel cell units, and the fuel cell units include a membrane electrode assembly (MEA), a gas diffusion layer, and a separator plate.

상기 분리판은 상기 막 전극 어셈블리의 각 전극에 수소 및 산소를 공급하고, 전기 화학 반응 부산물인 물을 배출하기 위한 유로가 형성되어 있다. 또한, 상기 분리판은 상기 막 전극 어셈블리 및 상기 가스 확산층을 기계적으로 지지하고, 인접한 단위 전지와의 전기적 연결 기능을 수행한다. The separation plate supplies hydrogen and oxygen to each electrode of the membrane electrode assembly, and a flow path for discharging water, which is a byproduct of the electrochemical reaction, is formed. The separator plate mechanically supports the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, and performs an electrical connection function with adjacent unit cells.

최근에는 상기 분리판으로 금속 분리판을 많이 사용하고 있으며, 상기 금속 분리판은 연료 및 산화제의 유동 통로인 채널부, 및 상기 가스 확산층과 맞닿아 전기적 통로인 랜드부를 포함한다. In recent years, a metal separator is often used as the separator, and the metal separator includes a channel portion which is a flow passage of fuel and oxidizer, and a land portion which is in contact with the gas diffusion layer and is an electrical passage.

한편, 상기 연료 전지 셀은 상기 막 전극 어셈블리, 상기 가스 확산층, 및 상기 금속 분리판을 적층하는 경우, 상기 가스 확산층이 상기 채널부 내로 함몰되어 상기 채널 내에 불균일한 유량 분배 편차가 발생하여 전체 연료 전지 성능 효율 저하가 발생할 수 있다. 또한, 상기 연료 전지 셀의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 전자의 이동 통로가 상기 랜드부로 한정되어 상기 연료 전지 셀의 내부 저항을 낮추는데 한계가 있다. When the fuel cell module is stacked with the membrane electrode assembly, the gas diffusion layer, and the metal separator, the gas diffusion layer is recessed into the channel portion, and a nonuniform flow distribution deviation occurs in the channel, Performance degradation may occur. In addition, a movement path of electrons generated by the electrochemical reaction of the fuel cell is limited to the land portion, which limits the internal resistance of the fuel cell.

본 발명의 일 목적은 금속 분리판의 채널부 및 가스 확산층의 간격을 유지시킬 수 있는 연료 전지 셀을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of maintaining a gap between a channel portion and a gas diffusion layer of a metal separator.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 연료 전지 셀은 막 전극 어셈블리, 상기 막 전극 어셈블리의 양면에 배치되는 가스 확산층들, 상기 가스 확산층들의 외부면에 배치되고, 복수의 랜드부들 및 복수의 채널부들을 구비하는 금속 분리판들, 및 상기 채널부들에 삽입되어 상기 가스 확산층들 및 상기 금속 분리판들 사이의 간격을 유지하는 간격 유지 부재들을 포함할 수 있다. The fuel cell includes a membrane electrode assembly, gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly, a plurality of land portions and a plurality of channel portions disposed on an outer surface of the gas diffusion layers, And spacing members inserted into the channel portions to maintain spacing between the gas diffusion layers and the metal separator plates.

상기 간격 유지 부재들은 상기 금속 분리판들과 동일한 재질일 수 있다. The spacing members may be made of the same material as the metal separator plates.

상기 간격 유지 부재들은 코일 형상의 금속 와이어 및 금속 스트립 중 하나일 수 있다. The spacing members may be one of a coiled metal wire and a metal strip.

상기 금속 분리판들은 크롬 함량이 28wt% 이상인 페라이트계 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 또는 상기 금속 분리판들은 표면이 금으로 코팅된 오스테나이트계 혹은 페라이트계 스테인리스 강을 포함할 수 있다. The metal separators may include a ferritic stainless steel having a chromium content of 28 wt% or more. Alternatively, the metal separators may comprise austenitic or ferritic stainless steel whose surface is coated with gold.

상기 금속 분리판들의 두께는 0.2㎜ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 상기 금속 분리판들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.15㎜일 수 있다. The thickness of the metal separation plates may be 0.2 mm or less, and preferably the thickness of the metal separation plates may be 0.05 mm to 0.15 mm.

상기 간격 유지 부재들의 두께는 0.2㎜ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 상기 간격 유지 부재들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.1㎜일 수 있다. The thickness of the gap retaining members may be 0.2 mm or less, and preferably the thickness of the gap retaining members may be 0.05 mm to 0.1 mm.

상술한 바와 같은 연료 전지 셀은 금속 분리판의 채널부 내에 삽입되는 간격 유지 부재를 통하여 가스 확산층의 함몰을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 연료 전지 셀은 상기 가스 확산층으로의 반응 기체의 분배 편차를 감소시킬 수 있다. The fuel cell as described above can prevent the gas diffusion layer from sinking through the gap holding member inserted into the channel portion of the metal separator. Therefore, the fuel cell cell can reduce the distribution deviation of the reactive gas to the gas diffusion layer.

상기 간격 유지 부재들은 금속 분리판들 및 상기 가스 확산층들과 접촉하므로, 상기 연료 전지 셀은 전자의 이동 통로 증가 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 상기 연료 전지 셀은 내부 저항이 감소될 수 있다. Since the spacing members contact the metal separator plates and the gas diffusion layers, the fuel cell cell can obtain an electron transfer path increasing effect. As a result, the internal resistance of the fuel cell can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 셀을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 셀을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 영역의 확대도이다.
도 4는 도 2의 연료 전지 셀 및 종래의 연료 전지 셀 간의 전류 밀도 성능 평가 결과 그래프이다.
1 is a conceptual diagram for explaining a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the fuel cell shown in FIG.
3 is an enlarged view of region A in Fig.
4 is a graph showing a current density performance evaluation result between the fuel cell of FIG. 2 and a conventional fuel cell.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged from the actual for the sake of clarity of the present invention. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, or the like is referred to as being "on" another section, it includes not only the case where it is "directly on" another part but also the case where there is another part in between. On the contrary, where a section such as a layer, a film, an area, a plate, etc. is referred to as being "under" another section, this includes not only the case where the section is "directly underneath"

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 셀을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 셀을 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 2의 A 영역의 확대도이며, 도 4는 도 2의 연료 전지 셀 및 종래의 연료 전지 셀 간의 전류 밀도 성능 평가 결과 그래프이다. FIG. 1 is a conceptual view for explaining a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view for explaining a fuel cell shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view And FIG. 4 is a graph showing a current density performance evaluation result between the fuel cell of FIG. 2 and a conventional fuel cell.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 연료 전지는 적층된 복수의 연료 전지 셀(100)들을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 to 4, the fuel cell may include a plurality of stacked fuel cell cells 100.

상기 연료 전지 셀(100)들은 막 전극 어셈블리(110), 가스 확산층(120)들, 금속 분리판(130)들, 및 간격 유지 부재(140)들을 구비할 수 있다. The fuel cell 100 may include a membrane electrode assembly 110, a gas diffusion layer 120, metal separator plates 130, and spacing members 140.

상기 막 전극 어셈블리(110)는 전해질막(111), 상기 전해질막(111)의 일면에 배치된 애노드 전극(113), 및 상기 전해질막(111)의 타면에 배치된 캐소드 전극(115)을 포함할 수 있다. The membrane electrode assembly 110 includes an electrolyte membrane 111, an anode electrode 113 disposed on one side of the electrolyte membrane 111, and a cathode electrode 115 disposed on the other side of the electrolyte membrane 111 can do.

상기 전해질막(111)은 치밀하게 구성되어, 반응 기체인 수소 및 공기의 투과를 방지할 수 있다. 또한, 상기 전해질막(111)은 전자 전도성은 없으나, 산소 이온 전도성은 높은 이온 전도성 고분자막일 수 있다. The electrolyte membrane 111 is densely configured to prevent permeation of hydrogen and air as reaction gases. In addition, the electrolyte membrane 111 may be an ion conductive polymer membrane having no electron conductivity, but high oxygen ion conductivity.

상기 애노드 전극(113) 및 상기 캐소드 전극(115) 중 어느 하나는 산소의 환원 반응이 발생하는 공기극일 수 있으며, 상기 애노드 전극(113) 및 상기 캐소드 전극(115) 중 다른 하나는 전자가 발생하는 연료극일 수 있다. 본 실시예에서는 상기 애노드 전극(113)이 연료극이며, 상기 캐소드 전극(115)이 공기극인 경우를 예로서 설명한다. One of the anode 113 and the cathode 115 may be an air electrode for generating a reduction reaction of oxygen and the other of the anode 113 and the cathode 115 may be a cathode, It may be an anode. In this embodiment, the anode electrode 113 is a fuel electrode and the cathode electrode 115 is an air electrode.

상기 애노드 전극(113) 및 상기 캐소드 전극(115)은 상기 반응 기체가 확산될 수 있는 다공질 구조를 가질 수 있으며, 높은 전자 전도성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 애노드 전극(113)에서는 하기의 반응식 1과 같이 수소의 산화 반응이 발생하고, 상기 캐소드 전극(115)에서는 하기의 반응식 2와 같이 산소의 환원 반응이 발생한다. The anode electrode 113 and the cathode electrode 115 may have a porous structure capable of diffusing the reactive gas, and may include a material having a high electron conductivity. In the anode electrode 113, an oxidation reaction of hydrogen occurs as shown in the following reaction formula 1, and a reduction reaction of oxygen occurs in the cathode electrode 115 as shown in the following reaction formula (2).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112013117668210-pat00001
Figure 112013117668210-pat00001

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112013117668210-pat00002
Figure 112013117668210-pat00002

따라서, 상기 연료 전지 셀(100) 전체에서의 반응은 하기 반응식 3과 같다. Accordingly, the reaction in the entire fuel cell 100 is represented by the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112013117668210-pat00003
Figure 112013117668210-pat00003

즉, 상기 애노드 전극(113)에서는 상기 수소의 산화 반응에 의하여 수소 이온 및 전자가 발생한다. 또한, 상기 캐소드 전극(115)에서는 상기 산소의 환원 반응에 의해 산소 이온이 생성된다. 상기 산소 이온은 상기 전해질막을 통하여, 상기 애노드 전극(113)으로 이동할 수 있다. 상기 애노드 전극(113)으로 이동한 상기 산소 이온은 상기 애노드 전극(113)의 수소 이온과 반응하여 수증기가 발생한다. That is, in the anode electrode 113, hydrogen ions and electrons are generated by the oxidation reaction of hydrogen. In the cathode electrode 115, oxygen ions are generated by the reduction reaction of oxygen. The oxygen ions can move to the anode electrode 113 through the electrolyte membrane. The oxygen ions moved to the anode electrode 113 react with the hydrogen ions of the anode electrode 113 to generate water vapor.

따라서, 상기 애노드 전극(113)에서는 전자가 생성되고, 상기 캐소드 전극(115)에서는 전자가 소모되므로, 상기 애노드 전극(113) 및 상기 캐소드 전극(115)을 외부 회로와 연결하면, 전자의 흐름이 발생하여, 전기 에너지가 생성된다. Electrons are generated in the anode electrode 113 and electrons are consumed in the cathode electrode 115. When the anode electrode 113 and the cathode electrode 115 are connected to an external circuit, And electrical energy is generated.

상기 가스 확산층(120)들은 상기 막 전극 어셈블리(110)의 양면에 배치될 수 있다. 또한, 상기 가스 확산층(120)들은 상기 금속 분리판(130)들으로부터 전달된 반응 기체를 상기 애노드 전극(113) 및 상기 캐소드 전극(115)으로 전달할 수 있다. 상기 가스 확산층(120)들은 통상적으로 사용되는 도전성 물질이 모두 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 확산층(120)들은 탄소 천(carbon cloth), 탄소 종이(carbon paper) 및 탄소 펠트(carbon felt) 중 하나를 포함할 수 있다. The gas diffusion layers 120 may be disposed on both sides of the membrane electrode assembly 110. In addition, the gas diffusion layers 120 can transfer the reactant gas transferred from the metal separator plates 130 to the anode 113 and the cathode 115. The gas diffusion layers 120 may be formed of any conductive material conventionally used. For example, the gas diffusion layers 120 may include one of carbon cloth, carbon paper, and carbon felt.

상기 금속 분리판(130)들은 상기 가스 확산층(120)들의 외부면에 배치될 수 있다. 상기 금속 분리판(130)들은 반응 기체인 수소 및 공기가 서로 혼합되지 않도록 차단하고, 상기 막 전극 어셈블리(110)를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 금속 분리판(130)들은 상기 막 전극 어셈블리(110) 및 상기 가스 확산층(120)들을 지지하여, 연료 전지의 형태를 유지할 수 있다. The metal separator plates 130 may be disposed on the outer surface of the gas diffusion layers 120. The metal separators 130 may block hydrogen and air as a reaction gas from being mixed with each other and may electrically connect the membrane electrode assembly 110. In addition, the metal separator plates 130 support the membrane electrode assembly 110 and the gas diffusion layers 120 to maintain the shape of the fuel cell.

상기 금속 분리판(130)들은 상기 반응 기체가 이동하는 통로를 형성하고, 상기 막 전극 어셈블리(110)에 상기 반응 기체를 확산시키며, 생성된 전류가 이동하는 통로가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 분리판(130)들은 상기 가스 확산층(120)들에 밀착되어 상기 가스 확산층(120)들 및 상기 막 전극 어셈블리(110)를 지지하는 복수의 랜드부(131)들, 및 반응 기체가 흐르는 반응 유로인 복수의 채널부(135)들을 구비할 수 있다. 상기 랜드부(131)들 및 상기 채널부(135)들은 서로 교번 배치될 수 있다. The metal separator plates 130 may form a passage through which the reactive gas moves, diffuse the reactive gas into the membrane electrode assembly 110, and pass through the generated current. For example, the metal separators 130 may include a plurality of land portions 131 which are in close contact with the gas diffusion layers 120 to support the gas diffusion layers 120 and the membrane electrode assembly 110, And a plurality of channel portions 135 which are reaction channels through which the reaction gas flows. The land portions 131 and the channel portions 135 may be alternately arranged.

상기 랜드부(131)들은 상기 가스 확산층(120)들과 접촉하므로 전류의 통로 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 애노드 전극(113)에서 생성된 전자는 상기 랜드부(131)들 및 외부 회로를 통하여 상기 캐소드 전극(115)으로 이동할 수 있다. 상기 채널부(135)들은 상기 가스 확산층(120)들과의 사이의 공간을 형성하여, 상기 반응 기체가 이동하는 통로가 될 수 있다. The land portions 131 may contact with the gas diffusion layers 120 to serve as current paths. That is, the electrons generated in the anode electrode 113 can move to the cathode electrode 115 through the land portions 131 and the external circuit. The channel portions 135 may form a space with the gas diffusion layers 120, and may be a passage through which the reactive gas moves.

상기 금속 분리판(130)들은 크롬 함량이 28wt% 이상인 페라이트계 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 분리판(130)들은 표면이 금으로 코팅된 오스테나이트계 및 페라이트계 중 하나의 스테인리스 강을 포함할 수도 있다. 상기 금속 분리판(130)들의 두께는 0.2㎜ 이하일 수 있다. 바람직하게는 상기 금속 분리판(130)들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.15㎜일 수 있다. The metal separator plates 130 may include a ferritic stainless steel having a chromium content of 28 wt% or more. In addition, the metal separator plates 130 may include one of austenitic and ferritic stainless steel whose surface is coated with gold. The thickness of the metal separation plates 130 may be 0.2 mm or less. Preferably, the thickness of the metal separator plates 130 may be 0.05 mm to 0.15 mm.

상기 간격 유지 부재(140)들은 탄성 및 금속 전도성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 간격 유지 부재(140)들은 코일 형상의 금속 와이어 및 금속 스트립 중 어느 하나일 수 있다. 여기서, 상기 간격 유지 부재(140)들의 두께는 2㎜ 이하일 수 있다. 바람직하게는 상기 간격 유지 부재(140)들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.1㎜일 수 있다. The spacing members 140 may have elasticity and metallic conductivity. For example, the spacing members 140 may be either a metal wire of a coil shape or a metal strip. Here, the thickness of the gap holding members 140 may be 2 mm or less. Preferably, the thickness of the spacing members 140 may be 0.05 mm to 0.1 mm.

또한, 외부 압력이 없는 조건에서, 상기 간격 유지 부재(140)들의 외경은 상기 채널부(135)들의 깊이보다 클 수 있다. 상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 연료 전지 셀(100) 제조시 압력에 의하여 타원형의 나선 코일 형상이 될 수 있다. 상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 금속 분리판(130)들 및 상기 가스 확산층(120)들과 접촉하고, 상기 가스 확산층(120)들으로 압력을 가할 수 있다. 따라서, 상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 가스 확산층(120)들 및 상기 막 전극 어셈블리(110)의 함몰을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 간격 유지 부재(140)들을 구비하는 상기 연료 전지 셀(100)은 상기 가스 확산층(120)들로의 상기 반응 기체의 분배 편차를 감소시킬 수 있다. In addition, under the condition of no external pressure, the outer diameter of the spacing members 140 may be greater than the depth of the channel portions 135. The spacing members 140 may have an elliptical spiral coil shape due to the pressure generated when the fuel cell 100 is manufactured. The spacing members 140 may contact the metal separator plates 130 and the gas diffusion layers 120 and apply pressure to the gas diffusion layers 120. Accordingly, the gap holding members 140 can prevent the gas diffusion layers 120 and the membrane electrode assembly 110 from sinking. As a result, the fuel cell 100 having the gap holding members 140 can reduce a distribution deviation of the reactive gas to the gas diffusion layers 120.

상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 금속 분리판(130)들과 동일한 재질일 수 있다. 즉, 상기 간격 유지 부재(140)들은 크롬 함량이 28wt% 이상인 페라이트계 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 또한, 상기 간격 유지 부재(140)들은 표면이 금으로 코팅된 오스테나이트계 및 페라이트계 중 하나의 스테인리스 강을 포함할 수도 있다. The spacing members 140 may be made of the same material as the metal separators 130. That is, the gap holding members 140 may include a ferritic stainless steel having a chromium content of 28 wt% or more. In addition, the spacing members 140 may comprise one of austenitic and ferritic stainless steel coated with gold.

또한, 상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 금속 분리판(130)들 및 상기 가스 확산층(120)들과 접촉하므로, 상기 연료 전지 셀(100)에서 발생한 전자의 이동 통로로 수행될 수 있다. 따라서, 상기 간격 유지 부재(140)들은 상기 가스 확산층(120)들과 접촉하여, 상기 연료 전지 셀(100)은 전자의 이동 통로 증가 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 상기 간격 유지 부재(140)들을 구비하는 상기 연료 전지 셀(100)은 내부 저항이 감소될 수 있다. The spacing members 140 may contact the metal separator plates 130 and the gas diffusion layers 120 to allow movement of electrons generated in the fuel cell 100. Accordingly, the gap holding members 140 contact the gas diffusion layers 120, and the fuel cell 100 can obtain an effect of increasing the movement path of electrons. As a result, the internal resistance of the fuel cell 100 including the gap maintaining members 140 can be reduced.

<실시예><Examples>

실시예에 사용된 연료 전지 셀은 막 전극 어셈블리, 가스 확산층, 금속 분리판, 및 간격 유지 부재를 포함한다. 여기서, 상기 금속 분리판은 30wt%의 Cr을 함유하고, 두께 0.15㎜인 스테인리스 강을 소재로 하여, 스탬핑 공정에 의해 채널부의 깊이가 0.5㎜인 형상으로 제조되었다. 또한, 상기 간격 유지 부재는 30wt%의 Cr을 함유하고, 두께 0.1㎜인 스테인리스 강을 폭 0.3㎜의 폭으로 슬리팅 절단하여 외경이 0.7㎜인 나선형의 코일 형상으로 제조되었다. 상기 간격 유지 부재는 상기 금속 분리판의 채널부에 삽입되고, 상기 채널부와 접촉하는 지점은 점용접을 통하여 고정하였다. The fuel cell used in the embodiment includes a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, a metal separator, and a gap retaining member. Here, the metal separator was made of stainless steel having a thickness of 0.15 mm and containing 30 wt% of Cr, and was formed into a shape having a channel depth of 0.5 mm by a stamping process. The spacing member was made of a spiral coil having an outer diameter of 0.7 mm by slitting and cutting a stainless steel having a thickness of 0.1 mm with a width of 0.3 mm and containing 30 wt% of Cr. The gap holding member is inserted into the channel portion of the metal separator, and the point of contact with the channel portion is fixed through spot welding.

도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 전류 밀도에서, 상기 실시예의 전압이 상기 간격 유지 부재를 구비하지 않는 상기 비교예의 전압보다 높음을 확인할 수 있다. 즉, 상기 실시예는 상기 비교예에 비하여, 전압 및 전류 밀도 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 4, at the same current density, it can be seen that the voltage of the embodiment is higher than the voltage of the comparative example without the gap holding member. That is, it can be confirmed that the voltage and current density characteristics of the above embodiment are improved as compared with the comparative example.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. The foregoing description is intended to illustrate and describe the present invention. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the foregoing description of the invention is not intended to limit the invention to the precise embodiments disclosed. In addition, the appended claims should be construed to include other embodiments.

100; 연료 전지 셀
110; 막 전극 어셈블리
111; 전해질층
113; 애노드 전극
115; 캐소드 전극
120; 가스 확산층
130; 금속 분리막
131; 랜드부
135; 채널부
140; 간격 유지 부재
100; Fuel cell
110; Membrane electrode assembly
111; Electrolyte layer
113; Anode electrode
115; Cathode electrode
120; Gas diffusion layer
130; Metal membrane
131; Land portion
135; Channel portion
140; The gap-

Claims (9)

막 전극 어셈블리;
상기 막 전극 어셈블리의 양면에 배치되는 가스 확산층들;
상기 가스 확산층들의 외부면에 배치되고, 복수의 랜드부들 및 복수의 채널부들을 구비하는 금속 분리판들; 및
상기 채널부들에 삽입되어 상기 가스 확산층들 및 상기 금속 분리판들 사이의 간격을 유지하는 간격 유지 부재들을 포함하는 연료 전지 셀.
A membrane electrode assembly;
Gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly;
Metal separators disposed on an outer surface of the gas diffusion layers and having a plurality of land portions and a plurality of channel portions; And
And gap holding members inserted into the channel portions to maintain a gap between the gas diffusion layers and the metal separator plates.
제1 항에 있어서,
상기 간격 유지 부재들은 상기 금속 분리판들과 동일한 재질인 연료 전지 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the spacing members are made of the same material as the metal separator plates.
제2 항에 있어서,
상기 간격 유지 부재들은 코일 형상의 금속 와이어 및 금속 스트립 중 하나인 연료 전지 셀.
3. The method of claim 2,
Wherein the spacing members are one of a coiled metal wire and a metal strip.
제3 항에 있어서,
상기 금속 분리판들은 크롬 함량이 28wt% 이상인 페라이트계 스테인리스 강을 포함하는 연료 전지 셀.
The method of claim 3,
Wherein the metal separators comprise a ferritic stainless steel having a chromium content of 28 wt% or more.
제3 항에 있어서,
상기 금속 분리판들은 표면이 금으로 코팅된 오스테나이트계 혹은 페라이트계 스테인리스 강을 포함하는 연료 전지 셀.
The method of claim 3,
Wherein the metal separators comprise an austenitic or ferritic stainless steel whose surface is coated with gold.
제3 항에 있어서,
상기 금속 분리판들의 두께는 0.2㎜ 이하인 연료 전지 셀.
The method of claim 3,
Wherein the metal separators have a thickness of 0.2 mm or less.
제6 항에 있어서,
상기 금속 분리판들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.15㎜인 연료 전지 셀.
The method according to claim 6,
Wherein the metal separators have a thickness of 0.05 mm to 0.15 mm.
제3 항에 있어서,
상기 간격 유지 부재들의 두께는 0.2㎜ 이하인 연료 전지 셀.
The method of claim 3,
Wherein the thickness of the spacing members is 0.2 mm or less.
제8 항에 있어서,
상기 간격 유지 부재들의 두께는 0.05㎜ 내지 0.1㎜인 연료 전지 셀.
9. The method of claim 8,
Wherein the thickness of the spacing members is 0.05 mm to 0.1 mm.
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