KR101673294B1 - Separator for fuel cell - Google Patents

Separator for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR101673294B1
KR101673294B1 KR1020100104049A KR20100104049A KR101673294B1 KR 101673294 B1 KR101673294 B1 KR 101673294B1 KR 1020100104049 A KR1020100104049 A KR 1020100104049A KR 20100104049 A KR20100104049 A KR 20100104049A KR 101673294 B1 KR101673294 B1 KR 101673294B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
channel
channels
separator
present
Prior art date
Application number
KR1020100104049A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120042376A (en
Inventor
구유선
Original Assignee
현대자동차 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차 주식회사 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020100104049A priority Critical patent/KR101673294B1/en
Publication of KR20120042376A publication Critical patent/KR20120042376A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101673294B1 publication Critical patent/KR101673294B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 분리판은, 막-전극 어셈블리로 연료를 공급하는 채널들이 형성된 제1 채널판과, 상기 막-전극 어셈블리로 산화제를 공급하는 채널들이 형성된 제2 채널판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 채널판 사이에 냉각수 유로를 형성하고, 상기 제1 및 제2 채널판 중 적어도 어느 하나에 상기 채널들을 연결하는 적어도 하나의 바이패스 유로를 형성한다.The separator for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first channel plate on which channels for supplying fuel to a membrane-electrode assembly are formed, a second channel plate on which channels for supplying an oxidant to the membrane- A cooling water channel is formed between the first and second channel plates, and at least one bypass channel connecting the channels to at least one of the first and second channel plates is formed.

Description

연료 전지용 분리판 {SEPARATOR FOR FUEL CELL}[0001] SEPARATOR FOR FUEL CELL [0002]

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉시동성 개선을 위한 연료 전지용 분리판(당 업계에서는 통상적으로 "세퍼레이터" 또는 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a separator plate for a fuel cell (commonly referred to as a "separator" or a "bipolar plate"

알려진 바와 같이 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템으로서, 모터 구동을 위한 전동력을 발생시키는 차량에 적용되고 있다. As is known, the fuel cell system is a kind of power generation system that converts the chemical energy of the fuel directly into electric energy, and is applied to a vehicle generating a motor for driving the motor.

연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함하여 구성된다. The fuel cell system mainly includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply device that supplies oxygen in the air, which is an oxidant required for electrochemical reaction, And a heat and water management device for removing the reaction heat of the fuel cell stack from the system and controlling the operating temperature of the fuel cell stack.

이와 같은 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.With this configuration, in the fuel cell system, electricity is generated by electrochemical reaction between hydrogen as fuel and oxygen in the air, and heat and water are discharged as reaction by-products.

연료 전지 자동차에 적용되고 있는 연료 전지 스택은 단위 전지가 연속적으로 배열되어 구성되는데, 각 단위 전지는 가장 안쪽에 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하며, 이 막-전극 어셈블리는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.In a fuel cell stack applied to a fuel cell vehicle, unit cells are arranged continuously. Each unit cell has a membrane-electrode assembly (MEA) located at the innermost part thereof. The membrane- An electrolyte membrane capable of moving hydrogen ions (proton), and a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react with each other, that is, a cathode and an anode.

또한 상기 막-전극 어셈블리(MEA)의 바깥 부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥 부분에는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 위치하고, 가스 확산층의 바깥 쪽에는 연료와 공기를 캐소드 및 애노드로 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치한다.Further, a gas diffusion layer (GDL) is disposed at an outer portion of the MEA, that is, at an outer portion of the cathode and the anode, and fuel and air are supplied to the cathode and the anode from the outside of the gas diffusion layer A separation plate having a flow field formed therein for discharging the water generated by the reaction is located.

따라서, 수소와 산소가 각각의 촉매층에 의한 화학 반응으로 이온화가 이루어져서, 수소 쪽은 수소 이온과 전자가 발생하는 산화 반응을 하고, 산소 쪽은 산소 이온이 수소 이온과 반응하여 물이 생성되는 환원 반응을 한다.Therefore, hydrogen and oxygen are ionized by the chemical reaction by the respective catalyst layers, so that the hydrogen side carries out an oxidation reaction in which hydrogen ions and electrons are generated, while the oxygen side carries out a reduction reaction in which oxygen ions react with hydrogen ions to generate water .

즉, 수소가 애노드(Anode, "산화전극" 이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드(Cathode, "환원전극"이라고도 함)로 공급되는 바, 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(Proton, H+)과 전자(Electron, e-)로 분해되고, 이 중 수소 이온(Proton, H+)만이 선택적으로 양이온 교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되며, 동시에 전자(Electron, e-)는 도체인 기체 확산층과 분리판을 통하여 캐소드로 전달된다.That is, hydrogen is supplied to an anode (also referred to as an "oxidizing electrode") and oxygen (air) is supplied to a cathode (also referred to as a reducing electrode), and hydrogen supplied to the anode is supplied to both sides of the electrolyte membrane (Proton, H +) are selectively decomposed into hydrogen ions (Proton, H +) and electrons (Electron, e-) Electrons (e, e) are transferred to the cathode through the gas diffusion layer, which is a conductor, and the separator.

이에, 캐소드에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소 이온과 분리판을 통하여 전달된 전자가 공기 공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.Thus, 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 water.

이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여, 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.Due to the movement of the hydrogen ions occurring at this time, an electric current is generated by the flow of electrons through the external lead, and the heat is incidentally generated in the water production reaction.

그런데, 주위의 온도가 0℃ 이하로 하강된 겨울철에 저온 방치된 자동차를 시동할 경우, 스택 내부의 외부 온도에 의해 결빙되어 있기 때문에, 역전압에 의한 냉 시동이 불가능해진다.However, when a cold-started vehicle is started in a winter season when the ambient temperature is lowered to 0 占 폚 or lower, the cold start due to the reverse voltage becomes impossible because the vehicle is freezing due to the external temperature inside the stack.

특히, 상기한 분리판은 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 물이 유로에 축적됨으로, 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 물이 유로에서 국부적으로 동결되며 그 유로를 따라 유동하는 반응가스의 흐름을 막는 아이스 블로킹(ice blocking)이 발생할 수 있다.Particularly, since the water generated by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is accumulated in the flow path, the separation plate is locally frozen in the flow path under the external climatic condition below the freezing point, and the reaction gas flowing along the flow path Ice blocking may occur which prevents flow.

이러한 아이스 블로킹 현상은 분리판의 전 유로에 대한 반응 가스의 흐름을 막아 연료 전지 시스템의 원활한 운전이 이루어지지 않는 등 적용 차량의 냉 시동성을 저하시키는 요인으로서 작용하게 된다.Such an ice blocking phenomenon acts as a factor to deteriorate the cold startability of the applied vehicle by preventing the flow of the reaction gas to the entire flow path of the separator plate and thus failing to smoothly operate the fuel cell system.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 유로의 구조를 개선하여 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 아이스 블로킹에 의한 반응가스의 막힘 현상을 방지함으로써 냉 시동성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 연료 전지용 분리판을 제공한다.The exemplary embodiments of the present invention have been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to improve the structure of the flow path to prevent clogging of the reaction gas by ice blocking under the external climatic conditions below the freezing point, A separator for a fuel cell is provided.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 분리판은, 막-전극 어셈블리로 연료를 공급하는 채널들이 형성된 제1 채널판과, 상기 막-전극 어셈블리로 산화제를 공급하는 채널들이 형성된 제2 채널판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 채널판 사이에 냉각수 유로를 형성하고, 상기 제1 및 제2 채널판 중 적어도 어느 하나에 상기 채널들을 연결하는 적어도 하나의 바이패스 유로를 형성한다.To this end, the separator for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first channel plate on which channels for supplying fuel to the membrane-electrode assembly are formed, and a second channel plate on which channels for supplying an oxidant to the membrane- A channel plate, a cooling water channel is formed between the first and second channel plates, and at least one bypass channel is formed to connect the channels to at least one of the first and second channel plates.

상기 연료 전지용 분리판에 있어서, 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 대응하는 상기 제1 채널판에 상기 바이패스 유로를 형성할 수 있다.In the separator for a fuel cell, the bypass channel may be formed on the first channel plate corresponding to one surface of the membrane-electrode assembly.

상기 연료 전지용 분리판에 있어서, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 대응하는 상기 제2 채널판에 상기 바이패스 유로를 형성할 수 있다.In the separator for a fuel cell, the bypass channel may be formed on the second channel plate corresponding to the other surface of the membrane-electrode assembly.

상기 연료 전지용 분리판에 있어서, 상기 제1 채널판 및 제2 채널판에는 상기 바이패스 유로가 각각 형성되고, 상기 바이패스 유로는 상기 제1 및 제2 채널판에서 서로 겹치지 않는 위치에 형성될 수 있다.In the separator for a fuel cell, the bypass channel may be formed in the first channel plate and the second channel plate, and the bypass channel may be formed at a position that does not overlap each other in the first and second channel plates. have.

상기 연료 전지용 분리판에 있어서, 상기 바이패스 유로는 상기 채널들의 가로 방향을 기준으로 할 때 사선 방향으로 형성될 수 있다.In the separator for a fuel cell, the bypass passage may be formed in an oblique direction with respect to a lateral direction of the channels.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 채널판의 국부적인 아이스 블로킹 현상에 의한 채널들의 반응 가스 막힘 현상을 방지하여 적용 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.According to the exemplary embodiments of the present invention as described above, it is possible to prevent clogging of the channels due to the local ice blocking phenomenon of the channel plate under the external climatic conditions below the freezing point, thereby improving the cold startability of the applied vehicle .

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들이 적용되는 연료 전지를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 일 부분을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell to which exemplary embodiments of the present invention are applied.
2 is a view schematically showing a separator plate for a fuel cell according to the first exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view showing a part of a separator plate for a fuel cell according to the first exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing a separator plate for a fuel cell according to a second exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a separator plate for a fuel cell according to a third exemplary embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. .

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들이 적용되는 연료 전지를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell to which exemplary embodiments of the present invention are applied.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(100)은 연료 전지 자동차에 구성되는 것으로 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생 집합체로서의 연료 전지 스택에 적용될 있다.Referring to the drawings, a separator plate 100 for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention is constituted in a fuel cell vehicle. The separator plate 100 includes a fuel cell (not shown) as an electricity generating assembly that generates electrical energy by electrochemical reaction of fuel and oxidizer. Can be applied to the stack.

여기서, 연료는 연료 전지 스택이 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로서 구성되는 경우, 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.Here, when the fuel cell stack is configured as a direct oxidation fuel cell type, the fuel may include an alcohol such as methanol, ethanol, etc., and a liquid fuel such as methane, ethane, propane, or butane as a main component Lt; RTI ID = 0.0 > liquefied gas fuel. ≪ / RTI >

그리고, 연료는 연료 전지 스택이 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 방식으로 구성되는 경우, 당 업계에서 "리포머(Reformer)"라고 하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.When the fuel cell stack is configured by a polymer electrolyte membrane fuel cell (Fuel Cell) method, the fuel is supplied from the liquid fuel or the liquefied gas fuel through a reforming device called "Reformer" And a reformed gas of the generated hydrogen component.

또한, 상기 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다.In addition, the oxidant may be an oxygen gas stored in a separate storage tank, or may be natural air.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(100)은 단위 셀이라고 하는 연료 전지(1)에 구성되는 것으로서, 상술한 바 있는 연료에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로서 이루어질 수도 있다.The separator plate 100 for a fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention is formed in a fuel cell 1 called a unit cell and can be made of a polymer electrolyte fuel cell according to the fuel described above, Type fuel cell.

이 때, 상기 연료 전지(1)는 막-전극 어셈블리(3)와, 막-전극 어셈블리의 양측면에 각각 밀착되게 배치되는 본 실시예에 의한 분리판(100)(당 업계에서는 통상적으로 "세퍼레이터" 또는 "바이폴라 플레이트" 라고도 한다)으로 이루어지는 바, 그 분리판(100)은 막-전극 어셈블리(3)의 일측면으로 연료를 공급하고, 막-전극 어셈블리(3)의 다른 일측면으로 산화제를 공급하기 위한 것이다.At this time, the fuel cell 1 includes a membrane-electrode assembly 3 and a separator plate 100 according to the present embodiment which is disposed in close contact with both side surfaces of the membrane-electrode assembly (typically, a "separator" The separator plate 100 supplies fuel to one side of the membrane-electrode assembly 3 and supplies the oxidizer to the other side of the membrane-electrode assembly 3 .

여기서, 막-전극 어셈블리(3)는 일면에 애노드 전극을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극을 형성하며, 이들 두 전극 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.Here, the membrane-electrode assembly 3 has a structure in which an anode electrode is formed on one surface and a cathode electrode is formed on the other surface, and an electrolyte membrane is formed between the two electrodes.

애노드 전극은 분리판(100)을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 기능을 하게 된다.The anode electrode oxidizes the fuel supplied through the separator plate 100 to separate electrons and hydrogen ions, and the electrolyte membrane moves the hydrogen ions to the cathode electrode.

그리고, 캐소드 전극은 애노드 전극 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 분리판(100)을 통해 제공받은 산화제를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.The cathode electrode functions to generate moisture and heat by reducing the electrons, hydrogen ions, and the oxidant supplied through the separator 100 from the anode electrode side.

한편, 본 실시예에 의한 상기 연료 전지용 분리판(100)은 막-전극 어셈블리(3)의 애노드 전극으로 연료를 공급하는 채널들(11)이 형성된 제1 채널판(10)과, 막-전극 어셈블리(3)의 캐소드 전극으로 산화제를 공급하는 채널들(21)이 형성된 제2 채널판(20)을 포함하여 이루어진다.The separator plate 100 for a fuel cell according to the present embodiment includes a first channel plate 10 having channels 11 for supplying fuel to the anode electrode of the membrane electrode assembly 3, And a second channel plate 20 on which channels 21 for supplying an oxidant to the cathode electrode of the assembly 3 are formed.

이 경우, 상기 채널들(11, 21)은 제1 및 제2 채널판(10, 20)에 길이 방향을 따라 형성되며, 일측 매니폴드에서 공급되는 연료와 산화제를 유동시키며 다른 일측 매니폴드를 통해 배출할 수 있는 다양한 형태의 유로로 이루어진다.In this case, the channels 11 and 21 are formed along the longitudinal direction in the first and second channel plates 10 and 20, and the fuel and the oxidant supplied from the first manifold flow and the second manifold And can be discharged.

상기한 제1 및 제2 채널판(10, 20)은 일 예로서 금속 소재로 이루어지며 이들 금속판이 용접 접합되는 바, 제1 및 제2 채널판(10, 20) 사이에는 냉각 매체의 일 예로서 냉각수를 유통시킬 수 있는 냉각수 유로(30)를 형성하고 있다.The first and second channel plates 10 and 20 are made of a metal material and are welded to each other. Between the first and second channel plates 10 and 20, A cooling water flow path 30 capable of flowing cooling water is formed.

이와 같은 상기 연료 전지용 분리판(100)은 연료와 산화제(이하에서는 편의 상 " 반응 가스" 라고 한다)의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 물이 제1 및 제2 채널판(10, 20)의 채널들(11, 21)에 축적됨으로 빙점 이하의 외부 기후 조건에 채널들(11, 21)에서 물이 국부적으로 동결되면서 채널들(11, 21)을 따라 유동하는 반응가스의 흐름을 막는 아이스 블로킹(ice blocking)이 발생할 수 있다.The separator plate 100 for the fuel cell has a structure in which water generated by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant (hereinafter, referred to as "reaction gas " for convenience) is supplied to the first and second channel plates 10 and 20 The ice blocks (11, 21) are located in the channels (11, 21) at the freezing point and below the freezing point so that the water is locally frozen, thereby blocking the flow of the reaction gas flowing along the channels ice blocking may occur.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지용 분리판(100)은 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 국소부의 아이스 블로킹에 의한 전 채널들(11, 21)의 반응가스의 막힘 현상을 방지하여 적용 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.The separator plate 100 for a fuel cell according to the present embodiment prevents the clogging of the reaction gas in all the channels 11 and 21 due to the ice blocking of the local part under the external climatic condition below the freezing point, The structure can be improved.

도 2는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 분리판의 일 부분을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a schematic view showing a separator plate for a fuel cell according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a part of a separator plate for a fuel cell according to the first exemplary embodiment of the present invention FIG.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(100)은 제1 채널판(10)의 채널들(11)을 연결하는 적어도 하나의 바이패스 유로(50)를 형성할 수 있다.The separator plate 100 for a fuel cell according to the first exemplary embodiment of the present invention includes at least one bypass passage 50 for connecting the channels 11 of the first channel plate 10 .

본 실시예에서, 상기 바이패스 유로(50)는 빙점 이하의 외부 기후 조건에서, 제1 채널판(10)의 국소부에 예컨대, 길이 방향으로 한 개의 채널(11)에서 물이 동결되며 반응가스(연료)의 유입을 막는 아이스 블로킹(도 3에 "B"로 표시) 현상이 발생한 경우 그 반응 가스를 바이패스시키기 위한 것이다.In the present embodiment, the bypass flow path 50 is freezing water in one channel 11 in the longitudinal direction, for example, in the local portion of the first channel plate 10 under the external climatic condition below the freezing point, (Shown as "B" in FIG. 3) phenomenon that prevents the flow of the fuel (fuel).

즉, 상기 바이패스 유로(50)는 어느 하나의 채널(11)에서 반응가스의 아이스 블로킹 현상이 국소적으로 발생한 경우, 다른 채널(11)로 유입되는 반응가스를 바이패스시키며 원래의 채널(11)로 유입시키는 기능을 하게 된다.That is, when the ice blocking phenomenon of the reaction gas locally occurs in one of the channels 11, the bypass channel 50 bypasses the reaction gas flowing into the other channel 11, As shown in FIG.

여기서, 상기 바이패스 유로(50)는 채널들(11)의 길이 방향을 기준으로 할 때, 사선 방향으로 형성되며, 가능한한 반응 가스의 흐름을 방해하지 않으며 소정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.Here, the bypass flow path 50 is formed in a diagonal direction with respect to the longitudinal direction of the channels 11, and may be formed to be spaced apart from the reaction gas flow as much as possible without disturbing the flow of the reaction gas.

이렇게 바이패스 유로(50)를 사선 방향으로 형성하는 이유는, 만약 바이패스 유로를 세로 방향으로 수직하게 형성하는 경우에는 반응가스의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 물이 바이패스 유로를 따라 중력 방향으로 흘러 내리면서 물 고임 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위함이다.The reason why the bypass flow path 50 is formed in the diagonal direction is that if the bypass flow path is formed vertically in the longitudinal direction, water generated by the electrochemical reaction of the reaction gas flows along the bypass flow path in the gravity direction So that the water spouting phenomenon occurs.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(100)에 의하면, 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 제1 채널판(10)의 국부적인 아이스 블로킹 현상에 의한 채널들(11)의 반응 가스 막힘 현상을 방지하여 적용 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the separator plate 100 for a fuel cell according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above, the channels due to the local ice blocking phenomenon of the first channel plate 10 in the external climatic condition below the freezing point It is possible to prevent clogging of the reaction gas in the reaction chamber 11 and improve the cold startability of the applied vehicle.

도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically showing a separator plate for a fuel cell according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(200)은 제2 채널판(20)의 채널들(21)을 연결하는 적어도 하나의 바이패스 유로(150)를 형성할 수 있다.The separator plate 200 for a fuel cell according to the second exemplary embodiment of the present invention includes at least one bypass passage 150 connecting the channels 21 of the second channel plate 20 .

본 실시예에서, 상기 바이패스 유로(150)는 빙점 이하의 외부 기후 조건에서 제2 채널판(20)의 국소부에 아이스 블로킹에 의한 채널들(21)의 반응가스(산화제) 유입을 막는 경우 그 반응 가스를 바이패스시킬 수 있다.In the present embodiment, the bypass flow path 150 prevents flow of the reaction gas (oxidizing agent) of the channels 21 due to ice blocking to the local portion of the second channel plate 20 under an external climatic condition below the freezing point The reaction gas can be bypassed.

도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지용 분리판을 개략적으로 도시한 도면이다.5 is a view schematically showing a separator plate for a fuel cell according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지용 분리판(300)은 제1 채널판(10)의 채널들(11) 간에 바이패스 유로(50)를 형성하고, 제2 채널판(20: 이하 도 4 참조)의 채널들(21: 이하 도 4 참조)에 바이패스 유로(150)(도면에 점선으로 표시)를 형성할 수 있다.The separator plate 300 for a fuel cell according to the third exemplary embodiment of the present invention forms a bypass passage 50 between the channels 11 of the first channel plate 10, The bypass flow path 150 (indicated by a dotted line in the drawing) can be formed in the channels 21 (see FIG. 4) of the channel plate 20 (see FIG. 4 below).

본 실시예에서, 상기 바이패스 유로(50, 150)는 제1 및 제2 채널판(10, 20)에서 서로 겹치지 않는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.In the present embodiment, it is preferable that the bypass channels 50 and 150 are formed at positions that do not overlap with each other in the first and second channel plates 10 and 20.

이는 상기 바이패스 유로(50, 150)가 상하에서 서로 겹쳐지는 경우, 냉각수 유로(30: 도 1 참조)의 냉각수 유동 경로를 막을 수 있기 때문이다.This is because, when the bypass flow paths 50 and 150 overlap each other at the upper and lower sides, the cooling water flow path of the cooling water flow path 30 (see FIG. 1) can be blocked.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

10... 제1 채널판 11, 21... 채널들
20... 제2 채널판 30... 냉각수 유로
50, 150... 바이패스 유로10 ... first channel plate 11, 21 ... channels
20 ... second channel plate 30 ... cooling water flow path
50, 150 ... Bypass Euro

Claims (5)

막-전극 어셈블리로 연료를 공급하는 채널들이 형성된 제1 채널판과, 상기 막-전극 어셈블리로 산화제를 공급하는 채널들이 형성된 제2 채널판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 채널판 사이에 냉각수 유로를 형성하는 연료 전지용 분리판으로서,
상기 제1 및 제2 채널판 중 적어도 어느 하나에 상기 채널들을 연결하는 적어도 하나의 바이패스 유로를 형성하되,
상기 제1 및 제2 채널판의 바이패스 유로가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되는 연료 전지용 분리판.A first channel plate on which channels for supplying fuel to the membrane-electrode assembly are formed, and a second channel plate on which channels for supplying oxidant are formed by the membrane-electrode assembly, 1. A separation plate for a fuel cell which forms a flow path,
At least one bypass channel connecting the channels to at least one of the first and second channel plates is formed,
Wherein the bypass channels of the first and second channel plates are formed at positions that do not overlap with each other. 제1 항에 있어서,
상기 막-전극 어셈블리의 일면에 대응하는 상기 제1 채널판에 상기 바이패스 유로를 형성하는 연료 전지용 분리판.The method according to claim 1,
And the bypass channel is formed in the first channel plate corresponding to one surface of the membrane electrode assembly. 제2 항에 있어서,
상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 대응하는 상기 제2 채널판에 상기 바이패스 유로를 형성하는 연료 전지용 분리판.3. The method of claim 2,
And the bypass channel is formed in the second channel plate corresponding to the other surface of the membrane electrode assembly. 삭제delete 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이패스 유로는,
상기 채널들의 가로 방향을 기준으로 할 때 사선 방향으로 형성되는 연료 전지용 분리판.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The bypass passage
And is formed diagonally with respect to a transverse direction of the channels.
KR1020100104049A 2010-10-25 2010-10-25 Separator for fuel cell KR101673294B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100104049A KR101673294B1 (en) 2010-10-25 2010-10-25 Separator for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100104049A KR101673294B1 (en) 2010-10-25 2010-10-25 Separator for fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120042376A KR20120042376A (en) 2012-05-03
KR101673294B1 true KR101673294B1 (en) 2016-11-07

Family

ID=46263142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100104049A KR101673294B1 (en) 2010-10-25 2010-10-25 Separator for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101673294B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101959460B1 (en) * 2015-05-27 2019-03-18 주식회사 엘지화학 Separator and Fuel cell stack comprising the same
KR20240047114A (en) 2022-10-04 2024-04-12 현대자동차주식회사 Separator for feul cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005235A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Honda Motor Co Ltd Fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005235A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Honda Motor Co Ltd Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120042376A (en) 2012-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080292921A1 (en) Recovery of inert gas from a fuel cell exhaust stream
KR101592391B1 (en) Hydrogen supply apparatus of fuel cell stack
US20090181269A1 (en) Fuel cell stack, fuel cell system and method of operating fuel cell system
KR100754377B1 (en) Sealing member for fuel cell, fuel cell, and method of manufacturing the fuel cell
JP5125022B2 (en) Fuel cell
JP2010282768A (en) Reversible cell operating method
KR20110062627A (en) Apparatus for cold starting control of fuel cell system and method thereof
US20110123896A1 (en) Fuel cell
KR101135528B1 (en) Fuel cell system and control method of the same
KR101673294B1 (en) Separator for fuel cell
WO2010041332A1 (en) Fuel cell
US8343678B2 (en) Fuel cell system to preheat fuel cell stack
KR101601060B1 (en) Fuel cell stack
KR101063497B1 (en) Automotive Fuel Cell Stack
KR20110020666A (en) Fuel cell stack for vehicle
WO2005020359A1 (en) Fuel cell system and method for stopping operation of fuel cell system
US8785069B2 (en) Fuel cell system having a reformer
CA2666675C (en) Fuel cell battery system
JP2004134130A (en) Fuel cell stack
KR101008738B1 (en) Fuel Cell Assembly
KR20130027245A (en) Separator for fuel cell and fuel cell stack with the same
KR101060282B1 (en) Purge Method of Fuel Cell System
JP2009070691A (en) Fuel cell system and operation method of fuel cell
KR101637262B1 (en) Fuel cell stack assembly
KR100560495B1 (en) Reformer for fuel cell system and fuel cell system having thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191029

Year of fee payment: 4