KR101694027B1 - fuel cell humidifier and manufacturing method of the same - Google Patents

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심선보
장인우
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a humidifier for a fuel cell, and more specifically, to a humidifier for a fuel cell, which is capable of driving a fuel cell without requiring an external additional humidifier by maintaining water balance inside the fuel cell. According to the present invention, provided is the humidifier for a fuel cell, the humidifier comprising: a membrane electrode assembly formed by attaching catalyst layers on both sides of a membrane and gas diffusion layers stacked on both sides of the membrane electrode assembly; wherein dummy membranes are formed on both left and right sides of the membrane electrode assembly, a moisture adsorption part configured to absorb moisture discharged from a gas channel exit is stacked on one of upper and lower surfaces of the dummy membranes which is located on a gas channel exit side, and the dummy membranes transfer moisture, absorbed on the gas channel exit side by the moisture adsorption part, to a gas channel entrance side.

Description

연료전지 셀의 가습장치 및 이의 제작 방법 {fuel cell humidifier and manufacturing method of the same}[0001] The present invention relates to a humidifying device for a fuel cell,

본 발명은 연료전지 셀의 가습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 셀 내 워터밸런스를 유지하여 외부의 추가적인 가습장치 없이 연료전지를 운전할 수 있도록 하기 위한 연료전지 셀의 가습장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidification apparatus for a fuel cell, and more particularly, to a humidifying apparatus for a fuel cell to maintain a water balance in the fuel cell and operate the fuel cell without an external humidifier.

고분자 전해질 연료전지는 연료극과 공기극에서 산화와 환원 반응을 일으켜 전기에너지를 생성하는 발전 장치이다. 고분자 전해질 연료전지는 멤브레인과 촉매층을 접합한 전극막접합체, 기체확산층, 가스채널 및 냉각채널 그리고 분리판으로 구성되어 있다. 이 중 멤브레인은 이오노머(ionomer)로 구성된 다공성 매질 구조로써 이온과 수분은 통과되고 공기와 수소는 통과되지 않는 특성을 갖고 있다. 멤브레인 사이의 수분 전달은 주로 2가지 메커니즘으로 이뤄지는데, 첫 번째는 이온(전류)이 물분자와 함께 공기극으로 이동하는 전기삼투압(Electro-osmotic drag)현상이고 두 번째는 멤브레인 양끝의 함습도 차이에 의해 수분이 연료극으로 이동하는 역확산(Back diffusion) 현상이다. 두 물리 현상은 동시에 발생하여 연료극, 공기극의 수분 분포를 결정하게 된다.Polymer electrolyte fuel cells (FEPs) are power generation devices that generate electrical energy by causing oxidation and reduction reactions at the anode and cathode. The polymer electrolyte fuel cell consists of an electrode membrane assembly with a membrane and a catalyst layer, a gas diffusion layer, a gas channel and a cooling channel, and a separator plate. Among them, the membrane is a porous medium structure composed of an ionomer, which has the property that ions and moisture pass through and air and hydrogen do not pass through. The water transfer between the membranes consists mainly of two mechanisms: the first is the electro-osmotic drag phenomenon in which the ions (current) move to the air electrode with the water molecules, and the second is the difference in humidity between the two ends of the membrane And back diffusion phenomenon in which water moves to the anode. Both physical phenomena occur simultaneously and determine the water distribution of the anode and cathode.

그러나 연료전지 입구에서 출구까지의 전류밀도와 온도분포가 불균일하기 때문에 전류밀도 영향에 의해 전기삼투압이 불균일하게 되고 함습도와 온도 영향에 의해 역확산이 불균일하게 되어 멤브레인 사이의 수분 전달량 역시 불균일하여 멤브레인이 충분한 함습량을 유지하는데 어려움이 있다. 특히, 연료전지를 고온/저습 조건에서 운전 시 멤브레인 함습량을 적절히 유지하는 것이 어렵기 때문에 균일한 멤브레인 수분 분포 유지가 더욱 중요해진다. However, since the current density and the temperature distribution from the inlet to the outlet of the fuel cell are not uniform, the electroosmotic pressure is uneven due to the influence of the current density. The despreading is uneven due to the influence of humidity and temperature, Is difficult to maintain sufficient moisture content. Particularly, it is more difficult to keep the membrane moisture content properly when the fuel cell is operated under high temperature / low humidity conditions, so that it is more important to maintain uniform membrane moisture distribution.

일반적으로 카운터 플로(counter-flow) 구조에서 공기극 입구쪽은 건조하고 출구쪽은 습하며, 연료극 입구쪽은 건조하고 출구쪽은 습하다. 건조한 영역은 멤브레인 탈수(dehydration)에 의해 전기저항이 상승하고 습한 영역은 플러딩(flooding)에 의해 가스 전달을 방해하게 되며, 이는 연료전지의 성능 감소와 내구성 저하로 이어진다.Generally, in the counter-flow structure, the inlet side of the air electrode is dry and the outlet side is moist, the inlet side of the anode is dry, and the outlet side is moist. In the dry region, electrical resistance increases due to membrane dehydration, and humid regions obstruct gas transmission by flooding, leading to a decrease in performance and durability of the fuel cell.

전극막접합체(MEA)(1)의 양 끝단(공기극과 연료극의 입구 및 출구 측)에 더미 멤브레인(2)을 배치함으로써 공기극 출구측과 연료극 입구측, 그리고 연료극 출구측과 공기극 입구측 사이에 함습도의 차이에 의해 더미 멤브레인(2)을 통해 수분이 전달되도록 하여 수분이 셀 내부에서 순환되도록 하는 구조는 기 공지된 기술이다(도 3 참조). By arranging the dummy membrane 2 at both ends of the electrode membrane assembly (MEA) 1 (the inlet and outlet sides of the air electrode and the fuel electrode), they are placed between the air electrode outlet side and the fuel electrode inlet side and between the anode outlet side and the air electrode inlet side. The structure in which water is transferred through the dummy membrane 2 due to the difference in humidity so that water is circulated in the cell is a known technology (see FIG. 3).

그러나 이러한 공지의 기술은 단순히 판형 가습기의 개념과 연료전지 스택을 결합한 방식으로 충분한 가습량을 멤브레인을 통해서 각 출구에서 입구로 전달하기 위해서는 스택의 반응면적만큼의 더미 멤브레인 면적이 필요하여 스택이 과다하게 커지는 단점이 있다.
However, this known technique simply requires a dummy membrane area as much as the reaction area of the stack in order to transfer sufficient humidification amount from the respective outlets to the inlet through the membrane in a manner of combining the concept of the plate humidifier and the fuel cell stack, There are disadvantages.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 셀의 연료극 출구 및 공기극 출구측에서 배출되는 수분을 잡아 공기극 입구측과 연료극 입구측으로 전달함으로써 별도의 외부 가습장치 없이 자체적으로 연료전지 셀 내 멤브레인에 필요한 수분을 공급할 수 있도록 하는 연료전지 셀의 가습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell system, a fuel cell, and a fuel cell, And it is an object of the present invention to provide a humidification device for a fuel cell that can supply moisture required for the membrane.

이에 본 발명에서는, 멤브레인 양측에 촉매층을 접합한 전극막접합체와 이 전극막접합체의 양측에 기체확산층을 적층하여 구성된 연료전지 셀의 가습장치로서, 상기 전극막접합체의 좌우 양측에 각각 더미 멤브레인이 형성되고, 이 더미 멤브레인의 상하 양표면 중 가스채널 출구 측에 위치한 일표면에 가스채널 출구에서 배출되는 수분을 흡수할 수 있는 수분흡착부가 적층되며, 상기 더미 멤브레인은 수분흡착부가 가스채널 출구 측에서 흡수한 수분을 가스채널 입구 측으로 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a humidifying apparatus for a fuel cell, which comprises a membrane electrode assembly bonded with a catalyst layer on both sides of the membrane and a gas diffusion layer on both sides of the membrane electrode assembly, wherein a dummy membrane is formed on both sides of the membrane electrode assembly And a water absorbing portion capable of absorbing moisture discharged from the gas channel outlet is stacked on one surface of the upper and lower surfaces of the dummy membrane, the dummy membrane being located on the gas channel outlet side, and the dummy membrane is absorbed at the gas channel outlet side Thereby transferring a certain amount of moisture to the inlet side of the gas channel.

구체적으로, 상기 전극막접합체의 좌우 일측에 부착된 더미 멤브레인은 연료극 출구 측에 인접한 일표면에 수분흡착부가 적층되어 상기 연료극 출구 측에서 수분흡착부가 흡수한 수분을 공기극 입구 측으로 전달하게 되고, 상기 전극막접합체의 좌우 타측에 부착된 더미 멤브레인은 공기극 출구 측에 인접한 일표면에 수분흡착부가 적층되어 상기 공기극 출구 측에서 수분흡착부가 흡수한 수분을 연료극 입구 측으로 전달하게 된다.Specifically, the dummy membrane attached to one side of the electrode membrane assembly has a moisture adsorbing portion laminated on one surface adjacent to the fuel electrode outlet side to transmit moisture absorbed by the water adsorbing portion to the inlet side of the anode electrode, The dummy membrane attached to the other side of the membrane junction body has a moisture adsorbing portion laminated on one surface adjacent to the air electrode outlet side so that moisture absorbed by the water adsorbing portion is transmitted to the fuel electrode inlet side.

그리고, 상기 수분흡착부는 주위의 수분을 흡수 및 저장하고 더미 멤브레인으로 수분 전달이 용이하도록 친수성 처리된 것으로, 기공들이 서로 연결되어 모세관 인력이 상대적으로 크게 작용하는 다공성 재질로 이루어진 것이 사용된다.The moisture adsorbing part is made of a porous material which is hydrophilic treated to absorb and store the moisture around the porous membrane and easily transmit moisture to the dummy membrane, and the pores are connected to each other and the capillary attraction is relatively large.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수분흡착부는 기체확산층의 좌우 일측에 부착되어서 더미 멤브레인의 일표면에 적층 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the moisture adsorption unit may be attached to one side of the gas diffusion layer and laminated on one surface of the dummy membrane.

한편, 본 발명에서는, 좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정; 연료극 출구 측에 이웃하는 더미 멤브레인의 일표면에 수분흡착부를 적층 부착하는 과정; 공기극 출구 측에 이웃하는 더미 멤브레인의 일표면에 수분흡착부를 적층 부착하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법도 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing an electrode membrane assembly including dummy membranes on both sides thereof; Depositing a water adsorbing portion on one surface of the dummy membrane adjacent to the fuel electrode outlet side; And attaching a water absorbing portion to one surface of the dummy membrane adjacent to the outlet of the air electrode.

또한 본 발명에서는, 좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정; 좌우 일측면에 수분흡착부를 부착한 한 쌍의 기체확산층을 준비하는 과정; 기체확산층을 상기 전극막접합체의 상하 양측에 각각 적층하여, 기체확산층의 일측면에 부착된 수분흡착부가 가스채널 출구 측에 인접한 더미 멤브레인의 일표면 위에 적층되게 하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법도 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing an electrode membrane assembly comprising dummy membranes on both sides; Preparing a pair of gas diffusion layers having a water adsorption part on one side surface thereof; And depositing a gas diffusion layer on both the upper and lower sides of the electrode membrane assembly so that the moisture adsorption unit attached to one side of the gas diffusion layer is laminated on one surface of the dummy membrane adjacent to the gas channel outlet side A method of manufacturing a humidifying device for a fuel cell is also provided.

또한 본 발명에서는, 좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정; 상기 전극막접합체의 좌우 일측에 구비된 더미 멤브레인의 일표면을 덮을 수 있는 크기로 한 쌍의 기체확산층을 준비하는 과정; 더미 멤브레인의 일표면을 덮게 되는 기체확산층의 일단부를 수분흡착이 가능하도록 친수성 처리를 하는 과정; 상기 친수성 처리된 기체확산층을 전극막접합체의 상하 양측에 각각 적층하여, 기체확산층의 친수성 처리된 부분이 가스채널 출구 측에 인접한 더미 멤브레인의 일표면 위에 적층되게 하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법도 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing an electrode membrane assembly comprising dummy membranes on both sides; Preparing a pair of gas diffusion layers having a size capable of covering one surface of a dummy membrane provided on one side of the electrode membrane junction body; A step of hydrophilizing one end of the gas diffusion layer to cover the one surface of the dummy membrane so that moisture can be adsorbed; And a step of laminating the hydrophilic treated gas diffusion layers on both sides of the electrode membrane junction body so that the hydrophilic processed portion of the gas diffusion layer is laminated on one surface of the dummy membrane adjacent to the gas channel outlet side A method of manufacturing a humidifying device for a fuel cell is also provided.

본 발명에 따른 연료전지 셀의 가습장치에 의하면, 셀 내 습도가 높은 연료극 출구에서 습도가 낮은 공기극 입구 쪽으로, 그리고 셀 내 습도가 높은 공기극 출구에서 습도가 낮은 연료극 입구 쪽으로 수분 전달량이 늘어나면서 셀 내 수분 전달의 선순환 구조가 형성된다.According to the humidifier of the fuel cell of the present invention, the amount of moisture transferred from the outlet of the high-humidity anode to the inlet of the low-humidity air electrode and the outlet of the high-humidity air electrode to the inlet of the low- A virtuous cycle structure of moisture transfer is formed.

이에 의해 기존에 셀 외부로 배출되었던 액상의 수분의 일부까지 내부 순환시킴으로써, 별도로 구성되는 외부의 가습장치를 삭제할 수 있으며, 셀 내 수분전달 효율을 극대화하여 더미 멤브레인의 면적을 최소화함으로써 기존(가습기 부피 + 스택 부피) 대비 연료전지 스택(더미 멤브레인 및 수분흡착부 포함하는 스택) 및 시스템의 전체 부피를 크게 저감할 수 있다.
Accordingly, the external humidifying device, which is separately constructed, can be eliminated by internally circulating a part of the liquid phase water previously discharged to the outside of the cell, thereby minimizing the area of the dummy membrane by maximizing the water- + Stack volume), the total volume of the fuel cell stack (the stack including the dummy membrane and the moisture adsorption unit) and the system can be greatly reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀의 구조를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 셀의 다양한 형태를 나타낸 예시도
도 3은 종래 연료전지 셀의 구조를 나타낸 도면1 is a view showing a structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary view showing various forms of the fuel cell according to the present invention.
3 is a view showing the structure of a conventional fuel cell cell

알려진 바와 같이, 고분자 전해질 연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하고 그 부산물로 물이 생성된다. As is known, a polymer electrolyte fuel cell produces electricity by reacting hydrogen and oxygen, and water is produced as a by-product.

한편 연료전지 내에는 이온을 선택 투과, 전달하기 위한 멤브레인이 존재하며 이온전달속도를 높이기 위해 멤브레인은 항상 수분을 머금고 있어야 한다. On the other hand, in the fuel cell, there is a membrane for selective permeation and transmission of ions, and the membrane always has to be faded to increase the ion transfer rate.

그러나 연료전지에서 생성되는 물은 공기극에서 발생하며 대부분의 물은 잉여 공기와 함께 액상, 기상의 형태로 배출되어 멤브레인에 필요한 물을 충분히 공급하지 못한다. 이런 이유로 고분자 전해질 연료전지는 외부에 가습장치를 두어 내부로 들어가는 공기를 가습함으로써 멤브레인에 물을 공급하는 방식을 적용하고 있다. However, water generated in the fuel cell is generated in the air electrode, and most of the water is discharged in the form of liquid or vapor together with surplus air, failing to supply enough water to the membrane. For this reason, the polymer electrolyte fuel cell uses a method of supplying water to the membrane by humidifying the air entering the inside by placing a humidifying device on the outside.

그러나 상기 가습장치는 큰 부피, 또는 추가적인 동력원을 필요로 하기에 효율, 비용, 부피 등의 측면에서 불리하다. However, the humidifier requires a large volume or an additional power source, which is disadvantageous in terms of efficiency, cost, volume, and the like.

본 발명에서는 연료극 출구 및 공기극 출구 측에서 배출되는 수분을 잡아 공기극 입구측과 연료극 입구측으로 전달함으로써 별도의 외부 가습장치 없이 자체적으로 연료전지 셀 내 멤브레인에 필요한 수분을 공급할 수 있도록 하여 연료전지의 출력 밀도, 효율 등을 향상시키고자 한다. According to the present invention, the moisture discharged from the fuel electrode outlet and the cathode electrode outlet is transferred to the inlet side of the air electrode and the inlet side of the anode electrode so that water necessary for the membrane in the fuel cell can be supplied without any external humidifier, , Efficiency and so on.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 셀의 구조를 나타낸 것으로, 여기서는 셀 구성요소 간에 적층구조를 보여주고 있다.FIG. 1 shows a structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, in which a stacked structure is shown between cell components.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 연료전지 셀(10)은 멤브레인의 상하 양측에 촉매층을 접합한 전극막접합체(11)와 이 전극막접합체(11)의 상하 양측에 기체확산층(12)을 적층하여 구성된 것으로서, 셀(10) 내 수분확산을 위해 그리고 셀(10) 내 수분 과다시 수분흡착을 위해 더미 멤브레인(13) 및 수분흡착부(14)를 포함하는 구조로 이루어진다.1, the fuel cell 10 includes an electrode membrane assembly 11 in which a catalyst layer is bonded to both upper and lower sides of a membrane, and a gas diffusion layer 12 on both sides of the electrode membrane assembly 11, And comprises a dummy membrane 13 and a water adsorbing portion 14 for moisture diffusion in the cell 10 and for moisture adsorption in excess of water in the cell 10. [

상기 연료전지 셀(10)은 수소 및 공기의 가스채널 입구 및 출구 영역에 더미 멤브레인(13)이 위치된 전극막접합체(MEA)(11)의 구조에서 가스채널 출구 즉, 연료극 출구 측과 공기극 출구 측에 인접한 더미 멤브레인(13)의 일표면에 단위 부피당 함습량이 큰 수분흡착부(14)가 적층되어 있는 구조를 갖는다.The fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly (MEA) 11 in which a dummy membrane 13 is positioned at an inlet and an outlet of a gas channel of hydrogen and air, And a moisture adsorbing portion (14) having a large moisture content per unit volume is laminated on one surface of the dummy membrane (13) adjacent to the side of the dummy membrane (13).

다시 말해, 적층방향으로 더미 멤브레인(13)을 통해 수분이 확산되는 것을 극대화하기 위하여, 상기 전극막접합체(11)의 좌우 양측에 각각 더미 멤브레인(13)이 형성되고, 이 더미 멤브레인(13)의 양측면 중 가스채널 출구 즉, 연료극의 출구 또는 공기극의 출구 측에 인접한/위치한 일표면에 상기 출구에서 배출되는 수분을 흡착/흡수할 수 있는 수분흡착부(14)가 적층 구성된다.In other words, in order to maximize the diffusion of moisture through the dummy membrane 13 in the lamination direction, dummy membranes 13 are formed on both the left and right sides of the electrode membrane assembly 11, A water adsorbing portion 14 capable of adsorbing / absorbing moisture discharged from the outlet is disposed on a gas channel outlet, that is, a surface adjacent to / positioned at an outlet of the fuel electrode or the outlet of the air electrode.

이때 연료전지 셀(10)의 연료극 출구 측과 공기극 출구 측의 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 위치한 수분흡착부(14)는, 각각 연료극 출구 및 공기극 출구로 나가는 액상, 기상의 수분을 흡수하고 더미 멤브레인(13)을 통해 각각 공기극 입구 및 연료극 입구로 수분을 전달하는 역할을 한다.At this time, the water adsorption unit 14 located on one side of the dummy membrane 13 on the fuel electrode outlet side and the air electrode outlet side of the fuel cell 10 absorbs the liquid and gaseous water exiting the fuel electrode outlet and the air electrode outlet, respectively And to transfer moisture to the inlet of the cathode and the inlet of the anode through the dummy membrane 13, respectively.

이러한 수분흡착부(14)는 주위의 수분을 흡수 및 저장하고 더미 멤브레인(13)으로 수분 전달이 용이하도록 친수성 처리된 것으로, 기공들이 서로 연결되어 모세관 인력이 상대적으로 크게 작용하는 다공성 재질로 이루어지며, 예를 들면 직물이나 스폰지 등이 적합하다.The moisture adsorption unit 14 is made of a porous material that is hydrophilic treated to absorb and store moisture around the dummy membrane 13 and to facilitate transfer of moisture to the dummy membrane 13, , Such as fabrics or sponges, are suitable.

이때 수분흡착부(14)의 두께는 셀의 반응면적 크기 및 최대 운전 전류밀도에 의해 결정되는 수분 생성량과 필요한 수분흡착량, 더미 멤브레인(13)의 수분확산계수 등에 따라 자유롭게 조절하여 제작 가능하다.At this time, the thickness of the water adsorption part 14 can be freely adjusted according to the water production amount determined by the reaction area size of the cell and the maximum operating current density, the required moisture adsorption amount, the water diffusion coefficient of the dummy membrane 13, and the like.

이러한 가습구조를 적용한 연료전지 셀(10)은 상기 전극막접합체(11)의 좌우 일측에 부착된 더미 멤브레인(13a)의 일표면(연료극 출구 측에 인접한 일표면)에 수분흡착부(14a)가 적층되어 연료극 출구 측에서 수분흡착부(14a)가 흡수한 수분을 공기극 입구 측으로 전달하게 되고, 상기 전극막접합체(11)의 좌우 타측에 부착된 더미 멤브레인(13b)의 일표면(공기극 출구 측에 인접한 일표면)에 수분흡착부(14b)가 적층되어 공기극 출구 측에서 수분흡착부(14b)가 흡수한 수분을 연료극 입구 측으로 전달하게 된다.The fuel cell 10 to which the humidifying structure is applied is provided with a water adsorption portion 14a on one surface (one surface adjacent to the anode outlet side) of the dummy membrane 13a attached to one side of the electrode membrane assembly 11 And the water absorbed by the moisture adsorption portion 14a is transferred to the inlet side of the air electrode at the side of the anode electrode assembly and the surface of the dummy membrane 13b attached to the other side of the electrode membrane assembly 11 And the water absorbed by the moisture adsorbing portion 14b is transmitted to the inlet of the fuel electrode at the outlet of the air electrode.

이와 같은 연료전지 셀(10)은 전극막접합체(11)의 입출구 영역에 위치한 더미 멤브레인(13)에 수분흡착부(14)가 적층됨으로써 상기 더미 멤브레인(13)에서 나타나는 물리적 원리를 아래 식 1과 같이 나타낼 수 있다.The fuel cell 10 of this type has a physical principle shown by the dummy membrane 13 as the water adsorption portion 14 is laminated on the dummy membrane 13 located at the inlet and outlet regions of the electrode membrane assembly 11, As shown in Fig.

식 1 : Equation 1:

Figure 112015065080818-pat00001
Figure 112015065080818-pat00001

즉, 상기 연료전지 셀(10)의 더미 멤브레인(13)에서는 함습도 차이에 의한 수분 확산만 발생하는데 더미 멤브레인(13)의 일표면에 수분흡착부(14)가 부착됨으로써 셀 내 수분이 높은 영역에서 낮은 영역으로 수분 전달이 효과적으로 이루어져 셀 내 워터밸런스 유지를 유도하여 가능하게 한다. 함습도 차이가 클수록 수분이 높은 영역에서 낮은 영역으로 전달되는 수분 양은 증가하게 된다.That is, in the dummy membrane 13 of the fuel cell 10, only the moisture diffusion due to the difference in humidification occurs, and the moisture adsorption unit 14 is attached to one surface of the dummy membrane 13, The water is effectively transferred to the lower region, thereby enabling maintenance of the water balance in the cell. The greater the difference in humidity, the greater the amount of moisture transferred from the higher to the lower region.

여기서, 상기 수분흡착부(14)는 다음과 같은 기능을 한다.Here, the water adsorption unit 14 has the following functions.

1. 셀(10)의 출구 측에서 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 수분흡착부(14)를 위치시킴으로써 기존과 달리 셀(10)에서 배출되는 과량의 액상의 수분을 잡아둘 수 있어 셀(10) 내 수분 공급 시의 버퍼 역할을 한다.1. By placing the water adsorption unit 14 on one surface of the dummy membrane 13 at the outlet side of the cell 10, an excess amount of liquid water discharged from the cell 10 can be held unlike the cell 10, 10) as a buffer at the time of moisture supply.

즉, 셀(10) 내부에서 생성되는 수분 양이 셀(10) 밖으로 빠져나가는 양 대비 많은 운전조건(flooding 운전 조건)에서 수분흡착부(14)가 잡아둔 여분의 수분을, 셀(10) 밖으로 빠져나가는 양이 더 많은 운전조건(dry 운전 조건) 시에 공기극 입구 및 연료극 입구로 공급할 수 있다. That is, the excess moisture captured by the water adsorption unit 14 in a large amount of operating conditions (flooding operation conditions) relative to the amount of moisture generated in the cell 10 out of the cell 10 The amount of the exhaust gas can be supplied to the inlet of the air electrode and the inlet of the anode when the operating condition (dry operating condition) is greater.

2. 셀(10) 밖으로 배출되는 액상의 수분을 흡수한 수분흡착부(14)에 의해 더미 멤브레인(13) 양단의 함수율 차를 극대화할 수 있어 멤브레인(13)이 가진 최대 물질전달 효율을 낼 수 있다. 2. The water absorption portion 14 absorbing the liquid water discharged out of the cell 10 can maximize the water content difference between the both ends of the dummy membrane 13 and can achieve the maximum mass transfer efficiency of the membrane 13 have.

이를 통해 습도가 높은 연료극 출구에서 습도가 낮은 공기극 입구 쪽으로, 그리고 습도가 높은 공기극 출구에서 습도가 낮은 연료극 입구 쪽으로 수분 전달량이 늘어나면서 셀 내 수분 전달의 선순환 구조가 형성된다.This increases the amount of moisture transferred from the high-humidity anode outlet to the low-humidity cathode inlet and from the high-humidity cathode outlet to the low-humidity anode inlet, thereby forming a virtuous cycle structure of moisture transfer within the cell.

이에 의해 기존에 셀 외부로 배출되었던 액상의 수분의 일부까지 내부 순환시킴으로써, 별도로 구성되는 외부의 가습장치를 삭제할 수 있으며, 셀 내 수분전달 효율을 극대화하여 더미 멤브레인의 면적을 최소화함으로써 기존(가습기 부피 + 스택 부피) 대비 연료전지 스택(더미 멤브레인 및 수분흡착부 포함하는 스택) 및 시스템의 전체 부피를 크게 저감할 수 있다. Accordingly, the external humidifying device, which is separately constructed, can be eliminated by internally circulating a part of the liquid phase water previously discharged to the outside of the cell, thereby minimizing the area of the dummy membrane by maximizing the water- + Stack volume), the total volume of the fuel cell stack (the stack including the dummy membrane and the moisture adsorption unit) and the system can be greatly reduced.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 셀의 구현가능한 다양한 형태를 나타낸 예시도로서, 보이는 바와 같이, 상기의 연료전지 셀(10)은 전술한 위치 및 적층 구조의 범위 내에서 더미 멤브레인(13)과 수분흡착부(14)의 형태를 다양하게 변형할 수 있다.FIG. 2 is an exemplary view showing various possible configurations of the fuel cell according to the present invention. As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 includes the dummy membrane 13 and the dummy membrane 13 within the above- The shape of the water adsorption part 14 can be variously modified.

이러한 연료전지 셀(10)은 촉매층이 없는 더미 멤브레인(13)을 셀(10)의 가스채널(유로) 입구 및 출구 영역에 위치시키고, 각 가스채널 출구 영역(공기극 출구 및 연료극 출구 측)에 인접한 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 수분흡착부(14)를 적층 위치시켜 제작 구성된다.The fuel cell 10 includes a dummy membrane 13 having no catalyst layer disposed in an inlet and an outlet region of a gas channel (channel) of the cell 10 and has a gas channel outlet region (a cathode outlet and a cathode outlet side) And the moisture adsorbing portion 14 is laminated on one surface of the dummy membrane 13.

여기서, 더미 멤브레인을 포함하는 전극막접합체는 전극막접합체의 촉매층 형성을 위해 멤브레인에 촉매를 코팅할 때 상기 멤브레인의 일부 영역에 촉매가 코팅되지 않도록 더미를 덮어주어(적층하여) 코팅하는 공지의 방법을 응용하여 형성 제작할 수 있다. 이러한 방법으로 더미 멤브레인이 될 영역의 양면에 더미를 덮어준 후 촉매를 코팅하고 더미를 제거함으로써 한 번의 제작과정으로 더미 멤브레인과 전극막접합체를 일체형으로 제조할 수 있다.Here, the electrode membrane junction body including the dummy membrane may be formed by a known method of coating (laminating) a dummy so that a catalyst is not coated on a part of the membrane when a catalyst is coated on the membrane in order to form a catalyst layer of the electrode membrane assembly Can be formed and manufactured. In this way, the dummy membrane and the electrode membrane assembly can be integrally formed in one production process by covering the dummy on both sides of the area to be dummy membrane, coating the catalyst and removing the dummy.

이때 상기 더미는 촉매 코팅 공정에 영향을 미치지 않는 재료이면 제한없이 사용가능하다.At this time, the dummy can be used without limitation as long as it does not affect the catalyst coating process.

그리고, 통상의 멤브레인과 촉매층을 접합한 구조의 전극막접합체의 좌우 양측에 더미 멤브레인(13)을 부착하여 더미 멤브레인(13)이 포함된 전극막접합체(11)를 제작할 수도 있다.It is also possible to manufacture the electrode membrane assembly 11 including the dummy membrane 13 by attaching the dummy membrane 13 to both the left and right sides of the electrode membrane assembly having a structure in which a normal membrane and a catalyst layer are bonded.

또한, 상기 연료전지 셀은 다음과 같은 제조 과정을 포함하여 제작될 수 있다.In addition, the fuel cell may be manufactured by the following manufacturing process.

일례로, 더미 멤브레인(13)이 포함된 전극막접합체(11)의 제작 후, 더미 멤브레인(13)의 일측 표면에 수분흡착부(14)를 적층 부착하여 전극막접합체와 셀의 가습구조(더미 멤브레인 및 수분흡착부)를 일체로 제작할 수 있다.For example, after the electrode membrane assembly 11 including the dummy membrane 13 is fabricated, the moisture adsorption portion 14 is laminated on one surface of the dummy membrane 13 to form an electrode membrane assembly and a humidifying structure Membrane and moisture adsorption unit) can be integrally manufactured.

구체적으로, 좌우 양측에 더미 멤브레인(13)이 구비된 전극막접합체(11)의 제작 후, 가스채널 출구 영역(공기극 출구 또는 연료극 출구 측)에 인접한 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 수분흡착부(14)를 적층 위치시켜, 다시 말해 좌우 일측의 더미 멤브레인의 상측 표면(연료극 출구 측에 이웃하는/마주하는 일표면)과 좌우 타측의 더미 멤브레인의 하측 표면(공기극 출구 측에 이웃하는/마주하는 일표면)에 수분흡착부를 적층 부착하여, 전극막접합체와 셀의 가습구조를 일체로 제작 가능하다.Specifically, after manufacturing the electrode membrane assembly (11) having the dummy membrane (13) on both the left and right sides, the water absorption part (11) is formed on one surface of the dummy membrane (13) adjacent to the gas channel outlet area (A surface facing / facing the anode electrode outlet side) of the dummy membrane on one side of the left and right sides and a lower surface (facing / opposing to the cathode electrode outlet side of the dummy membrane on the left and the other side) And the moisture-absorbing structure is integrally formed by attaching the water-absorbing section to the electrode-membrane-electrode assembly and the cell-mounting surface.

또한 일례로, 연료전지 셀의 제조시 사용되는 일반적인 기체확산층(GDL)의 좌우 일측면에 패드 형상의 수분흡착부(14)를 부착하여 상기 기체확산층을 전극막접합체(11)의 상하 양측에 적층할 때 전극막접합체(11)의 좌우 양측에 형성된 더미 멤브레인(13) 위에 수분흡착부(14)가 적층된 형태로 위치할 수 있도록 제작한다.For example, a pad-shaped moisture adsorption portion 14 is attached to one side surface of a common gas diffusion layer (GDL) used in manufacturing a fuel cell, and the gas diffusion layer is laminated on both upper and lower sides of the electrode membrane assembly 11 The moisture adsorption unit 14 is formed on the dummy membrane 13 formed on both the left and right sides of the electrode membrane assembly 11 in a laminated form.

구체적으로, 좌우 양측에 더미 멤브레인(13)이 구비된 전극막접합체(11)의 제작 후, 기체확산층(12)의 좌우 일측면에 수분흡착부(14)를 부착하여 좌우 일측면에 수분흡착부(14)를 부착한 한 쌍의 기체확산층(12)을 준비한 다음, 준비한 기체확산층(12)을 전극막접합체(11)의 상하 양측에 각각 적층 접합함으로써 좌우 양측의 더미 멤브레인(13) 상에 수분흡착부(14)를 적층되게 한다. 이때 기체확산층(12)을 전극막접합체(11)에 적층할 때, 가스채널 출구 영역에 인접하게 되는 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 수분흡착부(14)를 적층한다.Specifically, after manufacturing the electrode membrane assembly (11) having the dummy membrane (13) on both the left and right sides, the water adsorption portion (14) is attached to one side surface of the gas diffusion layer (12) A pair of gas diffusion layers 12 to which the gas diffusion layers 12 having the electrode fingers 14 are attached are stacked and then the prepared gas diffusion layers 12 are laminated on both the upper and lower sides of the electrode membrane assembly 11, So that the adsorbing portion 14 is laminated. At this time, when the gas diffusion layer 12 is laminated on the electrode membrane assembly 11, the water adsorption portion 14 is laminated on one surface of the dummy membrane 13 adjacent to the gas channel outlet region.

다시 말해, 좌우 양측에 더미 멤브레인(13)이 구비된 전극막접합체(11)를 제조하는 과정; 좌우 일측면에 수분흡착부(14)를 부착한 한 쌍의 기체확산층(12)을 준비하는 과정; 상기 한 쌍의 기체확산층(12) 중 어느 하나의 기체확산층을 상기 전극막접합체(11)의 상하 일측에 적층하여, 기체확산층의 일측면에 부착된 수분흡착부가 좌우 일측의 더미 멤브레인 위에 적층되게 하는 과정; 상기 한 쌍의 기체확산층(12) 중 다른 하나의 기체확산층을 상기 전극막접합체(11)의 상하 타측에 적층하여, 기체확산층의 일측면에 부착된 수분흡착부가 좌우 타측의 더미 멤브레인 위에 적층되게 하는 과정;을 통해 전극막접합체(11)의 좌우 양측에 형성된 더미 멤브레인(13) 위에 수분흡착부(14)가 적층된 구조를 갖는 연료전지 셀을 제조할 수 있다.In other words, a process of manufacturing an electrode membrane assembly 11 having dummy membranes 13 on both sides thereof; Preparing a pair of gas diffusion layers (12) having water absorption parts (14) attached to one side surface thereof; Any one gas diffusion layer of the pair of gas diffusion layers 12 is laminated on the upper and lower sides of the electrode membrane assembly 11 so that the water adsorption part attached to one side of the gas diffusion layer is laminated on the dummy membrane on the left and right sides process; Another gas diffusion layer of the pair of gas diffusion layers 12 is laminated on the upper and lower sides of the electrode membrane assembly 11 so that the moisture adsorption part attached to one side of the gas diffusion layer is laminated on the other side dummy membrane It is possible to manufacture a fuel cell having a structure in which the water adsorption portions 14 are laminated on the dummy membranes 13 formed on both the left and right sides of the electrode membrane assembly 11. [

또한 일례로, 기체확산층(12)을 연료극 출구 또는 공기극 출구 측의 더미 멤브레인(13, 전극막접합체의 양측에 형성된 일측 더미 멤브레인의 일표면)을 덮을 수 있는 크기로 제작하며, 더미 멤브레인(13) 위에 위치되는 기체확산층(12)의 일단부는 친수성 처리를 통하여 액상물을 내부에 저장하여 더미 멤브레인(13)에 공급할 수 있도록 한다. For example, the dummy membrane 13 is fabricated to have a size capable of covering the dummy membrane 13 (one surface of one dummy membrane formed on both sides of the electrode membrane assembly) on the fuel electrode outlet or the air electrode outlet side, One end of the gas diffusion layer 12 positioned above is allowed to store therein the liquid material through the hydrophilic treatment and supply it to the dummy membrane 13. [

즉, 더미 멤브레인(13)을 덮을 수 있게 확장 형성한 기체확산층(12)의 좌우 일측 부분을 친수성 처리를 하여 수분을 흡수 및 저장하는 수분흡착부의 역할을 할 수 있도록 함으로써 기체확산층의 좌우 양측에 수분흡착부를 일체로 형성한 효과를 얻을 수 있다.That is, the left and right side portions of the gas diffusion layer 12 extended to cover the dummy membrane 13 are subjected to a hydrophilic treatment to serve as a moisture adsorption portion for absorbing and storing moisture, The effect of integrally forming the adsorption portions can be obtained.

구체적으로, 좌우 양측에 더미 멤브레인(13)이 구비된 전극막접합체(11)를 제조하는 과정; 상기 전극막접합체(11)의 좌우 일측에 구비된 더미 멤브레인(13)의 일표면을 덮을 수 있는 크기로 한 쌍의 기체확산층(12)을 준비하는 과정; 더미 멤브레인(13)의 일표면을 덮게 되는 기체확산층(12)의 일단부를 수분흡착이 가능하도록 친수성 처리를 하는 과정; 상기 친수성 처리된 기체확산층(12)을 전극막접합체(11)의 상하 양측에 각각 적층하여, 기체확산층(12)의 친수성 처리된 부분이 가스채널 출구 측에 인접한/이웃한 더미 멤브레인(13)의 일표면 위에 적층되게 하는 과정;을 통해 전극막접합체(11)의 좌우 양측에 형성된 각각의 더미 멤브레인(13) 위에 수분흡착부(14)가 적층된 구조를 갖는 연료전지 셀(10)을 제작할 수 있다.Specifically, a process of manufacturing an electrode membrane assembly (11) having dummy membranes (13) on both sides thereof; Preparing a pair of gas diffusion layers 12 having a size capable of covering one surface of a dummy membrane 13 provided on one side of the electrode membrane assembly 11; A step of hydrophilizing one end of the gas diffusion layer 12 to cover the one surface of the dummy membrane 13 so that moisture can be adsorbed; The hydrophilic processed gas diffusion layers 12 are laminated on both upper and lower sides of the electrode membrane assembly 11 so that the hydrophilic processed portion of the gas diffusion layer 12 is bonded to the adjacent dummy membranes 13 adjacent to the gas channel outlet side The fuel cell 10 having the structure in which the water adsorption portions 14 are laminated on the respective dummy membranes 13 formed on both the left and right sides of the electrode membrane assembly 11 can be manufactured through the process have.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modifications are also included in the scope of the present invention.

10 : 연료전지 셀
11 : 전극막접합체
12 : 기체확산층
13 : 더미 멤브레인
14 : 수분흡착부10: fuel cell
11: electrode membrane junction body
12: gas diffusion layer
13: dummy membrane
14: Water absorption part

Claims (8)

멤브레인 양측에 촉매층을 접합한 전극막접합체와 이 전극막접합체의 양측에 기체확산층을 적층하여 구성된 연료전지 셀의 가습장치로서,
상기 전극막접합체의 좌우 양측에 각각 더미 멤브레인이 형성되고, 이 더미 멤브레인의 상하 양표면 중 가스채널 출구 측에 위치한 일표면에 가스채널 출구에서 배출되는 수분을 흡수할 수 있는 수분흡착부가 적층되며,
상기 더미 멤브레인은 수분흡착부가 가스채널 출구 측에서 흡수한 수분을 가스채널 입구 측으로 전달하게 되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치.
1. A humidifying apparatus for a fuel cell, comprising: an electrode membrane junction body in which a catalyst layer is bonded to both sides of a membrane; and a gas diffusion layer on both sides of the electrode membrane junction body,
A dummy membrane is formed on both left and right sides of the electrode membrane assembly, a water absorption unit capable of absorbing moisture discharged from the gas channel outlet is stacked on one surface of the upper and lower surfaces of the dummy membrane,
Wherein the dummy membrane transfers moisture absorbed by the water adsorption unit to the gas channel inlet side.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전극막접합체의 좌우 일측에 부착된 더미 멤브레인은 연료극 출구 측에 인접한 일표면에 수분흡착부가 적층되어 상기 연료극 출구 측에서 수분흡착부가 흡수한 수분을 공기극 입구 측으로 전달하게 되고, 상기 전극막접합체의 좌우 타측에 부착된 더미 멤브레인은 공기극 출구 측에 인접한 일표면에 수분흡착부가 적층되어 상기 공기극 출구 측에서 수분흡착부가 흡수한 수분을 연료극 입구 측으로 전달하게 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치.
The method according to claim 1,
The dummy membrane attached to one side of the electrode membrane assembly has a moisture adsorbing portion laminated on one surface adjacent to the fuel electrode outlet side to transmit moisture absorbed by the water adsorbing portion to the inlet side of the anode electrode at the anode electrode outlet side, And the dummy membrane attached to the other side of the left and right sides has a moisture adsorbing portion stacked on one surface adjacent to the air electrode outlet side so that moisture absorbed by the moisture adsorbing portion is transmitted to the inlet side of the fuel electrode at the outlet side of the air electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 수분흡착부는 주위의 수분을 흡수 및 저장하고 더미 멤브레인으로 수분 전달이 용이하도록 친수성 처리된 것으로, 기공들이 서로 연결되어 모세관 인력이 상대적으로 크게 작용하는 다공성 재질로 이루어진 것임을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치.
The method according to claim 1,
Wherein the water adsorption unit is made of a porous material that is hydrophilic treated to absorb moisture and store moisture around the membrane and to facilitate transfer of moisture to the dummy membrane, and the pores are connected to each other and capillary attraction is relatively large. Humidifying device.
청구항 1에 있어서,
상기 수분흡착부는 기체확산층의 좌우 일측에 부착되어 더미 멤브레인의 일표면에 적층 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치.
The method according to claim 1,
Wherein the moisture adsorption unit is attached to one side of the gas diffusion layer and is laminated on one surface of the dummy membrane.
좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정;
연료극 출구 측에 이웃하는 더미 멤브레인의 일표면에 수분흡착부를 적층 부착하는 과정;
공기극 출구 측에 이웃하는 더미 멤브레인의 일표면에 수분흡착부를 적층 부착하는 과정;을 포함하며,
상기 각 더미 멤브레인은 수분흡착부가 연료극 출구 및 공기극 출구 측에서 흡수한 수분을 공기극 입구 및 연료극 입구 측으로 전달하게 되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법.
A process of producing an electrode membrane assembly having dummy membranes on both sides thereof;
Depositing a water adsorbing portion on one surface of the dummy membrane adjacent to the fuel electrode outlet side;
And attaching the moisture adsorbing portion to one surface of the dummy membrane adjacent to the outlet of the air electrode,
Wherein each of the dummy membranes is configured to transmit the moisture absorbed by the water adsorption unit to the fuel electrode outlet and the air electrode outlet to the inlet of the air electrode and the inlet of the fuel electrode.
좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정;
좌우 일측면에 수분흡착부를 부착한 한 쌍의 기체확산층을 준비하는 과정;
기체확산층을 상기 전극막접합체의 상하 양측에 각각 적층하여, 기체확산층의 일측면에 부착된 수분흡착부가 가스채널 출구 측에 인접한 더미 멤브레인의 일표면 위에 적층되게 하는 과정;을 포함하며,
상기 더미 멤브레인은 수분흡착부가 가스채널 출구 측에서 흡수한 수분을 가스채널 입구 측으로 전달하게 되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법.
A process of producing an electrode membrane assembly having dummy membranes on both sides thereof;
Preparing a pair of gas diffusion layers having a water adsorption part on one side surface thereof;
Depositing a gas diffusion layer on each of upper and lower sides of the electrode membrane junction body so that the water adsorption unit attached to one side of the gas diffusion layer is laminated on one surface of the dummy membrane adjacent to the gas channel outlet side,
Wherein the dummy membrane transfers moisture absorbed by the water adsorption unit to the gas channel inlet side.
좌우 양측에 더미 멤브레인이 구비된 전극막접합체를 제조하는 과정;
상기 전극막접합체의 좌우 일측에 구비된 더미 멤브레인의 일표면을 덮을 수 있는 크기로 한 쌍의 기체확산층을 준비하는 과정;
더미 멤브레인의 일표면을 덮게 되는 기체확산층의 일단부를 수분흡착이 가능하도록 친수성 처리를 하는 과정;
상기 친수성 처리된 기체확산층을 전극막접합체의 상하 양측에 각각 적층하여, 기체확산층의 친수성 처리된 부분이 가스채널 출구 측에 인접한 더미 멤브레인의 일표면 위에 적층되게 하는 과정;을 포함하며,
상기 더미 멤브레인은 상기 기체확산층의 친수성 처리된 부분이 가스채널 출구 측에서 흡수한 수분을 가스채널 입구 측으로 전달하게 되는 것임을 특징으로 하는 연료전지 셀의 가습장치 제작 방법.A process of producing an electrode membrane assembly having dummy membranes on both sides thereof;
Preparing a pair of gas diffusion layers having a size capable of covering one surface of a dummy membrane provided on one side of the electrode membrane junction body;
A step of hydrophilizing one end of the gas diffusion layer to cover the one surface of the dummy membrane so that moisture can be adsorbed;
And a step of laminating the hydrophilic treated gas diffusion layers on both sides of the electrode membrane junction body so that the hydrophilic processed portion of the gas diffusion layer is laminated on one surface of the dummy membrane adjacent to the gas channel outlet side,
Wherein the dummy membrane transfers moisture absorbed at the gas channel outlet side of the hydrophilic treated portion of the gas diffusion layer to the inlet side of the gas channel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006172960A (en) * 2004-12-17 2006-06-29 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2010067371A (en) * 2008-09-08 2010-03-25 Toyota Motor Corp Fuel cell
KR20150064831A (en) * 2013-12-04 2015-06-12 현대자동차주식회사 Polymer electrolyte fuel cell with gas diffusion layer having multi-layered structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006172960A (en) * 2004-12-17 2006-06-29 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2010067371A (en) * 2008-09-08 2010-03-25 Toyota Motor Corp Fuel cell
KR20150064831A (en) * 2013-12-04 2015-06-12 현대자동차주식회사 Polymer electrolyte fuel cell with gas diffusion layer having multi-layered structure

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