KR101719830B1 - 액체 전해질 이동 방지부를 갖춘 연료 전지의 제조 - Google Patents

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스리다 브이. 카누리
리차드 디. 브로우
키쇼어 쿠마 테네티
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두산 퓨얼 셀 아메리카, 인크.
프랭크 이. 케니
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Abstract

연료 전지(11)의 스택(10)에는 전지(11)로부터의 액체 전해질(예를 들어, 인산)이 이동하는 것을 방지하기 위해 배리어(32)가 제조된다. 배리어(32)는 분리판 조립체(18)의 랜드 영역(28) 내에 형성된 단차부(34) 내에 고정되고, 분리판 조립체(18)의 에지(30)로부터 분리판 조립체(18) 내에 형성된 유동 채널(24)과 에지(30) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어(32)는 에지(30)로부터 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils) 사이의 거리만큼 연장된다. 배리어(32)는 소수성 폴리머막(36)과, 조립 보조물로서의 감압식 접착제(38)와, 플루오로엘라스토머 접합제(40)를 포함하고 있다.

Description

액체 전해질 이동 방지부를 갖춘 연료 전지의 제조{MANUFACTURE OF A FUEL CELL WITH LIQUID ELECTROLYTE MIGRATION PREVENTION}
본 출원은 "연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지(Fuel Cell With A Barrier To Acid Migration Out Of The Fuel Cell)"의 명칭으로 2009년 4월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/214,130호의 이익을 주장한다.
본 발명은 수송 차량, 이동식 발전기, 또는 고정식 발전기에 사용하기에 적합한 연료 전지의 제조에 관한 것이고, 특히 본 발명은 연료 전지로부터 인접한 연료 전지로의 산성 전해질의 이동에 대한 배리어를 포함하는 연료 전지의 제조에 관한 것이다.
연료 전지는 잘 알려져 있고, 통상적으로, 수소 함유 환원 유체 연료 및 산소 함유 산화 반응물 스트림으로부터 전류를 발생시켜서, 다양한 유형의 전기 장치에 전력을 공급하는 데에 사용된다. 많은 연료 전지에서는 인산과 같은 액체 전해질이 사용되고, 이러한 연료 전지는 일반적으로 반응물 및 배출 스트림 등을 전달하고 제거하기 위해 매니폴드와 관련 배관을 구비하는 잘 공지된 연료 전지 스택을 형성하도록 다른 연료 전지에 인접해 있다.
인산성 전해질 연료 전지는 종종 하나의 전지로부터 인접한 전지로의 산의 이동의 문제와 관련되어 있다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 노력이 있었다. 예를 들어, 본원에 참조로 통합된, 로체(Roche) 등의 공동 소유된 미국 특허 제5,079,104호와, 데크(Dec) 등의 미국 특허 제5,156,929호, 로체 등의 미국 특허 제5,178,968호, 브레올트(Breault) 등의 미국 특허 제5,270,132호, 브레올트 등의 미국 특허 제5,837,395호 및 브레올트 등의 미국 특허 제6,050,331호에 이러한 노력이 개시되어 있다.
이러한 인산 연료 전지는 반응물 스트림으로의 증발로 인한 산 손실과, 전지 구성요소에 의한 흡수로 인한 손실과, 전지 내의 재료와의 반응에 의한 손실을 수용하도록 잉여의 산을 포함하고 있다. 이러한 잉여의 산은 별개의 구성요소일 수 있는 전해질 저장판 내에 저장되거나 전해질 저장 기능이 다공성 전극 기판 내에 통합될 수 있다. 연료 전지 내의 액체 전해질을 관리하는 것은 중요한 설계 과제이다.
공기 입구 및 공기 출구 매니폴드에 노출되어 있는 연료 전지의 평탄한 구성요소의 에지에서 탄소 함유 재료가 화학적 반응으로 인해 산화된다. 산화 정도는 전기화학적 포텐셜과, 수증기의 분압과, 국부적인 온도의 함수이다. 산화는, 전지의 공기 출구 에지에서보다 더 높은 온도로 인하여 전지의 공기 입구 에지에서 일반적으로 더 강하다. 산화는 일반적으로 반응물 연료에 노출된 에지 상에서 최소이다.
탄소 함유 재료의 산화로 인하여 전지의 에지에서 재료가 습윤성으로 되어, 분리판 조립체의 에지를 따라 산성막이 생기게 된다. 이 산성막은 연료 전지의 에지를 따르는 이온 션트 전류 경로(ionic shunt current path)가 된다. 이 션트 전류 경로에 의해 양자(수소 이온)가 전지의 서브스택의 양단부(positive end)로부터 전지의 에지를 따라 서브스택의 음단부(negative end)까지 흐르게 된다. 연료 전지의 "서브스택(substack)"은 연료 전지 스택 내의 냉각판들 사이에 배치된 일반적으로 4-8 개의 전지군이다. 이 션트 전류에는 2가지 결과가 있다. 첫번째 결과는, 션트 전류가, 서브스택의 양단부에서 탄소 부식이 발생되도록 전해질 포텐셜을 낮추는 것이다. 탄소 부식은 전극 포텐셜이 대기압보다 높은, 상승된 반응물 압력에서 작동하는 연료 전지에 있어서 중요한 문제이다. 두번째 결과는 션트 전류로 인하여 서브스택의 음단부로부터 서브스택의 양단부로 음이온[이수소 인산(di-hydrogen phosphate)]이 유동하게 된다는 것이다. 수소 이온과 이수소 인산 이온은 서브스택의 양단부에서 결합된다. 이로 인하여 산은 서브스택의 음단부로부터 서브스택의 양단부로 스택의 에지를 따라서 펌핑된다. 이 산 펌핑의 결과는, 음단부에서의 전지가 산의 손실로 인한 반응물 교차로 인해 작동되지 않고, 양의 전지가 잉여 산으로 인한 불량한 성능으로 인해 작동하지 않게 된다는 것이다. 전지로부터 전지로의 산 펌핑에 의해 연료 전지의 유효 수명이 상당히 감소하게 된다. 산 펌핑 문제는 작은 전해질 저장소를 가진 전지에 있어서 가장 심각하다.
도 1에는 "전지(1)"와 "전지(2)" 사이에서의 전술한 산 펌핑 또는 산 이동에 대한 개략도가 제공되는데, 여기서 이러한 전지는 연료 전지 스택 조립체(10) 내의 많은 연료 전지 중 2개일 수 있다. 본 명세서에서 "분리판 조립체"(18)로도 불리우는 "일체형 분리판"이 "전지(1)"의 캐소드 전극(12)과 "전지(2)"의 애노드 전극(14) 사이에 배치된다는 것에 유의하라. 분리판 조립체는 불투과성 층에 의해 분리된 인접한 전극 양자 모두를 위한 반응물 통로 유로를 형성하고 있지만, 도 1에는 산이 어떻게 "전지(1)"와 "전지(2)" 사이에서 일체형 분리판의 에지를 따라서 막으로서 이동하는 가에 대해 개략적으로 도시되어 있다.
전술한 배경 기술의 단점 및 제한은 본 발명에 의해 극복된다. 본 발명은 수소 함유 환원 유체 연료 및 산소 함유 산화 반응물 스트림으로부터 전류를 발생시키기 위한 연료 전지를 포함하고 있다. 연료 전지는 액체 산성 전해질을 포함하는 매트릭스에 인접하게 고정된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고 있다. 분리판 조립체가 하나의 전지의 캐소드 전극과 인접한 전지의 애노드 전극 모두에 인접하게 고정된다. 분리판 조립체는 분리판 조립체의 제1 접촉 표면에 인접한 제1 유로를 형성하고, 상기 제1 유로는 분리판 조립체의 리브들 사이에 형성된 적어도 하나의 유동 채널을 포함하여, 적어도 하나의 유동 채널이 제1 접촉 표면 아래에 형성되게 하며, 제1 접촉 표면이 반응물 스트림 중 하나를 전극에 인접하게 안내하도록 인접한 전극과 접촉하게 한다. 분리판 조립체는 또한, 각 유로의 각 측부 상에서 제1 접촉 표면을 따라서 분리판 조립체의 에지까지 연장되고 유동 채널의 방향과 대략적으로 평행하게 연장되는 랜드 영역을 포함하고 있다.
산 이동에 대한 배리어가 분리판 조립체의 랜드 영역 내에 형성된 단차부 내에 고정되고, 배리어는 분리판 조립체의 에지로부터 에지와 유동 채널 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어는 대략 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils; 1mils은 0.001 인치이다) 사이의 거리만큼 분리판 조립체의 에지로부터 멀어지도록 연장된다. 배리어는 소수성막과, 감압식 접착제(제조 보조물) 및 접합제를 포함하고 있다.
본 발명은 이하에서 첨부 도면에서 더 자세히 설명하는 산 이동에 대한 배리어를 갖는 연료 전지를 제조하는 방법을 포함하고 있다.
도 1은 전지의 구성요소, "전지(1)"로부터 "전지(2)"로의 산 이동, 그리고 이들과 관련된 션트 전류를 보여주는 "전지(1)" 및 "전지(2)"에 대한 단순화된 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지에 대한 단순화된 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 도 2의 산 이동에 대한 배리어의 단순화된 부분 개략도이다.
도 4는 연료 전지 구성요소의 에지에서 산 전달을 방지하기 위한 구성 및 재료의 신속한 평가를 허용하기 위한 축소형 션트 전류 리그(rig)에 대한 단순화된 개략도이다.
도 5는 도 4의 축소형 션트 전류 리그 내의 분리판 조립체를 위한 "에이징 시간(aging time)"의 함수로서 "산 이동율..."을 도시하는 그래프이다.
도면을 자세히 참고하면, 연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지(11)의 스택(10) 부분이 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 단순 개략도는 제1 연료 전지(11)[도 1의 "전지(1)"]의 캐소드 전극(12)과, 인접한 제2 전지(11)[도 1의 "전지(2)"]의 애노드 전극(14)을 포함하고 있다는 것을 주목하라. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 각 연료 전지는 또한 인산 또는 플루오로붕산(fluoroborate acid)과 같은 액체 산성 전해질을 함유하는 매트릭스(16)를 포함하고 있다.
분리판 조립체(18)가 하나의 전지(11)[예를 들어, 전지(1)]의 캐소드 전극(12)과 인접한 전지(11)[예를 들어, 전지(2)]의 애노드 전극(14) 사이에 고정되어 있다. 분리판 조립체(18)는 2008년 3월 6일자로 공개된 미국 특허 출원 공보 제2008/0057373 A1 호에 개시된 "연료 전지 분리판 조립체"의 개시내용에 따라 제조될 수 있고, 미국 특허 제4,734,906호의 도 1에 도시된 리브형 분리판의 형태를 취할 수 있다. 각 분리판 조립체(18)는 분리판 조립체(18)의 제1 접촉 표면(22)에 인접한 캐소드 유로와 같은 제1 유로(20)를 형성한다. 제1 유로(20)는 분리판 조립체(18)의 리브(26A, 26B)들 사이에 형성된 적어도 하나의 유동 채널(24)을 포함하여, 적어도 하나의 유동 채널(24)이 제1 접촉 표면(22)으로부터 내향으로 연장되게 하고, 제1 접촉 표면(22)이 산화 반응물 스트림을 캐소드 전극(12)에 인접하게 안내하도록 인접한 캐소드 전극(12)과 접촉하게 한다.
분리판 조립체(18)는, 분리판 조립체(18)의 에지(30)와 인접한 유동 채널(24) 사이에서 제1 접촉 표면(22)을 따라 연장되고, 유동 채널(24)과 평행하게 연장되는, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 랜드 영역(28)을 포함하고 있다. 산 이동 배리어(32)가 분리판 조립체(18)의 랜드 영역(28) 내에 형성된 단차부(34) 내에 고정된다. 배리어는 분리판 조립체(28)의 에지(30)로부터 에지(30)와 인접한 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어는 대략 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils) 사이의 거리만큼 분리판 조립체의 에지로부터 멀어지도록 연장된다. 배리어는 소수성막(36)과, 감압식 접착제(38)와, 접합제(40)를 포함하고 있다. 바람직한 실시예에서, 소수성막(36)은 폴리머막으로 형성되는데, 이 폴리머막은 전지 작동 온도 및 산 농도에서 액체 전해질과 90°보다 큰 접촉 각도를 가지며, 전지 작동 온도보다 적어도 50℃(90℉) 높은 용융점을 갖고, 연료 전지 스택(10)의 환경에서 10년 동안 화학적으로 안정하다. 적절한 배리어 막 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE), 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene)(FEP), 및 폴리플루오로알록시 코폴리머 수지(polyfluoroaloxy co-polymer resin)(PFA)가 있다.
소수성막(36)은 두께가 2mils(0.05mm)이거나 이보다 더 크고, 바람직하게는 두께가 2mils(0.05mm) 내지 5mils(0.13mm) 사이이다. 2mils 미만에서는 취급하기 너무 어렵고, 5mils를 초과하면 비용 및 구조의 문제가 있다.
감압식 접착제(38)(PSA)는 아크릴 또는 실리콘 접착제일 수 있고, 두께가 대략 0.038mm(대략 1.5mils)이다. 감압식 접착제(38)는 간단한 조립 보조물이며, 0.5mils 내지 2mils 사이의 임의의 두께를 가질 수 있다. 소수성막은 바람직하게는 PSA로 코팅된 하나의 표면(44)을 갖고 있다.
접합제(40)는 연료 전지 스택(10)에 친화성이 있는 엘라스토머일 수 있고, 바람직하게는 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)이다. 적절한 플루오로엘라스토머로는 플루오렐(FLUOREL®), 비톤(VITON®), 및 플루오로라스트(FLUOROLAST®)가 있다. 플루오로엘라스토머 접합제(40)의 불소 함량은 인산 연료 전지(PAFC)에서 용인할 수 있는 부식 저항성을 갖도록 68%이거나 이보다 커야만 한다. 플루오로엘라스토머의 바람직한 두께는 0.5mils 내지 2.0mils(0.0125mm 내지 0.05mm) 사이이다. 0.5mils 미만에서는, 접합이 부적절하고, 2.0mils를 초과하면 스택의 초기 가열 동안에 엘라스토머 접합제(40)가 돌출되는 문제점이 있다. 엘라스토머 접합제(40)는 소수성막(36), PSA(38), 또는 랜드 영역(28) 내의 단차부(34)의 표면에 도포될 수 있다.
산 전달에 대한 배리어(32)의 기학학적 형상이 전지 스택(10) 내의 제조 공차 및 축방향 하중 고려에 의해 지정된다. 단차부(34)가 랜드 영역(28)의 접촉 표면(22) 아래로 너무 많이 연장되면, 전지(11)의 활성 영역 내의 압력이 지나치게 작아져서, 매트릭스(16)의 부적절한 압축으로 인해 전지(11) 저항성 및 반응물 교차가 증가하게 될 것이다. 단차부(34)가 랜드 영역(28)의 접촉 표면(22) 아래로 충분히 많이 연장되지 않는다면, 에지 밀봉부(미도시) 상에서의 압축이 부적절하게 되고, 반응물 누설이 발생하게 될 것이다. 제조하기 가장 용이한 구성은 단차부(34)의 폭이 랜드 영역(28)의 폭과 동일할 때의 구성이다. 단차부의 폭이 랜드 영역의 폭보다 작은 밀봉부 설계가 용인될 수 있다. 리브(26A, 26B)의 높이에 대한 단차부(34)의 깊이는 소수성막(36)의 두께와 사실상 동일해야 한다. 단차부(34)의 두께는 소수성막(36)의 두께의 80% 내지 120%이어야 한다.
최적의 결과를 위해서, 소수성막(36)이 양호한 산성 배리어(32)를 얻기 위해 랜드 영역(28)에 대해 압축될 때 엘라스토머 접합제(40)가 경화되어야만 한다. 연료 전지 스택(10)은 플루오로엘라스토머 접합제(40)를 경화시키기 위해 1 시간 동안 175℃를 초과하게 가열되어야 한다. 이것은 스택(10)의 제1 가열 사이클 동안에 연료 전지 스택(10) 내에서 원 위치에서 수행될 수 있다. 연료 전지의 랜드 영역(28)에서의 축방향 힘은 일반적으로, 양호한 밀봉을 조성하기에 보다 적합한 345kPa(50psi)을 초과한다. 대안으로서, 고온 바아 가열 밀봉과 같은 임의의 기법이 96년 12월자의 듀퐁 테크니컬 불리틴 H-55005-2(DuPont Technical Bulletin H-55005-2)에 도시되어 있고, 제조 공정 동안에 그리고 전지 조립에 앞서 접합을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 4에는, 연료 전지(11) 구성요소의 에지에서 산 전달을 방지하기 위한 구성 및 재료를 상대적으로 신속하게 평가하기 위해 본원의 발명자에 의해 개발된 축소형 션트 전류 리그(sub-scale shunt current rig)(50)에 대한 단순화된 개략도가 도시되어 있다. 축소형 션트 전류 리그(50)는 인산 충전 매트릭스(54A, 54B)들 사이에 끼워져 있는 분리판 조립체(52)를 포함하고 있다. 인산 충전 매트릭스(54A, 54B)와 추가의 산 충전 매트릭스(74A, 74B)는 전극(56)과 전극(58) 사이의 가스 교차와 전기적 단락을 방지한다. 리그(50)의 목적은 분리판 조립체(52)의 에지(60) 상의 임의의 전해질 경로의 이온 저항성을 측정하는 것이다. 이는, 전극(56)과 전극(58) 양자 모두에 수소 가스를 배치하고, 직류 전류("DC") 파워 서플라이를 사용하여 수소 펌프로서의 전극(56, 58) 및 매트릭스(54A, 54B, 74A, 74B)를 포함하는 전지(62)를 작동시킴으로써 수행된다. 전지(62)를 관통하는 전류는 이온 션트 전류이고, 전지(62)를 가로지르는 전압 강하의 함수로서 측정된다. 전류에 의해 분할되는 전지 전압은 션트 전류 경로의 이온 저항성이다. 당업자는 이온 저항성을, 특정 전해질, 전지 구성 및 작동 조건에 있어서의 산 펌핑율(acid pumping rate)로 변환할 수 있다.
분리판 조립체(52)는, 전극(58) 상에 수소를 배치하고 분리판 조립체(52)의 전극(56) 상에 질소를 배치함으로써 상승된 포텐셜 및 온도에서 에이징된다. 포텐티오스태트(potentiostat)(미도시)를 사용하여 전극(58) 포텐셜(수소 기준 전극)에 대한 분리판 조립체(52)의 포텐셜을 설정한다. 표준 에이징 조건은 175℃, 54℃의 물 이슬점, 및 0.875V의 포텐셜이다. 이 에이징 조건은 165℃로 대략 0.650V에서 작동되는 인산 연료 전지(미도시)의 공기 입구 에지(미도시)에 대한 대략 270x의 가속 인자를 나타낸다. 따라서, 축소형 션트 전류 리그(50)에서의 1시간의 에이징은 정격 파워의 전지 스택(10)에서의 공기 입구에서의 270 시간과 동일하다. 이 에이징 조건은 140℃로 0.650V에서 작동되는 연료 전지의 공기 출구 에지(미도시)에 대한 대략 1140x의 가속 인자를 나타낸다. 따라서, 리그(50)에서의 1시간의 에이징은 정격 파워의 전지 스택(10)의 공기 출구에서의 1140 시간과 동일하다. 축소형 션트 전류 리그(50)는, 전지(62)를 관통하는 수소, 질소 및 공기의 유동을 안내하기 위한 입구 및 출구 통로(미도시)를 가진 제1 반응물 유로(64) 및 제2 반응물 유로(67)와, 분리판 조립체(52)에 연결되어 있는 금 와이어(65)와, 전지(62)를 밀봉하기 위한 TEFLON® 개스킷(66A, 66B)과, 분리판 조립체(52)의 에지 주위에서 질소의 유동을 안내하기 위한 통로(72)와, 전극(58)에 인접하게 고정된 입구 및 출구 통로(미도시)를 가진 적층식 전해질 저장판("LERP") 반응물 유로(70)와, 분리판 조립체(52)의 인접한 대향 표면이 고정된 매트릭스 잉크를 구비하는 지르코니아 피복층(zirconia cloth layer; 74A, 74B)을 포함하는 다른 구성요소를 포함하고 있다.
도 5에는 노출된 에지(60)를 가진 분리판 조립체(52)의 에이징 시간의 함수로서 산 펌핑 또는 "축소(subscale) 산 이동율..."이 도시되어 있다. 처리되지 않은 에지(60)는 높은 산 전달 속도로 개시되고, 산 전달 속도는 도 5에서 도면부호 79로 도시되어 있는 바와 같이 시간이 증가함에 따라 높은 상태로 유지된다. 또한, 전지(62)의 조립 이전에 접합제 엘라스토머(40)를 경화시키는 것이 해로운가를 확립하도록 테스트가 수행되었다. 2개의 예시적인 분리판 조립체가 에지(60)를 지나 대략 0.762mm(30mils) 연장되는 두께가 0.127mm(5mils)인 PTFE 막으로, 아크릴 PSA를 포함하는 PTFE 막으로, 그리고 분리판 조립체의 랜드 영역 상에 도포되는 대략 0.019mm(0.75mils)의 FLUOROLAST®으로 제조되었다. 하나의 조립체 내의 FLUOROLAST®를 190℃에서 2시간 동안 어떠한 압축도 없이 경화시켰다. 다른 조립체는 션트 전류 리그 내에서 190℃에서 2시간 동안 대략 100psi의 압축 하중 하에서 경화되었다. 축소형 션트 전류 테스트는 양 조립체에서 수행되었고, 또한 도 5에 도시되어 있다. 가압 상태에서 경화된 조립체는 도 5의 도면부호 78로 도시되어 있는 바와 같이 낮은 산 이동율을 갖는다. 어떠한 압축도 없이 경화된 조립체는 도면부호 82로 도시되어 있는 바와 같이 더 높은 이동율을 갖는다.
다른 분리판 조립체가, 밀봉 영역에 도포된 대략 0.019mm(0.75mils)의 FLUOROLAST®을 구비한 아크릴 PSA를 포함하고, 에지를 넘어서 대략 0.127mm(5mils) 연장되는 두께가 0.127mm(5mils)인 PTFE 막으로 제조되었다. 이 조립체는 션트 전류 리그 내에서 190℃에서 2시간 동안 대략 100psi의 압축 하중 상태에서 경화되었다. 축소형 션트 전류 테스트가 수행되었다. 도 5에서 도면부호 80에 의해 도시되어 있는 바와 같이 PTFE 막이 에지를 넘어서 0.127mm(5mils) 연장되는 조립체는, 도 5에 78로 도시되어 있는 바와 같이 PTFE 막이 0.75mm(30mils) 연장되는 조립체보다 상당히 더 큰 산 이동율을 갖는다.
다른 실시예에서, 배리어(32)는 분리판 조립체의 에지(30)를 넘어 단순하게 돌출될 수 있거나, 또는 분리판 조립체의 일부로 형성될 수 있다. 배리어가 반응물 매니폴드 밀봉부(미도시)와 간섭하지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 본 명세서의 목적에 있어서, "대략"이라는 단어는 ±10%를 의미한다.

Claims (24)

  1. 연료 전지들 사이에서 산의 이동을 방지하도록 구성된 배리어를 갖는 액체 산 연료 전지의 스택을 제조하는 방법에 있어서,
    연료 전지의 적어도 하나의 분리판 조립체의 랜드 영역에 배리어를 고정시키는 단계로서, 상기 랜드 영역은 상기 분리판 조립체의 에지로부터 상기 분리판 조립체 내에 형성된 인접한 유동 채널을 향해 연장하고, 상기 배리어의 제1 부분은 상기 랜드 영역의 적어도 일부에 걸쳐 연장되고, 상기 배리어의 제2 부분은 상기 분리판 조립체의 상기 에지로부터 멀어지는 방향으로 멀리 연장되는, 상기 배리어를 고정시키는 단계와,
    상기 분리판 조립체를 상기 연료 전지의 적어도 하나의 전극에 인접하게 고정시키는 단계로서, 상기 배리어의 제2 부분은 상기 분리판 조립체의 에지와 정렬되는 상기 전극의 에지를 넘어 외부로 연장하고 상기 유동 채널이 전극에 인접하도록 상기 분리판 조립체를 상기 연료 전지의 적어도 하나의 전극에 인접하게 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 분리판 조립체의 에지로부터 0.051mm 내지 2.0mm(2mils 내지 80mils) 사이만큼 멀어지도록 연장되는 소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는 두께가 0.05mm 내지 0.127mm(2mils 내지 5mils) 사이에 있는 소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 분리판 조립체의 재료와 다른 재료의 소수성 폴리머막을 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소수성 폴리머막은 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌, 및 폴리플루오로알록시 코폴리머 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리판 조립체의 랜드 영역 내에 단차부를 형성하는 단계와,
    상기 단차부 내에 배리어의 제1 부분을 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 단차부와 상기 배리어의 제1 부분은 상기 분리판 조립체의 에지와 상기 유동 채널 사이의 거리의 전부만큼 연장되는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분리판 조립체의 랜드 영역 내에 단차부를 형성하는 단계와,
    상기 단차부 내에 배리어의 제1 부분을 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 단차부와 상기 배리어의 제1 부분은 상기 분리판 조립체의 에지와 상기 유동 채널 사이의 거리의 일부만큼 연장되는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배리어를 상기 랜드 영역 내에 형성된 단차부에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배리어를 플루오로엘라스토머에 의해 상기 단차부에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플루오로엘라스토머는 68 중량%보다 큰 불소 함량을 가진 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연료 전지를 스택으로 조립하기에 앞서, 제조 공정 동안 상기 배리어를 상기 단차부에 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    연료 전지 스택의 초기 가열 동안에 상기 연료 전지 스택 내의 제자리인 상기 랜드 영역의 일부분에 상기 배리어의 제1 부분을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는 소수성 폴리머막을 포함하고,
    상기 소수성 폴리머막은 상기 랜드 영역과 접촉하는 상기 소수성 폴리머막의 표면 상에 감압식 접착제로 코팅된 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 감압식 접착제는 아크릴 접착제 및 실리콘 접착제로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 분리판 조립체의 제2 랜드 영역 내에 제2 배리어를 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 배리어는 상기 분리판 조립체의 제2 에지와 제2 유동 채널 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 상기 분리판 조립체의 제2 에지로부터 연장되고,
    상기 배리어는 상기 제2 유동 채널로부터 멀어지는 방향으로 상기 분리판 조립체의 제2 에지로부터 멀리 연장되게 구성되는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 랜드 영역에 소수성 폴리머막의 배리어를 고정시키는 동안 인접한 랜드 영역을 향해 상기 소수성 폴리머막을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 345kPa(50psi)의 축방향 힘으로 상기 인접한 랜드 영역을 향해 소수성 폴리머막을 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 랜드 영역은 단차부를 포함하고, 상기 단차부는 깊이가 상기 배리어의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 깊이는 상기 배리어의 두께의 80% 내지 120% 사이인 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 에지와 상기 분리판 조립체의 에지를 동일 평면 상에 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
  21. 연료 전지들 사이에서 산의 이동을 방지하도록 구성된 배리어를 갖는 액체 산 연료 전지의 스택을 제조하는 방법에 있어서,
    각각 전극들을 갖는 복수의 연료 전지를 서로 인접하게 배치하는 단계와,
    상기 연료 전지들 중 하나의 연료 전지의 전극들 중 하나의 전극과 상기 연료 전지들 중 인접한 연료 전지 하나의 전극들 중 하나의 인접한 전극 사이에 분리판을 배치하는 단계로서, 상기 분리판은 상기 전극들의 외측 에지들과 정렬되는 외측 에지들을 갖는, 상기 분리판을 배치하는 단계와,
    상기 분리판 조립체의 재료와 다른 재료로 된 적어도 하나의 부분을 포함하는 배리어를 상기 분리판의 랜드 영역에 고정하는 단계로서, 상기 배리어는 상기 랜드 영역의 적어도 일부를 걸쳐 연장되는 배리어의 제1 부분과 상기 분리판의 에지를 넘어 외부로 멀리 연장되는 배리어의 제2 부분을 갖는, 상기 배리어를 상기 분리판의 랜드 영역에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    액체 산 연료 전지의 스택의 제조 방법.
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