KR101826991B1 - Fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 전해질 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인접하는 각 셀 어셈블리의 금속 분리판이 서로 붙어버리는 현상을 방지하고, 연료 전지 스택에 문제가 발생하여 보수가 필요한 경우 작업성을 향상시키기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 연료 전지 스택은 복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되는 복수 개의 셀 어셈블리 중에서, 어느 하나의 셀 어셈블리와 인접하는 셀 어셈블리 사이에 흑연 분리판을 삽입하고, 흑연 분리판과 인접하는 하나의 셀 어셈블리와 상기 흑연 분리판을 함께 체결하기 위한 체결 수단을 포함하여 구성됨으로써, 연료 전지 스택의 안정적인 작동을 도모하면서 문제 발생시에도 문제가 되는 부분만을 용이하게 보수할 수 있는 고분자 전해질 연료 전지 스택을 개시한다.The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack, and more particularly, to a polymer electrolyte fuel cell stack in which metal separators of adjacent cell assemblies are prevented from sticking to each other and workability is improved when a problem occurs in the fuel cell stack, . To this end, the fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of cell assemblies formed by stacking a plurality of unit cells, a graphite separator interposed between any one cell assembly and adjacent cell assemblies, And a fastening means for fastening the single cell assembly and the graphite separator together. Thus, the polymer electrolyte fuel cell stack capable of easily repairing only a problematic part in the event of a problem while stably operating the fuel cell stack .

Description

고분자 전해질 연료 전지 스택{Fuel cell stack}Polymer electrolyte fuel cell stack {Fuel cell stack}

본 발명은 고분자 전해질 연료 전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되는 복수 개의 셀 어셈블리 중에서, 어느 하나의 셀 어셈블리와 인접하는 셀 어셈블리 사이에 흑연 분리판을 삽입하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack, and more particularly, to a polymer electrolyte fuel cell stack in which a graphite separator is inserted between any one cell assembly and adjacent cell assemblies among a plurality of cell assemblies formed by stacking a plurality of unit cells To a fuel cell stack.

연료 전지란, 일반적으로 수소와 산소의 산화, 환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 음극(anode)에서 수소가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리되고, 수소 이온은 전해질을 통해 양극(cathode)으로 이동한다. 이때, 전자는 회로를 통해 양극으로 이동한다. 양극에서 수소 이온, 전자 및 산소가 반응하여 물이 되는 환원 반응이 일어난다.Fuel cells are generators that convert chemical energy into electrical energy using oxidation and reduction reactions of hydrogen and oxygen. At the anode, hydrogen is oxidized and separated into hydrogen ions and electrons, and hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte. At this time, the electrons move to the anode through the circuit. A reduction reaction occurs in which hydrogen ions, electrons and oxygen react with each other in the anode.

특히, 고분자 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC or Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)에서 전기를 생산할 수 있는 기본 구성 요소는 단위 셀(unit cell)이며, 일반적으로 단위 셀은 고분자 전해질 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 가스확산층, 분리판(bipolar plate, 혹은 separator)으로 구성되어 있는 독립적인 전기적 회로로 설명되고 있다. Particularly, a basic component capable of producing electricity in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is a unit cell. Generally, a unit cell is a polymer electrolyte membrane / electrode It is described as an independent electrical circuit consisting of a membrane electrode assembly (MEA), a gas diffusion layer, and a bipolar plate (or separator).

고분자 전해질 연료 전지의 단위 셀은 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에, 일반적으로 수개에서 수백 개의 단위 셀을 적층하여 연료 전지 스택 구조를 형성하여 사용한다. Since the unit cell of a polymer electrolyte fuel cell is low in practicality due to its low voltage, generally several to several hundred unit cells are stacked to form a fuel cell stack structure.

첨부한 도 1은 종래의 단위 셀 및 그 단위 셀이 복수 개 있는 연료 전지 스택의 구조도이다. 단위 셀(110) 내에 고분자 전해질 막/전극 접합체(111,112,113)와 양쪽에 배치되는 금속 분리판(116) 사이에는 가스확산층(114)이 삽입되어 있어 반응가스의 확산과 전자 이동 통로의 기능을 담당하고, 가스켓(115)이 금속 분리판(116)을 사이에 두고 설치된다. 단위 셀(110)의 고분자 전해질 연료 전지 스택에 사용되는 분리판은 높은 전기 전도성, 내식성 및 열전도성을 지니면서도 낮은 기체 투과성이 인정될 수 있어야 하므로, 일반적으로 금속 분리판(116)을 사용한다. 또한, 상술한 것과 같은 복수 개의 단위 셀(110)이 적층 구조체를 이루고, 그 적층 구조체의 양단에 엔드 플레이트(120)가 적층된다. 외부 체결 수단(130)은 복수 개의 단위 셀(110) 및 엔드 플레이트(120)를 함께 체결하기 위한 구성으로, 연료 전지 스택이 전체적으로 최적의 상태로 결합할 수 있도록 사용된다.1 is a structural view of a conventional unit cell and a fuel cell stack having a plurality of unit cells thereof. A gas diffusion layer 114 is inserted between the polymer electrolyte membrane / electrode assemblies 111, 112, and 113 and the metal separator 116 disposed on both sides of the unit cell 110 so as to function as a reaction gas diffusion and electron transfer path And the gasket 115 are installed with the metal separator 116 interposed therebetween. Since the separator used in the polymer electrolyte fuel cell stack of the unit cell 110 should have high electrical conductivity, corrosion resistance and thermal conductivity and low gas permeability, a metal separator 116 is generally used. In addition, a plurality of unit cells 110 as described above constitute a laminated structure, and the end plates 120 are laminated on both ends of the laminated structure. The external fastening means 130 is used to fasten the plurality of unit cells 110 and the end plates 120 together so that the fuel cell stack can be bonded in an optimum state as a whole.

이때, 종래 연료 전지 스택에서 금속 분리판끼리 서로 붙어버리는 현상이 발생하는 등의 유지, 보수가 필요하게 된 경우, 수백 개의 단위 셀 전체를 해제하였다가 재체결해야 하는 불편함이 있었다. 즉, 일부 단위 셀에 문제가 있는 경우일지라도, 정상 동작 가능한 나머지 단위 셀까지 불필요하게 해제하였다가 재체결해야하므로 연료 전지 스택 복구 작업에 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
At this time, when maintenance and repair such as occurrence of sticking of the metal separator plates to each other in the conventional fuel cell stack are required, there is an inconvenience that the whole of hundreds of unit cells must be released and then re-tightened. That is, even if there is a problem in some unit cells, the remaining unit cells that can be normally operated are unnecessarily released and then re-connected.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 연구된 결과물로서, 복수 개의 단위 셀 중 연속되는 일정 개수의 단위 셀로 구성되는 셀 어셈블리를 복수 개 포함하는 연료 전지 스택을 제공하면서, 흑연 분리판으로 각 셀 어셈블리를 구분하여 연료전지 스택에 고전압, 고전류가 흐르는 등의 경우에도 인접하는 셀 어셈블리 각각의 양단에 배치되는 금속 분리판이 서로 붙어버리는 현상을 방지할 수 있는 연료 전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a fuel cell stack including a plurality of cell assemblies constituted by a predetermined number of consecutive unit cells out of a plurality of unit cells, And it is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of preventing a metal separator disposed at both ends of adjacent cell assemblies from adhering to each other even when high voltage or high current flows through the fuel cell stack.

또한, 본 발명은 연료 전지 스택의 보수가 필요한 경우, 문제가 있는 셀 어셈블리만을 분리할 수 있도록 하여 작업성을 향상시킨 연료전지 스택을 제공하는데 그 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell stack in which workability is improved by separating only a problematic cell assembly when repairing of the fuel cell stack is required.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 고분자 전해질 연료 전지 스택에 있어서, 복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되되, 상기 단위 셀은 막-전극 접합체(MEA)를 중심으로 양측에 가스 확산층, 금속 분리판이 적층되는 구조인 복수 개의 셀 어셈블리; 어느 하나의 셀 어셈블리와 인접하는 셀 어셈블리 사이에 삽입되는 흑연 분리판; 상기 흑연 분리판과 인접하는 하나의 셀 어셈블리와 상기 흑연 분리판을 함께 체결하기 위한 체결 수단; 상기 복수 개의 셀 어셈블리가 이루는 적층체의 양단에 적층되는 엔드 플레이트; 및 상기 복수 개의 셀 어셈블리와 상기 엔드 플레이트를 함께 체결하기 위한 외부 체결 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell stack comprising a plurality of unit cells stacked on one another, wherein the unit cells include gas diffusion layers, metal A plurality of cell assemblies in which a separator plate is stacked; A graphite separator inserted between any one of the cell assemblies and adjacent cell assemblies; Fastening means for fastening together the one cell assembly adjacent to the graphite separating plate and the graphite separating plate; An end plate stacked on both ends of the laminate composed of the plurality of cell assemblies; And external engaging means for fastening the plurality of cell assemblies and the end plate together.

이때, 상기 체결 수단이 어느 하나의 셀 어셈블리의 양측에 삽입된 상기 흑연 분리판을 함께 체결하는 것을 특징으로 구성될 수 있다.At this time, the fastening means fastens the graphite separator inserted on both sides of one of the cell assemblies together.

이때, 상기 흑연 분리판에 상기 체결 수단을 가이드하기 위한 체결용 홈이 있는 것을 특징으로 구성될 수 있다.At this time, the graphite separator may have a fastening groove for guiding the fastening means.

이때, 상기 셀 어셈블리의 양측에 삽입된 상기 흑연 분리판 중 적어도 어느 하나의 흑연 분리판에 상기 체결 수단을 가이드하기 위한 체결용 홈이 있는 것을 특징으로 구성될 수 있다.At this time, at least one of the graphite separators inserted into both sides of the cell assembly has a fastening groove for guiding the fastening means.

특히, 상기 체결 수단 및 상기 체결용 홈은 십자형인 것을 특징으로 구성될 수 있다.
Particularly, the fastening means and the fastening groove are cross-shaped.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.Through the above-mentioned problem solving means, the present invention can provide the following effects.

만약 연료 전지 스택이 내구성능이 떨어지고 역전압이 발생하여 전기적으로 쇼트가 발생하거나, 고전압, 고전류가 스택에 흐르거나, 금속 분리판이 서로 닿았을 경우 혹은 표면 조도나 거칠기로 인해 서로 근방에 있게 되는 금속 분리판의 두 면의 저항이 큰 경우일지라도, 셀 어셈블리와 인접하는 셀 어셈블리 사이에 전자 이동성이 좋으면서도 용융 상태의 금속과 붙지 않는 특징이 있는 흑연 분리판을 삽입함으로써, 금속 분리판이 서로 붙어버리는 문제점을 해결할 수 있어, 연료 전지의 안정적인 동작에 도움이 될 수 있다.If the fuel cell stack has a low durability and a reverse voltage is generated, electrical short-circuiting, high voltage, high current flowing on the stack, metal separator plates touching each other, or metal separations in the vicinity of each other due to surface roughness or roughness Even if the resistance of the two surfaces of the plate is large, there is a problem in that the metal separators adhere to each other by inserting a graphite separator plate having good electron mobility between the cell assembly and the adjacent cell assembly but not sticking to the molten metal Therefore, it is possible to contribute to stable operation of the fuel cell.

또한, 흑연 분리판은 열용량이 금속 분리판보다 크기 때문에 주행 중에 연료 전지 스택에 고온이 가해진다 하더라도 금속 분리판보다 온도가 높이 상승하지 않게 되어, 연료 전지가 보다 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.In addition, since the graphite separator has a larger heat capacity than the metal separator, even when a high temperature is applied to the fuel cell stack during traveling, the temperature of the graphite separator does not rise higher than the metal separator, so that the fuel cell can operate more stably.

아울러, 연료 전지 스택에서 금속 분리판끼리 서로 붙어버리는 현상 등의 보수가 필요하게 될 때면, 일부 문제가 있는 부분의 셀 어셈블리만을 분리하여 보수함으로써, 연료 전지 스택 복구 작업에 효율성을 높일 수 있다.
In addition, when the metal separator plates need to be repaired such that the metal separators stick to each other, only the cell assemblies of some problematic parts are separated and repaired, thereby improving the efficiency of the fuel cell stack restoration work.

도 1은 종래의 단위 셀 및 그 단위 셀이 복수 개 있는 연료 전지 스택의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 셀 어셈블리의 구조도이다.
도 3a는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 하나의 셀 어셈블리와 흑연 분리판 및 체결 수단의 구조도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하나의 셀 어셈블리와 흑연 분리판 및 체결 수단의 구조도이다.
도 3c는 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 하나의 셀 어셈블리와 흑연 분리판 및 체결 수단의 구조도이다.
도 4은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 연료전지 스택의 구조도이다.1 is a structural view of a conventional unit cell and a fuel cell stack having a plurality of unit cells.
2 is a structural view of a plurality of cell assemblies according to an embodiment of the present invention.
3A is a structural view of one cell assembly, a graphite separator, and a fastening means according to one embodiment of the present invention.
3B is a structural view of one cell assembly, a graphite separator, and a fastening means according to another embodiment of the present invention.
3C is a structural view of one cell assembly, a graphite separator, and a fastening means according to another embodiment of the present invention.
4 is a structural view of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 고분자 전해질 연료 전지 스택은 복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되는 복수 개의 셀 어셈블리와, 어느 하나의 셀 어셈블리와 인접하는 셀 어셈블리 사이에 삽입되는 흑연 분리판과, 그 흑연 분리판과 인접하는 하나의 셀 어셈블리와 상기 흑연 분리판을 함께 체결하기 위한 체결 수단과, 엔드 플레이트 및 외부 체결 수단을 포함한다.The polymer electrolyte fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of cell assemblies formed by stacking a plurality of unit cells, a graphite separator interposed between any one of the cell assemblies and the adjacent cell assemblies, And an end plate and an outer fastening means for fastening the graphite separator together.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 셀 어셈블리의 구조도이다.2 is a structural view of a plurality of cell assemblies according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 고분자 전해질 연료 전지 스택은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 셀 어셈블리(200)를 포함하여 이루어지고, 하나의 셀 어셈블리(200)는 복수 개의 단위 셀(110)로 구성된다. 상기 단위 셀(110)은 상술한 바와 같이 막-전극 접합체(MEA)를 중심으로 양측에 가스 확산층, 금속 분리판이 적층되는 구조이다. 복수 개의 셀 어셈블리(200)는 순차적으로 적층되어 적층체를 이룬다. 본 발명에 따른 연료 전지의 실시 예로 440셀 즉, 440개의 단위 셀을 적층한 구조의 연료 전지가 사용될 수 있다. 하나의 셀 어셈블리(200)를 이루는 단위 셀(110)은 바람직하게는 10셀 내지 15셀일 수 있다. As shown in FIG. 2, the polymer electrolyte fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of cell assemblies 200, and one cell assembly 200 includes a plurality of unit cells 110. The unit cell 110 has a structure in which a gas diffusion layer and a metal separator are stacked on both sides of the membrane-electrode assembly (MEA) as described above. The plurality of cell assemblies 200 are sequentially stacked to form a laminate. In an embodiment of the fuel cell according to the present invention, a fuel cell having a structure in which 440 cells, that is, 440 unit cells, is stacked can be used. The unit cell 110 constituting one cell assembly 200 may preferably be 10 to 15 cells.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명 각각의 실시 예에 따른 하나의 셀 어셈블리와 흑연 분리판 및 체결 수단의 구조도이다. FIGS. 3A, 3B, and 3C are structural diagrams of one cell assembly, a graphite separator, and a fastening unit according to each embodiment of the present invention.

흑연 분리판(310)은 본 발명의 실시 예인 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 셀 어셈블리(200)와 인접하는 셀 어셈블리(200) 사이에 삽입된다. 즉, 흑연 분리판(310)은 하나의 셀 어셈블리(200)를 기준으로 어느 일단에만 삽입될 수 있고, 또는 하나의 셀 어셈블리(200)를 기준으로 양단에 모두 삽입될 수도 있다. 다만, 도 3a에서처럼 하나의 셀 어셈블리(200)를 기준으로 어느 일단에 흑연 분리판(310)이 삽입되는 경우에는, 흑연 분리판(310)이 각 셀 어셈블리(200)를 기준으로 삽입되는 위치가 동일하게 되어야 한다. The graphite separator 310 is inserted between any one of the cell assemblies 200 and the neighboring cell assemblies 200, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, which are embodiments of the present invention. That is, the graphite separator 310 may be inserted into only one end of the single cell assembly 200, or may be inserted at both ends of the single cell assembly 200. 3A, when the graphite separator 310 is inserted at one end with respect to one cell assembly 200, the position where the graphite separator 310 is inserted with respect to each cell assembly 200 is Should be the same.

이때 하나의 셀 어셈블리(200) 내에 있는 복수 개의 단위 셀(110) 중에 가장 외곽에 위치하는 단위 셀(340)의 구조를 살펴보면, 그 단위 셀(340)의 최외곽 부분에는 금속 분리판(116)이 배치되게 된다. 즉, 삽입되는 흑연 분리판(310)은 셀 어셈블리(200)와 관계에서 최외곽에 위치하는 단위 셀(340)의 금속 분리판(116) 중에서도 바깥 면(350)과 인접하는 형태로 구성된다.The structure of the unit cell 340 located at the outermost among the plurality of unit cells 110 in one cell assembly 200 will be described. A metal separator 116 is disposed at the outermost portion of the unit cell 340, . That is, the inserted graphite separator 310 is formed adjacent to the outer surface 350 of the metal separator 116 of the outermost unit cell 340 in relation to the cell assembly 200.

도 3a에서 도시하고 있는 것처럼 셀 어셈블리(200)의 어느 일단에만 흑연 분리판(310)이 삽입된 경우, 후술할 체결 수단(330)을 가이드하기 위한 체결용 홈(320)이 흑연 분리판(310)에 있을 수 있다. 또한 도 3b 및 도 3c에서 도시하고 있는 것처럼, 셀 어셈블리(200)의 양단에 삽입되는 흑연 분리판(310) 중 적어도 어느 하나의 흑연 분리판(310)에 후술할 체결 수단(330)을 가이드하기 위한 체결용 홈(320)이 있을 수도 있다. 즉, 양단에 삽입되는 흑연 분리판(310) 중에 어느 하나에만 체결용 홈(320)이 있고, 다른 하나에는 체결용 홈(320)이 없을 수도 있으며, 두 흑연 분리판(310) 모두에 체결용 홈(320)이 있을 수도 있다.3A, when the graphite separator 310 is inserted into only one end of the cell assembly 200, the engaging groove 320 for guiding the engaging means 330, which will be described later, ). 3b and 3c, the coupling unit 330 to be described later is guided to at least one of the graphite separator plates 310 of the graphite separator plates 310 inserted at both ends of the cell assembly 200 There may be a fastening groove 320 for fastening. That is, only one of the graphite separator plates 310 to be inserted at both ends may have a coupling groove 320 and the other may have no coupling groove 320. For both of the graphite separator plates 310, There may be a groove 320.

체결 수단(330)은 상술한 흑연 분리판(310)과 인접하는 하나의 셀 어셈블리(200)와 흑연 분리판(310)을 함께 체결하기 위해 사용된다. 체결 수단(330)은 후술할 체결용 홈(320)에 의해 가이딩될 수 있고, 이에 따라 체결 수단(330)은 셀 어셈블리(200)와 흑연 분리판(310)을 함께 최적으로 체결시킬 수 있게 된다. 셀 어셈블리(200)에 일정한 면압을 제공하고, 강성 등의 특성 조건이 최적의 상태가 될 수 있도록, 체결 수단(330)의 형태는 다양하게 결정될 수 있다. 체결 수단(330)이 후술할 체결용 홈(320)에 의해 가이딩되는 경우, 체결 수단(330)의 바람직한 실시 형태는 일자형, 엑스(X)형 또는 십자형 등이 될 수 있고, 가장 바람직하게는 일정한 면압을 가하기 위한 십자형이 될 수 있다. 또한, 셀 어셈블리(200)의 양단에 삽입되는 흑연 분리판(310) 모두에 체결용 홈(320)이 있는 경우에, 체결 수단(330)의 형태는 동일한 형태가 되는 것이 바람직하다. 아울러, 체결 수단(330)의 종류는 밴드, 와이어, 프레임 구조 등으로 다양하게 결정될 수 있다. The fastening means 330 is used to fasten the graphite separator 310 and the one cell assembly 200 adjacent to the graphite separator 310 together. The fastening means 330 can be guided by a fastening groove 320 to be described later so that the fastening means 330 can be used to optimally fasten the cell assembly 200 and the graphite separating plate 310 together do. The shape of the fastening means 330 may be variously determined so as to provide a constant surface pressure to the cell assembly 200 and make the characteristic conditions such as rigidity to be optimal. When the fastening means 330 is guided by the fastening groove 320 to be described later, the preferred embodiment of the fastening means 330 may be a straight shape, an X shape or a cross shape, It can be a cross shape for applying a constant surface pressure. When all the graphite separator plates 310 inserted into both ends of the cell assembly 200 have the fastening grooves 320, it is preferable that the fastening means 330 have the same shape. In addition, the type of the fastening means 330 can be variously determined by a band, a wire, a frame structure, or the like.

체결용 홈(320)은 흑연 분리판(310) 상에 존재할 수 있고, 상술한 체결 수단(330)이 하나의 셀 어셈블리(200)와 흑연 분리판(310)을 함께 최적으로 체결시키기 위한 가이드 용으로 사용될 수 있다. 체결용 홈(320)은 셀 어셈블리(200)의 양단에 배치되는 흑연 분리판(310) 중 어느 하나에만 있을 수도 있다. 체결용 홈(320)의 형태는 체결 수단(330)의 형태에 따라 다양하게 결정될 수 있고, 바람직한 실시 형태는 일자형, 엑스(X)형 또는 십자형 등이 될 수 있고, 가장 바람직한 체결형 홈의 형태로 일정한 면압을 가하기 위해 십자형 홈이 될 수 있다. The fastening grooves 320 may be present on the graphite separator 310 and the fastening means 330 may be used for guiding the one cell assembly 200 and the graphite separator 310 together optimally . The coupling grooves 320 may be formed in any one of the graphite separators 310 disposed at both ends of the cell assembly 200. The shape of the fastening groove 320 may be variously determined depending on the shape of the fastening means 330. The preferred embodiment may be a straight shape, an X shape or a cross shape, A cross-shaped groove may be formed to apply a constant surface pressure to the surface.

이와 같이 본 발명은 연료 전지 스택의 내구성능이 떨어져 역전압이 발생하는 경우나 고전압, 고전류가 연료 전지 스택에 흐르는 등의 현상이 발생하더라도, 금속 분리판과 붙지 않는 흑연 분리판이 각 셀 어셈블리를 구분함으로써, 인접하는 셀 어셈블리의 금속 분리판이 서로 붙지 않도록 할 수 있다.As described above, according to the present invention, even when a durability of the fuel cell stack is reduced and reverse voltage is generated, or when a phenomenon such as high voltage and high current flowing in the fuel cell stack occurs, the graphite separator, , The metal separator plates of adjacent cell assemblies can be prevented from sticking to each other.

도 4은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 연료전지 스택의 구조도이다.4 is a structural view of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.

연료 전지 스택(400)은 도 4에 도시된 것처럼, 복수 개의 셀 어셈블리(200)가 이루는 적층체의 양단에 적층되는 엔드 플레이트(410)와, 상기 복수 개의 셀 어셈블리(200) 및 상기 엔드 플레이트(410)를 함께 체결하기 위한 외부 체결 수단(420)을 포함하여 구성된다. 하나의 셀 어셈블리(200)를 구성하는 단위 셀(110)의 개수에 따라서, 연료 전지 스택(400)이 포함하는 셀 어셈블리(200)의 개수도 달라질 수 있다.
도 3c 및 도 4를 참조하면, 연료전지 스택(400)은, 복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되되, 상기 단위 셀은 막-전극 접합체(MEA)를 중심으로 양측에 가스 확산층, 금속 분리판이 적층되는 구조인 복수 개의 셀 어셈블리(200); 상기 셀 어셈블리(200) 양측에 배치되는 한 쌍의 흑연 분리판(310); 상기 셀 어셈블리(200)와 흑연 분리판(310)을 함께 체결하기 위한 체결 수단(330); 상기 체결 수단(330)에 의해 체결된 셀 어셈블리(200) 및 흑연 분리판(310)을 복수 개로 적층시켜 형성한 적층체의 양단에 배치되는 엔드 플레이트(410); 상기 적층체와 상기 엔드 플레이트를 함께 체결하기 위한 외부 체결 수단(420)을 포함하여 구성되고 있다.4, the fuel cell stack 400 includes an end plate 410 stacked on both ends of a laminate composed of a plurality of cell assemblies 200, and a plurality of cell assemblies 200 and end plates 410) are fastened together. The number of cell assemblies 200 included in the fuel cell stack 400 may vary depending on the number of unit cells 110 constituting one cell assembly 200. [
3C and FIG. 4, the fuel cell stack 400 includes a plurality of unit cells stacked, wherein the unit cells are stacked on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA) A plurality of cell assemblies (200); A pair of graphite separators (310) disposed on both sides of the cell assembly (200); A fastening means 330 for fastening the cell assembly 200 and the graphite separator 310 together; An end plate 410 disposed at both ends of a laminate formed by stacking a plurality of cell assemblies 200 and graphite separator plates 310 fastened by the fastening means 330; And external coupling means 420 for coupling the laminate and the end plate together.

엔드 플레이트(410)는 본 발명의 실시 예인 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 셀 어셈블리(200)가 이루는 적층체의 양단에 적층되는데, 여기서 양단은 복수 개의 셀 어셈블리(200)가 적층되는 방향으로 바라보았을 때의 양쪽 끝 부분을 의미한다. 엔드 플레이트(410)는 특별한 형태로 한정되지 않는다. 4, the end plate 410 is laminated on both ends of a laminate composed of a plurality of cell assemblies 200. The end plates 410 are stacked at both ends in a direction in which a plurality of cell assemblies 200 are stacked As shown in FIG. The end plate 410 is not limited to a particular shape.

외부 체결 수단(420)은 상술한 복수 개의 셀 어셈블리(200) 및 엔드 플레이트(410)를 함께 체결하기 위해 사용된다. 외부 체결 수단(420)은 복수 개의 셀 어셈블리(200)와 엔드 플레이트(410)를 함께 최적으로 체결시킬 수 있게 되어, 하나의 연료 전지 스택(400)을 이루게 된다. 연료 전지 스택(400)에 일정한 면압을 제공하고, 강성 등의 특성 조건이 최적의 상태가 될 수 있도록, 외부 체결 수단(420)의 형태는 다양하게 결정될 수 있다. 아울러, 외부 체결 수단(420)의 종류는 밴드, 와이어, 프레임 구조 등으로 다양하게 결정될 수 있다. The external fastening means 420 is used to fasten the above-described plural cell assemblies 200 and the end plates 410 together. The external fastening means 420 can optimally fasten the plurality of cell assemblies 200 and the end plates 410 together to form a single fuel cell stack 400. The shape of the external fastening means 420 can be variously determined so as to provide a constant surface pressure to the fuel cell stack 400 and make the characteristic conditions such as rigidity to be optimal. In addition, the type of the external fastening means 420 can be variously determined by a band, a wire, a frame structure, or the like.

이와 같이 본 발명의 연료 전지 스택은 금속 분리판과 붙지 않는 흑연 분리판이 각 셀 어셈블리를 구분함으로써, 인접하는 셀 어셈블리의 금속 분리판이 서로 붙지 않도록 할 수 있으며, 연료 전지 스택에 보수가 필요한 경우일지라도 일부 문제가 있는 셀 어셈블리만을 빼내어 보수할 수 있게 됨으로써, 연료 전지 스택 복구 작업에 효율성을 높일 수 있다. 또한 흑연 분리판은 기본적인 흑연의 성질로부터 고온 상태에서 운전하더라도 온도가 높이 상승하지 않아, 연료 전지 스택이 보다 안정적인 상태에서 동작할 수 있도록 한다.
As described above, according to the fuel cell stack of the present invention, the metal separator plates of the adjacent cell assemblies can be prevented from sticking to each other by separating the cell separators from the metal separator plates. Therefore, Only the problematic cell assemblies can be removed and repaired, thereby improving the efficiency of the fuel cell stack restoration work. In addition, the graphite separator does not rise in temperature even when operated at a high temperature due to the basic nature of graphite, so that the fuel cell stack can operate in a more stable state.

이상으로 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 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 invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. And are also included in the scope of the present invention.

110 : 단위 셀(Unit cell) 111 : 고분자 전해질 막
112 : 공기극 113 : 연료극
114 : 가스 확산층 115 : 가스켓
116 : 금속 분리판 120, 410 : 엔드 플레이트
130, 420 : 외부 체결 수단 200 : 셀 어셈블리
310 : 흑연 분리판 320 : 체결 홈
330 : 체결 수단110: Unit cell 111: Polymer electrolyte membrane
112: cathode 113: anode
114: gas diffusion layer 115: gasket
116: metal separator plate 120, 410: end plate
130, 420: external fastening means 200: cell assembly
310: graphite separator 320: fastening groove
330: fastening means

Claims (5)

고분자 전해질 연료 전지 스택에 있어서,
복수 개의 단위 셀이 적층되어 구성되되, 상기 단위 셀은 막-전극 접합체(MEA)를 중심으로 양측에 가스 확산층, 금속 분리판이 적층되는 구조인 복수 개의 셀 어셈블리;
상기 셀 어셈블리 양측에 배치되는 한 쌍의 흑연 분리판;
상기 셀 어셈블리와 흑연 분리판을 함께 체결하기 위한 체결 수단;
상기 체결 수단에 의해 체결된 셀 어셈블리 및 흑연 분리판을 복수 개로 적층시켜 형성한 적층체의 양단에 배치되는 엔드 플레이트;
상기 적층체와 상기 엔드 플레이트를 함께 체결하기 위한 외부 체결 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
In the polymer electrolyte fuel cell stack,
A plurality of cell assemblies each having a structure in which a gas diffusion layer and a metal separator are stacked on both sides of a membrane electrode assembly (MEA);
A pair of graphite separators disposed on both sides of the cell assembly;
Fastening means for fastening the cell assembly and the graphite separator together;
An end plate disposed at both ends of a laminate formed by stacking a plurality of cell assemblies and graphite separators fastened by the fastening means;
And external engaging means for fastening the laminate and the end plate together.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 흑연 분리판에 상기 체결 수단을 가이드하기 위한 체결용 홈이 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the graphite separator has a fastening groove for guiding the fastening means.
청구항 1에 있어서, 상기 셀 어셈블리의 양측에 삽입된 상기 흑연 분리판 중 적어도 어느 하나의 흑연 분리판에 상기 체결 수단을 가이드하기 위한 체결용 홈이 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.
The fuel cell stack according to claim 1, wherein at least one of the graphite separators inserted on both sides of the cell assembly has a fastening groove for guiding the fastening means.
청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 체결 수단 및 상기 체결용 홈은 십자형인 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택.The fuel cell stack according to claim 3 or 4, wherein the fastening means and the fastening groove are cross-shaped.
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