KR101875684B1 - Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101875684B1
KR101875684B1 KR1020160110055A KR20160110055A KR101875684B1 KR 101875684 B1 KR101875684 B1 KR 101875684B1 KR 1020160110055 A KR1020160110055 A KR 1020160110055A KR 20160110055 A KR20160110055 A KR 20160110055A KR 101875684 B1 KR101875684 B1 KR 101875684B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode body
electrolyte layer
forming
fuel cell
electrode
Prior art date
Application number
KR1020160110055A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180024237A (en
Inventor
김혜경
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
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 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020160110055A priority Critical patent/KR101875684B1/en
Publication of KR20180024237A publication Critical patent/KR20180024237A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101875684B1 publication Critical patent/KR101875684B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/004Cylindrical, tubular or wound
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234Carbonaceous material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1032Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/521
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/56

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 원통형 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 전도성 있는 소재를 원통형의 형태로 형성시킴으로써 제1전극체를 형성시키는 제1전극체형성단계; 상기 제1전극체형성단계에서 원통형으로 형성된 상기 제1전극체의 외주면에 전해질층을 형성시키는 전해질층형성단계; 상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 외주면 상에 전도성 있는 소재로 제2전극체를 형성시키는 제2전극체형성단계; 및 상기 제1전극체형성단계에서 형성된 상기 제1전극체의 내측공간에, 전력을 형성시키기 위한 연료재를 주입시키는 연료재주입단계;를 포함하므로, 원통형의 연료전지를 제조할 수 있으며, 원통형의 연료전지로 직물조직을 구성할 수 있기 때문에 웨어러블 디바이스 등의 전원공급원으로서 활용될 수 있으므로 연료전지의 활용분야를 확대하여 적용시킬 수 있는 기술이 개시된다. The present invention relates to a cylindrical fuel cell and a method of manufacturing the same. According to the present invention, there is provided a cylindrical fuel cell comprising: a first electrode body forming step of forming a first electrode body by forming a conductive material into a cylindrical shape; An electrolyte layer forming step of forming an electrolyte layer on an outer circumferential surface of the first electrode body formed in a cylindrical shape in the first electrode body forming step; A second electrode body forming step of forming a second electrode body on the outer circumferential surface of the electrolyte layer formed in the electrolyte layer forming step with a conductive material; And a fuel material injecting step of injecting a fuel material for forming electric power into the inner space of the first electrode body formed in the first electrode body forming step. Thus, a cylindrical fuel cell can be manufactured, and a cylindrical fuel Since the fabric structure can be constituted by a battery, it can be utilized as a power supply source of a wearable device or the like, and thus a technology capable of expanding the application field of the fuel cell is disclosed.

Description

원통형 연료전지 및 이의 제조방법{Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a cylindrical fuel cell,

본 발명은 액체 연료를 이용한 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직물조직을 구성할 수 있는 원통형태로 형성된 연료전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell using a liquid fuel and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fuel cell formed in a cylindrical shape capable of forming a fabric structure and a method of manufacturing the fuel cell.

연료전지(fuel cell)는 수소 혹은 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as hydrogen or methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. The fuel cell is classified into a phosphoric acid type fuel cell, a molten carbonate type fuel cell, a solid oxide type fuel cell, a polymer electrolyte type or an alkaline type fuel cell depending on the type of the electrolyte used. Although each of these fuel cells operates on essentially the same principle, the type of fuel used, the operating temperature, the catalyst, and the electrolyte are different.

연료전지 시스템에 있어서, 전기를 실질적으로 발생시키는 연료전지 스택은 일반적으로 막-전극 접합체 (MEA: Membrane Electrode Assembly)와 세퍼레이터(separator, 또는 bipolar plate)로 이루어진 단위 셀이 수 내지 수십 개로 적층된 구조를 가진다. 상기 MEA는 고분자 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극(일명, 연료극 또는 산화전극)과 캐소드 전극(일명, 공기극 또는 환원전극)이 밀착된 구조를 가진다. 즉, 전해질 막을 중심으로 양편에 전극(캐소드와 애노드)이 위치하고, 상기 전극은 다시 촉매층, 확산층, 및 지지층을 포함하여 이루어진다. In a fuel cell system, a fuel cell stack that substantially generates electricity generally has a structure in which unit cells each consisting of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (bipolar plate) . The MEA has a structure in which an anode electrode (a so-called fuel electrode or oxidation electrode) and a cathode electrode (aka air electrode or reduction electrode) are in close contact with each other with a polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween. That is, electrodes (cathodes and anodes) are positioned on both sides of the electrolyte membrane, and the electrodes again include a catalyst layer, a diffusion layer, and a support layer.

전극에서 발생된 전류를 모아 외부의 회로로 전달하는 집전체가 지지층의 외곽에 위치하였다. 따라서, 촉매층에서 발생된 전류가 집전체까지 전달되기 위해서는 확산층과 지지층이 전기전도성을 띠어야만 했다. 한편, 확산층과 지지층은 물질을 분배시키기 위해 다공성을 띠거나 생성된 물을 잘 배출하기 위해 소수성을 띠는 것이 바람직한 경우도 있고, 또한 물의 원활한 공급을 위해 친수성 및/또는 함수성을 띨 것이 요구되는 경우도 있었지만, 이러한 성질을 갖는 재료를 선택하는 데 있어서 전기전도성도 함께 가져야 한다는 제한이 있었고 이러한 제한은 연료전지의 성능의 제한과 직접 연관되어 있었다. 종래에는 확산층과 지지층의 재료에 관한 연구에 있어서 전기전도성을 띠면서 상기한 바와 같은 물성을 향상시키는 데만 노력이 집중되었으며, 집전체의 위치를 변화시킴으로써 보다 자유로운 재료 선택을 하고자 하는 노력에 관해서는 알려진 바가 없었다. 또한 종래의 연료전지는 평판형과 같은 모양으로 제조되어 적층된 구조를 가지고 있었기에 연료전지의 형태가 제한적일 수 밖에 없었으며, 이로 인하여 이용 가능한 범위가 제한적일 수 밖에 없는 문제점이 있었다.The current collecting the current generated from the electrode and transferring it to the external circuit was located on the outer side of the supporting layer. Therefore, in order for the current generated in the catalyst layer to be transmitted to the current collector, the diffusion layer and the support layer must have electrical conductivity. On the other hand, the diffusion layer and the support layer are required to have hydrophobicity in order to discharge the generated water or to be hydrophobic in order to distribute the material, and also to be hydrophilic and / or water-soluble in order to smoothly supply the water In some cases, however, there was a limitation in the selection of materials with these properties, which also had to have electrical conductivity, and this limitation was directly related to the performance limitations of the fuel cell. In the related art, efforts have been focused on improving the above-described properties while obtaining electrical conductivity in the study of the materials of the diffusion layer and the support layer, and efforts for selecting more free materials by changing the position of the current collector have been known There was no bar. In addition, since the conventional fuel cell has a structure in which the fuel cell is formed in the shape of a flat plate and has a stacked structure, the shape of the fuel cell is inevitably limited, and thus the available range is limited.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료전지의 활용범위를 확대시킬 수 있도록 직물조직을 구성할 수 있는 원통형태로 된 연료전지 및 이의 제조방법을 제공함에 있다. 또한 원통형의 연료전지의 내측 중간에는 액체 혹은 기체 연료를 공급하며, 원통형의 외부로는 공기가 자연적으로 공급되도록 하는 역할을 제공하도록 함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell having a cylindrical shape capable of forming a fabric structure so as to enlarge an application range of the fuel cell and a manufacturing method thereof. In addition, a liquid or gaseous fuel is supplied to the inner center of the cylindrical fuel cell, and the air is naturally supplied to the outside of the cylindrical fuel cell.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지제조방법은 전도성 있는 소재를 원통형의 형태로 형성시킴으로써 제1전극체를 형성시키는 제1전극체형성단계; 상기 제1전극체형성단계에서 원통형으로 형성된 상기 제1전극체의 외주면에 전해질층을 형성시키는 전해질층형성단계; 상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 외주면 상에 전도성 있는 소재로 제2전극체를 형성시키는 제2전극체형성단계; 및 상기 제1전극체형성단계에서 형성된 상기 제1전극체의 내측공간에, 전력을 형성시키기 위한 연료재를 주입시키는 연료재주입단계;를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell, including: forming a first electrode body by forming a conductive material in a cylindrical shape to form a first electrode body; An electrolyte layer forming step of forming an electrolyte layer on an outer circumferential surface of the first electrode body formed in a cylindrical shape in the first electrode body forming step; A second electrode body forming step of forming a second electrode body on the outer circumferential surface of the electrolyte layer formed in the electrolyte layer forming step with a conductive material; And a fuel material injecting step of injecting a fuel material for forming electric power into the inner space of the first electrode body formed in the first electrode body forming step.

여기서, 상기 제2전극체형성단계 및 상기 연료재주입단계 사이에 실시되는 단계로서, 상기 제1전극체형성단계, 상기 전해질층형성단계 및 상기 제2전극형성단계를 통해 형성된 상기 제1전극체, 상기 전해질층 및 상기 제2전극체를 포함하는 원통형의 연료전지중간체에서 일측단 또는 일측과 타측의 양끝단에 상기 연료재가 누출되지 않도록 막아주는 스터플(stopple)을 형성시키는 스터플형성단계;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.The step of performing the step of forming the second electrode body and the step of injecting the fuel material may include the steps of forming the first electrode body, the electrolyte layer forming step, and the second electrode forming step, A step for forming a stopper that prevents fuel from leaking from one end or both ends of one side or the other of the cylindrical fuel cell intermediate body including the electrolyte layer and the second electrode body; May be included as another feature.

나아가, 상기 스터플(stopple) 중 적어도 어느 하나에는, 상기 연료재주입단계에서 주입될 상기 연료재가 상기 제1전극체의 내측공간에 주입될 수 있도록 연료주입홀이 마련되어 있는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.It is another feature of the present invention that the fuel injection hole is provided in at least one of the stoppers so that the fuel material to be injected in the fuel material injecting step can be injected into the inner space of the first electrode body It is possible.

더 나아가, 상기 스터플에는, 상기 제1전극체의 내측공간으로 상기 연료재가 주입될 수 있도록 상기 제1전극체의 내측공간으로부터 외부로 기체가 배출될 수 있는 기체배출홀이 형성된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. The staple may further include a gas discharge hole through which the gas can be discharged from the inner space of the first electrode body to the outside so that the fuel material can be injected into the inner space of the first electrode body, It can also be a feature.

여기서, 상기 전해질층형성단계는, 상기 제1전극체의 외주면에 고분자 전해질 용액을 도포하는 A단계; 및 상기 A단계에서 상기 제1전극체의 외주면에 칠해진 상기 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 B단계;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, the electrolyte layer forming step may include a step A for applying a polymer electrolyte solution to the outer circumferential surface of the first electrode body; And a step B for drying or semi-drying the polymer electrolyte solution coated on the outer circumferential surface of the first electrode body in the step (A).

나아가, 상기 전해질층형성단계는, 상기 B단계 이후 상기 고분자 전해질 용액이 건조 또는 반건조된 표면에 상기 고분자 전해질 용액을 도포하는 C단계; 및 상기 C단계에서 덧칠해진 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 D단계;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Further, in the step of forming the electrolyte layer, the polymer electrolyte solution is coated on the dried or semi-dried surface of the polymer electrolyte solution after the step B; And a step (D) of drying or semi-drying the polymer electrolyte solution that has been applied in the step (C).

더 나아가, 상기 C단계 및 D단계를 다수회 반복실시하여 상기 전해질층의 두께를 점진적으로 증가시키는-것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Furthermore, the step C and the step D may be repeated several times to gradually increase the thickness of the electrolyte layer.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지중간체는 전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성된 제1전극체; 전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성되되, 내측에 상기 제1전극체가 위치하며, 내경이 상기 제1전극체의 외경보다 크게 형성된 제2전극체; 및 상기 제1전극체의 외주면과 상기 제2전극체의 내주면 사이에 형성되며, 상기 제1전극체와 상기 제2전극체 사이의 전자이동을 매개하는 전해질층;을 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cylindrical fuel cell intermediate body comprising: a first electrode body having conductivity and formed in a cylindrical shape; A second electrode body having conductivity and being formed in a cylindrical shape, the first electrode body positioned on the inner side and the inner diameter larger than the outer diameter of the first electrode body; And an electrolyte layer formed between the outer circumferential surface of the first electrode body and the inner circumferential surface of the second electrode body and mediating electron movement between the first electrode body and the second electrode body. You may.

여기서, 상기 제1전극체 또는 상기 제2전극체의 일측과 타측의 양끝단에 위치하며, 상기 제1전극체의 내측공간에 채워지는 연료재가 외부로 누출되지 않도록 막아주기 위한 스터플(stopple);을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.A stopper is provided at both ends of one side and the other side of the first electrode body or the second electrode body and serves to prevent the fuel material filling the inner space of the first electrode body from leaking to the outside, ; And the like.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지는 전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성된 제1전극체; 전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성되되 내측에 상기 제1전극체가 위치하며, 내경이 상기 제1전극체의 외경보다 크게 형성된 제2전극체; 상기 제1전극체와 외주면과 상기 제2전극체의 내주면 사이에 형성되며, 상기 제1전극체와 상기 제2전극체 사이에 양이온 또는 전자이동을 매개하는 전해질층; 및 상기 제1전극체 및 상기 제2전극체 사이에 양이온 또는 전자의 이동이 이루어질 수 있도록 상기 제1전극체의 내측공간에 마련된 연료재;를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a cylindrical fuel cell including: a first electrode body having conductivity and formed in a cylindrical shape; A second electrode body which is conductive and has a cylindrical shape and in which the first electrode body is located on the inner side and whose inner diameter is larger than the outer diameter of the first electrode body; An electrolyte layer formed between the first electrode body, the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the second electrode body, the electrolyte layer mediating cation or electron transfer between the first electrode body and the second electrode body; And a fuel material provided in an inner space of the first electrode body so that positive ions or electrons can be transferred between the first electrode body and the second electrode body.

여기서, 상기 제1전극체 및 상기 제2전극체의 일측과 타측의 양 끝단에 마련되어 상기 연료재의 누출을 막아주는 스터플(stopple);을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. The stator may further include a stopper provided at one end and the other end of the first electrode body and the second electrode body to prevent leakage of the fuel material.

나아가, 상기 제1전극체는, 섬유집합체에 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 다공질의 전도체인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Furthermore, the first electrode member may be a porous conductive material containing a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system bimetallic catalyst as a fibrous aggregate.

더 나아가, 상기 섬유집합체는, 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Furthermore, the fibrous aggregate may also be characterized by being a conductive porous carbon felt.

또한, 상기 제2전극체는, 섬유집합체에 백금(pt)이 포함된 다공질의 전도체인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Further, the second electrode body may be another feature that the fibrous assembly is a porous conductor containing platinum (pt).

나아가, 상기 섬유집합체는, 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Furthermore, the fibrous aggregate may also be characterized by being a conductive porous carbon felt.

또한, 상기 전해질층은,술폰산기를 포함하는 고분자 전해질층인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Further, the electrolyte layer may be a polymer electrolyte layer containing a sulfonic acid group.

본 발명에 따른 원통형 연료전지 중간체, 원통형 연료전지 및 이의 제조방법에 따른 원통형의 연료전지를 이용하여 직물조직을 구성할 수 있기 때문에 웨어러블 디바이스 등의 전원공급원으로서 활용될 수 있으므로 연료전지의 활용분야를 확대하여 적용시킬 수 있게 되는 효과가 있다. Since the fabric structure can be formed by using the cylindrical fuel cell according to the present invention, the cylindrical fuel cell and the cylindrical fuel cell according to the manufacturing method of the present invention, it can be utilized as a power supply source for a wearable device. So that it is possible to enlarge and apply it.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 개략적으로 나타낸 사시단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 이용하여 직물조직으로 구성한 일 형태를 예시적으로 나타낸 사시도면이다.
1 is a perspective sectional view schematically showing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a side sectional view schematically showing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view exemplarily showing one form of a fabric structure using a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 개략적으로 나타낸 사시단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 개략적으로 나타낸 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지를 직물조직으로 구성시킨 예시적 형태를 개략적으로 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view schematically showing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view schematically showing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross- FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating an exemplary embodiment of a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

설명 및 이해의 편의상 원통형 연료전지에 대하여 먼저 설명한 후에 원통형 연료전지 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. For convenience of explanation and understanding, a cylindrical fuel cell will be described first, followed by a cylindrical fuel cell manufacturing method.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지는 제1전극체(120), 제2전극체(140), 전해질층(130) 및 연료재(110)를 포함하여 이루어지며, 바람직하게는 스터플(stopple)(151, 152)을 더 포함하여 이루어진다. 1 and 2, a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a first electrode body 120, a second electrode body 140, an electrolyte layer 130, and a fuel material 110 And preferably includes stoppers 151 and 152. The stoppers 151 and 152 may be formed of metal or plastic.

도 1 및 도 2에서 개략적으로 도시된 바와 같이 원통형 연료전지에 포함되는 제1전극체(120), 제2전극체(140), 전해질층(130)은 원통형으로 형성되며, 제1전극체(120)의 내측에 마련된 연료재(110)는 봉과 같은 형태로 형성된다. 1 and 2, the first electrode body 120, the second electrode body 140, and the electrolyte layer 130 included in the cylindrical fuel cell are formed in a cylindrical shape, and the first electrode body 120 120 are formed in the shape of a rod.

제1전극체(120)는 전도성이 있는 소재로 이루어지며, 원통형의 형태로 된 것이 바람직하다. 여기서 제1전극체(120)는 섬유집합체에 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 다공질의 전도체인 것이 바람직하다. The first electrode unit 120 is made of a conductive material, and preferably has a cylindrical shape. Here, the first electrode assembly 120 is preferably a porous conductor including a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system bimetallic catalyst.

여기서 섬유집합체란, 파이버(fiber)로 이루어진 집합물로서, 파이버를 압축(compressed)하여 만들어지는 펠트(felt) 또는 직조되어 만들어지는 텍스타일(textile)을 포함하여 칭하는 것이다.Here, the fibrous aggregate refers to an aggregate of fibers, including a felt made by compressing a fiber or a textile made of a woven fabric.

그리고, 이러한 섬유집합체의 바람직한 예로서 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)를 들을 수 있다.As a preferable example of such a fibrous aggregate, a carbon felt having a conductive property may be used.

제2전극체(140) 또한 전도성이 있는 소재로 이루어지며, 도면에서 참조되는 바와 같이 원통형의 형태로 되어 있으며, 제2전극체(140)의 내경이 제1전극체(120)의 외경보다 크게 형성되어 제1전극체(120)와 제2전극체(140) 사이가 일정간격 이격되어 있는 것이 바람직하다.The second electrode member 140 is also made of a conductive material and has a cylindrical shape as shown in the drawing. The inner diameter of the second electrode member 140 is larger than the outer diameter of the first electrode member 120 And the first electrode unit 120 and the second electrode unit 140 are spaced apart from each other by a predetermined distance.

여기서, 제2전극체(140)는 섬유집합체에 백금(Pt)이 포함된 다공질의 전도체인 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 섬유집합체의 바람직한 예로서 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)를 들을 수 있다.Here, the second electrode member 140 is preferably a porous conductor containing platinum (Pt) in the fibrous aggregate. As a preferable example of such a fibrous aggregate, a carbon felt having a conductive property may be used.

전해질층(130)은 제1전극체(120)의 외주면과 제2전극체(140)의 내주면 사이에 형성되어 있다.따라서, 전해질층(130) 또한 원통형의 형태로 된 것이 바람직하다. 여기서 전해질층(130)은 제1전극체(120)와 제2전극체(140)와는 달리 다공질이 아닌 밀도 높게 형성된 것이 바람직하다. The electrolyte layer 130 is formed between the outer circumferential surface of the first electrode body 120 and the inner circumferential surface of the second electrode body 140. It is therefore preferable that the electrolyte layer 130 also has a cylindrical shape. Here, unlike the first electrode unit 120 and the second electrode unit 140, the electrolyte layer 130 is preferably formed not to be porous but to have a high density.

전해질층(130)은 산성 고분자물질로 된 것이 바람직하다. 여기서 전해질층(130)으로 이용될 수 있는 바람직한 예를 들면, 술폰산기를 포함하는 고분자물질로 된 전해질층(130)을 들을 수 있다. The electrolyte layer 130 is preferably made of an acidic polymer material. A preferable example of the electrolyte layer 130 may be an electrolyte layer 130 made of a polymer material including a sulfonic acid group.

연료재(110)는 제1전극체(120) 및 제2전극체(140) 사이에 양이온 또는 전자의 이동이 이루어질 수 있도록 제1전극체(120)의 내측 공간에 봉처럼 마련되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that the fuel material 110 is provided in the inner space of the first electrode unit 120 like a rod so that positive or negative electrons can be transferred between the first electrode unit 120 and the second electrode unit 140.

이러한 연료재(110)로는 알코올이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 메탄올로 이루어진다.As the fuel material 110, alcohol may be used, and more preferably, it is made of methanol.

스터플(stopple)(151, 152)은 도 2에서 참조되는 바와 같이, 제1전극체(120) 및 제2전극체(140)의 일측과 타측의 양 끝단에 마련된다. 그리고 이러한 스터플은 연료재(110)의 누출을 막아준다. As shown in FIG. 2, stoppers 151 and 152 are provided at both ends of one side and the other side of the first electrode body 120 and the second electrode body 140, respectively. This stuffer prevents the fuel material 110 from leaking.

이러한 스터플(151, 152)은 비전도성 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 예를 들어, PPMA, PTFE, 고무 등과 같은 비전도성 소재로 이루어질 수 있다.The staples 151 and 152 are preferably made of a nonconductive material. For example, nonconductive materials such as PPMA, PTFE, rubber, and the like.

그리고, 스터플(152)에는 메탄올과 같은 연료재(110)가 주입될 수 있도록 연료주입홀(153)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 연료주입홀(153)을 통해 주입되는 메탄올과 같은 연료재(110)가 좀 더 원활하게 제1전극체(120)의 내측으로 주입될 수 있도록 기체배출홀(미도시)이 마련된 형태도 바람직하다. The staple 152 is preferably formed with a fuel injection hole 153 for injecting a fuel material 110 such as methanol. It is also preferable that a gas discharge hole (not shown) is provided so that the fuel material 110 such as methanol injected through the fuel injection hole 153 can be injected more smoothly into the first electrode body 120 Do.

기체배출홀이 마련되어 있으면, 연료재(110)가 주입됨에 따라 제1전극체(120)의 내측에 존재하는 공기와 같은 기체가 외부로 방출될 수 있으므로 연료재(110)가 좀 더 수월하게 주입될 수 있다. When the gas discharge hole is provided, gas such as air existing inside the first electrode unit 120 can be discharged to the outside as the fuel material 110 is injected, so that the fuel material 110 can be injected more easily have.

이상에서 개략적으로 설명한 바와 같이 원통형 연료전지가 이루어질 수 있다. 참고로, 제1전극체(120)와 제2전극체(140)에는 외부의 전자기기와 접속될 수 있는 단자가 구비되지만, 도면에는 도시되지 않았음을 밝혀둔다.As described above, a cylindrical fuel cell can be constructed. It should be noted that the first electrode unit 120 and the second electrode unit 140 are provided with terminals that can be connected to external electronic devices, but are not shown in the drawings.

그리고, 이와 같은 원통형 연료전지는 필요에 따라 다음과 같이 직렬로 연결시키는 것 또한 가능하다. 즉, 하나의 원통형 연료전지의 제1전극체와 다른 하나의 원통형 연료전지의 제2전극체가 전기적으로 연결되고, 하나의 원통형 연료전지의 제2전극체와 다른 하나의 원통형 연료전지의 제2전극체가 전기적으로 연결되는 형태 또한 가능하다. It is also possible to connect such a cylindrical fuel cell in series as follows, if necessary. That is, the first electrode body of one cylindrical fuel cell and the second electrode body of another cylindrical fuel cell are electrically connected, and the second electrode body of one cylindrical fuel cell and the second electrode body of the other cylindrical fuel cell It is also possible that the body is electrically connected.

다음으로, 이상에서 설명한 바와 같은 원통형 연료전지의 제조방법에 대하여 도 3을 더 참조하여 설명하기로 한다. Next, a method of manufacturing a cylindrical fuel cell as described above will be described with reference to FIG.

본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지제조방법은 제1전극체형성단계(S110), 전해질층형성단계(S120), 제2전극체형성단계(S130) 및 연료재주입단계(S140)를 포함하여 이루어지며, 여기에 스터플형성단계(S150)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. A method of manufacturing a cylindrical fuel cell according to an embodiment of the present invention includes forming a first electrode body (S110), forming an electrolyte layer (S120), forming a second electrode body (S130), and injecting fuel material (S140) , And may further include a stuffer forming step (S150).

<<S110>><< S110 >>

제1전극체형성단계(S110)는 전도성 있는 소재를 원통형의 형태로 형성시킴으로써 제1전극체(120)를 형성시키는 단계이다. The first electrode body forming step S110 is a step of forming the first electrode body 120 by forming a conductive material into a cylindrical shape.

제1전극체(120)는 이원촉매가 포함된 다공질의 전도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로는 섬유집합체에 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 다공질의 전도체로 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the first electrode unit 120 is made of a porous conductor containing a binary catalyst. More specifically, it is preferable that the fiber aggregate is made of a porous conductor containing a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system bimetallic catalyst.

여기서 섬유집합체란, 파이버(fiber)로 이루어진 집합물로서, 파이버를 압축(compressed)하여 만들어지는 펠트(felt) 또는 직조되어 만들어지는 텍스타일(textile)을 포함하여 칭하는 것이다.Here, the fibrous aggregate refers to an aggregate of fibers, including a felt made by compressing a fiber or a textile made of a woven fabric.

그리고, 이러한 섬유집합체의 바람직한 예로서 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)를 들을 수 있다.As a preferable example of such a fibrous aggregate, a carbon felt having a conductive property may be used.

여기서 제1전극체(120)는 다음과 같은 방법으로 원통형으로 형성시킬 수도 있다. Here, the first electrode unit 120 may be formed into a cylindrical shape by the following method.

다공질 다시 말해서 기공이 형성되어 있으며, 전도성이 있는 소재인 카본펠트에 백금(Pt)-루테늄(Ru) 계통의 이원촉매를 포함하는 용액을 도포한다. 그리고 백금(Pt)-루테늄(Ru) 계통의 이원촉매를 포함하는 용액을 건조시킨다. 백금(Pt)-루테늄(Ru) 계통의 이원촉매를 포함하는 용액이 건조된 카본펠트를 원통형으로 형성시킨다. A solution containing a binary catalyst of platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system is applied to a carbon felt which is porous, that is, a conductive material having pores formed thereon. And the solution containing the platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system binary catalyst is dried. A solution containing a binary catalyst of platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system forms a dried carbon felt in a cylindrical shape.

여기서, 일정한 직경을 갖는 로드(rod. 미도시)에 카본펠트를 말아줌으로써, 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 카본펠트를 원통형의 형태로 형성시키게 된다. 여기서 제1전극체(120)가 원통형의 형태를 유지할 수 있도록 원통형태로 형성시킬 때 가열을 하거나 접착제를 이용할 수도 있다.Here, the carbon felt having a certain diameter is rolled to form a carbon felt having a bimetallic catalyst of platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system into a cylindrical shape . Here, when the first electrode unit 120 is formed into a cylindrical shape so as to maintain a cylindrical shape, heating or an adhesive may be used.

여기서, 원통형으로 형성되는 제1전극체(120)의 두께는 200 내지 500 마이크로미터 사이에 해당되는 것이 바람직하다.Here, the thickness of the first electrode unit 120 formed in a cylindrical shape is preferably between 200 and 500 micrometers.

<<S120>><< S120 >>

다음으로 전해질층형성단계(S120)는 제1전극체형성단계(S110)에서 원통형으로 형성된 제1전극체(120)의 외주면에 전해질층(130)을 형성시키는 단계이다. Next, the electrolyte layer forming step S120 is a step of forming the electrolyte layer 130 on the outer circumferential surface of the first electrode body 120 formed in a cylindrical shape in the first electrode body forming step S110.

이러한 전해질층형성단계(S120)는 A단계(S121) 및 B단계(S123)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 여기에 C단계(S125) 및 D단계(S127)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. The electrolyte layer forming step S120 may include A step S121 and B step S123 and may further include C step S125 and D step S127.

<S121><S121>

먼저 A단계(S121)는 제1전극체(120)의 외주면에 고분자 전해질 용액을 도포하는 단계이다. 여기서 제1전극체(120)의 외주면에 대한 고분자 전해질 용액의 도포는 다양한 형태로 이루어질 수도 있다. 즉, 고분자 전해질 용액을 제1전극체(120)의 외주면에 도포시킬 수도 있으며, 고분자 전해질 용액 속에 제1전극체(120)를 담금으로써 함침시키는 것 또한 가능하다. 여기서 고분자 전해질 용액 속에 제1전극체(120)를 담그는 방법을 사용하는 경우에는 제1전극체(120)의 양 끝단을 밀봉시킨 후에 고분자 전해질 용액에 담금질을 하는 것이 바람직하다. First, step A121 is a step of applying a polymer electrolyte solution to the outer circumferential surface of the first electrode unit 120. [ Here, the application of the polymer electrolyte solution to the outer circumferential surface of the first electrode assembly 120 may take various forms. That is, the polymer electrolyte solution may be applied to the outer surface of the first electrode unit 120, or the first electrode unit 120 may be immersed in the polymer electrolyte solution. When the method of immersing the first electrode unit 120 in the polymer electrolyte solution is used, it is preferable to quench both ends of the first electrode unit 120 and then quench the polymer electrolyte solution.

그리고 고분자 전해질 용액으로서, 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질 용액을 이용하는 것이 바람직하다.As the polymer electrolyte solution, it is preferable to use a polymer electrolyte solution containing a sulfonic acid group.

고분자 전해질 용액의 도포는 다음과 같은 예로 이루어질 수도 있다.Application of the polymer electrolyte solution may be made by the following examples.

5 내지 30 중량% 농도의 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질 용액에 제1전극체(120)를 담지하여 딥코팅(dip caoting) 하는 것 또한 바람직하다.It is also preferred that the first electrode member 120 is supported on the polymer electrolyte solution containing a sulfonic acid group in a concentration of 5 to 30% by weight and dip-coated.

또는 5 내지 30 중량% 농도의 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질 용액을 제1전극체(120)의 외주면에 스프레이 코팅시켜주는 것 또한 바람직하다.Or spraying a polymer electrolyte solution containing a sulfonic acid group at a concentration of 5 to 30% by weight on the outer circumferential surface of the first electrode unit 120.

이처럼 A단계(S121)에서 제1전극체(120)의 외주면에 고분자 전해질 용액을 도포한다.In this manner, the polymer electrolyte solution is applied to the outer circumferential surface of the first electrode assembly 120 in step S121.

<S123><S123>

다음으로 B단계에서는 제1전극체(120)의 외주면에 도포된 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시켜주는 단계이다. Next, in step B, the polymer electrolyte solution applied on the outer circumferential surface of the first electrode assembly 120 is dried or semi-dried.

고분자 전해질 용액이 건조 또는 반건조됨으로써 형태적으로 안정화된 전해질층(130)이 형성된다. 여기서, 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 시간이나 온도 등의 조건은 고분자 전해질 용액의 종류에 따라 적정수준으로 선택되어질 수 있다.The polymer electrolyte solution is dried or semi-dried to form a morphologically stabilized electrolyte layer 130. Here, the conditions such as the time or temperature for drying or semi-drying the polymer electrolyte solution can be selected at an appropriate level depending on the type of the polymer electrolyte solution.

여기서, 반건조라 함은, 용액으로서의 유동성이 상당부분 없어졌지만, 고체로서의 경화된 상태라고 보기에는 무른 상태로서 약간의 유동성이 남아 있는 상태로서 젤과 같은 상태를 말하는 것으로 이해될 수 있다. Here, the semirigid means that the fluidity as a solution is largely eliminated, but it can be understood that it is a gel-like state in a state where it is in a soft state as a solid state and a little fluidity remains.

A 단계에서 고분자 전해질 용액이 충분한 양으로 도포되어져서 B단계를 통해 필요한 수준의 전해질층(130)이 형성될 수도 있으나, 제조상 요구되는 전해질층(130) 두께를 갖추기 위하여 다음과 같은 C단계(S125) 및 D단계(S127)를 반복적으로 더 거칠 수도 있다.In step A, a sufficient amount of the polymer electrolyte solution may be applied to form a necessary level of the electrolyte layer 130 through step B. However, in order to achieve the required thickness of the electrolyte layer 130, ) And step D (step S127).

<S125><S125>

C단계(S125)는 B단계(S123) 이후 고분자 전해질 용액이 건조 또는 반건조된 표면에 고분자 전해질 용액을 재도포하는 단계이다. A단계(S121)에서와 마찬가지로 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질 용액으로 재도포하는 것 또한 바람직하다.Step C125 is a step of reapplying the polymer electrolyte solution on the dried or semi-dried surface of the polymer electrolyte solution after the step B12 (S123). It is also preferable to reapply the polymer electrolyte solution containing a sulfonic acid group as in step S121.

<S127><S127>

C단계(S125) 다음에 이루어지는 D단계(S127)는 C단계(S125)에서 덧칠해진 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 단계이다.Step D (S127) after step C125 is a step of drying or semi-drying the polymer electrolyte solution applied in step S125.

이와 같은 C단계(S125)와 D단계(S127)를 다수회 반복적으로 실시함으로써 필요한 수준의 전해질층(130)의 두께에 도달하도록 할 수도 있다. The C step S125 and the D step S127 may be repeated many times to reach the required thickness of the electrolyte layer 130. [

이와 같이 A단계(S121) 내지 D단계(S127)를 거치면서 적정수준의 전해질층(130)을 형성시킬 수 있다. 전해질층(130)은 약 50 마이크로미터 내지 300 마이크로 미터 정도의 두께를 가지고도록 형성시킬 수도 있다.As described above, an appropriate level of the electrolyte layer 130 can be formed through steps A121 to D127. The electrolyte layer 130 may be formed to have a thickness of about 50 micrometers to 300 micrometers.

이와 같이 전해질층(130)이 형성되면 다음과 같은 제2전극체형성단계(S130)로 이어진다.When the electrolyte layer 130 is formed as described above, the second electrode body forming step S 130 is performed as follows.

<<S130>><< S130 >>

제2전극체형성단계(S130)는 전해질층형성단계(S120)에서 형성된 전해질층(130)의 외주면 상에 전도성 있는 소재로 제2전극체(140)를 형성시키는 단계이다. 여기서, 제2전극체(140) 또한 제1전극체(120)와 마찬가지로 원통형으로 형성시켜준다. The second electrode body forming step S130 is a step of forming the second electrode body 140 as a conductive material on the outer circumferential surface of the electrolyte layer 130 formed in the electrolyte layer forming step S120. Here, the second electrode member 140 is formed in a cylindrical shape like the first electrode member 120.

좀 더 구체적으로, 제2전극체(140)는 섬유집합체에 백금(Pt)이 포함된 다공질의 전도체인 것이 바람직하다. 여여기서 섬유집합체란, 파이버(fiber)로 이루어진 집합물로서, 파이버를 압축(compressed)하여 만들어지는 펠트(felt) 또는 직조되어 만들어지는 텍스타일(textile)을 포함하여 칭하는 것이다.More specifically, the second electrode member 140 is preferably a porous conductor containing platinum (Pt) in the fibrous aggregate. Here, a fiber aggregate is a collection of fibers, including a felt made by compressing a fiber or a textile made of a woven fabric.

그리고, 이러한 섬유집합체의 바람직한 예로서 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)를 들을 수 있다.As a preferable example of such a fibrous aggregate, a carbon felt having a conductive property may be used.

다공질의 전도체인 카본펠트(carbon felt)에 백금(pt)이 포함된 것으로 원통형의 형태로 형성시키기 위하여, 카본펠트에 백금을 포함하는 용액을 도포한다. 여기서, 스프레이 방식 또는 딥코팅(sip-coating) 방법으로 도포할 수도 있다. 그리고, 도포된 용액을 건조 또는 반건조시킨다.A solution containing platinum is applied to the carbon felt in order to form the carbon felt, which is a porous conductor, with platinum (pt) in a cylindrical form. Here, it may be applied by a spray method or a dip coating method. Then, the applied solution is dried or semi-dried.

카본펠트에 도포된, 백금을 포함하는 용액이 건조되면, 전해질층형성단계(S120)에서 형성된 전해질층(130)의 외주면을 둘러싸듯이 말아서 붙일 수 있다. 여기서 전해질층형성단계(S120)에서 형성된 전해질층(130)이 원통형이므로 제2전극체(140) 또한 원통형으로 형성되게 된다.When the solution containing platinum applied to the carbon felt is dried, it can be rolled so as to surround the outer circumferential surface of the electrolyte layer 130 formed in the electrolyte layer forming step S120. Here, since the electrolyte layer 130 formed in the electrolyte layer forming step S120 is cylindrical, the second electrode unit 140 is also formed in a cylindrical shape.

이와 같은 방법으로 제2전극체(140) 또한 원통형으로 형성될 수 있으며, 제2전극체(140)의 내측에 전해질층(130)과 제1전극체(120)가 있게 된다.In this way, the second electrode member 140 can be formed in a cylindrical shape, and the electrolyte layer 130 and the first electrode member 120 are formed inside the second electrode member 140.

또는 다음과 같은 방법으로 제2전극체(140)를 형성시킬 수도 있다. 전해질층(130)의 외주면에 백금을 포함하는 용액을 도포한다. 스프레이 또는 딥코팅(dip coating) 방법으로 도포할 수 있다. 그리고, 도포된 용액이 건조되면, 카본펠트로 말 듯이 에워싸서 원통형으로 형성시킨다. 여기서 가열 또는 접착제를 이용하여 이음부분을 접합시킴으로써 원통형으로 형성시킬 수도 있다.Alternatively, the second electrode member 140 may be formed in the following manner. A solution containing platinum is applied to the outer circumferential surface of the electrolyte layer 130. Spray or dip coating method. Then, when the applied solution is dried, it is surrounded by a carbon felt to form a cylindrical shape. Here, it may be formed into a cylindrical shape by joining joint portions by heating or using an adhesive.

이와 같은 방법으로 제2전극체를 형성시킬 수 있다. The second electrode member can be formed in this manner.

한 편, 제1전극체(120), 제2전극체(140) 및 전해질층(130)까지 형성된 상태를 연료전지중간체 라고 칭할 수 있다. On the other hand, a state where the first electrode body 120, the second electrode body 140, and the electrolyte layer 130 are formed can be referred to as a fuel cell intermediate body.

기본적으로 제1전극체(120), 제2전극체(140) 및 전해질층(130)까지 형성시킨 후에는 연료재(110)를 포함시키기만 하면 연료전지가 제조되므로, 제1전극체(120), 제2전극체(140) 및 전해질층(130)까지 형성된 상태를 원통형 연료전지중간체 라고 칭할 수 있다는 것이다. 물론 여기에서 후술할 스터플까지 형성된 상태 또한 원통형 연료전지중간체라고 칭할 수도 있다. Basically, after the first electrode body 120, the second electrode body 140, and the electrolyte layer 130 are formed, the fuel cell is manufactured by merely including the fuel material 110, so that the first electrode body 120, The second electrode body 140 and the electrolyte layer 130 can be referred to as a cylindrical fuel cell intermediate body. The state formed up to the staple to be described later may also be referred to as a cylindrical fuel cell intermediate.

왜냐하면, 메탄올과 같은 연료재(110)가 제1전극체(120)의 내측으로 주입되기 전까지는 연료전지로서의 기능이 발휘될 수 있는 상태가 되기 이전인 상태이기 때문이며, 원통형 연료전지중간체 상태에서 필요시에 바로 연료재(110)를 메탄올을 주입시키기만 하면 바로 연료전지로서 기능을 할 수 있게 되기 때문이다. This is because before the fuel material 110 such as methanol is injected to the inside of the first electrode body 120, the fuel cell 110 is in a state before the fuel cell 110 can exert its function. In the state of the cylindrical fuel cell intermediate body, The fuel cell 110 can function as a fuel cell just by injecting methanol into the fuel cell 110 directly.

따라서, 원통형으로 된 제1전극체(120), 제2전극체(140) 및 전해질층(130)까지 형성되면 원통형 연료전지중간체가 되었다고 볼 수 있다.Therefore, when the cylindrical first electrode body 120, the second electrode body 140, and the electrolyte layer 130 are formed, the cylindrical fuel cell intermediate body can be regarded as a cylindrical fuel cell intermediate body.

그리고 연료재(110)를 주입하기 전에 다음과 같은 스터플형성단계(S150)를 더 거치는 것 또한 바람직하다. It is also preferable to further perform the following stuffer forming step (S150) before injecting the fuel material (110).

<<S140>><< S140 >>

스터플형성단계(S150)는, 제1전극체(120) 또는 제2전극체(140)의 일측과 타측의 양끝단에 위치하며, 제1전극체(120)의 내측공간에 채워지는 연료재(110)가 외부로 누출되지 않도록 막아주기 위한 스터플(stopple)(151, 152)을 형성시키는 단계이다. The staple forming step S150 is a step of forming the staple in the first electrode body 120 or the second electrode body 140 by arranging the fuel electrode material 120 filled in the inner space of the first electrode body 120 110 are prevented from leaking to the outside.

이와 같은 스터플(151, 152)은 앞서 언급한 바와 같이 비전도성 소재로서, 예를 들어 PPMA, PTFE, 고무 등과 같은 비전도성 소재로 이루어질 수 있다.As described above, the staples 151 and 152 may be made of a nonconductive material such as PPMA, PTFE, rubber or the like as a nonconductive material.

그리고 앞서 언급한 연료재주입홀(153) 또는 기체방출홀은 스터플(151, 153) 자체를 형성시키는 과정에서 스터플(151, 153))에 형성시킬 수도 있으며, 제1전극체(120) 또는 제2전극체(140)의 양 끝단에 스터플(151, 152)을 형성시킨 후에 사후적으로 연료재주입홀(153)과 기체방출홀을 형성시킬 수도 있다. The fuel material injection holes 153 or the gas discharge holes may be formed in the staples 151 and 153 in the process of forming the staples 151 and 153 themselves, After the staples 151 and 152 are formed at both ends of the second electrode unit 140, the fuel material injection hole 153 and the gas discharge hole may be formed afterwards.

<<S150>><< S150 >>

연료재주입단계(S150)는 제1전극체형성단계(S110)에서 형성된 제1전극체(120)의 내측공간에, 전력을 형성시키기 위한 연료재(110)를 주입시키는 단계이다. The fuel material injecting step S150 is a step of injecting the fuel material 110 for forming electric power into the inner space of the first electrode body 120 formed in the first electrode body forming step S110.

여기서 연료재(110)로서 알코올을 사용할 수 있으며 좀 더 바람직하게는 메탄올을 연료재(110)로서 사용할 수 있다. Here, alcohol can be used as the fuel material 110, and more preferably, methanol can be used as the fuel material 110. [

연료재(110)를 제1전극체(120)의 내측공간에 주입시키는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 펌프 혹은 실린지를 이용하여 연료재(110)인 메탄올을 주입시킬 수도 있다.There are various methods of injecting the fuel material 110 into the inner space of the first electrode unit 120. For example, methanol, which is the fuel material 110, may be injected by using a pump or a syringe.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 연료전지는 웨어러블 디바이스에 적용될 수 있으며, 이를 위하여 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이 원통형 연료전지(10)를 직물조직으로 구성시킬 수도 있다.As described above, the cylindrical fuel cell according to the embodiment of the present invention can be applied to a wearable device, and for this purpose, the cylindrical fuel cell 10 may be formed into a fabric structure as exemplarily shown in FIG.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the scope of the present invention is to be construed as being limited only by the embodiments, and the scope of the present invention should be understood as the following claims and their equivalents.

110 : 연료재 120 : 제1전극체
130 : 전해질층 140 : 제2전극체
151, 152 : 스터플(stopple)
110: fuel material 120: first electrode body
130: electrolyte layer 140: second electrode body
151, 152: stopper

Claims (16)

전도성 있는 소재를 원통형의 형태로 형성시킴으로써 제1전극체를 형성시키는 제1전극체형성단계;
상기 제1전극체형성단계에서 원통형으로 형성된 상기 제1전극체의 외주면에 전해질층을 형성시키는 전해질층형성단계;
상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 외주면 상에 전도성 있는 소재로 제2전극체를 형성시키는 제2전극체형성단계;
상기 제1전극체형성단계, 상기 전해질층형성단계 및 상기 제2전극체형성단계를 통해 형성된 상기 제1전극체, 상기 전해질층 및 상기 제2전극체를 포함하는 원통형의 연료전지중간체에서 일측단 또는 일측과 타측의 양끝단에 연료재가 누출되지 않도록 막아주는 스터플(stopple)을 형성시키는 스터플형성단계;
상기 제1전극체형성단계에서 형성된 상기 제1전극체의 내측공간에, 전력을 형성시키기 위한 연료재를 주입시키는 연료재주입단계; 및
상기 연료재주입단계에서 상기 연료전지중간체에 연료재를 주입시킨 것을 직물조직을 이루도록 구성하는 직물조직화단계;를 포함하고,
상기 스터플(stopple) 중 적어도 어느 하나에는,
상기 연료재주입단계에서 주입될 연료재가 상기 제1전극체의 내측공간에 주입될 수 있도록 연료주입홀이 마련되어 있고,
상기 스터플에는,
상기 제1전극체의 내측공간으로 연료재가 주입될 수 있도록 상기 제1전극체의 내측공간으로부터 외부로 기체가 배출될 수 있는 기체배출홀이 형성되며,
상기 전해질층형성단계는,
상기 제1전극체의 외주면에 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질 용액으로 코팅시키는 A단계;
상기 A단계에서 상기 제1전극체의 외주면에 칠해진 상기 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 B단계;
상기 B단계 이후 상기 고분자 전해질 용액이 건조 또는 반건조된 표면에 상기 고분자 전해질 용액을 도포하는 C단계; 및
상기 C단계에서 덧칠해진 고분자 전해질 용액을 건조 또는 반건조시키는 D단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 연료전지제조방법.
A first electrode body forming step of forming a first electrode body by forming a conductive material in a cylindrical shape;
An electrolyte layer forming step of forming an electrolyte layer on an outer circumferential surface of the first electrode body formed in a cylindrical shape in the first electrode body forming step;
A second electrode body forming step of forming a second electrode body on the outer circumferential surface of the electrolyte layer formed in the electrolyte layer forming step with a conductive material;
Wherein the first electrode body, the electrolyte layer, and the second electrode body formed through the first electrode body forming step, the electrolyte layer forming step, and the second electrode body forming step are formed in a cylindrical fuel cell intermediate body, A staple forming step of forming staples at both ends of one side and the other side to prevent fuel material from leaking;
A fuel material injecting step of injecting a fuel material for forming electric power into an inner space of the first electrode body formed in the first electrode body forming step; And
And a fabric organizing step of forming a fabric structure in which the fuel material is injected into the fuel cell intermediate in the fuel material injecting step,
At least one of the staples may include,
A fuel injection hole is provided so that the fuel material to be injected in the fuel material injecting step can be injected into the inner space of the first electrode body,
In the staple,
A gas discharge hole through which gas can be discharged from the inner space of the first electrode body to the outside so that the fuel material can be injected into the inner space of the first electrode body,
Wherein the electrolyte layer forming step comprises:
A step A in which the outer surface of the first electrode body is coated with a polymer electrolyte solution containing a sulfonic acid group;
A step B for drying or semi-drying the polymer electrolyte solution applied on the outer circumferential surface of the first electrode body in step A;
A step C in which the polymer electrolyte solution is coated on the dried or semi-dried surface of the polymer electrolyte solution after the step B; And
And a step (D) of drying or semi-drying the polymer electrolyte solution that has been applied in step (C).
제 1항에 있어서,
상기 제1전극체는 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)에 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 다공질의 전도체이고,
상기 제2전극체는 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)에 백금(pt)이 포함된 다공질의 전도체인 것을 특징으로 하는 원통형 연료전지제조방법.
The method according to claim 1,
The first electrode member is a porous conductive material containing a bimetallic catalyst of a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system as a conductive carbon felt,
Wherein the second electrode member is a porous conductive material containing platinum (Pt) in a porous carbon felt having conductivity.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 C단계 및 D단계를 다수회 반복실시하여 상기 전해질층의 두께를 점진적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 원통형 연료전지제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step C and the step D are repeated a plurality of times to gradually increase the thickness of the electrolyte layer.
삭제delete 삭제delete 전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성된 제1전극체;
전도성이 있으며, 원통형의 형태로 형성되되 내측에 상기 제1전극체가 위치하며, 내경이 상기 제1전극체의 외경보다 크게 형성된 제2전극체;
상기 제1전극체와 외주면과 상기 제2전극체의 내주면 사이에 형성되고, 상기 제1전극체와 상기 제2전극체 사이에 양이온 또는 전자이동을 매개하며, 술폰산기를 포함하는 고분자 전해질층;
상기 제1전극체 및 상기 제2전극체 사이에 양이온 또는 전자의 이동이 이루어질 수 있도록 상기 제1전극체의 내측공간에 마련된 연료재; 및
상기 제1전극체 및 상기 제2전극체의 일측과 타측의 양 끝단에 마련되어 상기 연료재의 누출을 막아주는 스터플(stopple); 을 포함하되,
상기 제1전극체는 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)에 백금(Pt)-루테늄(Ru)계통의 이원촉매(bimetallic catalyst)가 포함된 다공질의 전도체이고,
상기 제2전극체는 전도성이 있는 다공질의 카본펠트(carbon felt)에 백금(pt)이 포함된 다공질의 전도체이며,
직물조직을 구성하는 것을 특징으로 하는 원통형 연료전지.
A first electrode body having conductivity and formed in a cylindrical shape;
A second electrode body which is conductive and has a cylindrical shape and in which the first electrode body is located on the inner side and whose inner diameter is larger than the outer diameter of the first electrode body;
A polymer electrolyte layer formed between the first electrode body, the outer circumferential surface, and the inner circumferential surface of the second electrode body, the polymer electrolyte layer including a sulfonic acid group mediating cation or electron transfer between the first electrode body and the second electrode body;
A fuel material provided in an inner space of the first electrode body so that positive ions or electrons can be transferred between the first electrode body and the second electrode body; And
A stopper provided at both ends of one side and the other side of the first electrode body and the second electrode body to prevent leakage of the fuel material; &Lt; / RTI &gt;
The first electrode member is a porous conductive material containing a bimetallic catalyst of a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) system as a conductive carbon felt,
The second electrode body is a porous conductor containing platinum (pt) in a porous carbon felt having conductivity,
Wherein the fuel cell structure is made up of a fabric structure.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020160110055A 2016-08-29 2016-08-29 Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof KR101875684B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160110055A KR101875684B1 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160110055A KR101875684B1 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180024237A KR20180024237A (en) 2018-03-08
KR101875684B1 true KR101875684B1 (en) 2018-08-02

Family

ID=61726354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160110055A KR101875684B1 (en) 2016-08-29 2016-08-29 Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101875684B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283876A (en) * 2000-04-03 2001-10-12 Tokyo Gas Co Ltd Unit cell of solid electrolytic fuel battery
JP2005310697A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Konica Minolta Holdings Inc Forming method for inorganic-organic composite electrolyte membrane, inorganic-organic composite electrolyte membrane, and fuel cell using the membrane
JP2006049183A (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Konica Minolta Holdings Inc Polymer electrolyte fuel cell and method of manufacturing separator therefor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101008738B1 (en) * 2008-04-03 2011-01-14 황철민 Fuel Cell Assembly

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001283876A (en) * 2000-04-03 2001-10-12 Tokyo Gas Co Ltd Unit cell of solid electrolytic fuel battery
JP2005310697A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Konica Minolta Holdings Inc Forming method for inorganic-organic composite electrolyte membrane, inorganic-organic composite electrolyte membrane, and fuel cell using the membrane
JP2006049183A (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Konica Minolta Holdings Inc Polymer electrolyte fuel cell and method of manufacturing separator therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180024237A (en) 2018-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5150895B2 (en) Membrane electrode assembly, method for producing membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
US20020076597A1 (en) Monopolar cell pack of proton exchange membrane fuel cell and direct methanol fuel cell
CN108352507A (en) Modified electrode for redox flow batteries
KR20180017679A (en) Electrode for vanadium redox flow battery and vanadium redox flow battery including the same
WO2015198520A1 (en) Gas diffusion electrode, electrochemical device, and fuel cell
CN100514735C (en) Fuel cell and method for manufacturing the same
KR20150086305A (en) Fuel cell electrolyte membrane, method for manufacturing same, membrane electrode-bonded body, and fuel cell
US10818950B2 (en) Composite polymer electrolyte membrane for fuel cell, and method of manufacturing the same
US20120009495A1 (en) Concentration sensor using an electrolytic cell for aqueous hydrocarbon fuel
US20070218337A1 (en) Cell Module and Fuel Cell
JP5079195B2 (en) Gas diffusion electrode for fuel cell and manufacturing method thereof
US10396384B2 (en) Composite polymer electrolyte membrane for fuel cell, and method of manufacturing the same
KR20180004592A (en) Method of manufacturing membrane electrode assembly, membrane electrode assembly and fuel cell comprising the same
JP2004063430A (en) Solid high molecular electrolyte film for fuel cell
KR101875684B1 (en) Cylinderical Fuel Cell and Manufacturing Method Thereof
KR101229597B1 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell and Method of preparing the same and Fuel cell comprising the same
JP5283826B2 (en) Membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
CN100576618C (en) Collector body and used their fuel cell
JP2011076739A (en) Gas diffusion layer for solid polymer fuel cell, and manufacturing method thereof
US20070184329A1 (en) Liquid feed fuel cell with orientation-independent fuel delivery capability
CN101022162B (en) Electrode of fuel cell, fuel cell and method for producing electrode of fuel cell
KR20060102440A (en) Apparatus for coating electrode in membrane-electrode assembly for fuel cell and method thereof
US20150147683A1 (en) Non-humidified fuel cell
RU2518150C2 (en) Nanocomposite electrochemical capacitor and its manufacturing method
JP2006216402A (en) Manufacturing method of cell module for fuel cell

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