KR101891491B1 - 연료 전지 스택들 - Google Patents

연료 전지 스택들 Download PDF

Info

Publication number
KR101891491B1
KR101891491B1 KR1020127026938A KR20127026938A KR101891491B1 KR 101891491 B1 KR101891491 B1 KR 101891491B1 KR 1020127026938 A KR1020127026938 A KR 1020127026938A KR 20127026938 A KR20127026938 A KR 20127026938A KR 101891491 B1 KR101891491 B1 KR 101891491B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrolyte
chamber
flow channel
cell stack
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020127026938A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130073874A (ko
Inventor
마틴 토마스
Original Assignee
에이에프씨 에너지 피엘씨
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 에이에프씨 에너지 피엘씨 filed Critical 에이에프씨 에너지 피엘씨
Publication of KR20130073874A publication Critical patent/KR20130073874A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101891491B1 publication Critical patent/KR101891491B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H01M8/083—Alkaline fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459—Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

연료 전지 스택(10)은 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 갖는 전해질을 위한 체임버(K) 및 모든 전지에 병렬로 전해질을 공급하기 위한 적어도 하나의 헤더(30)를 각각 갖는 복수의 연료 전지와, 전지를 통해 유동된 전해질을 수집하기 위한 수단(14)을 포함한다. 각각의 전지에 대해, 전해질 출구(34)는 사용시에 전해질 유동 채널 내에 전해질의 자유 표면이 존재하도록 배열된 전해질 유동 채널 내에 공급하고, 전해질 유동 채널은 다른 전지를 위한 대응 전해질 유동 채널로부터 분리되지만, 모든 전해질 유동 채널의 자유 표면은 공통 압력에 있게 된다. 전해질은 둑(38)에 의해 이 개방 유동 채널 내에 일정한 깊이로 유지되고, 이어서 둑을 넘어 유동하여 스택의 외부로 적하되거나 점적된다. 이는 스택(10) 전체에 걸쳐 그리고 개별 전지를 가로질러 균일한 출구 전해질 압력을 보장하고, 전해질 출구를 통한 이온 누설 전류를 회피하거나 감소시킨다.

Description

연료 전지 스택들{FUEL CELL STACKS}
본 발명은 액체 전해질 연료 전지, 바람직하게는 한정적인 것은 아니지만 알칼라인 연료 전지 및 스택(stack)으로의 이러한 연료 전지의 배열에 관한 것이다.
연료 전지는 비교적 청결하고 효율적인 전력원으로서 식별되어 왔다. 알칼라인 연료 전지는 비교적 저온에서 작동하고 다른 연료 전지 기술에 비교하여 높은 이론 효율을 갖기 때문에 특히 관심을 끌고 있다. 산성 연료 전지 및 다른 수성 전해질을 이용하는 연료 전지가 또한 관심을 끌고 있다. 이러한 연료 전지는 일반적으로 1 볼트 미만(통상적으로, 0.5 내지 0.9 V)의 전압에서 작동한다. 더 높은 전압을 성취하기 위해, 연료 전지는 통상적으로 스택으로 배열된다. 액체 전해질을 이용하는 연료 전지는 통상적으로 연료 가스 체임버(연료 가스, 통상적으로 수소를 포함함) 및 다른 가스 체임버(산화제 가스, 일반적으로 공기를 포함함)로 분리되는 전해질 체임버를 포함한다. 전해질 체임버는 가스 투과성이고 플래티늄과 같은 촉매를 운반하는 전극을 사용하는 가스 체임버로부터 분리된다. 연료 전지의 스택 내에는 전해질이 헤더(header) 또는 분배 덕트(distribution duct)로부터 전해질 체임버를 통해 순환될 수 있어, 전해질이 평행한 모든 전지를 통해 유동하게 된다.
이러한 장치가 갖는 문제점은 헤더 또는 분배 덕트 내의 전해질을 통한 하나의 전지와 다른 전지 사이의 몇몇 전기적(즉, 이온) 누설 전류가 존재할 수 있다는 것이다. 이는 이들의 이온 저항을 상승시키기 위해 전해질 유동 경로를 설계함으로써 최소화될 수 있지만, 이 조치는 이온 누설 전류를 전부 제거할 수는 없다. 이러한 연료 전지 스택이 갖는 다른 문제점은 전지들 사이 및 모든 전지 내의 압력 및 질량 유량의 균일성을 보장하는 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 갖는 전해질을 위한 체임버 및 모든 전지에 병렬로 전해질을 공급하기 위한 적어도 하나의 헤더를 각각 갖는 복수의 연료 전지와, 전지를 통해 유동된 전해질을 수집하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 스택이 제공되고, 각각의 전지에 대해 각각의 전해질용 출구는 사용시에 전해질 유동 채널 내에 전해질의 자유 표면(free surface)이 존재하도록 배열된 전해질 유동 채널과 연통하고, 전해질 유동 채널은 다른 전지를 위한 대응 전해질 유동 채널로부터 분리되지만, 모든 전해질 유동 채널의 자유 표면은 공통 압력에 있게 된다. 이하에서, 이들 전해질 유동 채널은 개방 채널이라고 칭해질 것이다.
각각의 이러한 개방 전해질 유동 채널은 유동을 액적들로 분해하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동은 전해질이 수집 수단으로 자유 낙하하게 되는 돌출 립(lip) 위로 통과할 수 있고, 이 경우에 유동을 분해하는 것을 돕기 위해 낙하하는 전해질이 충돌하는 배플(baffle)이 또한 존재할 수 있다. 다른 대안에서, 전해질은 액적의 스트림(stream)으로서 나타나도록 복수의 구멍을 통해 또는 진동 노즐 또는 구멍을 통해 유동할 수 있다. 이 방식으로 전해질 유동을 분해하는 것은 나오는 전해질을 통한 누설 전류를 효과적으로 방지한다. 그러나, 전해질을 분해하지 않고도, 전해질이 스택의 표면 위로 적하하면 이는 얇은 층을 형성하여 따라서 상당한 이온 저항이 존재하고, 이는 누설 전류를 억제하는 것을 돕는다.
바람직하게는, 각각의 전지로부터의 출구는 전지 스택의 상부면에서 개방 전해질 유동 채널과 연통하고, 개방 전해질 유동 채널은 또한 사용시에 전해질이 범람 전에 일정한 깊이로 채널을 충전하는 것을 보장하기 위한 둑(weir)을 형성한다. 이러한 것은 모든 출구에서의 압력이 동일한 것을 보장하고, 이는 임의의 하나의 전지 전체에 걸쳐 그리고 모든 전지들 사이에 균일한 압력을 보장하는 것을 돕는다. 개방 전해질 유동 채널은 전해질 체임버의 최상부 부분을 형성할 수 있지만, 바람직하게 전해질 체임버는 복수의 출구 채널을 경유하여 개방 전해질 유동 채널과 연통한다.
바람직하게, 전해질은 예를 들어, 2 mm2 미만, 예를 들어, 1 mm2의 단면적, 50 mm 초과, 예를 들어, 75 mm 내지 150 mm, 예를 들어, 100 mm의 길이를 갖는 길고 좁은 유동 채널을 통해 헤더로부터 전지 내로 공급된다. 그리고 전해질 체임버 내에는, 바람직하게 체임버 내의 유동 균일성을 향상시키기 위한 배플, 예를 들어, 각각의 입구로부터 전해질 유동을 확산하기 위한 횡방향 노치 형성된 배플(notched baffle)이 존재한다.
연료 전지 스택에는 연료 가스 및 산화제 가스가 또한 공급되어야 한다. 이들은 스택 내의 헤더 덕트(header duct)를 통해 공급될 수 있다. 대안으로서, 산화제 가스가 공기인 경우에, 공기 체임버는 주위 공기와 직접 연통할 수 있다. 예를 들어, 공기는 스택의 면들, 예를 들어, 측면 또는 저부면과 연통하는 하나 이상의 입구 채널을 통해 각각의 체임버에 진입하도록 허용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 공기는 전해질보다 높은 압력에 있도록 배열되고, 공기 입구 채널을 구비하는 전지 스택의 부분은 공기가 상승된 압력에서 공급되는 플리넘(plenum) 내에 포위된다. 이러한 것은 스택을 구성하는 판을 통해 형성된 임의의 공기 헤더 덕트가 존재해야 하는 요구를 회피하고, 따라서 판의 구조를 간단화한다.
본 발명이 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서만 더 그리고 특히 구체적으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 연료 전지 스택을 통한 전지 평면에 수직인 단면도.
도 2는 도 1의 연료 전지 스택을 에워싸는 용기의 전지 평면에 평행한 단면도.
도 3은 도 1의 연료 전지 스택의 전해질판의 평면도.
도 4는 도 1의 연료 전지 스택의 공기판의 평면도.
이제 도 1을 참조하면, 명료화를 위해 부품들이 분리되어 있는, 연료 전지 스택(10)의 단면도가 도시되어 있다. 스택(10)은 절연 플라스틱 재료로 각각 이루어지고 각각 직사각형 관통 구멍을 형성하는 프레임(62, 63, 64)의 스택으로 구성된다. 대안적인 프레임(62)은 전해질 체임버(K로 표기됨)를 제공하고, 연속적인 전해질 체임버들 사이에는 대안적으로 공기 체임버(O로 표기됨)인 가스 체임버 및 연료 체임버(H로 표기됨)가 있다. 모든 체임버는 전해질 체임버(K)에 인접한 투과성 부분 및 불투과성 주위 가장자리를 갖는 전극 요소(70)에 의해 이웃하는 체임버로부터 분리된다. 이들 체임버는 이하에 설명된 바와 같은 적합한 촉매 물질을 각각 갖는, 연료 체임버(H)와 접촉하는 전극부가 애노드(18)이고 반면에 공기 체임버(O)와 접촉하는 전극부가 캐소드(19)가 되도록 배열된다. 만곡된 섹션에 의해 개략적으로 지시되어 있는 바와 같이, 이들은 쌍으로 전기적으로 접속되는데, 애노드(18)는 캐소드(19)에 접속되고, 쌍은 일체형일 수도 있는데, 애노드(18) 및 캐소드(19)는 전극 요소(70)의 대향 단부들에 형성되어 있고, 또는 대안적으로 이들은 예를 들어, 돌출 탭 사이의 접속부에 의해 간단히 전기적으로 접속될 수 있다. 전극 요소(70)는 모두 프레임(62, 63, 64) 위로 돌출한다. 따라서, 각각의 전해질 체임버(K)는 공기 체임버(O)와 연료 체임버(H) 사이에 있고, 캐소드(19)와 애노드(18) 각각에 의해 이들 체임버로부터 분리되고, 캐소드와 애노드가 단일 연료 전지를 구성한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 스택의 연속적인 연료 전지는 반대 배향에 있지만, 전극 요소(70)의 배열은 전지들이 전기적으로 직렬이 되도록 이루어진다. 1 V로서 단일 연료 전지의 EMF를 취하면, 전극 요소(70)의 절첩된(folded) 또는 접속된 부분의 전압은 표기된 바와 같이 스택(10)을 따라 안정적으로 증가되어, 7개의 전지의 전지 스택(10)이 7 V 출력을 생성하게 된다.
스택(10)의 단부에는 블라인드 리세스(blind recess)를 형성하는 극판(polar plate; 65, 66)이 있고, 쌍의 구성 요소를 형성하지 않는 하나의 단부의 애노드(18) 및 다른 단부의 캐소드(19)와 같은 단부 전극이 존재한다. 가스켓(gasket; 도시 생략)은 프레임(62, 63, 64)이 전극 요소(70)에 밀봉되는 것을 보장한다. 전해질 체임버(K)로의 전해질의 유동 및 연료 체임버(H)로 및 연료 체임버(H)로부터의 연료 가스의 유동은 프레임(62, 63, 64)을 통해 정렬된 구멍(30, 40, 42)(도 3 및 도 4에 도시됨)에 의해 형성된 각각의 유체 유동 덕트를 통해 발생한다. 전지 스택(10)의 구성 요소는 정렬된 구멍(44)(도 3 및 도 4에 도시됨)을 통해 볼트에 의한 조립 후에 함께 고정된다.
애노드(18) 및 캐소드(19)는 각각의 가스 체임버(H 또는 O)에 대면하는 표면 또는 대향 표면에 있을 수 있는 촉매 코팅을 갖는다. 캐소드 및 애노드 전극 모두를 위한 촉매 코팅은 촉매 입자와 바인더(binder)의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 경우에 10% 바인더를 갖고, 캐소드(19) 상의 코팅은 활성 탄소 위에 10% Pd/Pt 또는 은을 포함할 수 있고, 반면에 애노드(18) 상의 코팅은 활성 탄소 위에 10% Pd/Pt를 포함할 수 있다.
이제, 전지 스택 내의 구조적 상세 사항이 도시되어 있지 않은 도 2를 참조하면, 전지 스택(10)은 그 주변부 주위에 수평 선반(horizontal shelf; 14)을 형성하는 용기(12) 내에 장착되고, 이 수평 선반은 용기를 하부 부분(12a) 및 상부 부분(12b)으로 분할한다. 전지 스택(10)을 구성하는 프레임(62, 63, 64)은 단부판(end plate; 65, 66)에서와 같이 각각의 측면에 단차부(step; 15)를 가져, 하부 부분이 상부 부분보다 약간 좁아지게 된다. 전지 스택(10)의 하부 부분은 선반(14)에 의해 형성된 직사각형 공간 내에 끼워지고, 전지 스택(10)의 상부 부분은 그 주변부 주위에서 선반(14)에 밀봉된다. 공기가 펌프(도시 생략)로부터 덕트(20)를 통해 하부 부분(12a) 내로 공급되어 공기 체임버(O)를 통해 유동하고 상부 부분(12b) 내로 나오고, 그로부터 배기 덕트(22)를 통해 배출된다. 액체 전해질이 스택(10)의 하나의 단부에 공급되고, (이하에서 설명되는 바와 같이) 전해질 체임버(K)를 통해 유동한 후에 선반(14)의 상부에 수집되어 출구 덕트(24)를 통해 유출된다. 연료 가스(수소)는 또한 스택(10)의 하나의 단부에 공급되고, 복귀 덕트가 또한 스택(10)의 그 단부에 접속된다.
이제, 도 3을 참조하면, 전해질 체임버(K)를 형성하는 프레임(62)의 평면도가 도시되어 있다. 이 예에서, 전해질은 전해질 체임버(K)의 폭을 가로질러 균등하게 이격된 정렬된 구멍(30)에 의해 형성된 분배 덕트를 통해 스택(10) 내의 모든 전해질 체임버(K)에 공급된다. 각각의 구멍(30)은 길고 좁은 홈(groove; 32)을 통해 전해질 체임버(K)의 가장자리와 연통하고, 홈(32)은 각각의 코너에서 약간 더 좁다. 전해질은 프레임(62)의 상부 가장자리로 이어지는 몇몇의 평행한 홈(34)을 통해 상부에서 체임버(K)로부터 나온다.
전해질 체임버(K) 내에서 프레임(62)은 배플을 또한 형성하는데, 체임버의 높이의 절반을 약간 초과하여 체임버(K)의 상부 가장자리에 직교하여 연장하여 출구 홈(34)을 향해 상향으로 유동하도록 전해질을 구속하는 배플(35)이 존재하고, 저부 가장자리로부터 위로 체임버의 높이의 약 1/4에 노치 형성된 가로대(notched crosspiece; 37) 및 측벽으로부터 돌출하는 각각의 측면에 있는 대응 가로대(37)를 갖는 T-형 배플(T-shaped baffle; 36)이 또한 존재한다. 프레임(62)의 코너에서 이들로부터 이격된 홈(32)은 각각 배플(36)의 각각의 측면에 1개씩 2개의 출구로 분기한다. 따라서 홈(32)으로부터의 입구는 출구 홈(34)의 위치에 실질적으로 대향한다. 배플(35, 36, 37)의 이 배열은 체임버(K) 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 전해질 유동을 제공하고, 작동 중에 이는 전지 내의 온도 편차를 상당히 감소시키고, 온도 편차는 약 17℃(배플이 없음)로부터 약 3℃(배플이 있음)로 하나의 실험에서 감소되고, 평균 약 2.5℃가 연료 전지의 내부 저항에 기인하는 불가피한 온도 증가이다.
프레임(62)의 상부에서, 각각의 단부에는 프레임(62)의 측면을 넘어 돌출하는 융기부(raised portion; 38) 및 만곡된 립(curved lip; 39)이 있다. 전지 스택(10)의 사용시에 전해질은 구멍(30)에 의해 형성된 모든 분배 덕트로부터 전해질 체임버(K)를 통해 유동하고, 모든 홈(34)을 통해 나온다. 융기부(38)는 각각의 단부에서 둑으로서 작용하여, 전해질 레벨이 전술된 바와 같이 모두 프레임(62)의 상부 위로 돌출하는 인접한 전극 요소(70) 사이에 형성되어 있는 상부가 개방된 채널(41) 내의 각각의 융기부(38)의 상부 바로 위까지 충전되게 된다. 따라서, 전해질의 자유 표면이 용기(12)의 상부 부분(12b) 내의 공기압에 노출된 상태로 프레임(62)의 상부 위로 약 2 내지 3 mm의 전해질의 일정한 깊이로 존재하고, 전해질은 이어서 융기부(38) 위로 그리고 립(39) 위로 연속적으로 유동한다. 전해질은 이어서 얇은 스트림으로서 프레임(62)의 외부로 적하되거나 자유롭게 낙하하여, 가능하게는 액적을 형성하여 선반(14)의 상부에 수집될 수 있다. 전극 요소(70)의 융기부는 상이한 전지로부터의 전해질의 스트림이 전해질이 선반(14)에 도달할 때까지 만나게 되지 않는 것을 보장한다.
이제 도 4를 참조하면, 공기 체임버(O)를 형성하는 프레임(63)의 평면도가 도시되어 있다. 용기(12)의 하부 부분(12a)은 플리넘으로서 작용하고, 공기가 스택 내의 분배 채널을 통해 공급되기 보다는, 각각의 프레임(63)을 통해 각각의 공기 체임버(O)로 직접 공급될 수 있게 한다. 프레임(63)의 하부 반부는 체임버(O)의 하부 반부와 연통하는 몇몇의 홈(52)을 각각의 측면에 형성한다. 프레임(63)은 또한 대향 측면으로의 경로의 대략 1/3 정도로 체임버(O)의 대향 측면들의 중간점으로부터 돌출하는 배플(54)을 형성한다. 복수의 입구 홈(52)은 체임버(O) 내의 압력이 용기(12)의 하부 부분(12a) 내의 압력보다 약간 낮은 것을 보장한다. 공기가 체임버(O)를 통해 유동하여, 체임버(O)의 상부 코너 부근으로 연통하는 좁은 S-형 홈(56)을 경유하여 나오고, 따라서 공기는 용기(12)의 상부 부분(12b) 내로 유출된다. 예를 들어, 프레임(63)의 좌측에는 8개의 입구 홈(52)이 있고, 반면에 길이의 2배 내지 3배 사이이고 더 작은 단면적을 갖는 단지 하나의 출구 홈(56)만이 존재한다. 하나의 예에서, 공기 유량은 각각의 공기 체임버에 대해 대략 3 liters/min이었다.
전술된 전지 스택은 단지 예시일뿐이고, 다양한 방식으로 수정될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 프레임(62, 63) 및 또한 체임버(K, O, H)는 여기에 도시된 것과는 상이한 형상을 가질 수도 있고, 전해질 체임버(K)로부터의 출구는 몇몇의 좁은 홈(34) 대신에 하나 이상의 넓은 홈 또는 슬롯을 통한 것일 수도 있다. 하나의 수정예에서, 전해질 체임버(K)는 심지(wick)로서 작용하는 다공성 재료 또는 메시(mesh)로 충전될 수 있다.
10: 연료 전지 스택 12: 용기
14: 수평 선반 18: 애노드
19: 캐소드 62, 63, 64: 프레임
70: 전극 요소 H: 연료 체임버
K: 전해질 체임버 O: 공기 체임버

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 갖는 전해질을 위한 체임버 및 모든 전지들에 병렬로 전해질을 공급하기 위한 적어도 하나의 헤더를 각각 갖는 복수의 연료 전지들과, 상기 전지들을 통해 유동한 전해질을 수집하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 스택(fuel cell stack)으로서,
    각각의 전해질 체임버는 프레임에 의해서 형성되고, 산화제 가스 체임버 및 연료 가스 체임버 사이에 위치하고, 연료 전지를 구성하도록 캐소드 전극 및 애노드 전극 각각에 의해 상기 산화제 가스 체임버 및 상기 연료 가스 체임버로부터 분리되는, 상기 연료 전지 스택에 있어서,
    각각의 전지에 대해 각각의 전해질용 출구는 전해질 유동 채널과 연통하고, 상기 전해질 유동 채널은 상기 전해질 체임버를 형성하는 상기 프레임 위에 있고, 사용시 상기 전해질 유동 채널 내에 전해질의 자유 표면(free surface)이 존재하도록 배열되고, 상기 전해질 유동 채널은 다른 전지들을 위한 대응 전해질 유동 채널들로부터 분리되지만, 모든 전해질 유동 채널들의 전해질의 자유 표면들은 공통 압력에 있게 되고, 각각의 전해질 유동 채널은 돌출 립(lip)을 통하여 상기 전해질 유동 채널 아래의 수집 체임버와 연통하여 모든 전해질 유동 채널들로부터 전해질이 상기 돌출 립으로부터 상기 수집 체임버 내로 자유롭게 낙하하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 스택.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 전해질 유동 채널은 상기 전해질의 유동을 전해질의 액적들로 분해하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 스택.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 전지로부터의 출구는 상기 전지 스택의 상부면에서 상기 전해질 유동 채널과 연통하고, 상기 전해질 유동 채널은 또한 사용시 상기 전해질이 범람 전에 일정한 깊이로 상기 채널을 충전하는 것을 보장하기 위한 둑(weir)을 형성하는 연료 전지 스택.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배플(baffle)들이 유동 균일성을 향상하기 위해 상기 전해질 체임버 내에 배열되는 연료 전지 스택.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전해질 체임버는 상기 전해질 입구들 부근에 횡방향 노치 형성된 배플(notched baffle)들을 포함하는 연료 전지 스택.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스택의 면과 연통하는 하나 이상의 입구 채널을 통해 산화제 가스가 각각의 산화제 가스 체임버 내로 직접 공급되는 연료 전지 스택.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 산화제 가스 입구 채널들을 구비하는 상기 전지 스택의 부분은 상기 산화제 가스가 상승된 압력에서 공급되는 플리넘(plenum) 내에 포위되는 연료 전지 스택.
  8. 삭제
KR1020127026938A 2010-05-11 2011-05-09 연료 전지 스택들 KR101891491B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1007858.2A GB201007858D0 (en) 2010-05-11 2010-05-11 Fuel cell stacks
GB1007858.2 2010-05-11
PCT/GB2011/050887 WO2011141727A1 (en) 2010-05-11 2011-05-09 Fuel cell stacks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130073874A KR20130073874A (ko) 2013-07-03
KR101891491B1 true KR101891491B1 (ko) 2018-08-24

Family

ID=42315147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127026938A KR101891491B1 (ko) 2010-05-11 2011-05-09 연료 전지 스택들

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9083025B2 (ko)
EP (1) EP2569815B1 (ko)
JP (1) JP5866716B2 (ko)
KR (1) KR101891491B1 (ko)
AU (1) AU2011251783B2 (ko)
CA (1) CA2790530C (ko)
GB (1) GB201007858D0 (ko)
WO (1) WO2011141727A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201208940D0 (en) * 2012-05-21 2012-07-04 Afc Energy Plc Fuel cells in stacks
GB2540592B (en) * 2015-07-22 2022-02-23 Afc Energy Plc Fuel cell stack insert
US11444298B2 (en) * 2019-07-18 2022-09-13 Hyaxiom, Inc. Electrolyte shunt migration management in a fuel cell stack
WO2023193055A1 (en) * 2022-04-07 2023-10-12 Hysata Pty Ltd Electro-synthetic or electro-energy cells with liquid features

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999012220A1 (en) * 1997-09-01 1999-03-11 Rmg Services Pty. Ltd. Improved fuel cell and a process of using a fuel cell
US20070160894A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Jung-Ki Park Structure of bipolar plate for direct methanol fuel cell and shape of flow path thereof and fuel cells including them
JP2008300215A (ja) * 2007-05-31 2008-12-11 Toyota Motor Corp 燃料電池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0107396B1 (en) 1982-09-30 1988-08-03 Engelhard Corporation System for supplying electrolyte to fuel cells
JPS59217958A (ja) 1983-05-25 1984-12-08 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd マトリツクス型燃料電池の電解質補給装置
US4510213A (en) * 1983-10-12 1985-04-09 The Unites States Of America As Represented By The Department Of Energy Fuel cell stack with internal manifolds for reactant gases
JPS625570A (ja) * 1985-07-01 1987-01-12 Hitachi Ltd 燃料電池の電解質補充装置
KR0123727B1 (ko) * 1994-08-17 1997-12-09 김광호 연료전지의 적층체
US6080290A (en) * 1997-01-03 2000-06-27 Stuart Energy Systems Corporation Mono-polar electrochemical system with a double electrode plate
US7166383B2 (en) * 2004-12-07 2007-01-23 Astria Energi Inc. Electrode structure for stacked alkaline fuel cells
AU2007222224B2 (en) * 2006-03-07 2011-03-10 Afc Energy Plc Electrodes of a fuel cell
CN101647138B (zh) 2007-03-28 2012-11-14 红流私人有限公司 用于流动电解质电池的电池组
GB0917143D0 (en) * 2009-09-30 2009-11-11 Afc Energy Plc Cell stack

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999012220A1 (en) * 1997-09-01 1999-03-11 Rmg Services Pty. Ltd. Improved fuel cell and a process of using a fuel cell
US20070160894A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Jung-Ki Park Structure of bipolar plate for direct methanol fuel cell and shape of flow path thereof and fuel cells including them
JP2008300215A (ja) * 2007-05-31 2008-12-11 Toyota Motor Corp 燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
AU2011251783B2 (en) 2016-02-04
US9083025B2 (en) 2015-07-14
JP2013529361A (ja) 2013-07-18
EP2569815B1 (en) 2014-04-02
WO2011141727A1 (en) 2011-11-17
US20130059222A1 (en) 2013-03-07
CA2790530C (en) 2018-09-04
KR20130073874A (ko) 2013-07-03
EP2569815A1 (en) 2013-03-20
GB201007858D0 (en) 2010-06-23
JP5866716B2 (ja) 2016-02-17
CA2790530A1 (en) 2011-11-17
AU2011251783A1 (en) 2012-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3596332B2 (ja) 積層型燃料電池の運転方法、積層型燃料電池及び積層型燃料電池システム
CN102834958B (zh) 用于燃料电池的加湿器
KR101891491B1 (ko) 연료 전지 스택들
CN108028397B (zh) 分离器及包括该分离器的燃料电池堆
JP2007305339A (ja) 電解液循環型電池用セル
KR101912183B1 (ko) 전기화학 전지
US4461817A (en) Electrode for electrolyte circulation-type cell stack secondary battery
CN112204783A (zh) 用于电化学系统的隔板
CN101286568B (zh) 质子交换膜燃料电池出口中恒定的通道横截面
CN102150311B (zh) 高分子电解质型燃料电池以及具备该电池的燃料电池堆
US10006461B2 (en) Electrolyte circulation in fuel cells stacks with reduced leakage current
KR101724972B1 (ko) 연료전지 셀
KR102176578B1 (ko) 삽입구가 마련된 엔드 플레이트를 포함하는 연료전지 스택
US20190109334A1 (en) Cell plates for redox flow batteries
EP1422775A1 (en) Fuel cell with separator plates having comb-shaped gas passages
JP2004172099A (ja) 蓄電池排気構造
JP6233220B2 (ja) 燃料電池
US20180166708A1 (en) Fuel cell stack
KR102604253B1 (ko) 바이폴라 플레이트를 갖는 연료 전지 스택, 및 연료 전지 시스템
KR101313382B1 (ko) 냉각수 흐름을 개선한 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택
JP2007234405A (ja) 燃料電池スタック
JP4498681B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池
US11245143B2 (en) Electrochemical cell having orthogonal arrangement of electrodes
CN113540515B (zh) 燃料电池电堆及质子交换膜燃料电池
CN112290044A (zh) 用于液流电池的负极流体板框和电池单元

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant