KR101896321B1 - 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택 - Google Patents

응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택 Download PDF

Info

Publication number
KR101896321B1
KR101896321B1 KR1020160097320A KR20160097320A KR101896321B1 KR 101896321 B1 KR101896321 B1 KR 101896321B1 KR 1020160097320 A KR1020160097320 A KR 1020160097320A KR 20160097320 A KR20160097320 A KR 20160097320A KR 101896321 B1 KR101896321 B1 KR 101896321B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mea
gasket
gas
flow path
thickness
Prior art date
Application number
KR1020160097320A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180013502A (ko
Inventor
오종길
허성일
Original Assignee
현대자동차 주식회사
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 현대자동차 주식회사 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020160097320A priority Critical patent/KR101896321B1/ko
Priority to US15/373,164 priority patent/US10535885B2/en
Priority to DE102016124313.2A priority patent/DE102016124313A1/de
Publication of KR20180013502A publication Critical patent/KR20180013502A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101896321B1 publication Critical patent/KR101896321B1/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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • 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
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • Y02E60/521—

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

본 발명의 실시예에 따른 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택은, 전해질막의 양면에 촉매층인 공기극과 연료극이 형성되는 MEA, 상기 MEA의 일면에 배치되는 제1 분리판, 및 상기 MEA의 타면에 배치되는 제2 분리판을 포함하고, 상기 제2 분리판과 상기 MEA 사이에서 상기 공기극 또는 상기 연료극에서 가스가 배출되거나, 상기 공기극 또는 상기 연료극으로 공급되는 가스가 흐르는 가스통로가 비반응 영역에 형성되고, 상기 가스통로는 유로확장부를 포함하고 유로확장부의 높이는 반응 영역의 높이보다 높을 수 있다.

Description

응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택{FUEL CELL STACK OF WHICH CONDENSATE IS EASILY RELEASED}
본 발명은 MEA의 연료극 또는 공기극 측에서 배출되는 가스에 의해서 형성되는 응축수를 용이하게 배출하여, 연료전지의 성능을 안정적으로 유지하고 향상시키는 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지 스택은 가장 안쪽에 막전극 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극 접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층(공기극 및 연료극)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 촉매층의 바깥 부분, 즉 공기극 및 연료극이 위치한 바깥 부분에는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer) 및 가스켓(Gasket)이 차례로 적층되고, 상기 가스 확산층의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성되며, 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지 및 고정시키기 위한 엔드 플레이트(End plate)가 결합된다.
따라서, 상기 연료전지 스택의 연료극에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 공기극으로 이동하게 되며, 상기 공기극에서는 연료극으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기 중의 산소가 여하는 전기 화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.
아울러, 분리판과 MEA 사이의 설정된 영역에는 가스켓이 개재되고, 상기 가스켓에는 유입되는 공기와 수소가 MEA의 연료극과 공기극으로 이동하는 가이드 역할을 수행하고, 동시에 촉매층에서 생성된 반응가스가 배출되거나 공급되는 가스통로 역할을 수행한다.
한편, 반응가스 또는 공기가 지나는 가스통로에 응축수가 형성되고, 이 응축수가 가스통로를 막아서, 연료전지 스택의 성능이 안정적으로 유지되지 못하고, 성능이 저하될 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 공개특허 10-2011-0015924 대한민국 출원번호 10-2013-0168312
본 발명의 목적은 MEA의 연료극 또는 공기극 측에서 배출되는 반응 가스에 의해서 형성되는 응축수를 용이하게 배출하여, 연료전지의 성능을 안정적으로 유지하고 향상시키는 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택은, 전해질막의 양면에 촉매층인 공기극과 연료극이 형성되는 MEA, 상기 MEA의 일면에 배치되는 제1 분리판, 및 상기 MEA의 타면에 배치되는 제2 분리판을 포함하고, 상기 제2 분리판과 상기 MEA 사이에서 상기 공기극 또는 상기 연료극에서 가스가 배출되거나, 상기 공기극 또는 상기 연료극으로 공급되는 가스가 흐르는 가스통로가 비반응 영역에 형성되고, 상기 가스통로는 유로확장부를 포함하고 유로확장부의 높이는 반응 영역의 높이보다 높을 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 가스통로로부터 높이가 점차 높아지는 부분을 포함할 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 MEA의 일면 측에 형성되고, 상기 유로확장부의 MEA의 타면 측은 유로의 높이가 반대로 낮아질 수 있다.
상기 제2분리판에는 상기 가스통로와 통하는 가스홀이 형성될 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 MEA의 형태를 변형하여 형성될 수 있다.
상기 비반응 영역에서 상기 MEA와 상기 제1분리판 사이에 개재되는 제1가스켓, 및 상기 제1가스켓과 대응하여 상기 MEA와 상기 제2분리판 사이에 개재되는 제2가스켓을 포함하고, 상기 제1,2가스켓의 단면 형태에 따라서 상기 MEA의 형태를 변형하여 상기 유로확장부를 형성할 수 있다.
상기 제1,2가스켓의 단면 형태에 따라서 상기 MEA의 형태를 변형하는 부분은 보조가스켓일 수 있다.
상기 제1 가스켓의 외측면은 제1 두께를 가지고, 내측면은 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지며, 상기 제2 가스켓의 외측면은 제3 두께를 가지고, 내측면은 상기 제3 두께보다 두꺼운 제4두께를 가지고 형성되며, 상기 외측면과 상기 내측면 사이의 설정된 영역에는 상기 제1 가스켓과 상기 제2 가스켓의 두께가 변화되는 경사부가 형성될 수 있다.
상기 제1 두께와 상기 제3 두께의 합과 상기 제2 두께와 상기 제4두께의 합은 동일할 수 있다.
상기 가스통로는 상기 연료극에서 배출되는 연료가스 또는 상기 공기극에서 배출되는 가스가 배출될 수 있다.
상기 외측면에서 상기 내측면 방향을 기준으로, 상기 높이가 높아지는 시작점은 상기 가스홀의 영역 안에 포함될 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 가스홀의 영역의 일부와 중첩될 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 가스홀의 영역의 전부와 중첩될 수 있다.
상기 제2 분리판은 상기 MEA의 공기극이 배치된 면에 배치되고, 반응 영역에 공기가 통하는 채널을 형성할 수 있다.
상기 제2 분리판은 상기 MEA의 연료극이 배치된 면에 배치되고, 반응 영역에 연료가스가 통하는 채널을 형성할 수 있다.
상기 유로확장부는 상기 공기극 또는 상기 연료극에서 배출되는 출구에 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 개략적인 분해 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 일부 분해 사시도이다.
도 3의 (a)는 도 2의 D-D라인에 따른 단면도이고, (b)는 도 2의 E-E라인에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓의 형태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 연료전지의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 도 3 및 도 4에서 가스통로(340)는 연료가스의 배출구 또는 공기의 배출구에 공통적으로 적용될 수 있다. 아울러, 상기 가스통로(340)는 배출측과 공급측에 균등하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 개략적인 분해 단면도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택은 전해질막(10), 연료극(14), 및 공기극(12)을 포함하는 MEA(115), 상기 MEA(115)의 양면에 배치되는 가스 확산층(16), 상기 가스 확산층(16)의 외면에 배치되는 분리판(110), 및 상기 분리판(110)과 상기 가스 확산층(16) 사이의 비반응 영역에 개재되는 가스켓(100)을 포함하고, 양단부에 앤드 플레이트(30)가 배치된다.
상기 전해질막(10)은 수소 이온이 이동하는 통로를 제공하고, 연료극(14)과 상기 공기극(12)은 수소와 산소가 반응하는 촉매층이다.
상기 가스 확산층(16)은 공기와 수소가 공기극(12)과 연료극(14)으로 각각 확산되도록 하고, 상기 분리판(110)은 반응 영역에 대응하여 공기가 지나는 공기통로와 가스가 지나는 가스통로를 형성한다.
아울러, 상기 가스켓(100)은 비반응 영역(330)에서 상기 분리판(110)과 상기 전해질막(10) 사이에 개재되거나, 상기 분리판(110)과 상기 MEA(115) 사이에 개재되어 반응 영역(320)으로 공급되거나 배출되는 공기나 가스의 가스통로(340)를 형성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지의 일부 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 연료전지의 비반응 영역(330)에는 가스켓(100)이 배치되고, 가스켓(100)은 메인 가스켓(102)과 보조 가스켓(104)을 포함하고, 상기 가스켓(100)과 인접하여 상기 분리판(110)이 배치되는 구조를 갖는다.
아울러, 상기 비반응 영역(330)에는 상기 가스켓(100)과 상기 분리판(110)이 적층된 방향으로 공기 매니폴드(120), 냉각수 매니폴드(130), 및 수소 매니폴드(140)가 형성되고, 상기 공기 매니폴드(120)를 통해서 공기가 지나고, 상기 냉각수 매니폴드(130)를 통해서 냉각수가 지나며, 상기 수소 매니폴드(140)를 통해서 연료가스인 수소가 지난다.
수소, 공기, 냉각수는 각각의 통로를 통해서 상기 MEA(115)의 반응 영역으로 공급되어, 전류를 생성하고 냉각하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에서, 메인 가스켓(102)은 도2의 D-D라인에 따른 (a) 단면과 E-E라인에 따른 (b) 단면에 모두 포함될 수 있고, 보조가스켓(104)은 (b)단면에만 포함될 수 있다.
도 3의 (a)는 도 2의 D-D라인에 따른 단면도이고, (b)는 도 2의 E-E라인에 따른 단면도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 연료전지는 전해질막(10), 공기극(12), 및 연료극(14)을 포함하는 MEA(115), 상기 MEA(115)의 양면에 반응 영역에 대응하여 배치되는 가스 확산층(16), 상기 가스 확산층(16)의 외측면에 비반응 영역(330)과 반응 영역(320)에 전체적으로 형성되는 제1 분리판(304)과 제2 분리판(312)을 포함한다.
그리고, 상기 비반응 영역(330)에서 상기 가스켓(100)이 배치되는데, 상기 가스켓(100)은 상기 제1 분리판(304)과 상기 MEA(115) 사이에 배치되는 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 분리판(312)과 상기 MEA(115) 사이에 배치되는 제2 가스켓(100b)을 포함한다.
도시한 바와 같이, 상기 제2 분리판(312)에는 비반응 영역(330)의 일측에 가스홀(142)이 형성되고, 상기 가스홀(142)을 통해서 상기 반응 영역(320)을 통과한 가스가 이동한다. 또한, 가스는 상기 가스홀(142)을 통해서 상기 반응 영역(320)으로 이동될 수 있다.
상기 제1 가스켓(100a)에는 상기 가스홀(142)이 형성된 부분과 대응하여 공간이 형성되어, 상기 MEA(115)와 상기 제2 분리판(312) 사이에 가스통로(340)를 형성한다. 여기서, 상기 가스통로(340)를 통해서 연료가스 또는 공기가 이동할 수 있다.
상기 가스통로(340)의 형태를 살펴보면, 상기 가스홀(142)이 형성되는 상기 제2 분리판(312)은 일정한 높이로 형성되고, 상기 제2 분리판(312)과 마주하는 상기 MEA(115)는 반응 영역(320)에서 비반응 영역(330) 방향으로 설정된 위치에서 높이가 점차 높아지고, 일정한 높이를 유지하고, 다시 점차 낮아지는 형태를 갖는다.
따라서, MEA(115)와 제1 분리판(304) 사이에서 상기 가스통로(340)의 반대측에 형성되는 공간을 줄이고, 상기 가스통로(340)의 높이를 확장시켜, 상기 MEA(115)에서 형성되는 가스에서 형성되는 응축수가 용이하게 배출되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 가스통로의 높이가 높아짐으로써 확장되는 부분을 "유로확장부"로 부를 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 연료전지에는 상기 비반응 영역(330)에서 상기 가스켓(100)이 배치되는데, 상기 가스켓(100)은 상기 제1 분리판(304)과 상기 MEA(115) 사이에 배치되는 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 분리판(312)과 상기 MEA(115) 사이에 배치되는 제2 가스켓(100b)을 포함한다.
도시한 바와 같이, 상기 가스홀(142)이 형성되지 않은 영역에서는, 상기 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 가스켓(100b)의 형태를 변형하여, 비반응 영역(330)에서 상기 MEA(115)의 높이를 조절하고, 상기 가스통로(340)의 형태를 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓의 형태를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 가스켓(100)은 상기 MEA(115)와 상기 제1 분리판(304) 사이에 개재되는 제1 가스켓(100a)과 상기 MEA(115)와 상기 제2 분리판(312) 사이에 게재되는 제2 가스켓(100b)을 포함한다.
상기 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 가스켓(100b)은 상기 MEA(115)를 중간에 두고 서로 대응하는 형태를 가지며, 수소 매니폴드(140)가 형성된 방향에 외측면(400)이 형성되고, 반응 영역(320)이 형성된 방향에 내측면(410)이 형성된다. 여기서, 공기가 지나는 공기 매니폴드가 형성된 방향에 외측면(400)이 형성되고, 반응 영역(320)이 형성된 방향에 내측면(410)이 형성될 수도 있다.
상기 제1 가스켓(100a)의 외측면은 제1 두께(T1)를 가지고, 상기 제1 가스켓(100a)의 내측면(410)은 제2 두께(T2)를 가지며, 상기 제2 가스켓(100b)의 외측면(400)은 제3 두께(T3)를 가지고, 상기 제2 가스켓(100b)의 내측면(410)은 제4두께(T4)를 갖는다.
상기 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 가스켓(100b) 사이에는 외측면(400)에서 내측면(410) 방향으로 그 높이가 변하는 경사부(420)가 형성된다. 상기 경사부(420)를 제외한 나머지는 수평방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 두께(T1)와 상기 제3 두께(T3)의 합은 상기 제2 두께(T2)와 상기 제4두께(T4)의 합과 동일하고, 상기 제3 두께(T3)보다 상기 제4두께(T4)가 더 두껍고, 상기 제4두께(T4)보다 상기 제1 두께(T1)와 상기 제2 두께(T2)의 합이 더 두껍다.
아울러, 상기 제1 가스켓(100a)과 상기 제2 가스켓(100b)의 외측면에서 내측면으로 향하는 가상의 x축을 기준으로, 외측면을 X0(0 지점)로 설정하고, 상기 가스홀(142)이 시작하는 지점을 X1으로 설정하고, 상기 가스홀(142)이 끝나는 지점을 X3로 설정하고, 상기 경사부(420)가 시작하는 지점을 X2로 설정한다.
여기서, 상기 X3의 길이는 상기 X2보다 길고, 상기 X2의 길이는 상기 X1보다 길게 설정된다.
도 5는 본 발명과 관련된 연료전지의 일부 단면도이고, 도 3과 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 분리판(312)에는 비반응 영역(330)의 일측에 가스홀(142)이 형성된다. 여기서, 상기 가스홀(142)을 통해서 공기 또는 반응가스가 공기극과 연료극에서 배출되거나 공기극과 연료극으로 공급될 수 있다.
상기 제1 가스켓(100a)에는 상기 가스홀(142)이 형성된 부분과 대응하여 공간이 형성되어, 상기 MEA(115)와 상기 제2 분리판(312) 사이에 가스통로(340)를 형성한다.
상기 가스통로(340)의 형태를 살펴보면, 일정한 높이를 가지고 형성된다. 따라서, 반응 영역(320)에서 형성되는 응축수가 용이하게 배출되기 힘들고 정체되어 가스통로(340)를 차단할 수 있으며, 연료의 공급측과 배출측 사이에 차압이 증가하고, 전체적으로 연료전지 스택의 성능이 저하될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 도 3에 기재된 바와 같이, MEA와 제1 분리판 사이에서 상기 가스통로의 반대측에 형성되는 불필요한 공간을 줄이고, 상기 가스통로의 높이를 확장시켜 유로확장부를 형성하여, 상기 MEA에서 배출되는 반응가스 및 공기에 의해서 형성되는 응축수가 용이하게 배출되도록 할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 유로확장부를 통해서 상기 MEA의 공기극과 연료극으로 공급(또는 배출)되는 반응가스 및 공기에 의해서 형성되는 응축수가 용이하게 제거될 수 있다.
본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
16: 가스 확산층 30: 앤드 플레이트
14: 연료극 10: 전해질막
12: 공기극 100a: 제1 가스켓
100b: 제2 가스켓 100: 가스켓
102: 메인 가스켓 104: 보조 가스켓
304: 제1 분리판 312: 제2 분리판
110: 분리판 115: MEA
140: 수소 매니폴드 142: 가스홀
130: 냉각수 매니폴드 120: 공기 매니폴드
330: 비반응 영역 320: 반응 영역
400: 외측면 410: 내측면
420: 경사부 340: 가스통로
T1: 제1 두께 T2: 제2 두께
T3: 제3 두께 T4: 제4 두께

Claims (16)

  1. 전해질막의 양면에 촉매층인 공기극과 연료극이 형성되는 MEA;
    상기 MEA의 일면에 배치되는 제1 분리판; 및
    상기 MEA의 타면에 배치되는 제2 분리판; 을 포함하고,
    상기 제2 분리판과 상기 MEA 사이에서 상기 공기극 또는 상기 연료극에서 가스가 배출되거나, 상기 공기극 또는 상기 연료극으로 공급되는 가스가 흐르는 가스통로가 비반응 영역에 형성되고,
    상기 가스통로는 유로확장부를 포함하고 유로확장부의 높이는 반응 영역의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 가스통로로부터 높이가 점차 높아지는 부분을 포함하는 연료전지 스택.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 MEA의 일면 측에 형성되고, 상기 유로확장부의 MEA의 타면 측은 유로의 높이가 반대로 낮아지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2분리판에는 상기 가스통로와 통하는 가스홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 MEA의 형태를 변형하여 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비반응 영역에서 상기 MEA와 상기 제1분리판 사이에 개재되는 제1가스켓; 및
    상기 제1가스켓과 대응하여 상기 MEA와 상기 제2분리판 사이에 개재되는 제2가스켓;
    을 포함하고,
    상기 제1,2가스켓의 단면 형태에 따라서 상기 MEA의 형태를 변형하여 상기 유로확장부를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1,2가스켓의 단면 형태에 따라서 상기 MEA의 형태를 변형하는 부분은 보조가스켓인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 가스켓의 외측면은 제1 두께를 가지고, 내측면은 상기 제1두께보다 얇은 제2 두께를 가지며, 상기 제2 가스켓의 외측면은 제3 두께를 가지고, 내측면은 상기 제3 두께보다 두꺼운 제4두께를 가지고 형성되며,
    상기 외측면과 상기 내측면 사이의 설정된 영역에는 상기 제1 가스켓과 상기 제2 가스켓의 두께가 변화되는 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 두께와 상기 제3 두께의 합과 상기 제2 두께와 상기 제4두께의 합은 동일한 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 연료전지 스택.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 가스통로는 상기 연료극에서 배출되는 연료가스 또는 상기 공기극에서 배출되는 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 외측면에서 상기 내측면 방향을 기준으로, 높이가 높아지는 시작점은 상기 가스홀의 영역 안에 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 가스홀의 영역의 일부와 중첩되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택
  13. 제4항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 가스홀의 영역의 전부와 중첩되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리판은 상기 MEA의 공기극이 배치된 면에 배치되고, 반응 영역에 공기가 통하는 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리판은 상기 MEA의 연료극이 배치된 면에 배치되고, 반응 영역에 연료가스가 통하는 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유로확장부는 상기 공기극 또는 상기 연료극에서 배출되는 출구에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
KR1020160097320A 2016-07-29 2016-07-29 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택 KR101896321B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160097320A KR101896321B1 (ko) 2016-07-29 2016-07-29 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택
US15/373,164 US10535885B2 (en) 2016-07-29 2016-12-08 Fuel cell stack having improved condensate management
DE102016124313.2A DE102016124313A1 (de) 2016-07-29 2016-12-14 Brennstoffzellenstapel mit verbessertem Kondensat-Management

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160097320A KR101896321B1 (ko) 2016-07-29 2016-07-29 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180013502A KR20180013502A (ko) 2018-02-07
KR101896321B1 true KR101896321B1 (ko) 2018-09-07

Family

ID=60951438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160097320A KR101896321B1 (ko) 2016-07-29 2016-07-29 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10535885B2 (ko)
KR (1) KR101896321B1 (ko)
DE (1) DE102016124313A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102602415B1 (ko) * 2018-09-04 2023-11-14 현대자동차주식회사 전극막접합체

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011154799A (ja) * 2010-01-26 2011-08-11 Toyota Motor Corp 燃料電池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0168312B1 (ko) 1996-05-10 1999-01-15 전송국 선박 엔진격벽 용접용 고정장치
JP2006024404A (ja) 2004-07-07 2006-01-26 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2010182624A (ja) 2009-02-09 2010-08-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
KR101134429B1 (ko) 2009-08-10 2012-04-10 기아자동차주식회사 기밀 유지용 가스켓을 갖는 연료전지용 분리판
JP5884845B2 (ja) * 2013-09-30 2016-03-15 ブラザー工業株式会社 燃料電池及びセパレータ
DE102013020732C9 (de) 2013-12-10 2020-08-06 Refratechnik Holding Gmbh Verwendung eines grobkeramischen, feuerfesten Erzeugnisses
KR101601382B1 (ko) 2013-12-31 2016-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 금속분리판

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011154799A (ja) * 2010-01-26 2011-08-11 Toyota Motor Corp 燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20180034084A1 (en) 2018-02-01
DE102016124313A1 (de) 2018-02-01
US10535885B2 (en) 2020-01-14
KR20180013502A (ko) 2018-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101361298B1 (ko) 연료전지용 다공성 분리판
US7759014B2 (en) Fuel cell having a seal member
KR100830980B1 (ko) 연료 전지용 스택
US20190131635A1 (en) Cell Frame for Fuel Cell and Fuel Cell Stack Using the Same
KR100993638B1 (ko) 연료전지용 금속분리판
JP6308575B2 (ja) 燃料電池
JP4872252B2 (ja) 燃料電池
KR101896321B1 (ko) 응축수가 용이하게 배출되는 연료전지 스택
US20050031934A1 (en) Fuel cell
JP2009104987A (ja) 燃料電池
JP2006216294A (ja) 燃料電池セルとその製造方法
US20160315332A1 (en) Bipolar plate having half plates of varying thickness and fuel cell stack having same
JP6170317B2 (ja) 燃料電池
KR100869805B1 (ko) 연료 전지용 스택
US9923228B2 (en) Fuel cell
JP2008293953A (ja) 燃料電池用スタック
US11870107B2 (en) Fuel cell stack
JP5443254B2 (ja) 燃料電池
JP5123824B2 (ja) 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの運転方法
US20180175413A1 (en) Cell frame for fuel cell
JP2008166237A (ja) 燃料電池、燃料電池を構成するシール一体部材、および、その製造方法
KR102287321B1 (ko) 연료전지 스택
KR20170003268A (ko) 연료전기 스택
KR20230155745A (ko) 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 분리판 조립체와 연료전지 스택
JP5781969B2 (ja) 燃料電池

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