KR101983912B1 - 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지 - Google Patents

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KR101983912B1
KR101983912B1 KR1020170172823A KR20170172823A KR101983912B1 KR 101983912 B1 KR101983912 B1 KR 101983912B1 KR 1020170172823 A KR1020170172823 A KR 1020170172823A KR 20170172823 A KR20170172823 A KR 20170172823A KR 101983912 B1 KR101983912 B1 KR 101983912B1
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엄석기
김아름
정성재
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

연료 전지가 개시된다. 연료 전지는 막-전극 접합체; 상기 막-전극 접합체의 일 면에 제공된 기체 확산층; 및 반응 기체를 상기 기체 확산층으로 공급하며, 상기 기체 확산층과 마주하는 일 면에 복수의 구조체들이 서로 이격하여 형성된 분리판을 포함하되, 상기 구조체들 각각은, 상기 분리판의 일 면을 따라 흐르는 상기 반응 기체의 유동을 상기 기체 확산층 측으로 변경하는 종방향 유도부; 및 상기 종방향 유도부로부터 연장되며, 상기 가스 확산층과 접촉하는 상면에 상기 반응 기체가 흐르는 횡방향 유로가 형성된 횡방향 유도부를 포함한다.

Description

분리판 및 이를 포함하는 연료 전지{Separator and fuel cell including the separator}
본 발명은 연료 전지에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 기체 확산층 내에 종방향 및 횡방향으로 반응 기체의 유동을 형성할 수 있는 연료 전지에 관한 것 이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료와 산화제의 전기 화학반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환 장치이며, 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능한 장점이 있다.
수소 이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 낮은 약 100℃ 이하의 작동온도를 가지며, 에너지 전환 효율과 출력밀도가 높고 응답특성이 빠른 장점이 있다. 뿐만 아니라, 소형화가 가능하기 때문에 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 제공될 수 있다.
고분자 전해질 연료전지 스택은 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 각각 도포되어 형성된 전극층을 구비하는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 기체들을 반응 영역 전체에 걸쳐 고르게 분포시키고, 애노드 전극의 산화반응에 의해 발생된 전자를 캐소드 전극 쪽으로 전달하는 역할의 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 기체들을 기체 확산층으로 공급하고, 전기화학 반응에 의해 발생된 물을 외부로 배출시키는 분리판(bipolar plate), 분리판 또는 막-전극 접합체의 반응 영역 외주에 배치되어 반응 기체 및 냉각수의 누출을 방지하는, 탄성을 갖는 고무 소재의 가스켓(gasket)을 포함할 수 있다.
한국등록특허 제10-0434779호에는 분리판의 유로를 미세하게 가공하여 기체 확산층으로 반응 기체의 확산을 촉진시키는 분리판이 개시된다.
그러나 상기 분리판은 유로를 통해서만 반응 기체들이 기체 확산층과 접촉하므로, 접촉 면적이 매우 감소하여 전기 전도도 측면에서의 전기저항이 급격히 증가한다. 또한, 반응 기체들은 유로 내에서 횡방향 유동이 발생하므로, 촉매층으로 반응 기체들이 충분히 공급되지 못하는 한계가 있다.
본 발명은 기체 확산층 내에서 반응 기체들의 종방향 유동 및 횡방향 유동이 형성될 수 있는 연료 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 반응 기체의 유동에 가스 확산층으로의 속도 성분을 부여하여, 반응 기체의 물질전달을 촉진할 수 있는 연료 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 전기화학반응에서 발생된 응축수를 용이하게 배출할 수 있는 연료 전지를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료 전지는 막-전극 접합체; 상기 막-전극 접합체의 일 면에 제공된 기체 확산층; 및 반응 기체를 상기 기체 확산층으로 공급하며, 상기 기체 확산층과 마주하는 일 면에 복수의 구조체들이 서로 이격하여 형성된 분리판을 포함하되, 상기 구조체들 각각은, 상기 분리판의 일 면을 따라 흐르는 상기 반응 기체의 유동을 상기 기체 확산층 측으로 변경하는 종방향 유도부; 및 상기 종방향 유도부로부터 연장되며, 상기 가스 확산층과 접촉하는 상면에 상기 반응 기체가 흐르는 횡방향 유로가 형성된 횡방향 유도부를 포함한다.
또한, 상기 종방향 유도부는 상기 분리판의 일 면과 접하는 선단으로부터 상기 횡방향 유도부와 연결되는 후단으로 갈수록 점차 높이가 높아지는 경사면을 가질 수 있다.
또한, 상기 경사면은 볼록한 곡면일 수 있다.
또한, 상기 경사면은 오목한 곡면일 수 있다.
또한, 상기 횡방향 유도부에는 상기 경사면을 따라 형성되며 상기 횡방향 유로와 연결되는 종방향 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 구조체들 각각은, 상기 반응 기체의 흐름방향으로 상기 종방향 유도부가 전방에 위치하고, 상기 횡방향 유도부가 후방에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료 전지용 분리판은 일면에 구조체가 형성되되, 상기 구조체는, 상기 일면으로부터 상향 경사진 경사면을 갖는 종방향 유도부; 및 상기 종방향 유도부로부터 연장되며, 상면에 복수의 횡방향 유로가 서로 나란하게 형성된 횡방향 유도부를 가질 수 있다.
또한, 상기 횡방향 유로들은 상기 일면과 나란하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 종방향 유도부에는 상기 횡방향 유로와 연결되는 종방향 유로가 상기 경사면을 따라 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 구조체의 종방향 유도부에 의해 반응 기체의 종방향 유동이 형성되고, 횡방향 유도부에 의해 반응 기체의 횡방향 유동이 형성되어, 기체 확산층 내에서는 반응 기체들의 종방향 유동 및 횡방향 유동이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기체 확산층 내에서 반응 기체들의 종방향 유동 및 횡방향 유동의 형성은 반응 기체의 확산뿐만 아니라 대류의 발생시켜 물질 및 열전달 성능이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 횡방향 유로를 따라 흐르는 반응 기체들에 의해 응축수가 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 일부를 나타내는 도면다.
도 2은 도 1의 분리판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층에서의 반응 기체의 유동을 나타낸 시뮬레이션 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기체 확산층 내의 반응 기체의 유동을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층의 단면을 통과하는 반응 기체의 압력분포를 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층의 단면을 통과하는 반응 기체의 유량을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 일부를 나타내는 도면이고, 도 2은 도 1의 분리판을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연료 전지(100)는 막-전극 접합체(10), 기체 확산층(20), 그리고 분리판(30)을 포함한다.
막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, 10)는 전해질 막, 애노드 전극, 그리고 캐소드 전극의 접합체이다.
기체 확산층(20)은 막-전극 접합체(10)의 일 면에 제공된다. 기체 확산층(20)은 상기 전극들의 촉매층에 반응 기체를 공급한다. 또한, 기체 확산층(20)은 상기 애노드 전극의 산화반응에 의해 발생된 전자가 캐소드 전극 쪽으로 이동하는 채널을 제공한다.
분리판(30)은 기체 확산층(20)의 일 면에 제공된다. 분리판(30)은 반응 기체(g)를 기체 확산층(20)으로 공급하고, 전기화학반응에서 발생된 응축수를 외부로 배출시킨다.
분리판(30)에는 기체 확산층(20)과 마주하는 일 면(31)에 복수 개의 구조체(40)들이 형성된다. 구조체(40)들은 서로 이격하여 분리판 일 면(31)의 전체 영역에 균일한 간격으로 형성될 수 있다. 구조체(40)들은 분리판(30)의 폭 방향으로 복수의 행으로 배열될 수 있다. 각 행에 배열된 구조체(40)들은 전방 또는 후방에 제공된 구조체(40)들과 어긋나 위치할 수 있다. 구체적으로, 전방 행에 위치하는 구조체(40)들 사이에 후방 행에 위치하는 구조체(40)들이 위치할 수 있다. 이러한 구조체(40)들의 배열에 의해 반응 기체(g)들은 구조체(40)들 사이 영역을 교차하며 유동한다.
이하, 구조체의 다양한 실시 예들에 대해 설명한다.
도 3은 제1실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다. 도 3의 (A)는 구조체의 사시도를 나타내고, (B)는 구조체의 단면도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 구조체(40a)들 각각은 종방향 유도부(41)와 횡방향 유도부(42)를 갖는다. 종방향 유도부(41)는 횡방향 유도부(42)의 전방에 위치한다. 종방향 유도부(41)는 반응 기체(g)의 유동 방향을 기체 확산층(20) 측으로 변경한다. 종방향 유도부(41)는 분리판(30)의 일면(31)과 접하는 전단으로부터 횡방향 유도부(42)와 연결되는 후단으로 갈수록 점차 높이가 높아지는 경사면(43)을 갖는다. 실시 예에 의하면, 경사면(43)은 전방으로 볼록한 곡면으로 제공된다. 구체적으로, 경사면(43)은 낮은 높이에서 가파른 경사를 갖고, 높이가 높아질수록 점차 완만한 경사를 갖는다. 경사면(43)에는 종방향 유로(44)가 형성된다. 종방향 유로(44)는 소정 깊이로 경사면(43)의 경사방향을 따라 형성되며, 복수 개가 서로 나란하게 배치된다. 종방향 유로(44)는 반응 기체(g)가 유동하는 통로를 제공한다. 반응 기체(g)는 경사면(43) 및 종방향 유로(44)를 따라 기체 확산층(20) 측으로 상승한다. 이러한 반응 기체(g)의 유동은 기체 확산층(20) 내에 종방향 유동을 형성한다. 그리고 반응 기체(g)의 유동은 종방향 유도부(41)의 경사면(43)에 의해 가스 확산층(20)을 향하는 속도성분이 부여되므로, 가스 확산층(20)에서 반응 기체(g)의 물질 전달이 촉진된다.
횡방향 유도부(42)는 종방향 유도부(41)로부터 후방으로 연장된다. 횡방향 유도부(42)의 상면은 종방향 유도부(41)의 후단과 동일한 높이에서 분리판(30)의 일 면(31)과 나란하게 제공된다. 횡방향 유도부(42)의 상면에는 횡방향 유로(45)가 형성된다. 횡방향 유로(45)는 소정 깊이로, 복수 개가 서로 나란하게 배치된다. 횡방향 유로(45)들은 종방향 유로(44)들과 각각 연결되며, 반응 기체(g)가 유동하는 통로를 제공한다. 횡방향 유로(42)들을 따라 흐르는 반응 기체(g)의 유동은 기체 확산층(20) 내에 횡방향 유동을 형성한다. 연료 전지(100)는 스택 공정에서 고압으로 압착되는데, 이 과정에서 횡방향 유도부(42)의 상면은 기체 확산층(20)에 밀착된다. 횡방향 유로(42)들은 횡방향 유도부(42)와 기체 확산층(20) 사이에 반응 기체(g)가 흐르는 유로를 확보함으로써, 기체 확산층(20) 내에 반응 기체(g)의 횡방향 유동을 형성한다. 또한, 횡방향 유로(42)는 전기화학반응에서 발생된 응축수가 배출되는 유로로 제공되며, 응축수의 원활한 배출을 용이하게 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다. 도 4의 (A)는 구조체의 사시도를 나타내고, (B)는 구조체의 단면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 구조체(40b)는 종방향 유도부(41)와 횡방향 유도부(42)를 가지며, 종방향 유도부(41)의 경사면(43)은 분리판(30)의 일 면(31)에 대해 일정한 경사각을 갖는다. 경사면(43)은 종방향 유도부(41)의 전단에서 후단으로 갈수록 일정하게 높이가 증가한다.
종방향 유도부(41)의 경사면(43)에 형성된 종방향 유로(44)는 반응 기체(g)를 점진적으로 기체 확산층(20) 측으로 상승시키고, 횡방향 유도부(42)의 상면에 형성된 횡방향 유로(42)들은 횡방향 유도부(42)와 기체 확산층(20) 사이에 반응 기체(g)가 흐르는 유로를 제공함으로써, 기체 확산층(20) 내에 반응 기체(g)의 횡방향 유동을 형성한다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다. 도 5의 (A)는 구조체의 사시도를 나타내고, (B)는 구조체의 단면도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 구조체(40c)는 종방향 유도부(41)와 횡방향 유도부(42)를 가지며, 종방향 유도부(41)의 경사면(43)은 낮은 높이에서 완만한 경사를 갖고, 높이가 높아질수록 급격한 경사를 갖는다. 종방향 유도부(41)의 경사면(43)에 형성된 종방향 유로(44)는 반응 기체(g)의 유동 경사각을 점진적으로 증가시키고, 기체 확산층(20)에 수직방향으로 반응 기체(g)를 제공한다. 이로 인해, 기체 확산층(20) 내에는 반응 기체(g)의 종방향 유동이 형성된다.
횡방향 유도부(42)의 상면에 형성된 횡방향 유로(42)들은 횡방향 유도부(42)와 기체 확산층(20) 사이에 반응 기체(g)가 흐르는 유로를 제공함으로써, 기체 확산층(20) 내에 반응 기체(g)의 횡방향 유동을 형성한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 구조체를 나타내는 도면이다. 도 6의 (A)는 구조체의 사시도를 나타내고, (B)는 구조체의 단면도를 나타낸다
도 6을 참조하면, 구조체(40d)는 종방향 유도부(41)와 횡방향 유도부(42)를 가지며, 종방향 유도부(41)의 경사면(43)에는 복수의 돌출부(46)가 형성되며, 돌출부(46)들 사이 공간은 종방향 유로(44)로 제공된다. 돌출부(46)는 분리판(30)의 일 면(31)으로부터 소정 높이에서 시작되며, 경사면(43)을 따라 횡방향 유도부(42)의 상면으로 연장된다. 반응 기체(g)는 경사면(43) 및 종방향 유로(44)를 따라 기체 확산층(20) 측으로 상승한다. 이러한 반응 기체(g)의 유동은 기체 확산층(20) 내에 종방향 유동을 형성한다.
횡방향 유도부(42)의 상면에 형성된 횡방향 유로(42)들은 횡방향 유도부(42)와 기체 확산층(20) 사이에 반응 기체(g)가 흐르는 유로를 제공함으로써, 기체 확산층(20) 내에 반응 기체(g)의 횡방향 유동을 형성한다.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층에서의 반응 기체의 유동 및 속도분포를 나타낸 시뮬레이션 도면이다.
도 7을 참조하면, 반응 기체들이 종방향 유도부의 경사면을 따라 기체 확산층으로 종방향 유동을 형성한다. 그리고 반응 기체들이 횡방향 유도부의 횡방향 유로를 따라 횡방향 유동을 형성하며, 이에 의해 기체 확산층 내에서 반응 기체들의 횡방향 유동이 형성된다. 반응 기체들은 기체 확산층 내에서 균일한 속도 분포를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기체 확산층 내의 반응 기체의 유동을 나타내는 그래프이다. 가로축은 기체 확산층의 투과율을 나타내고, 세로축은 기체 확산층 내에서의 반응 기체의 유동을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 구조체의 형성으로, 기체 확산층(30) 내에서 반응 기체(g)의 유량이 증가됨을 알 수 있다. 반응 기체(g)의 유량 증가는 기체 확산층(20) 내에서 반응 기체(g)의 확산뿐만 아니라 대류를 발생시켜 물질 및 열전달 성능을 향상시킨다.
도 9는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층의 단면을 통과하는 반응 기체의 압력분포를 비교한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 제1 내지 제4 실시 예에 따른 구조체를 적용하는 경우, 기체 확산층의 단면을 통과하는 반응 기체의 유량을 비교한 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 구조체의 적용 시, 기체 확산층(GDL) 내에서 반응 기체의 횡방향 유동이 발생됨을 알 수 있다. 구체적으로, 제1 실시 예의 구조체의 경우, 제2 및 제3 실시 예의 구조체에 비해, 기체 확산층으로 전달되는 반응 기체의 유량이 약 24% 증가됨을 알 수 있다. 또한, 제1 실시예에 따른 구조체의 경우, 제4 실시 예에 따른 구조체에 비해 기체 확산층의 단면을 통과하는 반응 기체의 유량이 약 6.5% 증가함을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 연료 전지
10: 막-전극 접합체
20: 기체 확산층
30: 분리판
40: 구조체
41: 종방향 유도부
42: 횡방향 유도부
44: 종방향 유로
45: 횡방향 유로

Claims (9)

  1. 막-전극 접합체;
    상기 막-전극 접합체의 일 면에 제공된 기체 확산층; 및
    반응 기체를 상기 기체 확산층으로 공급하며, 상기 기체 확산층과 마주하는 일 면에 복수의 구조체들이 서로 이격하여 형성된 분리판을 포함하되,
    상기 구조체들 각각은,
    상기 분리판의 일 면을 따라 흐르는 상기 반응 기체의 유동을 상기 기체 확산층 측으로 변경하는 종방향 유도부; 및
    상기 종방향 유도부로부터 연장되며, 상기 기체 확산층과 접촉하는 상면에 상기 반응 기체가 흐르는 횡방향 유로가 형성된 횡방향 유도부를 포함하는 연료 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 종방향 유도부는 상기 분리판의 일 면과 접하는 선단으로부터 상기 횡방향 유도부와 연결되는 후단으로 갈수록 점차 높이가 높아지는 경사면을 갖는 연료 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면은 볼록한 곡면인 연료 전지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면은 오목한 곡면인 연료 전지.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 횡방향 유도부에는 상기 경사면을 따라 형성되며 상기 횡방향 유로와 연결되는 종방향 유로가 형성된 연료 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체들 각각은,
    상기 반응 기체의 흐름방향으로 상기 종방향 유도부가 전방에 위치하고, 상기 횡방향 유도부가 후방에 위치하는 연료 전지.
  7. 일면에 구조체가 형성되되,
    상기 구조체는,
    상기 일면으로부터 상향 경사진 경사면을 갖는 종방향 유도부; 및
    상기 종방향 유도부로부터 연장되며, 상면에 복수의 횡방향 유로가 서로 나란하게 형성된 횡방향 유도부를 갖는 연료 전지용 분리판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 횡방향 유로들은 상기 일면과 나란하게 배치되는 연료 전지용 분리판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 종방향 유도부에는 상기 횡방향 유로와 연결되는 종방향 유로가 상기 경사면을 따라 형성되는 연료 전지용 분리판.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019220534A1 (de) * 2019-12-23 2021-06-24 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische Zelle mit einer Verteilerplatte
WO2022089899A1 (de) * 2020-10-29 2022-05-05 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische zelle und verfahren zur herstellung einer elektrochemischen zelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011150801A (ja) * 2010-01-19 2011-08-04 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池
WO2012035585A1 (ja) * 2010-09-16 2012-03-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ、燃料電池、燃料電池の製造方法
JP2017201617A (ja) * 2016-04-27 2017-11-09 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス流路形成板および燃料電池スタック

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011150801A (ja) * 2010-01-19 2011-08-04 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池
WO2012035585A1 (ja) * 2010-09-16 2012-03-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ、燃料電池、燃料電池の製造方法
JP2017201617A (ja) * 2016-04-27 2017-11-09 トヨタ車体株式会社 燃料電池用ガス流路形成板および燃料電池スタック

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019220534A1 (de) * 2019-12-23 2021-06-24 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische Zelle mit einer Verteilerplatte
WO2022089899A1 (de) * 2020-10-29 2022-05-05 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische zelle und verfahren zur herstellung einer elektrochemischen zelle

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