KR102100053B1 - Seperator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 분리판에 관한 것으로, 반응기체의 유동 방향을 따라 요철 형상으로 반복되어 형성되고, 반응기체가 통과하는 복수개의 유로홀이 형성되며, 일측이 가스확산층에 접촉되는 다공체판과, 다공체판의 타측에 접촉되는 평판을 포함하며, 다공체판은 가스확산층에 접촉되는 제1 접촉부와, 평판에 접촉되는 제2 접촉부를 포함하며, 제1 접촉부는 제2 접촉부보다 더 넓은 면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a separation plate for a fuel cell, it is formed repeatedly in a concave-convex shape along the flow direction of the reactor body, a plurality of flow path holes are formed through which the reactor body passes, and one side is a porous body plate contacting the gas diffusion layer, It includes a flat plate in contact with the other side of the porous plate, the porous plate includes a first contact portion in contact with the gas diffusion layer, a second contact portion in contact with the flat plate, the first contact portion is formed with a larger area than the second contact portion It is characterized by.
Description
본 발명은 연료전지용 분리판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피어싱 가공에 의해 형성되는 유로홀의 패턴 및 배치를 개선함으로써, 가스확산층의 파손을 방지할 수 있는 연료전지용 분리판에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly, to a separator for a fuel cell that can prevent damage to a gas diffusion layer by improving the pattern and arrangement of a flow path hole formed by piercing processing.
일반적으로 연료전지 스택은 가장 안쪽에 전극막 접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 전극막 접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)로 구성되어 있다. 또한, 전극막 집합체의 양측에는 가스확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 배치되고, 가스확산층의 양측에는 연료를 공급하고, 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 다수의 유로홀(Flow Field Hole)이 형성된 다공체판과 평판으로 구성된 분리판이 배치되며, 가장 바깥쪽에는 각 구성들을 지지 및 고정시키기 위한 엔드 플레이트(End plate)가 결합된다.In general, the fuel cell stack is located at the innermost electrode membrane assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly), the electrode membrane assembly is a polymer electrolyte membrane capable of moving hydrogen cations (Proton), and hydrogen on both sides of the polymer electrolyte membrane It is composed of a catalyst layer applied to react with and oxygen, that is, a cathode and an anode. In addition, a gas diffusion layer (GDL) is disposed on both sides of the electrode membrane assembly, and a plurality of flow field holes are provided on both sides of the gas diffusion layer to supply fuel and discharge water generated by the reaction. A separation plate composed of the formed porous body plate and a flat plate is disposed, and an end plate for supporting and fixing the respective components is combined at the outermost side.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2013-0066795호(2013.06.21 공개, 발명의 명칭: 연료전지용 다공성 분리판)에 개시되어 있다.Background art of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0066795 (2013.06.21 published, the name of the invention: porous separator for fuel cells).
본 발명의 일 실시예는 피어싱 가공에 의해 형성되는 유로홀의 패턴 및 배치를 개선함으로써, 가스확산층의 파손을 방지할 수 있는 연료전지용 분리판을 제공하는 것이다. An embodiment of the present invention is to provide a separator for a fuel cell capable of preventing the gas diffusion layer from being damaged by improving the pattern and arrangement of the flow path holes formed by piercing.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판은: 반응기체의 유동 방향을 따라 요철 형상으로 반복되어 형성되고, 반응기체가 통과하는 복수개의 유로홀이 형성되며, 일측이 가스확산층에 접촉되는 다공체판과, 다공체판의 타측에 접촉되는 평판을 포함하며, 다공체판은 가스확산층에 접촉되는 제1 접촉부와, 평판에 접촉되는 제2 접촉부를 포함하며, 제1 접촉부는 제2 접촉부보다 더 넓은 면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The separation plate for a fuel cell according to the present invention is formed repeatedly in a concave-convex shape along the flow direction of the reactor body, a plurality of flow path holes through which the reactor body passes, and one side is a porous body plate that contacts the gas diffusion layer, and a porous body It includes a flat plate in contact with the other side of the plate, the porous plate includes a first contact portion in contact with the gas diffusion layer, a second contact portion in contact with the flat plate, the first contact portion is formed to a larger area than the second contact portion It is characterized by.
또한, 제1 접촉부와 가스확산층의 접촉 면적은 제2 접촉부와 평판의 접촉 면적보다 더 넓은 것을 특징으로 한다.Further, the contact area between the first contact portion and the gas diffusion layer is larger than the contact area between the second contact portion and the flat plate.
또한, 다공체판은 제1 폭을 갖도록 형성되는 제1 접촉부와 유로홀과 제2 폭을 갖도록 형성되는 제2 접촉부를 하나의 단위체로 하여 단위체가 반복되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the porous body plate is characterized in that the unit is repeatedly formed by using the first contact portion formed to have a first width and the second contact portion formed to have a flow path hole and a second width as one unit.
또한, 제2 폭은 제1 폭 대비 1.5 내지 2.5배의 크기를 갖는 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second width is characterized in that it is formed at a ratio having a size of 1.5 to 2.5 times the first width.
또한, 유로홀은 단부가 가스확산층으로부터 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the flow path hole is characterized in that the end is formed spaced apart from the gas diffusion layer.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판은, 피어싱 가공에 의해 형성되는 유로홀의 패턴 및 배치를 개선함으로써, 가스확산층의 파손을 방지할 수 있다.The separator for a fuel cell according to the present invention can prevent breakage of the gas diffusion layer by improving the pattern and arrangement of the flow path holes formed by piercing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 3의 A-A' 선에 의한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판의 제조 장치와 다공체판에 형성된 유로홀의 패턴 및 배치를 나타낸 도면이다. 1 is a perspective view showing a porous body plate applied to a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3.
3 is a plan view showing a porous body plate applied to a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a pattern and arrangement of a flow path hole formed in the porous body plate manufacturing apparatus and the porous body plate applied to the separation plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a separator for a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판을 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 3의 A-A' 선에 의한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판을 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판의 제조 장치와 다공체판에 형성된 유로홀의 패턴 및 배치를 나타낸 도면이다. 1 is a perspective view showing a porous body plate applied to a separation plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3, and FIG. 3 is a fuel according to an embodiment of the present invention It is a plan view showing a porous body plate applied to a separator for a battery, and FIG. 4 is a view showing a pattern and arrangement of a flow path hole formed in the porous body plate and an apparatus for manufacturing a porous body plate applied to a separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판은 반응기체의 유동 방향[화살표(F) 방향]을 따라 요철 형상으로 반복되어 형성되고, 반응기체가 통과하는 복수개의 유로홀(130)이 반응기체의 유동 방향을 따라 요철 형상으로 반복되어 형성되고, 반응기체가 통과하는 복수개의 유로홀(130)이 형성되며, 일측이 가스확산층(G)에 접촉되는 다공체판(100)과, 다공체판(100)의 타측에 접촉되는 평판(200)을 포함하며, 다공체판(100)은 가스확산층(G)에 접촉되는 제1 접촉부(110)와, 평판(200)에 접촉되는 제2 접촉부(120)를 포함하며, 제1 접촉부(110)는 제2 접촉부(120)보다 더 넓은 면적으로 형성된다.1 to 4, the separation plate for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is repeatedly formed in a concave-convex shape along the flow direction (arrow (F) direction) of the reactor body, and the plurality of reactor bodies pass through A plurality of
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 도 3 및 도 5에 도시된 것처럼, 길이 방향(반응기체의 유동 방향)을 따라 상향 경사진 면과 하향 경사진 면이 반복 형성된 형태로 이루어지며, 도 4에 도시된 것처럼, 웨이브 파형 단면을 갖도록 형성된다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 금속판에 피어싱 가공 등의 공정을 이용하여 복수개의 유로홀(130)을 관통 형성하는 과정을 거친 후, 도 6에 도시된 것처럼, 상부 금형(1)과 하부 금형(2)으로 이루어진 프레스 금형에 의해 프레싱하는 과정을 통하여 제작된다.The
복수개의 유로홀(130)은 도 4에 도시된 것처럼, 그 단부가 가스확산층(G)으로부터 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4, the plurality of
종래의 경우, 유로홀(130) 단부의 날카로운 부분이 가스확산층(G)에 접촉되어 가스확산층(G)이 손상되는 문제점이 있었지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 복수개의 유로홀(130)을 형성함에 있어서, 그 단부가 가스확산층(G)으로부터 이격되도록 형성함으로써, 가스확산층(G)의 손상을 방지할 수 있으며, 유로홀(130)의 단부 주변에 대한 별도의 표면 처리 공정을 실시하지 않더라도 유로홀(130)의 단부에 의해 가스확산층(G)이 손상되지 않을 수 있게 된다.In the conventional case, there is a problem in that the sharp portion of the end of the
따라서 표면 처리 공정에 대한 삭제로 공정 비용과 물류비용을 포함한 제반 비용을 절감할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to reduce the overall cost including process cost and logistics cost by eliminating the surface treatment process.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)에 관통 형성되는 유로홀(130)은 폭방향[화살표(D) 방향]을 따라 등간격으로 형성되고, 반응기체의 유동 방향[화살표(F) 방향]을 따라서는 넓은 간격과 좁은 간격이 순차적으로 반복되도록 형성되어 지그재그로 배열된다.The
이렇게 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 연료전지의 가스확산층(G) 바깥쪽면에 밀착되어, 수소 또는 공기가 흐르는 수소 또는 공기 채널 역할을 하게 된다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)이 수소 또는 공기 채널 역할을 할 때, 수소 또는 공기가 외부로 누설되지 않도록 다공체판(100)을 밀폐시켜야 하며, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 평판(200)은 다공체판(100)의 외표면에 접합되며, 금속 재질의 평평한 형상으로 이루어진다.When the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 가스확산층(G)에 접촉되는 제1 접촉부(110)와, 평판(200)에 접촉되는 제2 접촉부(120)를 포함하며, 제1 접촉부(110)는 제2 접촉부(120)보다 더 넓은 면적을 갖는다.The
또한, 제1 접촉부(110)와 가스확산층(G)의 접촉 면적은 제2 접촉부(120)와 평판(200)의 접촉 면적보다 더 넓도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the contact area between the
제1 접촉부(110)와 가스확산층(G)의 접촉 면적이 제2 접촉부(120)와 평판(200)의 접촉 면적보다 더 넓기 때문에, 제1 접촉부(110)로부터 가스확산층(G)으로 작용하는 접촉 압력이 감소되어 가스확산층(G)의 내구성이 향상될 수 있다.Since the contact area between the
반면, 제2 접촉부(120)의 경우, 다공체판(100)의 제1 접촉부(110)와 제2 접촉부(120)의 비대칭 형상으로 인해, 제1 접촉부(110)보다 더 좁은 접촉 면적을 갖게 되며, 제2 접촉부(120)와 접촉되는 평판(200)은 금속 재질로 이루어지기 때문에 접촉 압력이 증가하더라도 내구성에 별다른 영향을 미치지 못하게 된다.On the other hand, in the case of the
제1 접촉부(110)는 다공체판(100)의 상향 경사진 면과 하향 경사진 면이 서로 일체가 되는 부분(웨이브 파형 단면의 초고점)이며, 가스확산층(G)에 면접촉된다.The
제2 접촉부(120)는 다공체판(100)의 상향 경사진 면과 하향 경사진 면이 서로 일체가 되는 부분(웨이브 파형 단면의 초저점)이며, 평판(200)에 면접촉된다.The
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판에 적용된 다공체판(100)은 제1 폭(L1)을 갖도록 형성되는 제1 접촉부(110)와 유로홀(130)과 제2 폭(L2)을 갖도록 형성되는 제2 접촉부(120)를 하나의 단위체(U)로 하여 단위체(U)가 반복되는 형태로 이루어진다.2 and 4, the
제2 폭(L2)은 제1 폭(L1) 대비 1.5 내지 2.5배의 크기를 갖는 비율로 형성되는 것이 바람직하다.The second width L2 is preferably formed at a ratio having a size of 1.5 to 2.5 times the first width L1.
제2 폭(L2)이 제1 폭(L1) 대비 1.5배 미만일 경우, 제1 접촉부(110)와 가스확산층(G)의 접촉 면적이 부족하여 유로홀(130)의 단부가 가스확산층(G)에 노출될 수 있으며, 제2 폭(L2)이 제1 폭(L1) 대비 2.5배 초과일 경우, 압축 강성이 부족해져서 파단 등의 기계적 손상이 발생할 수 있다.If the second width (L2) is less than 1.5 times the first width (L1), the contact area between the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판은 고분자 전해질막과 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)로 구성된 전극막 접합체 및 가스확산층과 더불어 연료전지 스택의 하나의 셀 즉,유니트 셀을 구성한다.As described above, the separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes an electrode membrane assembly and a gas diffusion layer composed of a polymer electrolyte membrane and a cathode and an anode, and one cell of a fuel cell stack, that is, a unit cell Make up.
그리고 연료전지 스택은 수십에서 수백 개의 유니트 셀이 적층된 것으로서, 연료전지를 구성하는 다수의 셀을 적층할 때, 각 셀의 평판(200)과 평판(200) 사이공간은 가스켓(미도시됨)에 의하여 밀폐되는 냉각수 채널(미도시)로 형성된다.And the fuel cell stack is a stack of dozens to hundreds of unit cells, and when stacking a plurality of cells constituting a fuel cell, the space between the
따라서, 연료전지 스택의 캐소드 또는 애노드로 공기 또는 수소가 공급되면, 공기 또는 수소는 다공체판(100)의 반응기체의 유동 방향 중 일 방향을 따라 상향 흐름되는 동시에 타 방향을 따라 하향 흐름되면서 상하방향 유동을 하게 되고, 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.Accordingly, when air or hydrogen is supplied to the cathode or anode of the fuel cell stack, the air or hydrogen flows upward along one direction among the flow directions of the reactant body of the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 피어싱 가공에 의해 형성되는 유로홀의 패턴 및 배치를 개선함으로써, 가스확산층의 파손을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, damage to the gas diffusion layer can be prevented by improving the pattern and arrangement of the flow path holes formed by the piercing process.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can various modifications and equivalent other embodiments from this. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.
100: 다공체판 110: 제1 접촉부
120: 제2 접촉부 130: 유로홀
200: 평판 G: 가스확산층
L1: 제1 폭 L2: 제2 폭100: porous plate 110: first contact portion
120: second contact portion 130: Euro hole
200: plate G: gas diffusion layer
L1: first width L2: second width
Claims (5)
상기 다공체판의 타측에 접촉되는 평판;을 포함하며,
상기 유로홀은 상기 다공체판의 폭방향을 따라 등간격으로 형성되고, 반응기체의 유동 방향을 따라서는 넓은 간격과 좁은 간격이 순차적으로 반복되도록 형성되어 지그재그로 배열되며,
상기 다공체판은 상기 가스확산층에 접촉되는 제1 접촉부와, 상기 평판에 접촉되는 제2 접촉부를 포함하며, 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부는 비대칭 형상으로 형성되며, 상기 제1 접촉부는 상기 제2 접촉부보다 더 넓은 면적으로 형성되고, 상기 제1 접촉부와 상기 가스확산층의 접촉 면적은 상기 제2 접촉부와 상기 평판의 접촉 면적보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
A porous body plate that is repeatedly formed in an uneven shape along the flow direction of the reactor body, a plurality of flow path holes through which the reactor body passes, and one side contacting the gas diffusion layer; And
It includes; a flat plate in contact with the other side of the porous plate;
The flow path hole is formed at equal intervals along the width direction of the porous body plate, and is formed in a zigzag manner such that a wide gap and a narrow gap are sequentially repeated along the flow direction of the reactor body,
The porous plate includes a first contact portion contacting the gas diffusion layer and a second contact portion contacting the flat plate, wherein the first contact portion and the second contact portion are formed in an asymmetrical shape, and the first contact portion is the first contact portion. It is formed with a larger area than the two contact portions, the contact area of the first contact portion and the gas diffusion layer is larger than the contact area of the second contact portion and the flat plate fuel cell separation plate.
상기 다공체판은 제1 폭을 갖도록 형성되는 상기 제1 접촉부와 상기 유로홀과 제2 폭을 갖도록 형성되는 상기 제2 접촉부를 하나의 단위체로 하여 상기 단위체가 반복되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
According to claim 1,
The porous body plate is for the fuel cell, characterized in that the first contact portion is formed to have a first width and the second contact portion is formed to have a flow path hole and a second width as a single unit, and the unit is repeatedly formed. Divider.
상기 제2 폭은 상기 제1 폭 대비 1.5 내지 2.5배의 크기를 갖는 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
The method of claim 3,
The second width is a separation plate for a fuel cell, characterized in that formed at a ratio having a size of 1.5 to 2.5 times the first width.
상기 유로홀은 단부가 상기 가스확산층으로부터 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판. The method according to any one of claims 1 to 3,
The flow path hole is a separation plate for a fuel cell, characterized in that the end is formed spaced apart from the gas diffusion layer.
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- 2018-09-28 KR KR1020180115661A patent/KR102100053B1/en active IP Right Grant
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