KR102162509B1 - Reversible cell for water electrolysis and fuel cell and bidirectional switching apparatus with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통형으로 이루어지고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 전도성을 가지는 제 1 분리부재; 상기 제 1 분리부재의 외측에 장착되기 위해 곡률을 이루도록 형성되고, 유연성을 가지며, 양이온 투과를 위한 전해질막부재; 상기 전해질막부재의 외측에 장착되기 위하여 곡률을 이루도록 형성되고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 유연성과 전도성을 가지는 제 2 분리부재; 상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 어느 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 수소극 촉매를 가지는 제 1 전극층; 및 상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 다른 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 산소극 촉매를 가지는 제 2 전극층;을 포함하도록 한 수전해 및 연료전지 가역셀 및 이를 가지는 양방향 전환 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 유연구조의 분리판과 막-전극 접합체를 포함하는 수전해-연료전지 일체형 가역 연료전지 단위셀 구조에 의해, 연료공급 라인으로 사용하는 플라스틱, 스테인레스스틸 소재의 파이프 구조물 외관에 다수로 연결이 가능하게 됨으로써, 수십에서 수백 와트 수준의 소형 시스템에서 가볍고, 공간 효율이 좋으며, 탄소소재의 부식 문제에서 자유롭도록 한다.The present invention is made in a cylindrical shape, a mesh structure or a porous structure is formed, the first separation member having conductivity; An electrolyte membrane member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the first separating member, has flexibility, and transmits positive ions; A second separating member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the electrolyte membrane member, a mesh structure or a porous structure, and having flexibility and conductivity; It is formed on one of the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane member, contacts the outer surface of the first separating member or the inner side of the second separating member, and is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, and A first electrode layer having a negative electrode catalyst; And formed on the other of the inner side and outer side of the electrolyte membrane member, contacting the outer side of the first separating member or the inner side of the second separating member, and being flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, The present invention relates to a water electrolysis and fuel cell reversible cell including a second electrode layer having an oxygen electrode catalyst, and a bidirectional conversion device having the same. According to the present invention, a plurality of pipe structures made of plastic and stainless steel material used as a fuel supply line by a water electrolysis-fuel cell integrated reversible fuel cell unit cell structure including a flexible structure separator and a membrane-electrode assembly By being able to connect to, it is light in a compact system of tens to hundreds of watts, has good space efficiency, and is free from corrosion problems of carbon materials.

Figure R1020180161423
Figure R1020180161423

Description

수전해 및 연료전지 가역셀 및 이를 가지는 양방향 전환 장치{Reversible cell for water electrolysis and fuel cell and bidirectional switching apparatus with the same}Reversible cell for water electrolysis and fuel cell and bidirectional switching apparatus with the same

본 발명은 수전해 및 연료전지 가역셀 및 이를 가지는 양방향 전환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층형이 아닌 튜브형에 적용이 가능한 유연구조를 가지며, 높은 과전압이 인가되는 수전해 반응에서 물-탄소 반응에 의한 부식을 방지할 수 있도록 하는 수전해 및 연료전지 가역셀 및 이를 가지는 양방향 전환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water electrolysis and a reversible fuel cell and a two-way conversion device having the same, and more particularly, has a flexible structure applicable to a tube type rather than a stacked type, and a water-carbon reaction in a water electrolysis reaction in which a high overvoltage is applied. It relates to a water electrolysis and a fuel cell reversible cell to prevent corrosion caused by, and a two-way conversion device having the same.

일반적으로, 수전해 혹은 물 전기분해는 연료인 물(H2O)과 전기를 이용하여 결합되어 있는 수소(H2)와 산소(O2)를 분리 생산하는 장치이다. 구체적으로 살펴보면, 애노드(anode)에서는 물이 공급되어 전극 촉매 상에서 촉매와 반응하여, 산소, 수소이온과 전자가 발생한다. 수소 이온은 전해질막을 통해 캐소드(cathode)로 이동하며, 전해질막을 통과한 수소이온이 외부 회로를 통해 이동된 전자와 결합하여 순수한 수소가 생성된다. 이러한 수전해 장치의 반응은 연료전지의 역반응이다. In general, water electrolysis or water electrolysis is a device that separates and produces hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) bonded by using water (H 2 O) as a fuel and electricity. Specifically, water is supplied from the anode and reacts with the catalyst on the electrode catalyst to generate oxygen, hydrogen ions, and electrons. Hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane, and the hydrogen ions passing through the electrolyte membrane combine with electrons transferred through an external circuit to generate pure hydrogen. The reaction of this water electrolysis device is the reverse reaction of the fuel cell.

연료전지는 연료인 수소와 공기중의 산소를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 연료전지의 주요 구성품인 전극막 접합체(MEA : Membrane Electrode Assembly)는 수소 양이온이 이동 가능한 전해질막과 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있는 촉매층이 마련된다.A fuel cell is a device that generates electricity by using hydrogen as fuel and oxygen in the air. Membrane Electrode Assembly (MEA), which is a major component of a fuel cell, has an electrolyte membrane capable of moving hydrogen cations and a catalyst layer through which hydrogen and oxygen can react on both sides of the electrolyte membrane.

가역 연료전지 또는 재생 연료전지(Regenerative Fuel Cell; 이하, 'RFC'라 함)는 전기와 수소 간 양방향 전환을 가능하게 하는 것으로서, 전기화학 에너지 저장의 유망한 후보로 고려되고 있다. 수소->전기->수소의 에너지 변환과 저장이 가능하게 하는 구성 요소로 연료전지와 수전해 장치가 있다. 각각의 기능을 수행하는 장치가 별도로 존재하는 분리된 RFC 형태가 있고, 좀 더 공간효율과 가격, 성능을 높인 일체형 RFC(Unitized Regenerative Fuel Cell, 이하, 'URFC"라 함)가 연구되고 있다. A reversible fuel cell or a regenerative fuel cell (hereinafter referred to as'RFC') is considered a promising candidate for electrochemical energy storage, as it enables bidirectional conversion between electricity and hydrogen. There are fuel cells and water electrolysis devices as components that enable the energy conversion and storage of hydrogen->electricity->hydrogen. There is a separate RFC type in which a device that performs each function exists separately, and an integrated RFC (Unitized Regenerative Fuel Cell, hereinafter referred to as'URFC') with improved space efficiency, cost, and performance is being studied.

URFC는 연료전지와 수전해장치가 하나의 유닛에서 사용되기 때문에 연료전지 성능 및 수전해 성능을 복합적으로 감안한 내부 재료와 구조의 선택이 필요하다.In URFC, since a fuel cell and a water electrolysis device are used in one unit, it is necessary to select an internal material and structure considering the fuel cell performance and water electrolysis performance in combination.

초기 연구에 있어서, 고체고분자막을 활용한 연료전지 연구가 가장 활발하게 연구되고, 상용 구조가 일반적으로 널리 알려졌다. 스택형 연료전지는 내부의 셀 구조물을 강하게 지지해주는 엔드플레이트, 각 셀에서의 연료 공급과 전자의 이동라인인 분리판, 연료인 가스가 효과적으로 전극에 확산되게 해주는 가스 확산층, 카본담지체와 고분산된 백금 나노 촉매의 형태로 이루어지며, 단셀들이 필요한 용량에 맞게 차곡차곡 쌓인 형태를 가진다. 이러한 스택형 연료전지는 콤팩트하고, 연료 누출 위험성이 적은 장점을 가지는 반면, 전체적으로 무겁고, 형상 변형에 어려움이 있다.In the early research, fuel cell research using solid polymer membranes is the most active research, and commercial structures are generally widely known. The stacked fuel cell has an end plate that strongly supports the internal cell structure, a separator that is a line for supplying fuel and electrons from each cell, a gas diffusion layer that allows the gas as a fuel to effectively diffuse to the electrode, a carbon carrier and high dispersion. It is made in the form of a platinum nano-catalyst, and has a form in which single cells are stacked to fit the required capacity. While such a stacked fuel cell is compact and has a low risk of fuel leakage, it is overall heavy and has difficulty in shape deformation.

고분자 전해질막을 사용하는 URFC 역시, 스택형 연료전지 구조 및 내부재료를 기본으로 연구가 이루어졌으며, 수전해 촉매로 성능이 확인된 이리듐을 백금 촉매와 혼합하여, 수전해-연료전지 복합 성능을 확인하는 것으로부터 출발하였다. URFC using a polymer electrolyte membrane has also been studied based on the structure and internal materials of the stacked fuel cell, and iridium, which has been verified as a water electrolysis catalyst, is mixed with a platinum catalyst to confirm the water electrolysis-fuel cell complex performance. It started from.

그러나 촉매 담지체로 사용되는 카본 블랙의 경우, 연료전지 성능에는 크게 문제가 없으나, 1.4V 이상의 고전압이 걸리는 수전해 운행에는 탄소가 물과 반응하여, 이산화탄소가 되는 탄소부식반응이 진행된다. 이러한 탄소부식은 산소극쪽에서 발생하며, 촉매층뿐만 아니라 가스확산층으로 사용되는 카본페이퍼 혹은 카본 섬유 그리고 카본 분리판 역시 부식반응 발생이 보고되고 있다. However, in the case of carbon black used as a catalyst carrier, there is no significant problem in the performance of the fuel cell, but carbon reacts with water in a water electrolysis operation in which a high voltage of 1.4 V or higher is applied, and a carbon corrosion reaction to become carbon dioxide proceeds. Such carbon corrosion occurs on the oxygen electrode side, and it has been reported that not only the catalyst layer but also the carbon paper or carbon fiber used as the gas diffusion layer, and the carbon separator have a corrosion reaction.

그래서, 최근 URFC 연구에서 사용되는 단셀 구조를 보면, 티타늄플레이트 분리판, 티타늄 펠트 혹은 티타늄 폼 가스확산층, 그리고 담지체를 포함하지 않는 촉매분말전극이 산소극 재료로 사용되어진다. 그러나, 이러한 경우에도 셀 구조는 기존 연료전지 단셀 스택 구조를 변경하여, 실험에 사용되는 경우가 대부분이다. So, looking at the single cell structure used in recent URFC research, a titanium plate separator, a titanium felt or titanium foam gas diffusion layer, and a catalyst powder electrode that does not contain a support are used as the oxygen electrode material. However, even in this case, the cell structure is mostly used in experiments by changing the structure of the existing single cell stack of fuel cells.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 적층형 구조가 아닌 튜브형 구조를 구현함으로써, 유연하면서도 간단한 구조를 가지도록 하고, 이로 인해, 적층형 구조의 단점을 해소하여 경량화와 형상 변형이 용이하도록 하며, 높은 과전압이 인가되는 수전해 반응에서 물-탄소 반응에 의한 부식을 방지할 수 있도록 함으로써, 내구성이 뛰어나도록 하는데 목적이 있다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention has a flexible and simple structure by implementing a tubular structure rather than a stacked structure, and thus, reducing the weight and shape deformation by solving the disadvantages of the stacked structure. The purpose is to provide excellent durability by making it easy and preventing corrosion due to a water-carbon reaction in a water electrolysis reaction in which a high overvoltage is applied.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will be easily understood through the description of the following embodiments.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 원통형으로 이루어지고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 전도성을 가지는 제 1 분리부재; 상기 제 1 분리부재의 외측에 장착되기 위해 곡률을 이루도록 형성되고, 유연성을 가지며, 양이온 투과를 위한 전해질막부재; 상기 전해질막부재의 외측에 장착되기 위하여 곡률을 이루도록 형성되고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 유연성과 전도성을 가지는 제 2 분리부재; 상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 어느 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 수소극 촉매를 가지는 제 1 전극층; 및 상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 다른 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 산소극 촉매를 가지는 제 2 전극층;을 포함하는, 수전해 및 연료전지 가역셀이 제공된다.In order to achieve the object as described above, according to an aspect of the present invention, a first separating member made of a cylindrical shape, a mesh structure or a porous structure, and having conductivity; An electrolyte membrane member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the first separating member, has flexibility, and transmits positive ions; A second separating member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the electrolyte membrane member, a mesh structure or a porous structure, and having flexibility and conductivity; It is formed on one of the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane member, contacts the outer surface of the first separating member or the inner side of the second separating member, and is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, and A first electrode layer having a negative electrode catalyst; And formed on the other of the inner side and outer side of the electrolyte membrane member, contacting the outer side of the first separating member or the inner side of the second separating member, and being flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, A water electrolysis and fuel cell reversible cell including; a second electrode layer having an oxygen electrode catalyst is provided.

상기 제 1 또는 제 2 분리부재는, 스테인레스스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에서 선택되는 어느 하나의 표면에 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 백금(Pt) 중 어느 하나가 코팅될 수 있다.The first or second separating member may be coated with any one of iridium (Ir), ruthenium (Ru), and platinum (Pt) on a surface selected from stainless steel, titanium, aluminum, and copper.

상기 산소극 촉매는, 물 배출과 산소 버블 배출이 용이하도록 티타늄 파우더 담지체를 사용할 수 있다.The oxygen electrode catalyst may use a titanium powder carrier to facilitate discharge of water and discharge of oxygen bubbles.

상기 티타늄 파우더 담지체는, 촉매 물질에 해당하는 백금, 이리듐, 루테늄, 백금-이리듐합금 및 백금-루테늄합금 중에서 적어도 하나 이상을 담지할 수 있다.The titanium powder carrier may support at least one of platinum, iridium, ruthenium, platinum-iridium alloy, and platinum-ruthenium alloy corresponding to catalyst materials.

상기 산소극 촉매는, 상기 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 담지되고, 나피온 아이오노머 바인더(Nafion sol.)를 이용한 촉매 슬러리 제조 과정에서 일체의 카본물질이 배제되도록 제조될 수 있다.The oxygen electrode catalyst may be physically mixed and supported with the titanium powder carrier, and may be prepared such that all carbon materials are excluded in the process of preparing a catalyst slurry using a Nafion ionomer binder (Nafion sol.).

상기 촉매 물질은, 나노(nano) 또는 마이크로(micro) 사이즈이고, 상기 티타늄 파우더 담지체는, 상기 촉매 물질 크기의 5-200배 크기일 수 있다.The catalyst material may have a nano or micro size, and the titanium powder carrier may have a size of 5-200 times the size of the catalyst material.

상기 산소극 촉매는, 상기 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 상기 티타늄 파우더 담지체에 대한 상기 촉매 물질의 담지량이 0.1~1mg/cm2임과 아울러, 상기 티타늄 파우더 담지체의 전체 중량에 대하여 50~99 중량%일 수 있다.When the oxygen electrode catalyst is physically mixed with the titanium powder support to form a catalyst layer, the amount of the catalyst material supported on the titanium powder support is 0.1 to 1 mg/cm 2 , and the titanium powder support It may be 50 to 99% by weight based on the total weight of.

상기 제 1 분리부재의 일단 개구를 차단하도록 마련되는 차단부재; 상기 제 1 분리부재의 타단 개구에 파이프의 연결을 위해 마련되는 피팅부재; 상기 제 1 분리부재의 외측면에 전기적으로 접속되도록 마련되어, 상기 제 2 전극층과는 이격 또는 절연되도록 상기 전해질막부재를 관통함과 아울러, 상기 제 2 분리부재를 절연되도록 관통하여 외측으로 돌출되는 제 1 볼트단자; 및 상기 제 1 분리부재의 외측면에 절연되어 돌출되도록 마련되어, 상기 제 1 전극층과는 이격 또는 절연되도록 상기 전해질막부재를 관통함과 아울러, 상기 제 2 분리부재에 전기적으로 접속되도록 관통하여 외측으로 돌출되는 제 2 볼트단자;를 더 포함힐 수 있다.A blocking member provided to block one end opening of the first separation member; A fitting member provided to connect a pipe to an opening of the other end of the first separating member; It is provided to be electrically connected to the outer surface of the first separating member, penetrates the electrolyte membrane member so as to be spaced apart or insulated from the second electrode layer, and penetrates the second separating member so as to insulate and protrudes outward. 1 bolt terminal; And provided to protrude insulated from the outer surface of the first separating member, penetrate the electrolyte membrane member so as to be spaced apart or insulated from the first electrode layer, and penetrate to the outside so as to be electrically connected to the second separating member. A second bolt terminal protruding; may be further included.

상기 제 1 분리부재의 양단 외측에 끼워져서 상기 전해질막부재를 사이에 두고 상기 제 1 및 제 2 분리부재를 서로 격리시키도록 하는 실링부재; 상기 제 2 분리부재로부터 돌출되는 상기 제 1 및 제 2 볼트단자에 삽입되어 상기 제 2 분리부재 상에 설치되고, 절연재질로 이루어지는 고정플레이트; 및 상기 고정플레이트부터 돌출되는 상기 제 1 및 제 2 볼트단자에 나사체결되어 상기 고정플레이트가 상기 제 2 분리부재 상에 고정되도록 하는 고정너트;를 더 포함하고, 상기 전해질막부재 및 상기 제 2 분리부재는, 일측이 길이방향으로 절개되는 원통형으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 볼트단자 중 어느 하나가 관통하도록 일측이 개방되는 관통홈이 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 볼트단자 중 다른 하나가 관통하도록 관통홀이 형성될 수 있다.A sealing member fitted outside both ends of the first separating member so as to isolate the first and second separating members from each other with the electrolyte membrane member therebetween; A fixing plate inserted into the first and second bolt terminals protruding from the second separating member, installed on the second separating member, and made of an insulating material; And a fixing nut screwed to the first and second bolt terminals protruding from the fixing plate so that the fixing plate is fixed on the second separating member, and further comprising, the electrolyte membrane member and the second separation The member is formed in a cylindrical shape in which one side is cut in the longitudinal direction, and a through groove is formed in which one side is opened so that any one of the first and second bolt terminals passes, and the other one of the first and second bolt terminals A through hole may be formed to penetrate through.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 수전해장치와 연료전지간의 양방향 전환을 가능하도록 하고, 다수개가 나란하게 배열되는 가역셀; 상기 가역셀 각각의 제 1 및 제 2 볼트단자를 서로 연결하여, 다수의 가역셀이 배터리 또는 전기기구 측에 직렬로 전기적으로 접속되도록 하는 다수의 접속부재; 상기 다수의 가역셀을 감싸서, 상기 가역셀 각각의 피팅부재가 노출 또는 돌출되도록 하되, 상기 제 2 분리부재 주위에 기밀되는 공간을 제공하는 케이스; 상기 피팅부재 각각에 제 1 가스관을 통해 연결되는 제 1 가스용기; 및 상기 케이스에 제 2 가스관을 통해 연결되는 제 2 가스용기;를 포함하고, 상기 가역셀은, 본 발명의 일측면에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀인, 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, it is possible to switch in both directions between a water electrolysis device and a fuel cell, and a plurality of reversible cells are arranged side by side; A plurality of connecting members connecting the first and second volt terminals of each of the reversible cells to each other so that the plurality of reversible cells are electrically connected in series to the battery or electric appliance side; A case surrounding the plurality of reversible cells so that the fitting members of each of the reversible cells are exposed or protruded, and providing an airtight space around the second separating member; A first gas container connected to each of the fitting members through a first gas pipe; And a second gas container connected to the case through a second gas pipe, wherein the reversible cell is a water electrolysis and a fuel cell reversible cell according to an aspect of the present invention, Is provided.

본 발명에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀 및 이를 가지는 양방향 전환 장치에 의하면, 유연구조의 분리판과 막-전극 접합체를 포함하는 수전해-연료전지 일체형 가역 연료전지 단위셀 구조에 의해, 연료공급 라인으로 사용하는 플라스틱, 스테인레스스틸 소재의 파이프 구조물 외관에 다수로 연결이 가능하게 됨으로써, 수십에서 수백 와트 수준의 소형 시스템에서 가볍고, 공간 효율이 좋은 에너지 공급 전원 시스템으로 사용이 가능하도록 하고, 종래 탄소소재의 부식 문제에서 자유롭도록 하여, 장기 사용 성능이 개선되도록 하며, 이로 인해 분리판 만으로 모자랐던 연료공급의 확산과 전자 이동성능을 티타늄 파우더 촉매 담지체의 마이크로 다공성 막 효과로 확보할 수 있도록 한다.According to the water electrolysis and fuel cell reversible cell according to the present invention and the bidirectional conversion device having the same, the water electrolysis-fuel cell integrated reversible fuel cell unit cell structure including a flexible structure separator and a membrane-electrode assembly provides fuel supply. By allowing multiple connections to the exterior of a pipe structure made of plastic and stainless steel used as a line, it can be used as a light, space-efficient energy supply power system in a small system of tens to hundreds of watts. The material is free from corrosion problems, so that long-term use performance is improved, and thus, diffusion of fuel supply and electron transfer performance, which was insufficient only by the separator, can be secured by the microporous membrane effect of the titanium powder catalyst carrier.

도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치의 내부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치의 내부를 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀에서, 제 2 전극층을 확대한 것으로, 티타늄 파우더 담지체에 분산된 촉매 입자를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀의 수전해 모드에서의 반응과 연료전지 모드에서의 반응을 나타낸 것이다.
도 9는 티타늄 파티클이 티타늄 펠트 위에 실제 로딩되어 있을 때의 확대 사진을 나타낸 것이다.1 is a perspective view showing a two-way switching device for water electrolysis and a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing the interior of a bidirectional switching device for water electrolysis and fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing the inside of the apparatus for switching between two directions of water electrolysis and fuel cell according to the first embodiment of the present invention from a different direction.
4 is a perspective view showing a water electrolysis and a fuel cell reversible cell according to a first embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view showing a water electrolysis and a reversible fuel cell cell according to the first embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing a two-way switching device for water electrolysis and a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
7 is an enlarged view of a second electrode layer in the water electrolysis and fuel cell reversible cell according to the present invention, and shows catalyst particles dispersed in a titanium powder carrier.
8 shows the reaction in the water electrolysis mode and the reaction in the fuel cell mode of the water electrolysis and the reversible cell of the fuel cell according to the present invention.
9 shows an enlarged picture when titanium particles are actually loaded on the titanium felt.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, various changes may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, and should be understood in a way that includes all changes, equivalents, or substitutes included in the technical spirit and scope of the present invention, and may be modified in various other forms. It can be, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same reference numerals are assigned to the same or corresponding components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치의 내부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치의 내부를 다른 방향에서 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a two-way switching device for water electrolysis and a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the interior of a two-way switching device for water electrolysis and a fuel cell according to a first embodiment of the present invention It is a perspective view, and FIG. 3 is a perspective view showing the inside of the device for switching between water electrolysis and fuel cell in different directions according to the first embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치(10)는 가역셀, 접속부재(210), 케이스(220), 제 1 가스용기(230) 및 제 2 가스용기(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 가역셀은 본 발명의 일 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀(10)이며, 이에 대한 설명으로 대신하기로 한다.1 to 3, the water electrolysis and fuel cell bidirectional switching device 10 according to the first embodiment of the present invention includes a reversible cell, a connecting member 210, a case 220, and a first gas container 230. ) And a second gas container 240 may be included. Here, the reversible cell is the water electrolysis and fuel cell reversible cell 10 according to an embodiment of the present invention, and will be replaced with a description thereof.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀(100)은 수전해장치와 연료전지간의 양방향 전환을 가능하도록 하고, 다수개가 나란하게 배열되는데, 각각은 제 1 분리부재(110), 전해질막부재(120), 제 2 분리부재(130), 제 1 전극층(140) 및 제 2 전극층(150)을 포함할 수 있는데, 산소극 구성품 탄소부식 문제를 발생시키는 카본 재료의 분리판, 가스확산층, 촉매 담지체를 사용하지 않고, 내부식성을 가지는 전기전도성 금속 분리판, 티타늄 파우더 촉매 담지체를 사용하여, 고전위(1.4V 이상)의 내구성을 높이도록 할 수 있다.3 to 5, the water electrolysis and the fuel cell reversible cell 100 according to an embodiment of the present invention enables bidirectional switching between the water electrolysis device and the fuel cell, and a plurality of them are arranged side by side, respectively. May include a first separating member 110, an electrolyte membrane member 120, a second separating member 130, a first electrode layer 140, and a second electrode layer 150, which solves the problem of carbon corrosion of oxygen electrode components. To increase the durability of high potential (1.4V or more) by using an electrically conductive metal separator with corrosion resistance, and a titanium powder catalyst support without using the generated carbon material separator, gas diffusion layer, and catalyst support. can do.

제 1 분리부재(110)는 원통형으로 이루어지고, 메쉬구조나 다공(111)구조가 형성되며, 전도성을 가진다. 제 1 분리부재(110)는 제 2 분리부재(130)와 마찬가지로, 일반적인 적층형 연료전지의 엔드플레이트, 집전판, 유로라인 분리판, 가스 확산층, 보조촉매의 기능을 통합적으로 수행하도록 할 수 있다. 또한 제 1 분리부재(110) 역시 유연성을 가지도록 구성될 수 있다. 제 1 분리부재(110)는 일례로, 수소극 분리판으로서, 본 실시례에서처럼 배터리(10)의 전원을 공급받는 수전해 모드에서는 생성되는 수소 기체가 배출되는 통로로 사용될 수 있고, 램프 등의 전기기구(20; 도 6에 도시)에 전원을 공급하기 위한 연료전지 모드에서는 연료인 수소의 공급 채널이 되며, 전자의 이동라인 역할도 수행할 수 있는데, 이에 한하지 않고, 다른 예에 따라 산소극 분리판으로서 역할을 할 수도 있음은 물론이다. The first separating member 110 has a cylindrical shape, has a mesh structure or a porous 111 structure, and has conductivity. Like the second separating member 130, the first separating member 110 may integrally perform functions of an end plate, a current collector plate, a flow line separating plate, a gas diffusion layer, and an auxiliary catalyst of a general stacked fuel cell. In addition, the first separating member 110 may also be configured to have flexibility. The first separating member 110 is, for example, a hydrogen electrode separating plate, and may be used as a passage through which the generated hydrogen gas is discharged in a water electrolysis mode receiving power from the battery 10 as in the present embodiment. In the fuel cell mode for supplying power to the electric device 20 (shown in FIG. 6), it becomes a supply channel of hydrogen, which is a fuel, and may also serve as a movement line for electrons, but is not limited thereto, and oxygen Of course, it can also serve as a pole separator.

전해질막부재(120)는 제 1 분리부재(110)의 외측에 장착되기 위해 곡률을 이루도록 형성되고, 유연성을 가지며, 양이온 투과를 위한 막부재로 이루어지고, 예컨대 고체고분자형 양이온 투과 전해질막으로 이루어질 수 있다. 전해질막부재(120)는 제 2 분리부재(130) 등과 함께 연성을 가지는 재질로 이루어짐으로써, 튜브 형태의 연료관 외주면에 간단히 부착되도록 할 수 있다.The electrolyte membrane member 120 is formed to have a curvature to be mounted on the outside of the first separating member 110, has flexibility, and is made of a membrane member for permeating cation, for example, a solid polymer-type cation-permeable electrolyte membrane. I can. Since the electrolyte membrane member 120 is made of a material having ductility together with the second separating member 130, it can be simply attached to the outer peripheral surface of the fuel tube in the form of a tube.

제 2 분리부재(130)는 전해질막부재(120)의 외측에 장착되기 위하여 곡률을 이루도록 형성되고, 메쉬(131)구조나 다공구조가 형성되며, 유연성과 전도성을 가진다. 제 2 분리부재(130)는 일례로 산소극 분리판으로서, 배터리(10)의 전원을 공급받는 수전해 모드에서는 연료인 물이 외부에서 공급되는 통로역할과 생성되는 산소 기체 방울이 배출되는 통로역할을 할 수 있고, 램프 등의 전기기구(20; 도 6에 도시)에 전원을 공급하기 위한 연료전지 모드에서는 외부 산소 기체의 공급 채널이 되며, 전자의 이동라인 역할도 수행할 수 있는데, 이에 한하지 않고 다른 예에 따라 수소극 분리판으로서 역할을 할 수도 있음은 물론이다.The second separating member 130 is formed to have a curvature to be mounted on the outside of the electrolyte membrane member 120, has a mesh 131 structure or a porous structure, and has flexibility and conductivity. The second separating member 130 is, for example, an oxygen electrode separating plate. In a water electrolysis mode receiving power from the battery 10, the second separating member 130 serves as a passage for supplying water as fuel from the outside and a passage for discharging generated oxygen gas bubbles. In the fuel cell mode for supplying power to an electric device 20 such as a lamp (shown in FIG. 6), it becomes a supply channel for external oxygen gas and can also serve as a transfer line for electrons, but is not limited thereto. It goes without saying that it may serve as a hydrogen electrode separator according to another example.

전해질막부재(120) 및 제 2 분리부재(130)는 일측이 길이방향으로 절개되는 원통형으로 이루어질 수 있고, 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164) 중 어느 하나가 관통하도록 일측이 개방되는 관통홈(121,132)이 형성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164) 중 다른 하나가 관통하도록 관통홀(122,133)이 형성될 수 있다.The electrolyte membrane member 120 and the second separating member 130 may be formed in a cylindrical shape in which one side is cut in the longitudinal direction, and one side is opened so that any one of the first and second bolt terminals 163 and 164 passes. (121,132) may be formed, and through holes (122,133) may be formed so that the other one of the first and second bolt terminals (163,164) penetrates.

제 1 또는 제 2 분리부재(110,130)는 스테인레스스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에서 선택되는 어느 하나의 표면에 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 백금(Pt) 중 어느 하나가 코팅될 수 있다.The first or second separating members 110 and 130 may be coated with any one of iridium (Ir), ruthenium (Ru), and platinum (Pt) on any one surface selected from stainless steel, titanium, aluminum, and copper.

제 1 전극층(140)은 전해질막부재(120)의 내측면과 외측면 중 어느 하나에 형성되어, 제 1 분리부재(110)의 외측면 또는 제 2 분리부재(130)의 내측면에 접촉하고, 전해질막부재(120)와 함께 유연하게 변형되며, 수소극 촉매를 가진다. 이로 인해 제 1 전극층(140)은 제 1 분리부재(110)와 전해질막부재(120) 사이에 개재되거나, 제 2 분리부재(130)와 전해질막부재(120) 사이에 개재될 수 있다. 제 1 전극층(140)은 수소극 촉매와 전극 부분으로 구성되되, 촉매로는 카본담지 백금이 사용될 수 있으며, 전해질막부재(120)의 표면에 코팅으로 형성될 수 있다. 제 1 전극층(140)은 촉매-전극 부분을 커버하는 기체 확산층(GDL)으로 얇은 카본섬유가 전극 표면에 함께 결합될 수 있다. The first electrode layer 140 is formed on one of the inner side and the outer side of the electrolyte membrane member 120, and contacts the outer side of the first separating member 110 or the inner side of the second separating member 130, , It is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member 120, and has a hydrogen electrode catalyst. Accordingly, the first electrode layer 140 may be interposed between the first separating member 110 and the electrolyte membrane member 120, or may be interposed between the second separating member 130 and the electrolyte membrane member 120. The first electrode layer 140 is composed of a hydrogen electrode catalyst and an electrode portion, and carbon-supported platinum may be used as a catalyst, and may be formed as a coating on the surface of the electrolyte membrane member 120. The first electrode layer 140 is a gas diffusion layer (GDL) covering the catalyst-electrode portion, and thin carbon fibers may be bonded to the electrode surface together.

제 2 전극층(150)은 전해질막부재(120)의 내측면과 외측면 중 다른 하나에 형성되어, 제 1 분리부재(110)의 외측면 또는 제 2 분리부재(130)의 내측면에 접촉하고, 전해질막부재(120)와 함께 유연하게 변형되며, 산소극 촉매를 가진다. 이로 인해 제 2 전극층(150)은 제 1 분리부재(110)와 전해질막부재(120) 사이에 개재되거나, 제 2 분리부재(130)와 전해질막부재(120) 사이에 개재될 수 있다. 이러한 제 2 전극층(150)은 본 실시례에서처럼 일례로 전해질막부재(120)의 외측면에 마련될 수 있는데, 예컨대 이리듐, 루테늄, 산화이리듐, 산화루테늄 등의 희토류 금속과 백금이 나피온 솔루션과 혼합되어 전해질막부재(120)에 코팅에 의해 형성될 수 있다.The second electrode layer 150 is formed on the other of the inner side and the outer side of the electrolyte membrane member 120, and contacts the outer side of the first separating member 110 or the inner side of the second separating member 130 , It is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member 120, and has an oxygen electrode catalyst. Accordingly, the second electrode layer 150 may be interposed between the first separating member 110 and the electrolyte membrane member 120, or may be interposed between the second separating member 130 and the electrolyte membrane member 120. This second electrode layer 150 may be provided on the outer surface of the electrolyte membrane member 120 as an example, as in the present embodiment. For example, rare earth metals such as iridium, ruthenium, iridium oxide, ruthenium oxide, and platinum are mixed with the Nafion solution. It may be mixed and formed by coating the electrolyte membrane member 120.

제 2 전극층(150)에서 산소극 촉매는 물 배출과 산소 버블 배출이 용이하도록 티타늄 파우더 담지체를 사용할 수 있다. 티타늄 파우더 담지체는 비표면적이 넓으면서 입자 내의 기공에 의해 촉매 물질의 담지를 가능하도록 하는데, 예컨대, 촉매 물질에 해당하는 백금, 이리듐, 루테늄, 백금-이리듐합금 및 백금-루테늄합금 중에서 적어도 하나 이상을 담지할 수 있다. 또한, 산소극 촉매는 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 담지될 수 있고, 나피온 아이오노머 바인더(Nafion sol.)를 이용한 촉매 슬러리 제조 과정에서 일체의 카본물질이 배제되도록 제조될 수 있다. 상기의 촉매 물질은 나노(nano) 또는 마이크로(micro) 사이즈일 수 있다. 또한 티타늄 파우더 담지체는 이러한 촉매 물질 크기의 5-200배 크기일 수 있다. 또한 산소극 촉매는 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 최적의 촉매로서의 기능을 위하여, 티타늄 파우더 담지체에 대한 촉매 물질의 담지량이 0.1~1mg/cm2임과 아울러, 티타늄 파우더 담지체의 전체 중량에 대하여 50~99 중량%일 수 있다. 도 7에서는 제 2 전극층(150)을 확대한 것으로서, 티타늄 파우더 담지체에 분산된 촉매 입자를 나타낸 것이다. 이러한 구조로 인해 제 2 전극층(150)은 전해질막부재(120) 위에 코팅되어 건조과정을 거침으로써 형성된다.The oxygen electrode catalyst in the second electrode layer 150 may use a titanium powder carrier to facilitate water discharge and oxygen bubble discharge. The titanium powder carrier has a large specific surface area and allows the catalyst material to be supported by pores in the particles.For example, at least one of platinum, iridium, ruthenium, platinum-iridium alloy and platinum-ruthenium alloy corresponding to the catalyst material Can carry. In addition, the oxygen electrode catalyst may be physically mixed and supported with a titanium powder carrier, and may be prepared such that all carbon materials are excluded in the process of preparing a catalyst slurry using a Nafion ionomer binder (Nafion sol.). The catalyst material may have a nano or micro size. In addition, the titanium powder carrier may be 5-200 times the size of the catalyst material. In addition, when the oxygen electrode catalyst is physically mixed with the titanium powder carrier to form the catalyst layer, in order to function as an optimal catalyst, the amount of the catalyst material supported on the titanium powder carrier is 0.1 to 1 mg/cm 2 It may be 50 to 99% by weight based on the total weight of the powder carrier. In FIG. 7, the second electrode layer 150 is enlarged and shows catalyst particles dispersed in a titanium powder carrier. Due to this structure, the second electrode layer 150 is coated on the electrolyte membrane member 120 and formed by going through a drying process.

본 발명의 일 실시례에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀(100)은 차단부재(161), 피팅부재(162), 제 1 볼트단자(163) 및 제 2 볼트단자(164)를 더 포함할 수 있고, 나아가서, 실링부재(165), 고정플레이트(166) 및 고정너트(167)를 더 포함할 수 있다.The water electrolysis and fuel cell reversible cell 100 according to an embodiment of the present invention further includes a blocking member 161, a fitting member 162, a first bolt terminal 163, and a second bolt terminal 164. And, furthermore, it may further include a sealing member 165, a fixing plate 166 and a fixing nut 167.

차단부재(161)는 제 1 분리부재(110)의 일단 개구를 차단하도록 마련되는데, 예컨대 제 1 분리부재(110)의 일단 개구에 억지 끼움이나 나사 결합을 비롯하여 다양한 방식에 의해 기밀되게 결합될 수 있고, 일례로 본 실시례에서처럼 일단이 개방되는 용기로 이루어질 수 있다. 이러한 차단부재(161)는 용기 형태를 이루게 되어 동작 모드에 따라 기체 또는 물의 수집이나 공급 등의 역할을 할 수 있다.The blocking member 161 is provided to block one end opening of the first separating member 110, for example, it may be hermetically coupled to one end opening of the first separating member 110 by a variety of methods including forcefully fitting or screwing. And, as an example, it may be made of a container with one end open as in the present embodiment. The blocking member 161 has a shape of a container and may serve as a collection or supply of gas or water according to an operation mode.

피팅부재(162)는 제 1 분리부재(110)의 타단 개구에 파이프, 예컨대 후술하게 될 제 1 가스관(231)의 연결을 위해 마련된다. 피팅부재(162)는 제 1 가스관(231)과의 연결을 매개하는 결합링(162a)이 착탈 가능하게 결합될 수 있다.The fitting member 162 is provided for connecting a pipe, for example, a first gas pipe 231 to be described later, to an opening of the other end of the first separating member 110. The fitting member 162 may be detachably coupled with a coupling ring 162a that mediates a connection with the first gas pipe 231.

제 1 볼트단자(163)는 제 1 분리부재(110)의 외측면에 전기적으로 접속되도록 마련되어, 제 2 전극층(150)과는 이격 또는 절연되도록 전해질막부재(120)를 관통함과 아울러, 제 2 분리부재(130)를 절연되도록 관통하여 외측으로 돌출된다. 이를 위해, 제 1 볼트단자(163)는 예컨대 일부 또는 전부가 도전성 재질로 이루어져서 제 1 분리부재(110) 상에 수직되게 용접이나 볼팅 등에 의해 일체를 이루도록 마련될 수 있으며, 제 1 전극층(140)과는 제 1 분리부재(110)를 매개로 또는 직접 전기적으로 접속될 수 있다. 제 1 볼트단자(163)는 제 2 분리부재(130)와의 절연을 위하여 접촉되는 부분이 절연재질로 이루어지거나, 제 2 분리부재(130)와의 접촉 부분에 별도의 절연부재를 설치함으로써 제 2 분리부재(130)에 절연될 수 있다. 제 1 볼트단자(163)는 이웃하는 다른 수전해 및 연료전지 가역셀(100)의 제 2 볼트단자(164)와 접속부재(210), 예컨대 도전성 와이어 등을 통해서 전기적으로 연결됨으로써, 수전해 및 연료전지 가역셀(100)이 서로 직렬로 연결되도록 할 수 있다.The first bolt terminal 163 is provided to be electrically connected to the outer surface of the first separating member 110, penetrates the electrolyte membrane member 120 to be spaced apart or insulated from the second electrode layer 150, and 2 It penetrates through the separating member 130 to be insulated and protrudes outward. To this end, the first bolt terminal 163 may be provided to be integrally formed on the first separating member 110 by welding or bolting, for example, partly or entirely made of a conductive material, and the first electrode layer 140 The and may be electrically connected via the first separating member 110 or directly. In the first bolt terminal 163, a portion in contact with the second separating member 130 is made of an insulating material, or a separate insulating member is installed in the contact portion with the second separating member 130 to separate the second It may be insulated from the member 130. The first bolt terminal 163 is electrically connected to the second bolt terminal 164 of the neighboring other water electrolysis and the reversible fuel cell 100 through a connection member 210, for example, a conductive wire, so that water electrolysis and The fuel cell reversible cells 100 may be connected in series with each other.

제 2 볼트단자(164)는 제 1 분리부재(110)의 외측면에 절연되어 돌출되도록 마련되어, 제 1 전극층(140)과는 이격 또는 절연되도록 전해질막부재(120)를 관통함과 아울러, 제 2 분리부재(130)에 전기적으로 접속되도록 관통하여 외측으로 돌출된다. 이를 위해, 제 2 볼트단자(164)는 예컨대 절연재질로 이루어져서 제 1 분리부재(110) 상에 직접 수직되게 억지 끼움이나 나사체결 등을 비롯하여 다양한 방식에 의해 고정되거나, 별도의 절연부재를 매개로 제 1 분리부재(110) 상에 수직되게 고정될 수 있으며, 제 2 전극층(140)과는 제 2 분리부재(130)를 매개로 또는 직접 전기적으로 접속될 수 있다. 제 2 볼트단자(164)는 제 2 분리부재(130)에 전기적으로 접속되기 위하여, 제 2 분리부재(130)에 접촉되는 부분이 도전성재질로 이루어지거나, 제 2 분리부재(130)와의 접촉 부분에 별도의 도전성부재를 설치할 수 있고, 이러한 도전성재질의 접촉부분이나 별도의 도전성부재에 접속부재(210), 예컨대 도전성 와이어 등이 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있으며, 이 외에도 다양한 방식에 의해 선택적 전기 접속을 가능하도록 구성될 수 있다.The second bolt terminal 164 is insulated from the outer surface of the first separating member 110 and is provided to protrude, and penetrates the electrolyte membrane member 120 so as to be spaced apart or insulated from the first electrode layer 140. 2 It penetrates so as to be electrically connected to the separating member 130 and protrudes outward. To this end, the second bolt terminal 164 is made of, for example, an insulating material, and is directly vertically fixed on the first separating member 110 by various methods, including forcefully fitting or screwing, or through a separate insulating member. It may be vertically fixed on the first separating member 110, and may be electrically connected to the second electrode layer 140 via the second separating member 130 or directly. The second bolt terminal 164 is electrically connected to the second separating member 130, so that a portion in contact with the second separating member 130 is made of a conductive material, or a portion in contact with the second separating member 130 A separate conductive member may be installed on the device, and the connection member 210, for example, a conductive wire, etc. may be electrically connected to the contact portion of the conductive material or the separate conductive member. It can be configured to enable access.

실링부재(165)는 제 1 분리부재(110)의 양단 외측에 끼워져서 전해질막부재(120)를 사이에 두고 제 1 및 제 2 분리부재(110,130)를 서로 격리시키도록 하는데, 예컨대 고무나 신축성 합성수지재의 링부재로 이루어질 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 분리부재(110,130) 등의 양단을 실링제나 추가 실링부재를 사용하여 추가적으로 실링 처리될 수 있다.The sealing member 165 is fitted outside both ends of the first separating member 110 to isolate the first and second separating members 110 and 130 from each other with the electrolyte membrane member 120 interposed therebetween, such as rubber or elasticity. It may be made of a ring member made of synthetic resin. Meanwhile, both ends of the first and second separating members 110 and 130 may be additionally sealed using a sealing agent or an additional sealing member.

고정플레이트(166)는 제 2 분리부재(130)로부터 돌출되는 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164)에 삽입되어 제 2 분리부재(130) 상에 설치되고, 절연재질로 이루어질 수 있다. 고정플레이트(166)는 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164)가 쉽게 삽입되도록 측부가 개방되는 체결홈(166a)이 형성될 수 있다.The fixing plate 166 is inserted into the first and second bolt terminals 163 and 164 protruding from the second separating member 130 and installed on the second separating member 130, and may be made of an insulating material. The fixing plate 166 may be formed with a fastening groove 166a whose side portions are opened so that the first and second bolt terminals 163 and 164 are easily inserted.

고정너트(167)는 고정플레이트(166)부터 돌출되는 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164)에 각각 나사체결되어 고정플레이트(166)가 제 2 분리부재(130) 상에 고정되도록 하는데, 필요에 따라서는 접속부재(210)의 전기적 접속을 위해 고정시키는 역할을 할 수도 있다. The fixing nut 167 is screwed to the first and second bolt terminals 163 and 164 protruding from the fixing plate 166, respectively, so that the fixing plate 166 is fixed on the second separating member 130, if necessary. Accordingly, it may serve to fix the connection member 210 for electrical connection.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 접속부(210)는 가역셀(100) 각각의 제 1 및 제 2 볼트단자(163,164)를 서로 연결하여, 다수의 가역셀(100)이 배터리(10) 또는 전기기구(20; 도 20) 측에 직렬로 전기적으로 접속되도록 할 수 있는데, 예컨대 도전성 재질의 와이어나 도전성 재질의 플레이트 또는 전선 등을 비롯하여 다양한 도전성 연결부재가 사용될 수 있다.1 to 3, the connection part 210 connects the first and second volt terminals 163 and 164 of each of the reversible cells 100 to each other, so that the plurality of reversible cells 100 The device 20 (FIG. 20) may be electrically connected in series. For example, various conductive connecting members including a conductive material wire or a conductive material plate or wire may be used.

케이스(220)는 다수의 가역셀(100)을 감싸서, 가역셀(100) 각각의 피팅부재(162)가 노출 또는 돌출되도록 하되, 제 2 분리부재(130) 주위에 기밀되는 공간을 제공하도록 한다. 이를 위해 케이스(220)는 피팅부재(162) 각각이 끼워져서 결합되기 위한 제 1 개구(221)가 다수로 형성될 수 있고, 후술하게 될 제 2 가스관(241)이 끼워져서 결합되기 위한 제 2 개구(222)가 형성될 수 있다. 이러한 케이스(220)는 수전해장치 모드 또는 연료전지 모드에 따라 기체 또는 물의 수집이나 공급 등의 역할을 할 수 있다.The case 220 surrounds a plurality of reversible cells 100 so that the fitting members 162 of each of the reversible cells 100 are exposed or protruded, but provide an airtight space around the second separating member 130 . To this end, the case 220 may have a plurality of first openings 221 to be fitted and coupled to each of the fitting members 162, and a second gas pipe 241 to be described later may be fitted and coupled. An opening 222 may be formed. The case 220 may play a role of collecting or supplying gas or water according to a water electrolysis device mode or a fuel cell mode.

제 1 가스용기(230)는 피팅부재(162) 각각에 제 1 가스관(231)을 통해 연결되는데, 예컨대 수전해 모드에서 발생되는 기체, 예컨대 수소 기체를 저장하거나, 연료전지 모드에서 연료로 사용되는 기체, 예컨대 수소 기체를 공급하는 역할을 할 수 있다. 제 1 가스용기(230)는 제 1 가스관(231)과의 연결을 위하여, 상단에 마개(232)가 나사 결합 등과 같이 착탈 가능하게 결합될 수 있으며, 마개(232)에 필요에 따라 밸브 등이 설치될 수 있다.The first gas container 230 is connected to each of the fitting members 162 through a first gas pipe 231. For example, gas generated in the electrolysis mode, such as hydrogen gas, is stored or used as fuel in the fuel cell mode. It may serve to supply gas, such as hydrogen gas. In order to connect the first gas container 230 with the first gas pipe 231, a stopper 232 at the top may be detachably coupled, such as a screw connection, and a valve etc. may be attached to the stopper 232 as necessary. Can be installed.

제 2 가스용기(240)는 케이스(220)에 제 2 가스관(241)을 통해 연결되는데, 예컨대 수전해 모드에서 발생되는 기체, 예컨대 산소 기체를 저장하거나, 연료전지 모드에서 연료로 사용되는 기체, 예컨대 산소 기체를 공급하는 역할을 할 수 있다. 제 2 가스용기(240)는 제 2 가스관(241)과의 연결을 위하여, 상단에 마개(242)가 나사 결합 등과 같이 착탈 가능하게 결합될 수 있으며, 마개(242)에 필요에 따라 밸브 등이 설치될 수 있다.The second gas container 240 is connected to the case 220 through a second gas pipe 241, for example, a gas generated in a water electrolysis mode, such as oxygen gas, or a gas used as a fuel in a fuel cell mode, For example, it may serve to supply oxygen gas. In order to connect the second gas container 240 with the second gas pipe 241, a stopper 242 at the top may be detachably coupled, such as a screw connection, and a valve etc. may be attached to the stopper 242 as necessary. Can be installed.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 수전해 및 연료전지 가역셀(100)에 의한 수전해 모드에서의 반응과 연료전지 모드에서의 반응을 나타낸다. 이는 아래의 반응식에 해당한다.Referring to FIG. 8, the reaction in the water electrolysis mode and the reaction in the fuel cell mode by the water electrolysis and the fuel cell reversible cell 100 according to the present invention are shown. This corresponds to the following reaction equation.

FC : 2H2 + O2 -> 2H2O + electricityFC: 2H 2 + O 2 -> 2H 2 O + electricity

Ely : 2H2O + electricity -> 2H2 +O2 Ely: 2H 2 O + electricity -> 2H 2 +O 2

수전해 모드에서는 직류 전원(도 1 내지 도 3의 배터리(10)로부터 공급)과 물공급이 이루어지고, 생성되는 것은 산소 기체와 수소 기체가 된다. 그리고 연료전지 모드에서는 공급되는 연료가 수소 기체와 산소 기체가 되고, 그 때 생성되는 것이 직류 전원(전기 수요처인 전기기구(20; 도 6에 도시)의 동작 전원)과 물이다. In the water electrolysis mode, direct current power (supplied from the battery 10 of FIGS. 1 to 3) and water are supplied, and oxygen gas and hydrogen gas are generated. In the fuel cell mode, the supplied fuel becomes hydrogen gas and oxygen gas, and generated at that time is a direct current power source (operating power source of an electric appliance 20 (shown in FIG. 6) that is a consumer of electricity) and water.

도 9를 참조하면, 티타늄 파우더가 티타늄 펠트 위에 실제로 로딩되어 있을 때의 확대 사진을 나타낸 것인데, 전극에서 촉매 담지체로서 역할을 하게 되면, 이러한 형태를 가지게 될 것이기 때문에 예시의 형태로 나타내었다. Referring to FIG. 9, an enlarged photograph of titanium powder is shown when it is actually loaded on the titanium felt, and it is shown in the form of an example because it will have such a shape when the electrode serves as a catalyst carrier.

이러한 본 발명에 따르면, 원통관 형태의 셀 구조를 고체고분자형 연료전지 및 수전해 장치를 포함하는 일체형 재생 연료전지에 사용하도록 좀 더 유연하고, 간단한 형태로 구성된다. 차단부재(161) 및 피팅부재(162)에 해당하는 원통형 연료 통로 상에 제 1 분리부재(110)가 위치하게 되고, 그 위에 제 1 및 제 2 전극층(140,150)이 양측면에 각각 코팅된 전해질막부재(120)이 막-전극 접합체(MEA)로서 결착되고, 그 위에 제 2 분리부재(130)가 결착된다. According to the present invention, the cell structure in the form of a cylindrical tube is constructed in a more flexible and simple form to be used in an integrated renewable fuel cell including a solid polymer fuel cell and a water electrolysis device. The first separating member 110 is positioned on the cylindrical fuel passage corresponding to the blocking member 161 and the fitting member 162, and the first and second electrode layers 140 and 150 are coated on both sides thereof, respectively. The member 120 is bonded as a membrane-electrode assembly (MEA), and a second separation member 130 is bonded thereon.

예컨대 제 1 전극층(150)에서의 수소극 전극 촉매로는 카본 담지 백금이 사용될 수 있으며, 솔루션에 분산된 슬러리가 전해질막부재(120) 표면에 코팅될 수 있으며, 촉매-전극 부분을 커버하는 기체 확산층(GDL)으로 얇은 카본섬유가 전극표면에 함께 결합될 수 있다. 종래 스택형태의 연료전지나 수전해 장치에서는 카본페이퍼가 많이 사용되나, 원통형 구조의 특성상 유연성을 가진 카본 섬유쪽이 유리할 것이다. 이러한 기체 확산층이 없더라도 분리판과 전극부분의 접합이 효과적으로 이루어질 수 있다면, 기체 확산층을 사용하지 않더라도 원통형의 특성상 전극 전체적으로 반응은 진행될 것이다. 이 가스확산층 구조체는 분리판의 홈이 없는 부분에서의 연료공급을 효과적으로 하기 위해 존재하게 된다. For example, carbon-supported platinum may be used as the hydrogen electrode catalyst in the first electrode layer 150, and the slurry dispersed in the solution may be coated on the surface of the electrolyte membrane member 120, and the catalyst-a gas covering the electrode portion As a diffusion layer (GDL), thin carbon fibers may be bonded together to the electrode surface. In the conventional stack type fuel cell or water electrolysis device, carbon paper is widely used, but a flexible carbon fiber will be advantageous due to the characteristic of a cylindrical structure. Even without such a gas diffusion layer, if the separation plate and the electrode portion can be effectively bonded, the reaction will proceed throughout the electrode due to the cylindrical nature even if the gas diffusion layer is not used. This gas diffusion layer structure is present in order to effectively supply fuel in the grooveless portion of the separating plate.

최종적으로 결착되는 제 2 분리부재(130), 예컨대 산소극 분리판은 셀 전체의 구조를 지지해 주는 역할과 원통형 구조 내부와 외부를 완벽히 차단할 수 있는 압력을 주어야 한다. 그렇지 않으면 전해질막부재(120)가 내부와 외부의 압력차로 인해 손상을 입을 수 있다. 이에 따라, 원통관 형태의 연료통로 외부에 제 1 및 제2 볼트단자(163,164), 고정플레이트(166), 그리고 고정너트(167)로 제 1 및 제 2 분리부재(110,130) 및 전해질막부재(120)를 단단하게 고정시키도록 한다.The second separating member 130 finally bonded, for example, the oxygen electrode separating plate, must provide a pressure to support the structure of the entire cell and completely block the inside and the outside of the cylindrical structure. Otherwise, the electrolyte membrane member 120 may be damaged due to a pressure difference between the inside and the outside. Accordingly, the first and second bolt terminals 163 and 164, the fixing plate 166, and the fixing nut 167 outside the cylindrical fuel passage are used as the first and second separating members 110 and 130 and the electrolyte membrane member ( 120) should be fixed firmly.

제 2 분리부재(130) 일측 부분에는 DC 전원, 즉 배터리(10; 도 1 내지 도 3 참조) 또는 DC 부하, 즉 전기기구(20; 도 6 참조)와 연결되는 접속부재(210)가 연결된다. 수전해 운전에서는 배터리(10)와 연결되어, 수소와 산소를 생산하며, 연료전지 운전에서는 생산된 전력이 사용될 DC 부하에 해당하는 전기기구(20)와 연결이 된다. A connection member 210 connected to a DC power source, that is, a battery 10 (see FIGS. 1 to 3) or a DC load, that is, an electric device 20 (see FIG. 6), is connected to one side of the second separating member 130. . In the water electrolysis operation, it is connected to the battery 10 to produce hydrogen and oxygen, and in the fuel cell operation, the generated electric power is connected to the electric device 20 corresponding to the DC load to be used.

이렇게 조립된 단셀구조가 다수로 연결되면 용량을 점점 키울 수 있고, 내부 연료 공급 라인이 연장되는 구조라서, 간단하면서도 중량효율이 좋은 연료전지 및 수전해 장치로 활용이 가능하다. 수전해 운전의 경우에는 원통 내부 혹은 외부에 물이 공급되어 반응이 시작되며, 연료전지의 경우에는 원통 내부에 수소가 공급이 되고, 외부 공기 중의 산소와 반응하게 된다. When a plurality of the assembled single cell structures are connected, the capacity can be gradually increased, and since the internal fuel supply line is extended, it can be used as a fuel cell and a water electrolysis device with good weight efficiency while being simple. In the case of water electrolysis operation, water is supplied to the inside or outside of the cylinder to initiate a reaction, and in the case of a fuel cell, hydrogen is supplied to the inside of the cylinder and reacts with oxygen in the outside air.

이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, but, of course, various modifications and variations can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims and equivalents as well as the claims to be described later.

10 : 배터리 20 : 전기기구
100 : 수전해 및 연료전지 가역셀 110 : 제 1 분리부재
111 : 다공 120 : 전해질막부재
121 : 관통홈 122 : 관통홀
130 : 제 2 분리부재 131 : 메쉬
132 : 관통홈 133 : 관통홀
140 : 제 1 전극층 150 : 제 2 전극층
161 : 차단부재 162 : 피팅부재
162a : 결합링 163 : 제 1 볼트단자
164 : 제 2 볼트단자 165 : 실링부재
166 : 고정플레이트 166a : 체결홈
167 : 고정너트 210 : 접속부재
220 : 케이스 221 : 제 1 개구
222 : 제 2 개구 230 : 제 1 가스용기
231 : 제 1 가스관 231 : 마개
240 : 제 2 가스용기 241 : 제 2 가스관
242 : 마개10: battery 20: electric appliance
100: water electrolysis and fuel cell reversible cell 110: first separating member
111: porous 120: electrolyte membrane member
121: through hole 122: through hole
130: second separating member 131: mesh
132: through hole 133: through hole
140: first electrode layer 150: second electrode layer
161: blocking member 162: fitting member
162a: coupling ring 163: first bolt terminal
164: second bolt terminal 165: sealing member
166: fixing plate 166a: fastening groove
167: fixing nut 210: connecting member
220: case 221: first opening
222: second opening 230: first gas container
231: first gas pipe 231: stopper
240: second gas container 241: second gas pipe
242: stopper

Claims (10)

원통형으로 이루어지고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 전도성을 가지는 제 1 분리부재;
상기 제 1 분리부재의 외측에 장착되기 위해 곡률을 이루도록 형성되고, 유연성을 가지며, 양이온 투과를 위한 전해질막부재;
상기 전해질막부재의 외측에 장착되기 위하여 곡률을 이루도록 형성되고, 메쉬구조나 다공구조가 형성되며, 유연성과 전도성을 가지는 제 2 분리부재;
상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 어느 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 수소극 촉매를 가지는 제 1 전극층;
상기 전해질막부재의 내측면과 외측면 중 다른 하나에 형성되어, 상기 제 1 분리부재의 외측면 또는 상기 제 2 분리부재의 내측면에 접촉하고, 상기 전해질막부재와 함께 유연하게 변형되며, 산소극 촉매를 가지는 제 2 전극층;
상기 제 1 분리부재의 일단 개구를 차단하도록 마련되는 차단부재;
상기 제 1 분리부재의 타단 개구에 파이프의 연결을 위해 마련되는 피팅부재;
상기 제 1 분리부재의 외측면에 전기적으로 접속되도록 마련되어, 상기 제 2 전극층과는 이격 또는 절연되도록 상기 전해질막부재를 관통함과 아울러, 상기 제 2 분리부재를 절연되도록 관통하여 외측으로 돌출되는 제 1 볼트단자;
상기 제 1 분리부재의 외측면에 절연되어 돌출되도록 마련되어, 상기 제 1 전극층과는 이격 또는 절연되도록 상기 전해질막부재를 관통함과 아울러, 상기 제 2 분리부재에 전기적으로 접속되도록 관통하여 외측으로 돌출되는 제 2 볼트단자;
를 포함하는, 수전해 및 연료전지 가역셀.A first separating member having a cylindrical shape, a mesh structure or a porous structure, and having conductivity;
An electrolyte membrane member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the first separating member, has flexibility, and transmits positive ions;
A second separating member formed to have a curvature to be mounted on the outside of the electrolyte membrane member, a mesh structure or a porous structure, and having flexibility and conductivity;
It is formed on one of the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane member, contacts the outer surface of the first separating member or the inner side of the second separating member, and is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, and A first electrode layer having a negative electrode catalyst;
It is formed on the other one of the inner and outer surfaces of the electrolyte membrane member, contacts the outer surface of the first separating member or the inner side of the second separating member, and is flexibly deformed together with the electrolyte membrane member, and oxygen A second electrode layer having a polar catalyst;
A blocking member provided to block one end opening of the first separation member;
A fitting member provided to connect a pipe to an opening of the other end of the first separating member;
It is provided to be electrically connected to the outer surface of the first separating member, penetrates the electrolyte membrane member so as to be spaced apart or insulated from the second electrode layer, and penetrates the second separating member so as to insulate and protrudes outward. 1 bolt terminal;
It is provided to protrude insulated from the outer surface of the first separating member, penetrates the electrolyte membrane member to be separated from or insulated from the first electrode layer, and penetrates to be electrically connected to the second separating member and protrudes outward. A second bolt terminal;
Containing, water electrolysis and fuel cell reversible cell. 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 또는 제 2 분리부재는,
스테인레스스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 중에서 선택되는 어느 하나의 표면에 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 백금(Pt) 중 어느 하나가 코팅되는, 수전해 및 연료전지 가역셀.The method according to claim 1,
The first or second separating member,
A water electrolysis and fuel cell reversible cell in which any one of iridium (Ir), ruthenium (Ru) and platinum (Pt) is coated on any one surface selected from stainless steel, titanium, aluminum, and copper. 청구항 1에 있어서,
상기 산소극 촉매는,
물 배출과 산소 버블 배출이 용이하도록 티타늄 파우더 담지체를 사용하는, 수전해 및 연료전지 가역셀. The method according to claim 1,
The oxygen electrode catalyst,
Water electrolysis and fuel cell reversible cell using a titanium powder carrier to facilitate water discharge and oxygen bubble discharge. 청구항 3에 있어서,
상기 티타늄 파우더 담지체는,
촉매 물질에 해당하는 백금, 이리듐, 루테늄, 백금-이리듐합금 및 백금-루테늄합금 중에서 적어도 하나 이상을 담지하는, 수전해 및 연료전지 가역셀.The method of claim 3,
The titanium powder carrier,
A water electrolysis and fuel cell reversible cell that supports at least one of platinum, iridium, ruthenium, platinum-iridium alloy and platinum-ruthenium alloy corresponding to a catalyst material. 청구항 4에 있어서,
상기 산소극 촉매는,
상기 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 담지되고, 나피온 아이오노머 바인더(Nafion sol.)를 이용한 촉매 슬러리 제조 과정에서 일체의 카본물질이 배제되도록 제조되는, 수전해 및 연료전지 가역셀.The method of claim 4,
The oxygen electrode catalyst,
A water electrolysis and fuel cell reversible cell, which is physically mixed and supported with the titanium powder carrier, and manufactured so that all carbon materials are excluded in the process of preparing a catalyst slurry using a Nafion ionomer binder (Nafion sol.). 청구항 4에 있어서,
상기 촉매 물질은,
나노(nano) 또는 마이크로(micro) 사이즈이고,
상기 티타늄 파우더 담지체는,
상기 촉매 물질 크기의 5-200배 크기인, 수전해 및 연료전지 가역셀.The method of claim 4,
The catalyst material,
Are nano or micro size,
The titanium powder carrier,
A water electrolysis and fuel cell reversible cell having a size of 5-200 times the size of the catalyst material. 청구항 5에 있어서,
상기 산소극 촉매는,
상기 티타늄 파우더 담지체와 물리적으로 혼합되어 촉매층을 형성할 때, 상기 티타늄 파우더 담지체에 대한 상기 촉매 물질의 담지량이 0.1~1mg/cm2임과 아울러, 상기 티타늄 파우더 담지체의 전체 중량에 대하여 50~99 중량%인, 수전해 및 연료전지 가역셀.The method of claim 5,
The oxygen electrode catalyst,
When physically mixed with the titanium powder carrier to form a catalyst layer, the amount of the catalyst material supported on the titanium powder carrier was 0.1 to 1 mg/cm 2 and 50 with respect to the total weight of the titanium powder carrier. -99% by weight, water electrolysis and fuel cell reversible cell. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 분리부재의 양단 외측에 끼워져서 상기 전해질막부재를 사이에 두고 상기 제 1 및 제 2 분리부재를 서로 격리시키도록 하는 실링부재;
상기 제 2 분리부재로부터 돌출되는 상기 제 1 및 제 2 볼트단자에 삽입되어 상기 제 2 분리부재 상에 설치되고, 절연재질로 이루어지는 고정플레이트; 및
상기 고정플레이트부터 돌출되는 상기 제 1 및 제 2 볼트단자에 나사체결되어 상기 고정플레이트가 상기 제 2 분리부재 상에 고정되도록 하는 고정너트;를 더 포함하고,
상기 전해질막부재 및 상기 제 2 분리부재는,
일측이 길이방향으로 절개되는 원통형으로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 볼트단자 중 어느 하나가 관통하도록 일측이 개방되는 관통홈이 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 볼트단자 중 다른 하나가 관통하도록 관통홀이 형성되는, 수전해 및 연료전지 가역셀. The method according to claim 1,
A sealing member fitted outside both ends of the first separating member so as to isolate the first and second separating members from each other with the electrolyte membrane member therebetween;
A fixing plate inserted into the first and second bolt terminals protruding from the second separating member, installed on the second separating member, and made of an insulating material; And
A fixing nut that is screwed to the first and second bolt terminals protruding from the fixing plate so that the fixing plate is fixed on the second separating member;
The electrolyte membrane member and the second separating member,
One side is formed in a cylindrical shape that is cut in the longitudinal direction, one side is opened to pass through one of the first and second bolt terminals, and the other one of the first and second bolt terminals passes through. Water electrolysis and fuel cell reversible cells in which through holes are formed. 수전해장치와 연료전지간의 양방향 전환을 가능하도록 하고, 다수개가 나란하게 배열되는 가역셀;
상기 가역셀 각각의 제 1 및 제 2 볼트단자를 서로 연결하여, 다수의 가역셀이 배터리 또는 전기기구 측에 직렬로 전기적으로 접속되도록 하는 다수의 접속부재;
상기 다수의 가역셀을 감싸서, 상기 가역셀 각각의 피팅부재가 노출 또는 돌출되도록 하되, 상기 제 2 분리부재 주위에 기밀되는 공간을 제공하는 케이스;
상기 피팅부재 각각에 제 1 가스관을 통해 연결되는 제 1 가스용기; 및
상기 케이스에 제 2 가스관을 통해 연결되는 제 2 가스용기;를 포함하고,
상기 가역셀은,
청구항 1에 기재된 수전해 및 연료전지 가역셀인, 수전해 및 연료전지 양방향 전환 장치.A reversible cell capable of switching in both directions between the water electrolysis device and the fuel cell, and a plurality of reversible cells arranged side by side;
A plurality of connecting members connecting the first and second volt terminals of each of the reversible cells to each other so that the plurality of reversible cells are electrically connected in series to the battery or electric appliance side;
A case surrounding the plurality of reversible cells so that the fitting members of each of the reversible cells are exposed or protruded, and providing an airtight space around the second separating member;
A first gas container connected to each of the fitting members through a first gas pipe; And
Includes; a second gas container connected to the case through a second gas pipe,
The reversible cell,
The water electrolysis and fuel cell reversible cell according to claim 1, wherein the water electrolysis and fuel cell two-way switching device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102228132B1 (en) * 2020-11-02 2021-03-17 (주)시그넷이브이 ESS System for Charging fuel cell electric vehicles and electric vehicles
KR102477278B1 (en) * 2021-02-16 2022-12-14 자연에너지연구소 주식회사 Air purifier for using reversible cell for water electrolysis
KR102606322B1 (en) * 2023-03-14 2023-11-30 주식회사 지스핀 Tubular unit stack integrated with fuel cell and water electrolysis

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329505A (en) 2001-04-27 2002-11-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method of manufacturing fuel cell tube
JP2015191872A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 日揮触媒化成株式会社 Electrode catalyst, catalyst layer precursor, catalyst layer and fuel cell

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100535421B1 (en) * 2003-12-30 2005-12-08 현대자동차주식회사 A direct methanol fuel cell and system thereof
JP2007066759A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Toyota Motor Corp Fuel cell
KR20070037208A (en) * 2005-09-30 2007-04-04 삼성에스디아이 주식회사 Cylindrical membrane electrode assembly and fuel cell using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329505A (en) 2001-04-27 2002-11-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method of manufacturing fuel cell tube
JP2015191872A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 日揮触媒化成株式会社 Electrode catalyst, catalyst layer precursor, catalyst layer and fuel cell

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