KR102166473B1 - Separator, and Fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 확산층과 접촉하기 위한 리브 영역 및 가스 확산층과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역을 가지며, 리브 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부가 마련된 분리판이 제공된다.The present invention relates to a separation plate, and a fuel cell stack including the same. According to an aspect of the present invention, a rib region for contacting a gas diffusion layer and a channel forming a flow path of a reaction gas without contacting the gas diffusion layer A separating plate having a region and provided with a plurality of first grooves for guiding the generated water in a predetermined direction is provided in the rib region.

Description

분리판 및 이를 포함하는 연료전지{Separator, and Fuel cell comprising the same}Separator, and fuel cell comprising the same

본 발명은 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separator and a fuel cell including the same.

일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료와 산화제의 전기 화학반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환 장치이며, 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능한 장점이 있다.In general, a fuel cell is an energy conversion device that generates electrical energy through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidizing agent, and has an advantage of being able to continuously generate electricity as long as fuel is continuously supplied.

고분자 전해질 연료전지sms 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 각각 도포되어 형성된 전극층을 구비하는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 가스를 반응 영역 전체에 걸쳐 고르게 분포시키고, 애노드 전극의 산화반응에 의해 발생된 전자를 캐소드 전극 쪽으로 전달하는 역할의 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 가스들을 가스 확산층으로 공급하고, 전기화학반응에 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.Polymer electrolyte fuel cell sms A membrane-electrode assembly (MEA) having an electrode layer formed by applying an anode and a cathode, respectively, around an electrolyte membrane made of a polymer material, and a reaction gas to the entire reaction area. The gas diffusion layer (GDL), which serves to distribute electrons generated by the oxidation reaction of the anode electrode to the cathode electrode, supplies reactive gases to the gas diffusion layer, and water generated by the electrochemical reaction. It may include a bipolar plate for discharging to the outside, a gasket made of rubber material having elasticity, which is disposed on the outer periphery of the reaction area of the separator or membrane-electrode assembly to prevent leakage of reaction gas and cooling water. have.

특히, 다공체로 형성된 분리판은 산소의 확산저항을 저감하여 반응 가스의 이용률을 높임으로써 높은 성능을 구현하며, 높은 출력으로 인해 생성수의 배출량을 증대시킬 수 있다.In particular, the separator formed of a porous body can reduce the diffusion resistance of oxygen to increase the utilization rate of the reactive gas, thereby realizing high performance, and increasing the amount of generated water discharged due to the high output.

한편 다량의 물이 발생하게 되면, 물이 분리판 내에 응결되면서 반응 가스의 흐름을 방해하게 되고, 반응 가스와 촉매층의 반응 면적이 감소하게 되어 결과적으로 반응성이 낮아지게 된다. 이러한 연속적인 현상으로 인해 고출력 운전에서는 다량의 물이 발생하게 되어 전압 강하 또는 출력 저하와 같은 현상이 발생하게 된다.On the other hand, when a large amount of water is generated, the water condenses in the separating plate, interfering with the flow of the reaction gas, reducing the reaction area between the reaction gas and the catalyst layer, resulting in lower reactivity. Due to this continuous phenomenon, a large amount of water is generated in high-power operation, resulting in phenomena such as voltage drop or output drop.

종래 연료전지용 분리판은 물의 배출 성능을 향상시키기 위하여 표면이 친수 처리(코팅 또는 개질 등) 되었으나, 금속 분리판의 표면 친수 처리는 접촉 저항 증가를 동반하여 연료전지의 성능을 떨어뜨리는 문제를 발생시켰고, 아울러 표면 친수성의 지속력이 충분하지 않은 한계가 있었다.Conventional fuel cell separators have a hydrophilic surface treatment (coating or reforming, etc.) in order to improve water discharge performance, but the surface hydrophilic treatment of the metal separators caused a problem of degrading the performance of the fuel cell due to increased contact resistance. In addition, there was a limitation in that the surface hydrophilic persistence was not sufficient.

따라서 접촉 저항을 유지 또는 향상시킴과 동시에 친수성 및 물배출을 대폭 개선할 수 있는 새로운 금속 분리판의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a new metal separator that can significantly improve hydrophilicity and water discharge while maintaining or improving contact resistance.

본 발명은 물배출 성능을 향상시킴과 동시에 접촉저항을 유지 또는 향상시킬 수 있는 분리판 및 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a separator and a fuel cell stack capable of improving water discharge performance and maintaining or improving contact resistance.

또한, 본 발명은 기존 반응가스의 유로를 그대로 이용하여 생성수를 배출시킬 수 있고, 표면 친수 특성 및 생성수 배출 속도를 향상시킬 수 있는 분리판 및 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.In addition, the present invention is a problem to be solved to provide a separation plate and a fuel cell stack capable of discharging generated water by using the flow path of the existing reaction gas as it is and improving the surface hydrophilic properties and the rate of discharging the generated water. do.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 확산층과 접촉하기 위한 리브 영역 및 가스 확산층과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역을 가지며, 리브 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부가 마련된 분리판이 제공된다.In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a rib region for contacting the gas diffusion layer and a channel region for forming a flow path of the reaction gas without contacting the gas diffusion layer, and the generated water A separating plate provided with a plurality of first grooves for guiding in a predetermined direction is provided.

또한, 상기 제1 홈부는 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다. 한편, 0.05㎛ 보다 작은 폭을 가진 홈부의 가공은 가공에 필요한 비용이 크게 들어, 비용의 효용을 초과하게 되며, 500㎛ 를 초과하는 폭을 갖는 홈부는 표면적의 변화가 미미하여 생성수의 젖음 현상을 조절하기 어렵다. 또한, 제1 홈부가 복수로 구비되는 경우, 제1 홈부는 평균 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 평균 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다.In addition, the first groove portion may have a width of 0.05 to 500 μm, and a depth of less than twice the width. On the other hand, machining of grooves with a width of less than 0.05 μm is expensive, which exceeds the utility of the cost, and grooves with a width of more than 500 μm have insignificant change in surface area to prevent wetting of the generated water. Difficult to control In addition, when a plurality of first grooves are provided, the first grooves may have an average width of 0.05 to 500 μm, and an average depth of less than twice the width.

또한, 인접하는 제1 홈부 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 일 수 있다.In addition, the average interval between adjacent first grooves may be 0.05 to 500 μm.

또한, 채널 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제2 홈부가 마련될 수 있다. In addition, a plurality of second grooves for guiding the generated water in a predetermined direction may be provided in the channel region.

또한, 제1 홈부 및 제2 홈부는 동일한 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. In addition, the first groove portion and the second groove portion may have a shape extending along the same direction.

또한, 제1 홈부 및 제2 홈부는 서로 다른 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다. In addition, the first groove portion and the second groove portion may have shapes extending along different directions.

또한, 제1 홈부 및 제2 홈부는 동일한 길이를 가질 수 있다.Also, the first groove and the second groove may have the same length.

또한, 제1 홈부 및 제2 홈부는 상이한 길이를 가질 수 있다.In addition, the first groove portion and the second groove portion may have different lengths.

또한, 상기 제2 홈부는, 제1 홈부가 마찬가지로, 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다.In addition, the second groove portion, like the first groove portion, may have a width of 0.05 to 500 μm and a depth of less than twice the width.

또한, 인접하는 제2 홈부 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 일 수 있다.In addition, an average interval between adjacent second grooves may be 0.05 to 500 μm.

또한, 분리판에서, 인접하는 2개의 리브 영역 사이에 채널 영역이 위치할 수 있다. Further, in the separating plate, a channel region may be positioned between two adjacent rib regions.

또한, 리브 영역 및 채널 영역 중 적어도 하나의 영역은 친수성 표면을 가질 수 있다. In addition, at least one of the rib region and the channel region may have a hydrophilic surface.

또한, 리브 영역은 적어도 일부에 곡면 영역을 포함할 수 있다. In addition, the rib area may include a curved area at least in part.

또한, 상기 곡면 영역에 복수 개의 제1 홈부가 마련될 수 있다.In addition, a plurality of first grooves may be provided in the curved area.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 막-전극 접합체, 막-전극 접합체의 일면에 배치된 가스 확산층 및 가스 확산층과 접촉하기 위한 리브 영역 및 가스 확산층과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역을 가지며, 리브 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부가 마련된 분리판을 포함하는 연료전지가 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, the membrane-electrode assembly, the gas diffusion layer disposed on one surface of the membrane-electrode assembly, and the rib region for contacting the gas diffusion layer and the gas diffusion layer do not contact the flow path of the reaction gas. A fuel cell is provided that has a channel region to be formed, and includes a separating plate provided with a plurality of first grooves for guiding the generated water in a predetermined direction in the rib region.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the separator and the fuel cell including the same according to an embodiment of the present invention have the following effects.

본 발명에 따르면, 리브 영역 또는 리브 영역과 채널 영역에 생성수 안내를 위한 미세 홈부를 형성함으로써, 생성수의 유동을 촉진하여 물배출 성능을 향상시킴과 동시에 접촉저항을 유지 또는 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by forming fine grooves for guiding product water in the rib region or the rib region and the channel region, it is possible to promote the flow of product water to improve water discharge performance and to maintain or improve contact resistance.

또한, 기존 반응가스의 유로(채널 영역)를 그대로 이용하여 생성수를 배출시킬 수 있고, 표면 친수 특성 및 생성수 배출 속도를 향상시킬 수 있다.In addition, the generated water can be discharged using the flow path (channel region) of the existing reaction gas as it is, and the surface hydrophilic properties and the generated water discharge rate can be improved.

도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 연료전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 연료전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 물 배출 특성을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명과 관련된 연료전지의 성능을 나타내는 비교 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
3 to 5 are schematic diagrams for explaining water discharge characteristics.
6 is a schematic diagram showing a separation plate related to an embodiment of the present invention.
7 is a comparative graph showing the performance of a fuel cell related to the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판 및 이를 포함하는 연료전지를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a separator according to an embodiment of the present invention and a fuel cell including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, regardless of the reference numerals, the same or corresponding components are given the same or similar reference numbers, and duplicate descriptions thereof will be omitted, and the size and shape of each component member shown for convenience of explanation are exaggerated or reduced. Can be.

도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 연료전지(1)를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 연료전지(2)를 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell 1 related to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell 2 related to a second embodiment of the present invention.

또한, 도 3 내지 도 5는 물 배출 특성을 설명하기 위한 개략도들이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판을 나타내는 개략도이며, 도 7은 본 발명과 관련된 연료전지의 성능을 나타내는 비교 그래프이다.In addition, Figures 3 to 5 are schematic diagrams for explaining the water discharge characteristics, Figure 6 is a schematic diagram showing a separation plate related to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a comparison showing the performance of the fuel cell related to the present invention It is a graph.

도 1 및 도 2를 참조하면, 연료전지(1, 2)는 막-전극 접합체(10), 막-전극 접합체의 일면에 배치된 가스 확산층(20) 및 분리판(100, 200)을 포함한다.1 and 2, the fuel cells 1 and 2 include a membrane-electrode assembly 10, a gas diffusion layer 20 disposed on one surface of the membrane-electrode assembly, and separation plates 100 and 200. .

제1 실시예와 관련된 분리판(100)은 가스 확산층(20)과 접촉하기 위한 리브 영역(110) 및 가스 확산층(20)과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로(A)를 형성하는 채널 영역(120)을 갖는다.The separating plate 100 according to the first embodiment does not contact the rib region 110 and the gas diffusion layer 20 for contacting the gas diffusion layer 20, and a channel region that forms a flow path A of the reaction gas. Has 120.

또한, 제2 실시예와 관련된 분리판(200)은 가스 확산층(20)과 접촉하기 위한 리브 영역(310) 및 가스 확산층(20)과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역(320)을 갖는 다공체(300) 및 다공체(300)가 결합되는 플레이트(30)를 포함한다.In addition, the separating plate 200 according to the second embodiment does not contact the rib region 310 and the gas diffusion layer 20 for contacting the gas diffusion layer 20, and a channel region that forms a flow path for the reaction gas ( It includes a porous body 300 having 320 and a plate 30 to which the porous body 300 is coupled.

도 1 및 도 7을 참조하면, 분리판(100, 200)에서, 리브 영역(110, 310)에는 생성수(W)를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부(311)가 마련된다. 상기 제1 홈부(311)는 대략 마이크로 사이즈의 깊이를 가질 수 있고, 생성수(W)를 유동(배출)시키고자 하는 방향을 따라 소정 길이를 갖도록 연장될 수 있다. 또한, 제1 홈부(311)는 가스 확산층(20)에서 멀어지는 방향으로 함몰될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 7, in the separation plates 100 and 200, a plurality of first grooves 311 for guiding the generated water W in a predetermined direction are provided in the rib regions 110 and 310. The first groove 311 may have a depth of approximately micro-sized, and may extend to have a predetermined length along a direction in which the generated water W is to be flowed (discharged). In addition, the first groove 311 may be recessed in a direction away from the gas diffusion layer 20.

또한, 상기 제1 홈부(311)는 폭이 0.05 내지 500㎛ 일 수 있고, 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다. 한편, 0.05㎛ 보다 작은 폭을 가진 홈부의 가공은 가공에 필요한 비용이 크게 들어, 비용의 효용을 초과하게 되며, 500㎛ 를 초과하는 폭을 갖는 홈부는 표면적의 변화가 미미하여 생성수의 젖음 현상을 조절하기 어렵다. 또한, 깊이가 폭의 2배보다 큰 경우, 친수성 표면에서는 모세관 현상에 의해 침입되는 물에 의해 표면 특성 조절 효과가 없으며, 소수성 표면에서는 cassie 젖음 모드가 되어 표면적을 활용할 수 없게 된다. In addition, the first groove 311 may have a width of 0.05 to 500 μm, and a depth of less than twice the width. On the other hand, machining of grooves with a width of less than 0.05 μm is expensive, which exceeds the utility of the cost, and grooves with a width of more than 500 μm have insignificant change in surface area to prevent wetting of the generated water. Difficult to control In addition, when the depth is greater than twice the width, the hydrophilic surface does not have an effect of controlling the surface properties by the water intruded by the capillary phenomenon, and the hydrophobic surface enters the cassie wetting mode, so that the surface area cannot be utilized.

또한, 제1 홈부가 복수로 구비되는 경우, 제1 홈부는 평균 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 평균 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다.In addition, when a plurality of first grooves are provided, the first grooves may have an average width of 0.05 to 500 μm, and an average depth of less than twice the width.

또한, 인접하는 제1 홈부(311) 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 일 수 있다. 0.05㎛ 미만의 간격은 가공비용이 지나치게 크며, 500㎛ 보다 큰 간격은 표면적 조절 효과를 상실한다.In addition, the average interval between adjacent first grooves 311 may be 0.05 to 500 μm. Spacing less than 0.05µm is too expensive to process, and gaps greater than 500µm lose the effect of controlling the surface area.

도 6을 참조하면, 채널 영역(320)에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제2 홈부(321)가 마련될 수 있다. Referring to FIG. 6, a plurality of second grooves 321 for guiding the generated water in a predetermined direction may be provided in the channel region 320.

또한, 도 1을 참조하면, 채널 영역(120)은 유동공간(A)을 형성하는 바닥면(121) 및 측면(122)을 가질 수 있다. 이때, 제2 홈부(321)는 바닥면(121) 및 측면(122) 중 적어도 하나의 면에 복수로 구비될 수 있다.In addition, referring to FIG. 1, the channel region 120 may have a bottom surface 121 and a side surface 122 forming a flow space A. In this case, the second groove portion 321 may be provided in plurality on at least one of the bottom surface 121 and the side surface 122.

또한, 상기 제2 홈부(321)의 폭은 0.05 내지 500㎛ 일 수 있다.In addition, the width of the second groove 321 may be 0.05 to 500 μm.

상기 제2 홈부(321)는 폭이 0.05 내지 500㎛ 일 수 있고, 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다. 한편, 0.05㎛ 보다 작은 폭을 가진 홈부의 가공은 가공에 필요한 비용이 크게 들어, 비용의 효용을 초과하게 되며, 500㎛ 를 초과하는 폭을 갖는 홈부는 표면적의 변화가 미미하여 생성수의 젖음 현상을 조절하기 어렵다. 또한, 깊이가 폭의 2배보다 큰 경우, 친수성 표면에서는 모세관 현상에 의해 침입되는 물에 의해 표면 특성 조절 효과가 없으며, 소수성 표면에서는 cassie 젖음 모드가 되어 표면적을 활용할 수 없게 된다. The second groove portion 321 may have a width of 0.05 to 500 μm, and a depth of less than twice the width. On the other hand, machining of grooves with a width of less than 0.05 μm is expensive, which exceeds the utility of the cost, and grooves with a width of more than 500 μm have insignificant change in surface area to prevent wetting of the generated water. Difficult to control In addition, when the depth is greater than twice the width, the hydrophilic surface does not have an effect of controlling the surface properties by the water intruded by the capillary phenomenon, and the hydrophobic surface enters the cassie wetting mode, so that the surface area cannot be utilized.

또한, 제2 홈부(321)가 복수로 구비되는 경우, 제2 홈부(321)는 평균 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 평균 깊이가 폭의 2배 이하일 수 있다.In addition, when a plurality of second grooves 321 are provided, the second grooves 321 may have an average width of 0.05 to 500 μm, and an average depth of less than twice the width.

또한, 인접하는 제2 홈부(321) 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 일 수 있다. 0.05㎛ 미만의 간격은 가공비용이 지나치게 크며, 500㎛ 보다 큰 간격은 표면적 조절 효과를 상실한다.In addition, an average interval between adjacent second grooves 321 may be 0.05 to 500 μm. Spacing less than 0.05µm is too expensive to process, and gaps greater than 500µm lose the effect of controlling the surface area.

또한, 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)는 동일한 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수도 있고, 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)는 서로 다른 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수도 있다. 정리하면, 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)는 분리판의 디자인에 따라 생성수의 유동에 유리한 방향을 따라 연장된 형상을 가질 수 있다.In addition, the first groove 311 and the second groove 321 may have a shape extending along the same direction, and the first groove 311 and the second groove 321 may have a shape extending along different directions. You can also have In summary, the first and second grooves 311 and 321 may have a shape extending along a direction advantageous for the flow of generated water according to the design of the separating plate.

또한, 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)는 동일한 길이를 가질 수도 있고, 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)는 상이한 길이를 가질 수도 있다.In addition, the first groove 311 and the second groove 321 may have the same length, and the first groove 311 and the second groove 321 may have different lengths.

특히, 분리판(110, 200)이 금속 재질로 형성되고, 스탬핑, 롤링 등으로 제조되는 경우, 분리판 성형 시 제1 홈부(311) 및 제2 홈부(321)를 동시에 형성하기 위해 금형에 레이저, 또는 3D 프린팅을 통해 가공함으로써, 추가적인 공정, 재료비 등을 발생시키지 않고, 종래 친수 처리를 위한 별도의 코팅 공정 비용 없이 물배출 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 홈부는 접촉 저항을 개선하여 전압 강하를 억제함으로써, 성능향상을 유도할 수 있다. 또한, 홈부의 가공은, 수치가 균일할 필요는 없으며, 상기한 홈부의 폭/깊이/간격을 평균값으로 하는 홈들이 형성될 수 있다.In particular, when the separating plates 110 and 200 are formed of a metal material and manufactured by stamping, rolling, etc., a laser is applied to the mold to simultaneously form the first and second grooves 311 and 321 when forming the separating plate. Or, by processing through 3D printing, it is possible to improve water discharge performance without incurring additional processes, material costs, etc., and without a separate coating process cost for conventional hydrophilic treatment. In particular, the groove portion improves the contact resistance and suppresses the voltage drop, thereby inducing performance improvement. Further, in the processing of the grooves, the numerical values do not need to be uniform, and grooves having the width/depth/interval of the grooves as an average value may be formed.

또한, 분리판(100, 200)에서, 인접하는 2개의 리브 영역(110) 사이에 채널 영역(120)이 위치할 수 있다. In addition, in the separating plates 100 and 200, a channel region 120 may be positioned between two adjacent rib regions 110.

도 6을 참조하면, 리브 영역(310)은 적어도 일부에 곡면 영역을 포함할 수 있고, 또한, 상기 곡면 영역에 복수 개의 제1 홈부(311)가 마련될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 물(생성수)의 접촉각, 이방성 미끄러짐(sliding angle) 성질, 접촉 면적 증가에 따른 표면 친수 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 물의 배출 속도를 증가시킬 수 있고, 접촉 저항을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 6, the rib area 310 may include a curved area at least in part, and a plurality of first grooves 311 may be provided in the curved area. According to this structure, it is possible to improve the contact angle of water (produced water), the anisotropic sliding angle property, and the surface hydrophilic property according to the increase of the contact area, thereby increasing the discharge rate of water, and improving the contact resistance. can do.

또한, 리브 영역(110, 310) 및 채널 영역(120, 320) 중 적어도 하나의 영역은 친수성 표면을 가질 수 있다. In addition, at least one of the rib regions 110 and 310 and the channel regions 120 and 320 may have a hydrophilic surface.

도 4는 분리판이 소수성 표면인 경우를 나타내고, 도 5는 분리판이 친수성 표면인 경우를 나타낸다. 4 shows a case where the separation plate is a hydrophobic surface, and FIG. 5 shows a case where the separation plate is a hydrophilic surface.

도 3 및 도 4를 참조하면, 반응 생성수(W)가 발생했을 때, 분리판이 소수성 표면을 갖는 경우, 생성수 배출이 억제될 수 있다. 이러한 경우, 저가습 조건에서의 운전에는 유리할 수 있으나, 물이 많이 발생하는 고성능 연료전지에서는 불리하다.Referring to FIGS. 3 and 4, when reaction product water (W) is generated, when the separation plate has a hydrophobic surface, discharge of product water may be suppressed. In this case, it may be advantageous for operation in low humidity conditions, but it is disadvantageous in a high-performance fuel cell that generates a lot of water.

이와는 다르게, 도 3 및 도 5를 참조하면, 반응 생성수(W)가 발생했을 때, 분리판이 소수성 표면을 갖는 경우, 생성수 배출이 촉진될 수 있다. 이러한 경우, 저가습 조건에서 불리할 수 있으나, 일정 수준 이상의 가습량과 전류량에서는 유리할 수 있다.In contrast, referring to FIGS. 3 and 5, when the reaction product water W is generated, when the separator has a hydrophobic surface, discharge of the product water may be promoted. In this case, it may be disadvantageous under low-humidity conditions, but may be advantageous in an amount of humidification and current above a certain level.

살펴본 바와 같이, 분리판(100, 200)에 제1 홈부(311) 및 제1 홈부(321)를 적절히 형성시킴으로써, 친수성을 향상시키고, 생성수(W)의 유동을 촉진할 수 있다. 특히, 고가습 조건 또는 고출력 조건에서 생성되는 응축수를 빠르게 배출시킴으로써, 플러딩(flooding)을 방지할 수 있다.As described above, by appropriately forming the first groove 311 and the first groove 321 in the separating plates 100 and 200, it is possible to improve hydrophilicity and promote the flow of the generated water (W). In particular, it is possible to prevent flooding by rapidly discharging the condensed water generated under high humidity conditions or high power conditions.

도 7을 참조하면, 본 발명과 같이 홈부의 가공이 적용된 분리판(실시예)은 홈부가 적용되지 않은 분리판(비교예)과 비교하여 물배출 성능에 따라 성능 향상이 이루어진 것을 확인할 수 있다(0.6V 운전시 출력밀도 비교).Referring to FIG. 7, it can be seen that the performance of the separating plate to which the groove portion is processed (Example) is improved according to the water discharge performance compared to the separating plate to which the groove portion is not applied (Comparative Example) as in the present invention ( Comparison of output density in 0.6V operation).

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art who have ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. And additions will be seen as falling within the following claims.

1, 2: 연료전지
10: 막-전극 접합체
20: 가스 확산층
100, 200: 분리판
300: 다공체1, 2: fuel cell
10: membrane-electrode assembly
20: gas diffusion layer
100, 200: separator
300: porous body

Claims (15)

가스 확산층과 접촉하기 위한 리브 영역 및 가스 확산층과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역을 가지며,
리브 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부가 마련되며,
리브 영역은 적어도 일부에 곡면 영역을 포함할 수 있고, 곡면 영역에 복수 개의 제1 홈부가 마련되며,
인접하는 2개의 리브 영역 사이에 채널 영역이 위치하고,
상기 제1 홈부는 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하이며,
채널 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제2 홈부가 마련되고,
상기 제2 홈부는 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하이며,
리브 영역 및 채널 영역 중 적어도 하나의 영역은 친수성 표면을 갖는 분리판.It has a rib region for contacting the gas diffusion layer and a channel region that does not contact the gas diffusion layer and forms a flow path for the reaction gas,
A plurality of first grooves for guiding the generated water in a predetermined direction are provided in the rib area,
The rib region may include a curved region at least in part, and a plurality of first grooves are provided in the curved region,
A channel region is located between two adjacent rib regions,
The first groove portion has a width of 0.05 to 500 μm, a depth of less than twice the width,
A plurality of second grooves for guiding the generated water in a predetermined direction are provided in the channel region,
The second groove portion has a width of 0.05 to 500 μm, a depth of less than twice the width,
At least one of the rib region and the channel region has a hydrophilic surface. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
인접하는 제1 홈부 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 인 분리판.The method of claim 1,
Separating plate having an average spacing between adjacent first grooves of 0.05 to 500 μm. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
제1 홈부 및 제2 홈부는 동일한 방향을 따라 연장된 형상을 갖는 분리판.The method of claim 1,
The first groove portion and the second groove portion is a separating plate having a shape extending along the same direction. 제 1 항에 있어서,
제1 홈부 및 제2 홈부는 서로 다른 방향을 따라 연장된 형상을 갖는 분리판.The method of claim 1,
The first groove portion and the second groove portion is a separation plate having a shape extending along different directions. 제 1 항에 있어서,
제1 홈부 및 제2 홈부는 동일한 길이를 갖는 분리판.The method of claim 1,
The first groove portion and the second groove portion have the same length. 제 1 항에 있어서,
제1 홈부 및 제2 홈부는 상이한 길이를 갖는 분리판.The method of claim 1,
Separation plates having different lengths of the first groove and the second groove. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
인접하는 제2 홈부 사이의 평균 간격은 0.05 내지 500㎛ 인 분리판.The method of claim 1,
Separation plate having an average spacing between adjacent second grooves of 0.05 to 500 μm. 삭제delete 삭제delete 막-전극 접합체;
막-전극 접합체의 일면에 배치된 가스 확산층; 및
가스 확산층과 접촉하기 위한 리브 영역 및 가스 확산층과 접촉하지 않고, 반응가스의 유동통로를 형성하는 채널 영역을 가지며, 리브 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제1 홈부가 마련된 분리판을 포함하며,
리브 영역은 적어도 일부에 곡면 영역을 포함할 수 있고, 곡면 영역에 복수 개의 제1 홈부가 마련되며,
인접하는 2개의 리브 영역 사이에 채널 영역이 위치하고,
상기 제1 홈부는 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하이며,
채널 영역에는 생성수를 소정 방향으로 안내하기 위한 복수 개의 제2 홈부가 마련되고,
상기 제2 홈부는 폭이 0.05 내지 500㎛이고, 깊이가 폭의 2배 이하이며,
리브 영역 및 채널 영역 중 적어도 하나의 영역은 친수성 표면을 갖는 연료전지.Membrane-electrode assembly;
A gas diffusion layer disposed on one surface of the membrane-electrode assembly; And
A separation plate having a rib region for contacting the gas diffusion layer and a channel region that does not contact the gas diffusion layer and forms a flow path for the reaction gas, and a plurality of first grooves for guiding the generated water in a predetermined direction in the rib region Including,
The rib region may include a curved region at least in part, and a plurality of first grooves are provided in the curved region,
A channel region is located between two adjacent rib regions,
The first groove portion has a width of 0.05 to 500 μm, a depth of less than twice the width,
A plurality of second grooves for guiding the generated water in a predetermined direction are provided in the channel region,
The second groove portion has a width of 0.05 to 500 μm, a depth of less than twice the width,
At least one of the rib region and the channel region has a hydrophilic surface. 삭제delete 삭제delete
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