KR102436425B1 - Membrane electrode assembly, cell frame of fuel cell comprising the same and manufactoring method thereof - Google Patents

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Abstract

고분자 전해질막; 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층; 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층;을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부의 일정 지점에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되고, 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되며, 돌출부는 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임과 그 제조방법이 소개된다.polymer electrolyte membrane; a first electrode layer formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane; and a second electrode layer formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane, wherein a protrusion is provided at a certain point of the side end of the polymer electrolyte membrane to transfer moisture of the polymer electrolyte membrane to the protrusion, and the protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer A membrane electrode assembly, characterized in that the protrusion is bent upwardly along the side end of the first electrode layer or bent downwardly along the side end of the second electrode layer, and a fuel cell frame including the same, and a method for manufacturing the same do.

Description

막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임과 그 제조방법{MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY, CELL FRAME OF FUEL CELL COMPRISING THE SAME AND MANUFACTORING METHOD THEREOF}Membrane electrode assembly, fuel cell frame including same, and manufacturing method thereof

본 발명은 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임과 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 셀의 가습 성능을 향상시키기 위하여 선택적으로 자가 수분 공급 기능을 부여하는 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane electrode assembly, a fuel cell frame including the same, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a membrane electrode assembly that selectively provides a self-hydrating function to improve the humidification performance of a fuel cell, and the same It relates to a fuel cell cell frame and a method for manufacturing the same.

고분자 전해질 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 수소 이온 교환 기능을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 다른 형태의 연료전지에 비하여 작동온도가 낮고, 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크고, 시동시간이 짧은 동시에 부하변화에 대한 응답특성이 빠른 장점을 가져, 수소전기차용 연료전지에 사용되고 있다.Polymer electrolyte fuel cell (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is a fuel cell that uses a polymer membrane with hydrogen ion exchange function as an electrolyte. It is used in fuel cells for hydrogen electric vehicles because of its high density, short starting time, and fast response characteristics to load changes.

고분자 전해질 연료전지용 스택(Stack)은 일반적으로 수백 개의 단위 셀(Unit Cell)로 구성되는데, 단위 셀은 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 전극을 고분자 전해질막에 접합시킨 막전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 기체확산층(Gas Diffusion Layer: GDL), 분리판(Separator) 등으로 이루어지며 전기화학 반응이 일어나고 전력이 생산되는 연료전지의 발전부이다. 막전극 접합체의 애노드 에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가 일어나고, 캐소드에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어난다. 이 때 발생되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생되며, 애노드에서 생성된 수소이온은 고분자 전해질을 통해 캐소드로 이동하고, 산소 및 전자와 결합하여 물을 생성한다.A stack for a polymer electrolyte fuel cell generally consists of hundreds of unit cells, which are a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are bonded to a polymer electrolyte membrane. : MEA), a gas diffusion layer (GDL), a separator, etc., and is a power generation part of a fuel cell where an electrochemical reaction occurs and power is produced. Electrochemical oxidation of hydrogen, a fuel, occurs at the anode of the membrane electrode assembly, and electrochemical reduction of oxygen, an oxidizing agent, occurs at the cathode. At this time, electric energy is generated due to the movement of the generated electrons, and hydrogen ions generated at the anode move to the cathode through the polymer electrolyte, and combine with oxygen and electrons to generate water.

현재까지 고분자 전해질막에 대한 많은 연구가 진행 되었지만, 1960년 대 초 등장한 나피온(Nafion)이 연료전지용 수소 이온 교환막으로 널리 사용되고 있다. 나피온은, 테프론 구조와 유사한 불소탄화수소 고분자 주쇄에 불소치환 알킬에테르 곁사슬 말단에 술폰산기(Sulfonic Acid Group)가 공유결합한 가지형 고분자이다. 여기서 술폰산기는 수분에 의해 수화됨으로써 이온 전도성이 활성화 된다. 즉, 수소이온의 경우 전해질막 내에 존재하는 물분자로 인해 전해질 내에서 자유롭게 이동할 수 있고 높은 이온 전도성을 발현한다. Although many studies have been conducted on polymer electrolyte membranes so far, Nafion, which appeared in the early 1960s, is widely used as a hydrogen ion exchange membrane for fuel cells. Nafion is a branched polymer in which a sulfonic acid group is covalently bonded to a fluorine-substituted alkyl ether side chain end to a fluorohydrocarbon polymer main chain similar to a Teflon structure. Here, the sulfonic acid group is hydrated by moisture to activate ion conductivity. That is, in the case of hydrogen ions, they can freely move in the electrolyte due to water molecules present in the electrolyte membrane and exhibit high ionic conductivity.

한편, 수소전기차는 연료전지 스택과, 주변 운전장치(공기공급장치, 연료공급장치 등), 보조동력원, 그리고 모터 및 모터 제어기 등으로 구성될 수 있다. On the other hand, the hydrogen electric vehicle may be composed of a fuel cell stack, a peripheral driving device (air supply device, fuel supply device, etc.), an auxiliary power source, and a motor and a motor controller.

연료전지 스택의 성능을 좌우하는 막전극 접합체는 폭넓은 상대습도 영역에서 일정 수준 이상 습윤될 수 있어야 하고, 이를 위해 스택 외부의 공기 공급 시스템에 가습장치가 마련된다. The membrane electrode assembly, which determines the performance of the fuel cell stack, must be able to be wetted to a certain level or more in a wide range of relative humidity, and for this, a humidifier is provided in the air supply system outside the stack.

자동차용 연료전지 스택의 가습 방법으로 외부 가습 방법 중에 하나인 기체-기체(Gas-to-Gas) 막가습 방식이 주로 사용되고 있는데, 이는 스택에서 배출되는 수분과 열을 회수하여 재사용함으로써, 별도의 에너지원이나 기계장치가 요구되지 않는다는 장점이 있기 때문이다. A gas-to-gas membrane humidification method, which is one of the external humidification methods, is mainly used as a humidification method for fuel cell stacks for automobiles. This is because it has the advantage that a circle or mechanical device is not required.

그러나, 기체-기체 막가습기의 기본 요구 특성인 수분 선택도를 부여하기 위해서는 폐습윤 공기 내에 존재하는 수분 이외의 타 기체의 투과를 방지해야 하는 기술이 수반되어야 하고, 외부 가습 장치에 소요되는 비용 증가 및 엔진룸 내 차지하는 부피 증가로 인하여 레이아웃에 불리한 점을 갖고 있다. 또한, 막가습 장치에는 고분자 막이 사용되기 때문에 수분 공급량 제어 및 온도 제어가 용이하지 못한 단점도 있다. 더욱이 수소 공급시스템에는 별도의 가습장치가 없는 관계로 캐소드 측에서 생성된 수분이 애노드 측으로 역 확산되어 오는 것에 의존할 수 밖에 없는 실정이다. However, in order to provide moisture selectivity, which is the basic required characteristic of a gas-gas membrane humidifier, a technique for preventing the permeation of other gases other than moisture existing in the waste humidified air must be accompanied, and the cost of an external humidifier is increased. And it has a disadvantage in layout due to an increase in the volume occupied in the engine room. In addition, since a polymer membrane is used in the membrane humidification device, there is a disadvantage in that it is not easy to control the amount of water supply and control the temperature. Moreover, since there is no separate humidifying device in the hydrogen supply system, it is inevitably dependent on the reverse diffusion of moisture generated from the cathode side to the anode side.

이에 따라, 상대습도가 낮은 운전영역에서는 수소 측에 수분 공급이 부족하여 막전극 접합체의 드라이 아웃(Dry-Out) 현상 발생과 함께 셀 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 비정상적 심한 건조 및 장기간의 건조화는 막전극 접합체의 비가역적 손상을 유발할 수도 있다.Accordingly, in the operating region with low relative humidity, there is a problem in that the supply of moisture to the hydrogen side is insufficient, causing a dry-out phenomenon of the membrane electrode assembly and deterioration of cell performance. In particular, abnormally severe drying and prolonged drying may cause irreversible damage to the membrane electrode assembly.

또한, 종래의 막전극 접합체는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치되는 고분자 전해질막의 측면 단부가 외부로 노출된 구조를 가지므로 고분자 전해질막의 측면에서 물분자가 외부로 확산되어 스택 외곽을 부식시키고, 전기적 절연안정성을 저하시키는 문제를 야기한다.In addition, since the conventional membrane electrode assembly has a structure in which the side end of the polymer electrolyte membrane disposed between the anode electrode and the cathode electrode is exposed to the outside, water molecules are diffused from the side of the polymer electrolyte membrane to the outside to corrode the outside of the stack, and It causes a problem of lowering the insulation stability.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art above are only for improving the understanding of the background of the present invention, and should not be taken as an acknowledgment that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

JP 2009-009715 AJP 2009-009715 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 셀의 가습 성능을 향상시키기 위하여 반응 기체의 유입구 중 한 곳 이상에 선택적으로 자가 수분 공급 기능을 부여하는 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and in order to improve the humidification performance of a fuel cell cell, a membrane electrode assembly selectively providing a self-water supply function to one or more of the inlets of a reaction gas, and a fuel cell including the same This is to provide a cell frame.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막전극 접합체는 고분자 전해질막; 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층; 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층;을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부의 일정 지점에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되고, 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되며, 돌출부는 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 한다.A membrane electrode assembly according to the present invention for achieving the above object is a polymer electrolyte membrane; a first electrode layer formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane; and a second electrode layer formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane, wherein a protrusion is provided at a certain point of the side end of the polymer electrolyte membrane to transfer moisture of the polymer electrolyte membrane to the protrusion, and the protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer and the protrusion is bent upwardly along the side end of the first electrode layer, or is bent downwardly across the side end of the second electrode layer.

일 실시예로, 돌출부는 고분자 전해질막의 측단부 중 제1 전극층 또는 제2 전극층에서 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련되고, 기체가 제1 전극층으로 유입되는 경우 돌출부는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에서 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되며 기체가 제2 전극층으로 유입되는 경우 돌출부는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에서 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡될 수 있다.In one embodiment, the protrusion is provided at a position corresponding to the point at which the gas flows from the first electrode layer or the second electrode layer among the side ends of the polymer electrolyte membrane, and when the gas flows into the first electrode layer, the protrusion is the point at which the gas flows. At a position corresponding to the side end of the first electrode layer is bent upward, and when gas is introduced into the second electrode layer, the protrusion is bent downward with the side end of the second electrode layer at a position corresponding to the point where the gas is introduced. can

일 실시예로, 돌출부는 단부가 절곡된 후 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장됨으로써 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입되는 기체는 돌출부의 연장된 단부를 통과하여 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입될 수 있다.In one embodiment, the protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer after the end is bent, so that the gas flowing into the first electrode layer or the second electrode layer passes through the extended end of the protrusion to the first electrode layer or the second electrode layer. may be introduced into the electrode layer.

일 실시예로, 제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측에서 서로 이격되어 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡될 수 있다.In one embodiment, the inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are formed to be spaced apart from each other on one side of the polymer electrolyte membrane, and the protrusions are positioned corresponding to the respective gas inlets. The gas inlet-side protrusion of the first electrode layer may be bent upward and the gas inlet-side protrusion of the second electrode layer may be bent downward.

일 실시예로, 제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 마주보는 타측면 측에 각각 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡될 수 있다.In one embodiment, the inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are respectively formed on one side of the polymer electrolyte membrane and the other side facing the same, and the protrusion is each gas inlet The gas inlet-side protrusion of the first electrode layer may be bent upward and the gas inlet-side protrusion of the second electrode layer may be bent downward.

일 실시예로, 제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 인접한 타측면 측에 각각 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡될 수 있다.In one embodiment, the inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are respectively formed on one side of the polymer electrolyte membrane and the other side adjacent thereto, and the protrusion is at each gas inlet. The gas inlet-side protrusion of the first electrode layer may be bent upward and the gas inlet-side protrusion of the second electrode layer may be bent downward.

일 실시예로, 절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층 상면 또는 제2 전극층 하면까지 연장될 수 있다.In an embodiment, an end of the bent protrusion may extend to an upper surface of the first electrode layer or a lower surface of the second electrode layer.

일 실시예로, 돌출부는 고분자 전해질막과 동일한 재질로 일체로 형성되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달될 수 있다.In one embodiment, the protrusion may be integrally formed of the same material as the polymer electrolyte membrane, so that moisture of the polymer electrolyte membrane may be transferred to the protrusion.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임은 고분자 전해질막, 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부의 일정 지점에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되고, 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되며, 돌출부는 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체; 및 막전극 접합체의 상부 및 하부에 각각 형성된 기체확산층;을 포함한다.A fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to the present invention for achieving the above object includes a polymer electrolyte membrane, a first electrode layer formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane, and a second electrode layer formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane, A protrusion is provided at a certain point at the side end of the electrolyte membrane to transfer moisture from the polymer electrolyte membrane to the protrusion, and the protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer, and the protrusion is bent upwards across the side end of the first electrode layer or or a membrane electrode assembly, characterized in that the second electrode layer is bent downwardly along the side end thereof; and gas diffusion layers respectively formed on the upper and lower portions of the membrane electrode assembly.

일 실시예로, 막전극 접합체와 상부 및 하부의 기체확산층은 일체형으로 제작될 수 있다.In one embodiment, the membrane electrode assembly and the upper and lower gas diffusion layers may be manufactured integrally.

일 실시예로, 막전극 접합체의 측면 테두리 영역에 형성되어 막전극 접합체의 측단부를 밀봉하는 서브가스켓;을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the sub-gasket is formed in the side edge region of the membrane electrode assembly to seal the side end of the membrane electrode assembly; may further include.

일 실시예로, 절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층의 상면 또는 제2 전극층의 하면까지 연장되고, 서브가스켓의 외부로 노출될 수 있다.In an embodiment, an end of the bent protrusion may extend to an upper surface of the first electrode layer or a lower surface of the second electrode layer, and may be exposed to the outside of the sub-gasket.

일 실시예로, 막전극 접합체와 서브가스켓은 일체형으로 제작될 수 있다.In one embodiment, the membrane electrode assembly and the sub-gasket may be manufactured integrally.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 제조방법은 측단부의 일정 지점에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되는 고분자 전해질막의 상면에 제1 전극층을 형성하고, 하면에 제2 전극층을 형성하는 단계; 막전극 접합체의 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되도록 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡하거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡하는 단계; 및 제1 전극층의 상부 및 제2 전극층의 하부에 기체확산층을 형성하는 단계;를 포함한다.In a method for manufacturing a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to the present invention for achieving the above object, a protrusion is provided at a predetermined point on the side end of the first surface of the polymer electrolyte membrane through which moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion. forming an electrode layer and forming a second electrode layer on a lower surface thereof; Bending the protrusion part of the membrane electrode assembly upward with the side end of the first electrode layer so as to extend to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer, or bending downward with the side end of the second electrode layer; and forming a gas diffusion layer on an upper portion of the first electrode layer and a lower portion of the second electrode layer.

일 실시예로, 기체확산층을 형성하는 단계 이후에 고분자 전해질막, 제1 전극층 및 제2 전극층의 측면 테두리 영역을 밀봉하는 서브가스켓을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after forming the gas diffusion layer, forming a sub-gasket for sealing the side edge regions of the polymer electrolyte membrane, the first electrode layer, and the second electrode layer; may further include.

일 실시예로, 막전극 접합체의 돌출부를 절곡하는 단계에서 절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층의 상면 또는 제2 전극층의 하면까지 연장시키고, 서브가스켓을 형성하는 단계에서 절곡된 돌출부의 단부가 서브가스켓의 외부로 노출되도록 서브가스켓을 형성할 수 있다.In one embodiment, the end of the protrusion bent in the step of bending the protrusion of the membrane electrode assembly extends to the upper surface of the first electrode layer or the lower surface of the second electrode layer, and the end of the protrusion bent in the step of forming the sub-gasket is a sub A sub gasket may be formed so as to be exposed to the outside of the gasket.

본 발명의 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임 및 그 제조방법에 따르면, 연료전지 내의 반응에 의해서 생성된 수분을 수소극 또는 공기극, 아니면 수소극/공기극 동시에 선택적으로 자가 수분 공급할 수 있어 막전극 접합체의 드라이 아웃(Dry-Out)을 방지할 수 있고, 이로 인한 셀 성능 저하를 최소화하는 효과를 갖는다.According to the membrane electrode assembly of the present invention, a fuel cell frame including the same, and a method for manufacturing the same, the moisture generated by the reaction in the fuel cell can be selectively self-hydrated at the same time as the hydrogen electrode or the air electrode, or the hydrogen electrode and the air electrode. It is possible to prevent dry-out of the electrode assembly, and has an effect of minimizing cell performance degradation due to this.

또한, 수소극 또는 공기극의 반응 기체의 유입구에만 선택적으로 가습 기능을 부여하여 연료전지 내의 반응을 효율적으로 제어할 수 있어 성능을 최적화할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, it is possible to efficiently control the reaction in the fuel cell by selectively providing a humidifying function only to the inlet of the reaction gas of the hydrogen electrode or the cathode, thereby optimizing the performance.

또한, 별도의 블로워 장치 없이도 수소극 또는 공기극에 수분이 응축되어 플러딩(Flooding)이 야기되는 문제를 해결할 수 있다. 특히 수소극의 반응 기체의 유입구과 공기극의 반응 기체의 유입구가 막전극 전합체의 반대측에 위치한 경우 반응 기체의 출구의 응축수는 농도 구배에 의하여 전해질막을 통해 서로 다른 반응 기체의 유입구로 이동되어 반응 기체의 출구의 플러딩을 완화하는 효과를 갖는다.In addition, it is possible to solve the problem that water is condensed on the hydrogen electrode or the air electrode without a separate blower device, causing flooding. In particular, when the inlet of the reaction gas of the hydrogen electrode and the inlet of the reaction gas of the cathode are located on opposite sides of the membrane electrode assembly, the condensed water at the outlet of the reaction gas is moved to the inlet of the different reaction gases through the electrolyte membrane by the concentration gradient, and It has the effect of mitigating the flooding of the outlet.

또한, 막전극 접합체에 가습된 공기를 공급하기 위해 사용하는 스택 외부 가습장치를 사용하지 않아도 수분 공급이 가능하므로, 가습장치 제거 시 그에 다른 원가를 절감시키는 효과를 갖는다.In addition, since moisture can be supplied without using a humidifier outside the stack used to supply humidified air to the membrane electrode assembly, it has the effect of reducing other costs when the humidifier is removed.

또한, 반응 영역에서 생성된 수분이 전해질막을 통하여 셀 외부로 확산되는 것을 차단할 수 있으므로 복수의 셀이 적층된 스택 내부에서 셀 간의 전기적 쇼트를 방지하며, 수분에 의한 스택 외곽 부식을 방지하는 효과를 갖는다.In addition, since it is possible to block the diffusion of moisture generated in the reaction region to the outside of the cell through the electrolyte membrane, it is possible to prevent an electrical short between cells inside a stack in which a plurality of cells are stacked, and to prevent corrosion of the outside of the stack by moisture. .

또한, 분리판의 가스켓 내로 막전극 접합체의 배치 영역을 제한함으로써, 종래에 반응영역 이외의 영역에 배치되던 전해질막의 크기를 감소시킬 수 있으므로 재료비 측면에서 원가를 절감시키는 효과를 갖는다.In addition, by limiting the arrangement area of the membrane electrode assembly within the gasket of the separator, the size of the electrolyte membrane conventionally disposed in areas other than the reaction area can be reduced, thereby reducing the cost in terms of material cost.

또한, 막전극 접합체의 고분자 전해질 막이 절곡된 상태에서 서브가스켓 또는 기체확산층과 롤 라미네이션(Roll Lamination)이나 핫 프레싱(Hot Pressing)을 통한 열압착으로 일체화될 수 있는 효과를 갖는다.In addition, in a state in which the polymer electrolyte membrane of the membrane electrode assembly is bent, it can be integrated with the subgasket or gas diffusion layer by thermocompression bonding through roll lamination or hot pressing.

또한, 전해질막이 접힌 상태에서 기체확산층과 결합하고, 고분자 프레임을 사출성형함으로써 셀 일체화가 가능하고, 이로 인해 스택 생산성을 향상시키는 효과를 갖는다. In addition, cell integration is possible by combining the electrolyte membrane with the gas diffusion layer in a folded state and injection molding the polymer frame, thereby improving stack productivity.

또한, 스택 및 운전장치 시스템 사양에 따라 수분 요구 공급량이 달라질 수 있는데, 사용자 요구특성에 적합한 맞춤형 막전극 접합체 또는 기체확산층 등과의 셀 일체화 제작이 가능한 효과를 갖는다. In addition, the required moisture supply amount may vary depending on the stack and operating device system specifications, and it has the effect of enabling the cell-integration manufacturing with a customized membrane electrode assembly or gas diffusion layer suitable for user requirements.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 단면을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 제조방법을 도시한 순서도이다.1 is a plan view illustrating a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross-section taken along line AA′ of FIG. 1 .
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-section taken along line BB′ of FIG. 1 .
4 to 9 are views illustrating various examples of a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 막전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지 셀 프레임과 그 제조방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a membrane electrode assembly according to various embodiments of the present invention, a fuel cell frame including the same, and a manufacturing method thereof will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 절개한 단면을 도시한 단면도이다.1 is a plan view showing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. It is a cross-sectional view showing a cross-section cut along.

도 1은 특히 막전극 접합체를 이루는 전극층들은 생략하고 고분자 전해질막을 도시한 평면도이다.FIG. 1 is a plan view showing a polymer electrolyte membrane, in particular, omitting the electrode layers constituting the membrane electrode assembly.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)는 고분자 전해질막(10); 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층(20); 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층(30);을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부의 일정 지점에는 돌출부(X, Y)가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부(X, Y)까지 전달되고, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)의 외측으로 연장되며, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20)의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층(30)의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 한다.1 to 3, a membrane electrode assembly (MEA, Membrane Electrode Assembly) according to an embodiment of the present invention includes a polymer electrolyte membrane 10; a first electrode layer 20 formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane; and a second electrode layer 30 formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane, wherein protrusions (X, Y) are provided at certain points of the side ends of the polymer electrolyte membrane, and moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusions (X, Y), The protrusions (X, Y) extend to the outside of the first electrode layer (20) or the second electrode layer (30), and the protrusions (X, Y) are bent upwards or bent over the side end of the first electrode layer (20). It is characterized in that the side end of the second electrode layer 30 is bent downward.

고분자 전해질막(10)의 상면에는 제1 전극층(20)이 형성되고, 하면에는 제2 전극층(30)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 전극층(20)은 수소극(Anode), 제2 전극층(30)은 공기극(Cathode)로 표현하였으나, 반대로 이루어질 수도 있다는 점은 당업자에게 자명할 것이다.The first electrode layer 20 may be formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane 10 , and the second electrode layer 30 may be formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane 10 . In the present embodiment, the first electrode layer 20 is expressed as a hydrogen electrode (Anode) and the second electrode layer 30 is expressed as a cathode (Cathode), but it will be apparent to those skilled in the art that the reverse operation may be made.

고분자 전해질막(10)의 측단부의 일정 지점에는 돌출부(X, Y)가 마련될 수 있다. 돌출부(X, Y)는 고분자 전해질막(10)과 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.Projections (X, Y) may be provided at certain points on the side end of the polymer electrolyte membrane 10 . The protrusions (X, Y) are preferably formed of the same material as the polymer electrolyte membrane (10).

여기서 도시하지는 않았지만, 돌출부(X, Y)는 항상 고분자 전해질막(10) 두께와 동일하게 마련될 필요는 없고, 고분자 전해질막(10)의 두께의 일부에 형성될 수도 있을 것이다. 구체적으로, 상부로 절곡되는 돌출부(X)는 고분자 전해질막(10)의 두께 중 상측에 마련되고, 하부로 절곡되는 돌출부(Y)는 고분자 전해질막(10)의 두께 중 하측에 마련되는 것이 바람직할 것이다.Although not shown here, the protrusions (X, Y) do not always have to be provided to have the same thickness as the polymer electrolyte membrane 10 , and may be formed in a portion of the thickness of the polymer electrolyte membrane 10 . Specifically, the upwardly bent protrusion (X) is provided on the upper side of the thickness of the polymer electrolyte membrane (10), and the downwardly bent protrusion (Y) is preferably provided on the lower side of the thickness of the polymer electrolyte membrane (10). something to do.

돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)의 외측으로 연장되며, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20)의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층(30)의 측단부를 끼고 하부로 절곡된다. 여기서 돌출부(X, Y)는 점선으로 표시된 절곡라인을 따라서 상부 또는 하부로 절곡될 수 있다.The protrusions (X, Y) extend to the outside of the first electrode layer (20) or the second electrode layer (30), and the protrusions (X, Y) are bent upwards or bent over the side end of the first electrode layer (20). The second electrode layer 30 is bent downwardly across the side end. Here, the protrusions X and Y may be bent upward or downward along a bending line indicated by a dotted line.

특히, 돌출부(X, Y)는 고분자 전해질막(10)의 측단부 중 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)에서 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 이는, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)으로 유입되는 기체에 수분을 공급하기 위한 목적이기 때문에 그러한 목적을 위하여는 기체가 유입되는 지점에서 수분을 공급하는 것이 가장 바람직하다.In particular, the protrusions (X, Y) may be provided at positions corresponding to the point at which the gas flows from the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 among the side ends of the polymer electrolyte membrane 10 . This is because the protrusions (X, Y) are for the purpose of supplying moisture to the gas flowing into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30. it is most preferable

돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)에서 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련되어 제1 전극층(20)의 기체가 유입되는 지점에 마련되면 공급되는 수소를 가습하거나 제2 전극층(30)의 기체가 유입되는 지점에 마련되면 공급되는 공기를 가습하는 것으로 공급되는 수소나 공기 또는 수소 및 공기 모두를 가습할 수 있는 것으로 선택적인 가습이 가능한 것이다.The protrusions (X, Y) are provided at a position corresponding to the point at which the gas flows in the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 , and when provided at the point at which the gas of the first electrode layer 20 flows, hydrogen supplied If it is provided at the point where the gas is introduced or the gas of the second electrode layer 30 is introduced, it is possible to humidify the supplied hydrogen or air or both hydrogen and air by humidifying the supplied air, and selective humidification is possible.

도 2를 참조하면, 기체(수소)가 제1 전극층(20)으로 유입되는 경우 돌출부(X)는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에서 제1 전극층(20)의 측단부를 끼고 상부로 절곡될 수 있다.Referring to FIG. 2 , when gas (hydrogen) is introduced into the first electrode layer 20 , the protrusion X is bent upwardly along the side end of the first electrode layer 20 at a position corresponding to the point at which the gas is introduced. can be

도 3을 참조하면, 기체(공기)가 제2 전극층(30)으로 유입되는 경우 돌출부(Y)는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에서 제2 전극층(30)의 측단부를 끼고 하부로 절곡될 수 있다.Referring to FIG. 3 , when gas (air) flows into the second electrode layer 30 , the protrusion Y is bent downwardly along the side end of the second electrode layer 30 at a position corresponding to the point at which the gas is introduced. can be

또한, 돌출부(X, Y)는 단부가 절곡된 후 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)의 외측으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)으로 유입되는 기체는 돌출부(X, Y)의 연장된 단부를 통과하여 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)으로 유입되도록 할 수 있다. 이는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)으로 유입되는 기체가 수분을 가진 돌출부(X, Y)를 통과하도록 하여 고분자 전해질막에서 발생한 수분으로 자가 가습하는 효과를 갖기 위함이다.Also, the protrusions X and Y may be formed to extend outside the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 after the ends are bent. Accordingly, the gas flowing into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 passes through the extended ends of the protrusions X and Y and flows into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 . can do. This is to have the effect of self-humidifying with moisture generated in the polymer electrolyte membrane by allowing the gas flowing into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 to pass through the protrusions X and Y having moisture.

특히, 절곡된 돌출부(X, Y)의 단부는 제1 전극층(20) 상면 또는 제2 전극층(30) 하면까지 연장될 수 있다. 이에 따라 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)으로 유입되는 기체가 더 많이 돌출부(X, Y)를 통과하여 가습 효과를 더 높이는 효과를 가질 수 있다.In particular, ends of the bent protrusions X and Y may extend to the upper surface of the first electrode layer 20 or the lower surface of the second electrode layer 30 . Accordingly, more gas flowing into the first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 may pass through the protrusions X and Y to further enhance the humidification effect.

도 4 내지 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.4 to 9 are views illustrating various examples of a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 4 및 5에 도시된 실시예는 제1 전극층과 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부가 고분자 전해질막의 일측면 측에 서로 이격되어 형성된 것이다. 다시 말해, 수소극과 공기극에 각각 공급되는 수소와 공기는 고분자 전해질막의 동일한 측면(왼쪽)에서 유입되어 동일한 측면(오른쪽)으로 배출되는 Co-Flow의 실시예이다.First, in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 , the inlet portion of the gas flowing into the first electrode layer and the second electrode layer is formed to be spaced apart from each other on one side of the polymer electrolyte membrane. In other words, this is an embodiment of Co-Flow in which hydrogen and air supplied to the hydrogen electrode and the cathode, respectively, are introduced from the same side (left) of the polymer electrolyte membrane and discharged to the same side (right).

이때 돌출부(X, Y)는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부(X)는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부(Y)는 하부로 절곡될 수 있다.At this time, the protrusions (X, Y) are formed at positions corresponding to the gas inlets, the gas inlet side protrusions (X) of the first electrode layer are bent upward, and the gas inlet side protrusions (Y) of the second electrode layer are lowered. can be bent.

구체적으로, 도 4의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 좌측 하단에서 유입되어 우측 상단으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 좌측 하단에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 좌측 하단의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.Specifically, in the case of FIG. 4, hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the lower left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the upper right side. Accordingly, the protrusions (X, Y) are provided at the upper left and lower left sides of the polymer electrolyte membrane, which are positions corresponding to the inlets of hydrogen and air, respectively, and the protrusions (X) at the upper left are bent upward in the direction of the hydrogen electrode and are at the lower left The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

또한, 도 5의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 좌측 중간에서 유입되어 우측 중간으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 좌측 중간에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 좌측 중간의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.In addition, in the case of FIG. 5, hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the left middle of the polymer electrolyte membrane and discharged to the right middle. Accordingly, the protrusions (X, Y) are respectively provided in the upper left and left middle of the polymer electrolyte membrane, which is a position corresponding to the inlet of hydrogen and air, and the protrusion (X) at the upper left is bent upward in the direction of the hydrogen electrode and is in the middle of the left. The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

본 실시예와 같이 제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부가 고분자 전해질막의 일측면 측에서 서로 이격되어 형성되는 것이 바람직할 것이나, 도시하지는 않았지만 돌출부가 고분자 전해질막 두께의 일부에 형성되는 경우에는 돌출부가 동일한 위치에서 복수 개로 마련되어 고분자 전해질막의 상측에 마련된 돌출부는 상부로 절곡되고 하측에 마련된 돌출부는 하부로 절곡되는 것도 가능할 것이다.As in this embodiment, it is preferable that the inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer be spaced apart from each other on one side of the polymer electrolyte membrane, although not shown, the protrusion is the polymer electrolyte When formed in a portion of the thickness of the membrane, a plurality of protrusions are provided at the same position, and the protrusions provided on the upper side of the polymer electrolyte membrane are bent upward, and the protrusions provided on the lower side are bent downward.

도 6 및 7에 도시된 실시예는 제1 전극층과 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부가 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 마주보는 타측면 측에 각각 형성된 것이다. 다시 말해, 수소극에 공급되는 수소는 좌측에서 유입되어 우측으로 배출되고, 공기극에 공급되는 공기는 우측에서 유입되어 좌측으로 배출되는 Counter-Flow의 실시예이다. 특히, 이 경우에는 수소 배출구 측의 응축수가 농도 구배에 의해 공기 유입구로 전달되거나 반대로 공기 배출구 측의 응축수가 농도 구배에 의해 수소 유입구로 전달되어 별도의 블로워 장치 없이도 플러딩(Flooding)을 방지하여 Water Balance 측면에서 특히 효과적이다.6 and 7, the inlet portion of the gas flowing into the first electrode layer and the second electrode layer is formed on one side and the other side facing the polymer electrolyte membrane, respectively. In other words, hydrogen supplied to the hydrogen electrode is introduced from the left and discharged to the right, and air supplied to the cathode is introduced from the right and discharged to the left. In particular, in this case, the condensed water on the hydrogen outlet side is transferred to the air inlet by the concentration gradient, or condensed water on the air outlet side is transferred to the hydrogen inlet by the concentration gradient on the contrary, preventing flooding without a separate blower device. It is particularly effective in terms of

이때 돌출부(X, Y)는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부(X)는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부(Y)는 하부로 절곡될 수 있다.At this time, the protrusions (X, Y) are formed at positions corresponding to the gas inlets, the gas inlet side protrusions (X) of the first electrode layer are bent upward, and the gas inlet side protrusions (Y) of the second electrode layer are lowered. can be bent.

구체적으로, 도 6의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 우측 상단에서 유입되어 좌측 하단으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 우측 상단에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 우측 상단의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.Specifically, in the case of FIG. 6, hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the upper right side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower left side. Accordingly, the protrusions (X, Y) are provided at the upper left and upper right sides of the polymer electrolyte membrane, which are positions corresponding to the inlets of hydrogen and air, respectively, and the protrusion (X) at the upper left is bent upward in the direction of the hydrogen electrode and is at the upper right The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

또한, 도 7의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 우측 하단에서 유입되어 좌측 상단으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 우측 하단에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 우측 하단의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.In addition, in the case of FIG. 7 , hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the lower right side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the upper left side. Accordingly, the protrusions (X, Y) are provided at the upper left and lower right sides of the polymer electrolyte membrane, which are positions corresponding to the inlets of hydrogen and air, respectively, and the protrusion (X) at the upper left is bent upward in the direction of the hydrogen electrode and is at the lower right The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

도 8 및 9에 도시된 실시예는 제1 전극층과 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부가 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 인접한 타측면 측에 각각 형성된 것이다. 다시 말해, 수소극에 공급되는 수소는 좌측에서 유입되어 우측으로 배출되고, 공기극에 공급되는 공기는 상측에서 유입되어 하측으로 배출되는 Cross-Flow의 실시예이다.In the embodiment shown in Figures 8 and 9, the inlet portion of the gas flowing into the first electrode layer and the second electrode layer is formed on one side of the polymer electrolyte membrane and the other side adjacent thereto, respectively. In other words, hydrogen supplied to the hydrogen electrode is introduced from the left and discharged to the right, and air supplied to the cathode is introduced from the upper side and discharged to the lower side according to the cross-flow embodiment.

이때 돌출부(X, Y)는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부(X)는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부(Y)는 하부로 절곡될 수 있다.At this time, the protrusions (X, Y) are formed at positions corresponding to the gas inlets, the gas inlet side protrusions (X) of the first electrode layer are bent upward, and the gas inlet side protrusions (Y) of the second electrode layer are lowered. can be bent.

구체적으로, 도 8의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 상측 중간에서 유입되어 하측 중간으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 상측 중간에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 상측 중간의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.Specifically, in the case of FIG. 8, hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the upper middle of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower middle. Therefore, the protrusions (X, Y) are respectively provided in the upper left and upper middle of the polymer electrolyte membrane, which is a position corresponding to the inlet of hydrogen and air, and the protrusion (X) at the upper left is bent upward in the direction of the hydrogen electrode and is in the middle of the upper side. The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

또한, 도 9의 경우에는 수소는 고분자 전해질막의 좌측 상단에서 유입되어 우측 하단으로 배출되고, 공기는 고분자 전해질막의 하측 중간에서 유입되어 상측 중간으로 배출되는 것이다. 따라서, 돌출부(X, Y)는 수소와 공기의 유입구에 대응되는 위치인 고분자 전해질막의 좌측 상단과 하측 중간에 각각 마련되어, 좌측 상단의 돌출부(X)는 수소극 방향인 상부로 절곡되고 하측 중간의 돌출부(Y)는 공기극 방향인 하부로 절곡될 수 있다.In addition, in the case of FIG. 9, hydrogen is introduced from the upper left side of the polymer electrolyte membrane and discharged to the lower right side, and air is introduced from the lower middle of the polymer electrolyte membrane and discharged to the upper middle. Therefore, the protrusions (X, Y) are respectively provided in the upper left and lower middle of the polymer electrolyte membrane, which is a position corresponding to the inlet of hydrogen and air, and the protrusion (X) at the upper left is bent upward in the direction of the hydrogen electrode and is in the middle of the lower part. The protrusion Y may be bent downward in the cathode direction.

도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 단면을 도시한 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임은 고분자 전해질막(10), 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층(20) 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층(30)을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부의 일정 지점에는 돌출부(X, Y)가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부(X, Y)까지 전달되고, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(30)의 외측으로 연장되며, 돌출부(X, Y)는 제1 전극층(20)의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층(30)의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체; 및 막전극 접합체의 상부 및 하부에 각각 형성된 기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer, 40, 50);을 포함한다.Referring to FIG. 10 , a fuel cell cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a polymer electrolyte membrane 10 , a first electrode layer 20 formed on an upper surface of the polymer electrolyte membrane, and a lower surface of the polymer electrolyte membrane. It includes the formed second electrode layer 30, and protrusions (X, Y) are provided at certain points of the side ends of the polymer electrolyte membrane so that moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusions (X, Y), and the protrusions (X, Y) are The first electrode layer 20 or the second electrode layer 30 is extended to the outside, and the protrusions X and Y are bent upwards along the side end of the first electrode layer 20 or on the side of the second electrode layer 30 . Membrane electrode assembly, characterized in that bent downwards across the end; and a gas diffusion layer (GDL, Gas Diffusion Layer, 40, 50) respectively formed on the upper and lower portions of the membrane electrode assembly.

기체확산층(40, 50)은 막전극 접합체를 구성하는 제1 전극층(20) 상부에 형성된 상부 기체확산층(40)과 막전극 접합체를 구성하는 제2 전극층(30) 하부에 형성된 하부 기체확산층(50)으로 구성된다. 막전극 접합체와 그 상부 및 하부의 기체확산층(40, 50)은 일체형으로 제작될 수 있다.The gas diffusion layers 40 and 50 are the upper gas diffusion layer 40 formed on the first electrode layer 20 constituting the membrane electrode assembly and the lower gas diffusion layer 50 formed under the second electrode layer 30 constituting the membrane electrode assembly. ) is composed of The membrane electrode assembly and the upper and lower gas diffusion layers 40 and 50 may be integrally manufactured.

막전극 접합체의 측면 테두리 영역에 형성되어 막전극 접합체의 측단부를 밀봉하는 서브가스켓(60);을 더 포함할 수 있다. 서브가스켓(60)은 고분자 수지를 사출하여 형성될 수도 있고, 핫프레스 접합 공정 또는 롤 라미네티팅 공정을 통해 접합될 수 있다. 서브가스켓(60)은 막전극 접합체의 측단부를 노출시키지 않고 밀봉하는 것으로 가스켓(미도시)과 결합시 가스켓(미도시)과 밀착시켜 기밀 구조를 구현할 수 있다.It may further include a; sub-gasket 60 formed in the side edge region of the membrane electrode assembly to seal the side end of the membrane electrode assembly. The sub gasket 60 may be formed by injecting a polymer resin, or may be joined through a hot press bonding process or a roll laminating process. The sub-gasket 60 seals the side end of the membrane electrode assembly without exposing it. When combined with the gasket (not shown), the sub-gasket 60 is closely attached to the gasket (not shown) to implement an airtight structure.

막전극 접합체와 서브가스켓(60)은 일체형으로 제작될 수 있고, 막전극 접합체와 상부 및 하부의 기체확산층(40, 50) 및 서브가스켓(60) 모두를 일체형으로 제작될 수도 있다.The membrane electrode assembly and the sub-gasket 60 may be manufactured integrally, or both the membrane electrode assembly and the gas diffusion layers 40 and 50 and the sub-gasket 60 on the upper and lower sides may be manufactured integrally.

또한, 막전극 접합체의 절곡된 돌출부(X, Y)의 단부는 제1 전극층(20)의 상면 또는 제2 전극층(30)의 하면까지 연장되고, 서브가스켓(60)의 외부로 노출될 수 있다. 절곡된 돌출부(X, Y) 전체가 서브가스켓(60)에 포함되는 경우에는 수소나 공기의 유입부에서 충분한 가습 효과를 줄 수 없기 때문에, 절곡된 돌출부(X, Y)의 단부는 서브가스켓(60)의 외부로 노출되어 수소나 공기가 확산되는 영역에서 충분한 자가 가습 효과를 부여할 수 있다.In addition, ends of the bent protrusions X and Y of the membrane electrode assembly extend to the upper surface of the first electrode layer 20 or the lower surface of the second electrode layer 30 , and may be exposed to the outside of the sub-gasket 60 . . When all of the bent protrusions (X, Y) are included in the subgasket 60, since sufficient humidification effect cannot be given at the inlet of hydrogen or air, the ends of the bent protrusions (X, Y) are attached to the subgasket ( 60), sufficient self-humidification effect can be given in the area where hydrogen or air is diffused by being exposed to the outside.

도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 제조방법을 도시한 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 막전극 접합체를 포함하는 연료전지 셀 프레임의 제조방법은 측단부의 일정 지점에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되는 고분자 전해질막(S100)의 상면에 제1 전극층을 형성하고, 하면에 제2 전극층을 형성하는 단계(S200); 막전극 접합체의 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되도록 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡하거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡하는 단계(S300); 및 제1 전극층의 상부 및 제2 전극층의 하부에 기체확산층을 형성하는 단계(S400);를 포함한다.11, in the method of manufacturing a fuel cell frame including a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention, a protrusion is provided at a certain point at the side end of the polymer electrolyte membrane, and moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion ( forming a first electrode layer on an upper surface of S100 and a second electrode layer on a lower surface of S100 (S200); The protrusion of the membrane electrode assembly is bent upwardly along the side end of the first electrode layer so as to extend outside the first electrode layer or the second electrode layer, or bending downwardly across the side end of the second electrode layer (S300); and forming a gas diffusion layer on an upper portion of the first electrode layer and a lower portion of the second electrode layer (S400).

먼저, 고분자 전해질막을 제조함에 있어서(S100) 측단부의 일정 지점에 돌출부를 마련한다. 여기서 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층에 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 돌출부는 고분자 전해질막과 동일한 재질로 연장되게 형성할 수도 있고, 다른 재질로 형성할 수도 있으나 고분자 전해질막의 수분이 돌출부로 전달될 수 있는 재질로 형성되어야 할 것이다.First, in manufacturing the polymer electrolyte membrane (S100), a protrusion is provided at a predetermined point on the side end. Here, the protrusion may be provided at a position corresponding to a point at which gas is introduced into the first electrode layer or the second electrode layer. The protrusion may be formed to extend from the same material as the polymer electrolyte membrane, or may be formed of a different material, but it should be formed of a material that allows moisture of the polymer electrolyte membrane to be transferred to the protrusion.

다음으로, 고분자 전해질막의 상면과 하면에 각각 제1 전극층 및 제2 전극층을 형성한다(S200). 본 발명의 실시예에는 제1 전극층을 수소극, 제2 전극층을 공기극으로 정하였으나 반대로 이루어지는 것도 가능할 것이다.Next, a first electrode layer and a second electrode layer are respectively formed on the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane (S200). In the embodiment of the present invention, the first electrode layer is a hydrogen electrode and the second electrode layer is an air electrode, but it may be possible to do the opposite.

제1 전극층 및 제2 전극층을 형성한 후에는 고분자 전해질막에 마련된 돌출부가 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되도록 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡하거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡한다(S300). 구체적으로 제1 전극층에 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련된 돌출부는 제1 전극층의 외측으로 연장되도록 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡하고, 제2 전극층에 기체가 유입되는 지점에 대응되는 위치에 마련된 돌출부는 제2 전극층의 외측으로 연장되도록 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡한다.After the first electrode layer and the second electrode layer are formed, the protrusion provided on the polymer electrolyte membrane is bent upward while sandwiching the side end of the first electrode layer so that the protrusion is extended to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer, or the side end of the second electrode layer Bending to the lower part (S300). Specifically, the protrusion provided at a position corresponding to the point at which the gas is introduced into the first electrode layer is bent upwardly along the side end of the first electrode layer so as to extend outside the first electrode layer, and at the point at which the gas is introduced into the second electrode layer. The protrusion provided at the corresponding position is bent downward while sandwiching the side end of the second electrode layer so as to extend outside the second electrode layer.

여기서 돌출부는 단부가 절곡된 후 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장됨으로써 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입되는 기체는 돌출부의 연장된 단부를 통과하여 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입될 수 있다. 절곡된 돌출부의 단부를 제1 전극층의 상면 또는 제2 전극층의 하면까지 연장시켜 더 많은 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입되는 기체가 돌출부의 연장된 단부를 통과하도록 구성할 수도 있다.Here, the protrusion is extended to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer after the end is bent, so that the gas flowing into the first electrode layer or the second electrode layer passes through the extended end of the protrusion and flows into the first electrode layer or the second electrode layer. can The bent end of the protrusion may be extended to the upper surface of the first electrode layer or the lower surface of the second electrode layer to allow more gas flowing into the first electrode layer or the second electrode layer to pass through the extended end of the protrusion.

돌출부를 절곡한 이후에는 제1 전극층의 상부 및 제2 전극층의 하부에 기체확산층을 각각 형성한다(S400). 여기서 막전극 접합체와 기체확산층을 일체형으로 형성할 수 있다. 기체확산층은 핫프레스 접합 공정 또는 롤 라미네이팅을 통해 접합될 수 있다.After bending the protrusion, a gas diffusion layer is respectively formed on the upper portion of the first electrode layer and the lower portion of the second electrode layer (S400). Here, the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer may be integrally formed. The gas diffusion layer may be bonded through a hot press bonding process or roll laminating.

기체확산층을 형성하는 단계 이후에 고분자 전해질막, 제1 전극층 및 제2 전극층의 측면 테두리 영역을 밀봉하는 서브가스켓을 형성할 수 있다(S500). 서브가스켓은 고분자 수지를 사출하여 형성될 수도 있고, 핫프레스 접합 공정 또는 롤 라미네티팅 공정을 통해 접합될 수 있다. 서브가스켓은 막전극 접합체의 측단부를 노출시키지 않고 밀봉하는 것으로 가스켓과 결합시 가스켓과 밀착시켜 기밀 구조를 구현할 수 있다.After the step of forming the gas diffusion layer, a sub-gasket for sealing the side edge regions of the polymer electrolyte membrane, the first electrode layer, and the second electrode layer may be formed ( S500 ). The sub gasket may be formed by injection of a polymer resin, or may be joined through a hot press bonding process or a roll laminating process. The sub-gasket seals the side end of the membrane electrode assembly without exposing it. When combined with the gasket, the sub-gasket adheres to the gasket to realize an airtight structure.

막전극 접합체(MEA)와 서브가스켓은 일체형으로 제작될 수 있고, 막전극 접합체와 상부 및 하부의 기체확산층(GDL) 및 서브가스켓 모두를 일체형으로 제작될 수도 있다. 이로써, 막전극 접합체 및 기체확산층에 서브가스켓을 모두 일체형으로 제작하여 일체형 셀 프레임을 제작할 수 있다(S600).The membrane electrode assembly (MEA) and the subgasket may be manufactured integrally, or both the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer (GDL) and the subgasket may be manufactured integrally. Accordingly, the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer are all integrally fabricated to form an integrated cell frame (S600).

특히, 여기서 절곡된 돌출부의 단부가 서브가스켓의 외부로 노출되도록 서브가스켓을 형성할 수 있다. 절곡된 돌출부 전체가 서브가스켓에 포함되는 경우에는 수소나 공기의 유입부에서 충분한 가습 효과를 줄 수 없기 때문에, 절곡된 돌출부의 단부는 서브가스켓의 외부로 노출되어 수소나 공기가 확산되는 영역에서 충분한 자가 가습 효과를 부여할 수 있다.In particular, the sub-gasket may be formed so that the bent end of the protrusion is exposed to the outside of the sub-gasket. When the entire bent protrusion is included in the sub gasket, sufficient humidification effect cannot be given at the inlet of hydrogen or air. A self-humidifying effect can be given.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although shown and described with respect to specific embodiments of the present invention, it is understood in the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

10 : 고분자 전해질막 X, Y : 돌출부
20 : 제1 전극층 30 : 제2 전극층
40 : 상부 기체확산층 50 : 하부 기체확산층
60 : 서브가스켓10: polymer electrolyte membrane X, Y: protrusion
20: first electrode layer 30: second electrode layer
40: upper gas diffusion layer 50: lower gas diffusion layer
60: sub gasket

Claims (16)

고분자 전해질막;
고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층; 및
고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층;을 포함하고,
고분자 전해질막의 측단부에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되고, 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 기체 유입부에 대응되는 부분에서 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되며, 돌출부는 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.polymer electrolyte membrane;
a first electrode layer formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane; and
a second electrode layer formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane; and
A protrusion is provided at the side end of the polymer electrolyte membrane so that moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion, and the protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer at a portion corresponding to the gas inlet of the first electrode layer or the second electrode layer, A membrane electrode assembly, characterized in that the protrusion is bent upwardly across the side end of the first electrode layer or downwardly across the side end of the second electrode layer. 청구항 1에 있어서,
돌출부는 고분자 전해질막의 측단부 중 제1 전극층 또는 제2 전극층에서 기체가 유입되는 지점에 대응되는 유입부에 마련되고, 기체가 제1 전극층으로 유입되는 경우 돌출부는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 유입부에서 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되며 기체가 제2 전극층으로 유입되는 경우 돌출부는 기체가 유입되는 지점에 대응되는 유입부에서 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.The method according to claim 1,
The protrusion is provided at the inlet corresponding to the point at which gas flows from the first electrode layer or the second electrode layer among the side ends of the polymer electrolyte membrane, and when gas flows into the first electrode layer, the protrusion corresponds to the point at which the gas flows. The part is bent upwards along the side end of the first electrode layer, and when gas is introduced into the second electrode layer, the protrusion is bent downward along the side end of the second electrode layer at the inlet corresponding to the point at which the gas is introduced. A membrane electrode assembly comprising 청구항 2에 있어서,
돌출부는 단부가 절곡된 후 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장됨으로써 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입되는 기체는 돌출부의 연장된 단부를 통과하여 제1 전극층 또는 제2 전극층으로 유입되는 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.3. The method according to claim 2,
The protrusion extends to the outside of the first electrode layer or the second electrode layer after the end is bent, so that the gas flowing into the first electrode layer or the second electrode layer passes through the extended end of the protrusion and flows into the first electrode layer or the second electrode layer. Membrane electrode assembly characterized in that. 청구항 2에 있어서,
제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측에서 서로 이격되어 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.3. The method according to claim 2,
The inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are formed to be spaced apart from each other on one side of the polymer electrolyte membrane, and the protrusions are formed at positions corresponding to the respective gas inlets. A membrane electrode assembly, characterized in that the gas inlet side protrusion of the electrode layer is bent upward and the gas inlet side protrusion part of the second electrode layer is bent downward. 청구항 2에 있어서,
제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 마주보는 타측면 측에 각각 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.3. The method according to claim 2,
The inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are respectively formed on one side of the polymer electrolyte membrane and the other side facing the polymer electrolyte membrane, and the protrusions are positioned corresponding to the respective gas inlets. A membrane electrode assembly, characterized in that the gas inlet-side protrusion of the first electrode layer is bent upward and the gas inlet-side protrusion of the second electrode layer is bent downward. 청구항 2에 있어서,
제1 전극층에 유입되는 기체의 유입부와 제2 전극층에 유입되는 기체의 유입부는 고분자 전해질막의 일측면 측과 이와 인접한 타측면 측에 각각 형성되며, 돌출부는 각각의 기체 유입부에 대응되는 위치에 형성되되 제1 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 상부로 절곡되고 제2 전극층의 기체 유입부측 돌출부는 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.3. The method according to claim 2,
The inlet of the gas flowing into the first electrode layer and the inlet of the gas flowing into the second electrode layer are respectively formed on one side of the polymer electrolyte membrane and the other side adjacent thereto, and the protrusions are located at positions corresponding to the respective gas inlets. A membrane electrode assembly characterized in that the protrusion on the gas inlet side of the first electrode layer is bent upward and the protrusion on the gas inlet side of the second electrode layer is bent downward. 청구항 1에 있어서,
절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층 상면 또는 제2 전극층 하면까지 연장된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.The method according to claim 1,
An end of the bent protrusion extends to the upper surface of the first electrode layer or the lower surface of the second electrode layer. 청구항 1에 있어서,
돌출부는 고분자 전해질막과 동일한 재질로 형성되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되는 것을 특징으로 하는 막전극 접합체.The method according to claim 1,
The protrusion is formed of the same material as the polymer electrolyte membrane, so that the moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion. 고분자 전해질막, 고분자 전해질막 상면에 형성된 제1 전극층 및 고분자 전해질막 하면에 형성된 제2 전극층을 포함하고, 고분자 전해질막의 측단부에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되고, 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 기체 유입부에 대응되는 부분에서 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되며, 돌출부는 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡되거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡된 것을 특징으로 하는 막전극 접합체; 및
막전극 접합체의 상부 및 하부에 각각 형성된 기체확산층;을 포함하는 연료전지 셀 프레임.It includes a polymer electrolyte membrane, a first electrode layer formed on the upper surface of the polymer electrolyte membrane, and a second electrode layer formed on the lower surface of the polymer electrolyte membrane, and a protrusion is provided at a side end of the polymer electrolyte membrane so that moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion, and the protrusion is the first At a portion corresponding to the gas inlet of the electrode layer or the second electrode layer, it extends outside the first electrode layer or the second electrode layer, and the protrusion is bent upward with the side end of the first electrode layer or sandwiched with the side end of the second electrode layer. Membrane electrode assembly, characterized in that bent downward; and
A fuel cell frame comprising a; gas diffusion layers respectively formed on the upper and lower portions of the membrane electrode assembly. 청구항 9에 있어서,
막전극 접합체와 상부 및 하부의 기체확산층은 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임.10. The method of claim 9,
A fuel cell frame, characterized in that the membrane electrode assembly and the upper and lower gas diffusion layers are integrally manufactured. 청구항 9에 있어서,
막전극 접합체의 측면 테두리 영역에 형성되어 막전극 접합체의 측단부를 밀봉하는 서브가스켓;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임.10. The method of claim 9,
The fuel cell frame according to claim 1, further comprising a sub-gasket formed in a side edge region of the membrane electrode assembly and sealing the side end of the membrane electrode assembly. 청구항 11에 있어서,
절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층의 상면 또는 제2 전극층의 하면까지 연장되고, 서브가스켓의 외부로 노출된 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임.12. The method of claim 11,
The end of the bent protrusion extends to the upper surface of the first electrode layer or the lower surface of the second electrode layer, and is exposed to the outside of the sub-gasket. 청구항 11에 있어서,
막전극 접합체와 서브가스켓은 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임.12. The method of claim 11,
A fuel cell frame, characterized in that the membrane electrode assembly and the sub-gasket are integrally manufactured. 측단부에는 돌출부가 마련되어 고분자 전해질막의 수분이 돌출부까지 전달되는 고분자 전해질막의 상면에 제1 전극층을 형성하고, 하면에 제2 전극층을 형성하는 단계;
막전극 접합체의 돌출부는 제1 전극층 또는 제2 전극층의 기체 유입부에 대응되는 부분에서 제1 전극층 또는 제2 전극층의 외측으로 연장되도록 제1 전극층의 측단부를 끼고 상부로 절곡하거나 또는 제2 전극층의 측단부를 끼고 하부로 절곡하는 단계; 및
제1 전극층의 상부 및 제2 전극층의 하부에 기체확산층을 형성하는 단계;를 포함하는 연료전지 셀 프레임 제조방법.forming a first electrode layer on the upper surface of the polymer electrolyte membrane through which moisture of the polymer electrolyte membrane is transferred to the protrusion, and forming a second electrode layer on the lower surface;
The protrusion of the membrane electrode assembly may be bent upwardly along the side end of the first electrode layer so as to extend outside the first electrode layer or the second electrode layer in a portion corresponding to the gas inlet portion of the first electrode layer or the second electrode layer, or the second electrode layer Bending the side end of the lower side; and
A method of manufacturing a fuel cell frame including; forming a gas diffusion layer on an upper portion of the first electrode layer and a lower portion of the second electrode layer. 청구항 14에 있어서,
기체확산층을 형성하는 단계 이후에 고분자 전해질막, 제1 전극층 및 제2 전극층의 측면 테두리 영역을 밀봉하는 서브가스켓을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임 제조방법.15. The method of claim 14,
After forming the gas diffusion layer, forming a sub-gasket for sealing side edge regions of the polymer electrolyte membrane, the first electrode layer, and the second electrode layer; 청구항 14에 있어서,
막전극 접합체의 돌출부를 절곡하는 단계에서 절곡된 돌출부의 단부는 제1 전극층의 상면 또는 제2 전극층의 하면까지 연장시키고,
서브가스켓을 형성하는 단계에서 절곡된 돌출부의 단부가 서브가스켓의 외부로 노출되도록 서브가스켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지 셀 프레임 제조방법.15. The method of claim 14,
The end of the bent protrusion in the step of bending the protrusion of the membrane electrode assembly extends to the upper surface of the first electrode layer or the lower surface of the second electrode layer,
A method for manufacturing a fuel cell frame, characterized in that the sub-gasket is formed so that the end of the protrusion bent in the step of forming the sub-gasket is exposed to the outside of the sub-gasket.
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