KR102576019B1 - A reliable electrolysis stack of water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안정적인 수전해 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 본 발명은 수전해 스택에서 각 셀에서의 수소와 산소(순환수)의 크로스(cross) 누설 방지와 수전해 스택 매니폴드 및 외부 누설을 원천적으로 방지하는 수전해 스택 가스켓 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수전해스택의 다양한 운전방법에 대해서도 안정적인 수전해 스택 장기운전 향상에 관한 것이다.The present invention relates to a stable water electrolysis stack. More specifically, the present invention relates to preventing cross leakage of hydrogen and oxygen (circulating water) from each cell in the water electrolysis stack and preventing cross leakage from the water electrolysis stack manifold and external leakage. This relates to a water electrolysis stack gasket structure that fundamentally prevents water electrolysis stack, and more specifically, to improving stable long-term operation of the water electrolysis stack for various operation methods of the water electrolysis stack.
종래의 수전해스택은 수전해 반응을 이용하여 수소와 산소를 생산하는 알칼리 수전해, 고분자전해질막(polymer electrolyte membrane) 수전해로 나누어지며, 고분자전해질막 수전해는 다시 양이온교환막(proton exchange membrane) 수전해와 음이온교환막(anion exchange membrane) 수전해로 나누어진다.Conventional water electrolysis stacks are divided into alkaline water electrolysis, which produces hydrogen and oxygen using a water electrolysis reaction, and polymer electrolyte membrane water electrolysis, and polymer electrolyte membrane water electrolysis uses a cation exchange membrane (proton exchange membrane). It is divided into water electrolysis and anion exchange membrane water electrolysis.
알카리 수전해는 전해액이 30 ∼ 40 wt%의 수산화칼륨(KOH) 순환수를 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 양쪽 모두 순환시키면서 작동되며, 양이온교환막 수전해와 음이온 교환막은 애노드(anode)인 산소발생반응(OER) 쪽만 순환수를 순환하고 캐소드(cathode)인 수소발생반응(HER) 쪽은 건식 캐소드(dry cathode) 방식으로 대부분 작동된다. Alkaline water electrolysis operates by circulating 30 to 40 wt% potassium hydroxide (KOH) water through both the anode and cathode, and cation exchange membrane water electrolysis and anion exchange membrane use oxygen as the anode. Only the OER side circulates water, and the cathode, the hydrogen evolution reaction (HER) side, is mostly operated in a dry cathode manner.
종래의 기술(출원번호: 10-2017-0065790)에서는 수전해 스택은 작동유체가 유입되는 캐소드 유입구와 연통되고 수소와 공기가 반응하는 반응 영역을 향해 상기 작동 유체가 공급되도록 상기 캐소드 유입구에서 분기된 분기부가 형성된 분리판 및 상기 분리판을 마주보며 조립되는 전극판을 포함하는 수전해스택을 제시하고 있지만, 실제로 단위전지 적층시에 크로스(Cross) 누설을 방지하는 고분자전해질막 주변의 가스켓 면과 외부누설을 방지하는 가스켓 면이 서로 상이하고 특히, 애노드 면은 셀프레임 면이 아닌 유체확산층(PTL)이 고분자전해질막 주변의 가스켓을 누르고 있어 이종 물질에 따른 가스켓의 안정적인 작동을 보장할 수 없으며, 수전해 스택 장기운전 시에 안정적인 성능 및 내구성에 지대한 영향을 끼치는 수소와 산소의 크로스(cross) 누설을 원천적으로 방지할 수 있는 방법은 제시하지 못하고 있다. In the prior art (application number: 10-2017-0065790), the water electrolysis stack is in communication with the cathode inlet through which the working fluid flows, and is branched from the cathode inlet so that the working fluid is supplied toward the reaction area where hydrogen and air react. Although a water electrolytic stack is proposed that includes a separator plate with branched parts and an electrode plate assembled facing the separator plate, in reality, the gasket surface and the outside around the polymer electrolyte membrane that prevent cross leakage when stacking unit cells are used. The gasket sides that prevent leakage are different from each other, and in particular, the fluid diffusion layer (PTL) on the anode side, not the self-frame side, presses the gasket around the polymer electrolyte membrane, so stable operation of the gasket due to dissimilar materials cannot be guaranteed, and There is no way to fundamentally prevent cross leakage of hydrogen and oxygen, which has a significant impact on stable performance and durability during long-term operation of the stack.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수전해스택의 안정적인 동작과 내구성에 지대한 영향을 미치는 크로스 누설을 원천적으로 방지하고 매니폴드 및 외부누설과 크로스 누설 방지용 실링 가스켓을 분리하여, 수전해 스택 운전 시에 셀프레임과 고분자전해질막, 유체확산층 등 이종물질들의 상이한 열팽창 등에 대응할 수 있는 안정적인 수전해스택을 제공하고자 한다. Therefore, the purpose of the present invention to solve this problem is to fundamentally prevent cross leakage, which has a significant impact on the stable operation and durability of the water electrolysis stack, and to separate the manifold and external leakage from the sealing gasket for cross leakage prevention, We aim to provide a stable water electrolysis stack that can respond to different thermal expansions of dissimilar materials such as self-lamps, polymer electrolyte membranes, and fluid diffusion layers during stack operation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안정적인 수전해 스택은, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수소와 산소를 생산하는 수전해스택에 있어서, 유체확산층(PTL; Porous Transport Layer)/애노드(anode) 촉매전극/고분자전해질막/캐소드(cathode) 촉매전극/유체확산층으로 구성된 복수의 단위전지와 복수의 세퍼레이터와 절연 셀프레임과 양쪽 끝단의 전류집전체 그리고 체결기구로 구성되고 단위전지의 고분자전해질막 기준으로 양쪽 전극으로의 크로스 누설을 방지하기 위한 분리된 밀폐형 가스켓 실링구조를 포함하는 것을 특징으로 함으로써 촉매전극 외부 테두리의 고분자전해질 막을 통한 수소와 산소의 크로스(cross) 누설을 원천적으로 방지하고 실링 가스켓을 누르고 있는 이종물질들의 영향을 최소화하는 안정적인 수전해스택을 제공한다The stable water electrolysis stack according to the present invention for achieving the above object is a water electrolysis stack that produces hydrogen and oxygen, and includes a fluid diffusion layer (PTL; Porous Transport Layer)/anode. (anode) A plurality of unit cells composed of a catalyst electrode/polymer electrolyte membrane/cathode catalyst electrode/fluid diffusion layer, a plurality of separators, an insulating self-frame, a current collector at both ends, and a fastening device, and the polymer of the unit cell It is characterized by including a separate sealed gasket sealing structure to prevent cross leakage to both electrodes based on the electrolyte membrane, fundamentally preventing cross leakage of hydrogen and oxygen through the polymer electrolyte membrane on the outer edge of the catalyst electrode. Provides a stable water electrolysis stack that minimizes the influence of foreign substances pressing on the sealing gasket.
또한, 수전해스택 매니폴드 및 외부 누설을 방지하기 위한 별도의 실링 가스켓을 구성하여 수전해스택 작동 시에 발생할 수 있는 단위전지에서의 소재의 열팽창이나 이완의 영향을 받지 않은 가스켓 구조를 제공한다. In addition, the water electrolysis stack manifold and a separate sealing gasket to prevent external leakage are configured to provide a gasket structure that is not affected by thermal expansion or relaxation of materials in the unit cell that may occur during operation of the water electrolysis stack.
또한, 상기 실링 가스켓들은 2개 이상의 접촉면을 형성하는 가스켓 구조인 것을 특징으로 하는 안정적인 수전해 스택을 제공한다. In addition, the sealing gaskets provide a stable water electrolysis stack, which is characterized in that it has a gasket structure that forms two or more contact surfaces.
또한, 수전해 막전극접합체와 세퍼레이터와 수전해스택 체결시에 애노드 셀프레임의 수전해 막전극접합체와 맞닿은 애노드 셀프레임 반대면에, 매니폴드)와 수전해 스택 각 셀의 유체확산층으로 유체를 골고루 전달할 수 있는 분배구들이 구성되어 애노드 셀프레임에 구성된 분배구의 깊이가 보장받을 수 있어 안정적인 수전해 스택의 작동을 제공할 수 있다. In addition, when connecting the water electrolysis membrane electrode assembly, the separator, and the water electrolysis stack, the fluid is distributed evenly through the manifold) and the fluid diffusion layer of each cell of the water electrolysis stack on the opposite side of the anode self-frame in contact with the water electrolysis membrane electrode assembly of the anode self-frame. The depth of the distribution port configured in the anode self-frame can be guaranteed by providing a stable operation of the water electrolysis stack.
또한, 애노드 셀프레임에 가스켓을 고정하여 끼울 수 있는 가스켓 구조와 애노드 셀프레임을 캐소드 셀프레임에 끼울 수 있는 셀프레임 홀을 구성하여 수전해스택 체결 시에 생산효율을 향상 시킬 수 있다.In addition, production efficiency can be improved when fastening the electrolysis stack by constructing a gasket structure that can fix and insert a gasket into the anode self-frame and a self-frame hole that can insert the anode self-frame into the cathode self-frame.
상기에서 설명한 본 발명의 안정적인 수전해 스택에 의하면, 수전해 스택에 구성하는 단위전지의 고분자전해질막 기준으로 양쪽 전극으로의 크로스 누설을 방지하기 위한 분리된 밀폐형 가스켓 실링구조와 매니폴드 및 외부 누설 방지용 별도의 가스켓 구조를 구성하여 수전해스택의 안정적인 작동을 제공할 수 있다.According to the stable water electrolysis stack of the present invention described above, based on the polymer electrolyte membrane of the unit cell constituting the water electrolysis stack, a separate sealed gasket sealing structure to prevent cross leakage to both electrodes, a manifold, and an external leakage prevention device are provided. By configuring a separate gasket structure, stable operation of the water electrolysis stack can be provided.
또한, 수소와 산소를 생산하는 수전해스택에 있어서, 애노드 및 캐소드 셀프레임에 가스켓을 고정하여 끼울 수 있는 구조를 포함하여 수전해 스택 제조 시에 안정적인 수전해 스택을 제공할 수 있다. In addition, in the water electrolysis stack that produces hydrogen and oxygen, it is possible to provide a stable water electrolysis stack when manufacturing the water electrolysis stack by including a structure in which a gasket can be fixed and inserted into the anode and cathode self-frame.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안정적인 수전해스택 셀의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 2은 본 발명의 바람직한 수전해스택 애노드 셀프레임과 가스켓 구조를 나타낸 다른 실시예의 도면이다.1 is a diagram schematically showing the cross-sectional structure of a stable water electrolysis stack cell according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram showing another embodiment of the preferred water electrolysis stack anode self-frame and gasket structure of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 공정단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.Accordingly, in some embodiments, well-known process steps, well-known structures, and well-known techniques are not specifically described in order to avoid ambiguous interpretation of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in the context.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다.As used in the specification, comprises and/or comprising means the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements other than the mentioned elements, steps, operations and/or elements. It is used in a non-excluding sense.
그리고, "및/또는"은 언급된 아이템의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.And, “and/or” includes each and all combinations of one or more of the mentioned items.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다.Additionally, embodiments described in this specification will be described with reference to cross-sectional views and/or schematic diagrams that are ideal illustrations of the present invention.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정형태로 제한되는 것이 아니라 제조공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process.
그리고, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.Additionally, in each drawing shown in the present invention, each component may be shown somewhat enlarged or reduced in consideration of convenience of explanation.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안정적인 수전해스택 셀의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. Figure 1 is a diagram schematically showing the cross-sectional structure of a stable water electrolysis stack cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 고분자전해질막과 애노드전극 및 캐소드전극으로 이루어진 막전극접합체(MEA)(101)와 애노드 측 유체확산층((PTL; Porous Transport Layer)(102), 캐소드 측 유체확산층(PTL; Porous Transport Layer)(103), 애노드 셀프레임에 구성된 가스켓(104)와 캐소드 셀프레임에 구성된 “┗ ”자 형태의 가스켓(anode)(105), 애노드 셀프레임(106), 캐소드 셀프레임(107), 세퍼레이터(108) 및 매니폴드(109)로 구성, 적층하는 수전해스택 체결 시에 막전극접합체(101)은 애노드 셀프레임 가스켓(104)와 캐소드 셀프레임 가스켓(105)에 의해 분리된 밀폐형 구조의 가스켓 구조를 구성하여 실링 가스켓의 측면으로의 크로스(cross) 누설을 원천적으로 방지할 수 있다. As shown in Figure 1, a membrane electrode assembly (MEA) 101 consisting of a polymer electrolyte membrane, an anode electrode, and a cathode electrode, an anode side fluid diffusion layer (PTL; Porous Transport Layer) 102, and a cathode side fluid diffusion layer ( PTL; Porous Transport Layer (103), gasket (104) composed of anode self-frame, “┗” shaped gasket (anode) (105) composed of cathode self-frame, anode self-frame (106), cathode self-frame ( 107), a separator 108, and a manifold 109, when the water electrolysis stack is stacked, the membrane electrode assembly 101 is separated by the anode self-frame gasket 104 and the cathode self-frame gasket 105. By constructing a sealed gasket structure, cross leakage to the side of the sealing gasket can be fundamentally prevented.
상기 가스켓 소재는 고무소재를 사용하며 상기 셀 프레임은 PEEK, PP, PE 및 PPS GF 40 등과 같은 엔지니어링 플라스틱 소재를 사용하며, 세퍼레이터는 전도성이 우수한 스테인레스(SUSS 304, SUSS316) 판이나 스테인레스 판에 타이타늄 또는 니켈을 코팅하여 사용한다. The gasket material is made of rubber, the cell frame is made of engineering plastic materials such as PEEK, PP, PE and PPS GF 40, and the separator is made of highly conductive stainless steel (SUSS 304, SUSS316) or titanium or stainless steel. It is used by coating with nickel.
도 1에 도시하지 않았지만, 수소와 산소(순환수) 입/출구 매니폴드와 각 셀(단위전지)로의 분배구들이 셀프레임에 구성된다. Although not shown in Figure 1, hydrogen and oxygen (circulating water) inlet/outlet manifolds and distribution ports to each cell (unit cell) are configured in the self-frame.
도 2은 본 발명의 바람직한 수전해스택 애노드 셀프레임과 가스켓 구조를 나타낸 다른 실시예의 도면이다. Figure 2 is a diagram showing another embodiment of the preferred water electrolysis stack anode self-frame and gasket structure of the present invention.
수전해스택의 애노드 셀프레임(206)과 수전해 막전극접합체(MEA)와 맞닿는 면의 가스켓(204)과 애노드 셀프레임(206)의 반대면에 매니폴드(209)와 외부누설을 방지하는 가스켓(211)를 구성를 구성하며 수전해스택 작동시에 유체확산층(202)과 막전극접합체에서의 이종 소재에 따른 열팽창과 이완 등의 영향을 받지 않도록 매니폴드(209) 및 외부누설 방지 가스켓(211) 구조를 별도로 구성한다. A gasket (204) on the side in contact with the anode self-frame (206) of the water electrolysis stack and the water electrolysis membrane electrode assembly (MEA), and a manifold (209) on the opposite side of the anode self-frame (206) and a gasket to prevent external leakage. (211) and a manifold (209) and an external leakage prevention gasket (211) to prevent thermal expansion and relaxation due to dissimilar materials in the fluid diffusion layer (202) and the membrane electrode assembly during operation of the water electrolysis stack. The structure is constructed separately.
상기 수전해 막전극접합체(MEA) 면의 가스켓(204)와 매니폴드 및 외부누설 방지용 가스켓(211)은 수전해 스택 체결시 실링되는 밀착면이 2개 이상의 접촉면을 형성하여 수전해스택의 수소와 산소의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.The gasket 204 on the surface of the water electrolysis membrane electrode assembly (MEA), the manifold, and the gasket 211 for preventing external leakage form two or more contact surfaces that are sealed when the water electrolysis stack is fastened, so that the hydrogen and hydrogen of the water electrolysis stack are formed. It can effectively prevent oxygen leakage.
도2에 도시하지 않은 수전해 막전극접합체와 세퍼레이터와 수전해스택 체결시에 애노드 셀프레임(206)의 수전해 막전극접합체와 맞닿은 애노드 셀프레임(206) 반대면에, 매니폴드(209)와 수전해 스택 각 셀의 유체확산층으로 유체를 골고루 전달할 수 있는 분배구(211) 들이 구성되어 있어, 수전해 스택 각 셀로 매니폴드에서 유체분배 시에, 매니폴드 및 외부누설 방지 뿐만아니라 애노드 셀프레임과 세퍼레이터 사이에 가스켓(211)으로만 실링하여 딱딱한 애노드 셀프레임에 구성된 분배구(211)의 깊이가 보장받을 수 있어 안정적인 수전해 스택의 작동을 제공할 수 있다. When fastening the water electrolysis stack with the water electrolysis membrane electrode assembly and separator not shown in Figure 2, on the opposite side of the anode self-frame 206, which is in contact with the water electrolysis membrane electrode assembly of the anode self-frame 206, a manifold 209 and It consists of distribution ports 211 that can evenly deliver fluid to the fluid diffusion layer of each cell of the water electrolysis stack. When distributing fluid from the manifold to each cell of the water electrolysis stack, it not only prevents manifold and external leakage, but also anode self-frame and By sealing only the gasket 211 between the separators, the depth of the distribution hole 211 formed in the hard anode self-frame can be guaranteed, thereby providing stable operation of the water electrolysis stack.
또한, 애노드 셀프레임에 가스켓을 고정하여 끼울 수 있는 가스켓(204) 구조와 애노드 셀프레임을 캐소드 셀프레임에 끼울 수 있는 셀프레임 홀(210)을 구성하고 캐소드 셀프레임에 구성된 홀(210)에 끼울 수 있는 돌출부(도면에는 도시 않함)를 구성하여 수전해스택 체결 시에 생산효율을 향상 시킬 수 있다. In addition, it consists of a gasket 204 structure that can be fixed and inserted into the anode self-frame and a self-frame hole 210 that can insert the anode self-frame into the cathode self-frame, and can be inserted into the hole 210 formed in the cathode self-frame. By constructing a protrusion (not shown in the drawing) that can be used, production efficiency can be improved when fastening the water electrolysis stack.
또한, 도시하지 않았지만, 캐소드 셀프레임도 상기 애노드 셀프레임과 같이 수전해 막전극접합체와 세퍼레이터와 수전해스택 체결시에 캐소 셀프레임의 수전해 막전극접합체와 맞닿은 캐소드 셀프레임 반대면에, 매니폴드와 수전해 스택 각 셀의 유체확산층으로 유체를 골고루 전달할 수 있는 분배구들이 구성되어 있다.In addition, although not shown, the cathode self-frame, like the anode self-frame, is connected to the cathode self-frame on the opposite side of the cathode self-frame in contact with the water electrolysis membrane electrode assembly of the cathode self-frame when the water electrolytic membrane electrode assembly and the separator are connected to the water electrolytic stack. It consists of distribution ports that can evenly deliver fluid to the fluid diffusion layer of each cell of the water electrolysis stack.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에 속하는 것으로 해석하여야 할 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and the components within the scope obvious to those skilled in the art who understand the spirit of the present invention. Other embodiments may be proposed by addition, change, deletion, addition, etc., but this should also be interpreted as falling within the scope described in the claims of the present invention.
101: 수전해 막전극접합체(MEA), 102, 202 : 애노드 유체확산층
103: 캐소드 유체확산층, 104, 105, 204, 211 : 가스켓,
106, 206 : 애노드 셀프레임, 107: 캐소드 셀프레임,
108: 세퍼레이터, 109, 209 : 매니폴드,
210: 애노드 셀프레임 홀, 212: 분배구.101: Water electrolysis membrane electrode assembly (MEA), 102, 202: Anode fluid diffusion layer
103: cathode fluid diffusion layer, 104, 105, 204, 211: gasket,
106, 206: anode self-frame, 107: cathode self-frame,
108: separator, 109, 209: manifold,
210: anode self-regulating hole, 212: distribution port.
Claims (5)
애노드 측 유체확산층;
상기 캐소드 측 유체확산층의 측면을 둘러싸는 캐소드 측 셀프레임;
상기 애노드 측 유체확산층의 측면을 둘러싸는 애노드 측 셀프레임; 및
애노드 전극, 고분자 전해질막 및 캐소드 전극이 순차로 적층되고, 상기 캐소드 측 유체확산층 및 상기 애노드 측 유체확산층에 협지된 중앙부와 상기 캐소드 측 셀프레임 및 상기 애노드 측 셀프레임에 협지된 엣지부를 갖는 막전극접합체(MEA);를 포함하는 수전해 스택으로서,
상기 캐소드 측 셀프레임은 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 간 크로스 누설을 방지하는 캐소드 셀프레임 가스켓을 수용하는 제1 캐소드 셀프레임 오목부를 갖고,
상기 애노드 측 셀프레임은 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 간 크로스 누설을 방지하는 애노드 셀프레임 가스켓을 수용하는 제1 애노드 셀프레임 오목부를 갖고,
상기 캐소드 셀프레임 가스켓은 ┗자 형태를 가지며, 상기 수전해 스택의 체결 시에 상기 막전극접합체의 측면은 상기 캐소드 셀프레임 가스켓과 상기 애노드 셀프레임 가스켓에 의해 밀폐되는, 수전해 스택.Fluid diffusion layer on the cathode side;
Anode side fluid diffusion layer;
A cathode-side self-frame surrounding the side of the cathode-side fluid diffusion layer;
An anode-side self-frame surrounding the side of the anode-side fluid diffusion layer; and
A membrane electrode in which an anode electrode, a polymer electrolyte membrane, and a cathode electrode are sequentially stacked, and has a central portion clamped by the cathode-side fluid diffusion layer and the anode-side fluid diffusion layer and an edge portion clamped by the cathode-side self-frame and the anode-side self-frame. As a water electrolysis stack including an conjugate (MEA),
The cathode side self-frame has a first cathode self-frame concave portion that accommodates a cathode self-frame gasket that prevents cross leakage between the anode electrode and the cathode electrode,
The anode-side self-frame has a first anode self-frame concave portion that accommodates an anode self-frame gasket that prevents cross leakage between the anode electrode and the cathode electrode,
The cathode self-frame gasket has a ┗ shape, and when the water electrolysis stack is fastened, the side of the membrane electrode assembly is sealed by the cathode self-frame gasket and the anode self-frame gasket.
상기 캐소드 셀프레임 가스켓과 상기 막전극접합체는 2 이상의 접촉면을 형성하고, 상기 애노드 셀프레임 가스켓과 상기 막전극접합체는 2 이상의 접촉면을 형성하는, 수전해 스택.According to paragraph 1,
The cathode self-frame gasket and the membrane electrode assembly form two or more contact surfaces, and the anode self-frame gasket and the membrane electrode assembly form two or more contact surfaces.
상기 캐소드 측 셀프레임 및 상기 애노드 측 셀프레임의 상기 막전극접합체와 맞닿은 면의 이면에는 매니폴드와 상기 유체확산층 간 유체 연통 경로를 제공하기 위한 복수의 분배구가 형성된, 수전해 스택.According to paragraph 1,
A water electrolysis stack, wherein a plurality of distribution holes are formed on the back surface of the cathode-side self-frame and the anode-side self-frame in contact with the membrane electrode assembly.
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2022
- 2022-10-27 KR KR1020220140658A patent/KR102576019B1/en active IP Right Grant
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