KR19990045335A - 고체고분자 전해모듈 및 이를 사용한 고체고분자 전해장치 - Google Patents

고체고분자 전해모듈 및 이를 사용한 고체고분자 전해장치 Download PDF

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Abstract

복수의 고체고분자 전해소자가 도전성 금속판을 갖는 스페이서를 통해서 적층되고, 공기유로와 함께 입체적인 전해반응면을 형성하고 있다.
그리고, 복수의 고체고분자 전해소자는 전기적으로 직렬로 연결되고, 같은 극의 면이 대향하도록 적층되어있다.

Description

고체고분자 전해모듈 및 이를 사용한 고체고분자 전해장치.
본 발명은, 이온도전성의 고체고분자 전해질막을 사용해서 대기중의 수증기를 전해해서 생긴 전해생성물의 특성을 사용해서 다른 기능을 인출해서 이용하는 고체고분자 전해모듈에 관한 것으로, 모듈본체 및 직류전원계통의 소형, 콤팩트화를 가능하게 하는 모듈구성에 관한 것이다.
또, 이 고체고분자 전해모듈의 특성을 최대로 인출하는 동시에, 고체고분자 전해모듈의 동작의 안정성을 확보하는 고체고분자 전해장치에 관한 것이다.
도 14 및 도 15는 각각 예를들어 일본국 특개평 8-134679호 공보에 기재된 수소이온도전성의 고체고분자 전해질막을 사용해서 물을 전기 분해하는 고체전해질막 전해장치의 전체구성도를 표시하는 종단면도 및 분해상태를 표시하는 종단면도이다.
도 14 및 도 15에서, 고체전해질막 전해장치(1)은 원반상의 고체전해질막(2)과, 그 양면에 첨부설치된 원반상의 다공질 급전체(3),(4)와, 그 외측에 배치된 원반상의 양극전극판(5) 및 음극전극판(6)과 양전극판(5),(6)의 외측에 첨부설치된 원반상의 가스켓으로 된 실(seal)부재(7)로 구성되는 원반상의 고체전해질막유닛(8)이 그 동일극측 끼리를 대향하도록 여러개 병설된 구조의 것이다.
또, 고체전해질막(2)등의 부재를 원반상의 것으로 하고 있으나, 이들의 부재를 4각 형상의 것으로 해도 된다.
또, 고체전해질막유닛(8)을 그 같은 극끼리가 대향하도록 병설할 때는 인접한 고체전해질막유닛(8)사이에는 원반상의 플라스틱제 절연스페이서(9)가 끼워져 있다.
또, 양단의 고체전해질막유닛(8)의 외측에는 스테인레스제의 엔드플레이트(10)가 설치되어있다.
또, 고체전해질막 전해장치(1)에는, 고체전해질막유닛(8)의 양극측의 다공질 급전체(3)에 순수를 공급하기 위한 순수공급경로(11) 및 산소가스를 인출하기 위한, 산소가스 인출경로(12)가 배치되어있다.
또, 고체전해질막유닛(8)의 음극측의 다공질 급전체(4)로 부터 수소가스를 인출하기 위한 수소가스 인출경로(13)가 배치되어있다.
또, 전극판은 외부결선(14)으로 전기적으로 연결되어 급전체에 전력이 공급되어있다.
이와같이 구성된 고체전해질막 전해장치(1)는 우선 순수공급계(도시않음)에서 순수공급경로(11)를 통해서 고체전해질막유닛(8)의 양극측의 다공질 급전체(3)에 순수가 공급된다.
그리고, 공급된 순수가 고체전해질막유닛(8)의 양극측에서 전기분해되어,
2H2O → O2+ 4H++ 4e-
의 반응이 일어나 산소가스가 발생하고, 다공질 급전체(3)에서 산소가스 인출경로(12)를 통해서 물과 산소가스가 인출되어 산소가스가 회수된다.
한편, 고체전해질막유닛(8)의 음극측에서는, 양그측에서 생성된 H+가 고체전해질막(2)를 통과해서,
4H++ 4e-→ 2H2
의 반응이 일어나 수소가스가 발생하고, 다공질 급전체(4)로 부터 수소가스 인출경로(13)를 통해서 수소가스가 인출되어 회수된다.
이상의 작용에 의해 물을 전기분해해서 수소와 산소를 얻도록 하고 있다.
또, 전기분해에 필요한 전력은 외부배선(14)에 의해 전극판(5), (6)을 통해서 다공질 급전체(3), (4)에 전력이 공급되고 있다.
이와같이, 종래의 고체전해질막 전해장치는, 물을 통수해서 이를 산소와 수소로 전기분해할 때에 적용되는 장치이고, 공기중에 포함되는 수증기를 전기분해하는 목적의 것은 아니었다.
본 발명에 관한 고체고분자 전해모듈은 다공성전극을 각각 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막의 양면에 열압접해서 형성된 여러개의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변으로 하는 스페이서를 개장시켜서 적층되고, 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자는 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전 접변을 통해서 한쪽으로 인접하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성 전극에 전기적으로 접속되고, 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접한 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되어서 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는, 적층된 상기 여러개의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성 전극과 타단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극사이에 직류전압이 공급도었을때에, 양극면을 따라 흐르는 공기류와 음극면을 따라 흐르는 공기류가 분리독립해서 형성하도록 구성되어 있는 것이다.
본 발명에 관한 고체고분자 전해장치는 다공성전극을 각각 수소이온도전성의 고체고분자 전해질의 양면에 열압접해서 형성된 여러개의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통기로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변하는 스페이서를 개장시켜서 적층되고, 적층된 상기 여러개의 고체고분자 전해소자는 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 한쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되고, 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되어서 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극과 타단에 위치하는 고체의 고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극사이에 직류전압이 공급되었을때에, 양극면을 따라 흐르는 공기류와 음극면을 따라 흐르는 공기류가 분리 독립해서 형성되도록 구성되어있는 고체고분자 전해모듈과, 상기 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간의 전압이 설정전압치를 초과하면 전류가 급준하게 흐르도록 회로구성된 바이패스회로를 구비한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 사시도
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고체고분자 전해모듈에 사용되는 고체고분자 전해소자를 표시하는 사시도
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 분해사시도
도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 분해사시도
도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 분해사시도
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈에 사용되는 고체고분자 전해소자를 표시하는 사시도
도 7은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 분해사시도
도 8은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 표시하는 사시도
도 9는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 표시하는 분해사시도
도 10은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 사용되는 바이패스회로를 표시하는 회로도
도 11은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 사용되는 바이패스회로의 전기특성을 표시하는 도면
도 12는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 사용되는 고체고분자 전해소자의 전압-전류특성을 표시하는 도면
도 13은 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 고체고분자 전해장치를 표시하는 분해사시도
도 14는 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막을 사용해서 물을 전기분해하는 종래의 고체전해질막 전해장치의 전체구성도를 표시하는 종단면도
도 15는 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막을 사용해서 물을 전기분해하는 종래의 고체전해질막 전해장치의 분해상태를 표시하는 종단면도
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면을 따라 설명한다.
실시의 형태 1
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 사시도이다.
도 1에서, 고체고분자 전해모듈(50)은, 고체고분자 전해소자(51)가 스페이서(52)에 의해 일정한 간격을 두고, 여러개 적층되고 적층방향의 양단에서 압압되어서 일체로 구성되어있다.
그리고, 스페이서(52)에 의해 일정한 간격으로 형성된 고체고분자 전해소자(51)간이 통기로로서의 공기유로(53a),(53b)를 구성하고 있다.
또, 인접한 공기유로(53a),(53b)를 흐르는 공기류가 직교류를 구성하도록 스페이서(52)가 고체고분자 전해소자(51)의 양단에서 서로 어긋나게 배치되어있다.
이 스페이서(52)는 플라스틱 등의 직방체의 절연블록(52a)의 표면에 도전성 금속판(52b)를 첨부해 제작되고, 고체고분자 전해소자(51)가 스페이서(52)를 통해서 적층되었을 때, 상하의 고체고분자 전해소자(51)간이 도전성 금속판(52b)을 통해서 전기적으로 연결되도록 되어있다.
또, 스페이서(52)는 탄소봉같은 전기적 양도체로 제작해도 된다.
도면중, 57은 직류전원을 화살표 B, C는 공기류를 표시하고 있다.
계속해, 고체고분자 전해소자(51)의 구성을 도 2를 참조하면서 설명한다.
고체고분자 전해소자(51)는 수소이온(프로톤)을 선택적으로 통과시키는 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막(55)의 양면에 한쌍의 다공질전극(54a),(54b)를 열압착해서 복합막상으로 구성되어있다.
그리고, 다공질전극(54a),(54b)의 양단에는 각각 전기적 접편(56a),(56b)가 예를들면 납땜등으로 다공질전극과의 사이에서 전기적 접촉저항이 없도록 부착되어있다.
또, 다공질전극(54a),(54b)는 직교하는 형식으로 고체고분자 전해질막(55)의 양면에 열압접되고, 각각의 전기적접편(56a),(56b)가 고체고분자 전해질막(55)의 접함면에는 도시하지 않았으나, 백금족계금속 촉매층이 형성되어서, 전극면에서의 전해반응의 활성도를 높이고 있다.
여기서, 다공질전극(54a),(54b)는 예를들어 백금도금이 된 엑스펜드티탄 등으로 구성되어 있다. 또, 음극측의 다공질전극(54b)는 탄소섬유의 부직물을 사용해도 된다.
또, 고체고분자 전해질막(55)에는 예를들면 나피온(듀폰사 등록상표)막 등이 사용된다. 계속해 고체고분자 전해소자(51)간의 전기적 연결상태를 도 3을 참조하면서 설명한다.
고체고분자 전해소자(51)는 공기유로(53a),(53b)를 형성하는 스페이서(52)를 그 양단부에 끼워지지하면서 적층된다.
또, 스페이서(52)는 고체고분자 전해소자(51)의 양단에 단사이에서 서로 어긋나게 되도록 배치되나, 도 3에서는 설명을 간단화하기위해 한쪽의 스페이서(52)만을 기재하고 있다.
다공질전극(54a),(54b)에 부착되어있는 전기적 접편(56a),(56b)와 스페이서(52)의 도전성 금속판(52b)와는 적층과정에서 전기적으로 연결되나, 전단소자의 음극이 후단소자의 양극에 또는 그 반대로 전단소자의 양극이 후단소자의 음극에 접촉하도록 각 소자는 전기적으로 직렬로 연결되고, 또 전류의 흐름을 화살표 A로 표시하도록 하므로써, 고체고분자 전해소자(51)의 단사이에서 스페이서(52)를 통해서도 양극 또는 음극의 동일극끼리가 대향하도록 하고 있다.
이로써, 공기류로는 화살표 B로 표시하는 양극면만을 흐르는 공기류와, 화살표 C로 표시하는 음극면간을 흐르는 공기류가 서로 직교하고, 각각 같은 방향의 흐름을 형성하고 있다.
다음, 고체고분자 전해모듈(50)의 작용에 대해는 한다.
이 고체고분자 전해모듈(50)을 구성하는 고체고분자 전해소자(51)는, 도 2에 표시하는 바와 같이, 수소이온(프로톤)을 선택적으로 통과시키는 고정 고분자 전해질막(55)을 협지해서 전해반응을 촉진하는 촉매층을 통해서 다공질전극(54a),(54b)를 열압접해서 복합막상으로 구성되어있다.
고체고분자 전해소자(51)는 피제습측이 양극측, 가습측이 음극측이 되도록 직류전원(57)이 접속되어있다.
그래서, 직류전원(57)에서 양극측의 다공질전극(54a)와 음극측의 다공질전극(54b)사이에 전력이 공급되면, 양극측의 공기중의 수증기가 전기분해되어서 식(1)의 반응에 의해 물분자를 분해하고, 산소를 발생해서 습도가 저하한다.
양극측: 2H2O → O2+ 4H++ 4e-(1)
또, 양극측에서 고체고분자 전해질막(55)을 통해서 음극측으로 이동하는 수소이온에 동반해서, 1∼3분자의 복수의 물분자가 양극측에서 음극측으로 이동한다.
따라서, 양극측에서는 물분자가 소비되므로, 습도가 저하해서 건조공기가 얻어지게 된다.
또, 상기 전해 반응시에 양극측에서 생성한 수소이온(H+)은 고체고분자 전해질막(55)속을 통과해서 음극에 도달한다.
한편, 전자(e-)는 외부회로를 통해 음극에 도달한다.
그리고, 식(2)의 반응에 의해 음극측에서 산소를 소비해서 물을 생성한다.
음극측: O2+ 4H++ 4e-→ H2O (2)
이로써, 음극측을 흐르는 공기는 가습되어 습윤공기가 된다.
이상의 작용에 의해, 고체고분자 전해모듈(50)의 양극이 상대해서 구성되는 공기유로(53a)을 흐르는 화살표 B로 표시하는 공기류는 공기중에 포함되는 수증기가 전기분해되어 소비되므로 감습되어 건조공기가 된다.
이로써, 공기류로(53a)을 예를들어 도시하지는 않았으나 소정의 폐공간에 연결해두면 건조한 공간을 실현할 수가 있다.
한편, 음극이 상대해서 구성되는 공기유로(53b)를 흐르는 화살표 C로 표시한 공기류는 산소가 소비되어서 수증기가 생성되므로 가습되어 습윤공기류가 된다.
또, 화살표 B. C로 표시하는 공기류는 직교류로 구성해서 각각 다른 방향에서 각각의 공기류를 인출하도록 하고 또, 모듈내부에서의 유로에 굽은 곳을 없게해서 압력손실이 적은 유로를 형성하도록 하고 있다.
위식(1),(2)에서 표시하는 전해반응에 필요한 전력은 직류전원(57)에서 급전되나, 고체고분자 전해소자(51)는 모두 직렬로 연결되어 있으므로, 하나의 고체고분자 전해소자(51)에 통전하는 전류량을 고체고분자 전해모듈(50)에 통전함으로써 전체의 소자에 상기 전해반응을 실현시키고 있다.
또, 직류전원의 전원전압은 하나의 고체고분자 젼해소자(51)의 인가전압에 직렬에 연결하는 소자수를 곱한 것이 되나, 하나의 고체고분자 전해소자(51)의 인가전압은 2볼트 전후이므로 직렬연결소자수를 N라고 하면 2N볼트 전후의 전원전압치를 갖는 직류전원을 연결하는 것이 된다.
일반적으로, 직류전원의 사이즈는 그 전류용량이 지배적이기 때문에 고체고분자 전해소자(51)를 모두 직렬에 연결하고, 고체고분자 전해모듈(50)에의 통전전류량을 작게해서 직류전원의 소형화를 실현시키고 있다.
이와같이, 이 실시의 형태 1에 의하면 복수의 고체고분자 전해소자(51)를 도전성 금속판(52b)을 갖는 스페이서(52)를 통해 적층압압했을 때, 대향하는 다공성전극(54a),(54b)가 같은 극의 전극면이 되는 입체적인 전해반응면이 형성되는 동시에, 각각의 극측에서 공기유로(53),(53b)가 형성되고, 또 소자(51)끼리가 전기적으로 연결되도록 하고 있으므로, 모듈의 조립 및 전기적접속의 간소화가 도모되고, 공급전류치를 작게할 수 있고, 전력공급계통의 소형화가 도모되는 고체고분자 전해모듈이 얻어진다.
실시의 형태 2
이 실시의 형태 2에서는 도 4에 표시된 바와 같이, 평판상의 지지부재(58)를 고체고분자 전해소자(51)간에 스페이서(52)와 평행하게 등간격으로 여러개 개장해서 인접하는 고체고분자 전해소자(51)의 면간을 지지하도록 한 것이다.
또 다른 구성은, 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어있다.
여기서, 지지부재(58)는 상대하는 고체고분자 전해소자(51)간에서 전압이 작용하고 있으므로, 플라스틱등의 절연판으로 구성하고 있다.
상기 실시의 형태 1에 의한 고체고분자 전해모듈(50)에서는 고체고분자 전해소자(51)의 소자면의 단부만이 스페이서(52)로 지지되어 있으므로 양극측의 공기류 B와 음극측의 공기류 C사이에 동작압력차가 있는 경우에는, 소자(51)면에 면압이 작용해서 변형을 야기할 염려가 있다.
그러나, 이 실시의 형태 2에 의한 고체고분자 전해모듈(50A)에서는, 지지부재(58)가 입체격자상으로 배치되어 있으므로, 고체고분자 전해소자(51)의 소자면이 전면적으로 다선상에 지지되어 기계강도가 증대된다.
그래서, 양극측의 공기류 B와 음극측의 공기류 C사이에 동작압력차가 있는 경우에도 또는 부분적 열변형이나 기계적 진동에 대해서도 소자면의 변형이 억제되어 소자면의 변형에 기인되는 파손사고를 미연에 방지할 수가 있다.
또, 각 지지부재(58)는 공기의 흐름방향에 따라 설치되어 있으므로, 공기의 흐름을 저해하지 않고, 공기류의 고임을 발생하는 일도 없다.
여기서, 고체고분자 전해소자(51)의 전해반응면의 공기류의 머믈름에 의해 전해반응특성을 손상시키지 않도록 지지부재(58)의 개수는 필요회전한의 개수로 제한하고 있다.
또, 상기 실시의 형태 2에서는, 평판상의 지지부재(58)를 고체고분자 전해소자(51)간에 스페이서(52)와 평행하게 또 등간격으로 여러개 개장해서, 고체고분자 전해소자(51)의 소자면을 전면적으로 다선상으로 지지하는 것으로 하고 있으나, 소원판상의 지지부재를 고체고분자 전해소자(51)간에 균일하게 여러개 개장해서 고체고분자 전해소자(51)의 소자면을 전면적으로 다점상으로 지지하도록 해도 같은 효과가 얻어진다.
실시의 형태 3
상기 실시의 형태 1, 2에서는 도 1, 4에 표시하는 바와 같이 고체고분자 전해모듈 50, 50A를 구성할때는 고체고분자 전해소자(51)를 스페이서(52)를 통해서 일정간격으로 적층해서 공기유로(53a),(53b)를 형성하고 있다.
제2고체고분자 전해소자(51)의 양단에 스페이서(52)를 입체격자상으로 배치해서 정방형상의 전해반응면을 구성하고 있으므로, 전해반응면의 종횡의 길이가 같아지고 모듈의 박형화가 도모되지 않았었다.
이 실시의 형태 3에서는 박형형상의 모듈이 요구되는 경우에 대응가능한 고체고분자 전해모듈을 얻는 것이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 사시도, 도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈에 사용되는 고체고분자 전해소자를 표시하는 사시도, 도 7은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 고체고분자 전해모듈을 표시하는 분해사시도이다.
이 실시의 형태 3에 의한 고체고분자 전해소자(59)는 상술한 고체고분자 전해소자(51)와 같은 전기화학적 기능을 갖는 것이다.
즉, 도 6에 표시된 바와 같이, 한쌍의 다공질 전극(54a),(54b)가 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막 (55)을 끼고 열압점됨으로써, 고체고분자 전해질막(55)의 양면에 고정되어있다.
그리고, 한쌍의 다공질전극(54a), (54b)의 각각 한쪽의 측부가 고체고분자 전해질막(55)의 각각 반대의 측부에서 삐저나오고, 다른쪽은 고체고분자 전해질막(55)의 막면이 노출되도록 면상을 어긋나게해서 열압접되어있다.
이와같이 형성된 복합막을 경계로 화살표 D 방향으로 되돌려서 U자상의 고체고분자 전해소자(59)가 성형되어있다.
또, 고체고분자 전해질막(55)의 단면으로부터 삐저나온 다공질전극(54a), (54b)의 단면에는 전기적접편(56a), (56b)를 부착하는 일도 있다.
또, 스페이서(60)는 전기적접편(60b)가 각각 ㄷ자형으로 성형된 절연틀(60a)의 양측변의 단부에 맞추어 그 양단을 절연틀(60a)의 표리에 노출하도록해서 제작되어있다.
한편, 스페이서(63)는 전기적접편(63b)이 ㄷ자형으로 성형된 절연틀(63a)의 한측변의 단부에 맞추어 그 양단을 절연틀(63a)의 표면에 노출하도록 해서 제작되어있다.
이 실시의 형태 3에 의한 고체고분자 전해모듈(50B)는 U자상으로 성형된 여러개의 고체고분자 전해소자(59)를 도 7에 표시하는 바와 같이, 되돌림쪽을 길게해서 병설하고 각 고체고분자 전해소자(59)의 되돌려져서 대향하는 면간에 스페이서(60)를 개장하고, 다시 인접하는 고체고분자 전해소자(51)간에 스페이서(63)를 개장하고, 그후 적층방향의 양단에서 압압해서 일체로 구성되어있다.
그리고, 절연성의 통기로 구성부재(64)가 스페이서(60),(63)의 개구측 중앙에서 내향하는 고체고분자 전해소자(59)의 면간에 개장되어있다.
또, 스페이서(60)는 그 저변(60c)이 U자상의 고체고분자 전해소자(51)의 되돌림부에 맞추어 끼워지고, 스페이서(60),(63)은 그 개구측에 서로 다르게 배열되어있다.
그리고, 고체고분자 전해소자(59)의 되돌려저서 대향하는 면간의 스페이서(66)에 의해 공기유로(53a)가 구성되고 인접한 고체고분자 전해소자(59)가 대향하는 면간과 스페이서(63)에 의해 공기유로(53b)가 구성되어있다.
또, 고체고분자 전해소자(59)의 다공질전극(54a),(54b)에 형성되어있는 전기적접편(56a),(56b)는 소자의 적층과정에서, 스페이서(60),(63)의 전기적접편(60b), (63b)과 전기적으로 연결되나, 전단소자의 음극은 후다소자의 양극 또는 그역에 전단소자의 양극은 후단소자의 음극에 직렬로 연결되고 또 파상으로 형성된 양극측 전해반응면 및 음극측 전해반응면의 각각이 동일극측이 되도록 전기적으로 연결되어있다.
예를들어 도 5, 7에서 화살표 A의 방향으로 전류를 흐르게 함으로써 양극측전해반응면은 지면의 상측, 음극측 전해반응면은 지면의 하측에 면하도록 전기적으로 연결된다.
이와같이, 구성된 고체고분자 전해모듈(50B)에서는 도 5에 표시된 바와 같이, 스페이서(60),(63)의 개구 중앙부에 통기로 구성부재(64)를 부착하고, 화살표 A의 방향으로 전류를 흘림으로써 지면의 상방에 양극측의 공기유로(53a)가 형성된다.
여기서, 화살표 B에 따라 공기를 흘리면 상기 실시의 형태 1과 같이 공기중의 수증기는 식(1)에 표시한 전해반응에 의해 전기분해되어서 소비되므로 공기는 감습되어 건조공기가 된다.
한편, 지면의 하방에 음극측의 공기유로(53b)가 형성되므로 화살표 C에 따라 공기를 흘리면 식(2)에 표시하는 전해반응에 의해 공기중의 산소가 소비되어서 수증기가 생성되기 때문에 공기류는 가습되어 습윤공기가 된다.
또, 고체고분자 전해소자(59)는 모두 직렬로 연결되어있으므로 하나의 고체고분자 전해소자(59)에 통전하는 전류량을 고체고분자 전해모듈(50B)에 통전함으로써 전체의 소자에 전해반응을 실현시키고 있는 동시에 고체고분자 전해모듈(50B)에의 통전전류량을 작게해서 직류전원의 소형화를 실현시키고 있다.
이와같이 이 실시의 형태 3에 의하면 여러개의 고체고분자 전해소자(59)를 스페이서(60),(63)을 통해서 적층압압했을 때, 대향하는 다공성전극(54a),(54b)가 같은극의 전극면이 되는 입체적인 전해반응면이 형성되는 동시에 각각의 극측에서 공기유로(53a),(53b)가 형성되고, 또 소자(59)끼리가 전기적으로 직렬로 연결되도록 하고 있으므로, 상기 실시의 형태 1과 같이 모듈의 조립 및 전기적접속의 간소화가 도모되고, 공급전류치를 작게 할 수 있고 전력공급계통의 소형화가 도모되는 고체고분자 전해모듈이 얻어진다.
또, 고체고분자 전해모듈(50B)은 고체고분자 전해소자(59)를 구부려서, 스페이서(60),(63)를 통해서 적층하고 있기 때문에, 모듈의 두께는 고체고분자 전해소자(59)의 폭의 1/2의 두께가 되고 박형모듈의 요구에 대응할 수가 있다.
또, 상기 실시의 형태 3에서는, 고체고분자 전해소자(59)를 U자형으로 구부려서 스페이서(60)를 개재시킨 것을 스페이서(63)를 개재시켜서 직렬로 배열한 예에 대해 설명하였으나, 고체고분자 전해소자는 U자형으로 한정되지 않고, W자형 또는 복수파형상으로 구부려서 스페이서(60)를 개재시킨 것을 스페이서(63)를 개재시켜서 직렬로 배열하도록 해도 된다.
실시의 형태 4
도 8은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 표시하는 사시도, 도 9는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 고체고분자 전해장치를 표시하는 분해사시도이고 도 9에서는 설명을 간략화 하기위해 한쪽의 스페이서(52)만을 기재하고 있다.
도 8 및 도 9에서, 이 고체고분자 전해장치(100)는, 고체고분자 전해모듈(50)과 전기적 바이패스장치(101)로 구성되어있다.
이 전기적 바이패스장치(1)은, 고체고분자 전해모듈(50)을 구성하는 고체고분자 분해소자(51)와 동수의 바이패스회로(102)를 갖고 있다.
그리고, 바이패스회로(102)는, 고체고분자 전해소자(51)간에 개장된 스페이서(52)의 도전성 금속판(52)에 결선(103)을 통해서 접속되고, 각각 고체고분자 전해소자(51)에 대해 전기적으로 병렬로 설치되어있다.
여기서, 바이패스회로(102)는 도 10에 표시된 바와 같이 트랜지스터(104)와, 베이스전류에 대해 순방향으로 삽입된 다이오드(105)와 콜렉터전류를 조정하는 저항체(106a)와, 베이스전류를 조정하는 저항체(106b)와 이미터전류를 조정하는 저항체(106c)로 구성되어있다.
트랜지스터(104)의 콜렉터 이미터회로가 결선(103a),(103b)로 각 고체고분자 전해소자(51)의 다공질전극(54a),(54b)에 연결되도록 각 단간의 스페이서(52)의 도전성 금속판(52b)에 연결되어있다.
이 바이패스회로(102)는 도 11에 표시한 바와 같이 결선(103a),(103b)간의 전압치 V가 설정치 Vt미만에서는 콜렉터전류치 I가 0이고, 전압치 V가 설정치 Vt가 되었을 때, 콜렉터전류치 I가 급준하게 상승하는 전기특성을 갖고 있다.
그리고, 설정치 Vt가 후술하는 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp보다도 약간 작은 값이 되도록 회로부품 및 회로정수가 설정되어있다.
즉, 다이오드(105)의 개수 및 저항체(106b),(106c)의 저항치가 조정되어있다.
계속해, 이와같이 구성된 고체고분자 전해장치(100)의 효과를 설명하기 위해 전기적 바이패스장치(101)를 갖지않는 고체고분자 전해장치의 동작에 대해 설명한다.
전식(1), (2)에서 표시하는 전해반응에 필요한 전력은 직류전원(57)에서 급전된다. 그리고, 고체고분자 전해소자(51)는 모두 직렬로 연결되어있으므로, 하나의 고체고분자 전해소자(51)에 통전하는 전류량을 고체고분자 전해모듈(50)에 통전함으로써 전체의 고체고분자 전해소자(51)에 상기 전체반응을 실현시키고 있다.
이때, 모든 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성이 균일하면 문제가 없으나 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성이 불균일하면, 각 고체고분자 전해소자(51)가 갖는 전해기능을 충분히 사용해 버릴수가 없고, 또는 전극간 전압에 흐트러짐이 생기고, 이것이 확대되어 전해특성을 저하시키는 결과가 되어, 전극간 전압을 항상 일정하게 유지하는 대책이 필요하게 된다.
이 고체고분자 전해소자(51)의 대표적인 전기특성은 도 12에 표시된 바와 같이, 전극극전압 1V이하로 전류는 흐르지 않고, 1V를 초과한 시점에서 전류가 급격히 흐르기 시작해 2∼2.5V 사이에서 피크가 되고, 이를 초과하면 거꾸로 감속하게 된다.
그리고, 고체고분자 전해소자(51)간에서는 전압-전류곡선의 형상은 대략 같으나, 최대 피크치에 흐트러짐이 있다.
도 12에서는 고체고분자 전해모듈(50)을 구성하는 고체고분자 전해소자(51)의 전압-전류곡선에 3개의 곡선 K, L, M로 표시되는 흐트러짐이 있는 경우를 표시하고 있다.
여기서, 가장 피크치가 작은 곡선 K의 전기특성을 갖는 고체고분자 전해소자(51)에 피크전압치 VKp가 인가되면 고체고분자 전해모듈(50)을 구성하는 전고체고분자소자(51)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 IKp가 전고체고분자 전해소자(51)에 흐른다.
이때, 곡선 L, M의 전기특성을 갖는 고체고분자 전해소자(51)의 전극간전압은 각각 피크전압치보다 작은 V11, Vm1이 되고, 또 각각 피크전류치 I1p, Imp보다 작은 전류치로 동작하게 되어, 특성을 충분히 인출할 수 있는 상태에서 운전하게 된다.
즉, 고체고분자 전해모둘(50)의 운전상태는 가장 피크치가 작은 곡선 K의 전기특성을 갖는 고체고분자 전해소자(51)에 의해 제한되어 버린다.
또, 곡선 K의 전기특성을 갖는 고체고분자 전해소자(51)에 피크전압치 Vkp보다도 큰전압 Vk를 인가하면 전류치는 도 12중 화살표에 따라 IK까지 저하한다.
이 상태에서는 곡선 L, M의 전기특성을 갖는 고체고분자 전해소자(51)의 전극간 전압은 더욱 저하되고 V12, Vm2가 되고, 고체고분자소자(51)간의 전극간 전압차가 확대해 버린다.
이와같이 통전류치가 내려가면 전해특성을 더욱 저하시키는 불안정한 상태가 된다.
이 고체고분자 전해장치(100)에서는 바이패스회로(102)가 고체고분자 전해소자(51)의 전극간에 전기적으로 병렬로 접속되어있다.
그리고, 각 바이패스회로(102)는 급준한 전류의 상승을 나타내는 전압치 Vt가 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp보다 약간 작은 값이 되도록 회로부품 및 회로정수를 설정해두었다.
그래서, 고체고분자 전해모듈(50)의 구동중에 고체고분자 전해소자(51)의 전극간 전압이 상승해서 전압치 Vt를 초과하면 전류가 바이패스회로(102)에 흐르기 시작해 전해소자의 전극간 전압은 피크전압치 Vkp이하로 제어된다.
또, 전극간 전압이 상승해서 전압치 Vt를 초과한 고체고분자 전해소자(51)에서는 전류가 그 전체소자 및 바이패스회로(102)를 통해서 차단의 고체고분자 전해소자(51)에 흐른다.
이로써, 전고체고분자 전해소자(51)에 균등한 전압배분이 되고, 각 고체고분자 전해소자(51)에는 각각의 피크전류치에 가까운 전류가 급전된다.
이와같이, 이 실시의 형태 4에 의하면, 바이패스회로(102)를 각 고체고분자 전해소자(51)에 전기적으로 병렬로 접속해 있으므로, 각 고체고분자 전해소자(51)의 전극간 전압이 피크전압치 Vkp 이하로 제어된다.
이 결과, 전극간 전압이 피크전압치 Vkp를 초과해서 불안정한 영역으로 들어가는 것이 미연에 방지되고, 고체고분자 전해모듈(50)을 안정된 상태에서 구동할 수가 있다.
또, 전고체고분자 전해소자(51)에 균등한 전압배분이 되고, 각 고체고분자 전해소자(51)에는 각각의 피크전류치에 가까운 전류가 급전되므로, 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성에 흐트러짐이 있어도, 각 고체고분자 전해소자(51)의 전해특성을 최대로 인출하도록 고체고분자 전해모듈(50)을 구동할 수 있다.
또, 바이패스회로(102)가 트랜지스터(104), 다이오드(105) 및 저항체(106a), (106b),(106c)의 값싼 부품으로 구성되어 있으므로 장치의 저가격화가 도모된다.
여기서, 바이패스회로(102)의 전압치 Vt의 설정에 대해 진술한다.
각 바이패스회로(102)의 전압치 Vt는 그 바이패스회로(102)가 병렬로 접속되는 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp에 일치하는 것이 최량이 된다.
그러나, 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성에 흐트러짐이 있는 것에서, 각 바이패스회로(102)의 전압치 Vt를 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp에 일치시키는 것은 대단히 곤란해진다.
그래서, 현실적으로는 각 바이패스회로(102)의 전압치 Vt를 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp를 포함하는 소정범위내에 들도록 관리하게 된다.
이 고체고분자 전해소자(51)의 대표적인 전기특성에서는 피크전압치 Vkp가 2-2.5V사이에 존재하므로 각 바이패스회로(102)의 전압치 Vt가 2∼3간에 들도록 관리하는 것이 바람직하다.
이 경우, 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성에 흐트러짐이 있어도 바이패스회로(102)의 전압치 Vt는 고체고분자 전해소자(51)의 피크전압치 Vkp와 유사한 값이 되고, 각 고체고분자 전해소자(51)의 전해특성을 충분히 인출하도록 고체고분자 전해모듈(50)을 구동할 수 있다.
그래서, 고체고분자 전해소자(51)의 전기특성에 맞추어 바이패스회로를 제작할 필요가 없고, 생산성이 향상되고 장치의 저가격화가 도모된다.
실시의 형태 5
상기 실시의 형태 4에서는 바이패스회로(102)를 각 고체고분자 전해소자(51)에 전기적으로 병렬로 접속하는 것으로 되어있으나, 이 실시의 형태 5에서는 도 13에 표시된 바와 같이 바이패스회로(102)는 2개의 고체고분자 전해소자(51)에만 전기적으로 병렬로 접속하는 것으로 하고 있다.
이 종류의 고체고부자 전해모듈(50)에서는 모듈구조상, 공기유로(53a),(53b)를 흐르는 공기의 유량이 적어지거나 공기유로(53a),(53b)내의 공기의 흐름에 정체가 생기는 경우가 있다.
이같은 고체고분자 전해모듈(50)을 구동하면, 유량이 적은 또는 정체를 발생하고 있는 공기유로(53a),(53b)에 임하는 고체고분자 전해소자(51)의 전극간 전압이 과도하게 상승해 버린다.
이 실시의 형태 5에서는 예를들면 공기의 흐름에 정체가 있는 공기유로(53b)에 임하는 고체고분자 전해소자(51)에 바이패스회로(102)를 병렬로 접속하고 있다.
그래서, 2개의 고체고분자 전해소자(51)의 전극간 전압이 전압치 Vt를 초과하면, 전류가 바이패스회로(102)에 흐르기 시작해, 전극간 전압의 과도의 상승을 억제할 수가 있다.
또, 상기 실시의 형태 4, 5에서는 바이패스회로(102)를 트랜지스터(104), 다이오드(105) 및 저항체(106a),(106b),(106c)로 구성하는 것으로 되어 있으나, 바이패스회로는 이 회로에 한정되는 것은 아니고 전류가 전압치 Vt에서 급준하게 상승하는 전기특성의 실현할 수 있는 회로이면 된다.
또, 상기 실시의 형태 4, 5에서는 상기 실시의 형태 1에 의한 고체고분자 전해모듈(50)을 사용하는 것으로 되어있으나 상기 실시의 형태 2, 3에 의한 고체고분자 전해모듈(50A), (50B)를 사용해도 같은 효과가 얻어진다.
본 발명에 의하면, 다공성 전극을 각각 수소이온도전성의 고체고분자 전해질막의 양면에 열압접해서 형성된 복수의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통기로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변으로 하는 스페이서를 개강시켜서 적층되고, 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자는, 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 한쪽에 인접하는 고체고분자 저해소자의 한쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되고 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 다른 다공성전극에 전기적으로 접속되어 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극과 타단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극사이에 직류전압이 공급되었을 때에, 양극면에 따라 흐르는 공기류와 음극면에 따라 흐르는 공기류가 분리 독립해서 형성되도록 구성되어 있으므로, 복수의 고체고분자 전해소자를 스페이서를 통해서 적층함으로써, 공기의 통기로와 함께 입체적인 전해반응면이 형성되고, 또 고체고분자 전해소자끼리가 전기적으로 직렬로 연결되므로 조립 및 전기적 연결작업이 간소화되고, 또 통전전류치를 작게할 수 있으므로 전력공급계통을 소형화할 수 있는 고체고분자 전해모듈이 얻어진다.
또, 상기 복수의 고체고분자 전해소자는, 각각 구형형상으로 성형되어 전단소자의 음극이 되는 다공성전극과 후단소자의 양극이 되는 다공성전극이 또는 전단소자의 양극이 되는 다공성전극과, 후단소자의 음극이 되는 다공성 전극이 상기 스페이서의 도전접변에 의해 접속되어 전기적으로 직렬로 연결되고, 또 양극 또는 음극의 같은 극면끼리가 대향하도록 적층되고, 상기 스페이서는 양극면에서 형성되는 통기로를 흐르는 공기류와 음극면에서 형성되는 통기로를 흐르는 공기류가 직교류를 구성하도록 배치되어 있으므로, 고체고분자 전해소자의 제작이 간단한 동시에 통기로가 압력손실이 적은 직선유로로 형성할 수 있으므로 최대 전압치가 작은 송풍기의 사용이 가능해진다.
또, 지지부재가 상기 각 통기로내의 인접하는 고체고분자 전해소자간에 개장되어 인접하는 고체고분자 전해소자의 면간을 기계적으로 지지하도록 하였으므로, 동작압력차에 의한 응력변형, 또는 열변형이나 기계적 진동등에 대해 견고한 고체고분자 전해모듈을 실현시킬 수 있다.
또, 상기 복수의 고체고분자 전해소자는 각각 되돌려서 U자상, W자상 또는 복수파형상으로 성형되어 상기 스페이서가 각 고체고분자 전해소자의 되돌려저 대향하는 면간 및 인접하는 고체고분자 전해소자간에 각각 개장되고, 전단소자의 음극이 되는 다공성전극과 후단소자의 양극이 되는 다공성전극이 또는 전단소자의 양극이 되는 다공성전극과 후단소자의 음극이 되는 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변에 의해 접속되어서 전기적으로 직렬로 연결되고 또 양극면에서 형성되는 통기로와 음극면에서 형성되는 통기로가 반대를 향하고, 또 교호로 형성되도록 적층되어 있으므로 모듈의 두께는 고체고분자 전해소자의 폭이 1/2이하의 두께로 구성되고 박형형상의 고체고분자 전해모듈이 가능해진다.
또, 본 발명에 관한 고체고분자 전해질막의 양면에 열압접해서 형성된 복수의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통기로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변으로 하는 스페이서를 개장시켜서 적층되고, 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자는, 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 한쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되고, 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되어서 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극과 다단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극사이에 직류전압이 공급되었을 때에, 양극면에 따라 흐르는 공기류와 음극면에 따라 흐르는 공기류가 분리독립해서 형성되도록 구성되어있는 고체고분자 전해모듈과, 상기 고체고분자 전해소자의 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간에 전기적으로 병렬로 접속되고, 상기 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간의 전압이 설정전압치를 초과하면 전류가 급준하게 흐르도록 회로구성된 바이패스회로를 구비하였으므로, 고체고분자 전해소자의 전해특성을 충분히 인출할 수 있도록 고체고분자 전해모듈을 구동할 수 있고, 또 안정하게 동작시킬 수 있는 고체고분자 전해장치가 얻어진다.
또, 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 같은수의 상기 바이패스회로를 구비하고, 바이패스회로가 각각의 상기 고체고분자 전해소자의 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간에 전기적으로 병렬로 접속되어 있으므로, 각 고체고분자 전해소자의 전해특성을 충분히 인출할 수 있도록 고체고분자 전해모듈을 구동할 수 있다.
또, 상기 바이패스회로의 설정전압치가 2볼트와 3볼트 사이의 전압치이므로, 고체고분자 전해소자의 전기특성에 흐트러짐이 있어도 설정전압치가 고체고분자 전해소자의 피크치에 유사한 값이 되고, 바이패스회로를 값싸게 간이하게 제작할 수가 있다.
또, 상기 바이패스회로와 트랜지스터와, 이 트랜지스터의 베이스전류에 대해 순방향으로 삽입된 다이오드와 이 트랜지스터의 콜렉터전류를 조정하는 저항체와 이 트랜지스터의 베이스전류를 조정하는 저항체와, 이 트랜지스터의 이미터전류를 조정하는 저항체로 구성되어 있으므로 장치의 저가격화가 도모된다.

Claims (2)

  1. 다공성전극을 각각 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막의 양면에 열압접해서 형성된 복수의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통기로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변으로 하는 스페이서를 개장시켜서 적층되고,
    적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자는 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 하쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되고, 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되어 전기적으로 직렬로 연결되고,
    상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극과 타단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극사이에 직류전압이 공급되었을 때에, 양극면에 따라 흐르는 공기류와 음극면에 따라 흐르는 공기류가 분리독립해서 형성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체고분자 전해모듈.
  2. 다공성전극을 각각 수소이온 도전성의 고체고분자 전해질막의 양면에 열압접해서 형성된 복수의 고체고분자 전해소자가 인접하는 고체고분자 전해소자간에 공기의 통기로를 형성하도록 적어도 일부를 도전접변으로 하는 스페이서를 개장시켜 적층되고,
    적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자는, 각 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 한쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되고, 또 각 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극이 상기 스페이서의 도전접변을 통해서 다른쪽에 인접하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성전극에 전기적으로 접속되어서 전기적으로 직렬로 연결되고,
    상기 인접하는 고체고분자 전해소자간에 형성된 공기의 통기로는 적층된 상기 복수의 고체고분자 전해소자의 일단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 한쪽의 다공성전극과 타단에 위치하는 고체고분자 전해소자의 다른쪽의 다공성 전극사이에 직류전압이 공급되었을 때에, 양극면에 따라 흐르는 공기류와 음극면에 따라 흐르는 공기류가 분리독립해서 형성되도록 구성되어 있는 고체고분자 전해모듈과,
    상기 고체고분자 전해소자의 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간에 전기적으로 병렬로 접속되어 상기 한쪽 및 다른쪽의 다공질 전극간의 전압이 설정전압치를 초과하면 전류가 급준하게 흐르도록 회로구성된 바이패스회로를 구비한 것을 특징으로 하는 고체고분자 전해장치.
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