KR20010040074A

KR20010040074A - 연료 전지

Info

Publication number: KR20010040074A
Application number: KR1020000060239A
Authority: KR
Inventors: 헤르만 퓌테르; 안드레아스 피셰르
Original assignee: 스타르크, 카르크; 바스프 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2001-05-15
Also published as: CA2323343A1; US6727015B1; EP1093176A2; EP1093176A3; DE19949347A1; CN1297259A; JP2001143724A

Abstract

본 발명은

a) 한개 이상의 반응 기체용 기체 도관이 각각 제공된 두개의 전극 및

b) 액체 전해질

을 적어도 포함하며, 전극의 각 기체 도관이 한개 이상의 도입구를 갖고 전극 배열에 의해 규정된 부하 하에서의 이온의 이동 방향에 수직으로 흐르는 연료 전지에 관한 것이다.

본 발명의 연료 전지에 따르면, 전극의 각 기체 도관이 이온의 이동 방향에 수직 방향으로 흐름으로써 두 전극 사이의 경계 부위에서 선행 기술의 반응 기체 분리막 없이도 반응 기체의 혼합을 방지할 수 있기 때문에 전지의 경제성 및 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 분리막에서 발생하는 전압 손실을 크게 감소시켜 에너지 효율을 증가시킨다.

Description

연료 전지 {Fuel Cell}

본 발명은 연료 전지, 특히 전해질이 충전된 전극을 갖는 비분할 연료 전지에 관한 것이다.

연료 전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 에너지 전환기이다. 연료 전지의 원리는 전기 분해 원리의 반대이다.

현재 여러 가지 형태의 연료 전지가 공지되어 있으며, 이들은 특히 작동 온에 있어 서로 차이가 있다. 그러나, 전지의 구조는 기본적으로 모든 형태에서 동일하다. 전지는 반응이 일어나는 두개의 전극, 즉 애노드 (anode) 및 캐소드 (cathode)와 두 전극 사이의 전해질을 포함한다. 전해질은 이온을 접촉시키고 전기 접촉을 방지하며 전극에 공급된 기체를 분리시키는 세가지 기능을 한다. 전극에는 일반적으로 산화 환원 반응에서 반응되는 기체가 공급된다. 예를 들어, 애노드에는 수소가 공급되고 캐소드에는 산소가 공급된다. 이를 달성하기 위해서, 전극에 전기 전도성 기체 분배 장치가 구비된다. 상기 장치는 일반적으로 미세한 채널 시스템으로 구성된 격자형 표면 구조를 갖는 플레이트이다. 한 가지 예외는 연료가 기체가 아니라 메탄올 수용액인 직류 메탄올 연료 전지이다. 모든 연료 전지에서 전체 반응은 애노드 반응 단계 및 캐소드 반응 단계로 분리될 수 있다. 작동 온도, 사용되는 전해질 및 가능한 연료 기체에 따라 여러가지 전지 형태 사이에 차이가 있다.

저온 연료 전지와 고온 시스템 사이에는 근본적인 차이가 있다. 저온 연료 전지는 일반적으로 매우 높은 전기 효율을 갖는다. 그러나, 저온 연료 전지에 의해 발산되는 열은 저온 수준이기 때문에 이용에 어려움이 따른다. 따라서, 상기 연료 전지는 좁은 범위의 가열에만 사용될 수 있고 하류 에너지 전환 과정에는 이용될 수 없다. 따라서, 저온 연료 전지는 이동 용도 및 분산된 저전력 용도에 적합하다. 반면에, 전력 생성 단계는 생성된 열로부터 전기 에너지를 생성시키거나 생성된 열을 제조 과정 열로 이용하기 위해서 고온 시스템의 하류에 설치될 수 있다.

연료 전지의 현재 기술 상태는 다음의 산업적 관련 형태를 포함한다.

AFC (알칼리 연료 전지)

PEFC (중합체 전해질 연료 전지)

PAFC (인산 연료 전지)

MCFC (용융 탄산염 연료 전지)

SOFC (고체 산화물 연료 전지)

특히 중합체 전해질 연료 전지 및 인산 연료 전지는 현재 고정 용도 및 이동 용도 모두에 있어서 큰 관심의 대상이 되고 있으며, 광범위한 산업화가 임박해 있다. 반면, 다른 형태는 지금까지 소수의 시험 플랜트 또는 특정 용도, 즉 우주 비행 분야 또는 군사용으로만 이용되고 있다.

현재의 기술 상태에 따르면, 모든 연료 전지는 3차원 전극으로 알려진 기체 침투성의 다공성 전극을 갖는다. 상기 전극은 집합적 용어로서 기체 확산 전극(GDE)을 의미한다. 상기 전극을 통해 각각의 반응 기체는 전극 가까이로 전달된다(도 1 참고). 모든 연료 전지에 존재하는 전해질은 연료 전지 내에서 이온 전하를 운반한다. 전해질은 두 전극 사이에서 기밀 장벽을 형성하는 추가의 기능을 갖는다. 또한, 전해질은 전기 분해 반응이 일어날 수 있는 안정한 3상층의 형성을 보장하고 지원한다.

알칼리 연료 전지에서 전해질은 액체일 수 있다. 한편, 인산 연료 전지 및 용융 탄산염 연료 전지에서 무기 불활성 지지체는 전해질과 함께 이온 전도성의 기밀 매트릭스를 형성한다. 고체 산화물 연료 전지에서, 일반적으로 고온 산소 이온 전도체가 전해질로 작용하고 동시에 막으로서 작용한다. 중합체 전해질 연료 전지는 유기 이온 교환막을 이용하고, 산업적으로 이용되는 경우에 전해질로서 과플루오르화된 양이온 교환막을 이용한다.

전극의 구조 및 전해질의 형태는 3상 경계층을 결정한다. 반대로, 상기 전지 각 형태의 경계면의 구조는 기체 확산 전극 및 전해질을 특별히 필요로 한다. 이것은 전류 밀도, 온도 조건, 및 지지 물질, 촉매 및 보조제의 이용도 측면에서 제한을 갖는다. 각각의 기체 공간의 밀봉은 애노드 및 캐소드에서 구조의 복잡화 및 이에 따른 고비용 및 기술적인 어려움을 야기한다.

현재 모든 연료 전지에서 반응 기체는 기체 분배 시스템에 의해 전극의 후면, 즉 각각의 경우에 반대 전극으로부터 멀리 마주하는 면으로부터 전기화학적 활성 부위로 공급된다. 부하 하에서 기체 운반 및 이온 이동은 이온이 전극 사이를 이동하고 기체가 반대편 전극으로 이동하면서 전극 배열에 수직으로 일어난다. 따라서, 전체적으로 볼때 기체 운반 및 이온 운반은 평행하게 진행된다(도 1 참고). 이에 따라 두 전극 사이의 경계 부위의 양호한 기체 이동은 특별히 제공된 분리 매질에 의해 또는 일부 AFC의 경우와 같이 전극 상의 전해질의 한정된 흐름에 의해 방해되지 않을 경우 상기 경계에서 반응 기체의 혼합을 일으킨다. 안전성의 이유에서 반응 기체의 혼합은 방지되어야 한다. 또한, 다른 전극 위로 이동하는 기체는 각 전극에서 혼합된 전위를 형성시킨다. 이것은 큰 전력의 감소를 가져온다. 그러나, 적합한 이동 및 분리 수단 제공의 어려움으로 인해 비용 효능 및 현재 연료 전지의 효율이 크게 제한된다. 또한, 현재 연료 전지의 작동 원리는 전지의 수분 균형 및 열 조절을 더 어렵게 만든다. PEFC의 경우, 예를 들어 형성된 수분이 전지로부터 제거되어 기체 확산 전극이 "침수"되지 않아야 하는 반면에, 시스템은 충분히 수분을 유지하여 막의 전도성이 유지되어야 한다. 또한, 거의 열 스트레스를 견디지 못하는 물질, 특히 이온 교환막으로 인해, 열 제거가 전지의 장기간 효율의 중요한 기준이 되고 있다.

본 발명의 목적은 상기에 기술된 현재의 연료 전지의 작동 원리의 고유 단점을 해결한 연료 전지를 제공하는 것이다.

1은 선행 기술에 따른 연료 전지의 구조를 도시하는 개략도.

도 2a는 본 발명에 따른 연료 전지의 한 실시 태양의 구조를 도시하는 정면도.

도 2b는 본 발명에 따른 연료 전지의 한 실시 태양의 구조를 도시하는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 다른 연료 전지의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 연료 전지의 한 실시 태양의 스페이서의 여러가지 가능한 배열을 도시하는 개략도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 연료 전지

2 전극

2' 전극 세그먼트

3 전도성 기판

4 전기 촉매층

5 갭

6 막

7 반응 기체 공급기

9 스페이서

8 기체 도관

10 간격 결정 프레임

11 창

12 기체 장벽

13 간격 소자

상기 목적은

a) 반응 기체용 기체 도관이 1개 이상 각각 제공된 두개의 전극 및

b) 액체 전해질

을 적어도 포함하는 연료 전지에 의해 달성될 수 있다. 상기에서 전극의 각 기체 도관은 1개 이상의 도입구를 갖고 전극 배열에 의해 규정되는 부하 하의 이온의 이동 방향에 수직으로 흐른다.

본 발명의 목적에서, "수직"은 90。 ± 45。, 바람직하게는 90。 ± 20。, 특히 바람직하게는 90。 ± 10。 범위 내의 기체 도관과 이온 이동 방향 사이의 각도를 의미한다.

본 발명에 따라 반응 기체가 이온에 수직으로 운반되면, 두 전극 사이의 경계 부위의 반응 기체의 혼합은 제공되어야 했던 적당한 분리 매질 또는 AFC의 경우 전극 상의 전해질의 적당한 흐름이 없이도 방지될 수 있다. 이것은 기존에 공지된 연료 전지에 비해 본 발명의 연료 전지의 경제성 및 효율성을 상당히 향상시킨다. 따라서, 반응 기체를 분리시키는 막이 더이상 필요 하지 않게 된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서, 두 전극은 전해질 충전 전극 또는 전해질로 충전될 수 있는 전극이다. 따라서, 각각의 전기 화학적 활성 부위는 두 전극의 각각의 표면 또는 두 전극 사이의 대응 부위에 한정되지 않고, 각 전극 내의 기체 도관의 배열에 따라 상당히 더 큰 공간을 차지할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 연료 전지는 공간 면에서 매우 제한된 전기 화학적 활성 부위를 갖는 기존의 전지에 비해 훨씬 더 경제적이다. 또한, 전기 화학적 활성층으로 기체를 운반하는 기체 확산 전극, 즉 다공성의 기체 투과체를 더 이상 사용할 필요가 없다. 여기서 사용되는 기체 확산 전극은 친수성, 소수성, 다공성, 촉매 로딩 또는 전도성을 갖는 복합 다중 성분 시스템이다. 상기 전극은 매우 고가이며 때로는 화학적으로 불안정하기도 하다. 현재 막의 제거가 가능하게 됨으로써 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배열은 기체 확산 전극과 필수적인 막 또는 기타 분리 매질 모두에서 지금까지 발생한 전압 손실을 크게 감소시킨다. 결과적으로, 본 발명의 연료 전지의 에너지 효율 및 이에 따른 전체 효율은 선행 기술에 비해 증가된다.

본 발명의 바람직한 실시 태양에서 연료 전지는 비분할 전지이며, 이에 따라 본 발명의 원리를 이용할 때 전극 공간의 분리는 더이상 필요하지 않으며 반응 기체는 비조절 방식으로 서로 섞일 위험이 없다. 따라서, 안전 상의 이유에서 분할 전지는 더이상 필요하지 않게 된다.

본 발명의 다른 실시 태양에서, 연료 전지는 각 경우에 1종 이상의 반응 기체를 두 전극의 기체 도관 또는 도관들에 도입하기 위한 분배 시스템을 갖는다. 원칙적으로 공지된 구조체를 이용하는 것이 바람직하다. 특히 마이크로믹서[V. Hessel, W. Ehrfeld, K. Golbig, V. Haverkamp, H. Lowe, T. Richter, Proceedings of the 2nd International Conference on Microreaction Technology, New Orleans, 1998]를 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 분배 시스템은 기포의 균일하고 미세한 스트림이 전극에서 발생하도록 고안되었다. 이것은 시스템의 전류 밀도를 증가시킨다. 반응 기체로서 산소 및 수소를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 메탄올 또는 메탄의 이용도 가능하다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 반응 기체는 1종 이상의 적합한 불활성 기체로 희석된다. 본원에서 질소를 이용하는 것이 바람직하다. 불활성 기체로서 CO₂를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 1종 이상의 불활성 기체로 바람직하게 희석된 반응 기체는 본 발명의 분배 시스템을 통해 기저부로부터 연료 전지 챔버로 공급되어 이온에 대해 수직으로 전달되도록 각 전극 내의 해당 기체도관에 공급되는 것이 바람직하다. 이것은 예를 들어 두 전극 사이의 갭, 즉 애노드와 캐소드 사이의 갭에 평행하게 반응 기체가 흐른다는 것을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시 태양에서, 2개 이상의 전극은 1종 이상의 전해질로 충전될 수 있다.

본 발명에서, 사용되는 전해질은 이온을 전달하는 액체이다. 알칼리 금속 수산화물 수용액 또는 무기산 수용액, 예를 들어 황산, 인산 또는 할로겐화수소산이 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서는 유기 전해질이 사용된다. 테트라알킬암모늄 히드록시드 또는 테트라알킬암모늄염, 술폰산 또는 포스폰산이 바람직하다. 그러나, 적합한 다른 모든 전해질도 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양에서 물이 용매로 사용된다. 다른 바람직한 실시 태양에서는 수혼화성 용매, 예를 들어 카르복실산, 알콜, 카르복스아미드 및(또는) 치환된 우레아가 사용된다. 다른 바람직한 실시 태양에서 액체 및(또는) 용융된 염, 예를 들어 테트라알킬암모늄염, 1,3-디알킬이미다졸륨염 및(또는) 테트라클로로알루미네이트, 예를 들어 NaAlCl₄가 사용된다.

본 발명의 목적을 위해 전극의 각 기체 도관은 서로 평행 또는 반대 방향으로 평행, 즉 역류로 흐를 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 두 전극이 수직으로 배열되지 않고 임의의 경사 각도를 갖거나 수평으로도 배열될 수 있다. 연료 전지는 필요에 따라 적합한 방법으로 배열될 수 있으며 매우 밀착되어 공간을 절약하도록 만들어 질 수 있다.

두개 이상의 전극 사이의 갭은 평면 배열을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 갭은 평면 이외의 배열을 가질 수 있다. 즉, 두개 이상의 전극이 서로 환상의 갭을 형성하도록 배열된다.

전극은 또한 각 기체 도관의 도입구 및 바람직하게는 한개 이상의 대응하는 배출구를 갖는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 각 기체 도관의 도입구로부터 대응하는 기체 도관의 배출구까지의 전극의 폭은 다르다. 다량의 기체가 도입구를 통과하는 반면, 소비된 결과로 인해 소량의 기체가 배출구를 통과하게 되기 때문에, 도입구는 대응하는 배출구보다 넓은 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면, 전극/갭 집합체는 피라미드형 원뿔대 또는 원추체를 형성하거나, 예를 들어 사다리꼴의 단면을 갖는다. 그러나, 다른 기하학적 배열도 가능하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 두개 이상의 전극 중 적어도 한 전극은 다수의 개별 성분을 포함한다. 본 발명의 한 실시 태양에서 전극은 연결되어 층상 구조를 형성하는 다수의 평행 플레이트를 포함한다. 생성되는 사이 공간에 서 기체는 한 단면에서 대향 단면으로 외부 모서리에 평행하게 운반된다. 분배 시스템은 기포를 공급하고 잔여 기체를 다시 회수한다. 순환되는 전해질 시스템 내에서 기포는 전극에 잔류한다.

상기 전극은 DE 41 20 679에 공지되어 있다. 이들 전극은 모세관 갭 전극으로 언급된다. 그러나, 본 발명에 비해 상기 모세관 갭 전극을 이용할 때 앞에서 언급된 단점이 발생하게 되는데, 기체가 전극의 반대 쪽으로부터 시스템으로 공급되어 이온 및 기체 운반이 평행한 방향으로 일어난다. 또한, DE 41 19 836은 "표면 부위" 내에서의 기체 운반이 각 전극의 내부에서보다 더 용이하다는 것을 명백히 언급하고 있다. 이러한 이유에서, 분할 연료 전극이 반드시 필요하게 된다. 본 발명의 바람직한 실시 태양은 두 전극층 사이에 전해질 공간이 형성되어 가스 운반이 이온 운반의 수직 방향으로 일어난다는 점에서 상기 전지와 구별된다.

본 발명의 바람직한 실시 태양에서 전극의 표면은 기체 도관 또는 도관들과 동일한 방향으로 흐르는 채널을 형성하도록 구성된다. 채널의 형태는 반원형, 직사각형, 삼각형 또는 임의 다른 형태가 될 수 있다. 채널은 밀링, 에칭 및(또는) 다른 기술에 의해 고체 전극 물질 내에 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 채널은 금속 시트 또는 메쉬의 적당한 주름 형성에 의해 생성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 채널은 주형에 의해 알맞게 피복된 기판 상에 바람직한 금속 및(또는) 합금이 침착되는 전기 도금 기술에 의해 생성된다. 또한, 홈이 난 관, 철사 또는 천공된 다공성 금속체 또는 상기 구조의 적합한 조합 배열과 같은 구조도 가능하다.

본 발명의 연료 전지의 특별한 이점은 전기 촉매적으로 활성인 전극 표면의 관점에서 새로운 자유도를 제공하는 것이다. 각 전극 요소, 즉 각 층은 전체 전극을 형성하도록 조립되기 전에 임의의 방법으로 처리될 수 있기 때문에 적당한 방법으로 촉매에 의해 활성화될 수 있다. 이것은 전기 촉매 활성 물질, 예를 들어 백금, 팔라듐, 은, 루테늄 또는 이리듐 또는 이들의 조합과 같은 고가의 금속으로 코팅됨으로써 달성된다. 특히 금속의 전해 코팅 또는 금속 무전해 침착에 의해 수행될 수 있다. 특히 편리한 방법은 예를 들어 DE 199 15 681.6에 기술되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 태양에서 연료 전지는 전극과 기능적으로 상호작용하는 방법으로 배열되는 한개 이상의 스페이서를 추가로 갖는다. 연료 전지 내에서, 전극은 스페이서와 조합되어 다수의 개별 요소로 구성된 전극이 사용된다. 전극은 층상 구조를 형성하도록 연결되어 평행하게 배열된 플레이트를 포함하는 것 이 특히 바람직하다. 각각의 전기적 전도성 층은 스페이서에 의해 분리되어 전극 내 기체의 통과를 보장한다. 본 발명에 따르면, 상기 스페이서는 적어도 a) 간격 결정 프레임 b) 창 및 c) 기체 장벽의 구성 요소를 갖는다.

간격 결정 프레임은 각 층의 간격을 규정하고 확보한다. 창은 전극층 사이에서 기체 및 전해질 흐름이 방해받지 않도록 한다. 기체 장벽은 애노드와 캐소드의 창 사이의 망으로 구성되고 기포가 각각의 반대 전극 부위로 통과하는 것을 방지한다. 망은 여러 방법으로 배열될 수 있다. 예를 들어 주름지거나 접힌 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시 태양에서 망에는 추가의 간격 소자가 제공되며, 이 소자는 전체 전극/스페이서 단위의 기능적인 구조를 더욱 안정화시킨다.

본 발명에 따른 연료 전지의 하기의 실시 태양을 도면을 참고로 하여 기술하여 본 발명의 또 다른 이점 및 가능한 용도를 설명한다.

도 1은 현재 기술에 따른 연료 전지 (1)을 개략적으로 도시하고 있다. 일반적으로 상기 연료 전지는 서로 반대편에 위치하며 기체 확산 전극 (GDE)로 공지된, 두개의 기체 투과성의 다공성 전극 (2)를 포함한다. 상기 전극은 다공성의, 전기 전도성 기판 (3) 및 전기 촉매층 (4)를 포함한다. 막 (6)은 전극 (2) 사이에 제공된 갭 (5) 내에 위치한다. 동시에 상기 막 (6)은 전해질을 포함한다. 전해질은 연료 전지에서 이온 전하 운반을 확실하게 한다. 전해질은 두개의 전극 (2) 사이에 기밀 장벽을 형성하여 전기 분해가 일어날 수 있는 전기화학적 활성 부위를 보장한다. 전해질은 액체일 수 있다. 인산 연료 전지 및 용융 탄산염 연료 전지에서 전해질과 함께 불활성 무기 지지체는 이온을 전달하는 기밀 매트릭스를 형성한다. 고체 산화물 연료 전지에서 고온 산소 이온 전도체는 일반적으로 막으로서 기능한다. 중합체 전해질 연료 전지는 유기 이온 교환 막, 예를 들어 과플루오르화된 양이온 교환막을 이용한다. 막과 기체 확산 전극 사이의 밀접한 접촉은 복잡한 기술, 예를 들어 고온 압축 및 다른 단계에 의해 달성된다. 반응 기체 (7)은 전극 (2)의 뒷면, 즉 각각의 경우 반대 전극에서 떨어져 마주하는 면으로부터 기체 분배 시스템을 통해 전기화학적으로 활성 부위에 공급된다. 따라서, 기체 운반(한 방향을 지시하는 넓은 화살표) 및 이온 운반(양쪽을 향하는 넓은 화살표)이 평행한 방향으로 일어난다.

도 2a는 본 발명에 따른 연료 전지 (1)을 개략적으로 도시한다. 두개의 전극 세그먼트 (2') 및 그 사이의 갭 (5)을 도시하고 있다. 상기 전지는 비분할 연료 전지이다. 즉, 애노드 공간을 캐소드 공간으로부터 분리시키기 위한 막 또는 다른 분할 장치가 존재하지 않는다. 전극 세그먼트 (2')은 전극 세그먼트 (2') 사이의 갭 또는 중간 공간 (5)에도 존재하는 전해질 (6)으로 채워진다. 전해질 (6)은 이온을 전달하는 액체, 예를 들어 알칼리 금속 수산화물 수용액 또는 무기산 수용액, 예를 들어 황산, 인산 또는 할로겐화수소산이다. 유기 전해질, 예를 들어 테트라알킬암모늄 히드록시드 또는 테트라알킬암모늄 염, 술폰산 또는 포스폰산이 유사하게 사용될 수 있다. 각각의 전극 세그먼트 (2') 내에 전극 세그먼트 (2') 사이의 갭 (5)에 평행하게 흐르는 기체 도관 (8)이 제공되어 기체 이동이 이온 이동에 대해 수직 방향으로 일어난다. 이것은 반응 기체의 조절되지 않는 혼합을 방지한다. 각 전극 세그먼트 (2')에는 바람직하게는 질소와 같은 불활성 기체로 희석된 각각의 반응 기체, 바람직하게는 수소 또는 산소를 공급하는 기체 공급기 (7)이 제공된다.

한편, 도 2a는 본 발명의 연료 전지 (1)의 한 실시 태양의 단면을 도시하고 있고, 도 2b는 상기의 사시도이다. 전극 (2)가 동일한 형태의 다수의 전극 세그먼트 (2')로 구성되고 상기 두개의 전극 (2)는 차례로 조합되어 전체 시스템, 즉 연료 전지 (1)을 형성한다는 것을 알 수 있다. 여기서, 예를 들어 각각의 제2 세그먼트(2')는 각각의 인접한 세그먼트의 거울상이 될 수 있다. 전극 세그먼트 (2')은 양면에 또는 한면에만 채널이 제공될 수 있다. 그러나, 다른 전극 세그먼트의 형태가 채널을 필요로 하거나 가능하게 할 경우, 채널 구조는 각 제2 전극 세그먼트에서 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 연료 전지 (1)의 다른 실시 태양의 위에서 바라본 사시도를 도시한 것이다. 전극 (2)는 다수의 개별 구성요소, 즉 전극 세그먼트 (2')으로 구성된다. 전극 세그먼트 (2')은 평행하게 배열되고 연결되어 층구조를 형성하는 플레이트를 포함한다. 스페이서 (9)는 개개의 전기 전도성 플레이트를 기체의 통과를 보장하는 거리로 유지시킨다.

도 4는 본 발명의 연료 전지 (1)의 바람직한 실시 태양에서 스페이서 (9)의 여러가지 가능한 배열을 제시한다. 스페이서 (9)는 3가지 기능 형태의 구성요소, 즉 간격 결정 프레임 (10), 창 (11) 및 기체 장벽 (12)를 포함한다. 간격 결정 프레임 (10)은 각 플레이트의 간격을 규정하고 확보한다. 창 (11)은 전극 (2)의 플레이트 사이의 기체와 전해질 흐름이 방해되지 않도록 한다. 기체 장벽 (12)는 애노드 및 캐소드의 창 (11) 사이에 망을 포함하고 각각의 반대 전극 부위로 기포가 통과하는 것을 방지한다. 망 (12)는 평면(도 4a 참조)이거나 주름이 잡히기나 접힐 수 있으며(도 4c), 간격 소자 (13)(도 4b)가 제공되어 여러 개의 망이 서로 고정될 수 있다. 도 4b에 도시된 바람직한 실시 태양에서 기체 공급 장치 (7)은 스페이서 (9)에 통합된다.

Claims

a) 한개 이상의 반응 기체용 기체 도관이 각각 제공된 두개의 전극 및

b) 액체 전해질

을 적어도 포함하며, 전극의 각 기체 도관이 한개 이상의 도입구를 갖고 전극 배열에 의해 규정된 부하 하에서의 이온의 이동 방향에 수직으로 흐르는 연료 전지.
제1항에 있어서, 비분할 전지인 연료 전지.
제1항 또는 2항에 있어서, 전극의 각 기체 도관이 한개 이상의 배출구를 갖는 것인 연료 전지.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 전극이 전해질(들)로 충전될 수 있는 것인 연료 전지.
제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 경우에 1종 이상의 반응 기체를 두 전극의 기체 도관(들)에 도입하기 위한 분배 시스템을 갖는 연료 전지.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 기체가 1종 이상의 불활성 기체로 희석된 연료 전지.
제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극의 각 기체 도관이 서로 반대 방향으로 평행하게 흐르는 연료 전지.
제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극의 각 기체 도관이 서로 평행하게 흐르는 연료 전지.
제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극 중 적어도 한 전극이 다수의 구성요소를 포함하는 연료 전지.
제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극 중 적어도 한 전극이 연결되어 층상 구조를 형성하는 다수의 평행 플레이트를 포함하는 것인 연료 전지.
제1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극 중 적어도 한 전극이 전극의 기체 도관과 동일한 방향으로 흐르는 한개 이상의 채널을 갖는 것인 연료 전지.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 두 전극 중 적어도 한 전극이 전극의 기체 도관과 동일한 방향으로 흐르는 다수의 채널을 갖는 것인 연료 전지.
제1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 기능적으로 전극과 상호 작용하도록 배열된 한개 이상의 스페이서를 더 갖는 연료 전지.