KR20020062730A

KR20020062730A - 고분자전해질형 연료전지

Info

Publication number: KR20020062730A
Application number: KR1020027004692A
Authority: KR
Inventors: 히데오 오하라; 도시히로 마쓰모토; 야스시 스가와라; 다쓰토 야마자키; 준지 니이쿠라; 가즈히토 하토; 데루히사 간바라
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-07-29
Also published as: CN1388999A; US7205061B2; WO2001059864A1; EP1255315A1; CN1210828C; JP3690667B2; KR100417051B1; EP1255315A4; US20040170882A1

Abstract

파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 가스킷으로 피복된 수소이온 전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽 면에 접합된 양극, 및 상기 전해질막의 다른 쪽 면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판의 한쪽 면의 홈을 통하여 양극에 연료가스를 공급ㆍ배출하고, 상기 파형금속판의 다른 쪽 면의 홈을 통하여 음극에 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 고분자전해질형 연료전지.

Description

고분자전해질형 연료전지{POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL}

고분자전해질막을 사용한 연료전지는, 수소를 함유하는 연료가스와 공기 등 산소를 함유하는 산화제가스를 전기화학적으로 반응시킴으로써, 전력과 열을 동시에 발생시킨다. 이 연료전지는, 기본적으로는, 수소이온을 선택적으로 수송하는 고분자전해질막, 및 고분자전해질막의 양쪽면에 형성된 한 쌍의 전극, 즉 양극과 음극으로 구성된다. 상기의 전극은, 통상, 백금족 금속촉매를 담지한 카본분말을 주성분으로 하여, 고분자전해질막의 표면에 형성되는 촉매층, 및 이 촉매층의 바깥쪽면에 형성되는, 통풍성과 전자전도성을 더불어 갖는 확산층으로 이루어진다.

전극에 공급되는 연료가스 및 산화제가스가 밖으로 리크되거나, 두 종류의 가스가 서로 혼합하거나 하지 않도록, 전극의 주위에는 고분자전해질막을 사이에 두고 가스킷이 배치된다. 가스킷은, 통상 EPDM고무, 실리콘 엘라스토머, 불소 엘라스토머 등의 내약품성이 높은 고무 또는 엘라스토머가 사용된다. 이 가스킷은, 전극 및 고분자전해질막과 일체화하여 미리 조립된다. 이것을 MEA(전해질막-전극접합체)라 부른다. MEA의 바깥측에는, 이것을 기계적으로 고정함과 동시에, 인접한 MEA를 서로 전기적으로 직렬로, 경우에 따라서는 병렬로, 접속하기 위한 도전성의 세퍼레이터판이 배치된다. 세퍼레이터판의 MEA와 접촉하는 부분에는, 전극면에 반응가스를 공급하여, 생성가스나 잉여가스를 날라 운반하기 위한 가스유로가 형성된다. 가스유로는, 세퍼레이터판과 별도로 형성할 수도 있지만, 세퍼레이터판의 표면에 홈을 형성하여 가스유로로 하는 방식이 일반적이다.

이들의 홈에 연료가스 및 산화제가스를 공급하기 위해서는, 연료가스 및 산화제가스를 각각 공급하는 배관을, 사용하는 세퍼레이터판의 매수에 분기하여, 그 분기 끝을 직접 세퍼레이터판의 홈에 연결하는 배관치구가 필요하게 된다. 이 치구를 매니홀드라고 부르고, 상기와 같은 연료가스 및 산화제가스의 공급배관으로부터 직접 연결해 넣는 형태를 외부매니홀드라고 부른다. 이 매니홀드에는, 구조를 보다 간단하게 한 내부매니홀드라고 부르는 형식의 것이 있다. 내부매니홀드는, 가스유로를 형성한 세퍼레이터판에, 관통한 구멍을 형성하여, 가스유로의 출입구를 이 구멍까지 통하게 하여, 이 구멍에서 직접 연료가스 및 산화제가스를 공급하는 것이다.

연료전지는, 운전중에 발열하기 때문에, 전지를 양호한 온도상태로 유지하기 위해서, 냉각수 등으로 냉각할 필요가 있다. 통상, 1∼3셀 마다, 냉각수를 흐르게 하는 냉각부가 형성된다. 냉각부를 세퍼레이터판과 세퍼레이터판 사이에 삽입하는 형식과, 세퍼레이터판의 배면에 냉각수유로를 형성하여 냉각부로 하는 형식가 있어, 후자가 대부분 이용된다. 이들의 MEA와 세퍼레이터판 및 냉각부를 교대로 거듭 10∼200셀 적층하여, 그 적층체를 집전판과 절연판을 통해 끝판에서 끼우고, 체결볼트로 양끝으로부터 고정하는 것이 일반적인 적층전지의 구조이다.

이러한 고분자전해질형 연료전지는, 세퍼레이터판은 도전성이 높고, 또한 연료가스에 대하여 기밀성이 높고, 또한 수소/산소를 산화환원할 때의 반응에 대하여 높은 내식성을 가질 필요가 있다. 이러한 이유로, 종래의 세퍼레이터판은, 통상 글랙시카본이나 팽창흑연 등의 카본재료로 구성하고, 가스유로도 그 표면에서의 절삭이나, 팽창흑연의 경우는 형태에 의한 성형으로 제작되어 있었다. 하지만, 최근, 종래부터 사용된 카본재료 대신에, 스테인레스강 등의 금속판을 사용하는 시도가 행하여지고 있다.

종래의 카본판의 절삭에 의한 방법으로는, 카본판의 재료비용과 같이, 이것을 절삭하기 위한 비용을 내리는 것이 곤란하고, 또한 팽창흑연을 사용한 방법도 재료비용이 높고, 이것이 실용화를 위한 장해라고 생각되고 있다.

상술의 금속판을 사용하는 방법에서는, 비용저감을 위해 프레스가공에 의한 세퍼레이터판이 제안되고 있다. 그러나, 세퍼레이터판에 가공되는 가스유로 패턴에 제약이 생기거나, 프레스 후의 변형을 제거하기 위한 뒤처리나 신전성이 풍부한 특수재료를 사용하지 않을 수 없게 하기도 하여 결과적으로 비용장점이 저하한다고 하는 문제가 있었다.

[발명의 개시]

본 발명은, 기본적으로는, 파형금속판을 도전성 세퍼레이터판으로서 사용하여, 가스킷과의 조합에 의해 그 안팎에 형성되어 있는 홈을 가스의 유로에 이용한,양산에 알맞은 가스공급ㆍ배출수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 돌출조와 홈이 교대로 평행하여 형성되고, 한쪽면의 돌출조 및 홈에 대응하는 안쪽면에 각각 홈 및 돌출조를 갖는 파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판의 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 가스킷으로 피복된 수소이온전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽면에 접합된 양극, 및 상기 전해질막의 다른 쪽면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판의 한쪽면의 홈을 통하여 양극에 연료가스를 공급ㆍ배출하고, 상기 파형금속판의 다른 쪽면의 홈을 통하여 음극에 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 고분자전해질형연료전지를 제공한다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 가스의 매니홀드, 및 상기 전해질막-전극접합체(이하 MEA라 한다)의 가스킷에, 상기 매니홀드와 상기 파형금속판의 홈을 연락하도록 형성된 가스유도홈을 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에 있어서, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판 및 상기 MEA의 가스킷에 공통으로 형성된 매니홀드구멍, 및 상기 파형금속판에 형성된 패킹을 포함하고, 상기 매니홀드구멍 및 파형금속판의 홈을 통하게 하여 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스가 공급ㆍ배출되도록 구성되어 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 형태에 있어서, 상기 도전성 세퍼레이터판이 상기 파형금속판 및 그 둘레가장자리부를 피복하는 제2의 가스킷으로 이루어지고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 MEA의 가스킷 및 제2의 가스킷에 공통으로 형성된 매니홀드구멍, 및 상기 제2의 가스킷에 형성되어, 상기 매니홀드구멍과 상기 파형금속판의 홈을 연락하는 가스유도홈을 포함하고 있다.

상기의 제2의 가스킷을 포함하는 도전성 세퍼레이터판이, 상기 파형금속판의 홈의 바닥을 메우는 시일재를 갖고, 이에 따라 상기 파형금속판의 홈의 깊이가, 상기 매니홀드구멍과 파형금속판의 홈을 연락하는 가스유도홈의 깊이와 거의 같게 되어 있다.

본 발명의 또 바람직한 형태에 있어서, 인접하는 MEA 사이에 2장의 파형금속판이 그들의 홈 및 돌출조가 서로 마주 하도록 하여 삽입되어, 그들 파형금속판의 홈 사이에 형성되는 유로에 한쪽의 개구로부터 다른쪽의 개구를 향하여 냉각수가 유통되도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 상기 냉각수의 유로가 되는 상기 파형금속판의 홈의 양끝단부측에, 다른 파형금속판과 공통으로 냉각수의 매니홀드구멍이 형성되어 있다.

본 발명은, 포터블전원, 전기자동차용전원, 가정내 코제네레이션 시스템 등에 사용되는 고분자전해질형 연료전지, 특히 그 도전성 세퍼레이터판의 개량에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 도전성 세퍼레이터판을 구성하는 파형금속판의 예를 도시하는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 있어서의 MEA의 요부의 사시도이다.

도 3은 도 2의 3-3선 단면도이다.

도 4는 셀의 적층체를 도시하는 사시도이다.

도 5는 동적층체를 도 2의 5-5선으로 자른 단면도이다.

도 6은 동적층체를 포함하는 전지장치의 정면도이다.

도 7은 파형금속판의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 8은 MEA의 다른 예를 도시하는 주요부의 사시도이다.

도 9는 MEA의 또 다른 예를 도시하는 정면도이다.

도 10은 파형금속판의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.

도 11은 파형금속판의 또 다른 예를 도시하는 일부를 단면으로 한 정면도이다.

도 12는 도 11의 12-12선 단면도이다.

도 13은 동파형금속판에 조합한 패킹의 사시도이다.

도 14는 가스 및 냉각수의 흐름을 설명하는 약도이다.

도 15는 MEA의 또 다른 예를 도시하는 정면도이다.

도 16은 다른 예의 도전성 세퍼레이터판의 양극측의 정면도이다.

도 17은 동세퍼레이터판의 음극측의 정면도이다.

도 18은 도 17의 18-18선 단면도이다.

도 19는 또 다른 예의 도전성 세퍼레이터판의 양극측의 정면도이다.

도 20은 동 세퍼레이터판의 배면도이다.

도 2l은 다른 예의 도전성 세퍼레이터판의 음극측의 정면도이다.

도 22는 동 세퍼레이터판의 배면도이다.

도 23은 셀의 적층체의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 24는 도전성 세퍼레이터판의 또 다른 예를 도시하는 주요부의 단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명은, 상기와 같이 파형금속판을 도전성 세퍼레이터판으로 하여 사용하고, MEA가 구비하는 가스킷 및/또는 세퍼레이터판 자체가 구비하는 가스킷과의 조합에 의하여, 그 안팎에 형성되어 있는 홈을 가스의 유로에 이용하여, 가스의 공급ㆍ배출수단을 구성한다.

본 발명의 대표적인 도전성 세퍼레이터판의 제1의 형태에서는, 파형금속판이 MEA와 거의 같은 크기이고, 파형금속판이 MEA와 교대로 적층되어 셀스텍을 구성한다. 제2의 형태에서는, 파형금속판에 그 둘레가장자리부를 피복하는 가스킷을 결합하여, MEA와 거의 같은 크기의 도전성 세퍼레이터판을 구성하고, 이 도전성 세퍼레이터판이 MEA와 교대로 적층되어 셀스택을 구성한다.

제1및 제2의 형태에 있어서, 적당한 냉각부가 MEA 사이에 삽입된다. 이 냉각부는, 제1의 형태에 있어서는, 2장의 파형금속판을 그들의 홈이 서로 마주 하도록 조합되어 MEA 사이에 삽입된다. 냉각수의 유로는, 상기 파형금속판이 마주하는 홈들에 의해서 형성된다. 제2의 형태에 있어서는, 양극측 도전성 세퍼레이터판과 음극측 도전성 세퍼레이터판이 MEA 사이에 삽입되어, 양도전성 세퍼레이터판의 사이에, 그들의 파형금속판의 홈에 의해서 냉각수의 유로가 형성된다.

상기의 제1의 형태가 바람직한 연료전지는, 파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 및 상기 세퍼레이터판 사이에 삽입된 MEA를 구비한다. 그리고, MEA의 가스킷은, 그 양쪽면에, 각각 대향하는 상기 파형금속판의 홈의 길이 방향의 양끝단부를 폐쇄하는 리브를 갖는다. 가스킷은, 또한 그들 리브보다 안쪽에서, 한쪽면에 상기 파형금속판의 홈에 연료가스를 이끄는 유도홈을 가스킷의 측면에 개방하도록 형성하고, 다른 쪽면에 상기 파형금속판의 홈에 산화제가스를 이끄는 유도홈을 가스킷의 측면에 개방하도록 형성하고 있다. 이 구조에 의하면, 상기 유도홈에 각각 연료가스 및 산화제가스의 매니홀드를 조합하는 것에 의해, 상기 파형금속판과 대향하는 위치에 있는 양극 및 음극으로의 연료가스 및 산화제가스의 공급ㆍ배출수단을 구성할 수 있다.

상기 연료전지에 있어서, 파형금속판의 홈의 끝단부를 폐쇄하는 리브는, MEA의 가스킷에 형성하는 대신에, 파형금속판에 사출성형 등에 의해 일체로 결합하더라도 좋다. MEA의 사이에 냉각부를 형성하는 경우는, 2장의 파형금속판을 그들의 홈끼리를 마주 보게 하여 조합하고, 상기의 홈으로 구성되는 유로에 냉각수를 흐르게 하도록 한다.

또한, 다른 변형예에 있어서는, MEA의 가스킷에 형성한 가스의 유도홈 대신에, 파형금속판에 연료가스 및 산화제가스의 매니홀드구멍을 형성한다. 이들의 매니홀드구멍은, MEA에 대면하는 홈의 부분에 1개 걸러서 형성된다. 그리고, 매니홀드구멍을 갖는 홈에 유입하는 가스는, 매니홀드구멍을 갖지 않은 홈에, 양자사이에 있는 반대측으로 향한 홈의 부분을 관통하여 이동하도록 구성한다. 상기의 관통부분에는, 반대측으로 향한 홈에 해당 가스가 유입하지 않도록, 절결부를 갖는 패킹을 형성하거나, 파형금속판에 가스를 통하게 하는 구멍을 형성하거나 한다. 이러한 패킹을 포함하는 가스류 제어수단에 의해, 산화제가스 및 연료가스는, 각각 매니홀드구멍을 갖는 홈으로부터 매니홀드구멍을 갖지 않은 홈으로 분배된다.

상기의 제2의 형태에 있어서는, 파형금속판 및 그 둘레가장자리부에 결합된 가스킷에 의해 도전성 세퍼레이터판이 구성된다. 이 세퍼레이터판은, 대표적인 예로는, 카본판의 절삭가공 등에 의한 세퍼레이터판과 같이, 매니홀드구멍이 형성된다. 또한, 가스킷부분에, 매니홀드구멍과 파형금속판의 홈을 연락하는 유도홈이 형성된다.

어느 쪽의 형태에 있어서도, 단순한 형태의 파형금속판이 사용되기 때문에, 양산에 적당하고, 대폭적인 비용저감을 꾀할 수 있다. 또한, 세퍼레이터판의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 적층전지의 컴팩트화가 가능하게 된다.

본 발명의 파형금속판의 소재에는, 스테인레스강, 티타늄 등의 도전성이 뛰어나고, 또 프레스가공 등에 의해 용이하게 파형으로 형성할 수 있는 두께 0.05 ∼0.3mm 정도의 박판이 적합하게 사용된다. 이들의 금속박판은, 그 표면에 내식성의 도전성피막을 형성하는 것이 바람직하다. 도전성피막은, 금, 백금, 도전성 카본도료, RuO₂, 인듐을 도프한 산화주석 Sn(In)O₂, TiN, TiAlN, SiC 등의 도전성의 무기산화물, 질화물, 탄화물 등으로부터 만드는 것이 바람직하다. 이들의 도전성피막은, 소재의 금속판을 프레스가공에 의해 파형으로 한 후에 형성하는 것이 바람직하다. 도전성피막을 형성하기 위해서는, 진공증착법, 전자빔법, 스패터법, 고주파그로우방전분해법 등이 사용된다.

본 발명의 MEA 및 도전성 세퍼레이터판의 가스킷의 소재는, 열가소성수지 또는 열가소성 엘라스토머가 사용된다. 적당한 재료는, 에틸렌-프로필렌-디엔3차원 공중합체배합물(이하 EPDM으로 나타낸다), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 신디오탁칙ㆍ폴리스틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 액정 폴리머, 불소수지, 폴리 에테르니트릴, 변성폴리페닐렌에테르, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리아릴레이트, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군으로부터 선택된다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 여기에 사용된 도면은 이해를 쉽게 하기 위한 것으로서, 각 요소의 상대적인 크기나 위치는 반드시 정확하지 않다. ·

실시의 형태 1

도 1은 스테인레스강 등의 금속판을 프레스가공한 파형금속판(10)을 나타낸다. 본 실시의 형태에서는, 이 파형금속판을 그대로 도전성 세퍼레이터판에 사용한다. 파형금속판(10)은, 한쪽 면에 홈(11)과 돌출조를 교대로 갖고, 다른 쪽면에는, 상기 홈(11) 및 돌출조에 대응하여 돌출조 및 홈(12)을 갖는다.

도 2 및 도 3은, 상기의 파형금속판으로 이루어지는 도전성 세퍼레이터판과교대로 적층된 셀스택을 구성하는 MEA(20)를 나타낸다. MEA(20)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 고분자전해질막(2), 막(2)의 둘레가장자리부를 일체로 피복하는 열가소성수지 또는 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 가스킷(30), 및 막(2)의 노출면에 접합된 음극(3) 및 양극(4)으로 이루어진다. 음극 및 양극은, 전해질막측의 촉매층과 가스확산층으로 이루어진다. 전해질막(2)은, 가스킷(30)에 의해 자기지지성으로 되어, 취급이 용이하게 되어있다.

여기에 도시하는 MEA(20)는, 금속판(10)과 같은 크기의 직사각형이고, 길이 방향의 양끝단부에, 금속판(10)과 협동하여 가스의 공급ㆍ배출수단을 구성하기 위한 요소가 마련되어 있다. 즉, 가스킷(30)은, 음극측면에, 측면에 개방한 산화제가스의 유도홈(33)을 갖고, 양극측면에, 연료가스의 유도홈(34)을 갖는다. 가스킷 (30)은, 또, 음극측면에 홈(33)보다 끝단부측에, 금속판(10)의 홈에 끼워맞추는 리브(32)를 갖고, 양극측면에 홈(34)보다 끝단부측에, 금속판의 홈에 끼워맞추는 것과 같은 리브를 갖는다.

도 2는, MEA(20)의 길이 방향의 한쪽의 끝단부측을 도시하고 있지만, 다른 쪽의 끝단부측에도 같은 가스유도홈이나 리브를 갖는다. 이것에 있어서는, 도 9를 참조하고 싶다.

도 4에 셀스택을 도시한다. 이 예에서는, 2셀마다 냉각부가 형성되어 있다. 이 냉각부는, 2장의 파형금속판을 그들의 홈끼리가 마주 하도록조합되어 있다. 상기의 홈에 의해 형성되는 공극부(35)가 냉각수의 유로가 된다. 그리고, 냉각수는, 도 4에 있어서 셀스택의 윗쪽에서 유로(35)로 도입되어, 아래쪽에서 배출된다.

금속판(10)과 MEA(20)를, MEA의 리브(32)가 금속판(10)의 홈(11) 또는 12에 끼워맞추도록, 교대로 적층하고, 셀스택이 구성되어 있다. 따라서, MEA(20)와 그 음극측에 적층된 금속판(10)과의 사이에는, 금속판(10)의 홈(11)에 의해서 산화제가스의 유로가 형성된다. 이 유로는, 도 4에 있어서 위쪽에서는 리브(32)에 의해서 폐색되고, 아래쪽에서는 같은 리브에 의해서 폐색된다. 그리고, MEA(20)의 측면에 개방하도록 형성된 홈(33)이 산화제가스의 유로가 되는 홈(ll)에 연통한다. 따라서, 셀스택의 측면에, 산화제가스의 매니홀드를 조합하는 것에 의해, 산화제가스는, 도 4의 화살표 A에 도시하는 바와 같이, 가스킷(30)의 유도홈(33)으로부터 금속판의 홈(11)에 들어가서, 가스킷(30)의 다른 쪽의 유도홈에서 매니홀드로 배출된다.

한편, 연료가스는, 도 4의 화살표 B와 같이, 셀스택의 측면에 조합시킨 매니홀드로부터 가스킷(30)의 유도홈(34)을 경유하여 금속판(10)의 홈(12)에 들어가서, 가스킷(30)의 유도홈에서 매니홀드로 배출된다.

이렇게 해서 산화제가스 및 연료가스는, 각각 파형금속판의 홈(11) 및 (l2)의 부분에 있어서 전극에 확산하여 반응에 관여한다. 그리고, 잉여의 가스 및 생성물은, 같은 홈의 부분으로부터 출구측의 매니홀드로 배출된다.

도 5에 도시하는 바와 같이, MEA를 끼우는 파형금속판은, 그들의 홈(11)과 (12)이 서로 마주 향하도록 하는 것이 좋다. 이것에 의해서, 전극부에 과잉의 전단력이 걸리지 않게 된다.

도 6은 상기의 셀스택을 사용한 연료전지를 나타낸다. (40)은 셀스택을 도시하고, 도 4에 있어서의 가스의 입구측 및 출구측은, 도 6에서는 상하에 위치한다. 셀스택(4O)은, 그 적층방향의 양끝단측에 집전판(41), 절연판(42) 및 끝판 (43)을 서로 포개고, 또 상하에는 매니홀드(46)를 예를 들면 실리콘수지로 이루어지는 시일재(47)를 통해 결합하고 있다. 그리고, 끝판끼리를 로드(44)로 체결함에 의해 연료전지가 조립되고 있다. 45는 용수철을 나타낸다.

도 2에 나타낸 MEA(20)의 가스킷(30)에 형성한 유도홈(33) 및 (34)에는, 카본페이퍼 등의 가스투과성의 다공체를 형성하더라도 좋다. 도 2에서는, 홈(33) 및 (34)내에 평행한 2개의 리브(33') 및 (34')를 형성하고, 이것에 의해서 가스킷이 금속판(10)의 홈(11) 또는 (12)내에 변형하여 가스의 유통을 저해하지 않도록 하고 있다. 이들 유도홈(33) 및 (34)내에 다공체를 형성할 때에는, 상기의 리브는 생략할 수가 있다. 상기의 다공체 대신에 파형금속판을 스페이서로서 형성할 수도 있다. 이들 다공체, 및 파형금속판의 스페이서는, 그것들의 표면을 친수성처리하는 것이 바람직하다. 이 친수성처리는, 전극에 공급되는 가스중의 가습수 또는 전극으로부터 배출되는 생성수 등이 상기의 다공체 또는 스페이서에 결로하여 유로가 폐색되는 것을 방지하기 위해서이다.

실시의 형태 2

실시의 형태 1에 있어서는, 금속판(10)의 끝부와 MEA와의 사이에 가스의 누설을 생기는 것을 방지하기 위해서, MEA의 가스킷(30)에 리브(31, 32) 등을 형성하였다. 실시의 형태 2에서는, 그들 리브의 부분을 가스킷(30)으로부터 금속판(10)측으로 옮긴 측을 도시한다.

본 실시의 형태에서는, 도 7과 같이, 가스킷(30)의 리브(31,32) 대신에, 가스킷과 같은 소재로 이루어지는 패킹(31a,32a)를 파형금속판(10)에 사출성형등에 일체로 결합하고 있다. 이러한 금속판으로 이루어지는 도전성 세퍼레이터판과 조합하는 MEA(20a)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 평판형상이다. 그리고, 가스를 유도하기 위한 홈(33a) 및 (34a)를 갖는다.

실시의 형태 3

MEA(20b)를 도 9에 도시한다. 이 MEA는, 매니홀드를 형성한 점이 도 2에 도시하는 MEA와 다르고, 이외는 같은 구조를 갖는다. 즉, 가스킷(30b)는, 전극부(1)의 음극을 끼워 산화제가스를 이끌기 위한 한 쌍의 홈(33b), 금속판(10)의 홈(11)의 끝부를 폐색하기 위한 리브(32b)를 갖는다. 마찬가지로 양극을 갖는 면에는, 연료가스를 이끄는 한 쌍의 홈(도 2의 홈(34)에 해당한다) 및 금속판(l0)의 홈(12)의 끝부를 폐색하기 위한 리브를 갖는다.

가스킷(30b)은, 산화제가스를 이끄는 홈(33b) 및 연료가스를 이끄는 홈의 측면의 부분에, 산화제가스의 매니홀드(37) 및 연료가스의 매니홀드(38)를 갖고, 또한 양끝단부에는 냉각수의 매니홀드(39)를 갖는다. 가스킷(30b)은, 또한 둘레가장자리부에는 리브(31b)를 갖는다.

이와 같은 MEA를 사용한 셀스택에 있어서는, 한 쌍의 매니홀드(37), 및 홈(33b)의 한쪽으로부터 공급되는 산화제가스는, 금속판(l0)의 홈(11)의 부분에 형성되는 가스유로로부터 음극에 확산하여, 잉여가스 및 반응생성물은 홈(33b) 및 매니홀드(37)의 다른 쪽으로 배출된다.

마찬가지로 연료가스는, 한 쌍의 매니홀드(38)의 한쪽 측에서 양극으로 공급되어, 다른 쪽 측에서 배출된다. 또한, 냉각수는, 매니홀드(39)의 한쪽으로부터 한 쌍의 금속판 사이에 형성되는 수류로(35)에 들어가서, 다른 쪽의 매니홀드에서 배출된다.

실시의 형태 4

본 실시의 형태에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 파형금속판(10)에 냉각수의 매니홀드구멍(39a)을 형성하고 있다. 도시하지는 않지만, 매니홀드구멍은 금속판의 다른 쪽의 끝단부측에도 형성되어 있다. 그리고, 이들 매니홀드구멍(39)보다 바깥측에는, 한 쌍의 금속판에 의해서 형성되는 물의 유로의 끝부를 폐색하기 위한 패킹이 형성된다.

상기의 매니홀드구멍은, MEA의 가스킷의 부분, 도 2의 MEA(20)으로 설명하면, 가스유로의 끝부를 폐색하는 리브(32)의 부분을 관통하도록 형성된다.

실시의 형태 1에서는, 양끝에 개구하는 유로에, 그 한쪽의 끝부로부터 물을 공급하여, 다른 쪽의 끝부에서 배출하도록 구성하고 있다. 본 실시의 형태에서는, 한 쌍의 매니홀드구멍(39)의 한쪽 측에서 각 유로(35)에 물을 공급하여, 매니홀드구멍의 다른 쪽 측에서 배출한다. 매니홀드구멍을 유통하는 냉각수는, 리브(32)에 의해서, 산화제가스 및 연료가스의 유로내에 침입하지는 않는다.

실시의 형태 5

본 실시의 형태에서는, 가스 및 냉각수의 유로를 파형금속판 및 이것에 조합한 패킹에 의해 조정한다.

도 11은 파형금속판(l0)을 양극측에서 본 정면도이다. 파형금속판(10)에는, 도 11에 있어서 표면측, 즉 양극에 접하는 돌출조의 부분에, MEA의 전극부(1)에 가까운 측에, 전극부를 끼우고 한 쌍의 냉각수의 매니홀드구멍(15)이 형성되어 있다. 도 11에 있어서 표면측에 개방하고 있는 홈(12)의 바닥에는, 연료가스의 매니홀드구멍(14)과 산화제가스의 매니홀드구멍(13)이 교대로 형성되어 있다. 매니홀드구멍(14)은 파형금속판(10)의 끝단부측에 위치하고, 매니홀드구멍(13)은 매니홀드구멍(14)과 (15)의 중간에 위치한다. 홈(12)내에서, 매니홀드구멍(13)의 양측에는 패킹(27)과 (29)가 형성되어 있기 때문에, 매니홀드구멍(l3)을 흐르는 산화제가스는 홈(12)내에는 유입하지 않는다.

한편, 연료가스의 매니홀드구멍(14)을 갖는 홈(12)내에서는, 매니홀드구멍 (14)의 외측부분에만 패킹(28)이 형성되어 있기 때문에, 공급측의 매니홀드구멍 (14)을 흐르는 연료가스는 홈(12)내를 흘러, 다른 쪽의 매니홀드구멍(l4)에서 배출된다. 또, 홈(12)내에 유입한 가스는, 인접하는 홈(11)내에 설치된 패킹(26)의 중앙에 있는 절결부(26a) 및 이것과 연락하도록 금속판에 형성된 구멍(18)을 통해서 홈(11)을 넘어서 다음 홈(12)내에 유입한다. 이 가스의 흐름은 같은 패킹(26)을 갖는 부분으로부터 홈(11)을 넘어서 원래의 홈(12)내에 들어가서, 다른 쪽의 매니홀드구멍(14)에서 배출된다. 이 가스의 흐름은 도 11에 화살표로써 도시되고 있다.

이와 같이, 파형금속판(10)의 양극에 면하는 홈(12)의 바닥에는, 1개걸러서연료가스의 매니홀드구멍(14)이 형성되어 있지만, 홈(l2)과 홈(12)의 사이에 있는, 반대측으로 개방하는 홈(11)의 구멍(18)과 패킹(26)을 이용하여, 매니홀드구멍을 갖지 않은 홈(12)내에 연료가스를 분배하여 반응에 이바지할 수가 있다.

한 쌍의 매니홀드구멍(15)은, 냉각수를 유통시키는 것이고, 도시하는 파형금속판(10)에, 홈(11)이 마주하는데 조합되는 금속판과의 사이에, 홈(11)에 의해서 형성되는 유로에 물을 공급하여 배출한다. 도시하지 않지만, 홈(ll)의 구멍(15)보다 바깥측에는 물이 새는 것을 방지하기 위해서 패킹이 형성된다.

도 11의 파형금속판(10)의 표면에 MEA를 통해 접합되는 파형금속판에는, MEA에 산화제가스를 공급하는 가스유로를 형성하는 홈(1l)을 갖고 있다. 그리고, 상기 연료가스에 상술한 패킹(26)과 구멍(18)에 해당하는 것을 홈(12)측에 형성함으로써, 1개의 홈(11)에 공급되는 산화제가스를, 이것에 홈(12)을 통해 인접하는 홈(11)에, 홈(12)의 부분을 관통시켜 분배할 수가 있다.

도 14는 상기의 산화제가스, 연료가스 및 냉각수의 흐름을 각각 화살표 A, B 및 C에서 나타내고 있다.

실시의 형태 6

본 실시의 형태에서는, 파형금속판(50) 및 그 둘레가장자리부에 결합한 가스킷으로 이루어지는 도전성 세퍼레이터판을 사용한다. 여기에 사용하는 파형금속판 (50)은, 실시의 형태 1에서 사용한 파형금속판(10)과 같은 구조를 갖지만, MEA의 전극부와 거의 같은 크기인 점이 다르다.

도 15는 양극측에서 본 MEA를 나타낸다. 이 MEA(60)는, 실시의 형태1과 같이, 고분자전해질막, 그 둘레가장자리부를 지지하는 가스킷(70), 및 전해질막의 노출면에 접합된 양극 및 음극으로 이루어진다. 가스킷(70)은, MEA의 길이 방향의 양끝부에 각각 산화제가스의 매니홀드구멍(73)을 갖고, 한쪽이 입구측, 다른 쪽이 출구측이다. 가스킷(70)은, 또한 양끝부에 각각 3개씩의 연료가스의 매니홀드구멍 (74) 및 냉각수의 매니홀드구멍(75)을 갖는다.

도 16 및 도 17은, 한쪽 면이 양극에 접하고, 다른 쪽면이 음극에 접하는 도전성 세퍼레이터판(80)을 도시한다. 이 세퍼레이터판(80)은, 파형금속판(50)과 그 둘레가장자리부에 결합한 가스킷(81)으로 이루어지고, 가스킷(81)은, MEA(60)과 공통의 산화제가스의 매니홀드구멍(83), 연료가스의 매니홀드구멍(84) 및 냉각수의 매니홀드구멍(85)을 갖는다.

세퍼레이터판(80)은, 그 양극측면에는, 금속판(50)의 홈(54)에 의해 형성되는 연료가스의 유로, 이 유로의 끝부와 매니홀드구멍(84)을 연락하는 유도홈(88)을 갖는다. 마찬가지로 세퍼레이터판(80)의 음극측면에는, 금속판(50)의 홈(53)에 의해 형성되는 산화제가스의 유로, 이 유로의 끝부와 매니홀드구멍(83)을 연락하는 유도홈(87)을 갖는다.

도 18에는, 세퍼레이터판(80)을 도 17의 18-18선으로 자른 단면도가 도시되어 있다. 매니홀드구멍(83)으로부터 공급되는 산화제가스가 유도홈(87)에 의해 파형금속판(50)의 홈(53)내에 이끌어지는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 여기에서, 금속판(50)의 가스유로가 되는 홈(53)은 그 약 2/3의 깊이가 가스킷(81)과 일체의 시일재(57)로 메워지고, 이에 따라 금속판의 가스유로(53)와 가스킷(81)의 가스유도홈(87)이 같은 깊이로 되어, 단차없게 연속되어 있다. 이 때문에, 가스의 공급, 배출이 원활하게 되어, 가습증기의 물이나 반응생성물이 고이지 않고, 플랏딩을 발생하여 전지성능이 저하하지 않는다.

도 23에 도시하는 바와 같이, 연료가스의 유로를 형성하는 파형금속판(50)의 홈(54)은, 마찬가지로 시일재(58)에서 그 깊이의 약 2/3이 메워지고, 가스유로(54)는 가스킷(81)의 가스유도홈(88)과 단차없게 연속되도록 되어 있다.

도 24는, 별도의 실시의 형태의 도전성 세퍼레이터판을 도 17의 18-18선에 해당하는 곳에서 자른 단면도이다. 이 예에서는, 파형금속판의 홈은, 시일재에서 메워져 있지 않다. 따라서, 가스킷의 유도홈과 파형금속판의 홈과의 사이에는 단차가 생긴다.

다음에, 냉각부를 구성하는 세퍼레이터판에 관하여 설명한다.

도 19는 양극측 세퍼레이터판의 정면도, 도 20은 그 배면도이다. 이 세퍼레이터판(80)은, 그 가스킷(81a)이 산화제가스, 연료가스 및 냉각수의 각 매니홀드구멍을 갖고, 양극측면에 매니홀드구멍(84)과 금속판(50)의 가스유로홈을 연락하는 유도홈(88)을 갖는 점은 세퍼레이터판(80)과 완전히 동일하다. 다른 것은, 배면에, 매니홀드구멍(85)과 금속판(50)의 냉각수의 유로를 연락하는 유도홈(89)을 갖는 것이다.

상기의 세퍼레이터판(80a)과 조합하여 냉각부를 구성하는 음극측 세퍼레이터판(80b)을 도 21 및 도 22에 도시한다. 산화제가스, 연료가스 및 냉각수의 매니홀드구멍을 갖고, 음극측에 매니홀드구멍(83)과 금속판의 가스유로를 연락하는 유도홈(87)을 갖는 점은 세퍼레이터판(81)과 동일하고, 그 배면은 세퍼레이터판(80a)과 같고 매니홀드구멍(85)과 금속판의 수류로를 연락하는 유도홈(89)을 갖는다. 양극측 세퍼레이터판(80a) 및 음극측 세퍼레이터판(80b)에서도, 그들이 마주 하는 면에 형성되어 있는 물의 유도홈(89)의 깊이와, 파형금속판의 수류로의 깊이는 같게 되어 있다. 이것은 도 23으로부터도 분명할 것이다.

상기에 도시한 유도홈(87, 88 및 89)에는, 실시의 형태 1 에서 설명한 바와 같은 다공체 또는 파형금속판의 스페이서를 형성하고, 가스킷이 전지의 체결압력에 의해 이들의 홈내에 변형하여 가스 또는 냉각수의 유통을 저해하지 않도록 할 수가 있다.

실시예 1

아세틸렌블랙에, 평균 입자지름 약 30Å의 백금입자를 중량비 3:1의 비율로 담지한 촉매분말을 조제하였다. 이 촉매분말의 이소프로판올분산액과, 이하의 식(식 중 m = 1, n = 2, 5 ≤ x ≤ 13.5, y ≒ 1000이다.)에 도시하는 퍼플루오로카본설폰산 분말의 에틸알코올분산액을 혼합하여,

페스트형상으로 하였다. 두께 250㎛의 카본부직포의 한쪽 면에, 이 페스트를 스크린인쇄법으로 도포하여 촉매층을 형성하였다. 상기 페스트의 도포량은, 전극 중에 포함되는 백금량이 0.5mg/㎠, 퍼플루오로카본설폰산의 양이 1.2 mg/㎠ 가 되도록 조정하였다.

이렇게 해서 얻은 동일구성의 음극과 양극을 이들보다 한 둘레 큰 면적을 갖는 수소이온전도성 고분자전해질막의 중심부의 양쪽면에, 촉매층이 전해질막측에 접하도록 핫프레스에 의해서 접합하여, 전해질막-전극접합체(MEA)를 구성하였다. 수소이온전도성 고분자전해질막으로서, 상기의 식(단 식 중 m = 2, n = 2, 5 ≤ x ≤ 13.5, y ≒ l000이다. )으로 나타나는 퍼플루오로카본설폰산을 25㎛의 두께로 박막화한 것을 사용하였다.

도전성 세퍼레이터판은, 두께 0.lmm의 스테인레스강 SUS304판을 프레스가공하여, 깊이 약 1.5 mm, 폭 약 1.5 mm의 홈을 피치 3 mm로 갖도록 파형으로 형성하였다. 파형금속판의 표면에 금을 진공전자빔증착법에 의해 O.O1㎛의 두께로 형성하였다. 증착시의 진공도는 5 ×10^-6Torr의 Ar가스분위기에서 금속판온도 200℃에서 행하였다.

MEA는, 고분자전해질막의 둘레가장자리부에, EPDM으로 이루어지는 가스킷을 갖는다. 이 가스킷은, 전극을 접합하기 전에, 전해질막에 성형온도 170℃ 에서 결합하였다. 이와 같이 해서 가스킷을 일체로 한, 도 2에 나타내는 것 같은 구조의 MEA를 제작하였다.

상기의 도전성 세퍼레이터판과 MEA를 교대로 적층하여, 2셀마다 2장의 파형금속판을 그들의 홈이 마주 하도록 조합하여 MEA 사이에 삽입하였다. 이렇게 해서 도 4∼6에 도시하는 바와 같은 구조의 50셀이 적층된 적층전지를 구성하였다. 적층전지의 체결압력은 20 kgf/㎠으로 하였다.

이 연료전지를, 85℃로 유지하고, 양극측에 83℃의 이슬점이 되도록 가습ㆍ가온한 수소가스를, 음극측에 78℃의 이슬점이 되도록 가습ㆍ가온한 공기를 각각 공급하였다. 그 결과, 전류를 외부에 출력하지 않은 무부하시에는, 50 V의 전지개방전압을 얻었다. 이 전지를 연료이용율 80%, 산소이용율 40%, 전류밀도 0.5 A/㎠의 조건에서 발전시험을 했더니, 990W(22V-45 A)의 전지출력을 유지하는 것이 확인되었다.

이 예에서는, 유도홈(33, 34)이 복수의 평행하는 홈으로 구성되어 있다. 이들의 홈부에 친수성 처리한 카본페이퍼를 형성하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있었다. 카본페이퍼의 친수성처리는, 파장 365㎚의 초고압수은 램프를 사용하여 100mW/㎠의 강도로 5분간 자외선조사를 함으로써 실시하였다.

실시예 2

실시예 1과 같은 전극, 전해질막, 및 가스킷재를 사용하여 도 15에 도시하는 바와 같은 MEA를 제작하였다. 한편, 도전성 세퍼레이터판은, 실시예 1과 같은 파형금속판의 둘레가장자리부에 실리콘고무로 이루어지는 가스킷을 성형하였다. 도전성 세퍼레이터판은, 실시의 형태 6에서 설명한 3종을 제작하고, 상기의 MEA와 조합하여 50셀 적층한 연료전지를 구성하였다. 냉각부는 2셀마다 삽입하였다. 도전성 세퍼레이터판은, 그 가스킷부분에 있어서, 그 바깥둘레부 및 매니홀드구멍 바깥둘레부에는 높이 O.l㎜의 돌기부를 형성하고, 적층전지로 하였을 때, 도전성 세퍼레이터판과 MEA와의 사이의 시일성을 확보하도록 하였다. 세퍼레이터판에 형성된 가스유로가 되는 홈 및 가스킷부에 형성한 유도홈의 깊이는 0.5 ㎜로 하였다.

이 연료전지를 실시예 1과 같은 조건으로 작동시켰더니, 실시예 1과 거의 같은 특성을 나타내었다.

본 발명에 의하면, 종래의 카본판의 절삭공법 대신에, 스테인레스강등의 금속재료를 절삭가공하지 않고 세퍼레이터판을 구성할 수 있기 때문에, 양산성이 뛰어나고, 대폭적인 비용저감을 꾀할 수 있다. 또한, 세퍼레이터판을 한층 더 얇게 할 수 있기 때문에, 적층전지의 컴팩트화를 꾀할 수 있다.

Claims

돌출조와 홈이 교대로 평행하여 형성되고, 한쪽 면의 돌출조 및 홈에 대응하는 이면에 각각 홈 및 돌출조를 갖는 파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판의 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 가스킷으로 피복된 수소이온전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽 면에 접합된 양극, 및 상기 전해질막의다른 쪽 면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판의 한쪽 면의 홈을 통하여 양극에 연료가스를 공급ㆍ배출하고, 상기 파형금속판의 다른 쪽 면의 홈을 통하여 음극에 산화제가스를 공급ㆍ배출하도록 구성된 고분자전해질형 연료전지.
제 1 항에 있어서, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 연료가스 및 산화제가스 각각의 매니홀드, 및 상기 전해질막-전극접합체의 가스킷에 상기 각 매니홀드와 상기 파형금속판의 홈을 연락하도록 형성된 가스유도홈을 포함하는 고분자전해질형 연료전지.
제 1 항에 있어서, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판 및 상기 전해질막-전극접합체의 가스킷에 공통으로 형성된 연료가스 및 산화제가스 각각의 매니홀드구멍, 및 상기 파형금속판에 형성된 패킹을 포함하고, 상기 각 매니홀드구멍 및 파형금속판의 각 홈을 통하여 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스가 공급ㆍ배출되도록 구성된 고분자전해질형 연료전지.
제 1 항에 있어서, 상기 도전성 세퍼레이터판이 상기 파형금속판 및 그 둘레가장자리부를 피복하는 제2의 가스킷으로 이루어지고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 전해질막-전극접합체의 가스킷 및 제2의 가스킷에 공통으로 형성된 연료가스 및 산화제가스 각각의 매니홀드구멍, 및 상기 제2의 가스킷에 형성되고, 상기 각 매니홀드구멍과 상기 파형금속판의 각 홈을 연락하는 가스유도홈을 포함하고, 상기 각 매니홀드구멍, 각 가스유도홈 및 파형금속판의 각 홈을 통하여 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스가 공급ㆍ배출되도록 구성된 고분자전해질형 연료전지.
제 4 항에 있어서, 상기의 제2의 가스킷을 포함하는 도전성 세퍼레이터판이, 상기 파형금속판의 홈의 바닥을 메우는 시일재를 갖고, 이에 따라 상기 파형금속판의 홈의 깊이가, 상기 매니홀드구멍과 파형금속판의 홈을 연락하는 가스유도홈의 깊이와 거의 같게 되어 있는 고분자전해질형 연료전지.
제 2 항에 있어서, 인접하는 전해질막-전극접합체사이에 2장의 파형금속판이 그들의 홈 및 돌출조가 서로 마주 하도록 하여 삽입되고, 그들 파형금속판의 홈 사이에 형성되는 유로에 한쪽의 개구로부터 다른 쪽의 개구를 향하여 냉각수가 유통되도록 구성된 고분자전해질형 연료전지.
제 6 항에 있어서, 상기 냉각수의 유로가 되는 상기 파형금속판의 홈의 양끝단부측에, 다른 파형금속판과 공통으로 냉각수의 매니홀드구멍이 형성되고, 상기 매니홀드구멍에서 상기 냉각수의 유로에 냉각수가 공급ㆍ배출되도록 구성된 고분자전해질형 연료전지.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 가스유도홈에, 다공체 또는 파형상스페이서가 설치되어 있는 고분자전해질형 연료전지.
돌출조와 홈이 교대로 평행하여 형성되고, 한쪽 면의 돌출조 및 홈에 대응하는 이면에 각각 홈 및 돌출조를 갖는 파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 가스킷으로 피복된 수소이온전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽 면에 접합된 양극, 및 상기 전해질막의 다른쪽 면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 가스킷은, 그 양쪽 면에, 각각 대향하는 상기 파형금속판의 홈의 길이 방향의 양끝부를 폐쇄하는 리브를 갖고, 상기 가스의 공급ㆍ배출수단이, 상기 가스킷의 상기 리브보다 안측에서 가스킷의한쪽 면에 가스킷의 측면에 개방하도록 형성되어 상기 금속판의 홈과 연통하는 연료가스의 유도홈, 및 가스킷의 다른 쪽 면에 가스킷의 측면에 개방하도록 형성되고 상기 금속판의 홈과 연통하는 산화제가스의 유도홈을 포함하는 고분자전해질형 연료전지.
돌출조와 홈이 교대로 평행하여 형성되고, 한쪽 면의 돌출조 및 홈에 대응하는 이면에 각각 홈 및 돌출조를 갖는 파형금속판으로 이루어지는 복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 가스킷으로 피복된 수소이온전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽 면에 접합된 양극 및 상기 전해질막의 다른 쪽 면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 가스공급ㆍ배출수단이, 상기 파형금속판의 전해질막-전극접합체에 대면하는 홈의 부분에 1개 걸러서 형성된 매니홀드구멍, 및 해당 매니홀드구멍을 갖는 홈에 유입하는 가스를, 매니홀드구멍을 갖지 않은 홈에, 양자사이에 있는 반대측을 향한 홈의 부분을 관통하여 이동하도록 구성하는 패킹을 포함하는 가스류 제어수단을 포함하는 고분자전해질형 연료전지.
복수의 도전성 세퍼레이터판, 상기 세퍼레이터판 사이에 삽입된 전해질막-전극접합체로서, 둘레가장자리부가 제1의 가스킷으로 피복된 수소이온전도성 고분자전해질막, 상기 전해질막의 한쪽 면에 접합된 양극, 및 상기 전해질막의 다른 쪽면에 접합된 음극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 및 상기 양극 및 음극에 각각 연료가스 및 산화제가스를 공급ㆍ배출하는 가스공급ㆍ배출수단을 구비하고, 상기 도전성 세퍼레이터판이, 돌출조와 홈이 교대로 평행하여 형성되고, 한쪽 면의 돌출조 및 홈에 대응하는 이면에 각각 홈 및 돌출조를 갖는 파형금속판과 그 둘레가장자리부에 결합된 제2의 가스킷으로 이루어지고, 제1 및 제2의 가스킷이, 각각 공통의 연료가스 및 산화제가스 각각의 매니홀드구멍을 갖고, 제2의 가스킷이, 양극과 대향하는 면에, 상기 연료가스의 매니홀드구멍과 상기 파형금속판의 홈을 연락하는 유도홈을 갖고, 음극과 대향하는 면에, 상기 산화제가스의 매니홀드구멍과 상기 파형금속판의 홈을 연락하는 유도홈을 갖는 고분자전해질형 연료전지.