KR20020084186A - 연료전지용 엔드 플레이트 및 집전장치 플레이트 - Google Patents

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KR20020084186A
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데이비드 로날드 호지슨
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Abstract

연료전지 스택은 적어도 하나의 엔드 및/또는 집전용 플레이트를 지니며, 그것은, 바람직하게는 루테늄 산화물 및 선택적으로 루테늄 산화물 및 비-불활성 금속 산화물을 포함하는 활성-전기촉매 재료로 코팅된 기체를 포함한다.

Description

연료전지용 엔드 플레이트 및 집전장치 플레이트{END PLATES AND CURRENT COLLECTOR PLATES FOR FUEL CELLS}
연료전지는 화석연료를 연소시키지 않고 전기를 발생시키는 전기화학장치이다.
연료전지에서는, 일반적으로 수소인 연료가 연료 전극(애노드)에서 산화되고, 일반적으로 공기로부터의 산소가 캐소드에서 환원됨으로써, 전류를 발생시키고 부산물인 물을 형성한다. 전해질이 필요한데, 그것은 양 전극과 접촉하며, 알카리성 또는 산성, 액체 또는 고체로 될 수 있다. 수소가 연료로 되는 연료전지에서 전기화학 반응의 부산물은 열과 물 뿐이다. 따라서, 그러한 전지를 발전에 사용하면, 화석 연료의 연소 또는 핵반응에 의한 발전에 비하여 잠재적인 환경상 이익이 있다.
양성자교환 막(proton-exchange membrane) 연료전지(이하, 편의상 “PEM”연료전지라고 칭함)에 있어서, 전해질은 애노드로부터 캐소드까지 양성자의 운반을 가능하게 하는 고체상태의 고분자 막이며, 일반적으로 퍼플르오르설폰산 물질에 기초한다. 그 전해질은 작용 중 수화된 형태로 유지되어, 전해질을 통한 이온전도의손실을 방지하도록 하여야 한다.
PEM 연료전지는 일반적으로 양성자교환 막 전해질에 의해 분리된 2개의 전극, 애노드와 캐소드를 포함한다. 애노드에서, 수소연료는 축매작용에 의해 자유전자와 양성자로 분리된다. 그 자유전자는, 연료전지가 전기적으로 접촉하는 외측의 회로를 통하여 이용가능한 전류의 형태로 전도된다. 상기 양성자는 막 전해질을 통하여 캐소드로 이동하며, 거기서 양성자는 공기로부터의 산소 및 외측의 회로로부터의 전자들과 결합하여 물을 형성하고 열을 발생시킨다. 각각의 연료전지는, 본 기술분야에서 필요한 양의 동력을 제공하기 위한 스택(stack)으로 지칭되는 어셈블리에 결합될 수 있다.
본 발명은 연료전지에 관한 것이다.
이제, 본 발명이 첨부도면을 참조하여 실시예 방식으로 더 상세하게 설명될 것이다.
도1은 간단히 하기 위해 제한된 갯수의 전지 유닛만이 도시된 이온 교환 막 형태의 연료 전지 스택의 분해 사시도이다.
도2는 엔드 플레이트상에 지지용 돌출부를 제공하는 것을 제시하는 연료전지 스택의 개략도이다.
본 발명에 따르면, 다수의 연료전지 유닛 및 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트를 포함하는 연료전지 스택이 제공되는데, 그것은 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트 중 적어도 하나는 후술되는 것과 같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 구비한 기체(substrate; 基體)를 포함한다.
일반적으로 연료전지 스택의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 스택의 작동 중 발생되는 전류를 수집하기 위한 수단, 스택의 내측에서의 유체 분포를 조절하기 위한 수단, 상기 스택에 클램핑력을 가하기 위해 사용하는 수단 및 상기 스택으로부터 유체를 공급 및 제거하기 위한 수단을 구비할 것이다.
상기 기체는 유체 유동 채널을 구비할 수 있다. 예를들면, 상기 코팅을 구비한 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 집전장치로서 작용할 뿐만 아니라 유체 유동 채널을 합체하는 모노리식(monolithic) 또는 단위 구조로 될 수 있다.
선택적으로, 상기 코팅을 구비하는 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는, 상기 기체 및 유체 유동 채널을 구비한 재료의 부가의 플레이트 또는 시트를 포함하는 복합구조로 될 수 있다. 예를들면, 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 상기 스택내의 유체 유동의 관점에서의 표면특성을 지니지 않는 기체 및 예를들면 미국, 오하이오주, 클리브런드에 소재하는 UCAR Carbon Company Inc로부터 상업적으로 입수가능한 그라호일(Grafoil)과 같은 흑연 재료의 유체 유동에 대한 표면특성을 갖는 분리층을 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트가 유체 유동 채널을 구비한 분리층을 포함하는 복합 구조로 될 경우, 상기 기체만이 상기 코팅을 구비할 필요가 있지만, 우리는 상기 분리층이 또한 상기 활성-전기촉매 재료로 코팅될 수 있다는 가능성을 배제하지 않는다.
상기 집전용 수단 및/또는 유체의 공급과 제거를 위한 수단은 상기 활성-전기촉매 재료로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 예를들면, 각각의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 그것에 연결된 유체 공급 및 제거 콘딧을 구비할 수있으며, 상기 코팅이 상기 콘딧내로 침투함으로써 상기 콘딧의 내측 표면이 상기 활성-전기촉매 재료로 코팅될 수 있다.
상기 스택은 또한 그 스택의 연속적인 연료전지 유닛들 사이에 배치되어 하나의 전지 유닛의 애노드로부터 인접한 전지유닛 및/또는 상기 연료전지 유닛과 관련된 채널 유체 유동의 캐소드에 전류를 전도하는 작용을 하는 하나 이상의 이격플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 이격 플레이트들 중 적어도 하나는 후술되는 것과같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 구비한 기체를 포함한다.
상기 코팅을 구비한 이격 플레이트는 전술된 것과 같은 모노리식 또는 복합 구조로 될 수 있다.
일반적으로 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 이격 플레이트보다 더 두꺼운 두께로 되는데; 예를들면, 상기 이격 플레이트는 0,5 내지 2000 미크론(예를들면, 10 내지 1000 미크론, 전형적으로 20 내지 750 미크론, 바람직하게는 20 내지 350 미크론) 범위의 두께를 지니는 기체를 포함할 수 있지만, 더 두꺼운 두께의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 적어도 0.3 ㎜, 예를들면, 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜ 또는 그 이상, 전형적으로 1 ㎜ 내지 10 ㎜ 또는 그 이상으로 된다.
상기 이격 플레이트는, 예를들면, 500 미크론 이하의 두께를 갖는, 예를들면, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 강의 호일과 같은 금속 호일 형태의 금속 기체를 포함할 수 있다.
상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 각각 연료전지가 배치되는 표면과 접하는 적어도 하나의 스택-지지용 돌출부를 구비할 수 있으며, 그에따라, 연료전지 유닛과 이격 플레이트는 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트를 통하여 지지면 위쪽에 이격된 관계로 지지된다. 상기 돌출부 또는 돌출부들은 연료전지 유닛과 이격 플레이트의 외측 주위를 지나 연장하는 엔드 플레이트 및/또는 집적용 플레이트 부분 또는 부분들에 의해 적어도 부분적으로 구성될 수 있다. 반드시 필요한 것을 아니지만, 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트의 돌출부는 또한 본원에서 정의되는 활성-전기촉매 재료의 상기 코팅으로 코팅됨으로써, 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트를 선택적으로 코팅하여야 하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 예를들면, 각각의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 상기 스택의 연료전지 유닛의 횡단면적보다 더 큰 면적을 지닐 수 있으며, 상기 스택의 내측에 노출되는 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트의 면은 상기 스택의 내측에 노출되지 않는 영역을 포함하는 전체 표면에 걸쳐 피복될 수 있으며, 그러한 영역은 집전 수단에 연결을 위해 상기 지지 돌출부 및/또는 돌출부들과 관련된다.
상기 연료전지 스택은, 양성자-교환 막이 고온에 민감한 경향이 있으므로 인하여 작동 중 발생되는 열의 제거를 위한 냉각 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 스택내의 이격 플레이트의 적어도 일부는 기체 또는 액체 냉각제(예를들면, 공기 또는 물)의 통과를 위한 냉각제-전달용 통로를 구비할 수 있다. 각각의 이격 플레이트가 그러한 냉각제-전달용 통로를 구비할 수 있지만, 종종, 단지 매 n 번째 플레이트만 그것을 구비한다(여기서, n 은 전형적으로 3 또는 4이다). 선택적으로, 냉각제는, 상기 스택 구조내의 하나 이상의 지점에 배치된 별개의 냉각용 섹션 또는 냉각제 재킷 또는 재킷(예를들면, 냉각제로서 물을 사용할 경우)들을 통하여 연료전지 스택의 내측과 열교환 관계로 될 수 있다. 연료전지 스택의 낼각의 예들은 예를들면 국제공개특허 제95/16287호(Billard)에 개시되어 있다.
상기 연료 스택은 또한 그 연료전지 스택의 반응성 내측을 시일하도록 인접한 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트와 그 연료전지 스택의 다른 부품들 사이에 배치되는 시일링 개스킷을 합체하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 활성-전기촉매 재료의 코팅을 제공함으로써 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트 및 선택적으로 연료전지 스택의 이격 플레이트의 전기 전도성이 증대된다는 특성을 지닌다. 상기 활성 전기촉매 코팅은 또한 상기 플레이트(들)에 내식성을 부여하도록 작용할 수 있다.
“활성-전기촉매 재료”는, R Greef 등의 “전기화학적 기기분석법” Ellis Horwood, 1990 및 D Pletcher 등의 “공업적 전기화학” Chapman and Hall, 1990 에 보다 충분하게 개시된 바와같은, 평형 전위와 유사한 전위에서의 높은 전류밀도에서 촉매현상의 전기화학적 반응을 위한 전극 또는 코팅으로서 사용되는 재료를 의미한다.
따라서, 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트(들), 또한 선택적으로, 이격 플레이트(들) 상에 상기 코팅을 제공함으로써, 높은 전기 전도성과 작동상의 높은 연료전지 효율이 비교적 낮은 비용으로 달성될 수 있다. 이러한 상황에서, 연료전지 스택의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 우수한 전도성을 보장하는 금-도금 층을 지니는 스테인레스 강으로 통상적으로 제조되며, 그것은 일반적으로, 엔드 플레이트에 금의 우수한 결합을 보장하도록 스테인레스 강의 기체와 상기 금으로 된 층 사이에 예를들면 니켈의 중간층을 제공하는 것을 필요로 한다. 상기 스테인레스 강에 금-도금 층을 제공하는 비용과 관계없이, 니켈이 막 재료에 대한 위치에 공통으로 사용되기 때문에, 니켈의 사용은 PEM 연료전지의 경우에 특히 부적절하다.
상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트(들) 및/또는 이격 플레이트(들)와 관련된 유체 유동 채널은 전형적으로 예를들면 평면내의 비-균일 구조와 같은 표면 특성을 포함하며, 그것은 예를들면 일련의 파형 또는 구불구불한 패턴과 같이 규칙적 또는 불규칙적으로 되어, 전극 표면 전반에 걸쳐 입력 기체와 같은 연교의 본질적으로 균일한 분포를 보장하며 그것으로부터 물과 같은 부산물의 운반을 용이하게 하는 가스 유동 채널을 제공한다.
그러한 표면 특성은 본 기술분야의 당업자에게 잘 공지된 예를들면 엠보싱, 에칭 또는 다이-캐스팅에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 스택에 있어서는, 다수의 연료전지 유닛들이, Kordesch와 Simader 의 “연료전이 및 그것의 응용”, VCH. 1996, 49-50 에 보다 충분히 개시된 것과 같은 양극 또는 단극 배치로 연결될 수 있으며, 상기의 내용은 본원에 참고로 포함된다.
또한, 본 발명에 따르면, 전술된 바와 같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택에서 집전에 사용하기 위한 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트가 제공된다.
본 발명의 보다 특수한 태양에 따르면, 애노드, 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 배치된 이온 교환 막을 각각 포함하는 다수의 연료전지 유닛, 상기 유닛의 애노드와 인접한 유닛의 캐소드 사이에 배치된 다수의 이격 플레이트, 및 상기 스택의 각각의 단부에 배치된 한쌍의 집전용 엔드 플레이트를 포함하는 연료전지 스택이 제공되며, 그것은, 적어도 하나의 엔드 프레이트, 및 선택적으로 적어도 하나의 이격 플레이트가 전술된 것과 같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스택은 예를들면 반응 생성물과 전기 에너지로 전환을 위해 각각의 연료전지 유닛에 유체 연료 스트림과 유체 옥시던트 스트림을 공급하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다; 예를들면, 상기 스택은 상기 애노드에 기체 수소 연료를 제공하기 위한 수단과 상기 캐소드에 산소-포함 가스를 공급하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
각각의 연료전지 유닛의 애노드와 캐소드는 별개의 구성요소로 될 수 있지만, 국제공개특허 제95/16287호에 보다 충분히 개시된 바와 같이 단일 유닛의 일체형 부품으로서 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 태양에 따르면,
a) 전지를 양극액 챔버와 음극액 챔버로 분리하며 그것의 대향 측부에 애노드와 캐소드를 구비하는 양성자-교환 막을 각각 포함하는 다수의 연료전지 유닛;
b) 인접한 전지 유닛들 사이에 배치된 이격 플레이트;
c) 스택과 관련된 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트;
d) 상기 스택의 양극액 챔버에 수소 연료를 공급하기 위한 수단; 및
e) 상기 스택의 음극액 챔버에 산소-포함 가스를 공급하기 위한 수단을 포함하는 연료전지 스택이 제공되는데, 그것은, 적어도 하나의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트, 및 선택적으로 적어도 하나의 이격 플레이트가 전술된 바와같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 태양에 따른 연료전지에 사용하기 위한 수소는 예를들면 천연가스 또는 메탄올로부터 얻어질 수 있지만, 산소 포함 가스는 공기를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 모든 태양에 따른 연료전지 스택은 집전용 플레이트를 통하여 외부의 회로에 연결된다.
본 발명의 일정한 태양들은 이온 교환 막을 포함하는 연료전지 유닛과 관련되지만, 본 발명은 또한 인산과 같은 액체 전해질 연료전지 및 소위 “직접 메탄올”연료전지에 대한 적용을 가능하게 한다는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 사용된 활성-전기촉매 코팅은 전형적으로 원소 주기율 표의 제8족의 원소, 즉 Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir 및 Pt 의 금속, 금속 산화물, 또는 그 혼합물로부터 유도된다.
백금족 금속 및 백금족 금속 산화물의 혼합물을 포함하는 적절한 활성-전기촉매 코팅은 본 출원인의 유럽특허공개 제0129373호에 개시되어 있다.
루테늄 산화물, 비-불활성 금속 산화물 및 불활성 금속 또는 그 산화물의 혼합물을 포함하는 적절한 활성-전기촉매 코팅은 본 출원인의 유럽특허공개 제0479423호에 개시되어 있다.
세륨 산화물 및 적어도 하나의 비-불활성 제8족 금속의 혼합물을 포함하는 적절한 활성-전기촉매 코팅은 본 출원인의 유럽특허공개 제0546714호에 개시되어 있다.
상기 활성-전기촉매 코팅은 적어도 하나의 PtO, Sb2O3, Ta2P5, PdO, CeO2를갖는 루테늄 산화물 또는 루테늄 산화물의 혼합물로 되는 것이 바람직하며, 또는 적어도 하나의 TiO2, SnO2, IrO2를 갖는 RuO2의 혼합물로 되는 것이 바람직하다.
상기 활성-전기촉매 코팅이 루테늄 산화물 및 다른 산화물의 혼합물을 포함하는 경우, 루테늄 산화물의 함량은 예를들면 0.05 - 90 몰% 와 같은 0-100 몰%로 될 수 있으며, 전형적으로 5-90 몰%로 된다.
플레이트상의 상기 활성-전기촉매 코팅의 두께는 0.5 - 400 gm-2의 범위, 전형적으로 1 - 90 gm-2의 범위로 될 수 있다.
본 발명자는 상기 활성-전기촉매 코팅이 상기 기체와 외측층 사이에 중간층을 포함할 수 있다는 가능성을 배제하지 않는다. 그러한 중간층의 예로서는, 특히, 유럽특허공개 제052986호 및 유럽특허공개 제0107934호에 각각 개시된 열처리된 니오브 산화물 층 및 탄탈 층이 언급될 수 있다.
상기 코팅이 루테늄 산화물을 포함할 경우, 그것은 예를들면 RuO2/TiO2의 층 및 RuO2/SnO2의 층과 같은 다수의 상이한 층을 포함할 수 있다.
상기 코팅이 가해지는 기체는 전형적으로 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Ag, Pt, Ta, Pb, Al, 또는 그 합금, 바람직하게는 티타늄, 알루미늄 또는 스테인레스 강으로부터 선택된 금속으로 될 수 있다.
그러나, 본 발명자는 상기 기체가, 예를들면, 흑연, 탄소섬유 페이퍼, 탄소섬유 천, Ebonex(RTM)와 같은 비금속 재료 또는 카본-충전된 폴리프로필렌과 같은유기적 고분자 재료로 형성될 수 있다.
상기 활성-전기촉매 코팅은 예를들면, 열분해, 용사(thermal spraying), 금속 합금의 스크린-인쇄, 물리적 증착(PVD), 화학적 증착(CVD), 전기도금, 무전해도금 또는 스프레이 열분해에 선행되는 선구물질 용액의 페인팅(예를들면, 브러싱 ㄷ는 정전도장에 의함)에 의해 상기 기체에 가해질 수 있다.
PVD 에 의해 기체에 루테늄 산화물과 비-불활성 금속 산화물의 외측층을 포함하는 활성-전기촉매 코팅을 가하는 것은 본 출원인의 국제공개특허 제95/05499호에 보다 충분하게 개시되어 있다.
용사(溶射)에 의해 기체에 루테늄 산화물과 비-불활성 금속 산화물의 외측층을 포함하는 활성-전기촉매 코팅을 가하는 것은 본 출원인의 국제공개특허 제95/05498호에 보다 충분하게 개시되어 있다.
PVD 에 의해 (a) 세륨 및/또는 세륨 산화물과 적어도 하나의 비-불활성의 제8족 금속, 또는 (b) 백금 및/또는 백금 산화물과 루테늄 및/또는 루테늄 산화물의 외측 층을 포함하는 활성-전기촉매 코팅을 가하는 것은 본 출원인의 국제공개특허 제96/24705호에 보다 충분하게 개시되어 있다.
본 발명자는, 특히 이격 플레이트의 경우에, 기체의 예를들면 대향 표면과 같은 상이한 표면에 상이한 코팅이 가해질 수 있다는 가능성을 배제하지 않는다.
코팅될 표면은 상당히 복잡하게 될 수 있으며, 예를들면, 상기 코팅은 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트에 연결된 파이프워크, 특히 스택에 및/또는 스택으로부터 유체를 전달하기 위한 파이프워크내의 내측표면에 가해지는 것이 바람직하다. 그러므로, 사용된 코팅 기술은 코팅될 표면 영역의 성질, 특히 위상에 관련하여 선택될 수 있다. 복잡한 위상학으로 인하여, 침지 기술에 의한 코팅이 “시정선(line of sight)”적용을 포함하는 것에 대하여 바람직하다.
본 발명의 다양한 태양에 따른 연료전지 스택에 있어서, 그 구성부품들은, 예를들면, 기체를 전지 유닛에 공급하기 위한 수단으로부터 애노드와 캐소드까지 각각 연료 가스와 옥시던트 가스의 유동을 가능하게 하기 위한 매니폴드를 형성하는 슬롯과 같은 정렬된 포트를 구비할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도1을 참조하면, 이온-침투성 막(1 및 2)은 각각의 캐소드 전극(3 및 4)과 애노드 전극(도시되지 않았슴)을 지니며, 그것들은 각각의 주요 표면에 접합되어 있다. 각각의 막(1, 2)과 그것의 관련된 애노드 및 캐소드는 연료전지 유닛을 형성한다. 표면 특성(6)을 갖는 양극 이격 플레이트(5)가 이온-투과성 막(1 및 2) 사이에 그것의 전극 표면들과 접하여 배치된다. 전지 스택에서 발생된 전류를 외측의회로에 전달하기 위한 태브(9 및 10) 형태의 터미널을 구비한 터미널 플레이트(7 및 8)가 각각 막(1 및 2)에 인접하게 배치되어 있다. 도시된 실시예에 있어서는, 단지 하나의 양극 이격 플레이트(5)가 제시되어 있다. 실제로는, 일반적으로 인접한 쌍의 연료전지 유닛과 각각 관련된 다수의 양극 이격 플레이트가 배치될 것이다.
스택에 있어서, 막(1)은 터미널 플레이트(7)와 양극 플레이트(5) 사이에 견고하게 보지되어, 옥시던트 가스 챔버(11)와 연료 가스 챔버(12)를 형성한다. 마찬가지로, 막(2)은 터미털 플레이트(8)와 양극 플레이트(5) 사이에 견고하게 보지되어, 옥시던트 가스 챔버(13)와 연료 가스 챔버(14)를 형성한다.
수소 연료가 연료 가스 입구 콘딧(15)을 통하여 연료 가스 챔버(12 및 14)의 애노드에 공급되며, 부산물이 콘딧(16)을 통하여 제거된다. 옥시던트 가스가 옥시던트 가스 입구 콘딧(17)을 통하여 옥시던트 가스 챔버(11 및 13)의 캐소드(3 및 4)에 공급되며, 부산물이 콘딧(18)을 통하여 제거된다. 막(1 및 2)의 대향 코너에 배치된 개구부(19 및 20)는 수소 가스 입구 및 출구 콘딧(15 및 16) 및 양극 플레이트(5)의 개구부(21 및 22)와 정렬하여, 연료 챔버(12 및 14)내로 수소 연료 가스의 통과를 용이하게 하며, 그곳으로부터 부산물을 제거한다.
개구부(도시되지 않았슴) 및 막(1 및 2)의 대향 코너에 배치된 개구부(23)들은 옥시던트 입구 및 출구 콘딧(17 및 18) 및 개구부(24) 및 양극 플레이트(5)의 도시되지 않은 다른 개구부와 정렬하여, 옥시던트 챔버(11 및 13)내로 옥시던트 가스의 통과를 용이하게 하며, 그것으로부터 부산물을 제거한다.
엔드 플레이트(7 및 8), 막(1 및 2) 및 양극 플레이트(5)는 각각 다수의 개구부(25)를 구비하며, 그 개구부를 통하여 어셈블리 타이-로드(26; 그것들 중 단지하나만이 부분적으로 도시되어 있슴)가 통과하여 너트(26A)와 맞물림으로써, 연료전지 유닛과 양극 이격 플레이트가 엔드 플레이트(7 및 8)들 사이에 클램프된다. 비록 도시되지는 않았지만, 시일링 개스킷이 막 지지 플레이트(1 및 2), 양극 플레이트(5) 및 엔드 플레이트(7 및 8) 사이에 배치되어, 연료 전지 스택의 활성인 내부를 시일할 것이다.
엔드 플레이트(7 및 8)와 양극 플레이트(5)는 모두 본원에 정의된 것과같은 활성 전기촉매 재료의 코팅을 지님으로써, 전도성을 향상시키며, 경우에 따라, 예를들면 전극의 특성에 따라 플레이트에 내식성을 부여할 수 있다. 그 코팅은 또한 콘딧의 내측 표면과 태브(9 및 10)에도 가해질 수 있다. 그러한 코팅은 엔드 또는 터미널 플레이트(7, 8)의 코팅 중 효과적이다. 엔드 플레이트(7, 8)의 경우에는, 연료전지 스택의 내측을 향하여 제공되는 면들만이 실제로 코팅될 필요가 있다. 그러나, 간단한 코팅을 위해서는, 작업 중 연료전지 스택의 내측에 실질적으로 노출되지 않는 경계를 포함하는 엔드 플레이트의 전체면이 코팅될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 스택은 작동 중 발생된 열의 적어도 일부를 소산시키기 위한 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 그러한 냉각 수단은 냉각제 통로를 합체하도록 스택내에 하나 이상의 이격 플레이트를 적용하거나 도는 적절한 요소를 포함시킴으로써 설치될 수 있는데, 상기 냉각제 통로는 연료전지 스택의 활성 내측과 열 교환 관계에 있으며, 상기 냉각제 통로를 통하여 물 또는 공기와 같은 냉각제 유체가 통과될 수 있으며, 그 유체 냉각제 통로의 내측은 연료전지 스택의 내측으로부터 분리된다.
도2에 제시된 바와같이, 엔드 플레이트(7 및 8)는, 사용시 연료전지 스택이 지지되는 표면(G)과 맞물리기 위한 (엔드 플레이트의 기체 재료와 일체로 될 수 있는) 돌출부 또는 돌출부(30)들을 제공하도록 연료전지 스택(F)을 형성하는 나머지 플레이트들보다 더 넓은 횡단면적으로 된다. 원할 경우, 상기 지지용 돌출부(30)는 엔드 플레이트의 선택적 코팅을 실시할 필요를 배제함으로써 코팅 공정을 간단히 하도록 본원에 정의된 바와같은 활성 전기촉매 재료의 코팅을 지닐 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 엔드 플레이트(7, 8)는 특히 상기 스택에 압축을 가하기 위한 수단의 일부로서 사용될 수 있다; 변형된 실시예에 있어서, 집전용 엔드 플레이트와 연료전지 스택을 형성하는 다른 플레이트는, 예를들면 미국특허 제5840438호(양수인: Ballard)에 제시된 바와같이 독립된 가압용 플레이트의 내측에 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 집전용 플레이트보다는 오히려 독립된 가압용 플레이트가 상기 언급된 바와같은 지지용 돌출부를 구비할 수 있다. 미국특허 제5840438호에 개시된 바와같이, 상기 연료전지 스택은, 스택에 공급된 연료와 옥시던트 스트림내로 수증기의 도입을 위해 연료전지 유닛과 엔드 플레이트(또는 존재하는 경우 가압용 플레이트들 중 하나) 사이에 가습용 섹션을 포함할 수 있다.
본 발명의 부가의 실시예에 있어서, 예를들면, 카본-코팅된 페이퍼 또는 흑연-함침된 중합체 필름과 같은 전기 전도성이며 다공성인 확산 재료의 층이 옥시던트 가스 챔버(11 및 13) 및/또는 연료 가스 챔버(12 및14)에 배치된다. 예를들면,상기 확산 재료의 층은 양극 플레이트(5)와 막(1 및 2)의 인접한 전극 표면의 사이 및/또는 터미널 플레이트(7 및 8)와 막(1 및 2)의 인접한 전극 표면들 사이에 배치될 수 있다.
본 발명이 후술되는 예를 참고로 더 상세히 설명된다.
예1 및 2
이 예들은 활성-전기촉매 재료의 코팅의 생성이 루테늄 산화물 및 티타늄 산화물을 포함하는 것을 참고로 본 발명을 설명한다. 47.5 몰% 와 52.4 몰%의 조성의 코팅이 루테늄의 용액(2g)에 테트라-n-부틸 티탄산염(7.47g)을 가함으로써, 페탄-1-올(31g)에 루테늄 트리클로라이드로서 준비되었다. 예1에 있어서, 상기 용액의 일부가 브러시에 의해, 80-85C에서 8시간동안 10%의 수산용액에 에칭된 티타늄 기체에 가해졌다. 그 코팅된 기체는 180℃에서 건조된 후 450℃에서 구워졌으며; 이러한 방식으로 12회의 코팅이 가해졌다. 예2에 있어서는, 상기 기체가 그릿블라스팅된 316L 스테인레스 스틸 플레이트라는 점을 제외하고 예1의 절차가 반복되었다.
예3
이 예는 니켈/코발트 스피넬을 포함하는 활성-전기촉매 재료의 코팅의 적용을 설명한다. Co(NO3)2.6H2O 및 Ni(NO3)2.6H2O 의 전체 용질 농도는 0.4M이며, Co:Ni 비는 2:1이다. 이러한 용액의 5회의 코팅이 부러시에 의해, 에칭된 티타늄 기체에 가해졌으며, 각각의 코팅은 180℃에서 10분동안 건조되었다. 마지막 코팅을 가한 후, 플레이트는 350℃에서 10시간동안 어닐링되었다. 상기 기체에 혼합된 코발트/니켈 산화물의 코팅의 적재는 2.5g/m2이었다.
예4 - 6
이 예들은 활성-전기촉매 재료의 코팅이 루테늄 산화물 및 주석 산화물(예4 및 5) 및 루테늄 산화물, 주석 산화물 및 이리듐 산화물(예6)을 포함하는 적용을 설명한다. 이러한 예에 있어서, 코팅은 본 출원인의 국제공개특허 제96/24705호에 보다 충분하게 개시된 물리적 증착(PVD)에 의해 스테인레스 강(SS)의 기체에 가해졌으며, 상기 특허의 내용은 본원에 참고로 포함된다. 상기 SS 기체는 Arklone(RTM)에서 초음파에 의해 탈지되었으며, 그 후:
예4에 있어서, 스테인레스 강 기체는 어떠한 부가의 예비-처리도 되지 않았다;
예5에 있어서, 스테인레스 강 기체는 그릿 블라스팅 및 4-5볼트에서 10분까지 캐소드를 형성함으로써 10%의 수산용액에서의 에칭에 의해 예비-처리되었다;
예6에 있어서, 스테인레스 강 기체는 4-5볼트에서 10분까지 캐소드를 형성함으로써 10%의 수산용액에서의 에칭에 의해 예비-처리되었다.
상기 코팅들은 본 출원인의 국제공개특허 제96/24705호에 개시된 바와같이 Ru/Sn 공급원(예4 및 5) 또는 Ru/Sn/Ir 공급원을 사용하여 기체에 가해졌다. 상기기체상에 코팅의 적재는 35g/m2이었다.
예7
이 예는 세륨 산화물을 포함하는 활성-전기촉매 재료의 코팅의 적용을 설명한다. 티타늄 기체가 에칭되었으며, 코팅은 본 출원인의 유럽특허공개 제0546714호에 보다 충분하게 개시된 바와같은 세륨/니켈 파우더의 플라즈마 분사에 의해 가해졌으며, 상기 특허의 내용은 본원에 참고로 포함된다. 상기 기체상에 코팅의 적재는 380g/m2이었다.
예 8
본 예는 루테늄과 주석을 포함하는 활성-전기촉매 재료의 코팅의 적용을 설명한다. 에칭된 티타늄 플레이트와 백금 전극이 6M 염화수소산(1000 ml)의 루테늄 트리크로라이드(58 g) 및 주석 트리클로라이드(205 g)의 용액에 침지되었다. 티타늄 플레이트가 캐소들서 용액에 30분 동안 0.5 kA/m2에 상당하는 전류가 가해졌다. 티타늄 기체상에 Ru/Sn 코팅의 적재는 1.5 g/m2이었다.
예 9-10
본 예는 루테늄 산화물과 백금 산화물을 포함하는 활성-전기촉매 재료의 코팅의 적용을 설명한다. 예9에 있어서, 기체는 티타늄 플레이트였다. 예10에 있어서, 기체는 스테인레스 강 플레이트였다. 초산(100 ml)과 염화수소산(900 ml)의 혼합물의 RuCl3(7.4 g) 및 H2PtCl6(22.2 g)의 용액의 5회의 코팅이 상기 기체에 브러시에 의해 가해졌다. 각각의 코팅은 180℃에서 10분동안 건조된 후, 450℃에서 20분동안 소성(燒成)되었다. 마지막 코팅이 소성된 후, 코팅된 플레이트는 450℃에서 1시간동안 공기중에 가열되었다. 상기 기체상에 백금의 적재는 1.5 g/m2이었다.
예 11-12
본 예는 비-금속 기체에 대한 코팅의 적용을 설명한다. 이 실시예에 있어서, 기체는 Ebonex(RTM)이었다. 상기 기체가 IPA 에서 초음파 세정되었으며, 대기건조되고, 180℃에서 10분동안 가열되었다. 예11에 있어서, 활성-전기촉매 코팅은 백금 산화물과 이리듐 산화물을 70:30 의 중량비로 포함하며, 그 코팅의 적재는 1.5 g/m2이었다. 그 코팅은 펜탄올(1000 ml)의 H2IrCl6(11.9 g) 및 H2PtCl6(32.6 g)의 용액의 6회의 코팅을 브러시에 의해 상기 기체에 가함으로써 준비되었다. 각각의 코팅은 180℃에서 10분동안 건조되었으며, 그 후 500℃에서 20분동안 소성되었다. 마지막 코팅이 소성된 후 코팅된 플레이트는 450℃에서 1시간동안 가열되었다. 예12에 있어서, 활성-전기촉매 코팅은 루테늄 산화물과 티타늄 산화물을 35:65의 중량비로 포함하며, 그 코팅의 적재는 20 g/m2이었다. 그 코팅은 5회의 코팅이 가해지는 대신에 용액의 6회의 코팅이 가해진 것을 제외하고는 예1-2에 개시된 것과같이 준비되었다.

Claims (40)

  1. 다수의 연료전지 유닛 및 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트를 포함하는 연료전지 스택에 있어서, 상기 플레이트들 중 적어도 하나는 본원에 정의된 것과 같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 구비한 기체(substrate; 基體)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지 유닛들은 단극 또는 양극 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 스택.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플레이트는 유체 입구 구멍과 유체 출구 구멍을 지니며, 상기 입구 구멍으로부터 상기 출구 구멍까지 유체 유동을 전달하기 위한 채널을 형성하는 표면 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 스택.
  4. 제3항에 있어서, 상기 플레이트는 집전용 엔드 플레이트인 것을 특징으로 하는 스택.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서, 하나의 연료전지 유닛의 애노드로부터 인접한 전지유닛의 캐소드까지 전류를 전달하고 및/또는 상기 연료전지 스택에서 유체 유동을 분배하도록 사용시 작동가능한 적어도 하나 중간 이격 플레이트를 포함하며, 상기 이격 플레이트(들)는 본원에 정의된 것과같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 구비한 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택.
  6. 스택에 의해 발생되는 에너지가 공급되는 외측의 전기회로에 연결하기 위한 관이음쇠 또는 터미널을 지니는 연료전지 스택용 플레이트에 있어서, 상기 플레이트는 본원에 정의되는 것과같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 구비한 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 스택에 및/또는 상기 스택으로부터 유체를 전달하기 위한 파이프워크를 구비하는 것을 특징으로 하는 플레이트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 파이프워크의 내측 표면은 상기 코팅으로 적어도 부분적으로 피복되는 것을 특징으로 하는 플레이트.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한항에 있어서, 입구 구멍 및 출구 구멍이 상기 코팅된 플레이트(들)의 대향 측부에 배치되며, 상기 입구 구멍으로부터 상기 출구 구멍까지 유체 유동을 전달하기 위한 채널을 형성하는 표면 특성이 상기 입구 구멍과 출구 구멍 사이에서 연장하는 플레이트의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  10. 제3항 또는 제9항에 있어서, 상기 표면 특성은 일련의 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  11. 제3항 또는 제9항에 있어서, 상기 표면 특성은 구불구불한 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  12. 제3항 또는 제9항에 있어서, 상기 표면 특성은 엠보싱, 에칭, 조각, 주조, 스탬핑 또는 다이캐스팅되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  13. 제9항에 있어서, 상기 코팅된 플레이트는 부가의 유체 입구 구멍과 부가의 유체 출구 구멍을 지니며, 상기 부가의 입구 구멍으로부터 상기 부가의 출구 구멍까지 유체 유동을 전달하기 위한 채널을 형성하는 표면 특성을 갖는 그것의 대향 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한항에 있어서, 상기 기체는 금속으로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트는 모노리식 구조로 되는 것을 특지으로 하는 스택 또는 플레이트.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트는 복합 구조로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 하나 이상의 백금족 금속 또는 그 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 세륨 또는 그 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 루테늄 또는 그 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 적어도 하나의 다른 금속 산화물, 선택적으로 비-불활성 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  21. 제1항 내지 제19항 중 어느 한항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 원소 주기율표의 제8족으로부터의 적어도 하나의 금속 또는 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  22. 제19항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 PtO, Sb2O3, Ta2P5, PdO, CeO2, Co3O4, TiO2, SnO2, 및 IrO2중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  23. 제19항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 루테늄 산화물에 부가하여 TiO2를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  24. 제19항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 루테늄 산화물에 부가하여 SnO2를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  25. 제19항에 있어서, 상기 활성-전기촉매 재료는 루테늄 산화물에 부가하여 IrO2를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  26. Sn, Fe, Co, Ni 또는 Os, 바람직하게는 Sn을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속 또는 금속의 산화물 및 루테늄 또는 그 산화물의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 적어도 하나의 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트를 포함하는 PEM, 인산 또는 직접 메탄올 연료전지 조립체.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트의 기체는 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Ag, Pt, Ta, Pb, Al, 또는 그 합금으로부터 선택된 금속으로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  28. 제1항 내지 제26항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트는 알루미늄 또는 그 합금으로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  29. 제1항 내지 제26항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트의 기체는 티타늄 또는 그 합금으로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  30. 제1항 내지 제26항 중 어느 한항에 있어서, 상기 플레이트의 기체는 철 또는 그 합금으로 되는 것을 특징으로 하는 스택 또는 플레이트.
  31. 제1항 내지 제4항 및 제9항 내지 제30항 중 어느 한항에 있어서, 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트만이 상기 코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 스택.
  32. 애노드, 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 배치된 이온 교환 막을 각각 포함하는 다수의 연료전지 유닛, 상기 유닛의 애노드와 인접한 유닛의 캐소드사이에 배치된 다수의 이격 플레이트, 및 엔드 플레이트 및 또는 집전용 플레이트를 포함하는 연료전지 스택에 있어서, 적어도 하나의 엔드 프레이트 및/또는 집전용 플레이트, 및 선택적으로 적어도 하나의 이격 플레이트가 본원에 정의된 것과 같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  33. a) 전지를 양극액 챔버와 음극액 챔버로 분리하며 그것의 대향 측부에 애노드와 캐소드를 구비하는 양성자-교환 막을 각각 포함하는 다수의 연료전지 유닛;
    b) 인접한 전지 유닛들 사이에 배치된 이격 플레이트;
    c) 스택과 관련된 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트;
    d) 상기 스택의 양극액 챔버에 수소 연료를 공급하기 위한 수단; 및
    e) 상기 스택의 음극액 챔버에 산소-포함 가스를 공급하기 위한 수단을 포함하는 연료전지 스택에 있어서,
    적어도 하나의 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트, 및 선택적으로 적어도 하나의 이격 플레이트가 본원에 정의된 바와같은 활성-전기촉매 재료의 코팅을 갖는 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  34. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제33항 중 어느 한항에 있어서, 인산 연료전지 또는 직접 메탄올 연료전지로 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  35. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제34항 중 어느 한항에 있어서, 상기 스택의 내측을 냉각하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  36. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제35항 중 어느 한항에 있어서, 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 상기 스택의 나머지를 상기 표면과 이격된 관계로 지지하도록 지지표면과 맞물리기 위한 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  37. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제36항 중 어느 한항에 있어서, 상기 엔드 플레이트 및/또는 집전용 플레이트는 상기 스택에 압축을 가하기 위한 주요한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  38. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제37항 중 어느 한항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 외부에 배치된 가압용 플레이트를 통하여 상기 엔드 플레이트와 상기 스택의 나머지에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  39. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제38항 중 어느 한항에 있어서, 상기 엔드 플레이트는 상기 이격 플레이트보다 더 두껍게 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
  40. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제39항 중 어느 한항에 있어서, 상기 연료 및 상기 스택에 공급된 옥시던트 스트림에 수증기를 주입하기 위한 가습 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100751881B1 (ko) * 2006-09-06 2007-08-23 (주)퓨얼셀 파워 연료전지 스택
KR20220009759A (ko) * 2020-07-16 2022-01-25 전남대학교산학협력단 납으로 구성된 바이폴라플레이트 및 그 바이폴라플레이트를 포함하는 일체형가역연료전지

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0203324D0 (en) * 2002-02-13 2002-03-27 Ineos Chlor Ltd Plate treatment
DE10213134A1 (de) * 2002-03-23 2003-10-09 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzelle und Verfahren zum Kaltstarten einer solchen Brennstoffzelle
DE102004018619A1 (de) * 2004-04-16 2005-11-03 Volkswagen Ag Brennstoffzellenstapel mit Spannsystem
JP4032068B2 (ja) 2005-07-28 2008-01-16 株式会社神戸製鋼所 燃料電池用のセパレータに用いるチタン材
US20070287057A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Elhamid Mahmoud H Abd Method for making a hydrophilic corrosion resistant coating on low grade stainless steel/alloys for bipolar plates
CN105375039B (zh) 2010-08-31 2018-06-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种锂空气电池空气电极及其制备方法
CA2867068C (en) * 2012-03-13 2016-12-13 Nissan Motor Co., Ltd. Vehicle-mounted cell stack system
JP6176536B2 (ja) 2014-11-10 2017-08-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP6270694B2 (ja) * 2014-11-14 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0423448A1 (de) * 1989-09-20 1991-04-24 Asea Brown Boveri Ag Stromkollektor zur Stromleitung zwischen stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0424732A1 (de) * 1989-10-27 1991-05-02 Asea Brown Boveri Ag Stromübertragungselemente für stapelförmig angeordnete Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung
JPH0412457A (ja) * 1990-04-27 1992-01-17 Tonen Corp 高温型燃料電池
JPH0412456A (ja) * 1990-04-27 1992-01-17 Tonen Corp 高温型燃料電池
US5635039A (en) * 1993-07-13 1997-06-03 Lynntech, Inc. Membrane with internal passages to permit fluid flow and an electrochemical cell containing the same
NO180176C (no) * 1994-06-30 1997-02-26 Norske Stats Oljeselskap Strömoppsamleranordning for en brenselcellestabel
JPH10241715A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai 溶融炭酸塩型燃料電池
JPH11126620A (ja) * 1997-10-22 1999-05-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池用セパレータ
GB9821856D0 (en) * 1998-10-08 1998-12-02 Ici Plc Bipolar plates for fuel cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100751881B1 (ko) * 2006-09-06 2007-08-23 (주)퓨얼셀 파워 연료전지 스택
KR20220009759A (ko) * 2020-07-16 2022-01-25 전남대학교산학협력단 납으로 구성된 바이폴라플레이트 및 그 바이폴라플레이트를 포함하는 일체형가역연료전지

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