KR20030026930A - 연료 전지 조립체 - Google Patents

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KR20030026930A KR1020027014890A KR20027014890A KR20030026930A KR 20030026930 A KR20030026930 A KR 20030026930A KR 1020027014890 A KR1020027014890 A KR 1020027014890A KR 20027014890 A KR20027014890 A KR 20027014890A KR 20030026930 A KR20030026930 A KR 20030026930A
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Abstract

전해질 층(2), 전해질 층을 그 사이에 삽입시킨 한쌍의 확산 전극층(3,4) 및, 확산 전극층과 접촉하는 연료 및, 산화체 유체를 위한 통로(10,11)를 한정하는 한쌍의 유동 분배 플레이트(5)를 각각 구비하는 복수개의 전지를 구비한 연료 전지 조립체에 있어서, 연료 전지들은 공통의 평면상에 배치된다. 따라서, 연료 전지 조립체의 수직 치수는 최소화될 수 있으며, 유리한 전기적 특성의 연료 전지 조립체가 달성될 수 있다. 각 유동 분배 플레이트에는 규정된 패턴으로 전해질 층의 각 측상에 한정된 유체 통로에 교통되는 교통 통로가 통상적으로 형성된다. 교통 통로와 관통 구멍은 근접한 연료 전지가 반대인 극성을 가지는 방식으로 유체 통로에 교통된다.

Description

연료 전지 조립체{Fuel cell assembly}
연료 전지는 전해질 층 및, 전해질 층의 각 측상에 배치된 한쌍의 전극들을 구비하며, 대응하는 전극들에 공급되는, 수소 및, 알코올과 같은 연료 개스와 산소 및, 공기와 같은 산화 개스 사이에서 촉매의 보조로써 전기화학적 반응을 통해 전기를 발생시킨다. 다수의 상이한 유형의 연료 전지들이 제안되었다. 이들중 많은 것들은 액체 전해질을 이용하지만, 제조 및, 취급의 편리성으로 인해 고체 전해질이 점점 더 선호된다.
그러나, 각 전지로부터 생산된 전압 출력은 매우 낮아서 통상적으로 1 볼트 또는 그 미만의 정도이며, 대부분의 적용예들은 실질적으로 보다 높은 전압을 필요로 한다. 따라서, 개별의 연료 전지들을 전기적으로 직렬로 연결하거나 또는 다수의 개별 연료 전지들을 쌓게 된다. 어느 경우에 있어서도 제조 공정은 복잡하며, 제조 비용은 상승한다. 또한, 개별의 연료 전지들 사이에서 적절한 전기적인 절연을 보장하는 것과, 연료 전지 조립체내에서 전기적인 경로의 내부 저항을 감소시키는 것이 용이하지 않다.
통상적으로, 다수의 연료 전지 조립체에 대한 연료 및, 산소 통로를 형성할 필요성 때문에, 연료 전지 조립체의 집약적인 디자인을 달성하는데 어려움이 있었다. 특히, 이전에 제안된 연료 전지는 통상적으로 쌓여올려진 구조를 가졌으며, 이것은 쌓아올려진 방향으로 특정의 치수를 필요로 하였다. 그러나, 일부 적용예에서는, 연료 전지 조립체를 시이트의 형태로 제공하는 것이 요구된다.
본 출원은 2000.5.8 일자의 미국 가출원 60/202,827 호 및, 2000. 10.23 일자의 미국 가출원 60/242,136 호의 우선권을 주장하며 이들은 본원에 참고로서 포함된다.
본 발명은 평탄한 배열을 가진 연료 전지 조립체에 관한 것이다.
이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 구현예로서 주어진 연료 전지의 사시도이다.
도 2a 는 도 1 의 연료 전지의 일 측상에 제공된 교통 통로를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 도 1 의 연료 전지의 유동 분배 플레이트들중 하나를 도시하는 평면도이다.
도 2c는 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 배치된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 2d는 하나의 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 측들중 하나에 대한 평면도이다.
도 2e는 다른 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 다른 측에 대한 평면도이다.
도 2f는 다른 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 삽입된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 2g는 다른 유동 분배 플레이트의 평면도이다.
도 2h는 연료 전지의 다른 측상에 제공된 교통 통로 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 3a는 도 2b의 선 IIIa-IIIa 를 따라서 취해진 단면도이다.
도 3b는 도 2b의 선 IIIb-IIIb 를 따라서 취해진 단면도이다.
도 4a 및, 도 4b는 제 1 의 구현예에 대한 개량예를 도시하는 도 2a와 도 2b와 유사한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 구현예로서 주어진 연료 전지에 대한 사시도이다.
도 6a는 도 5 의 연료 전지의 일측상에 제공된 교통 통로 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 6b는 도 5 의 연료 전지의 유동 분배 플레이트들중 하나를 도시하는 평면도이다.
도 6c는 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 삽입된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 6d는 하나의 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 측들중 하나에 대한 평면도이다.
도 6e는 다른 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 다른 측에 대한 평면도이다.
도 6f는 다른 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 삽입된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 6g는 다른 유동 분배 플레이트의 평면도이다.
도 6h는 연료 전지의 다른 측상에 제공된 교통 통로 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 7a 및, 도 7b는 도 5 의 연료 전지의 유동 분배 플레이트에 대한 확대도이다.
도 8 은 도 7a의 선 VIII-VIII 을 따라서 취한 단면도이다.
도 9 는 도 7b의 선 IX-IX 를 따라서 취한 단면도이다.
도 10a 는 제 3 구현예의 연료 전지의 유동 분배 플레이트들중 하나를 도시하는 평면도이다.
도 10b 는 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 삽입된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 10c 는 하나의 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 측들중 하나에 대한 평면도이다.
도 10d는 다른 유동 분배 플레이트를 면하는 전해질의 다른 측에 대한 평면도이다.
도 10e 는 다른 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 삽입된 시일 플레이트를 도시하는 평면도이다.
도 10f는 다른 유동 분배 플레이트에 대한 평면도이다.
도 11a 및, 도 11b 는 제 3 구현예의 연료 전지의 유동 분배 플레이트에 대한 확대도이다.
도 12a 및, 도 12b는 본 발명에 따른 연료 전지 조립체의 전류-전압 도표이다.
선행 기술의 그러한 문제점에 비추어서, 본 발명의 주된 목적은 다수의 연료 전지를 평탄한 배치에서 일체의 조립체로서 구비하는 연료 전지 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 다수의 연료 전지를 쌓아올리지 않고도 높은 전압을 발생시킬 수 있는 연료 전지 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은 제조가 용이한 연료 전지 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 4 목적은 유리한 절연을 제공하는 연료 전지 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및, 다른 목적들은, 전해질 층을 구비하는 각각 구비하는 복수개의 전지들, 전해질 층을 그 사이에 삽입시킨 한쌍의 확산 전극 층들 및, 확산 전극 층들과 접촉하는 연료 및, 산화체 유체를 위한 통로를 한정하는 한쌍의 유동 분배 플레이트를 구비하며, 여기에서 연료 전지들이 공통의 평면상에 배치되는 연료 전지 조립체를 제공함으로써 달성된다.
따라서, 시이트 형태인 연료 전지 조립체가 얻어질 수 있으며, 이것은 소기의 높은 전압을 뜻대로 제공한다. 연료 유체와 산화체 유체를 전해질 층의 양측상에 제공된 확산 전극들과 인접한 유체 통로에 제공하도록, 전해질 층의 각 측상에서 규정된 패턴으로 한정된 유체 통로들을 교통시키는 교통 통로들은 유동 분배 플레이트의 적어도 일 측상에서 형성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 교통 통로들은 전해질 층을 면하는 각각의 유동 분배 플레이트의 일 측상에 주로 형성된다.
교통 통로들은 필연적으로 특정한 정도의 연료 전지 조립체의 부위를 차지하며, 그러한 부위는 직접적으로 전기를 발생시키는데 유효한 부위를 감소시킨다. 전기의 발생에 직접적으로 기여하지 않는 그러한 부위를 최소화시키도록, 교통 통로는 각 유동 분배 플레이트의 양측상에 연장될 수 있다. 그러한 고려에 기초하여, 교통 통로 플레이트는 전해질 층으로부터 이탈되어 면하는 유동 분배 플레이트들중 적어도 하나의 일측상에 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 교통 통로들은, 유동 분배 플레이트내에 형성된 관통 구멍을 통해서 대응하는 유체 통로들과 교통하도록 유동 분배 플레이트와 교통 통로 사이에 한정된 제 1 의 교통 통로들 및, 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 한정된 제 2 의 교통 통로들을 구비할 수 있음으로써, 유체 통로들이 제 1 및, 제 2 의 교통 통로에 의해서 공동으로 정해진 패턴에 따라서 서로 교통한다.
통상적으로, 각 유동 분배 플레이트들은 개별의 전지들을 형성하도록 전해질층을 면하는 그것의 일측상에 형성된 복수개의 요부들을 구비하는데, 요부들은 교통 통로에 의해 규정된 패턴에 따라서 서로 교통한다. 이러한 경우에, 전기의 발생에 직접적으로 기여하지 않는 연료 전지 조립체의 부위는 교통 통로 플레이트를 각 유동 분배 플레이트의 외측상에 배치함으로써 최소화될 수 있는데, 교통 통로 플레이트에는, 유동 분배 플레이트에 면하는 측상에서, 유동 분배 플레이트를 가로질러서 통과되는 관통 구멍과 공동으로 규정된 패턴에 따라서 요부들이 서로 교통하는 홈이 제공된다.
유체 통로와 교통하는 교통 통로들과 관통 구멍들은 인접한 연료 전지들이 반대인 극성을 가지는 방식으로 배치되는 것이 바람직스럽다. 그렇게 함으로써, 연료 전지를 전기적으로 직렬로 연결하는 배치가 단순화될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직스러운 구현예에 따르면, 연료 전지 조립체의 제조 과정이 단순화될 수 있도록 연료 전지들은 공통의 평탄한 전해질 층을 공유한다. 이러한 경우에, 연료 전지들은 전해질 층의 주변 부분에 배치된 것들과, 전해질 층의 중앙 부분에 배치된 것들을 구비할 수 있다.
연료 전지 조립체 안의 연료 유체와 산화체 유체 사이에 크로스토크(cross-talk)를 방지하는 것이 필수적이다. 이것은 인접한 요부들을 서로로부터 시일하기 위하여 각 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 배치된 시일 플레이트를 사용함으로써 용이하게 달성될 수 있는데, 교통 통로와 관통 구멍은 인접한 연료 전지들이 반대의 극성을 가지는 방식으로 요부와 교통한다.
시일 플레이트들중 하나에 중앙의 요부와 상대적으로 두터운 주변 부분이 제공된다면, 전해질 층이 중앙의 요부내에 수용되는 반면에 두개의 시일 플레이트들이 그것의 주변 부분을 따라서 서로 시일 가능하게 맞물리는 방식으로, 연료 전지 조립체의 주변 부분은 신뢰성 있는 방식으로 시일될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 시일 플레이트는 대응하는 유동 분배 플레이트의 대향하는 표면상에 형성된 대응 홈내에 수용되도록 적합화된 그리드(grid) 형상의 부분을 구비할 수 있다.
인접한 연료 전지들 사이의 직렬 전기 연결은 다수의 상이한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 확산 전극층들은 규정된 패턴에 따라서 인접한 전지들에 속한 전해질 층의 부분들을 가로질러서 연장될 수 있어서 복수개의 전지들중 적어도 일부는 전기적으로 직렬로 연결된다. 이와는 달리, 연료 전지들에는 개별적인 확산 전극층들이 제공될 수 있는데, 연료 전지 조립체는 규정된 패턴에 따라서 근접한 전지들의 확산 전극층을 가로질러 연장하는 상호 연결된 전극층들을 더 구비하여 복수개의 전지들중 적어도 일부가 전기적으로 직렬로 연결된다.
도 1 은 평탄한 연료 전지 조립체로서 주어진 본 발명의 제 1 구현예를 도시하는 분해 사시도이며, 도 2a 내지 도 2h는 연료 전지 조립체의 상이한 부분을 도시하는 평면도이다. 이러한 연료 전지 조립체에 있어서, 개량 알콜, 수소 개스 또는 그와 유사한 것으로 이루어진 연료는 공기와 같은 산화제와 함께 각 연료 전지 적재부에 공급된다. 연료와 산화제는 이러한 적용예를 통해서 개스로서 처리되지만, 당업자에 의해서 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이 알코올과 과산화수소와 같은 액체로 이루어질 수도 있다.
이러한 연료 전지 조립체는, 이러한 경우가 있을 수 있는 것으로서, 연료 개스 또는 산화제 개스에 대한 통로를 한정하기 위하여 공통의 평면상에 매트릭스 패턴으로 전해질 층(2)을 면하는 측상에 배치된, 복수개(이러한 경우에 16 개)의 사각형 요부(8,9)를 각각 가지는 한쌍의 유동 분배 플레이트(1,2) 사이에 배치된 전해질 층(3)을 구비한다. 전해질 층(3)으로부터 이탈되어 면하는 각 유동 분배 플레이트(1,2)의 측면에는 이후에 설명될 제 1 의 교통 통로를 한정하도록 교통 통로 플레이트(4,5)가 배치된다. 각 요부에 대응하는 개구(6a,7a)를 가진 시일 플레이트(6,7)는 각 요부(8,9)를 서로로부터 시일하도록 각 유동 분배 플레이트(1,2)와 전해질 층(3) 사이에 배치된다.
시일 플레이트(6)들중 하나는 균일한 두께를 가지는 단순한 플레이트로 구성된다. 시일 플레이트(7)중 다른 것은 상대적으로 두꺼운 주변 부분(7b), 두꺼운 주변 부분(7b)에 의해서 둘러싸인 중앙의 요부(7c) 및, 주변 부분(7b)으로부터 요부화된 상대적으로 얇은 중앙 부분(7d)을 가진다. 중앙 부분(7c)은 전해질 층(3)을 안정되게 수용하도록 치수가 정해진다. 따라서, 그렇게 중앙의 요부(7c)내에 배치된 전해질 층(3)으로, 시일 플레이트(6)의 하나를 다른 시일 플레이트(7)의 위에 배치함으로써, 두개의 시일 플레이트(6,7)들중 주변 부분들은 서로 밀접하게 접촉하도록 제작되며, 유동 분배 플레이트(6,7)의 요부(8,9)들은 실질적으로 서로로부터 시일된다.
연료 전지 조립체는 교통 통로 플레이트(4), 분배 플레이트(1), 시일 플레이트(6), 전해질 층(3), 시일 플레이트(7), 유동 분배 플레이트(2) 및, 교통 통로 플레이트(5)를 서로 위에 배치하고, 예를 들면 접합제를 사용하여 주변 부분을 함께 부착함으로써 형성된다. 적절할때에, 인접한 요부(8,9)들 사이의 경계 부위는 함께접합될 수도 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2e, 도 2f, 도 2g 및, 도 2h는 교통 통로 플레이트(5)의 측면으로부터 바라본 평면도이지만, 도 2d는 전해질 층(3)의 표면 위에 형성된 확산 전극층의 패턴을 보다 잘 도시하도록 다른 교통 통로 플레이트(4)로부터 바라본 평면도이다.
도 2a 내지 도 2h와 도 3a를 참조하면, 도시된 연료 전지 조립체는 복수개( 도시된 예에서는 16 개)의 동일한 전지(C)를 구비하며, 이들 각각은 유동 분배 플레이트(1,2)의 마주하는 표면상에 형성된 한쌍의 상호 마주하는 요부(8,9)로 구성되고, 전해질 층(3)의 대응하는 부분은 요부(8,9) 사이에 배치된다.
도 1, 도 2a 내지 도 2h 및, 도 3b를 참조하면, 12 개의 유동 분배 플레이트(1)의 요부(8)에는 유동 분배 플레이트(1)의 반대 측과 교통하는 작은 교통 구멍(11)이 제공된다. 유동 분배 플레이트(1)와 직접적으로 면하는 대응하는 교통 통로 플레이트(4)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(13)이 제공되는데, 이들 각각은 도 2a 및, 도 2b 에 가장 잘 도시된 바와 같이 작은 교통 구멍(11)의 대응하는 쌍과 교통한다. 마찬가지로, 유동 분배 플레이트(2)의 12 개의 요부(9)에는 작은 교통 구멍(12)이 각각 제공되는데, 이것은 유동 분배 플레이트(2)의 반대 측과 교통한다. 유동 분배 플레이트(2)와 직접적으로 면하는 대응하는 교통 통로 플레이트(5)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(14)이 제공되는데, 이들 각각은 도 2g 와 도 2h 에서 가장 잘 도시된 바와 같이 작은 교통 구멍(12)의 대응하는 쌍과 교통한다. 교통 통로 플레이트(4,5)들이 교통 구멍(11,12)과 협동하여 유동 분배 플레이트(1,2)의 마주하는 표면 위에 배치되었을때 이러한 경사진 홈들(13,14)은 제 1 의 교통 통로를 형성한다.
시일 플레이트(6)를 면하는 유동 분배 플레이트(1)의 표면에는 경사진 홈들(15)이 제공되는데, 이들 각각은 대각선으로 근접한 요부(8)의 쌍들을 서로 교통시키기 위한 것이다. 이러한 홈들(15)은 도 2b에 가장 잘 도시된 바와 같이 유동 분배 플레이트(1)가 시일 플레이트(6)의 위에 근접하게 배치되었을때 제 2 의 교통 통로를 형성한다. 마찬가지로, 시일 플레이트(7)에 면하는 유동 분배 플레이트(2)의 표면에는 대각선으로 근접한 요부(9)와 교통하기 위한 6 개의 경사진 홈(16)들이 제공된다. 이러한 홈들(16)은 도 2g에 가장 잘 도시된 바와 같이 유동 분배 플레이트(2)가 시일 플레이트(7)의 위에 근접하게 배치되었을때 제 2 의 교통 통로를 형성한다.
유동 분배 플레이트(1,2), 교통 통로 플레이트(4,5) 및, 시일 플레이트(6,7)는 단일의 크리스탈 실리콘으로 제작되며, 요부, 홈 및, 관통 구멍들은 그 안에서 이방성 에칭(습식 에칭)을 수행함으로써 사각형의 개구로서 형성된다. 그러나, 건식 에칭과 같은 다른 작업 공정이 사용되었을때, 개구의 형상은 뜻대로 선태될 수 있다.
도시된 구현예에서, 각 유동 분배 플레이트내의 요부들은 X 및, Y 의 양 방향에서 유동 분배 플레이트를 가로질러서 지그 재그 패턴으로 제 1 및, 제 2 교통 통로와 교통함으로써, X 및, Y 의 양 방향에서 근접한 요부의 각 쌍이 서로 상이한 개스 공급 시스템에 속하게 된다. 따라서, 연료 전지의 근접한 각 쌍에는 반대의극성이 주어진다.
이러한 경우에 수소 개스로 구성된 연료 개스(H)는 요부(8) 안으로 도입되는데, 이것은 홈(13,15)에 의해서, 교통 통로 플레이트(4)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(21,22), 유동 분배 플레이트(1)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(23,24) 및, 관통 구멍(23,24)으로부터 근접한 요부(8)로 연장되는 짧은 홈(25,26)을 통해서 서로 교통된다. 이러한 경우에 공기로 이루어진 산화제 개스(O)는 요부(8)로 도입되는데, 이것은 홈(13,15)에 의해서, 교통 통로 플레이트(4)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(27,28), 유동 분배 플레이트(1)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(29,30) 및, 관통 구멍(29,30)으로부터 연장된 짧은 홈(31,32)을 통해서 서로 교통된다. 용이하게 이해될 수 있는 바로서, 수소 개스 및, 공기는 상호 분리된 개스 통로 시스템으로 공급된다.
다음에 유동 분배 플레이트(1)의 요부(8)에 공급되었던 수소 개스(H)는, 시일 플레이트(6)를 면하는 유동 분배 플레이트(1)의 표면상에 형성된 짧은 홈(33,34), 시일 플레이트(6)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(37,28), 시일 플레이트(7)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(41,42) 및, 시일 플레이트(7)에 면하는 유동 분배 플레이트(2)의 표면상에 형성된 짧은 홈(45,46)을 통하여, 다른 유동 분배 플레이트(2)의 요부(9)로 전도된다. 요부(9)를 통하여 통과된 이후에, 수소 개스(H)는 유동 분배 플레이트(2)내에 형성된 짧은 홈(49,50)과 관통 구멍(51,52) 및, 교통 통로 플레이트(5)내에 형성된 관통 구멍(57,58)을 통해서 회수되거나 또는 배출된다. 수소 개스에 대한 요부(9)는 홈(16,14)에 의해서 서로 교통된다.
유동 분배 플레이트(1)의 요부(8)로 공급되었던 공기(O)는 다음에 시일 플레이트(6)를 면하는 유동 분배 플레이트(1)의 표면상에 형성된 짧은 홈(35,36), 시일 플레이트(6)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(43,44) 및, 시일 플레이트(7)를 면하는 유동 분배 플레이트(2)의 표면상에 형성된 짧은 홈(47,48)을 통하여 다른 유동 분배 플레이트(2)의 요부(9)로 전도된다. 요부(9)를 통하여 통과된 이후에, 산화제 개스(O)는 유동 분배 플레이트(2)내에 형성된 짧은 홈(53,54)과 관통 구멍(55,56) 및, 교통 통로 플레이트(5)내에 형성된 관통 구멍(59,60)을 통해서 회수되거나 또는 배출된다. 공기를 위한 요부(9)들은 다시 홈(16,14)에 의해서 서로 교통된다.
전해질 층(3)은 연료 전지의 모든 단위체에 공통적인 단일의 고체 전해질 층(61)과, 고체 전해질 층(61)의 두 표면 위에 배치된 개스 확산 전극층(62,63)을 구비한다. 각각의 개스 확산 전극 층(62,63)은 연료 전지 조립체내의 모든 전지들이 전기적으로 직렬로 연결되는 방식으로 한쌍의 근접한 연료 전지를 가로질러 연장한다. 고체 전해질 층(61)은 퍼플루오로카본설폰산(perfluorocarbonsulfonic acid)(Nafion:상표명), 페놀설폰산(phenolsulfonic acid), 폴리에틸렌설폰산(polyethylenesulfonic acid), 폴리트리플루오로설폰산(polytrifluorosulfonic acid)등으로 만들어질 수 있다. 개스 확산 전극층(62,63)은 백금 촉매를 함유하는 카본 시트와 같은 다공성 시트로 구성될 수 있다. 연료 전지 조립체의 근접한 전지들은 반대의 극성을 가지기 때문에, 근접한 연료 전지의 각 쌍들을 전해질 층의 같은 측상에 단순히 연결시킴으로써, 조립체내의 전체적인 연료 전지들은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
도면에 도시되어 있지 않았을지라도, 연료 전지의 일부 또는 모두는 각각의 대응하는 확산 전극 층들을 대각선으로 근접한 연료 전지를 가로질러 연장시킴으로써 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 그러한 직렬 및, 병렬의 배치를 적절하게 조합함으로써, 소기의 전압 또는 전류 용량을 가진 연료 전지 조립체를 달성할 수 있다.
상기 구현예에 있어서, 제 1 및, 제 2 교통 통로는, 유동 분배 플레이트에 면하는 교통 통로 플레이트(4)의 표면, 시일 플레이트(7)에 면하는 유동 분배 플레이트(1)의 표면, 시일 플레이트(7)에 면하는 유동 분배 플레이트(2)의 표면 및, 유동 분배 플레이트(5)를 면하는 교통 통로 플레이트의 표면에 형성된 홈들에 의해서, 관통 구멍들과 협동하여 한정되었지만, 반대의 표면들 또는 대향하는 양쪽 표면들내에 형성된 홈들에 의해서 한정될 수도 있다.
도 4a 및, 도 4b는 그러한 수정예를 도시한다. 도 4a 및, 도 4b에 도시된 수정된 구현예에 있어서, 제 1 의 교통 통로를 형성하는 경사진 홈들(14')은 교통 통로 플레이트(5) 대신에 유동 분배 플레이트(2')의 배면상에 형성된다. 경사 홈(14')은, 유동 분배 플레이트(2)의 배면 위에 또는 외측 표면 위에 배치된 덮개 플레이트(5')의 평탄한 표면과 협동하여, 대각선으로 근접한 관통 구멍(12)과 교통하는 제 1 의 통로를 한정한다. 다시 유사한 덮개 플레이트(미도시)의 평탄한 표면과 협동하여 제 1 의 교통 통로를 형성하도록 유사한 경사 통로(미도시)가 유동 분배 플레이트(1)의 배면상에 형성될 수 있다.
경사진 홈(14', 16)들은 상이한 에칭 레벨에서 서로 교차하는데, 하나의 세트(16)는 단일의 실리콘 웨이퍼의 전방측에 있고 다른 세트(14')는 단일의 실리콘 웨이퍼의 배면상에 있다. 이것은 덮개 플레이트(5')의 구성을 단순화시키며 유동 분배 플레이트내에서 보다 낳은 통로의 정렬을 제공한다. 따라서 덮개 플레이트(5')는 얇을 수 있으며, 관통 구멍을 유입 및, 유출 포트로서만 필요로 하기 때문에 매우 쉽게 제조할 수 있다. 포트들은 크기가 커질 수 있으므로 이제 정렬은 덜 중요한 것이며, 저렴한 비용의 방법이 이제 덮개 플레이트의 제조에 채용될 수 있다.
전해질 층(3)과 각 유동 분배 플레이트(1,2) 사이에서 필요한 시일링이 이루어진다면, 시일 플레이트(6,7)를 제거할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 제 2 구현예로서 주어진 연료 전지 조립체의 분해 사시도이다. 이러한 구현예에서, 이전의 구현예의 부품에 대응하는 부품들은 동일한 번호에 100 을 더하여 표시되었으며, 그러한 부분에 대한 설명은 불필요한 설명을 회피하도록 다음의 설명으로부터 배제되었다. 도 6a 내지 도 6h는 연료 전지 조립체의 상이한 구성부에 대한 평면도이며, 도 7a 및, 도 7b는 유동 분배 플레이트(101,102)의 확대된 평면도이다. 이러한 구현예에서 연료 개스 및, 산화제 개스에 대한 유동 설계는 제 1 구현예의 것과 유사하기 때문에, 그에 대한 상세한 설명은 다음의 설명으로부터 배제된다.
이러한 경우에 있어서도, 연료 개스 및, 산화제 개스에 대한 통로를 한정하도록, 연료 전지 조립체는, 각 경우에 있어서 X 와 Y 의 양 방향으로 배치된 복수개(이러한 구현예에서는 16 개)의 요부(108,109)를 각기 한정하는 한쌍의 유동 분배 플레이트(101,102) 및, 유동 분배 플레이트(101,102) 사이에 배치된 전해질 층(103)을 구비한다. 전해질 층(103)으로부터 이탈하여 면하는 각 유동 분배 플레이트(101,102)의 표면상에는 제 1 의 구현예와 유사한 방식으로 제 1 의 교통 통로를 한정하기 위하여 교통 통로 플레이트(104,105)가 배치된다.
전해질 층(103)을 면하는 유동 분배 플레이트(101)의 표면에는 각 요부(109)를 둘러싸도록 그리드(gird)의 패턴으로 홈(101a)이 형성된다. 이러한 홈(101a)은 그리드 형상의 시일 플레이트(106)를 수용한다. 다른 시일 플레이트(107)는 전해질 층(103)과 다른 유동 분배 플레이트(102) 사이에 배치된다. 시일 플레이트(107)는 상대적으로 두꺼운 두께를 가진 주변 부분(107a), 중앙의 요부(107b) 및, 중앙의 요부(107b)의 저부에 형성된 그리드 형상의 시일 부분(107c)을 구비한다. 그리드 형상의 부분(107c)은 구조에 있어서 시일 플레이트(106)와 유사하며, 각 요부(109)를 둘러싸도록 그리드 형상의 유동 분배 플레이트(102)내에 형성된 홈(102a)내에 수용된다.
연료 전지 조립체는 교통 통로 플레이트(104), 유동 분배 플레이트(101), 시일 플레이트(106), 전해질 층(103), 시일 플레이트(107), 유동 분배 플레이트(102) 및, 교통 통로 플레이트(105)를 하나를 다른 것의 위에 배치함으로써, 그리고 예를 들면 접합제를 사용하여 주변 부분을 함께 부착함으로써 형성된다. 전해질 층(103)은 시일 플레이트(107)의 중앙 요부(107b)내에 안착되어 수용되며, 시일 플레이트(107)의 그리드 형상 시일 부분(107c)은 유동 분배 플레이트(102)의 대응하는 홈(102a)내에 수용되는 반면에 그리드 형상의 시일 플레이트(106)는 유동 분배 플레이트(101)의 대응하는 홈(101a)내에 수용된다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e, 도 6f 및, 도 6h는 교통 통로 플레이트(105)의 측부로부터 바라본 평면도이지만, 도 6g는 전해질 층(103)의 표면 위에 형성된 확산 전극의 패턴을 보다 잘 도시하도록 다른 교통 통로 플레이트(104)로부터 바라본 평면도이다.
이러한 구현예에서도, 유동 분배 플레이트(101)의 각 요부들(108), 반대편의 유동 분배 플레이트(102)의 마주하는 요부(109) 및, 상기 요부(108,109)들 사이에 배치된 전해질 층(103)의 일부는 연료 전지(C)를 한정한다. 도시된 연료 전지 조립체는 16 개의 그러한 독립적인 연료 전지로 구성된다.
도 8 및, 도 9 를 참조하면, 시일 플레이트(106) 및, 전해질 층(103)은 연료 전지 조립체의 조립 상태에서 시일 플레이트(107)의 중앙 요부(107b)내에 수용되기 때문에, 교통 통로 플레이트(104), 유동 분배 플레이트(101), 시일 플레이트(107), 유동 분배 플레이트(102) 및, 교통 통로 플레이트(105)가 측방향으로부터 하나가 다른 것의 위에 적재된 것으로 보일 수 있다. 연료 전지 조립체의 내측에서, 유동 분배 플레이트(101), 전해질 층(103) 및, 유동 분배 플레이트(102)는, 시일 플레이트(106,107)가 각 연료 전지를 시일하는 상태에서, 하나가 다른 것의 위에 적재된다.
도 5, 도 6a 내지 도 6h 및, 도 9 를 참조하면, 유동 분배 플레이트(101)의 12 개 요부(18)들에는 유동 분배 플레이트(101)의 다른 측에 도달하는 교통구멍(111)이 제공된다. 유동 분배 플레이트(101)에 면하는 교통 통로 플레이트(104)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(113)들이 제공되어서 그 각각이 작은 교통 구멍(111)의 대응하는 쌍과 교통한다. 따라서, 대각선으로 마주하는 요부(108)의 쌍들은 관통 구멍(111)과 홈(113)에 의해서 형성된 제 1 의 교통 통로를 통해서 도 6a 및, 도 6b에 도시된 패턴에 따라서 서로 교통한다. 마찬가지로, 다른 유동 분배 플레이트(102)의 요부(109)에는 유동 분배 플레이트(102)의 다른 측에 도달하는 교통 구멍(112)이 제공된다. 유동 분배 플레이트(102)를 면하는 교통 통로 플레이트(105)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(114)이 제공되는데, 그 각각은 작은 교통 구멍(112)의 대응하는 쌍과 교통한다. 따라서, 요부(109)의 대각선으로 마주하는 쌍들은 관통 구멍(112)과 홈(114)에 의해서 형성된 제 1 의 교통 통로를 통해서 도 6f, 도 6g 및, 도 6h에 도시된 패턴에 따라서 서로 교통된다.
전해질 층(103)과 시일 플레이트(106)를 면하는 유동 분배 플레이트(101)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(115)이 형성되어 있으며, 그 각각은 대각선으로 근접한 요부(108)의 쌍과 교통한다. 각 홈(115)은 도 8 에 도시된 바와 같은 시일 플레이트(106)를 수용하도록 홈(101a)보다 깊어서 시일 플레이트(106)는 홈(115)을 막지 않는다. 시일 플레이트(106)와 전해질 층(103)은 유동 분배 플레이트(101)의 위에 근접하게 배치되므로, 홈(115)은 제 2 의 교통 통로를 한정하고, 대각선으로 근접한 요부(108)의 각 쌍은 도 6a 및, 도 6b에 도시된 패턴에 따라서 서로 교통한다. 마찬가지로, 시일 플레이트(107)에 면하는 유동 분배 플레이트(102)의 표면에는 6 개의 경사진 홈(116)들이 형성되어 있는데, 그 각각은 대각선으로 근접한요부(109)의 상과 교통한다. 시일 플레이트(107)의 그리드 형상 시일 부분(107c)과 전해질 층(103)은 유동 분배 플레이트(102)의 위로 근접하게 배치되므로, 홈(116)은 제 2 의 교통 통로를 한정하고, 대각선으로 근접한 요부(109)의 각 쌍은 도 6f, 도 6g 및, 도 6h에 도시된 패턴에 따라서 서로 교통된다.
전해질 층(103)은 단일의 고체 전해질 층(161) 및, 요부(108,109)들과 같은 패턴으로 배치된 32 개의 확산 전극층(162,163)을 구비하는데, 32 개의 확산 전극층들중 16 개는 고체 전해질 층(161)의 일 측상에 있고, 나머지 16 개는 다른 측상에 있게 된다. 이러한 확산 전극층(162,163)들은 요부(108,109)와 일치되며, 요부(108,109)보다 약간 크다. 고체 전해질 층(161)의 일측상에 있는 개스 확산층(162)만이 도 6d에 도시되어 있지만, 개스 확산층(163)은 또한 대응하는 위치에서 고체 전해질 층(161)의 다른 측상에 제공되다.
도 7a 및, 도 7b를 참조하면, 전해질 층(103)을 면하는 유동 분배 플레이트(101)의 표면에는 증기 증착 또는 그와 유사한 것에 의해서 형성되고 금(Au)으로 구성된 상호 연결 전극(121)이 형성된다. 마찬가지로, 전해질 층(103)을 면하는 유동 분배 플레이트(102)의 표면에는 유사한 상호 연결 전극(122)이 형성된다. 이러한 상호 연결 전극(121,122)은 제 1 구현예의 개스 확산 전극(62,63)과 유사한 패턴으로 배치되고, 연료 전지(C)들을 직렬로 연결시킨다. 상호 연결 전극(121,122)은 요부(108,109)의 주변 부분에 걸쳐서 놓여짐으로써 적절한 접촉 표면이 각각의 상호 연결 전극과 대응하는 요부 사이에서 보장될 수 있다.
상호 연결 전극(121,122)은 각각의 요부(108,109)의 내부 안으로 연장된다.이것은 상호 연결 전극(121,122)의 유효 단면적을 증가시키며, 각 연료 전지의 내부 전기 저항을 감소시킨다.
필요하다면, 복수개의 돌출부는 마주하는 개스 확산 전극층과 접촉하기 위하여 각 요부(108,108)내에 형성될 수 있으며, 상호 연결 전극(121,122)은 다음에 돌출부 위에도 형성될 수 있다. 확산 전극층들은 그들의 높은 다공성에 기인하여 상대적으로 높은 전기 저항을 통상으로 가지게 되며 따라서 확산 전극층에 포함된 백금 촉매는 전류의 현저한 부분을 운반할 수 있다. 따라서, 상호 연결 전극(121,122)을 개스 확산 전극층과 이러한 돌출부를 통해서 복수개의 지점에서 전기적으로 접촉시킴으로써, 각 연료 전지의 내부 전기 저항은 최소화될 수 있다.
유동 분배 플레이트(101), 전해질 층(103) 및, 유동 분배 플레이트(102)는 이러한 순서로써 근접하게 접촉되어 하나가 다른 것의 위에 배치되므로, 상호 연결 전극(121,122)은 도 8 및, 도 9 에 도시된 바와 같이 개스 확산 전극 층(162,163)과 접촉하며, 연료 전지(C)는 모두 전기적으로 직렬로 연결된다. 따라서, 각각의 개스 확산 전극 층이 상대적으로 높은 전기 저항을 가질때 조차도, 연료 전지 조립체의 전체적인 전기 저항을 최소화시킬 수 있으며, 높은 전력 발생 효율을 보장할 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 제 3 구현예를 도시한다. 이러한 구현예에서, 전해질과 개스 확산 전극의 구조 및, 연료 전지의 상이한 단위체 사이의 전기적인 연결은 제 1 구현예의 것들과 상이하지 않으며, 따라서 다음의 설명에서는 생략된다. 사실, 본 발명의 설명에서, 제 1 구현예의 부품들에 대응하는 부품들은 동일한 번호에 200 을 더하여 표시되었으며, 그러한 부품들에 대한 설명은 불필요한 설명을 회피하도록 다음의 설명으로부터 생략되었다.
이러한 구현예의 연료 전지 조립체는 한쌍의 유동 분배 플레이트(201,202) 및, 두개의 유동 분배 플레이트(201,202) 사이에 밀접하게 배치된 전해질 층(203)을 구비하며, 상기 한쌍의 유동 분배 플레이트에는 각각 연료 개스 또는 산화제 개스를 전도시키기 위한 요부(208,209) 및, 그러한 개스 통로 시스템의 요부를 서로 교통시키는 두개의 통로 시스템이 제공된다. 이러한 구현예에서, 전해질 층(203)으로부터 이탈되게 면하는 유동 분배 플레이트(201,202)의 측면에는 이전의 구현예에 반대인 그 어떤 교통 통로 플레이트도 제공되지 않는다. 요부(208)에 대응하는 사각형 개구(206a)가 제공된 시일 플레이트(206)는 각 연료 전지를 인접한 전지들로부터 시일하도록 유동 분배 플레이트(201)와 전해질 층(203) 사이에 삽입되며, 그리고 규정된 교통 통로를 통해서만 교통을 허용한다. 요부(209)에 대응하는 사각형 개구(207a)가 제공된 유사한 시일 플레이트(207)는 연료 전지를 인접한 연료 전지로부터 시일하도록 유동 분배 플레이트(202)와 전해질 층(203) 사이에 배치된다.
시일 플레이트(207)는 상대적으로 두꺼운 주변 부분(206a), 중앙 요부(206b) 및, 중앙 요부(206b)의 저부 부분에 제공된 그리드 형상의 시일 부분(206c)을 구비한다. 중앙 요부(206b)는 전해질 층(203)을 안착되게 수용하도록 적합화된다. 전해질 층(203)이 시일 플레이트(206)의 중앙 요부(206b)내에 수용된 상태에서 시일 플레이트(207)를 시일 플레이트(206)의 위에 배치함으로써, 두개의 시일 플레이트(206,207)의 주변 부분들은 시일링 맞물림 상태가 된다.
도 11a의 확대된 도면에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 유동 분배 플레이트(201)의 요부(208)는 연료 개스 통로 시스템을 형성하는 교통 홈(211)과 산화제 개스 통로 시스템을 형성하는 교통 홈(212)을 통해서 교번하는 방식으로 서로 교통된다. 이러한 통로(211,212)들은 요부(208)를 둘러싸는 주변 영역과 그리드 형상의 영역내에서 형성된다. 마찬가지로, 도 11b에 도시된 바와 같이, 유동 분배 플레이트(202)의 요부(209)는 산화제 개스 통로 시스템을 형성하는 교통 홈(213) 및, 연료 개스 통로 시스템을 형성하는 교통 홈(214)을 통해서 교번하는 방식으로 서로 교통된다. 이러한 통로(213,214)들은 다시 요부(209)를 둘러싸는 주변 영역과 그리드 형상의 영역내에서 형성된다. 유동 분배 플레이트(201,202)를 전해질 층(203)의 상이한 측 위에 배치함으로써, 16 개의 연료 전지의 각 근접한 쌍들은 상호 대향하는 방식으로 두개의 개스 통로 시스템과 연관되고, 따라서 상호 반대인 전기 극성이 주어진다. 각 요부(208,209)들에는 부분적으로 요부를 가로질러 연장되는 중앙의 격벽(208a,209a)이 제공됨으로써 개스 유동은 요부의 전체적인 체적에 걸쳐서 순환될 수 있다.
수소 개스로 구성될 수 있는 연료 개스(H)는 유동 분배 플레이트(201)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(216)과 유입 통로(217)를 통해서 유동 분배 플레이트(201)의 요부(208)로 공급된다. 공기로 구성될 수 있는 산화제 개스(O)는 유동 분배 플레이트(201)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(218)과 유입 통로(218)를 통해서 유동 분배 플레이트(201)의 요부(208)로 공급된다.
유동 분배 플레이트(201)의 요부(208)를 통과하였던 연료 개스(H)는, 유동분배 플레이트(201)의 주변 부분에 형성된 배출 통로(222), 시일 플레이트(206)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(224), 시일 플레이트(207)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(226) 및, 다른 유동 분배 플레이트(202)내에 형성된 유입 통로(228)를 통해서 다른 유동 분배 플레이트(202)의 요부(209)로 공급된다. 요부(209)를 통과한 이후에, 연료 개스(H)는 교통 홈(213)을 통해서 유동 분배 플레이트(202)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(232)과 배출 통로(230)로부터 배출된다.
유동 분배 플레이트(201)의 요부(208)를 통과하였던 산화제 개스(O)는, 유동 분배 플레이트(201)의 주변 부분내에 형성된 배출 통로(223), 시일 플레이트(206)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(225), 시일 플레이트(207)의 주변 부분내에 형성된 관통 구멍(227) 및, 다른 유동 분배 플레이트(202)내에 형성된 유입 통로(229)를 통해서, 다른 유동 분배 플레이트(202)의 요부(209)로 공급된다. 요부(209)를 통과한 이후에, 산화제 개스(O)는 교통 홈(214)를 통해서 유동 분배 플레이트(202)의 주변 부분에 형성된 관통 구멍(233)과 배출 통로(231)로부터 배출된다.
도 12a는 본 발명에 따른 2 개 전지 조립체의 실제 전류-전압 도표를 도시한다. 도 12a는 실제로 연속적인 일체형 멤브레인을 가지고 수행되었으며, 상기 멤브레인상으로 전극의 쌍이 접합되었고 개스 채널들은 관 및, T 자(tee) 연결구로써 외부에 연결되었다. 이러한 연료 전지 조립체의 상세는 다음에 정리되었다.
- 두개의 전지 조립체, 전지당 22mm ×22 mm
- 연속적인 나피온(Nafion)과 카본 천으로 구성된 MEA
- 촉매 Pt/C 0.4 mg/㎠
- 습식 에칭, 400 ㎛의 아일랜드(island), 150 ㎛의 깊이인 유리 유동 구조
- 상호 연결을 위하여 유동 구조상에 200nm 으로 스퍼터링된 금
- 연료: 수소, 35kPa, 습윤되지 않음.
- 산화체 : 산소, 35kPa, 습윤되지 않음.
- 전지에 대한 외부 가열 없음.
도 12b는 본 발명에 따른 4 개의 전지 조립체의 실제 전류-전압 도표를 도시한다. 도 12b의 실험은 단일의 실리콘 웨이퍼상에서 모든 채널이 통합된 디자인으로 연결된 것을 가진 유동 구조로써 수행되었다. 개별의 구획부는 실리콘 웨이퍼의 배면측상의 경사 홈과 전방측상의 교차 채널에 의해서 연결되었다. 그러나, 이러한 제 2 의 예에서는 실제로 서로에 근접하게 위치된 4 개의 분리된 MEA 들이 있었지만, 단일의 공통적인 MEA 가 사용되었다면 실질적으로 동일한 결과들이 획득되었다. 이러한 연료 전지 조립체의 상세는 다음에 설명되었다.
- 4 개 전지 조립체, 전지당 10 mm
- 나피온(Nafion)과 카본 천(carbon cloth)으로 구성된 MEA
- 촉매 Pt/C 0.4 mg/㎠
- 건식 에칭, 100 ㎛의 아일랜드(island), 200 ㎛의 깊이인 Si 유동 구조
- 상호 연결을 위하여 유동 구조상에 110nm 으로 스퍼터링된 금
- 연료: 수소, 100 kPa, 습윤되지 않음.
- 산화체 : 산소, 100 kPa, 습윤되지 않음.
- 전지에 대한 외부 가열 없음.
양쪽의 경우에 있어서, 상대적으로 큰 전류가 연료 전지 조립체로부터 유인되었을 때조차 출력 전압은 개별의 연료 전지의 출력 전압의 합보다 현저하게 작지 않았다. 이것은 개별 전지들 사이의 유리한 절연 및, 연료 전지 조립체의 전기 도전 경로내에서의 낮은 내부 저항을 나타낸다.
본 발명이 그것의 바람직한 구현예를 참고로 설명되었을지라도, 다양한 변형 및, 수정이 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위로부터 이탈함이 없이 가능하다는 점이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 예를 들면, 연료 전지를 위한 연료 및, 산화체가 본 출원의 문장을 통해서 개스로 구성되는 것으로서 설명되고 청구되었을지라도, 이들은 본 출원의 범위 및, 사상을 이탈함이 없이 액체로 구성될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
본 발명은 연료 전지 분야에서 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 각각 전해질 층을 구비하는 복수개의 전지, 상기 전해질 층을 그 사이에 삽입시킨 한쌍의 확산 전극층 및, 상기 확산 전극 층에 접촉하는 연료와 산화체 유체에 대한 통로를 한정하는 한쌍의 유동 분배 플레이트를 구비하는 연료 전지 조립체로서,
    상기 연료 전지들은 공통의 평면상에 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질 층의 각 측면상에서 규정 패턴으로 한정된 유체 통로와 교통하는 교통 통로는 상기 유동 분배 플레이트의 적어도 일측상에 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 교통 통로들은 상기 전해질 층을 면하는 상기 각각의 유동 분배 플레이트의 측면상에 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질층으로부터 이탈되게 면하는 상기 유동 분배 플레이트들중 적어도 하나의 측면상에 배치된 교통 통로를 더 구비하고,
    상기 교통 통로는, 상기 유동 분배 플레이트에 형성된 관통 구멍을 통해서 대응하는 유동 통로와 교통하도록 상기 유동 분배 플레이트와 교통 통로 플레이트 사이에 한정된 제 1 의 교통 통로 및, 상기 유동 분배 플레이트와 전해질 층 사이에 한정됨으로써 상기 유체 통로들이 상기 제 1 및, 제 2 의 교통 통로에 의해 공동으로 규정된 패턴을 따라서 서로 교통하는 제 2 의 교통 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 교통 통로 및, 관통 구멍들은 근접한 연료 전지들이 반대의 극성을 가지는 방식으로 상기 유체 통로와 교통하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지들은 공통의 평탄한 전해질 층을 공유하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연료 전지들은 상기 전해질 층의 주변 부분내에 배치된 것과, 상기 전해질 층의 중앙 부분내에 배치된 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 유동 분배 플레이트는 개별의 전지를 형성하도록 상기 전해질 층을 면하는 그것의 일측면상에 형성된 복수개의 요부를 구비하고, 상기 요부들은 상기 교통 통로에 의하여 규정된 패턴을 따라서 서로 교통되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유동 분배 플레이트상에 배치된 교통 통로 플레이트를 더 구비하고, 상기 교통 통로에는, 상기 유동 분배 플레이트를 면하는 측면상에, 상기 유동 분배 플레이트를 가로질러 통과하는 관통 구멍과 공동으로 규정된 패턴을 따라 상기 요부들과 서로 교통하는 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    근접한 요부들을 서로로부터 시일하도록 상기 각 유동 분배 플레이트와 상기 전해질 층 사이에 배치된 시일 플레이트를 더 구비하고, 상기 교통 통로 및, 관통 구멍들은 근접한 연료 전지들이 반대인 극성을 가지는 방식으로 상기 요부들과 교통하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전해질 층이 상기 중앙의 요부내에 수용되는 반면에 상기 두개의 시일 플레이트들은 주변 부분을 따라서 서로 시일되게 맞물리는 방식으로, 상기 시일 플레이트들중 하나에는 중앙의 요부 및, 상대적으로 두꺼운 주변 부분이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 시일 플레이트들중 적어도 하나는 대응하는 유동 분배 플레이트의 대향하는 표면상에 형성된 대응 홈들내에 수용되도록 적합화된 그리드 형상의 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 전극 층은 규정된 패턴에 따라서 근접한 전지에 속하는 상기 전해질 층의 부분들을 가로질러 연장됨으로써 상기 복수개의 전지들중 적어도 일부는 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지들에는 개별의 확산 전극 층이 제공되고, 상기 연료 전지 조립체는 규정된 패턴에 따라서 근접한 전지의 확산 전극 층을 가로질러 연장되는 상호 연결되는 전극 층들을 더 구비함으로써 상기 복수개의 전지들중 적어도 일부는 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
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