KR20040015113A - 연료전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20040015113A KR10-2003-7013750A KR20037013750A KR20040015113A KR 20040015113 A KR20040015113 A KR 20040015113A KR 20037013750 A KR20037013750 A KR 20037013750A KR 20040015113 A KR20040015113 A KR 20040015113A
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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

전해질막의 파손을 방지하고, 전지의 조립 공정을 용이화하기 위해, 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 이 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 밀봉하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지에 있어서, 개스킷은 세퍼레이터와 마주보고 가스 확산층 표면 상에 형성되며, 적어도 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 제 1 및 제 2 가스 확산층에 배치된 개스킷은 적어도 제 1 및 제 2 가스 확산층을 공통으로 관통하는 관통공을 통해 일체화된다.

Description

연료전지 및 그 제조 방법{FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THE FUEL CELL}
종래부터 도 21에 나타낸 바와 같이, 전해질막(51), 촉매 전극(52, 53), 가스 확산층(54, 55), 세퍼레이터(56, 57) 및 개스킷(58, 59)을 조합한 연료 전지가 주지되어 있다. 이들 구성 부품에서, 전해질막(51)은, 그 양면에 배치된 촉매 전극(52, 53)과 함께 막 전극 복합체(60; 반응 전극부 또는 MEA라고도 부른다)를 구성하고 있으며, 이 막 전극 복합체(60)는, 그 양면에 배치된 가스 확산층(54, 55)과 함께 UEA(61)를 구성하고 있다. 또한, 도 22에 나타낸 바와 같이, 상기 세퍼레이터(56, 57)에는 소정의 평면 레이아웃을 가지고 가스 소통홈(62)이 설치되어 있는데, 이 부분에 대해서는 개스킷(58 또는 59)을 대신하여 스페이서(63)가 배치된다. 기타 부분에 대해서는, 세퍼레이터(56, 57)에 고정시킨 개스킷(58, 59) 사이에 전해질막(51)을 끼움으로써 밀봉성을 확보한다.
그러나, 이러한 종래 기술에서는, 상기한 바와 같이 세퍼레이터(56, 57)에 고정시킨 개스킷(58, 59) 사이에 전해질막(51)을 끼움으로써 밀봉성을 확보하고 있기 때문에, 개스킷(58, 59) 근방에서 전해질막(51)이 파손되기 쉽다는 문제점이 있다. 전해질막(51)은 전지의 운반·정지에 의한 건조·습윤의 영향을 받기 쉬우며, 막의 수축·팽창에 의한 커다란 스트레스를 받아 단시간에 파손될 우려가 있다. 또한, 상기한 종래 기술에서는 아울러, 가스 소통홈(62)의 부분에 강성이 높은 스페이서(63)를 별도로 배치할 필요가 있기 때문에, 전지의 조립 공정이 번잡해지고, 다른 부분과 전해질막(51)과의 접촉 상태가 다른 것으로 인해서도 전해질막(51)이 파손되기 쉬운 구조로 된다.
또한 상기한 종래 기술에서는, 전지의 조립시에 상기 구성 부품을 순차적으로 부착시키는데, 이러한 점에서도 조립 공정이 번잡하다는 문제점이 있다. 즉, 상기한 바와 같이 연료 전지는, 그 주된 구성 부품으로서, 탄소 플레이트 등으로 이루어진 세퍼레이터, 가스를 반응시키기 위한 막 전극 복합체, 가스의 확산을 촉진시키기 위한 탄소 섬유 등으로 이루어진 가스 확산층, 및 가스나 냉매를 시일(seal)하기 위한 고무 형상 탄성재료 등으로 이루어진 개스킷을 갖는데, 종래에는, 연료 전지의 조립시에 이들 구성 부품을 순차적으로 부착시켰기 때문에, 그 조립에 많은 시간과 수고가 든다는 문제점이 있었다. 이에 대해 최근들어, 탄소 플레이트 상에 개스킷을 직접 일체로 성형한 세퍼레이터와 개스킷의 일체품이 고안된 바 있으나(일본국 특허 공개 제 2000-133288호 공보 참조), 가스 소통홈(62) 부분에 강성이 높은 스페이서(63)를 별도로 설치하는 구조는 피할 수 없었으며, 이에 따라 전지 조립 공정이 번잡해지고, 세페레이터와 UEA를 번갈아 쌓는 적층 공정에서, 제조 비용의 절감을 목적으로 한 자동화가 곤란하였다.
가스 확산층은, 탄소 섬유, 금속 섬유 혹은 무기섬유 등의 섬유 형상 물질의소결체, 직포 또는 부직포로 이루어지며, 가스 투과성이 요구되므로 연속 통기성이 있는 다공질체이다. 따라서, 치밀한 구조체에 비해 강성 및 강도가 낮아, 지나치게 가압하면 찌그러져 영구 변형되기 쉬우며, 조립 작업시 다루기가 용이하지 않다. 따라서, 개스킷을 형성할 때, 또는 개스킷 형성 후에 막 전극 복합체나 세퍼레이터 등과 조립할 때의 위치 결정이나 일체화를 위한 가압에 의해 가스 확산층의 파손, 찌그러짐 혹은 변형에 의해 개스킷 형상의 편차가 생겨, 개스킷과 마주보는 상대면과의 사이의 시일에 필요한 면압력이 부족하거나 또는 과잉될 우려가 있었다. 또한, 가스 확산층은 다공질 구조이기 때문에, 가스 확산층의 층방향의 가스 누설이 우려된다.
본 발명은 상기와 같은 점에 비추어, 전해질막이 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 연료 전지의 조립 공정을 용이하게 할 수 있으며, 우수한 밀봉성을 발휘할 수 있는 연료 전지와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수소 등의 기체 연료를 사용하는 연료 전지 외에, 메탄올 등의 액체 연료를 직접 사용하는 연료 전지(다이렉트 메탄올 연료 전지)에도 적용이 가능하다.
본 발명은, 연료 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 연료 전지의 주요부에 대한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 가스 확산층의 주요부에 대한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 가스 확산층의 주요부에 대한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 13 실시예에 따른 가스 확산층의 주요부에 대한 단면도이다.
도 14(A) 및 (B)는 본 발명의 제 14 실시예에 따른 가스 확산층의 주요부에 대한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 16은 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 17은 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 19는 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 20은 본 발명의 제 15 실시예에 따른 연료 전지의 제조 방법의 공정 설명도이다.
도 21은 종래예에 따른 연료 전지의 주요부의 단면도이다.
도 22는 종래예에 따른 연료 전지의 주요부의 단면도이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구범위 제 1항에 의한 연료 전지는, 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지로서, 개스킷은 세퍼레이터와 마주보도록 가스 확산층 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 제 1 및 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 적어도 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층을 공통으로 관통하는 관통공을 통해 일체화한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 2항에 의한 연료 전지는, 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지로서, 개스킷은 세퍼레이터와 마주보도록 가스 확산층 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 제 1 및 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 각각의 가스 확산층에 설치된 관통공을 통해 이들 가스 확산층의 배면에 설치된 절연 스페이서에 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 3항에 의한 연료 전지는, 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지로서, 개스킷은 세퍼레이터와 마주보도록 가스 확산층 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와비교하여 기공율이 낮고, 제 1 및 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 적어도 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층의 단부를 덮어 일체화한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 4항에 의한 연료 전지는, 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 및 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지로서, 개스킷은 세퍼레이터와 마주보도록 가스 확산층 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 감소된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 5항에 의한 연료 전지 개스킷 제조 방법은, 상기한 청구범위 제 3항 또는 제 4항에 기재한 연료 전지의 개스킷 제조 방법으로서, 가스 확산층의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포하고, 그 위에 미리 소정의 형상으로 형성한 개스킷을 접합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 6항에 의한 연료 전지 개스킷 제조 방법은, 상기한 청구범위 제 3항 또는 제 4항에 기재한 연료 전지의 개스킷 제조 방법으로서, 가스 확산층의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포하고, 그 위에 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법을 이용하여 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 7항에 의한 연료 전지 개스킷 제조 방법은, 상기한 청구범위 제 3항 또는 제 4항에 기재한 연료 전지의 개스킷 제조 방법으로서,가스 확산층의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에, 접착성 고무를 재료로 하여 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법을 이용하여 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 8항에 의한 연료 전지 개스킷 제조 방법은, 상기한 청구범위 제 3항 또는 제 4항에 기재한 연료 전지의 개스킷 제조 방법으로서, 가스 확산층의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위의 표면 조도를 확보하고, 그 위에 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법을 이용하여 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 9항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무, 수지, 탄소, 무기 재료 중 적어도 어느 하나를 함침(含浸)시킴으로써, 상기 개스킷 형성 부위의 기공율을 감소시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 10항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 가스 확산층의 개스킷 형성 부위의 부피 밀도를 높이고, 기공율을 감소시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 11항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 미리 고무, 수지, 탄소, 무기 재료 중 적어도 어느 하나를 함침시켜, 막 전극 복합체와 제 1 및 제 2 가스 확산층을 접착시킨 후에 고무형상 탄성 재료로 이루어진 개스킷을 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 12항에 의한 연료 전지용 가스 확산층은, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 사용하는 가스 확산층에 있어서, 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 또는 수지가 함침되며, 상기 함침부의 일측 면에 고무 또는 수지로 이루어진 절연 스페이스가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 13항에 의한 연료 전지용 가스 확산층은, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항에 기재한 연료 전지에 사용하는 가스 확산층에 있어서, 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 또는 수지가 함침되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 형상의 탄성재료로 이루어진 개스킷이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 14항에 의한 연료 전지 개스킷 제조 방법은, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재한 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서, 적어도 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체의 양면에 제 1 및 제 2 가스 확산층을 배치하여 접착한 후에, 고무 또는 수지에 의해 세퍼레이터와 마주보는 상기 가스 확산층 표면 상으로의 개스킷 형성 및 가스 확산층의 개스킷 형성 부위로의 함침 처리를 동시에 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 15항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 세퍼레이터와 마주보도록 제 1 및 제 2 가스 확산층의 표면 상에 각각 개스킷이 형성된 부위에서는, 상기 개스킷 사이에 막 전극 복합체를 끼우고 대응하는 위치에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 16항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 세퍼레이터에는 적어도 개스킷을 수용하기 위한 홈이 형성되며, 상기 홈은 상기 개스킷의 높이보다 얕고, 그 단면적은 상기 개스킷의 단면적보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구범위 제 17항에 의한 연료 전지는, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재한 연료 전지에 있어서, 전해질막의 외부 사이즈는 가스 확산층의 외부 사이즈보다 작으며, 상기 전해질막은 상기 가스 확산층의 면 내부에 배치된 것을 특징으로 한다.
상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 1항에 따른 연료 전지에 의하면, 세퍼레이터와 마주보도록 제 1 및 제 2 가스 확산층의 표면 상에 각각 형성한 개스킷 사이에 막 전극 복합체를 끼우고 대응하는 위치에 용이하게 형성하는 것이 가능하다. 또한, 개스킷을 제 1 및 제 2 가스 확산층을 공통으로 관통하는 관통공을 통해 일체화하여 형성할 수 있기 때문에, 하나의 공정으로 양면 개스킷을 형성할 수 있다. 또한, 개스킷을 제 1 및 제 2 가스 확산층을 공통으로 관통하는 관통공을 통해 일체화함으로써 개스킷을 가스 확산층에 확실하게 고정할 수 있기 때문에, 개스킷이 가스 확산층으로부터 벗어나거나 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 개스킷 형성부의 UEA의 두께에 관계없이 개스킷의 높이를 임의로 설정할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 2항에 따른 연료 전지에 의하면, 개스킷과 절연 스페이서를 일체화하여 형성함과 동시에 개스킷 재료 함침부도 일체화하여 성형할 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 가스 확산층에 설치된 관통공을 통해 개스킷과 절연 스페이서가 연결됨으로써 개스킷 및 절연 스페이서를 가스 확산층에 확실하게 고정시킬 수 있기 때문에, 개스킷이 가스 확산층으로부터 벗어나거나 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 3항에 따른 연료 전지에 의하면, 세퍼레이터와 마주보도록 제 1 및 제 2 가스 확산층의 표면 상에 각각 형성한 개스킷 사이에 막 전극 복합체를 끼우고 대응하는 위치에 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 개스킷을 제 1 및 제 2 가스 확산층의 단부를 덮도록 일체화하여 형성하였기 때문에, 하나의 공정으로 양면의 개스킷을 형성할 수 있으며, 아울러, 개스킷을 UEA 단부에서 ㄷ자로 형성할 수 있게 되어, UEA 단부의 절연을 확보할 수 있음과 동시에, 가스 확산층 단부, 가스 확산층과 절연 스페이서의 경계면 또는 절연 스페이서의 경계면으로부터의 반응 가스의 누설을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 4항에 따른 연료 전지에 의하면, 미리 UEA를 일체화한 후에 개스킷을 형성함으로써, 세퍼레이터와 마주보도록 제 1 및 제 2 가스 확산층의 표면 상에 각각 형성한 개스킷 사이에, 막 전극 복합체를 끼우고 대응하는 위치에 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 개스킷을 UEA 일체화 후에 형성하기 때문에, 하나의 공정으로 양면의 개스킷을 형성할 수 있다. 또한, UEA 일체화하기 전에, 미리 개스킷 형성부에 대해 개스킷 재료 함침과 개스킷 형성을 동시에 실시함으로써 개스킷을 가스 확산층에 고정할 수 있다.
또한, 상기 청구범위 제 3항 또는 제 4항에 따른 작용에 부가하여, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 5항에 따른 제조 방법에 의하면, 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포함으로써, 개스킷을 가스 확산층에 고정하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 6항에 따른 제조 방법에 의하면, 상기한 청구범위 제 5항과 동일한 작용에 부가하여, 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포함으로써, 개스킷을 가스 확산층에 고정할 수 있다. 또한, 본 형성 방법에 의해, 단시간에 다량의 처리가 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 7항에 따른 제조 방법에 의하면, 접착성 고무 재료를 사용함으로써, 상기한 청구범위 제 6항과 동일한 작용을 나타낸다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 8항에 따른 제조 방법에 의하면, 가스 확산층의 표면 조도를 확보하고, 여기에 개스킷을 형성함으로써, 상기한 청구범위 제 6항과 동일한 작용을 나타낸다.
또한, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 따른 작용에 부가하여, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 9항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동등의 작용에 부가하여, 가스 확산층의 기공에 필러(충전제)로서 기재된 재료를 함침시킴으로써, 기공율을 용이하게 감소시킬 수 있다. 상기 필러는, 가스 확산층을 형성하는 재료와 동일한 종류이며, 다른 종류도 사용될 수 있다.
또한, 상기한 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 10항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용에 부가하여, 부피 밀도를 높임으로써, 기공율을 감소시킬 수 있다. 또한, 청구범위 제 10항에서는, 가스 확산층을 제조할 때 개스킷 형성 부위의 부착량을 증가시키거나, 개스킷 형성 부위를 압축함으로써 기공율을 감소시킨다. 후자와 같이 개스킷 형성 부위를 압축함으로써 기공율을 감소시키는 경우, 부착량은 동일하더라도 개스킷 형성 부위만이 과잉되게 압축되기 때문에, 이 부분의 공극량이 적고, 이 부분만 다른 부분보다 얇게 성형된다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 11항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용에 부가하여, 가스 확산층에 함침하는 재료와 개스킷 재료를 다른 종류로 한 경우에는, 각각의 처리에 가장 적합한 재료를 선택할 수 있다. 또한, 가스 확산층에 본 청구항에 기재된 필러를 함침시킴으로써 함침부의 강성 내지 강도를 향상시킬 수 있으며, 또한 가스 확산층의 탄소 섬유의 고정을 용이화하게 할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 12항에 따른 가스 확산층에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용에 부가하여, 가스 확산층에 본 청구항에 기재된 필러를 함침시킴으로써 함침부의 강성 내지 강도를 향상시킬 수 있으며, 또한 가스 확산층의 탄소 섬유를 고정시킬 수 있다. 그리고, 절연 스페이서가 가스 확산층에 고정되어 있기 때문에, UEA의 일체화 접착을용이하게 할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 13항에 따른 가스 확산층에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용을 나타낼 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 14항에 따른 제조 방법에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용과 더불어, 개스킷 형성과 함침 처리가 동일하게 실시될 수 있기 때문에, 공정의 단축이 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 15항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용을 나타낼 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 16항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용과 더불어, 개스킷이 세퍼레이터에 형성한 홈에 수용되어, 스택을 체결하였을 때 개스킷이 홈 속에 완전히 수납된다. 또한, 단부에서도 중앙부와 마찬가지로, UEA와 세퍼레이터가 접촉한다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 17항에 따른 연료 전지에 의하면, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 작용과 더불어, 비교적 고가인 전해질막의 사용량을 감소시킬 수 있다.
상기한 각 청구항에 있어서의 「기공율이 낮다」 또는 「기공율을 낮춘다」 와 같은 표현은, 다공질체로 이루어진 가스 확산층에 있어서, 다른 부분보다 개스킷 형성 부위의 기공율을 낮춤으로써 이 부분의 강성 내지 강도를 높이는 것을 말하며, 이와 같은 구조의 저기공율 부분상에 개스킷을 형성함으로써, 개스킷의 형성을 용이하게 하는 것을 의미한다. 또한, 형성될 개스킷의 사이즈나 형상 등이 표준화되기 때문에(예정한 대로의 형상으로 형성하기 쉬워지기 때문에), 우수한 밀봉성을 확보할 수 있게 되며, 또한 조립 작업이 용이해질 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 가스 확산층은 다공질 구조이므로, 가스 확산층의 층방향의 가스 누설 방지 효과를 발휘하는 것을 의미하기도 한다. 함침재는 그 경도 등에 따라 적당히 필요한 양을 함침시키며, 그 함침율은 함침할 물질의 강성, 형상 또는 함침 방법 등에 따라 달라진다.
가스 확산층의 기공율은, 일반적으로는 60∼90%이며, 개스킷 형성 부위의 기공율이 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 낮을 때에는, 상기 필러의 경도, 형상, 함침 방법에 따라서도 달라지겠지만, 대체로 그 기공의 2% 내지 100%에 해당하며, 일반적으로는 약 50% 이상이다.
가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 도포하는 접착제로는, 개스킷으로서 이용하는 고무의 종류에 따라, 실리콘계 접착제, 페놀계 접착제, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 쿠마론인덴계 접착제 등의 열가소성 수지, 열경화성 수지, 고무를 기제로 한 접착제, 에폭시기, 아미노기나 비닐기 등의 관능기를 함유하는 실란계 커플링제나 티탄계 커플링제 등의 접착용 프라이머류, 상기 열가소성 수지계 접착제, 열경화성 접착제 또는 고무계 접착제에 접착용 프라이머류를 배합한 접착제가 적당히 이용된다.
가스 확산층의 개스킷 형성 부위의 표면 조도로는, 0.1㎛이상, 바람직하게는1㎛이상이면, 개스킷을 형성하는 고무와의 밀착성이 충분히 확보될 수 있는 상기 표면 조도로서 적합하다. 일반적으로 가스 확산층 자체는 다공질 구조이기 때문에, 그 표면 조도 범위에 들어가는 것이 있는데, 상기 필러와 그 양, 함침 방법 등에 따라, 적당히 밀착성이 충분한 표면 조도를 확보할 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 함침할 물질(함침재)로는, 고무, 수지, 탄소 또는 무기 재료 등이 적합하다.
이 중에서 우선, 함침할 고무로는, 에틸렌프로필렌 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무, 부틸 고무, 수소 첨가 스티렌브타디엔 고무, 수소 첨가 스티렌이소프렌 고무, 아크릴 고무 혹은 플루오로아크릴 고무 등의 포화계 고무 또는 폴리에스테르계 엘라스토머, 폴리올레판계 엘라스토머 또는 폴리아미드계 엘라스토머 등의 포화계 엘라스토머 등이 이용되며, 이것들을 가열·가압하여 함침시키거나, 또는 이것들의 용액 또는 라텍스를 함침시킨다. 또한, 액상 실리콘 고무, 액상 플루오로실리콘 고무, 액상 불소 고무, 액상 부틸 고무 또는 액상 에틸렌프로필렌 고무 등의 포화계 액상 고무 등이 이용되며, 이것들을 가열, 가압 또는 가열·가압하거나 또는 용액으로 하여 함침시킨다.
함침할 수지로서는, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 등이 이용된다. 열경화성 수지는, 상온에서 액상이거나 또는 가열에 의해 액상화되므로, 그대로 사용하거나 또는 용제 등에 의해 희석하여 이용된다. 열가소성 수지의 경우는, 가열·가압하거나, 또는 용제 등에 의해 희석하거나 또는 에멀젼화하여 이용된다. 함침 방법은, 그 성상(주로, 점도)에 의해 상기 방법이 적당히 선택된다. 열경화성 수지로는, 실리콘계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 열경화형 폴리이미드 수지 또는 디아릴프탈레이트 수지 등이 이용되며, 이들 열경화성 수지의 프리폴리머를 가스 확산층에 함침시킨다. 열가소성 수지로는, 폴리올레핀계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 불소계 수지, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리스틸렌, 폴리페닐렌설파이드 또는 폴리페닐렌에테르 등이 이용되며, 이들 수지를 가열하여 용융 상태로 하거나, 양호한 용제에 용해시켜 용액상태로 하거나, 또는 수지를 미립자 형상으로 물 등의 액체에 분산시킨 분산액의 상태로 하여, 가스 확산층에 함침시킨다. 프리폴리머 또는 분산액의 점도는, 가스 확산층에 함침 가능한 범위이면 되며, 함침 방법·함침 조건에 따라 점도가 달라지지만 달라지나, 대체로 100∼104Pa·s정도이다.
함침할 탄소로는, 탄소 분말, 카본 블랙, 흑연 분말, 탄소 섬유 또는 흑연 섬유 등이 이용되며, 예를 들면 분말체를 액체에 분산시켜, 가압 스프레이 또는 가압 주입 등에 의해 함침시킨다. 또한, 이들 분말체를 고무, 수지의 용액 또는 분산액에 첨가하고, 그 성상(주로, 점도)에 맞게 청구범위 제 7항에 기재된 방법 등에 의해 함침시켜도 좋다.
함침할 무기 재료로는, 유리 분말, 유리 섬유, 또는 졸에서 겔로 변화하여 무기 재료가 되는 물질 등이 이용된다. 또한, 이들 분말체를 고무, 수지의 용액 또는 분산액에 첨가하고, 그 성상(주로, 점도)에 맞게 청구범위 제 7항에 기재된방법 등에 의해 함침시킨다.
개스킷으로서 이용하는 고무는, 상기 가스 확산층의 개스킷 부위에 함침하는 고무와 동일한 종류, 동일한 계통의 고무 또는 이질의 고무를 그 성상(주로, 점도)에 맞게 청구범위 제 7항에 기재된 방법 등에 따라 성형하며, 예를 들여 액상 고무라면 청구범위 제 7항에 기재된 어떠한 방법에서도 이용할 수 있다. 점도가 높은 고무는 통상적으로 사출성형 또는 압축성형법이 이용된다. 접착성 고무는, 고무 자체가 접착성을 가지는 고무이거나, 또는 고무에 접착성을 부여하는 접착개량제를 첨가한 고무 등이 이용되며, 그 예로서, 자기접착성 액상 실리콘 고무, 자기접착성 액상 불소 고무, 또는 불소 고무에 에폭시계 접착제 혹은 페놀계 접착제 등을 배합한 고무 등을 들 수 있다.
절연 스페이서는, 액상 고무, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지에 의해 성형이 가능하다. 액상 고무를 사용하는 경우는, 가스 확산층에 함침하는 액상 고무 또는 개스킷을 형성하는 액상 고무와 동일한 종류의 재료를 사용하여, 동시성형할 수 있다. 또한, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 사용하는 경우는, 가스 확산층에 함침하는 수지와 동일한 종류의 것을 사용하여, 동시에 성형할 수 있다. 물론, 상기와는 다른 종류의 재료에 의해 별도로 성형하는 것도 가능하다. 열가소성 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소계 수지나 폴리올레핀 등이 적합하다.
다음은, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.
제 1 실시예
도 1은, 절연 스페이서로서 개스킷과 이종(異種) 재료의 시트를 미리 삽입하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 제 1 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과는 이종 재료의 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 장착된다. 함침부(10, 11) 및 절연 스페이서(12, 13)에는 관통공(14)이 두께 방향으로 관통하도록 필요한 수 만큼 형성된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16) 상호간은 관통공(14)을 통해 일체로 성형된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되어 있기 때문에, 전해질막(2)은 관통공(14)에 도달되지 않는다. 전해질막(2)은 적어도 촉매층(3, 4)의 단부보다 돌출되면 된다.
제 2 실시예
도 2는, 절연 스페이서로서 개스킷과 이종 재료의 시트를 미리 삽입하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 제 2 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과는 이종 재료의 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 장착된다. 함침부(10, 11) 및 절연 스페이서(12, 13)에는 관통공(14)이 두께 방향으로 관통하도록 필요한 수 만큼 형성된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16) 상호간은 관통공(14)을 통해 일체로 성형된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일하게 설정되어 있어 전해질막(2)은 관통공(14)에 도달되며, 이에 따라, 상기 전해질막(2)에도 관통공(14)이 형성된다.함침부(10, 11)의 함침 처리는, UEA(7) 일체화 처리전에 미리 설치하지만, UEA(7) 일체화후 개스킷(15, 16) 형성시에 동시에 함침하는 것도 가능하다.
제 3 실시예
도 3은, 절연 스페이서를 함침부 개스킷 재료와 동일한 재료로 미리 형성하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에, 상기 개스킷 재료 함침부(10, 11)와 동일한 종류의 재료로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 일체로 성형되어 배치된다. 함침부(10, 11) 및 절연 스페이서(12, 13)에는 관통공(14)이 두께 방향으로 관통하도록 필요한 수 만큼 형성된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16) 상호간은 관통공(14)을 통해 일체로 성형된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되지만, 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일할 수도 있으며, 이 경우에는전해질막(2)에도 관통공(14)이 형성된다.
제 4 실시예
도 4는, 전해질막을 절연 스페이서로하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 개스킷 형성부의 UEA의 두께가 반응부의 두께보다 얇지만 적절한 개스킷을 형성할 수 있다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성된다. 상기 제 1 내지 제 3 실시예와는 달리, 상기 함침부(10, 11) 사이에 고유의 절연 스페이서는 배치되지 않고, 전해질막(2)이 절연 스페이서로서의 기능을 겸하여 가스 확산층(5, 6)의 함침부(10, 11)에 직접 접촉된다. 함침부(10, 11)는, 전해질막(2)을 접촉시키기 위해, 개스킷(15, 16)을 형성하는 고무에 의해 집속(集束) 방향으로 변형된다. 함침부(10, 11) 및 전해질막(2)에는 관통공(14)이 두께 방향으로 관통하도록 필요한 수 만큼 형성된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 개스킷(15, 16) 상호간은 관통공(14)을 통해 일체로 성형된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)의 사이즈는 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일하다.
제 5 실시예
도 5는, 절연 스페이서와 개스킷을 미리 일체로 성형한 후에 UEA를 작성한 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과 동종 재료로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 각각 장착된다. 함침부(10, 11)에는 관통공(14)이 두께 방향으로 관통하도록 형성된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 각각 배치되며, 개스킷(15, 16)은 관통공(14)을 통해 절연 스페이서(12, 13)와 각각 일체로 성형된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되지만, 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 절연 스페이서(12, 13)가 각각 별개의 개체로 되어있는 예를 나타내고 있으나, 상기 절연 스페이서(12, 13)는 일체화된 절연 스페이서로서 형성될 수도 있다.
제 6 실시예
도 6은, 절연 스페이서와 개스킷을 미리 일체로 성형한 후에 UEA를 작성한 다른 예를 나타낸다. 가스 확산층(5, 6)의 함침부(10, 11)에 형성한 개스킷(15, 16)과 절연 스페이서(12, 13)는 각각 일체화된다. 함침부(10, 11)에 페놀 수지를 함침시킨 후, 관통공(14)을 설치하고, 열가소성 수지 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)를 배치하고, 액상 실리콘 고무에 의해 개스킷(15, 16)을 형성함으로써, 상기 개스킷(15, 16)과 상기 절연 스페이서(12, 13)를 각각 일체화하였다.
제 7 실시예
도 ７은, 절연 스페이서와 개스킷을 미리 일체로 성형한 후에 UEA를 작성한 다른 실시예를 나타낸다. 가스 확산층(5, 6)의 함침부(10, 11)에 형성한 개스킷(15, 16)과 절연 스페이서(12, 13)는 각각 일체화된다. 가스 확산층(5, 6)에 관통공(14)을 설치하고, 열가소성 수지 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)를 배치하고, 액상 실리콘 고무에 의해 함침부(10, 11)에 대한 실리콘 고무 함침 및 개스킷(15, 16)형성을 동시에 수행함과 동시에, 상기 개스킷(15, 16)과 상기 절연 스페이서(12, 13)를 각각 일체화하였다.
제 8 실시예
도 8은, 절연 스페이서로서 개스킷과 이종 재료의 시트를 미리 삽입하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 제 8 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과는 이종 재료의 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 장착된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16) 상호간은 단면이 대략 ㄷ자 형상을 이루는 연결부(19)를 통해 일체로 성형된다. 연결부(19)는 가스 확산층(5, 6)의 단부를 덮으며, 동시에 절연 스페이서(12, 13)의 단부를 덮는다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 단차(段差) 형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되지만, 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일할 수도 있다.
제 9 실시예
도 9는, 절연 스페이서로서 개스킷과 이종 재료의 시트를 미리 삽입하여 UEA를 작성한 후, 개스킷을 형성한 제 9 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 상기 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과는 이종 재료의 시트로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 장착된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16)은 각각이 접착제 등에 의해 함침부(10, 11)에 접합된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되지만, 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일할 수도 있다.
제 10 실시예
도 10은, UEA일체화 전에 미리 개스킷 재료 함침부에 대한 개스킷 재료 함침과 개스킷 및 절연 스페이서를 형성한 실시예를 나타낸다.
즉, 전해질막(2)의 양면에 촉매층(3, 4)이 배치되어 막 전극 복합체(1)가 형성됨과 동시에, 이 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)이 배치되어 UEA(7)가 형성되고, 이 UEA(7)의 양면에 세퍼레이터(8, 9)가 배치된다. 탄소 섬유 등의 다공질체로 이루어진 가스 확산층(5, 6)은, 그 사이즈가 촉매층(3, 4)의 사이즈보다 크게 설정되고, 그 평면 방향 돌출부분에 미리 개스킷 성형 재료가 함침됨으로써 기공율이 비교적 낮은 함침부(10, 11)가 형성되며, 이 함침부(10, 11) 사이에 개스킷(15, 16)과 동종의 재료로 이루어진 절연 스페이서(12, 13)가 장착된다. 세퍼레이터(8, 9)와 마주보는 가스 확산층(5, 6)에 있어서의 개스킷 형성 부위인 함침부(10, 11)의 표면 상에는 고무형상의 탄성 재료로 만들어진 개스킷(15, 16)이 배치되며, 이 개스킷(15, 16)은 각각이 접착제 등에 의해 함침부에 접합된다. 세퍼레이터(8, 9)에는 개스킷(15, 16)에 대응하여 홈형상의 개스킷 수용부(17, 18)가 형성된다. 전해질막(2)은 그 사이즈가 가스 확산층(5, 6)의 사이즈보다 작게 설정되지만, 가스 확산층(5, 6)의 사이즈와 동일할 수도 있다.
제 11 실시예
도 11은, 가스 확산층에 대한 제 1 예로서, 가스 확산층의 개스킷 재료 함침부에 실리콘 고무를 함침한 예를 나타낸 것이다. 즉, 가스 확산층(5)에 있어서의 개스킷 형성 부위에 실리콘 고무가 함침되어 함침부(10)가 형성된다.
제 12 실시예
도 12는, 가스 확산층에 대한 제 2 예로서, 가스 확산층의 개스킷 재료 함침부에 대한 실리콘 고무 함침 처리와 실리콘 고무의 절연 스페이서 형성 처리를 일체화하여 실시한 예를 나타낸 것이다. 즉, 가스 확산층(5)에 있어서의 개스킷 형성 부위에 실리콘 고무가 함침되어 함침부(10)가 형성됨과 동시에, 이 함침부(10)의 일측 면에 마찬가지로 실리콘 고무로 이루어진 절연 스페이서(12)가 일체로 성형된다.
제 13 실시예
도 13은, 가스 확산층에 대한 제 3 예로서, 가스 확산층의 개스킷 재료 함침부에 대한 실리콘 고무 함침 처리와 실리콘 고무의 개스킷 형성 처리와 절연 스페이서 형성 처리를 일체화하여 실시한 예를 나타낸 것이다. 즉, 가스 확산층(5)에 있어서의 개스킷 형성 부위에 실리콘 고무가 함침되어 함침부(10)가 형성됨과 동시에, 이 함침부(10)의 일측 면에 마찬가지로 실리콘 고무로 이루어진 절연 스페이서(12)가 일체로 성형되고, 함침부(10)의 반대측 면에 마찬가지로 실리콘 고무로 이루어진 개스킷(15)이 일체로 성형된다.
제 14 실시예
도 14(A)는, 가스 확산층에 대한 제 4 예로서, 가스 확산층(5)의 개스킷 형성 부위를 압축하여 부피 밀도를 높인 다음, 개스킷(15, 16)을 형성시킨 예이고, 도 14(B)는, 가스 확산층(5)의 개스킷 형성 부위를 압축하여 부피 밀도를 높임과 동시에, 개스킷 재료 함침부(10)에 대한 실리콘 고무 함침 처리와 실리콘 고무의 개스킷(15, 16) 형성 처리를 일체화하여 실시한 예를 나타낸다. 즉, 도 14(B)에는, 가스 확산층(5)에 있어서의 개스킷 형성 부위에 실리콘 고무가 함침되어 함침부(10)가 형성됨과 동시에, 이 함침부(10)의 양면에 각각 실리콘 고무로 이루어진 개스킷(15, 16)이 일체로 성형된다.
제 15 실시예
다음으로, 연료 전지 제조 방법의 일례를 나타내면, 다음과 같다.
즉, 먼저 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 제 12 실시예와 동일하게, 가스 확산층(5)의 개스킷 재료 함침부(10)에 대한 개스킷 재료 함침 처리와 개스킷 재료의 절연 스페이서(12) 형성 처리를 일체화하여 실시함으로써 가스 확산층(5)을 형성하고, 이어서 도 16에 도시한 바와 같이, 막 전극 복합체(1)의 양면에 가스 확산층(5, 6)을 접착에 의해 일체화하여 UEA(7)를 형성한다. 이어서, 도 17에 도시한 바와 같이, 필요한 갯수의 관통공(14) 및 매니폴드(20)를 관통형성한 다음, 도 18에 도시한 바와 같이 개스킷(15, 16)을 형성하고, 이어서 도 19에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(8, 9)를 배치하여 스택을 조립한다. 도 20은, 상기한 제조 방법으로 조립한 도 19의 전지 스택에 있어서, 반응 가스를 세퍼레이터 면내에 공급하기 위한 가스 도입부(62;가스 소통홈)를 포함한 단면도를 나타낸다. 가스 소통홈(62)에는 가스 확산층(5)의 개스킷 재료 함침부(10)가 마주보고 있기 때문에, 종래 필요하였던 스페이서(63)가 불필요해진다. 또한, 가스 소통홈(62)과 마주보는 가스 확산층(5)의 개스킷 재료 함침부(10)에는 개스킷을 설치할 필요가 없기 때문에, 관통공을 설치하지 않았다.
본 발명은, 이하와 같은 효과를 나타낸다.
즉, 우선 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 1항에 의한 연료 전지에서는, 상기 구성 및 작용에 의해, 스태킹 후의 체결에 의한 세퍼레이터 및 UEA의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 모든 개스킷에 균일한 체결 압력을 가할 수 있어, 확실하게 양호한 밀봉성이 얻어지고, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 개스킷의 제조 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 세퍼레이터와 UEA를 번갈아 적층하는 적층 공정에서, 작업이 간단해지고 자동화가 가능하다. 이에 따라, 스택 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 적층한 것을 분해해야 하는 경우에도, 세퍼레이터, 개스킷, UEA 등 구조 재료를 파손하지 않고 용이하게 작업을 진행시킬 수 있으므로, 구조 재료의 재활용이나 수리가 가능하다. 또한, 개스킷 형성부의 UEA의 두께에 상관없이, 양호한 시일 성능을 얻을 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 2항에 의한 연료 전지에서는 상기 구성 및 작용에 의해, 개스킷, 절연 스페이서, 개스킷 재료 함침부를 용이하게 형성할 수 있으므로, 스택 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한, 절연 스페이서를 용이하게 가스 확산층에 배치할 수 있다. 또한, 모든 개스킷에 균일한 체결 압력을 가할 수 있어, 확실하게 양호한 밀봉성이 얻어지고, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 세퍼레이터와 UEA를 번갈아 적층하는 적층 공정에서, 작업이 간단하고 자동화가 가능하다. 이에 따라, 스택 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한, 적층한 것을 분해해야 하는 경우에도, 세퍼레이터, 개스킷, UEA 등의 구조 재료를 파손하지 않고 용이하게 작업을 진행할 수 있기 때문에, 구조 재료의 재활용이나 수리가 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 3항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 스태킹 후의 체결에 의한 세퍼레이터 및 UEA의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 모든 개스킷에 균일한 체결 압력을 가할 수 있어, 확실하게 양호한 밀봉성이 얻어지고, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 개스킷의 제조 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 가스 확산층 단부, 가스 확산층과 절연 스페이서의 경계면 또는 절연 스페이서의 경계면으로부터의 반응 가스 누설을 확실하게 방지할 수 있기 때문에, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 4항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 스태킹 후의 체결에 의한 세퍼레이터 및 UEA의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 모든 개스킷에 균일한 체결 압력을 가할 수 있어, 확실하게 양호한 밀봉성이 얻어지고, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 개스킷의 제조 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 세퍼레이터와 UEA를 번갈아 적층하는 적층 공정에서, 작업이 간단하고 자동화가 가능하다. 이에 따라, 스택 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한, 적층에 분해가 필요한 경우라도, 세퍼레이터, 개스킷, UEA 등의 구조 재료를 파손시키지 않고 용이하게 작업을 진행할 수 있기 때문에, 구조 재료의 재활용이나 수리가 가능하다.
또한, 상기 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 5항에 따른 제조 방법에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 세퍼레이터와 UEA를 번갈아 적층하는 적층 공정에서, 작업이 간단하고 자동화가 가능하다. 이에 따라, 스택 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한, 적층에 분해가 필요한 경우라도, 세퍼레이터, 개스킷, UEA 등의 구조 재료를 파손시키지 않고 용이하게 작업을 진행할 수 있기 때문에, 구조 재료의 재활용이나 수리가 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 6항에 따른 제조 방법에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 3항 또는 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 이하와 같은 효과를 갖는다. 즉, 세퍼레이터와 UEA를 번갈아 적층하는 적층 공정에서, 작업이 간단하고 자동화가 가능하다. 이에 따라, 스택 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 적층한 것을 분해해야 하는 경우에도, 세퍼레이터, 개스킷, UEA 등의 구조 재료를 파손하지 않고 용이하게 작업을 진행할 수 있기 때문에, 구조 재료의 재활용이나 수리가 가능하다. 뿐만아니라, 대량 생산시에 대폭적인 제조 비용의 절감이 가능하다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 7항에 따른 제조 방법에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 접착성 고무 재료를 사용함으로써, 상기한 청구범위 제 6항과 동일한 효과를 갖는다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 8항에 따른 제조 방법에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 가스 확산층의 표면 조도를 확보하여 여기에 개스킷을 형성함으로써, 상기한 청구범위 제 6항과 동일한 효과를 갖는다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 9항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉, 가스 확산층에 대한 개스킷의 형성이 용이해지며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 가스 확산층 단부로부터의 반응 가스 누설을 방지할 수 있으며, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 10항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉, 가스 확산층에 대한 개스킷의 형성이 용이해지며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 가스 확산층 단부로부터의 반응 가스 누설을 방지할 수 있으며, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포하는 일 없이, 개스킷을 가스 확산층에 고정시킬 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 11항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉, 가스 확산층 단부로부터의 개스킷 누설에 대해 높은 가스 밀봉성능을 얻을 수 있음과 동시에, 가스 확산층과 세퍼레이터의 경계면 누설에 대해 높은 가스 밀봉성능을 얻을 수 있으며, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, UEA일체화 후에 관통공을 설치할 때, 양극 및 음극의 가스 확산층의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 적층 체결에 의한 가스 확산층 단부의 압축 좌굴(坐屈)을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 12항에 따른 가스 확산층에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉, UEA일체화 후에 관통공을 설치할 때 양극 및 음극의 가스 확산층의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 적층 체결에 의한 가스 확산층 단부의 압축 좌굴을 방지할 수 있다. 또한, UEA의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 일체화 접착의 미스가 줄어들고, 수율이 향상된다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 13항에 따른 가스 확산층에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과를 갖는다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 14항에 따른 제조 방법에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, UEA 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 15항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과를 갖는다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 16항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, 다음과 같은 효과를 갖는다. 즉, UEA와 세퍼레이터를 번갈아 적층할 때, 특별한 위치정합용 지그가 불필요해지고, 용이하게 적층이 가능해지기 때문에, 스택 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 높은 밀봉 성능을 발휘할 수 있어, 발전 효율의 향상과 함께 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 적층체 체결시의 단부에서의 UEA 및 세퍼레이터의 굴절 변형으로 인한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 상기의 구성을 구비한 본 발명의 청구범위 제 17항에 따른 연료 전지에서는 상기한 구성 및 작용에 의해, 상기한 청구범위 제 1항 내지 제 4항과 동일한 효과와 더불어, UEA 제조 비용을 절감할 수 있다.

Claims (17)

  1. 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 가스 확산층 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일(seal)하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 세퍼레이터와 마주보도록 상기 가스 확산층들의 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 적어도 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층을 공통으로 관통하는 관통공을 통해 일체화된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 가스 확산층 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 세퍼레이터와 마주보도록 상기 가스 확산층들의 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 상기 각각의 가스 확산층에 설치된 관통공을 통해 상기 가스 확산층들의 배면에 설치된 절연 스페이서에 연결된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 가스 확산층 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 세퍼레이터와 마주보도록 상기 가스 확산층들의 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 낮고, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 배치된 상기 개스킷은 적어도 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층의 단부를 덮어 일체화된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체, 상기 막 전극 복합체의 양면에 배치된 제 1 가스 확산층 및 제 2 가스 확산층, 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층에 반응 가스를 각각 공급하기 위한 세퍼레이터, 및 상기 반응 가스를 시일하기 위한 개스킷을 구비하여 이루어진 연료 전지에 있어서,
    상기 개스킷은 상기 세퍼레이터와 마주보도록 상기 가스 확산층들의 표면 상에 형성되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위는 촉매층과 접하는 부위와 비교하여 기공율이 감소된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 기재된 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포하고, 그 위에 미리 소정의 형상으로 형성한 개스킷을 접합하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 개스킷 제조 방법.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 기재된 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에 접착제를 도포하고, 그 위에 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법에 의해 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 개스킷 제조 방법.
  7. 제 3항 또는 제 4항에 기재된 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위에, 접착성 고무를 재료로 하여 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법에 의해 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 개스킷 제조 방법.
  8. 제 3항 또는 제 4항에 기재된 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 기공율이 낮은 개스킷 형성 부위의 표면 조도를 확보하고, 그 위에 사출성형법, 프린트법, 디스펜서법, 스프레이법 또는 압축성형법 중 적어도 어느 한 가지 방법에 의해 개스킷을 성형하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 개스킷 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위에 고무, 수지, 탄소, 무기 재료 중 적어도 어느 하나를 함침시킴으로써, 상기 개스킷 형성 부위의 기공율을 감소시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  10. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위의 부피 밀도를 높이고, 기공율을 감소시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  11. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위에 미리 고무, 수지, 탄소, 무기 재료 중 적어도 어느 하나를 미리 함침시키고, 막 전극 복합체와 제 1 및 제 2 가스 확산층을 접착시킨 후에 고무형상 탄성 재료로 이루어진 개스킷을 형성한 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  12. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 사용하는 가스 확산층에 있어서,
    상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 또는 수지가 함침되며, 상기 함침부의 일측 면에 고무 또는 수지로 이루어진 절연 스페이스가 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 가스 확산층.
  13. 제 1항 내지 제 4항에 기재된 연료 전지에 사용하는 가스 확산층에 있어서,
    상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 또는 수지가 함침되며, 적어도 상기 가스 확산층의 개스킷 형성 부위에 고무 형상의 탄성재료로 이루어진 개스킷이 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 가스 확산층.
  14. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 연료 전지의 개스킷 제조 방법에 있어서,
    적어도 상기 전해질막의 양면에 촉매층이 각각 배치된 막 전극 복합체의 양면에 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층을 배치하여 접착한 후에, 고무 또는 수지에 의해 상기 세퍼레이터와 마주보는 상기 가스 확산층들의 표면 상으로의 개스킷 형성 및 상기 가스 확산층들의 개스킷 형성 부위로의 함침 처리를 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 개스킷 제조 방법.
  15. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 세퍼레이터와 마주보도록 상기 제 1 가스 확산층 및 상기 제 2 가스 확산층의 표면 상에 각각 상기 개스킷이 형성된 부위에서는, 상기 개스킷 사이에 상기 막 전극 복합체를 끼우고 대응하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  16. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 세퍼레이터에는 적어도 상기 개스킷을 수용하기 위한 홈이 형성되며, 상기 홈은 상기 개스킷의 높이보다 얕고, 상기 폼의 단면적은 상기 개스킷의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  17. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 연료 전지에 있어서,
    상기 전해질막의 외부 사이즈는 상기 가스 확산층들의 외부 사이즈보다 작고, 상기 전해질막은 상기 가스 확산층들의 면 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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