KR20060000461A - 연료 전지 시스템 및 그 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부를 포함하며, 상기 전기 발생부는 전극-전해질 합성체(MEA)와 이 전극-전해질 합성체의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적층 구조로 이루어지고, 상기 전극-전해질 합성체와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며, 상기 전극-전해질 합성체와 가스켓이 접착제에 의하여 연결된다.
연료전지, 전기발생부, 연료공급부, 산소공급부, 세퍼레이터, MEA, 전극, 전해질막, 가스켓, 접착제, 부착, 크랙

Description

연료 전지 시스템 및 그 스택 {FUEL CELL SYSTEM AND STACK}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓의 결합 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 결합 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓 결합 구조의 제1 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 결합 단면 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓 결합 구조의 제2 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 결합 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지의 전극-전해질 합성체(MEA)와 가스켓의 결합 구조를 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.
상기 연료 전지는 전기를 발생시키는 단위의 셀 즉, 전극-전해질 합성체(MEA)와 이의 양측에 배치되는 세퍼레이터('바이폴라 플레이트'라고도 한다.)에 의한 적층 구조의 셀을 형성하는 바, 상기한 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 이의 양면에 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진다. 그리고 상기한 단위의 셀은 양 세퍼레이터 사이의 기밀을 유지하기 위해 전극-전해질 합성체의 가장자리 부분에 연결되는 가스켓을 구비하고 있다.
이러한 가스켓은 중앙 부분에 개구를 형성하고 있고, 이 개구에 전극-전해질 합성체를 위치시킨 상태에서 소정 온도 예컨대, 100∼150℃ 정도로 가열된 프레스로 가압하는 방식(핫프레스 방식)에 의해 상기 개구의 가장자리 부분이 전극-전해질 합성체의 가장자리 부분에 결합된 구조를 갖는다.
그런데 종래의 연료 전지는 특히, 1000℃ 이상의 고온에서 작동하고 전해질 막이 100Pa 이하의 인장강도를 갖는 폴리[2,5-벤즈이미다졸](ABPBI:poly[2,5-benzimidazole]) 또는 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] (PBI:poly[2,2’-(m-phenylene)-5,5’-bibenzimidazole])으로 이루어진 통상적인 고온형 연료 전지에 있어, 위와 같은 핫프레스 방식에 의해 전극-전해질 합성체와 가스켓을 100Pa을 초과하는 압력으로 결합시키는 경우, 상기 전극-전해질 합성체의 전해질막이 프레스의 압력을 이기지 못해 깨지는 등의 크랙 현상이 발생하게 된다. 따라서 상기한 전해질막의 크랙으로 인해 세퍼레이터와 전극-전해질 합성체 사이의 기밀이 파괴되어 연료 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 전극-전해질막(MEA)의 전해질막에 손상을 가하지 않도록 전극-전해질 합성체와 가스켓의 결합 구조를 개선한 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및 산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부를 포함하며, 상기 전기 발생부는 전극-전해질 합성체(MEA)와 이 전극-전해질 합성체의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적층 구조로 이루어지고, 상기 전극-전해질 합성체와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며, 상기 전극-전해질 합성체와 가스 켓이 접착제에 의하여 연결된다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 위치하며, 상기 전극의 가장자리 외측으로 전해질막의 가장자리 부분이 노출되도록 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 작게 형성할 수 있다.
이 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전극해질막의 가장자리 부분과 상기 전극의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적과 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적을 실질적으로 동일하게 형성할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 크게 형성할 수도 있다.
이러한 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전해질막의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 접착제는 150∼200℃에서 내열성을 갖는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 전기 발생부는 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고온형 연료 전지로 이루어지며, 상기 전극-전해질 합성체는 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] 또는 폴리[2,5-벤즈이미다졸]으로 이루어진 전해질막을 구비할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는: 수소를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다. 또한 상기 산소 공급부는 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급부는, 상기 전기 발생부와 연료 탱크에 연결 설치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함할 수도 있다. 이러한 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어진다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택은, 전극-전해질 합성체(MEA)와 이 전극-전해질 합성체의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적층 구조로 이루어진 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며, 상기 전극-전해질 합성체와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하고, 상기 전극-전해질 합성체와 가스켓이 접착제에 의하여 연결되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 위치하며, 상기 전극의 가장자리 외측으로 전해질막의 가장자리 부분이 노출되도록 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 작게 형성할 수 있다.
이 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택은, 상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전극해질막의 가장자리 부분과 상기 전극의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적과 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적을 실질적으로 동일하게 형성할 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 크게 형성할 수도 있다.
이 경우 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택은, 상기 가스켓 의 개구부 가장자리 부분이 상기 전해질막의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 접착제는 150∼200℃에서 내열성을 갖는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 스택에 있어서, 상기 전기 발생부는 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고온형 연료 전지로 이루어지며, 상기 전극-전해질 합성체는 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] 또는 폴리[2,5-벤즈이미다졸]으로 이루어진 전해질막을 구비할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 결합 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 본 시스템(100)은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 생성하기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물 및 산소가 더욱 포함된다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 연료에 함유된 수소와 반응하는 산소 연료로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기한 산소 연료로서 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.
상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(11)와, 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 연료 공급부(20)와, 공기를 전기 발생부(11)로 공급하는 산소 공급부(30)를 포함한다.
전기 발생부(11)는 대략 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 통상적인 고온형 연료 전지 및 무가습형 연료 전지를 채용하며, 전극-전해질 합성체(MEA: 이하, 'MEA"라고 한다.)(12)를 중심에 두고 이의 양측에 세퍼레이터(Separator)('바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(16)를 배치하여 단일 스택을 형성하며, 상기 전기 발생부(11)가 복수로 구비되어 본 실시예와 같은 적층 구조의 스택(10)을 형성한다.
이와 같이 양측 세퍼레이터(16) 사이에 개재되는 MEA(12)는 소정의 면적을 가지고 산화/환원 반응이 일어나는 활성 영역을 구비하며, 이의 양면에 애노드 전극(12a)과 캐소드 전극(12b)이 위치하고, 상기 두 전극(12a, 12b) 사이에 전해질막(12c)을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 이 때 상기 애노드 전극(12a)은 전해질막(12c)의 일면에 형성되고 상기 캐소드 전극(12b)은 전해질막(12c)의 다른 일면에 마련되되, 전해질막(12c)의 가장자리 부분을 노출시키도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 각각의 전극(12a)은 통상적인 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)을 통하여 확산되는 수소 가스와 산소를 산화/환원 반응시키는 촉매층을 구비하고 있다.
그리고 MEA(12)와 세퍼레이터(16) 사이의 가장자리 부분에는 MEA(12)와 양 세퍼레이터(16) 사이의 기밀을 유지시키는 가스켓(19)이 개재된다. 이 때 상기한 가스켓(19)은 양 전극(12a, 12b)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 양면 가장자리 부분을 덮도록 형성될 수 있다.
세퍼레이터(16)는 MEA(12)를 사이에 두고 밀착 배치되어, MEA(12)의 양측에 각각 수소통로(16a)와 공기통로(16b)를 형성한다. 여기서 수소통로(16a)는 MEA(12)의 애노드 전극(12a) 측에 위치하고, 공기통로(16b)는 MEA(12)의 캐소드 전극(12b) 측에 위치한다. 이러한 세퍼레이터(16)는 MEA(12)의 양측에 수소와 산소를 공급하는 기능 외에, 애노드 전극(12a)과 캐소드 전극(12b)을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능도 가진다.
그리고 전해질막(12c)은 그 두께가 대략 50∼200㎛이며, 일 례로서 폴리[2,5-벤즈이미다졸](ABPBI:poly[2,5-benzimidazole]) 또는 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] (PBI:poly[2,2’-(m-phenylene)-5,5’-bibenzimidazole])로 이루어지는 고체 폴리머 전해질로 형성되어, 애노드 전극(12a)에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극(12b)으로 이동시키는 이온 교환을 가능하게 한다.
연료 공급부(20)는 전술한 바 있는 협의의 연료를 저장하는 연료 탱크(21)와, 이 연료 탱크(21)에 연결 설치되는 연료 펌프(22)와, 연료 탱크(21)와 연결 설치되어 상기 협의의 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(23)를 포함한다. 그리고 산소 공급부(30)는 공기를 흡입하여 전기 발생부(11)로 공급하는 공기 펌프(24)를 포함하고 있다.
상기 연료 공급부(20)에 있어 개질기(23)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 협의의 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기의 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 개질기(23)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 개질기(23)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
대안으로서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 상기 협의의 연료를 직접 전기 발생부(11)로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 방식의 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 전술한 바 있는 개질기(23)를 필요로 하지 않는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기 발생부(11)를 구성하는 MEA(12)와 가스켓(19)의 결합 구조를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓의 결합 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 결합 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 전술한 바와 같이 세퍼레이터(16) 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓(19)은 탄성 재료인 고무 소재 예컨대, 실리콘계, 불소계 또는 올레핀계 고무 소재로 이루어진다. 이러한 가스켓(19)은 애노드 전극(12a)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 일면 가장자리 부분을 덮도록 형성되는 제1 가스켓 패드(19b)와, 캐소드 전극(12b)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 다른 일면 가장자리 부분을 덮도록 형성되는 제2 가스켓 패드(19c)를 포함할 수 있다. 이 때 상기 가스켓 패드(19b, 19c)의 대략 중앙 부분에는 MEA(12)가 위치할 수 있는 소정 면적의 개구부(19a)를 형성하고 있다. 그리고 가스켓(19)은 상기한 개구부(19a)의 면적을 양 전극(12a, 12b)의 면적 보다 상대적으로 작게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 양 전극(12a, 12b)의 가장자리 부분이 도 4에 가상선으로 도시한 상기 개구부(19a)의 가장자리 부분에 겹쳐지면서 위치하도록 형성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 이와 같은 가스켓(19)과 MEA(12)는 도면에 가상선으로 도시한 가스켓(19)의 개구부(19a) 가장자리 부분과, 이에 상응하는 양 전극(12a, 12b)의 가장자리 부분 및 상기 전극(12a, 12b)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분이 접착제(50)에 의하여 접착된 결합 구조를 갖는다. 이 때 상기 접착제(50)는 150∼200℃에서 내열성을 가지는 것이면 어느 것이나 사용 가능하며, 바람직하게는 아크릴계 수지가 사용될 수 있다.
구체적으로, 애노드 전극(12a)의 가장자리 부분 및 상기 전극에 의하여 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분에 접착제(50)를 도포하고, 상기 접착제(50)의 도포 부분에 제1 가스켓 패드(19b)의 개구부(19a) 가장자리 부분을 부착시킨다. 그리고 캐소드 전극(12b)의 가장자리 부분 및 상기 전극에 의하여 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분에 접착제(50)를 도포하고, 상기 접착제(50)의 도포 부분에 제2 가스켓 패드(19c)의 개구부(19a) 가장자리 부분을 부착시킨다. 이러한 상태에서 MEA(12)와 가스켓(19)을 소정 압력 즉, MEA(12)의 전해질막(12c: 도 3)에 크랙이 생기지 않을 정도의 적정한 압력 바람직하게는, 100Pa 미만의 압력으로 가압하게 되면, 상기 개구부(19a)의 가장자리 부분이 상기 접착제(50)에 의하여 MEA(12)에 견고히 부착되게 된다. 여기서 도 5에 가상선으로 도시한 부분은 애노드 전극(12a) 및 캐소드 전극(12b)에 각각 형성되는 기체 확산층을 의미한다.
이로써 본 발명의 실시예에 의하면, MEA(12)와 가스켓(19)이 접착제(50)에 의하여 일체로 부착되는 구조를 가지므로, 핫프레스 방식으로 MEA(12)와 가스켓(19)을 결합하는 종래와 달리, 프레스 압력에 의해 전해질막(12c)이 깨지는 등의 폐단을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓 결합 구조의 제1 변형예를 도시한 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 결합 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 이 경우는 가스켓(69)의 개구부(69a) 면적을 MEA(12)의 전극(12a, 12b) 면적과 실질적으로 동일하게 형성하고, 상기 개구부(69a)의 가장자리 부분과 상기 전극(12a, 12b)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분을 접착제(50)에 의하여 부착시키는 구조를 갖는다.
구체적으로, 애노드 전극(12a)에 의하여 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분에 접착제(50)를 도포하고, 상기 접착제(50)의 도포 부분에 제1 가스켓 패드(69b)의 개구부(69a) 가장자리 부분을 부착시킨다. 그리고 캐소드 전극(12b)에 의하여 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분에 접착제(50)를 도포하고, 상기 접착제(50)의 도포 부분에 제2 가스켓 패드(69c)의 개구부(69a) 가장자리 부분을 부착시킨다. 이러한 상태에서 MEA(12)와 가스켓(19)을 적정 압력으로 가압하여 상기 개구부(19a)의 가장자리 부분과 전해질막(12c)의 가장자리 부분을 부착시킨다.
도 8은 본 발명의 실시예에 대한 전극-전해질 합성체와 가스켓 결합 구조의 제2 변형예를 도시한 분해 사시도이고, 도 9는 도 8의 결합 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 이 경우는 가스켓(79)의 개구부(79a) 면적을 MEA(12)의 전극(12a, 12b) 면적 보다 크게 형성하고, 상기 개구부(79a)의 가장자리 부분과 상기 전극(12a, 12b)에 의해 노출되는 전해질막(12c)의 가장자리 부분을 접착제(50)에 의하여 부착시키는 구조를 갖는다. 이 때 상기 전극(12a, 12b)의 가장자리단과 상기 개구부(79a)의 가장자리단은 소정 간격 이격되게 되고, 상기 이격부분에 해당하는 전해질막(12c)에는 상기 접착제(50)가 도포 형성된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 핫프레스 방식에 의해 MEA와 가스켓을 결합하는 종래와 달리, MEA의 가장자리 부분과 가스켓의 개구부 가장자리 부분을 접착제에 의하여 결합하는 구조를 가지므로, 가스켓과 결합되는 MEA의 절해질막 부위에 크랙이 발생하는 등의 폐단을 방지할 수 있다. 따라서 MEA와 세퍼레이터의 기밀 유지를 향상시키고, 궁극적으로는 연료 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    수소를 함유한 연료를 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부; 및
    산소를 전기 발생부로 공급하는 산소 공급부
    를 포함하며,
    상기 전기 발생부는 전극-전해질 합성체(MEA)와 이 전극-전해질 합성체의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적층 구조로 이루어지고, 상기 전극-전해질 합성체와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며,
    상기 전극-전해질 합성체와 가스켓이 접착제에 의하여 연결되는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 위치하며, 상기 전극의 가장자리 외측으로 전해질막의 가장자리 부분이 노출되도록 형성되는 연료 전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상 기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 작게 형성하는 연료 전지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전극해질막의 가장자리 부분과 상기 전극의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착되는 연료 전지 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적과 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적을 실질적으로 동일하게 형성하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 크게 형성하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전해질막의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착되는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제가 150∼200℃에서 내열성을 갖는 아크릴계 수지를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 발생부는 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고온형 연료 전지로 이루어지며,
    상기 전해질막이 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] 또는 폴리[2,5-벤즈이미다졸]으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는:
    수소를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및
    상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 공급부는 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는, 상기 전기 발생부와 연료 탱크에 연결 설치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함하는 연료 전지 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템이, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrance Fuel Cell: PEMFC) 방식으로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  14. 전극-전해질 합성체(MEA)와 이 전극-전해질 합성체의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적층 구조로 이루어진 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하는 스택에 관한 것으로,
    상기 전극-전해질 합성체와 양 세퍼레이터 사이의 가장자리 부분에 개재되는 가스켓을 구비하며, 상기 전극-전해질 합성체와 가스켓이 접착제에 의하여 연결되도록 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극이 위치하며, 상기 전극의 가장자리 외측으로 전해질막의 가장자리 부분이 노출되도록 형성되는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 작게 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전극해질막의 가장자리 부분과 상기 전극의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착되는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적과 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적을 실질적으로 동일하게 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 전극-전해질 합성체가 위치하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 면적을 상기 전극-전해질 합성체의 전극 면적 보다 크게 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 가스켓의 개구부 가장자리 부분이 상기 전해질막의 가장자리 부분에 상기 접착제에 의하여 부착되는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착제가 150∼200℃에서 내열성을 갖는 아크릴계 수지를 포함하는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기 발생부는 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고온형 연료 전지로 이루어지며,
    상기 전해질막이 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸] 또는 폴리[2,5-벤즈이미다졸]으로 이루어지는 연료 전지 시스템에 사용되는 스택.
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