KR20060016399A

KR20060016399A - Bipolar plate of boron fuel cell

Info

Publication number: KR20060016399A
Application number: KR1020040064821A
Authority: KR
Inventors: 김미로
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-02-22

Abstract

본 발명에 따른 연료전지의 분리판은, 막-전극 접합체와 대향되는 면에 연료 또는 공기가 흐를 수 있는 가스유로가 형성되되, 상기 가스유로의 벽이 울퉁불퉁하기 때문에 상기 가스유로를 따라 흐르는 연료 또는 공기에 강한 난류가 형성되어, 연료 또는 공기가 상기 막-전극 접합체와 전기 화학적으로 활발하게 반응함으로써 효율이 향상될 수 있고, 데드 스팟으로 인한 전기적 쇼트가 생기지 않게 되어 신뢰성이 향상될 수 있다.
In the separator of the fuel cell according to the present invention, a gas flow path through which fuel or air flows is formed on a surface facing the membrane-electrode assembly, and the fuel flows along the gas flow path because the wall of the gas flow path is uneven. Strong turbulence is formed in the air, so that fuel or air can actively react electrochemically with the membrane-electrode assembly, thereby improving efficiency, and preventing electrical shorts due to dead spots, thereby improving reliability.

연료전지, 분리판, 가스유로, 난류Fuel Cell, Separator, Gas Channel, Turbulence

Description

Separation Plate of Fuel Cell {Bipolar Plate of Boron Fuel Cell}

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 시스템을 나타낸 구성도,1 is a block diagram showing a fuel cell system according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 연료전지 분리판이 도시된 단면도,2 is a cross-sectional view showing a fuel cell separator according to the prior art,

도 3은 종래 기술에 따른 연료전지 분리판의 사시도,3 is a perspective view of a fuel cell separator according to the prior art,

도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도,4 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지 분리판의 사시도,5 is a perspective view of a fuel cell separator according to the present invention;

도 6은 도 5의 B-B선에 따른 단면도이다.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 5.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

50 : 패널 52 : 가스유로
50 panel 52 gas flow path

본 발명은 연료전지의 분리판에 관한 것으로서, 특히 가스유로의 가스흐름에 강한 난류가 형성될 수 있도록 가스유로의 벽이 울퉁불퉁하게 형성된 연료전지의 분리판에 관한 것이다.
The present invention relates to a separator of a fuel cell, and more particularly, to a separator of a fuel cell in which walls of the gas passage are ruggedly formed so that a strong turbulence can be formed in the gas passage.

일반적으로 연료전지는, 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적에너지로 변환하는 장치로서, 연료로는 LNG, LPG, CH 3 OH, 가솔린 등이 개질기(미도시)에서 정제되어 생성된 수소가스가 사용되거나 액체상태의 메탄올이 사용된다.In general, a fuel cell is a device for directly converting energy contained in a fuel into electrical energy. As fuel, hydrogen gas produced by purifying LNG, LPG, CH 3 OH, and gasoline in a reformer (not shown) may be used. Liquid methanol is used.

이러한 연료전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상 발전이 이루어지는 스택(1)의 일측에 연료가스공급라인(2)과 공기공급라인(3)이 각각 연결되고, 상기 스택(1)의 타측에 반응하고 난 후의 배출가스가 배출되는 배출라인(4)이 구비된다. In the fuel cell, as shown in FIG. 1, a fuel gas supply line 2 and an air supply line 3 are respectively connected to one side of a stack 1 in which power generation is normally performed, and the other side of the stack 1. A discharge line 4 through which the exhaust gas after the reaction is discharged is provided.

상기한 스택(1)은 통상적으로 단위 셀(SINGLE CELL)(S)이 적층된 것으로, 도 2를 참고하여 상기 단위 셀(S)을 자세히 설명하면, 고분자 전해질 막(11)의 양측에 각각 촉매층(12)과 확산판(14)이 접합되어 양극(Cathode)과 음극(anode)이 되는 막-전극 접합체(MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY, MEA)(10)를 이루고, 그 막-전극 접합체(10)의 양측에는 각각 가스유로(22)가 형성된 분리판(20)이 밀착되어 있으며, 그 분리판(20)의 양측에는 양극과 음극의 집전극이 되는 집전판(30)이 밀착된다.The stack 1 is typically a unit cell (SINGLE CELL) (S) is stacked, and the unit cell (S) will be described in detail with reference to Figure 2, each of the catalyst layer on both sides of the polymer electrolyte membrane (11) 12 and the diffusion plate 14 are bonded to each other to form a membrane-electrode assembly (MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY, MEA) 10 that becomes a cathode and an anode, and the membrane-electrode assembly 10 Separation plates 20 each having gas flow passages 22 formed on both sides are in close contact with each other, and both sides of the separation plate 20 are in contact with current collector plates 30 serving as collector electrodes of the positive electrode and the negative electrode.

상기 가스유로(22)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 횡단면이 사각이나 원형이고, 가스가 유입되어 토출될 때까지 동일한 횡단면 형상으로 유지되며, 내벽이 굴곡지지 않고 평활하다.As shown in FIG. 3, the gas flow passage 22 has a square or circular cross section, and is maintained in the same cross-sectional shape until gas is introduced and discharged, and the inner wall is smooth without being bent.

상기와 같이 구성된 연료전지는, 발전이 시작되면 연료와 공기가 연료가스공급라인(2)과 공기공급라인(3)을 통해 상기 가스유로(22)로 공급된다. In the fuel cell configured as described above, when power generation starts, fuel and air are supplied to the gas passage 22 through the fuel gas supply line 2 and the air supply line 3.

상기 가스유로(22)에 공급된 연료는 양극의 가스유로(22)를 따라 흐르면서 상기 확산판(14)에 의하여 상기 촉매층(12)의 전면에 확산되고, 상기 촉매층(12)에 확산된 연료에 의하여 양극에서는 전기 화학적인 산화가 발생된다. 그리고, 상기 가스유로(22)에 공급된 공기는 음극의 가스유로(22)를 따라 흐르면서 마찬가지로 상기 확산판(14)에 의하여 상기 촉매층(12)의 전면에 확산되고, 상기 촉매층(12)에 확상된 공기에 의해 음극에서는 전기 화학적인 환원이 발생된다. 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기적인 에너지가 발생되어 상기 집전판(30)에 집전되는데, 상기 집전판(30)에 집전된 전기 에너지가 전원으로 사용된다.
The fuel supplied to the gas passage 22 flows along the gas passage 22 of the anode and is diffused to the entire surface of the catalyst layer 12 by the diffusion plate 14, and to the fuel diffused in the catalyst layer 12. As a result, electrochemical oxidation occurs at the anode. In addition, the air supplied to the gas passage 22 flows along the gas passage 22 of the cathode and is similarly diffused by the diffusion plate 14 to the entire surface of the catalyst layer 12, and is enlarged in the catalyst layer 12. The resulting air causes electrochemical reduction at the cathode. At this time, electrical energy is generated due to the movement of the generated electrons and is collected on the current collecting plate 30. The electric energy collected on the current collecting plate 30 is used as a power source.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 연료전지의 분리판(20)은, 상기 가스유로(22)가 단조로워서 연료 및 공기의 흐름이 완만하기 때문에 전기 화학적인 반응이 약하게 이루어짐으로써 효율 향상에 한계가 있고, 국부적으로 데드 스팟(Dead Spot)이 생길 수 있는 문제점이 있다.
However, the separator 20 of the fuel cell according to the prior art as described above has a limitation in improving efficiency because the gas flow passage 22 is monotonous and the flow of fuel and air is smooth so that the electrochemical reaction is weak. And, there is a problem that a local dead spot (Dead Spot) can occur.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료 및 공기의 유동에 강한 난류가 형성될 수 있도록 가스유로가 개선된 연료전지의 분리판을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a separator of a fuel cell in which a gas flow path is improved so that a strong turbulence can be formed in the flow of fuel and air.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 분리판은, 연료 또 는 공기가 유동되는 가스유로가 형성되고, 상기 가스유로의 벽이 울퉁불퉁하게 형성된 것을 특징으로 한다.
Separation plate of the fuel cell according to the present invention for solving the above problems is characterized in that the gas flow path for the fuel or air flow is formed, the wall of the gas flow path is formed unevenly.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 연료전지의 분리판은, 몸체인 패널(50)이 막-전극 접합체에 밀착되고, 상기 막-전극 접합체와 대향되는 상기 패널(50)의 일면에 연료 또는 공기가 흐를 수 있도록 홈과 같은 형상으로 다수개의 가스유로(52)가 형성된다. In the separator plate of the fuel cell according to the present invention, the panel 50 which is a body is in close contact with the membrane-electrode assembly, and the fuel or air flows in one surface of the panel 50 facing the membrane-electrode assembly. A plurality of gas passages 52 are formed in the same shape.

상기 각각의 가스유로(52)는 상기 패널(50)의 평면을 따라 일정한 패턴으로 지그재그 구조의 유로로 형성되고, 나머지 다른 가스유로(52)와 평행하게 배치된다.Each of the gas passages 52 is formed in a zigzag flow passage in a predetermined pattern along the plane of the panel 50, and is disposed in parallel with the other gas passages 52.

특히, 상기 각각의 가스유로(52)의 벽은 유로가 복잡해지도록 울퉁불퉁하게 형성된다. 보다 바람직하게는, 상기 가스유로(52)의 벽은 연료 또는 공기의 유동방향(화살표 P)으로 균일하게 물결모양으로 형성된다. In particular, the walls of the respective gas flow passages 52 are ruggedly formed so that the flow paths become complicated. More preferably, the wall of the gas flow passage 52 is formed in a uniform wave shape in the flow direction (arrow P) of fuel or air.

그러면, 상기와 같이 구성된 연료전지의 분리판에서는, 상기 가스유로(52) 속의 연료 또는 공기의 흐름에 강한 난류가 형성되어, 종전과 같이 상기 가스유로(52)의 벽이 평활할 때보다 연료 또는 공기와 상기 막-전극 접합체가 더 활발하게 전기 화학적으로 반응하게 되고, 물론 상기 가스유로(52)의 유로를 따라 연료 또는 공기가 상기 막-전극 접합체와 반응하지 않는 데드 스팟(Dead-Spot) 또한 생기지 않는다.
Then, in the separator plate of the fuel cell configured as described above, a turbulent flow is formed that is strong in the flow of fuel or air in the gas flow passage 52, and as in the past, the fuel or Air and the membrane-electrode assembly are more actively electrochemically reacted, and of course, dead spots where fuel or air do not react with the membrane-electrode assembly along the flow path of the gas flow path 52. It does not occur

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지의 분리판은, 막-전극 접합체와 대향되는 면에 연료 또는 공기가 흐를 수 있는 가스유로가 형성되되, 상기 가스유로의 벽이 울퉁불퉁하기 때문에 상기 가스유로를 따라 흐르는 연료 또는 공기에 강한 난류가 형성되어, 연료 또는 공기가 상기 막-전극 접합체와 전기 화학적으로 활발하게 반응함으로써 효율이 향상될 수 있고, 데드 스팟으로 인한 전기적 쇼트가 생기지 않게 되어 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.In the separator plate of the fuel cell according to the present invention configured as described above, a gas flow path through which fuel or air flows is formed on a surface facing the membrane-electrode assembly. Strong turbulence is formed in the fuel or air flowing along the fuel cell, so that the fuel or air reacts actively with the membrane-electrode assembly electrochemically to improve efficiency, and electrical shorts due to dead spots do not occur, thereby improving reliability. There is an advantage that can be.

Claims

A gas flow channel through which fuel or air flows is formed, and the wall of the gas flow path is formed unevenly.

The method of claim 1,

The wall of the gas flow path is separated plate of the fuel cell, characterized in that formed in a uniform wave shape in the flow direction.