KR20060021376A - 유동장 플레이트의 구조 - Google Patents

유동장 플레이트의 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20060021376A
KR20060021376A KR1020057023940A KR20057023940A KR20060021376A KR 20060021376 A KR20060021376 A KR 20060021376A KR 1020057023940 A KR1020057023940 A KR 1020057023940A KR 20057023940 A KR20057023940 A KR 20057023940A KR 20060021376 A KR20060021376 A KR 20060021376A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow field
channel
field plate
fluid
channels
Prior art date
Application number
KR1020057023940A
Other languages
English (en)
Inventor
알렌 로버트 채프만
실바인 자메이스
이안 마이클 멜로
마크 크리스토퍼 터핀
알렉산드르 주브레이
Original Assignee
더 몰간 크루시블 캄파니 피엘시
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/GB2003/002621 external-priority patent/WO2004001874A2/en
Priority claimed from GB0316946A external-priority patent/GB2403061B/en
Application filed by 더 몰간 크루시블 캄파니 피엘시 filed Critical 더 몰간 크루시블 캄파니 피엘시
Publication of KR20060021376A publication Critical patent/KR20060021376A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 또는 일렉트로라이저용 유동장 플레이트(세퍼레이트)에 있어서, 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성되는 연료전지 또는 일렉트로라이저용 유동장 플레이트(세퍼레이트)에 관한 것이다. 유체배급/제거채널 및 유체확산채널은 각각 가스배급/제거채널 및 가스확산채널이다. 브랜치형 유체배급채널은 간단히 유체확산채널에 연결되고 이들 유체확산채널은 직접 또는 유체제거채널을 통하여 유체유출구에 연결된다. 본 발명은 부가적으로 반응제 유동장을 형성하는 유동장 세그먼트의 타일형 어레이로 구성되고 각 세그먼트가 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 좁은 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성되는 연료전지 또는 일렉트로라이저용 유동장 플레이트(세퍼레이트)를 제공한다. 유동장 세그먼트는 병렬, 직렬 또는 이들의 조합으로 연결될 수 있다. 세그먼트는 직렬 또는 직렬연결된 세그먼트의 병렬구조로 연결되는 것이 좋다.
연료전지, 일렉트로라이저, 유동장 플레이트.

Description

유동장 플레이트의 구조 {FLOW FIELD PLATE GEOMETRIES}
본 발명은 연료전지와 일렉트로라이저(electrolyser)에 관한 것으로, 특히 양자교환멤브레인 연료전지와 일렉트로라이저에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산화제가 제어상태에서 결합되어 직접 전기를 생산하는 장치이다. 중간연소및 발전단계를 거치지 않고 직접 전기를 생산함으로서 전기효율은 전통적인 제너레이터에서 연료를 사용하는 것 보다 높다. 이러한 연료전지는 매우 널리 알려져 있다. 연료전지는 간단하고 바람직한 것이나 최근에 실제의 연료전지시스템을 제작하기까지 많은 인력과 시간이 들었다. 일렉트로라이저는 연료전지를 역으로 이용하는 것으로서 물을 수소와 산소로 분해하기 위하여 전기가 사용된다.
연료전지와 일렉트로라이저는 모두 소위 "수소경제학"에서 중요부분이 되고 있다. 다음의 설명에서는 연료전지에 대하여 기술하고 있으나 그 원리는 일렉트로라이저에도 동일하게 적용될 수 있는 것임을 기억하여야 할 것이다. 상업적으로 생산되고 있는 연료전지의 한 가지 형태는 소위 양자교환멤브레인(PEM) 연료전지이다[때로는 폴리머 일렉트로라이저 또는 솔리드 폴리머 연료전지(PEFC)로 불리기도 한다]. 이러한 전지는 연료로서 수소를 사용하고 양측면에 다공형 전극이 배치된 전 기적으로 절연성(그러나 이온전도성을 가짐)인 폴리머 맴브레인으로 구성된다. 전형적으로 멤브레인은 플루오로술폰산염 폴리머이고 전극은 전형적으로 탄소질의 분말물질상에 분산된 귀금속촉매로 구성된다. 이러한 전극 및 멤브레인 조립체는 멤브레인전극조립체(MEA)라고 불리기도 한다.
수소연료는 일측 전극에 공급되고 여기에서 산화되어 양극에 전자를 방출하며 수소이온을 전해액에 방출한다. 산화제(전형적으로 공기 또는 산소)는 타측 전극(음극)측으로 공급되며 여기에서 음극으로부터의 전자가 산소 및 수소이온과 결합되어 물을 생성한다. 서브클라스의 양자교환멤브레인은 다이렉트 메탄올 연료전지이며 이 연료전지에서는 메탄올이 연료로서 공급된다. 본 발명은 이러한 연료전지와 기타 다른 연료전지를 망라하고 있다.
상업적인 PEM 연료전지에 있어서 많은 이러한 MEA는 유동장 플레이트(이는 바이폴라 플레이트 또는 세퍼레이터라고도 한다)에 의하여 분리된 상태에서 적층된다. 전형적으로 유동장 플레이트는 일측 멤브레인의 양극과 인접한 멤브레인의 음극 사이에 양호한 전자의 이동이 이루어질 수 있도록 하는 금속, 흑연 또는 탄소합성물로 구성된다. 유동장 플레이트는 유체(연료 또는 산화제)를 공급하고 연료전지의 반응생성물로서 생성된 물을 제거하기 위하여 이들 표면에 요구패턴을 갖는다.
이들 요구를 형성하는 여러가지 방법들이 제시된 바 있으며, 예를 들어 연마, 엠보싱 또는 몰딩(WO 00/41260)과, 레지스트를 통한 샌드블라스팅(WO 01/04982)(이는 본 발명을 위하여 특히 유용하다)을 이용하여 이러한 요구들을 형성하는 것이 제안되었다.
국제특허출원 WO 01/04982에는 플레이트에 레지스트 또는 마스크를 부착하고 이러한 레지스트 또는 마스크에 형성된 패턴에 일치하는 구조를 형성하기 위하여 샌드블라스팅기법(또는 다른 기법으로서 예를 들어 워터제트 연바와 같이 표면을 연마하기 위하여 이동입자의 운동을 이용하는 에칭기법)을 이용하여 유동장 플레이트를 가공하는 방법이 기술되어 있다.
이러한 공정은 WO 01/04982에 의하여 알려진 바와 같이 유동장 플레이트를 통하여 통공을 형성하거나 유동장 플레이트에 폐쇄저면을 갖는 피트나 채널을 형성할 수 있다. WO 01/04982의 공정은 본 발명에서 참조되며 본 발명의 배경기술이 된다.
실제로, 지금까지 제조되고 있는 대부분의 플레이트는 채널을 밀링하여 형성되었다.
WO 00/41260은 실질적으로 직선형인 평행채널들이 약 0.75 mm 이하의 폭을 갖는 것으로 제공되는 유동장구조를 기술하고 있다.
WO 00/26981에는 800㎛ 이하의 랜드에 의하여 분리된 800㎛ 이하의 폭을 갖는 아주 평행한 유동채널이 사용되고 내부-채널 랜드영역이 유동장의 25% 이하인 유사구조가 기술되어 있다. 이러한 구조는 MEA(WO 00/26981에서는 DCC[확산전류콜렉터]로서 언급됨)를 통한 측방향 가스분산을 위한 필요성을 줄일 수 있도록 가스분배를 개선하는 것으로 설명되고 있다. 또한 이러한 구조는 랜드영역에 대한 전로길이를 줄이므로서 전기저항을 줄이는 것으로 설명되고 있다.
감소된 랜드영역이 전기저항을 증가시킨다고 설명하고 있는 WO 00/26981에 기술된 전기적인 특성과 가스특성 사이에는 모순이 있다. WO 00/26981에서는 이들의 모순조건이 최적화될 수 있음을 기술하고 있다. WO 00/26981에서는 고도로 평행한 마이크로-채널의 패턴이 헷칭 또는 그리드 패턴과 같은 상호연결부 또는 브랜치 포인트를 포함할 수 있음을 언급하고 있다. 협소채널을 이용하는 잇점의 하나는 채널을 통한 물방울입자의 형성을 촉진하여 효과적인 물의 제거가 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 그러나, 그리드 패턴이 이용되는 경우 물방울입자의 양측 압력이 실질적으로 동일하게 될 수 있어 이러한 잇점을 찾아 볼 수 없다.
WO 00/26981에 대한 인용문헌은 다음과 같다.
· US 3814631, 이는 전극구조를 보이고 있는 바, 폭이 0.3 mm 이상인 마이크로-채널이 전극의 대향면에 형성된 전극대응요입부측으로 돌출되는 텍스처드 전극으로 연장된 프레임변부에 제공된 전극구조를 기술하고 있다.
· US 5108849, 이는 랜드폭이 0.254 mm(0.01 인치) 이상인 폭 0.76 mm(0.03 인치) 이상의 사행형(蛇行形) 트랙을 갖는 플레이트를 기술하고 있다.
· WO 94/11912, 이는 0.76 mm(0.03 인치)의 폭과 깊이의 불연속 트랙을 갖는 플레이트를 기술하고 있다. 이들 트랙은 서로 맞물려 있다.
· WO 98/52242, 이는 멤브레인을 가습하기 위한 수단을 기술하고 있다.
협소채널은 다른 장치에서도 알려져 있는 바, 예를 들어, WO 94/21372에는 인접한 디스크에 파트 채널을 정렬시킴으로서 형성되는 3차원의 완곡형 채널로 구성된 화학공정장치가 기술되어 있다.
연료전지에 관련된 어느 특허문헌에도 미세가스채널로 연장되는 비교적 거친 가스배급채널의 구조를 기술하고 있지 않다.
유체가 이들의 각 전극면에 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여, 소위 가스확산층(GDL)이 전극과 유동장 플레이트 사이에 배치된다. 이 가스확산층은 다공성의 물질이며 전형적으로 카본지 또는 카본직물로 구성되고, 대개는 일측면에 탄소분말의 접착층을 가지고 발수촉진을 위하여 소수성 물질로 코팅된다. 가스확산층의 감소가 이루어질 수 있도록 기공의 크기가 20-100㎛ 인 연결기공을 갖는 거대기공물질(US-A-5641586)의 하측에 맞물림형 유동장을 제공하는 것이 제안되었다. 이러한 구성은 폐색된 기공의 주위로 가스의 흐름이 이루어질 수 있도록 하는 것으로 유리한 것은 아니다. 아울러, 이러한 구성은 유동장 플레이트의 두께가 두꺼워지도록 한다.
유동장 플레이트와 멤브레인의 조립체는 이에 결합되는 연료 및 산화제공급매니폴드와 함께 연료전지 적층체라 불린다.
비록 상기 언급된 기술들이 시작품이나 일부 상업적인 분야에서는 유용한 것으로 확인되었으나, 보다 폭넓게 상업적으로 허용될 수 있도록 하기 위하여 연료전지 적층체의 물리적인 크기를 줄이고 코스트를 줄이는 것이 요구된다. 아울러, 부품의 수를 줄이는 것이 크기나 코스트(재료나 조립코스트 모두)의 면에서 유리한 결과를 보인다.
또한, 종래기술의 유동장 플레이트는 유동장이 매트릭스, 사행형, 선형 또는 맞물림형의 형태를 이룰 수 있도록 하나 가스유로를 개선하기 위한 다른 물리적인 시스템으로 간주되지 않았다. 매트릭스형 유동장(랜드의 그리드가 가스확산층을 지 지하고가스가 랜드 사이로 유동할 수 있도록 한다)은 이론적으로 가스의 양호한 유동이 이루어질 수 있도록 하나 실제로는 물이 쉽게 매트릭스내에 갇혀 이를 폐색시키는 결점을 갖는다. 더욱이, 이러한 폐색은 유동장에서 정체영역이 형성될 수 있도록 한다.
선형 및 사행형 유동장은 물의 폐색 또는 정체영역의 형성에 대하여서는 거의 문제점이 없으나 유동장을 통한 압력강하로 가스유동이 느려지는 문제점이 있다. 또한 사행형 유동장 패턴은 일측 채널로부터 형저히 낮은 압력을 갖는 인접한 채널로 통과함으로서 가스의 "단락(short circuiting)"이라는 문제점을 보이는 경향이 있다.
맞물림형의 유동장은 가스배급효율이 높으나 유입유동장으로부터 가스확산층을 통하여 유출유동장으로 가스를 이동시키기 위하여 고압이 요구되고 그 결과 기생손실이 크다.
아울러, 출원인은 높은 수요의 조건하에서(예를 들어, 0.6A/㎠ 이상의 전류) 이러한 통상적인 플레이트는 유동장 플레이트의 대부분에서 산화제 또는 연료의 고갈이 쉽게 나타날 수 있음을 확인하였다.
가스유동장의 알려진 조건은 다음과 같다.
· 랜드영역이 GDL을 지지하고 가스의 유동을 위한 캐비티를 유지할 수 있도록 하는 충분히 넓어야 한다.
· 채널은 적층체를 고정하는 압축압력하에 GDL이 채널측으로 압착되어 이를 폐색시키는 것을 방지할 수 있도록 충분히 좁아야 한다.
· WO 00/26981로부터, 채널이 채널상의 영역으로부터 랜드까지 유로길이를 줄일 수 있도록 충분히 좁아야 하고, 랜드는 랜드의 영역까지 가스의 확산거리를 줄일 수 있도록 하는 충분히 좁아야 한다.
유동장 플레이트를 별개의 영역으로 나누는 것을 제외하고 WO 00/26981이 해결하지 못하는 것은 좁은 채널이 높은 압력강하를 수반함으로서 채널의 일측 단부로부터 타측 단부까지의 범위에서 가스의 유용성이 현저한 차이를 보인다는 점이다.
통상적인 유동장 플레이트의 구조에서, 반응가스가 연료전지의 작동으로 모두 소모되고 가스유동에 대한 저항 때문에 유동장의 일측 단부(유출단부)에서의 압력이 타측 단부(유입단부)에서의 압력 보다 현저히 낮다. 연료 또는 산화제의 요구가 증가함에 따라서, 반응가스 유출구를 향하여 반응가스를 배급하기 위한 이러한 구성의 능력이 감소된다. 출원인은 특히 유동장 유출구의 영역에서 연료전지의 전체 작동면(유효전기발생이 일어나는 영역)에 대한 효과적인 가스배급이 이루어져 산화제의 고갈이 일어나지 않도록 하는 수단이 필요함을 인식하게 되었다.
US 5686199에는 다수의 유동장 세그먼트가 타일형으로 덮이어 전체 유동장을 구성함으로서 가스가 각 세그먼트로 신속히 유동할 수 있도록 하여 전체 압력강하를 낮추고 유동장을 통한 유동의 균일성을 개선하는 구성이 기술되어 있다. 그러나, US 5686199는 가스의 측방향 유동을 제한하는 평행배열의 채널을 이용함으로서 유동장에서의 혼합이 제한된다.
출원인은 생리계(허파)를 모사하여 짧은 가스유로에 의하여 기생손실이 적고 유동장에 대한 반응물의 보다 양호한 분배가 이루어질 수 있도록 하는 개선된 유동장 구조를 얻을 수 있음을 알게 되었다.
WO 02/065566에서 출원인은 대향된 유사한 채널조립체에 연결되거나 또는 맞물릴 수 있는 점진적으로 좁아지는 패턴의 채널조립체를 갖는 유동장 플레이트를 청구하고 있다.
또한 WO 04/001874에서 출원인은 가스가 가스배급채널을 통하여 투과형 벽으로 배급되고 투과형 벽을 통하여 가스제거채널로 이동되는 구조로 구성된 유동장을 기술하고 있다. 가스배급의 균일성이 개선되었으나 이 출원은 물관리의 문제점에 대하여서는 언급하고 있지 않다.
출원인은 WO 04/001874의 이론이 가스배급과 가스제거채널의 상이한 구성에 의하여 개선될 수 있는지의 여부와 매트릭스 유동장이 동일한 방법으로 개선될 수 있는지의 여부를 시험하고 확인하고자 하였다.
따라서, 본 발명은 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 보다 좁은 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성되는 연료전지 또는 일렉트로라이저용의 유동장 플레이트(세퍼레이터)를 제공한다.
유체배급/제거채널과 유체확산채널은 각각 가스배급/제거채널 및 가스확산채널일 수 있으며 이후 이들 용어는 본문에서 특별히 언급되지 않은 한 서로 혼용하여 사용된다.
브랜치형 유체배급채널은 간단히 유체를 유체확산채널측으로 공급하며 이들 자체는 직접 또는 유체제거채널을 통하여 유체유출구측으로 연장된다.
유동장 플레이트는 하나 이상의 브랜치형 유체제거채널에 맞물린 하나 이상의 브랜치형 유체확산채널과, 랜드 어레이에 의하여 형성된 이들 채널을 분리하는 투과형 벽으로 구성된다.
WO 02/065566 및 WO 04/001874에 기술된 이론은 유동장을 통한 반응제의 보다 균일한 분배가 이루어질 수 있도록 유동장을 가로질러 연장된 다수의 브랜치형 유로를 제공하는 공통의 구조를 갖는다. 출원인은 이러한 구조가 규모에 있어서 문제점이 있으나 구조를 간단히 대형구조로 대형화하는 경우 확산유로가 길어지고 공급채널의 폭이 너무 커진다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 반응제 유동장을 형성하는 타일형 어레이의 유동장 세그먼트로 구성되고 각 세그먼트가 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 보다 좁은 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성되는 연료전지 또는 일렉트로라이저용의 유동장 플레이트(세퍼레이터)를 제공한다. 유동장 세그먼트는 병렬, 직렬 또는 이들의 조합으로 연결될 수 있다. 세그먼트는 직렬로 연결되거나, 또는 직렬연결된 세그먼트의 병렬구성으로 연결되는 것이 좋다.
또한 유동장은 유동장을 영역들로 분리하는 비투과형 장벽을 포함하며 유체의 통과를 차단하는 초크 포인트를 제공하는 이러한 비투과형 장벽에는 통공이 형성되어 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 WO 04/001874의 발명에 따른 유동장 플레이트의 평면도.
도 2는 도 1의 원 A 부분의 확대도.
도 3은 WO 04/001874의 발명과 본 발명에 따른 다른 유동장 플레이트의 구조를 보인 평면도.
도 4는 도 3의 영역 E 부분의 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 육각형 어레이의 채널로 구성된 어레이형 유동장을 위한 구조의 일부를 보인 평면도.
도 6은 WO 04/001874의 발명에 따른 다른 구성을 보인 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 구조를 보인 평면도.
도 8은 일부 유동장 구조의 분극화곡선을 보인 그래프.
도 9는 일부 구조의 전력곡선을 보인 그래프.
도 10은 본 발명과 따른 구조와 통상적인 구조에 대하여 측정된 출력의 개선정도를 보인 그래프.
도 11은 도 5의 구조에 이용하기 위한 다른 채널구성을 보인 평면도.
도 12는 본 발명에 관련하여 사용가능한 다른 구조를 보인 평면도.
도 13은 본 발명에 따른 유동장을 보인 평면도.
도 14는 도 13에서 보인 유동장의 부분확대도.
도 15는 본 발명에 따른 병렬어레이의 유동장 세그먼트의 다른 실시형태를 보인 평면도.
도 16은 본 발명에 따른 병렬어레이의 유동장 세그먼트의 또 다른 실시형태를 보인 평면도.
도 17은 본 발명에 따른 직렬연결형 어레이의 유동장 세그먼트를 보인 평면도.
도 18은 본 발명에 따른 다른 직렬연결형 어레이의 유동장 세그먼트를 보인 평면도.
도 19는 본 발명에 따른 병렬연결형 유동장 세그먼트로 구성된 직렬연결형 어레이의 조립체를 보인 평면도.
도 20은 본 발명에 따른 유동장의 다른 실시형태를 보인 평면도.
도 21은 통상적인 사행형 유동장과 본 발명에 따른 유동장에 대하여 전류밀도에 대한 전압 및 전력의 관계를 보인 분극화 곡선의 그래프.
도 22는 통상적인 사행형 유동장과 본 발명에 따른 유동장에 대하여 음극 스토이치오메트리에 대한 전압을 좌표로 보인 그래프.
도 23은 통상적인 유동장과 본 발명에 따른 유동장에 대하여 "당량유동"에 대한 압력강하의 좌표를 보인 그래프.
도 1과 도 2는 WO 04/001874의 발명에 따른 유동장 플레이트를 보인 것이다. 유동장 플레이트(1)는 실제의 유동장을 구성하는 부분이 아닌 주위프레임(18)의 매니폴드 고정공(2)으로 구성된다. 또한 이 플레이트는 매니폴드(도시하지 않았음)에 의하여 반응가스가 배급되는 가스공급채널(3)로 구성된다. 채널(3)은 가스배급채널(4)에 연통한다. 가스배급채널(4) 자체는 가스배급서브채널(5)에 연결된다. 유사한 방법으로, 가스배출채널(6)이 가스제거채널(7)과 가스제거서브체널(8)에 연결된다.
가스배급채널과 서브채널(4)(5) 및 가스제거채널 과 서브채널(7)(8)은 이들 사이에 가스배급채널과 서브채널(4)(5)로부터 가스제거채널 과 서브채널(7)(8)로의 유로를 제공하는 다수의 확산채널(10)을 갖는 벽(9)이 형성되어 있다. 전형적인 경우에 있어서, 플레이트 크기가 ~10㎝x10㎝이고 유동장 작동면의 크기가 ~6.5㎝x6.5㎝인 경우, 가스배급채널의 폭은 약 1.25mm이고, 서브채널의 폭은 약 0.5mm이며 확산채널의 목은 약 0.125mm이다.
벽은 두 종류의 형태로 배치되어 있다.
제1형태에서, 벽은 가스공급채널(3)로부터 가스배출채널(6)까지 주름형 또는 콘서티나형으로 연장되고 벽의 각 주름을 따라 배치된 벽 세그먼트(16)와 벽의 각 반환부분에 배치된 단부벽 세스먼트(17)으로 구성된다.
제2형태에서, 단부벽 세그먼트(17) 사이의 벽은 그 자체가 주름형 또는 콘서티나형으로 배치되어 가스배급 및 가스제거서브채널(5)(8)을 형성한다. 예시된 형태에서 가스배급 및 가스제거서브채널의 길이는 약 2.5mm이다.
이들 패턴은 소형 또는 대형의 크기로 반복될 수 있다.
가스가 점진적으로 감소하는 채널을 통과하는 이러한 분열형 구성의 유동장은 유동장 플레이트의 크기로 그 규모를 확장할 수 있음을 의미한다(그러나 이후 상세히 언급되는 바와 같이 유동장의 반복에 의하여 극복될 수 있는 규모에 제한이 있을 수 있다). 또한 이는 투과형 벽이 큰 표면적을 가질 수 있도록 한다.
또한 이러한 구성은 GDL이 유동장에 의하여 만족스럽게 지지되어 유동장의 랜드영역상에 놓이는 MEA의 부분이 채널로부터 짧은 거리에 놓일 수 있도록 한다(전형적으로, 도시된 구성에 있어서는 벽 세그먼트 16은 가장 근접한 채널에 대하여 0.5mm 이하의 범위내에 있고 단부벽 세그먼트 17의 경우 1.25mm 이하의 범위내에 있다). 이러한 구성은 규모의 확장과 축소가 용이하게 이루어질 수 있도록 하여 소형의 벽 세그먼트(16)가 랜드의 상부영역에 대한 가스의 접근성이 보다 양호하도록 하는데 이용될 수 있다. 가장 근접한 가스배급 또는 확산채널로부터 0.25mm 이상의 거리를 두고 있는 유동장의 부분은 없다(특히 벽 세그먼트 16).
가스배급과 가스확산채널을 형성하기 위하여, 샌드블라스팅과 같은 기술이 이용될 수 있으며, 이러한 기술에서는 요구된 채널구조의 패턴을 갖는 템플레이트 또는 레지스트가 플레이트의 표면에 배치된다. 이러한 기술은 본 발명에서 인용하고 있는 WO 01/04982에서 설명되고 있다. 이러한 기술에서, 플레이트는 사용된 반응제와 반응하지 않는 흑연/수지 복합물 또는 기타 다른 비다공질의 절연물질로 구성될 수 있다.
또한, 벽은 플레이트상에 배치될 수 있으며(예를 들어 스크인인쇄 등) 이와 같은 경우 가스확산채널의 이용없이 가스투과형 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 기술분야에 전문가이면 투과형 벽을 구성하는 다양한 방법을 알고 있을 것이다.
이러한 방법은 본문에 언급된 모든 유동장을 제작하는데 이용될 수 있다.
도 3과 도 4는 본 발명의 원리에 따른 다른 유동장 플레이트 구조를 보인 것 이다. 유동장 플레이트는 중앙영역(19)(도 1에서 보인 바와 같이 주위프레임 18[도시하지 않았음]으로서 사용하기 위한 것임)으로 구성된다. 이는 도 1의 경우와 같이 가스공급채널(3) 및 가스배출채널(6)과 단부벽 세그먼트(17)를 갖는다.
투과형 벽은 중간에 미세가스확산채널의 네트워크를 구성하는 랜드(20)의 어레이에 의하여 형성된다. 비록 도면에는 원형의 랜드가 도시되어 있으나, 출원인은 중간에 비교적 일정치 않은 채널폭을 제공하는 육각형 또는 기타 다른 형태의 랜드(예를 들어 다각형 랜드)가 더 좋은 것임을 알게 되었다. 랜드의 전형적인 크기는 ~750㎛±250㎛이고 랜드 사이의 간격은 ~300㎛±150㎛이다.
도 5는 유입채널(29)을 유출채널(30)측으로 연결하는 육각형 어레이의 채널로 구성된 어레이 형태의 유동장 구조를 보인 것이다. 이 어레이는 각각 다수의 상호연결된 가스확산채널로 구성되는 일련의 블록(32)을 형성하는 1차 가스배급/제거채널(31)로 구성된다. 도 5에서 가스확산채널 자체는 육각형 어레이를 형성하나, 도 11은 다른 어레이의 상호연결형 가스확산채널이 구성될 수 있음을 보이고 있다. 도 3 및 도 4의 경우와 같이, 비록 원형의 랜드가 사용될 수 있으나, 출원인은 중간에 비교적 일정한 채널폭을 제공하는 육각형 또는 기타 다른 형태의 랜드가 더 좋은 것임을 알게 되었다. 역시, 랜드의 전형적인 크기는 ~750㎛±250㎛이고 랜드 사이의 간격은 ~300㎛±150㎛이다.
도 6은 WO 04/001874의 발명에 따른 다른 구조를 유사한 방법으로 도시한 것으로, 여기에서 투과형 벽은 가스배급채널에 대하여 경사를 이루어 연장된 일련의 가스확산채널로 구성된다.
도 7은 본 발명에 따른 구조를 보다 상세히 보인 것으로, 유입채널(21)이 브랜치(23)를 갖는 메인 스템(22)으로 구성된 브랜치형 가스배급채널에 연결된다. 브랜치(23)는 유출채널(26)측으로 연장된 두 브랜치형 가스제거채널의 스템(25)으로부터 연장된 브랜치(24)와 맞물린다. 랜드에 의하여 형성된 투과형 벽은 브랜치형 가스제거채널로부터 브랜치형 가스배급채널을 분리한다.
보조채널(27)(28)이 각각 브랜치형 가스배급/제거채널이 연장되지 않은 영역에 대하여 부가적인 가스배급/제거가 이루어질 수 있도록 유입채널(21)과 유출채널(26)로부터 연장된다.
도 12에서, 다른 변형형태의 유동장이 압력등화를 위한 테이퍼부분을 포함하거나 포함하지 않는 팬형 세트의 분배트랙(22)을 보이고 있다. 도시된 예는 가스확산을 보조하는 2차 연결트랙(23)을 갖는다. 이에 대한 변형예로서 도 7에서 보인 채널(27)(28)과 같은 '배출'트랙을 이용하는 것이 있다. 채널 사이의 영역(29)은 중간에 상호연결형 가스확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드 어레이로부터 형성되며 이들 채널을 통한 가스의 확산은 유동장 플레이트의 나머지부분에 가스를 공급한다. 가스는 A-B 방향으로 유동하며 가스는 가스제거채널(30)을 통하여 유동장을 떠난다.
한 실시예에서,
· 메인 스템(22)은 유입단부측에서 약 1.25mm의 폭으로부터 유입구로부터 원격한 단부에서 약 0.33mm 까지 경사져 있다.
· 메인 스템은 그 깊이가 유입단부에서 약 1mm로부터 유입구로부터 원격한 단부에서 약 0.5mm 까지 변화한다.
· 브랜치(23)는 폭이 약 0.45mm이다.
영역(29)은 육각형 어레이에 배치된 장축선 약1.2mm의 다이아몬드 또는 마름모꼴 랜드의 어레이로부터 형성되고, 랜드 사이의 간격은 0.4mm이다.
여러 유동장 구조의 성능이 공기측 구조(물관리문제가 나타날 수 있음)로서 비교되었으며 이들의 상대성능이 도 8과 도 9에 예시되어 있는 바, 도 8은 여러 구조의 분극화 곡선을 비교하여 보인 것이며 도 9는 이에 상응하는 전력곡선을 보이고 있다.
이러한 데이터를 얻기 위하여 사용된 장치는 Nafion 멤브레인과 Toray 가스확산매체를 이용한 Hydrogenics Corporation Screener 테스트 스탠드로 구성되었다. 이 장치에는 양극에 80% 습도의 수소와 역시 80% 습도의 공기가 사용되었다. 모든 테스트는 단일 셀의 80℃ 등온에서 이루어졌다.
시험된 구조는 표 1에서 설명한 바와 같다. 모든 유동장 플레이트는 일반적으로 그 크기가 100mm x 100mm인 정사각형이고 활성영역의 크기는 70mm x 70mm이다.
그래프로부터 Col 구조는 시헌된 구조중에서 성능이 가장 나쁜 것임을 알 수 있다. 출원인은 가스확산채널(원형 돗트의 어레이는 도 4에서 보인 바와 같이 채널이 이들의 길이를 따라서 팽창 및 수축되도록 한다)의 단면이 달라져서 어레이의 간극에 물이 갇히게 되어 나타난 것이 그 이유라 믿는다. 이와 같이 물이 갇히는 위험을 줄이기 위하여, 출원인은 Hex 어레이를 개발한 바, 극적인 개선이 이루어졌 다.
마찬가지로, Bio Orig 구조는 물관리의 문제점(비록 가스분배가 양호하다하여도)에 의하여 사행형 구조에 비하여 성능이 떨어졌음을 볼 수 있다. Bio 1000 구조는 이를 개선하고자 하였으나 원형 컬럼을 이용함으로서 물이 갇히는 문제점이 야기되었다.
Bio 2000 구조는 실질적으로 단면이 균일한 가스확산채널을 제공함으로서 물이 갇히게 되는 기회를 줄일 수 있도록 한 것이다. 이러한 구조는 통상적인 Serp 구조에 비하여 고전압/저전류밀도 조건과 저전압/고전류밀도 조건에서 성능이 개선되었으나 중간 범위에서는 성능이 떨어짐을 알 수 있다.
Leaf 구조는 저-중 전압/전류조건에서 Serp 구조와 비슷하였으나 전지가 고전류밀도에서 고부하가 걸릴 때 Leaf 구조는 현저히 큰 전력을 발생한다(1.5A.cm-2 이상으로 작동될 때 >10% 이상). 출원인은 육각형 랜드를 이용한 Leaf 구조가 이러한 성능을 능가할 것으로 확신있게 예상한다.
표 1
플레이트 기호 내 용
Serp 폭이 750㎛이고 깊이가 750㎛인 5개 트랙을 갖는 사행형 구조
Col 직경이 ~750㎛이고 랜드 사이의 간격이 ~300㎛인 원형 컬럼의 어레이로 구성된 매트릭스 구조
Hex 도 5에 따른 구조로서 폭이 750㎛인 1차 채널을 가지고 랜드가 폭이 ~750㎛이고 랜드 사이의 간격이 ~300㎛인 육각형 컬럼으로서 형성된 구조
Bio Orig 도 1 및 도 2에 따른 구조로서 폭이 약 ~1250㎛인 가스배급채널(4), 폭이 약 ~750㎛인 서브채널(5)과 약 125㎛의 확산채널(10)을 갖는 구조
Bio 1000 도 3 및 도 4에 따른 구조로서 폭이 100㎛인 가스배급채널을 가지고 직경이 ~750㎛이고 랜드 사이의 간격이 ~300㎛인 원형 컬럼으로 형성된 랜드 어레이에 의하여 형성된 투과형 벽을 갖는 구조
Bio 2000 도 6에 따른 구조로서 폭이 100㎛인 가스배급채널과 폭이 ~400㎛인 확산채널을 갖는 구조
Leaf 도 7에 따른 구조로서 베이스에서의 폭이 2mm인 메인 스템(22)을 가지고 폭이 1mm인 브랜치(23)를 가지며 폭이 ~750㎛이고 랜드 사이의 간격이 ~300㎛인 원형 컬럼으로서 형성된 랜드 어레이에 의하여 형성된 투과형 벽을 갖는 구조
상기 테스트에 이어 일정한 폭의 확산채널을 갖는 것이 갇힌 물방울입자의 안정성에 기여하는 것으로 확인되었다. 또한 출원인은 채널의 폭을 크게 변화시킴으로서 물방울입자의 불안정성이 촉진됨을 확인하였다. 예를 들어, 랜드의 대칭구조(예를 들어, 육각형 어레이의 다이아몬드, 정사각형 또는 삼각형 랜드)에 정렬되지 않는 비원형의 랜드를 이용함으로서, 채널폭을 크게 변화시켜 물방울입자의 불안정성을 유도하고 물의 처리를 개선할 수 있다[육각형 어레이에 정렬되는 육각형 랜드의 어레이는 채널의 폭이 일정하도록 하여 이러한 잇점을 가지지 못한다].
통상적으로 연료전지는 예를 들어 사행형 채널의 경우 일반적으로 0.6-0.8A.cm-2 이하인 것과 같은 이들의 최적한 전압/전류밀도범위에서 작동될 수 있도록 관리된다. Leaf 구조는 고전류밀도(예를 들어 1.6A.cm-2 )에서 작동이 가능하도록 하는 반면에 높은 전력을 발생토록 한다(유동장의 작동면에서 계산된 750mW.cm-2 이상 또는 >800mW.cm-2 의 전력밀도). 이러한 유동장 구조에 맞는 연료전지관리시스템을 최적화하지 않는 경우에도, 이러한 고부하성능은 간헐적인 고부하가 경험되는 분야에서는 특히 중요하다.
채널을 통한 압력등화를 보조하기 위하여, 이들 채널은 국제특허출원 WO 02/065565에 기술된 바와 같이 테이퍼형으로 구성될 수 있다.
고종횡비와 기타 다각형 플레이트와 같은 대형 플레이트 및 기타 간단한 구조인 경우에, 요구된 유동장을 덮기 위하여 반복유니트 또는 유니트-셀 방법이 이용될 수 있다. 이는 형태를 부분적으로 맞추어 가면서 수행될 수 있으나, 보다 균일한 가스유동이 이루어질 수 있도록 하고 유동장을 통한 보다 균일한 전류의 발생이 이루어질 수 있도록 하는 효과적인 방법이다. 도 13과 도 14는 예를 들어 엽상(葉狀)의 셀상에 4개의 분리된 소형 유동장으로 구성된 유동장을 갖는 소형 플레이트를 보이고 있다. 소형 유동장은 쌍으로 제공되며, 각 쌍에는 유동장의 주위에 공통의 가스공급 및 배출채널이 구비되어 있다.
또한, 스템 및 브랜치 구조는 도 7, 도 13 및 도 14에서 보인 예의 브랜치형 구조와 도 12에서 보인 팬형 구조를 포함하는 다수의 변형형태를 가질 수 있다. 전지는 도 13 및 도 14에서 보인 바와 같이 중앙으로 공급될 수 있거나 도 15에서 보인 바와 같이 대각선방향으로 공급될 수 있다. 또한 사행형 유동장이 이용될 수도 있다.
보다 상세하게, 도 13 및 도 14에서, 유동장 플레이트(100)는 각각 브랜치형 가스배급채널(102)과, 브랜치형 가스배급채널을 둘러싸고 있는 투과형 영역(103)으로 구성되는 4개의 유동장 세그먼트(101)로 구성된다.
매니폴드(104), 1차 가스배급채널(105) 및 연결형 가스배급채널(106)가 브랜치형 가스배급채널(102)에 연결된다[이 예에서 연결형 가스배급채널 106은 브랜치형이나, 각 유동장 세그먼트에 대하여 별도의 채널이 제공될 수 있다].
투과형 영역(103)은 가스제거채널(107)에 의하여 부분적으로 둘러싸여 있다. 가스제거채널(107)은 연결형 가스제거채널(108)에 연결되고 이는 1차 가스제거채널(109)과 가스제거매니폴드(110)에 연결되어 있다.
비투과장벽(111)이 연결형 가스제거채널(108)과 1차 가스제거채널(109)로부터 1차 가스배급채널(105)과 연결형 가스배급채널(106)을 분리한다.
부가적인 랜드가 여러가지 방법으로 작용하도록 부가된다. 랜드(112)는 가스확산층이 채널측으로 침입하는 것을 방지하기 위하여 적당히 제공된다. 이는 통상적으로 채널의 폭이 현저한 위험이 일어날 정도이거나 가스확산층이 크게 변형되는 경우에만 적용될 수 있다. 가스공급이 이루어지는 중앙스템에 형성된 랜드(112)의 다른 작용은 가스유동이 분할되어 브랜치측으로 확산유동될 수 있도록 촉진되는 가스전환장치로서 작용하는 것이다.
실제로, 공통의 가스배급시스템(1차 가스배급채널 105와 연결형 가스배급채널 106)은 공통의 가스제거시스템(가스제거채널 107, 연결형 가스제거채널 108과, 1차 가스제거채널 109)측으로 연결된 다수의 유동장 세그먼트(101)에 연결된다.
연료전지의 구조는 허파의 구성과 유사하다. 인간은 단 두개의 허파를 갖는 반면에, 이러한 구조는 많은 이러한 유동장이 광역의 유동장을 형성할 수 있도록 편성되거나 덮일 수 있다.
이러한 관점으로부터 다수의 구조가 구성될 수 있는 바, 중요한 두 종류의 구조는 직렬과 별렬연결형의 세그먼트형 전지이다. 병렬연결형의 구조에 있어서, 각 유동장 세그먼트는 이에 별렬로 공급되고 각각 공통의 배출측으로 배출한다. 직렬구조에 있어서는 하나의 유동장 세그먼트로부터 배출되는 유동이 다른 유동장 세그먼트에 대하여서는 공급원으로서 이용된다.
도 15는 가스유입구(114)와 가스유출구(113)를 가지며 공통의 공급원을 갖는 병렬연결형 전지의 예를 보인 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 메인 스템(22), 2차 공급브랜치와, 배출브랜치(24)(25)로 구성되는 5개의 소형 유동장이 제공된다.
도 16은 각 셀에 직접 공급되는 병렬구조를 보인 것으로, 이 예에서 병렬구조는 4개의 셀을 갖는다. 각 유입채널(114)은 메인 스템(22)을 통하여 각 셀에 연결되는 각각의 채널(121)을 구성하도록 랜드(120)에 의하여 분할되고, 메인 스템은 유사한 방법으로 단일패턴구조로 분화될 수 있다. 유입채널(114)의 분리부분은 분리형 세그먼트내에 브랜치형 유동이 이루어질 수 있도록 상이한 단면을 가질 수 있다. 다시, 각 세그먼트 또는 반복부분은 랜드 스트립(111)에 의하여 분리되고 배출구가 투과형 수단으로서 작용하는 컬럼 어레이에 의하여 공급원으로부터 분리된다.
유사한 방법으로, 도 17은 유동장 어레이의 유동장 세그먼트를 위한 유입구가 다른 유동장 세그먼트의 유출구측에 연결된 직렬구조의 다른 형태를 보인 것이다. 각 세그먼트는 상기 언급된 구조로 구성될 수 있다. 도시된 예는 메인 스템 (22), 2차 브랜치(23) 및 투과형 부분(103)으로 분리된 배출브랜치(24)를 갖는 브랜치형의 '엽상'형 공급구조를 보인 것이다.
유동장 세그먼트는 장벽(111)으로 나누어져 있으며, 이는 세그먼트 사이의 주요 가스유동을 충분히 분리할 수 있을 정도로는 규모가 크고 랜드영역 상부의 멤브레인에서 전류의 발생이 이루어질 수 있도록 충분히 작은 크기를 갖는 것이 좋다. 반복세그먼트의 이들 스트립은 도 17에서 보인 바와 같이 유동장 플레이트의 전체 활성어레이를 덮도록 어레이내에 구성될 수 있다. 여기에서는 두 열의 세그먼트가 직렬로 연결되어 전체 유동장이 직렬연결형 유동장의 병렬조립체로서 간주될 수 있게 되어 있다.
도 18은 세그먼트가 장벽(111)을 이용하여 상기 언급된 바와 같은 동일한 방법으로 분리된 직렬구조의 다른 형태를 보인 것으로, 여기에서, 세그먼트는 육각형 또는 인접한 세그먼트와 함께 바둑판형태를 이루도록 하는 형태로 되어 있다. 각 세그먼트는 배출채널측으로 연결되고 이는 이후의 하류측 세그먼트로 연결된다. 이와 같이 가스유동이 조준된 채널측으로 재집중됨으로서 가스속도가 증가하고 단일상의 유체로 물이 혼합되는 것을 보조하여 응축과 트랙폐색을 줄일 수 있도록 한다. 다시, 이러한 구조는 직렬연결형 유동장의 병렬구조로 간주될 수 있다.
병렬형 유동장의 직렬조립체, 예를 들어 유동장을 가로질러 도 15에서 보인 바와 같은 여러 조립체를 덮어나가는 직렬조립체를 제공할 수 있도록 하여 한 조립체의 배출구(113)가 인접한 조립체의 공급원(114)이 될 수 있는 다른 구조가 제공될 수 있다. 도 19는 화살표 방향의 유동이 이루어지는 이러한 구조를 보이고 있 다.
출원인이 보았을 때 바둑판형 유동장의 이용은 유동이 세그먼트의 면을 가로질러 분산되었다가 다음 영역을 지나기 전에 재집중되는 구조의 주요잇점을 갖는 것이다. 이러한 재집중은 유체의 혼합을 촉진시키는데 도움을 주는 정도의 부압을 제공한다.
도 20은 유체진입포트(115)가 비투과형 장벽(111)에 의하여 분리된 분배트랙(116)에 연통하는 유동장 플레이트를 보이고 있다. 분배트랙(116)은 중간에 상호연결형 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드 어레이로부터 구성된 투과형 장벽(118)에 의하여 둘러싸인 브랜치형 유체배급채널(117)과 연통한다. 유동장에는 유체의 통과를 위한 초크 포인트(120)를 제공하기 위하여 유동장의 영역을 분리하는 다른 비투과형 장벽이 배치되어 있다. 유출구측에서 랜드(121)는 가스확산층이 유동장측으로 침입하는 것을 방지하고 시스템에 대하여 약간의 부압이 제공될 수 있도록 한다.
도 21-도 23은 통상적인 사행형 플레이트와 동일영역의 세그먼트형 유동장 플레이트(도 17에 해당하는 출원인의 참조번호 104R)를 비교한 결과를 보인 것이다.
도 21에서 보인 바와 같이, 세그먼트형 유동장 플레이트의 전압 및 전력출력은 사행형 시스템과 극히 유사하여 이들이 호환성을 가질 수 있다.
도 22는 0.15Acm-2의 셀전류에서 셀전압에 대한 "음극 스토이치오메트리"를 좌표로 보인 것이다. 음극 스토이치오메트리는 전류를 발생하는데 필요한 양에 대한 셀에 공급된 산화제의 비율이며 반응을 완료하기 위하여 확산효과와 기타 다른 장애를 극복하도록 공급될 필요가 있는 과잉공기율의 지표이다. 도 22로부터 알수 있는 것은 세그먼트형 유동장 플레이트가 음극 스토이치오메트리에서의 변화에 대하여 사행형 플레이트 보다 감도가 크게 떨어지는 것이다. 출원인은 양극 스토이치오메트리에 대하여서는 측정하지 못하였으나, 상황은 유사한 것으로 추정된다.
도 23은 "당량유동"(주어진 스토이치오메트리에서 전류밀도로서 나타내는 비전류밀도를 얻는데 필요한 유동)에 대한 압력강하를 좌표로 보인 것이다. 이로써 알 수 있는 바와 같이, 사행형 플레이트에 비하여 세그먼트형 유동장 구조에서는 압력강하가 크게 감소하였다.
이는 사행형 유동장에 비하여 등가의 전압 및 전력출력에 대한 본 발명에 따른 유동장이 다음과 같음을 의미한다.
· 출력의 변화가 적어 전압/전류조절을 위한 필요성이 감소된다.
· 낮은 반응제 스토이치오메트리를 요구하여 반응제펌핑을 위한 전력조건이 낮으며 공기에 대한 연료의 방출이 적다.
· 주어진 전류에 대하여 낮은 압력강하를 요구하여 반응제를 공급하기 위한 전력조건이 낮다.
이들 요인은 전압조절을 통한 연료 및 산화제공급에서의 기생손실이 연료전지에 의하여 발생되는 전력의 상당부분을 차지할 수 있으므로 매우 중요한 것이다.
출원인은 광범위한 컴퓨터 모델링을 착수하였으며, 표 2는 사행형 구조, 104R 세그먼트형 구조와, 각 변이 300cm 인 정사각형 유동장 플레이트에 기초하는 출원인의 106 구조(도 20 참조)에 대한 결과를 요약한 것이다.
표 2
구조 사행형 104R 106
총 전류(A) 117 142 133
압력강하(Pa) 10,770 9,310 4,820
평균전류밀도의 ±10% 이내의 활성영역 19.3% 38.4% 38.5%
최대 대 평균전류밀도 비율 2.19 1.98 1.88
최소 대 평균전류밀도 비율 0.00 0.12 0.49
동일한 전압에서 작동하는 셀의 경우, 본 발명에 따른 구조는 통상적인 사행형 구조(전류발생이 제로인 영역을 포함한다) 보다 전류가 크고, 압력강하가 낮으며 유동장을 통한 보다 균일한 전류의 발생이 이루어진다.
이들 요인은 반응제공급장치에서 기생손실이 작도록 하고 멤브레인의 수명을 연장시킨다(보다 균일한 전류발생이 보다 균일한 온도분포가 이루어지도록 하기 때문이다).
또한 본 발명의 구조에 의하여 제공되는 보다 균일한 온도분포는 "열점"을 처리할 역량을 갖도록 하는데 냉각제가 필요없으므로 냉각필요성이 낮도록 한다.
104R 및 106 구조는 동일하지 않으며 본 발명을 벗어나는 구조원리는 여러 기계적인 특성(예를 들어 압력강하)과, 전기적인 특성(예를 들어 전압 및 전류)이 각각의 적용분야에 어느 정도 맞출 수 있음을 의미한다. 이는 상기 언급된 요인과 조합되어 본 발명에 따른 유동장 플레이트가 다음과 같은 적어도 두 방법으로 이용될 수 있음을 의미한다.
1) 압력강하는 유사하나 전력출력은 높은 것으로 사행형 유동장을 직접 대체하는 것.
2) 사행형 유동장에 대하여 동일한 전력출력을 제공하나 기생손실이 낮은 시스템의 일부를 구성하는 것.
본 발명의 유동장 구조는 개발중에 나타난 부가적인 잇점을 갖는다. 예를 들어 낮은 전류밀도에서 낮은 스토이치오메트리는 실질적인 가스배급의 잇점을 포함한다.
또한 본 발명의 유동장은 유체가 채널을 따라 직렬방식으로 배급되지 않고 플레이트를 가로질러 병렬방식으로 배급되므로 기동시에 그 응답이 신속하다는 점이 통상적인 사행형 유동장에 비하여 잇점이 될 수 있다.
실제로, 본 발명의 유동장은 매트릭스에 대한 신속한 유체배급과 제거가 이루어질 수 있도록 매트릭스의 채널 보다 큰 매트릭스내의 채널을 갖는 매트릭스 유동장으로 구성되는 것으로 간주될 수 있다.
이상의 설명은 반응제 유동장에 집중되었으나, 본 발명의 기술분야에 전문가라면 동일한 내용이 냉각제 유동장에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 연료전지 또는 일렉트로라이저용 유동장 플레이트(세퍼레이트)에 있어서, 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 보다 좁은 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 유동장이 반응제 유동장을 형성하는 타일형 어레이의 유동장 세그먼트로 구성되고, 각 세그먼트가 중간에 상호연결된 유체확산채널의 네트워크를 형성하는 랜드의 어레이에 의하여 형성되는 보다 좁은 2차 유체확산채널측으로 연장된 하나 이상의 브랜치형 1차 유체배급/제거채널로 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  3. 제2항에 있어서, 유동장 세그먼트가 병렬로 배열됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  4. 제2항에 있어서, 유동장 세그먼트가 직렬로 배열됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  5. 제2항에 있어서, 유동장 세그먼트가 직렬연결형 유동장 세그먼트의 병렬조립 으로 배열됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  6. 제2항에 있어서, 유동장 세그먼트가 병렬연결형 유동장 세그먼트의 직렬조립으로 배열됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 브랜치형 1차 유체배급/제거채널이 육각형의 채널 네트워크로 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  8. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 브랜치형 유체제거채널과 맞물리는 하나 이상의 브랜치형 유체배급채널과, 랜드의 어래이에 의하여 형성된 채널을 분리하는 투과형 벽으로 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  9. 제8항에 있어서, 투과형 벽이 콘서티나형으로 연장되고 벽의 각 주름을 따라 배치된 벽 세그먼트와 벽의 각 반환부분에 배치된 단부벽 세스먼트로 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  10. 제1항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서, 랜드가 실제로 일정한 폭을 갖는 유체확산채널을 형성도록 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  11. 제1항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서, 랜드가 크게 변화하는 채널폭을 갖는 유체확산채널을 형성도록 구성됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  12. 제11항에 있어서, 랜드가 비원형이고 랜드의 대칭구조와 정렬되지 않음을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  13. 제12항에 있어서, 랜드가 육각형 어레이의 다이아몬드형, 정사각형, 삼각형 랜드임을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  14. 제10항에 있어서, 랜드가 다각형의 형태임을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  15. 제14항에 있어서, 랜드가 육각형의 형태임을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  16. 제1항 내지 제15항의 어느 한 항에 있어서, 유동장이 유동장을 영역들로 분리하는 비투과형 장벽을 포함하며 비투과형 장벽에 유체의 통과를 차단하는 초크 포인트를 제공하는 통공이 형성되어 있음을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  17. 제1항 내지 제16항의 어느 한 항에 있어서, 유체배급/제거채널 및 유체확산채널이 각각 가스배급/제거채널 및 가스확산채널임을 특징으로 하는 유동장 플레이 트.
  18. 제17항에 있어서, 랜드가 유동장의 채널측으로 가스확산층의 진입을 방지하기 위하여 가스배급/제거채널에 제공됨을 특징으로 하는 유동장 플레이트.
  19. 제1항 내지 제18항의 어느 한 항에따른 하나 이상의 유동장 플레이트로 구성된 연료전지.
  20. 제19항에 있어서, 각 유동장 플레이트에 의하여 공급될 수 있는 전력이 유동장의 작동면에서 계산하였을 때 750mW.cm-2 이상임을 특징으로 하는 연료전지.
KR1020057023940A 2003-06-18 2004-06-17 유동장 플레이트의 구조 KR20060021376A (ko)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBPCT/GB03/02621 2003-06-18
PCT/GB2003/002621 WO2004001874A2 (en) 2002-06-24 2003-06-18 Flow field plate geometries
GB0316946.3 2003-07-18
GB0316946A GB2403061B (en) 2003-06-18 2003-07-18 Flow field plate geometries
GB0407638A GB2413001A (en) 2004-04-02 2004-04-02 Flow field plate geometries
GB0407638.6 2004-04-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060021376A true KR20060021376A (ko) 2006-03-07

Family

ID=32247843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057023940A KR20060021376A (ko) 2003-06-18 2004-06-17 유동장 플레이트의 구조

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20070105000A1 (ko)
EP (1) EP1639664B1 (ko)
JP (1) JP2006527906A (ko)
KR (1) KR20060021376A (ko)
AT (1) ATE374437T1 (ko)
CA (1) CA2529799A1 (ko)
DE (1) DE602004009180T2 (ko)
GB (1) GB2413001A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101432386B1 (ko) * 2012-12-18 2014-08-20 포스코에너지 주식회사 종채널과 횡채널을 갖는 고체산화물 연료전지

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8227142B2 (en) * 2005-09-16 2012-07-24 Renault S.A.S. Plate for fuel cell including feed and discharge channels having three axes of symmetry
JP4732296B2 (ja) * 2005-11-16 2011-07-27 シャープ株式会社 燃料電池
JP2008171608A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Sharp Corp 燃料電池
EP1970985A1 (de) * 2007-03-08 2008-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzelle
DE102007033042B4 (de) 2007-06-11 2011-05-26 Staxera Gmbh Wiederholeinheit für einen Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellenstapel
FR2921389B1 (fr) * 2007-09-25 2010-03-12 Commissariat Energie Atomique Electrolyseur haute temperature a dispositif de recuperation d'hydrogene.
US9196913B2 (en) 2009-01-08 2015-11-24 Audi Ag Multiple transition flow field and method
WO2010080080A1 (en) 2009-01-08 2010-07-15 Utc Power Corporation Multiple transition flow field and method
US20100180427A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 Ford Motor Company Texturing of thin metal sheets/foils for enhanced formability and manufacturability
JP2010170892A (ja) * 2009-01-23 2010-08-05 Panasonic Corp 燃料電池
EP2405515B1 (en) * 2009-03-04 2013-10-23 Panasonic Corporation Fuel cell separator and fuel cell including same
US8568941B2 (en) 2009-03-04 2013-10-29 Panasonic Corporation Fuel cell separator and fuel cell including same
JP2010225473A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Toshiba Corp 燃料電池
US9178230B2 (en) * 2009-04-09 2015-11-03 Ford Motor Company Fuel cell having perforated flow field
KR101040107B1 (ko) * 2009-09-21 2011-06-09 한국전력공사 고체산화물 연료전지 스택의 분리판
US8350179B2 (en) * 2009-10-26 2013-01-08 GM Global Technology Operations LLC Application of surface relief to spot welding electrodes
FR2957363B1 (fr) * 2010-03-12 2012-04-20 Commissariat Energie Atomique Architecture d'electrolyseur a haute temperature, a production cible elevee par cellule d'electrolyse et taux de degradation des cellules limite
CN101847732A (zh) * 2010-05-28 2010-09-29 北京科技大学 一种具有主副双流道的燃料电池和水电解池流场板
JP5682778B2 (ja) 2010-12-27 2015-03-11 日産自動車株式会社 燃料電池
EP2503630A1 (de) * 2011-03-23 2012-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische Zelle
EP2557621A1 (en) * 2011-08-10 2013-02-13 The European Union, represented by the European Commission Fuel cell
EP2677586A1 (en) 2012-06-20 2013-12-25 Solvay Sa Bipolar electrode and method for producing same
CA2919875C (en) 2012-08-14 2021-08-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell flow channels and flow fields
WO2014026287A1 (en) 2012-08-14 2014-02-20 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell components, stacks and modular fuel cell systems
US9644277B2 (en) 2012-08-14 2017-05-09 Loop Energy Inc. Reactant flow channels for electrolyzer applications
DE102013217596A1 (de) * 2013-09-04 2015-03-05 Volkswagen Ag Polarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102015211893A1 (de) * 2015-06-26 2016-12-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Strömungsfeld einer Brennstoffzelle
JP6573192B2 (ja) * 2015-07-03 2019-09-11 国立大学法人山梨大学 燃料電池のためのセパレータ，セル構造体およびセル・スタック
CA3016102A1 (en) 2016-03-22 2017-09-28 Loop Energy Inc. Fuel cell flow field design for thermal management
DE102016224466A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Elektrolysezelle oder Elektrodenplatte mit einer Gasdiffusionselektrode und Verfahren zu deren Betrieb
WO2019046724A1 (en) 2017-09-01 2019-03-07 Itn Energy Systems, Inc. SEGMENTED FRAMES FOR REDOX FLUX BATTERIES
CN111200137B (zh) * 2018-11-16 2021-08-03 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池导流板
DE102019200450A1 (de) * 2019-01-16 2020-07-16 Audi Ag Bipolarplatte sowie Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Bipolarplatte
CN109888324B (zh) * 2019-01-21 2022-06-07 西安交通大学 纵向均匀流场高效燃料电池及其工作方法
CN109888325B (zh) * 2019-01-21 2022-06-07 西安交通大学 一种多级均匀流场燃料电池及其工作方法
US20220140360A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc Fuel cell having bipolar plates with multi-layered dehomogenized turing-pattern microstructure configuration
CN113054291B (zh) * 2021-03-11 2022-11-29 北京临近空间飞艇技术开发有限公司 一种电池模组或系统用冷板
US20230059597A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Fuel cell flow field designs derived from anisotropic porous media optimization
DE102021210493A1 (de) 2021-09-21 2023-03-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzelleneinheit
WO2023111061A2 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Danfoss A/S Cassette for electrolyzer with gas barrier
JP7531540B2 (ja) 2022-03-31 2024-08-09 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータ及び発電セル
DE102022205102A1 (de) * 2022-05-23 2023-11-23 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verteilerstruktur für elektrochemische Zellen, Elektrolyseur und Power-to-X-Anlage
DK181555B1 (en) * 2022-10-11 2024-05-14 Stiesdal Hydrogen As Alkaline electrolyser with cooled bipolar electrode
CN117468024B (zh) * 2023-10-31 2024-06-14 温州高企氢能科技有限公司 一种用于碱性电解水制氢的阵列式流场结构及电解槽

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR81971E (ko) * 1961-05-08 1964-03-04
FR2125159B1 (ko) * 1971-02-15 1973-11-30 Alsthom Cgee
JPS6132361A (ja) * 1984-07-23 1986-02-15 Hitachi Ltd 燃料電池
JPS6210867A (ja) * 1985-07-05 1987-01-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池用セパレ−タ
JPS6489149A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Toshiba Corp Manufacture of cooling plate for molten carbonate fuel cell
US4824741A (en) * 1988-02-12 1989-04-25 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell system with porous plate evaporative cooling
JPH02155171A (ja) * 1988-12-08 1990-06-14 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池
US5108849A (en) * 1989-08-30 1992-04-28 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Fuel cell fluid flow field plate
US5230966A (en) * 1991-09-26 1993-07-27 Ballard Power Systems Inc. Coolant flow field plate for electrochemical fuel cells
JPH0652881A (ja) * 1992-07-31 1994-02-25 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池
US5269902A (en) * 1992-08-20 1993-12-14 Gas Research Institute, Inc. Ion-conducting module having axially-arranged solid state electrolyte elements
US5728446A (en) * 1993-08-22 1998-03-17 Johnston; Raymond P. Liquid management film for absorbent articles
US5376472A (en) * 1993-10-06 1994-12-27 Ceramatec, Inc. Semi-internally manifolded interconnect
US5773160A (en) * 1994-06-24 1998-06-30 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with concurrent flow of coolant and oxidant streams and countercurrent flow of fuel and oxidant streams
DE4442285C1 (de) * 1994-11-28 1996-02-08 Siemens Ag Brennstoffzellen und daraus bestehende Brennstoffzellenbatterien
US5595834A (en) * 1995-09-01 1997-01-21 The Regents Of The University Of Calif. Annular feed air breathing fuel cell stack
US5514486A (en) * 1995-09-01 1996-05-07 The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer Annular feed air breathing fuel cell stack
US5641586A (en) * 1995-12-06 1997-06-24 The Regents Of The University Of California Office Of Technology Transfer Fuel cell with interdigitated porous flow-field
US5686199A (en) * 1996-05-07 1997-11-11 Alliedsignal Inc. Flow field plate for use in a proton exchange membrane fuel cell
US6037073A (en) * 1996-10-15 2000-03-14 Lockheed Martin Energy Research Corporation Bipolar plate/diffuser for a proton exchange membrane fuel cell
JPH11126623A (ja) * 1997-10-22 1999-05-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池
JPH11283639A (ja) * 1998-03-27 1999-10-15 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
US6071635A (en) * 1998-04-03 2000-06-06 Plug Power, L.L.C. Easily-formable fuel cell assembly fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material
US5945232A (en) * 1998-04-03 1999-08-31 Plug Power, L.L.C. PEM-type fuel cell assembly having multiple parallel fuel cell sub-stacks employing shared fluid plate assemblies and shared membrane electrode assemblies
US6007933A (en) * 1998-04-27 1999-12-28 Plug Power, L.L.C. Fuel cell assembly unit for promoting fluid service and electrical conductivity
JP2000106199A (ja) * 1998-07-31 2000-04-11 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池用セパレータ
US6207312B1 (en) * 1998-09-18 2001-03-27 Energy Partners, L.C. Self-humidifying fuel cell
WO2000026981A2 (en) * 1998-10-29 2000-05-11 3M Innovative Properties Company Microstructured flow fields
US20020192531A1 (en) * 1998-12-30 2002-12-19 Joerg Zimmerman Liquid reactant flow field plates for liquid feed fuel cells
US6569554B1 (en) * 1999-07-28 2003-05-27 Sulzer Hexis Ag Fuel cell battery with a stack of planar cells
US6251534B1 (en) * 1999-09-23 2001-06-26 Plug Power Inc. Fuel cell cascade flow system
US6361892B1 (en) * 1999-12-06 2002-03-26 Technology Management, Inc. Electrochemical apparatus with reactant micro-channels
JP3530793B2 (ja) * 1999-12-28 2004-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池およびその運転方法
JP4228501B2 (ja) * 2000-03-03 2009-02-25 トヨタ自動車株式会社 固体高分子型燃料電池の集電板および固体高分子型燃料電池
JP2001250569A (ja) * 2000-03-06 2001-09-14 Toyota Motor Corp 燃料電池及びその集電板
US6586128B1 (en) * 2000-05-09 2003-07-01 Ballard Power Systems, Inc. Differential pressure fluid flow fields for fuel cells
JP2002117870A (ja) * 2000-10-10 2002-04-19 Sony Corp 燃料電池用フィールドプレート
JP3707384B2 (ja) * 2000-11-20 2005-10-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
CA2327962A1 (en) * 2000-12-11 2002-06-11 Powerdisc Development Corp. Ltd. Fuel cell stack
EP1264360B1 (en) * 2001-02-12 2006-06-07 The Morgan Crucible Company Plc Flow field plate geometries
CA2433034A1 (en) * 2001-02-27 2002-09-06 Mukesh K. Bisaria Fluid flow-fields for electrochemical devices
US6686084B2 (en) * 2002-01-04 2004-02-03 Hybrid Power Generation Systems, Llc Gas block mechanism for water removal in fuel cells
GB2387476B (en) * 2002-06-24 2004-03-17 Morgan Crucible Co Flow field plate geometries
US20040058218A1 (en) * 2002-09-20 2004-03-25 Ballard Power Systems Inc. Flow fields with capillarity for solid polymer electrolyte fuel cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101432386B1 (ko) * 2012-12-18 2014-08-20 포스코에너지 주식회사 종채널과 횡채널을 갖는 고체산화물 연료전지
US10446856B2 (en) 2012-12-18 2019-10-15 Posco Energy Co., Ltd. Solid oxide fuel cell having longitudinal and lateral channels

Also Published As

Publication number Publication date
ATE374437T1 (de) 2007-10-15
CA2529799A1 (en) 2004-12-29
GB2413001A (en) 2005-10-12
EP1639664B1 (en) 2007-09-26
GB0407638D0 (en) 2004-05-05
US20070105000A1 (en) 2007-05-10
DE602004009180T2 (de) 2008-06-19
EP1639664A1 (en) 2006-03-29
JP2006527906A (ja) 2006-12-07
DE602004009180D1 (de) 2007-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20060021376A (ko) 유동장 플레이트의 구조
KR101019922B1 (ko) 유로판 구조체
US5686199A (en) Flow field plate for use in a proton exchange membrane fuel cell
WO2004114446A1 (en) Flow field plate geometries
US6555261B1 (en) Microstructured flow fields
US7067213B2 (en) Flow field plate geometries
US20090035631A1 (en) Electrochemical cell support structure
CA2433034A1 (en) Fluid flow-fields for electrochemical devices
CA2347199A1 (en) Differential pressure fluid flow fields for fuel cells
KR101740873B1 (ko) 반응물들을 연료 전지 또는 전해조 전지에 분배하는 방법과 장치
GB2372143A (en) Flow field plate geometries for a fuel cell,including for a polymer electrolyt e fuel cell
US9660275B2 (en) Fuel cell including gas flow path layer
US11626609B2 (en) Contacting method and arrangement for fuel cell or electrolyzer cell stack
US10862150B2 (en) Group of cells for power adaptation of electrochemical reactors
US20050250003A1 (en) Electrochemical cell support structure
WO2024037530A1 (zh) 燃料电池
JPH01281682A (ja) 燃料電池
US7097931B2 (en) Fluid flow-fields for electrochemical devices
GB2403061A (en) Flow field plate geometries
TWM579825U (zh) 電極分隔板結構及其應用之燃料電池
KR102686068B1 (ko) 연료전지 장치
EP4075554A1 (en) Separator for fuel cell and fuel cell stack
GB2372144A (en) Fuel cell stack incorporating integral flow field plates and gas diffusion layer
CN115347209A (zh) 用于燃料电池的双极板
AU2002228231A1 (en) Flow field plate geometries

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
NORF Unpaid initial registration fee