KR20060022880A - 연료 전지 시스템 및 스택 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택; 수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급원; 및 산소를 상기 스택으로 공급하는 산소 공급원을 포함하며, 상기 스택은 막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터로 이루어지는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며, 최외곽에 위치하는 상기 전기 발생부의 양 세퍼레이터가 상기 전기 에너지를 집전하는 집전유니트로 구성된다.

연료전지, 스택, 세퍼레이터, 집전유니트, 엔드플레이트, 단자부, 금속, 통로, 체결부재

Description

연료 전지 시스템 및 스택 {FUEL CELL SYSTEM AND STACK}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스택의 제1 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스택의 제1 실시예를 분해하여 회전 도시한 사시도이다.

도 4는 2의 결합 단면 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스택의 제2 실시예를 도시한 단면 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 스택의 제3 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택의 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 수소와 산소의 산화/환원 반응을 통해 전기를 발생시키는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)와, 막-전극 어셈블리의 양면에 밀착되어 막-전극 어셈블리로 수소와 산소를 공급하는 세퍼레이터(separator)('바이폴라 플레이트'라고도 한다.)에 의한 단위의 셀을 형성하며, 이러한 단위의 셀을 복수로 적층하여 스택(stack)을 형성한다.

이러한 tm택은 최외곽의 세퍼레이터에 금속으로 이루어진 별도의 가압 플레이트를 밀착시키고, 상기 최외곽의 세퍼레이터와 가압 플레이트 사이에 집전판을 개재시킨 상태에서 통상의 체결수단을 통해 체결시킨 구조로 이루어진다.

그런데 종래에 따른 연료 전지 시스템은 단위의 셀을 복수로 적층하고 그 최외곽에 별도의 집전판과 가압 플레이트를 설치하여 하나의 스택을 형성하는 바, 구조 및 제조 공정이 복잡하여 생산성이 저하됨은 물론, 제조 단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 창안된 것으로, 그 목적은 간단한 구조로서 스택을 형성할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 것으로서,

막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,

최외곽에 위치하는 상기 전기 발생부의 양 세퍼레이터가 상기 전기 에너지를 집전하는 집전유니트로 구성된다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되어 상기 막-전극 어셈블리로 수소 가스를 공급하는 수소 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되어 상기 막-전극 어셈블리로 공기를 공급하는 공기 통로를 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 집전유니트는 상기 최외곽의 양 세퍼레이터에 단자부를 형성할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 최외곽의 양 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 최외곽의 양 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 최외곽의 양 세퍼레이터 표면은 금, 은, 도전성 탄소, 무기화합물, 붕화물, 수지 도전층 중 어느 하나의 코팅층을 구비할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 전기 발생부를 체결시키는 체결부재를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 체결부재는, 상기 전기 발생부 전체를 관통하는 다수의 체결봉; 및 상기 체결봉의 양단에 나사 결합되는 너트를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 체결부재는, 상기 최외곽의 양 세퍼레이터를 관통하는 다수의 체결봉; 및 상기 체결봉의 양단에 나사 결합되는 너트를 포함할 수도 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 체결봉의 표면에 절연층을 형성할 수 있다.

아울러 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택; 수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급원; 및 산소를 상기 스택으로 공급하는 산소 공급원을 포함하며,

상기 스택은,

막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터로 이루어지는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,

최외곽에 위치하는 상기 전기 발생부의 양 세퍼레이터가 상기 전기 에너지를 집전하는 집전유니트로 구성된다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 상기 스택을 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은: 수소 를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 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.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되어 이 막-전극 어셈블리로 수소 가스를 공급하는 수소 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되어 이 막-전극 어셈블리로 공기를 공급하는 공기 통로를 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 양 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지며, 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 집전유니트는 상기 최외곽의 일측 세퍼레이터에 (+) 단자부를 형성하고, 상기 최외곽의 다른 일측 세퍼레이터에 (-) 단자부를 형성할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 양 세퍼레이터의 표면은 금, 은, 도전성 탄소, 무기화합물, 붕화물, 수지 도전층 중 어느 하나의 코팅 층을 구비할 수도 있다.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 스택은 상기 전기 발생부를 밀착 체결시키는 체결부재를 포함할 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 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.

이 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은, 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.

이러한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 액상 또는 기체 상태로 이루어진 연료 이 외에, 상기 연료의 개질에 의하여 발생되는 수소 가스를 통칭한다. 그러나 본 실시예에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 전자의 연료를 의미한다.

그리고 본 시스템(100)은 수소 가스와 반응하는 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 사 용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.

상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택(10)과, 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 스택(10)으로 공급하는 연료 공급원(30)과, 공기를 스택(10)으로 공급하는 산소 공급원(40)을 포함한다.

스택(10)은 연료 공급원(30)과 산소 공급원(40)에 연결 설치되어 이 연료 공급원(30)으로부터 상기 수소 가스를 공급받고, 산소 공급원(40)으로부터 공기를 공급받아 상기 수소 가스와 공기 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지를 구성한다.

연료 공급원(30)은 연료를 저장하는 연료 탱크(31)와, 이 연료 탱크(31)에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프(33)와, 연료 탱크(31)로부터 연료를 공급받아 이 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 상기 수소 가스를 스택(10)으로 공급하는 개질기(35)를 포함한다.

그리고 산소 공급원(40)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 스택(10)으로 공급하는 공기 펌프(41)를 포함하고 있다.

상기 연료 공급원(30)에 있어 개질기(35)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 상기 개질기(35)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 그리고 상기 개질기(35)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.

대안으로서, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)은 전술한 바 있는 협의의 연료를 직접 스택(10)으로 공급하여 전기를 생산해 낼 수 있는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 전지는 전술한 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 도 1에 도시한 개질기(35)를 필요로 하지 않는다.

이하에서는 고분자 전해질 형 연료 전지 방식을 적용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 연료 공급원(30)의 개질기(35)를 통해 발생되는 수소 가스와 공기 펌프(41)에 의해 흡입되는 공기를 스택(10)으로 공급하게 되면, 스택(10)에서는 상기 수소 가스와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.

본 발명에 있어 상기한 스택(10)을 구성하는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 스택의 제1 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스택의 제1 실시예를 분해하여 회전 도시한 사시도이고, 도 4는 2의 결합 단면 구성도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 시스템(100)에 적용되는 스택(10)은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly: MEA)(이하, 'MEA'라고 한다.)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(당업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(13)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(11)를 포함하여 이루어진다. 따라서 위와 같은 복수의 전기 발생부(11)를 연속적으로 적층 배치함으로써 본 실시예에 의한 적층 구조의 스택(10)을 형성할 수 있다.

상기한 세퍼레이터(13) 사이에 개재되는 MEA(12)는 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극(도시하지 않음)이 위치하고, 상기 두 전극 사이에 전해질막(도시하지 않음)을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 여기서 상기 애노드 전극은 세퍼레이터(13)를 통해 공급되는 수소 가스를 산화 반응시켜 수소를 수소 이온(프로톤)과 전자로 변환시키는 기능을 하게 된다. 캐소드 전극은 세퍼레이터(13)를 통해 공급되는 공기 중의 산소와 상기 애노드 전극으로부터 이동된 수소 이온 및 전자를 환원 반응시켜, 소정 온도의 열과 수분을 발생시키는 기능을 하게 된다. 그리고 전해질막은 두께가 50∼200㎛인 고체 폴리머 전해질로 형성되어, 애노드 전극에서 발생되는 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 하게 된다.

그리고 세퍼레이터(13)는 MEA(12)를 사이에 두고 서로 밀착 배치되고, MEA(12)에 밀착되는 밀착면에 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성한다. 여기서 수소 통로(13a)는 MEA(12)의 애노드 전극 측에 위치하여 개질기(35)로부터 공급되는 수소 가스를 애노드 전극으로 공급하는 역할을 한다. 그리고 공기 통로(13b)는 MEA(12)의 캐소드 전극 측에 위치하여 공기 펌프(41)로부터 공급되는 공기 중의 산소를 캐소드 전극으로 공급하는 역할을 한다. 이에 더하여, 상기 세퍼레이터(13)는 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능도 가진다.

바람직하게, 상기한 세퍼레이터(13)는 도면에 도시한 바와 같이, 하나의 세퍼레이터(13)에 대해 일면에 수소 통로(13a)를 형성하고 다른 일면에 공기 통로(13b)를 형성하고 있다. 대안으로서 각각의 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)는 MEA(12)의 양측에 위치하는 세퍼레이터(13)의 일면에만 형성될 수도 있다. 상기 세퍼레이터(13)는 그라파이트(graphite) 또는 카본 합성물(carbon composite)로 성형하여 상기 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성할 수 있으며, 금속 소재의 플레이트를 프레스 성형하여 상기 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성할 수도 있다.

이와 같은 세퍼레이터(13)는 도면에서 수소 가스와 공기가 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)에 대하여 어떻게 공급 순환되는지에 대한 구체적인 구성을 생략하고 있으며, 이에 대한 구성은 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)로 수소 가스와 공기를 공급하여 순환시키고, MEA(12)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 반응하고 남은 미반응 수소 가스와 공기를 배출시키는 통상적인 것이 적용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 세퍼레이터(13)를 통해 MEA(12)의 애노드 전극으로 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극으로 산소를 함유한 공기가 공급된다. 따라서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응을 통해 수소 가스를 전자와 수소 이온(프로톤)으로 분해한다. 이 때 상기한 수소 이온은 MEA(12)의 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동되고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터(13)를 통해 이웃하는 MEA(12)의 캐소드 전극으로 이동하게 되는데, 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시키고, 상기 캐소드 전극에서는 상기 이동된 수소 이온 및 전자와 상기한 산소와의 결합 반응을 통해 열과 수분을 발생시킨다.

본 발명에 있어 상기한 스택(10)의 최외곽에 위치하는 세퍼레이터(15a, 15b)는 전기 발생부(11)에서 발생되는 전기 에너지를 집전하는 집전유니트(17)로 구성될 수 있다. 이하에서는 상기 최외곽의 세퍼레이터(15a, 15b)를 편의상 '엔드 플레이트'라고 정의한다.

집전유니트(17)를 구성하는 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 이들 사이에 위치하는 전기 발생부(11)의 세퍼레이터(13)와 직렬로 연결되어 이 세퍼레이터(13)들을 통하는 전류를 집전하는 집전판의 기능을 하게 된다. 이러한 엔드 플레이트(15a, 15b)는 이들 사이의 세퍼레이터(13)와 밀착 배치되어 전기적인 연결을 가능하게 하는 금속 소재 예컨대, 알루미늄, 구리, 철 또는 코발트 등의 금속 소재로 형성될 수 있다. 바람직하게, 본 실시예에 의한 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 전체의 형상에 대응하는 한 쌍의 프레스 기구를 이용하여 금속 플레이트를 프레스 성형하는 방식으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 금속 소재의 사출 성형 또는 다이캐스팅에 의하여 제작될 수도 있다. 이에 더하여 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 통상적인 세퍼레이터의 고유한 기능을 하게 되는 바, 이를 위해 본 실시예에 의한 스택(10)은 엔드 플레이트(15a, 15b)와 이들 사이에 위치하는 최외측 세퍼레이터(13) 사이에 MEA(12)를 배치하고 있다. 또한 상기 스택 (10)에 있어 일측의 엔드 플레이트(15a)는 MEA(12)와 밀착되는 밀착면에 공기 통로(15c)를 형성하고, 다른 일측의 엔드 플레이트(15b)는 MEA(12)와 밀착되는 밀착면에 수소 통로(15d)를 형성하고 있다. 즉, 상기 MEA(12)를 기준으로 일측에 엔드 플레이트(15a, 15b)가 배치되고, 타측에 세퍼레이터(13)가 배치됨에 따라, 본 실시예에 의한 전기 발생부(11)를 형성하게 된다. 이 때 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)들 보다 큰 면적을 갖도록 형성된다. 즉, 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)는 그 가장자리 부분이 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)의 가장자리단 외측으로 연장되는 구조로 이루어지고, 도면에 "A"로 표시한 소정의 여유 부분을 형성하고 있다.

따라서 금속으로 이루어진 상기한 엔드 플레이트(15a, 15b)가 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)와 직렬로 연결 배치되어 전기 발생부(11) 및 집전체의 역할을 겸하게 된다.

이로써 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)를 통해 전기 발생부(11)에서 발생하는 전류를 집전할 수 있게 되며, 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)에 집전된 전기 에너지를 소정의 로드로 출력시킬 수 있게 된다.

그리고 본 실시예에 따른 상기 집전유니트(17)는 엔드 플레이트(15a, 15b)에 집전된 전기 에너지를 전술한 바 있는 로드로 출력시키기 위한 단자부(18a, 18b)를 구비하고 있다. 이러한 단자부(18a, 18b)는 일측의 엔드 플레이트(15a)에 연결 설치되는 제1 단자부(18a)와, 다른 일측의 엔드 플레이트(15b)에 연결 설치되는 제2 단자부(18b)를 구비한다.

한편, 상기와 같은 구조를 갖는 스택(10)은 전기 발생부(11)로 공급되는 수소 가스 및 공기의 누출을 방지하고 전지로서의 구조를 갖추기 위해, 복수의 전기 발생부(11)들을 일정 압력으로 가압하여 하나로 체결시키는 체결부재(19)를 구비하고 있다.

상기 체결부재(19)는 엔드 플레이트(15a, 15b)의 여유 부분(A)에 형성된 다수의 체결홀(19c)에 각각 관통 설치되는 체결봉(19a)과, 상기 체결봉(19a)의 양쪽 끝단에 형성된 나사부에 체결되어 상기 엔드 플레이트(15a, 15b)를 고정하는 너트(19b)를 포함한다.

따라서 상기 체결홀(19c)을 관통한 체결봉(19a)의 양 끝단에 너트(19b)를 각각 체결함으로써 양쪽의 엔드 플레이트(15a, 15b)를 눌러 본 실시예에 의한 스택(10)을 적정한 압력으로 체결 고정할 수 있게 되는 것이다. 즉, 엔드 플레이트(15a, 15)가 종래와 같은 가압 플레이트의 기능을 하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 스택의 제2 실시예를 도시한 단면 구성도이다. 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 스택(10)은 집전유니트(17)를 구성하는 엔드 플레이트(15a, 15b)의 표면에 금, 은, 도전성 탄소, 무기화합물, 붕화물, 또는 수지 도전층과 같은 코팅층(21)을 구비하고 있다.

상기 코팅층(21)은 엔드 플레이트(15a, 15b)가 금속 소재로 이루어져 있기 때문에, 이 엔드 플레이트(15a, 15b)의 내부식성을 향상시키기 위한 것이다.

나머지 구성은 전기 제1 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하 기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 스택의 제3 실시예를 도시한 분해 사시도이다. 도 2에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 스택(10)은 엔드 플레이트(25a, 25b)를 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)의 크기와 동일하게 형성하고, 전기 발생부(11) 전체 즉, 상기한 엔드 플레이트(25a, 25b)와 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)를 관통하여 복수의 전기 발생부(11)를 체결시키는 체결부재(29)를 포함하고 있다. 이 때 상기 체결부재(29)는 전기 실시예에서와 같이, 체결봉(29a) 및 이 체결봉(29a)의 양단에 체결되는 너트(29b)를 구비한다.

상기 체결부재(29)를 이용하여 본 실시예에 의한 스택(10)을 체결시키기 위해, 상기 엔드 플레이트(25a, 25b)의 통로(25c, 25d)를 제외한 나머지 영역 및 엔드 플레이트(25a, 25b) 사이에 위치하는 세퍼레이터(13)들의 통로(13a, 13b)를 제외한 나머지 영역에는 상기 체결봉(29a)을 관통시키는 다수의 체결홀(29c)을 형성하고 있다. 그리고 체결봉(29a)의 표면에는 각각의 전기 발생부(11)와 이 체결봉(29a)을 절열시키기 위한 절연층(29d)을 형성하고 있다.

본 실시예에 의한 스택(10)의 나머지 구성은 전기 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

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.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 스택의 최외곽에 위치하는 금속 소재의 엔드 플레이트 자체가 종래와 같은 세퍼레이터, 집전체 및 가압 플레이트의 역할을 동시에 겸할 수 있는 구조를 가지므로, 간단한 구조의 스택을 형성할 수 있다. 따라서 전체적인 스택의 제조 공정을 단순화시킴은 물론 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

1. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택에 있어서,

   막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터에 의한 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,

   최외곽에 위치하는 상기 전기 발생부의 양 세퍼레이터가 상기 전기 에너지를 집전하는 집전유니트로 구성되는 연료 전지 시스템용 스택.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되어 상기 막-전극 어셈블리로 수소 가스를 공급하는 수소 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되어 상기 막-전극 어셈블리로 공기를 공급하는 공기 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 집전유니트는 상기 최외곽의 양 세퍼레이터에 단자부를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 양 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템용 스택.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 양 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 양 세퍼레이터의 표면은 금, 은, 도전성 탄소, 무기화합물, 붕화물, 수지 도전층 중 어느 하나의 코팅층을 구비하는 연료 전지 시스템용 스택.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 발생부를 체결시키는 체결부재를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 체결부재는,

   상기 전기 발생부 전체를 관통하는 다수의 체결봉; 및

   상기 체결봉의 양단에 나사 결합되는 너트를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 체결부재는,

   상기 최외곽의 양 세퍼레이터를 관통하는 다수의 체결봉; 및

   상기 체결봉의 양단에 나사 결합되는 너트를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 체결봉의 표면에 절연층을 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.
11. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택;

    수소를 함유한 연료를 상기 스택으로 공급하는 연료 공급원; 및

    산소를 상기 스택으로 공급하는 산소 공급원

    을 포함하며,

    상기 스택은,

    막-전극 어셈블리(MEA)와 이 막-전극 어셈블리의 양면에 배치되는 세퍼레이터로 이루어지는 적어도 하나의 전기 발생부를 포함하며,

    최외곽에 위치하는 상기 전기 발생부의 양 세퍼레이터가 상기 전기 에너지를 집전하는 집전유니트로 구성되는 연료 전지 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 상기 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 연료 공급원은:

    수소를 함유한 연료를 저장하는 연료 탱크; 및

    상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 연료 공급원은, 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.
15. 제 11 항에 있어서,

    상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
16. 제 11 항에 있어서,

    상기 세퍼레이터는 상기 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되어 이 막-전극 어셈블리로 수소 가스를 공급하는 수소 통로를 형성하고, 상기 막-전극 어셈블 리의 다른 일면에 밀착 배치되어 이 막-전극 어셈블리로 공기를 공급하는 공기 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 양 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지며, 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 집전유니트는 상기 최외곽의 일측 세퍼레이터에 (+) 단자부를 형성하고, 상기 최외곽의 다른 일측 세퍼레이터에 (-) 단자부를 형성하는 연료 전지 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 양 세퍼레이터의 표면은 금, 은, 도전성 탄소, 무기화합물, 붕화물, 수지 도전층 중 어느 하나의 코팅층을 구비하는 연료 전지 시스템.
20. 제 11 항에 있어서,

    상기 스택은 상기 전기 발생부를 밀착 체결시키는 체결부재를 포함하는 연료 전지 시스템.

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