KR20070035859A - 바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택 - Google Patents

바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택 Download PDF

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이한규
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Abstract

바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택이 개시된다. 개시된 바이폴라 플레이트는 연료 유동 유로를 구비하는 제1 플레이트, 및 연료 유동 유로와 교차되는 산화제 유동 유로와 이 산화제 유동 유로 사이에 위치하며 연료 유동 유로에 대향하는 랜드를 구비하는 제2 플레이트를 포함하는 바이폴라 플레이트를 포함한다. 개시된 연료전지 스택은 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막의 양면에 접합되는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어지는 막전극 어셈블리와, 이 막전극 어셈블리의 양면에 위치하는 전술한 제1 및 제2 플레이트를 포함한다. 전술한 구성에 의하면, 애노드 유동 유로에 수소 가스가 발생되며, 발생된 수소는 고반응성 연료로서 재사용되고, 그것에 의해 연료전지 스택의 출력 성능이 향상된다.
DMFC, 스택, 바이폴라 플레이트, 구조, 채널, 수소 발생, 효율

Description

바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택{Bipolar plate and fuel cell stack having the same}
도 1은 바이폴라 플레이트를 설명하기 위한 종래의 연료전지 스택의 전지 셀에 대한 분해 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
도 3은 도 2의 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지 스택의 단면도이다.
도 4는 도 2의 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지 스택을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
도 6은 도 5의 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지 스택의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택의 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110: 막전극 어셈블리
112: 고분자 전해질막
114: 애노드 전극
116: 캐소드 전그
120: 제1 플레이트
122: 애노드 유동 유로
130: 제2 플레이트
132: 캐소드 유동 유로
본 발명은 직접 메탄올 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지의 출력 성능을 향상시킬 수 있는 바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료 전지는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다. 연료 전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
그 가운데, 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높고, 작동 온도가 낮으며, 아울러 빠른 시동 및 응답특성과 함께, 휴대용 전자기기용과 같은 이동용(transportable) 전원이나 자동차용 동력원과 같은 수송용 전원은 물론, 주택, 공 공건물의 정지형 발전소와 같은 분산용 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기 고분자 전해질형 연료전지의 일종으로 액상의 메탄올 연료를 직접 스택에 공급할 수 있는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)는 고분자 전해질형 연료전지와 달리 개질기를 사용하지 않기 때문에 소형화에 더욱 유리하다. 여기서, 스택은 하나의 연료전지를 구성하는 막전극 어셈블리와 이 막전극 어셈블리의 전극들 각각에 연료와 산화제를 공급하는 유로들을 구비하는 바이폴라 플레이트로 이루어진 전지 셀 복수개를 순차적으로 적층한 것을 말한다.
도 1은 바이폴라 플레이트(bipolar plate)를 설명하기 위한 종래의 연료전지 스택의 전지 셀에 대한 분해 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 셀은 전해질(12)과 이 전해질(12)의 양면에 접합되는 애노드 전극(14) 및 캐소드 전극(16)으로 구성되는 막전극 어셈블리(10)와, 연료 유동 유로(flow field)(22)가 형성된 애노드 플레이트(20)와, 산화제 유동 유로(32)가 형성된 캐소드 플레이트(30)를 구비한다. 통상, 애노드 플레이트(20)와 캐소드 플레이트(30)는 하나의 바이폴라 플레이트로 배면 접합된다. 애노드 전극(14)과 캐소드 전극(16)은 전기화학적 반응, 이온 전도, 전자 전도, 연료 전달, 부산물 전달, 계면 안정성을 위해 촉매층(14a; 16a)과 확산층(14b; 16b)으로 이루어진다.
바이폴라 플레이트(20, 30)는 연료전지의 반응에 필요한 연료와 산소가 공급되는 통로의 역할과 막전극 어셈블리(10) 복수개의 애노드 전극(14)과 캐소드 전극 (16)을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 또한, 바이폴라 플레이트(20, 30)는 전기전도성이 있고 기체의 밀폐가 가능한 일정 두께 이상의 흑연이나 금속 블록을 가공하여 제작된다. 바이폴라 플레이트(20, 30)는 유로(22, 32)를 통해 연료 및 산화제를 연속적으로 공급하기 위해 최외각 전지 셀로부터 스택 안쪽의 전지 셀에 이르기까지 복잡한 설계가 필요하다.
한편, 각 전지 셀은 일정한 출력을 갖는다. 따라서 소정 출력 성능을 갖는 스택을 제조하기 위해서는 전지 셀 복수개를 소정 개수만큼 적층해야 한다. 하지만, 많은 개수의 전지 셀을 적층하면 스택의 부피가 커진다는 단점이 있다. 다른 한편으로, 적층되는 전지 셀의 개수를 줄이면 스택의 부피를 감소시킬 수 있지만, 스택의 출력이 낮아져 원하는 성능을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스택의 부피를 증가시키지 않고 출력 성능을 향상시킬 수 있는 바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 의하면, 연료전지 스택에 사용되는 바이폴라 플레이트에 있어서, 연료 유동 유로를 구비하는 제1 플레이트; 및 연료 유동 유로와 교차되는 산화제 유동 유로, 및 산화제 유동 유로 사이에 위치하고 연료 유동 유로와 대향하는 랜드를 구비하는 제2 플레이트를 포함하는 바이폴라 플레이트가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 고분자 전해질막; 고분자 전해질막의 양면에 접합되는 애노드 전극 및 캐소드 전극; 애노드 전극 상에 설치되며, 연료 유동 유로를 구비하는 제1 플레이트; 및 캐소드 전극 상에 설치되며, 연료 유동 유로와 교차되는 산화제 유동 유로, 및 산화제 유동 유로 사이에 위치하고 연료 유동 유로와 대향하는 랜드를 구비하는 제2 플레이트를 포함하는 연료전지 스택이 제공된다.
바람직하게, 랜드의 폭은 산화제 유동 유로의 폭과 실질적으로 동일한 크기를 갖는다.
또한, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 연료 유동 유로 및 산화제 유동 유로가 양면에 노출되도록 접합된다.
또한, 유동 유로는 연료 또는 산화제의 유동을 가이드하는 복수의 유동 유로를 구비한다.
또한, 연료전지 스택에서 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 적어도 하나는, 연료 또는 산화제의 전기화학 반응을 촉진시키는 촉매층, 및 이 촉매층에 연료 또는 산화제를 분배 공급하고 반응생성물을 배출하는 확산층을 구비한다.
또한, 연료전지 스택에서 애노드 전극 또는 캐소드 전극을 둘러싸며 고분자 전해질막과 제1 플레이트 또는 제2 플레이트와의 사이에 위치하는 개스킷을 추가적으로 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 플레이트 및 이를 채용한 연료전지 스택을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명에서, 바이폴라 플레이트라는 용어는, 엔드 플레이트(end plate), 냉각 플레이트 및 세퍼레이터를 포괄하는 의미로서 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 바이폴라 플레이트는 양면 중 적어도 한 면에 연료 유동 유로 또는 산화제 유동 유로를 구비한 플레이트를 포괄하는 넓은 의미로서 사용될 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 바이폴라 플레이트는 연료 유동 유로(122)를 구비한 제1 플레이트(120), 및 산화제 유동 유로(132)를 구비한 제2 플레이트(130)를 구비한다. 도 2에서 제1 플레이트(120)는 제2 플레이트(130)의 하부에 위치하여 도면상에 명확하게 보이지 않으며, 설명의 편의를 위해 제1 플레이트(120)에 위치하는 연료 유동 유로(122)를 점선으로 표시하였다.
전술한 바이폴라 플레이트는 당 업계에 알려진 통상의 바이폴라 플레이트로 구현될 수 있다. 다만, 바이폴라 플레이트에서 연료 유동 유로(122)와 산화제 유동 유로(132)는 서로 교차 형성되며, 연료 유동 유로(122)의 일부가 산화제 유동 유로(132) 사이에 위치하는 랜드(land)(134)에 대향하도록 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 2에서 연료 유동 유로(122)의 일부가 산화제 유동 유로(132) 사이에 위치하는 랜드(134)에 대향하는 부분은 빗금친 영역으로 도시되어 있다.
상세히 설명하면, 제1 플레이트(120)의 애노드 유동 유로(122)는 수소 함유의 액상 연료가 통과하는 채널(제1 채널)과 이 채널 간에 장벽을 이룸으로써 경계를 형성하는 제1 리브(rib)로 이루어진다. 제2 플레이트(130)의 캐소드 유동 유로(132)는 애노드 유동 유로(122)의 제1 채널(122)과 교차 설치되며 산화제가 통과하는 채널(제2 채널)과 이 채널 간의 장벽을 이룸으로써 경계를 형성하며 애노드 유 동 유로(122)의 제1 채널에 대향하는 소정 폭의 제2 리브로 이루어진다. 여기서, 각 채널을 연료 또는 산화제의 유동 유로에 대응되며, 각 리브는 각 유동 유로 사이에 위치하는 랜드에 대응된다.
상기 제2 플레이트(130)의 제2 리브의 폭은 제2 채널의 폭과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 플레이트(130)의 구조가 제1 플레이트(120)의 구조와 실질적으로 동일하게 된다. 즉, 제1 플레이트(120)를 90도 회전시키면 제2 플레이트(130)가 된다. 따라서, 제1 및 제2 플레이트(120, 130)를 별도로 제작할 필요가 없어 제작이 용이해진다.
또한, 상기 제2 플레이트(130)의 제2 리브의 폭은 1.0㎜ 이상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 제2 리브의 폭이 1.0㎜보다 작으면, 제2 리브에 대향하는 캐소드 전극 상의 산소 공핍 영역이 너무 작아져 출력 성능의 향상에 의미가 없어진다.
상기 제1 플레이트(120)의 연료 유동 유로(122)의 양단부는 연료의 공급과 미반응 연료 및 반응생성물의 배출을 위한 통로인 애노드 매니폴더(140)에 연결되고, 제2 플레이트(130)의 산화제 유동 유로(132)의 양단부는 산화제의 공급과 미반응 산화제 및 반응생성물의 배출을 위한 통로인 캐소드 매니폴더(150)에 연결된다.
상기 구성에 의하면, 제2 리브 부근에 대향하는 캐소드 전극 상에 산소 공핍이 발생되고, 그것에 인해 크로스오버된 연료가 캐소드 전극에서 산화반응하여 수소이온과 전자로 분해되며, 생성된 수소이온이 애노드 전극으로 이동하여 수소 가스를 발생시키는 연료전지 스택을 구현할 수 있다. 이 경우, 발생된 수소 가스는 연료로서 애노드 전극에 공급되어 스택의 출력 성능을 향상시킨다.
도 3은 도 2의 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지 스택을 나타내는 단면도이다. 도 3의 단면도는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 의해 얻어지는 절단면에 대응된다. 그리고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택을 나타내는 분해 사시도이다. 도 4의 분해 사시도에는 개스킷이 생략되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 연료전지 스택(100)은 전해질막(112)과 이 전해질막(112)의 양면에 접합되는 애노드 전극(114) 및 캐소드 전극(116)으로 이루어진 막전극 어셈블리(Membrane Electrode assembly: MEA)(110)와, 막전극 어셈블리(110)의 양측에 배치되는 제1 플레이트(120) 및 제2 플레이트(130)와, 막전극 어셈블리(110)와 제1 및 제2 플레이트(120, 130)와의 사이에 위치하는 개스킷(160)을 구비한다. 막전극 어셈블리(110)와 개스킷(160) 및 제1 및 제2 플레이트(120, 130) 복수개를 연속적으로 배치함으로써 연료전지 스택(100)이 구성된다.
상기 막전극 어셈블리(110)는 연료와 산화제를 공급받고, 그것들의 산화반응과 환원반응을 유도하여 전기에너지를 발생시킨다. 보다 상세하게, 막전극 어셈블리(110)의 애노드 전극(114)은 제1 플레이트(120)를 통해 받은 연료를 산화반응에 의해 전자와 수소 이온으로 변환시키는 촉매층(114a)과 전자와 수소 이온의 원활한 이동을 위한 확산층(Gas Diffusion Layer)(114b)을 포함한다. 또한, 캐소드 전극(116)은 제2 플레이트(130)를 통해 받은 산화제, 예컨대, 공기 중의 산소를 환원반응에 의해 전자와 산소 이온으로 변환시키는 촉매층(116a)과 공기의 원활한 이동을 위한 확산층(116b)을 포함한다. 그리고 전해질막(112)은 그 두께가 10∼200㎛인 고 체 폴리머 전해질로서, 애노드 전극(114)의 촉매층(114a)에서 생성된 수소 이온을 캐소드 전극(116)의 촉매층(116a)으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 가진다.
상기 제1 및 제2 플레이트(120, 130)는 막전극 어셈블리(110)의 애노드 전극(114)과 캐소드 전극(116)을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 가지며, 막전극 어셈블리(110)의 산화반응과 환원반응에 필요한 연료와 공기를 애노드 전극(114)과 캐소드 전극(116)에 공급하는 통로의 기능도 가진다.
특히, 제1 플레이트(120)의 연료 유동 유로(122)와 제2 플레이트(130)의 산화제 유동 유로(132)가 서로 교차 형성되고, 연료 유동 유로(122)의 일부가 산화제 유동 유로(132) 사이에 위치하는 소정 폭의 랜드(134)에 대향 형성되어 있기 때문에, 애노드 전극(114)과 전해질막(112)을 통과하여 캐소드 전극(116)으로 넘어가는 액상 연료 중 일부가 산소 공핍 상태인 랜드(134) 부근에서 산화되어 수소이온과 전자로 분해되고, 생성된 수소이온이 다시 애노드 전극(114)으로 되돌아와 애노드 전극(114) 상에서 전자를 얻어 수소 가스로 전환된다. 발생된 수소 가스는 애노드 유동 유로(122)를 통과하다가 애노드 전극(114)에서 높은 반응성 연료로서 산화반응한다. 따라서, 연료전지 스택(100)의 출력이 향상된다.
상기 연료전지 스택(100)의 전기화학적 반응을 나타내면 아래의 반응식 1과 같다.
애노드측: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ +6e- 및 H2 → 2H+ + 2e-
캐소드측: 2O2 + 8H+ + 8e- → 4H2O 및 CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ +6e-
전체: CH3OH + H2O + H2 + 2O2 → CO2 + 4H2O + 전류 + 열
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 바이폴라 플레이트는 복수의 채널(222a, 222b)을 갖는 연료 유동 유로(222)를 구비하는 제1 플레이트(220), 및 복수의 채널(232a, 232b)을 갖는 산화제 유동 유로(232)를 구비하는 제2 플레이트(330)를 포함한다. 도 5에서 제1 플레이트(220)는 제2 플레이트(230)의 하부에 위치하여 도면상에 명확하게 보이지 않으며, 설명의 편의를 위해 제1 플레이트(220)에 위치하는 연료 유동 유로(222)를 점선으로 표시하였다.
전술한 바이폴라 플레이트는 당 업계에 알려진 통상의 바이폴라 플레이트로 구현될 수 있다. 다만, 바이폴라 플레이트에서 복수의 채널을 갖는 연료 유동 유로(222)와 복수의 채널을 갖는 산화제 유동 유로(232)는 서로 교차 형성되며, 연료 유동 유로(222)의 일부가 산화제 유동 유로(232) 사이에 위치하는 랜드(234)에 대향 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 5에서 랜드(234)와 연료 유동 유로(222)가 서로 대향하고 있는 부분은 빗금친 부분으로 도시되어 있다.
상기 랜드의 폭은 복수의 채널(232a, 232b)을 갖는 산화제 유동 유로(232)의 폭과 실질적으로 동일한 것이 바람직하며, 1.0㎜ 이상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 제1 플레이트(220)의 연료 유동 유로(222)의 양단부는 연료의 공급과 미반응 연료 및 반응생성물의 배출을 위한 통로인 애노드 매니폴더(240)에 연결되고, 제2 플레이트(230)의 산화제 유동 유로(232)의 양단부는 산화제의 공급과 미반응 산화제 및 반응생성물의 배출을 위한 통로인 캐소드 매니폴더(250)에 연결된다.
한편, 상기 바이폴라 플레이트는 제조 용이성 등을 위해 제1 및 제2 플레이트로 각각 제작된 후 접합되는 것이 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니고 단일 플레이트의 양면에 애노드 유동 유로와 캐소드 유동 유로를 형성하여 이루어지는 것으로 구현될 수 있다.
도 6은 도 5의 바이폴라 플레이트를 채용한 연료전지 스택의 단면도이다. 도 6의 단면도는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ에 의해 절단된 면에 대응된다.
도 6을 참조하면, 연료전지 스택(200)은 전해질막(212)과 이 전해질막(212)의 양면에 접합되는 애노드 전극(214) 및 캐소드 전극(216)으로 이루어진 막전극 어셈블리(210)와, 막전극 어셈블리(210)의 양측에 배치되는 제1 플레이트(220) 및 제2 플레이트(230)와, 막전극 어셈블리(210)와 제1 및 제2 플레이트(220, 230)와의 사이에 위치하는 개스킷(260)을 구비한다. 막전극 어셈블리(210)와 개스킷(260) 및 제1 및 제2 플레이트(220, 230) 복수개를 연속적으로 배치함으로써 연료전지 스택(200)이 구성된다.
특히, 전술한 제1 플레이트(220)의 복수의 채널을 갖는 연료 유동 유로(222)와 복수의 채널을 갖는 산화제 유동 유로(232)가 서로 교차 형성된다. 다시 말해서, 연료 유동 유로(222)의 일부가 산화제 유동 유로(232) 사이에 위치하는 랜드(234)에 대향 형성된다. 상기 구성에 의하면, 제2 플레이트(230)의 산화제 유동 유 로(232)와 랜드(234)에는 산소 풍부 영역과 산소 공핍 영역이 발생된다.
상기 연료전지 스택의 제조방법은 아크릴레이트계 접착제를 이용하여 막전극 어셈블리(210)의 양면에 개스킷(260)의 일면을 접착시키고, 개스킷(260)의 다른 일면에 제1 또는 제2 플레이트를 접착시켜 단위 셀을 제조하는 단계를 포함한다.
단위 셀의 제조시에 막전극 어셈블리(210)와 개스킷(260), 개스킷(260)과 제1 및 제2 플레이트(220, 230)의 접착 순서는 특별히 제한되지 않으며, 막전극 어셈블리(210)와 개스킷(260)을 먼저 접착시킨 후 제1 및 제2 플레이트(220, 230)를 접착시키거나, 두 개스킷(260)과 제1 및 제2 플레이트(220, 230) 각각을 먼저 접착시킨 후 그것들을 막전극 어셈블리(210) 양면에 접착시킬 수 있다. 다만, 막전극 어셈블리(210)와 개스킷(260)을 접착시킬 때에는 막전극 어셈블리(210) 양면의 애노드 전극(214) 및 캐소드 전극(216)과 개스킷(260)이 겹쳐지지 않도록 하여, 막전극 어셈블리(210)의 테두리에 노출된 전해질막(212)의 양면에 개스킷(260)의 일면을 접착제로 접착시키는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 제1 플레이트(220)의 연료 유동 유로와 제2 플레이트(230)의 산화제 유동 유로가 서로 교차 형성되어 있기 때문에, 캐소드측 바이폴라 플레이트의 산화제 유동 유로와 랜드에 산소 풍부 영역과 산소 공핍 영역이 발생되고, 발생된 두 영역이 전기적으로 결합된 두 개의 독립적인 셀, 즉 전기발생 셀과 전기분해 셀로 각각 작용하여 연료전지로서 전기를 발생시키면서 연료 유동 유로 상에 수소 가스를 발생시키는 연료전지 스택이 구현된다. 이 경우, 발생된 수소 가스는 연료로서 애노드 전극에 공급되어 스택의 출력 성능을 향상시킨다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택의 출력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 연료 유동 유로와 산화제 유동 유로가 교차 배치된 연료전지 스택과 연료 유동 유로와 산화제 유동 유로가 대향 대치된 연료전지 스택의 전압과 전류 밀도를 측정하여 비교하였다.
실험 결과, 본 실시예에 따른 연료전지 스택의 출력밀도(A)가 비교예에 따른 연료전지 스택의 출력밀도(B)보다 높게 나타났다. 이와 같이, 본 발명은 연료전지 스택의 출력밀도를 향상시킨 장점을 가진다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그것들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 유로의 채널 길이, 깊이, 폭, 형태를 다양하게 형성할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정해지는 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 의하면, 스택의 부피를 증가시키지 않고 연료전지 스택의 출력을 향상시킬 수 있다. 아울러, 연료전지 스택의 소형화에 기여할 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료전지 스택에 사용되는 바이폴라 플레이트에 있어서,
    연료 유동 유로를 구비하는 제1 플레이트; 및
    상기 연료 유동 유로와 교차되는 산화제 유동 유로와, 상기 산화제 유동 유로 사이에 위치하며 상기 연료 유동 유로에 대향하는 랜드를 구비하는 제2 플레이트를 포함하는 바이폴라 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜드의 폭은 상기 산화제 유동 유로의 폭과 동일한 크기를 갖는 바이폴라 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 연료 유동 유로 및 상기 산화제 유동 유로가 양면에 노출되도록 접합되는 바이폴라 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 유로는 상기 연료 또는 상기 산화제의 유동을 가이드하는 복수의 유동 유로를 구비하는 바이폴라 플레이트.
  5. 고분자 전해질막;
    상기 고분자 전해질막의 양면에 접합되는 애노드 전극 및 캐소드 전극;
    상기 애노드 전극 상에 설치되며, 연료 유동 유로를 구비하는 제1 플레이트; 및
    상기 캐소드 전극 상에 설치되며, 상기 연료 유동 유로와 교차되는 산화제 유동 유로를 구비하며, 상기 산화제 유동 유로 사이에 위치하고 상기 연료 유동 유로와 대향하는 랜드를 구비하는 제2 플레이트를 포함하는 연료전지 스택.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 랜드의 폭은 상기 산화제 유동 유로의 폭과 동일한 크기를 갖는 연료전지 스택.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 연료 유동 유로 및 상기 산화제 유동 유로가 양면에 노출되도록 접합되는 연료전지 스택.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 유동 유로는 상기 연료 또는 상기 산화제의 유동을 가이드하는 복수의 유동 유로를 구비하는 연료전지 스택.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 중 적어도 하나는,
    상기 연료 또는 상기 산화제의 화학 반응을 촉진시키는 촉매층; 및
    상기 촉매층에 상기 연료 또는 상기 산화제를 분배 공급하며 반응생성물을 배출하는 확산층을 구비하는 연료전지 스택.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 애노드 전극 또는 상기 캐소드 전극을 둘러싸며 상기 고분자 전해질막과 상기 제1 플레이트 또는 상기 제2 플레이트 사이에 위치하는 개스킷을 추가적으로 포함하는 연료전지 스택.
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US9853300B2 (en) 2015-05-20 2017-12-26 Hyundai Motor Company Bipolar plate structure for fuel cell
CN111656591A (zh) * 2018-01-24 2020-09-11 罗伯特·博世有限公司 燃料电池和燃料电池堆

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