KR20070036485A - 평판 체결형 연료전지 스택 - Google Patents

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Abstract

평판 체결형 연료전지 스택이 개시된다. 개시된 연료전지 스택은 전해질막과 이 전해질막의 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 막-전극 어셈블리, 막-전극 어셈블리를 지지하며 애노드 전극으로부터 캐소드 전극으로 전자를 전달하는 세퍼레이터, 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 체결압으로 압박하며 배향하는 면에 슬라이드 결합 구조를 각각 구비하는 한 쌍의 엔드 플레이트, 및 열팽창율이 작은 금속으로 이루어지며 한 쌍의 엔드 플레이트의 각 슬라이드 결합 구조에 결합하는 양단부를 구비하고 한 쌍의 엔드 플레이트에 체결압을 제공하는 체결 부재를 포함한다.
연료전지, 스택, 엔드 플레이트, 체결, 슬라이드 결합, 열팽창율, 인바

Description

평판 체결형 연료전지 스택{flat plate clamp structure for fuel cell stack}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 체결형 연료전지 스택을 나타내는 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 평판 체결형 연료전지 스택을 채용한 연료전지 시스템을 나타내는 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 막-전극 어셈블리 20: 세퍼레이터
30a, 30b: 엔드 플레이트 40, 42, 44, 46: 체결 부재
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열팽창율이 작은 체결 부재를 이용함으로써, 열에 의한 스택의 변형을 방지할 수 있는 평판 체결형 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 연료가 가지고 있는 에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환하는 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지는 수소와 산소로부터 물이 생성되는 반응, 즉 수소의 연소 반응을 이용해 전기 에너지를 발생시킨다. 이러한 연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 알칼리형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 예컨대, 일반적인 고분자 전해질형 연료전지의 운전온도는 60~120℃, 인산형 연료전지의 운전온도는 160~220℃, 용융탄산염 연료전지의 운전온도는 600~800℃이다.
그 가운데, 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell or proton exchange 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, 공공건물의 정지형 발전소와 같은 분산용 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다. 한편, 고분자 전해질형 연료전지의 일종으로 액상의 메탄올 연료를 직접 사용하는 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 고분자 전해질형 연료전지와 달리 개질기를 사용하지 않기 때문에 소형화에 더욱 유리하다.
연료전지는 통상 고출력에 적합하도록 스택 구조로 제작된다. 스택은 캐소드 와 애노드를 분리하고 전기화학적인 반응에 의해 생성된 이온 물질을 통과시키며 캐소드와 애노드에 발생하는 기전력에 의해 전기를 발생시키는 막-전극 어셈블리(membrane-electrode assembly; MEA)와, 이 막-전극 어셈블리를 지지하며 전극들 간의 전자의 전달기능과 함께 연료와 산화제의 공급과 반응 생성물을 배출하는 역할을 하는 세퍼레이터(separator)가 교대로 적층된 구조를 갖는다. 세퍼레이터는 통상 가공성과 전기 전도성이 우수한 흑연(graphite)으로 제작된다.
한편, 종래의 연료전지 스택에서는 주로 볼트와 너트를 스택 내부 또는 외부를 지나는 나사결합 구조로 체결압을 형성한다. 그러나, 전술한 체결 구조를 갖는 종래의 연료전지 스택은 스택 작동시 열에 의해 스택에 변형이 발생하고, 그것에 의해 스택 내의 유체가 누설되는 문제점이 있다. 아울러, 전술한 체결 구조를 갖는 종래의 연료전지 스택은 체결 수단이 차지하는 면적에 인해 부피가 커지고 스택에 균일한 체결압을 제공하기 어렵기 때문에 스택의 출력과 효율에 변동이 크다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 평판 엔드 플레이트와 열팽창율이 작은 슬라이딩 방식의 체결 부재를 이용하여 스택을 체결함으로써, 체결이 용이하고 균일한 체결압에 의해 내구성을 향상시킬 수 있는 평판 체결형 연료전지 스택을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 평판 엔드 플레이트와 열팽창 율이 작은 슬라이딩 방식의 체결 부재를 이용하여 스택을 체결함으로써, 실질적으로 동일한 에너지 밀도에서 스택의 면적을 감소시킬 수 있고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 평판 체결형 연료전지 스택을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 전해질막과 이 전해질막의 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 막-전극 어셈블리; 막-전극 어셈블리를 지지하며 애노드 전극으로부터 캐소드 전극으로 전자를 전달하는 세퍼레이터; 막-전극 어셈블리와 세퍼레이터를 체결압으로 압박하며, 배향하는 면에 슬라이드 결합 구조를 각각 구비하는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및 열팽창율이 작은 금속으로 이루어지며, 한 쌍의 엔드 플레이트의 각 슬라이드 결합 구조에 결합하는 양단부를 구비하고, 한 쌍의 엔드 플레이트에 체결압을 제공하는 체결 부재를 포함하는 평판 체결형 연료전지 스택이 제공된다.
바람직하게, 상기 엔드 플레이트는 열팽창율이 작은 금속으로 이루어진다. 또한, 열팽창율이 작은 금속은 인바를 포함한 철-니켈계 합금을 포함한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 흑연을 포함한 카본계 재료로 이루어진다.
또한, 상기 연료전지 스택은 막-전극 어셈블리 및 세퍼레이터 사이에 위치하는 개스킷을 추가적으로 포함한다.
또한, 상기 전해질막은 술폰산기를 가진 퍼플루오로술폰산계의 이온교환막이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 평판 체결형 연료전지 스택을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평판 체결형 연료전지 스택을 나타내는 부분 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 평판 체결형 연료전지 스택은 막-전극 어셈블리(10), 개스킷(16), 세퍼레이터(20), 제1 및 제2 엔드 플레이트(30a, 30b) 및 체결 부재(40, 42, 44, 46)를 포함한다. 막-전극 어셈블리(10)는 전해질막(12)과 이 전해질막(12)의 양면에 접합되는 애노드 전극(14a) 및 캐소드 전극(14b)으로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 평판 체결형 연료전지 스택은 슬라이드 결합 구조를 구비한 평판 엔드 플레이트와, 열팽창율이 작은 금속으로 이루어지며 상기 슬라이드 결합 구조에 대응 결합되는 슬라이드 결합 구조를 갖는 양단부를 구비한 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 각 구성요소를 보다 구체적으로 설명한다.
전해질막(12)은 수소이온 전도성이 우수한 퍼플루오르계 고분자, 벤즈이미다졸계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에테르이미드계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자 폴리술폰계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자 폴리에테르-에테르케톤계 고분자 및 폴리페닐퀴녹살린계 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것이 바람직하며, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에 테르케톤, 아릴 케톤, 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-바이벤즈이미다졸)(poly(2,2'-(m-phenylene)-5,5'-bibenzimidazole)) 및 폴리(2,5-벤즈이미다졸)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수소이온 전도성 고분자를 포함하는 것이 더 바람직하다.
또한, 전해질막(12)은 무가습 조건에서 200℃의 고온에서도 정상적으로 작동하는 인산-도프된 폴리벤즈이미다졸(phosphoric-acid-doped polybenzimidazole; PBI)로 구현될 수 있다. 한편으로, 상기 전해질막은 알킬술폰화폴리벤즈이미다졸, 알킬포스폰화폴리벤즈이미다졸, 인산함유 아크릴모노머 중합체, 폴리벤즈이미다졸/강산 복합체, 염기성 고분자/산성 고분자 복합체 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나로 구현될 수 있다. 다른 한편으로, 상기 전해질막(111)은 엔지니어링 플라스틱에 술폰기를 도입한 술폰화폴리페닐렌 유도체 또는 술폰화폴리에테르에테르케톤으로 구현될 수 있다. 또 다른 한편으로, 상기 전해질막(111)은 나노 홀을 구비한 프로톤 도전성 전해질막, 유기-무기 프로톤 전도성 전해질막, 나피온-지르코늄 포스페이트 전해질막, 인산 도프된 나피온 117 및 애퍼타이트로 강화한 전해질막 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.
애노드 전극(14a) 및 캐소드 전극(14b) 각각은 촉매층과 미세기공층(microporous layer) 및 지지층(backing layer)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 미세기공층과 지지층은 확산층을 구성한다. 촉매층은 각 전극에 공급되는 연료 및 산화제가 화학적으로 빠르게 반응하도록 반응속도를 변화시키는 역활을 한다. 미세기공층은 촉매층으로 반응물을 확산시켜 반응물이 촉매층으로 쉽게 접근할 수 있도록 하는 역할을 한다. 그리고 미세기공층은 지지층 상에 탄소층(carbon layer)으로 코팅되어 구현된다. 지지층은 촉매층 또는 전극을 지지하는 역할을 하면서 연료, 물, 공기 등의 분산을 균일하게 하는 연료분산 작용과 생산되는 전기를 모아주는 집전 작용, 및 촉매층의 물질이 유체에 의해 소실되는 것을 막아주는 보호 작용을 한다. 그리고 지지층은 탄소천(carbon cloth), 탄소종이(carbon paper)와 같은 탄소 기재로 구현될 수 있다.
또한, 촉매층은 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 상기 촉매층은 담지체에 담지된 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-M 합금(M은 Ga, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 전이금속)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 촉매를 포함할 수도 있다. 담지체는 전도성을 가지는 물질이라면 어느 것이라도 좋으나, 탄소 담지체인 것이 바람직하다.
또한, 미세기공층은 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 플러렌(C60), 활성탄소, 벌칸, 케첸블랙, 카본블랙 및 탄소나노혼(carbon nano horn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소물질을 포함하는 것이 바람직하며, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(테트라플루오로에틸렌) 및 플로리네이티드 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 바인더를 더 포함할 수 있다.
개스킷(16)은 스택 내부를 통과하는 유체의 누설을 방지한다. 개스킷(16)은 일체로 제작된 판 형태로 막-전극 어셈블리(10)와 세퍼레이터(20) 사이에 삽입 설치된다. 개스킷(16)은 고무 등의 탄성 부재나 금속판으로 구현될 수 있다. 한편, 개스킷(16)은 연료전지의 액티브 영역 주위에서 밀봉이 요구되는 부분에 슬러리 형태로 직접 도포될 수 있다.
세퍼레이터(20)는 개개의 막-전극 어셈블리(10)를 직렬로 연결하여 막-전극 어셈블리(10)와 함께 원하는 전압을 출력하는 스택을 형성한다. 세퍼레이터(20)는 전자를 수집하고 애노드 전극(14a)로부터 캐소드 전극(14b)로 전자를 전달하며, 애노드 전극(14a)에 수소가 함유한 연료를 공급하고 캐소드 전극(14b)에 공기, 산소 등의 산화제를 공급한다. 또한, 세퍼레이터(20)는 막-전극 어셈블리(10)의 전해질막(12)과 전극(14a, 14b)을 지지한다. 이를 위해, 세퍼레이터(20)는 연료와 산화제, 예컨대, 공기를 분리하는 비다공성, 우수한 전기전도성, 및 연료전지의 온도 제어를 위한 충분한 열전도율을 가진 임의의 재료로 이루어진다. 또한, 세퍼레이터(20)는 연료전지 스택을 클램핑(clamping)하는 힘을 견딜 정도의 충분한 기계적 강도와 수소 이온에 대한 내부식성을 가진 임의의 재료로 이루어진다. 한편, 전술한 세퍼레이터(20)에는 연료 및 산화제 등의 유체 유동을 위한 채널과 매니폴드(manifold)가 구비되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 엔드 플레이트(30a, 30b)는 막-전극 어셈블리(10)와 캐스킷(16) 및 세퍼레이터(20)으로 이루어진 적층 구조의 양단부에 위치하며, 배향하는 면(각 외측면)에 각각 슬라이딩 결합 구조(31)를 구비한다. 슬라이딩 결합 구조(31)는 각 엔드 플레이트(30a, 30b)의 일면 상에 대향하는 측면을 연결하도록 교차하는 두 쌍의 레일 형상으로 설치된다. 또한, 슬라이딩 결합 구조(31)는 삼각형 홈 구조로 설치된다. 한편, 슬라이딩 결합 구조(31)는 삼각형 홈 구조 이외에 반원형 홈 또는 돌기 구조, 사각형 홈/돌기 구조, 다각형 홈/돌기 구조 및 이들 형상이 조합된 홈/돌기 구조로 설치될 수 있으며, 슬라이딩 결합 구조라면 어떠한 형태의 구조라도 가능하다.
체결 부재는 제1 체결 부재(40), 제2 체결 부재(42), 제3 체결 부재(44) 및 제4 체결 부재(46)로 분할 설치된다. 이러한 분할 구조는 한 쌍의 엔드 플레이트(30a, 30b)에 균일한 체결압을 제공하기 위한 것으로, 제1 및 제2 체결 부재(40, 42)만으로 적절한 체결압이 제공될 수 있는 경우에는 제3 및 제4 체결 부재(44, 46)는 생략될 수 있다. 본 실시예에서, 제3 및 제4 체결 부재(44, 46)는 그 길이가 짧은 것을 제외하고 제1 및 제2 체결 부재(40, 42)와 실질적으로 동일하다.
구체적으로, 제1 체결 부재(40)는 한 쌍의 엔드 플레이트(30a, 30b)의 슬라이딩 결합 구조(31)에 대응 결합되는 슬라이딩 결합 구조(41a, 41b)를 갖는 양단부를 구비하며 'ㄷ'자 형상을 만들어진다. 제1 체결 부재(40)는 대략 사각 평판 형상의 평판부(40a)와, 평판부(40a)의 상하측(도 1에서 볼 때) 가장자리에서 대략 직각 방향으로 연장하는 상하측 양단부(40b, 40c)를 구비한다. 제1 체결 부재(40)의 슬라이딩 결합 구조(41a, 41b)는 상하측 양단부(40b, 40c)의 내측면에 설치된다. 또한, 슬라이딩 결합 구조(41a, 41b)는 대략 삼각형 형상의 돌기 구조로 설치된다. 한편, 슬라이딩 결합 구조(41a, 41b)는 삼각형 돌기 구조 이외에 반원형 돌기 또는 홈 구조, 사각형 돌기/홈 구조, 다각형 돌기/홈 구조 및 이들 형상이 조합된 돌기/홈 구조로 설치될 수 있으며, 엔드 플레이트(30a, 30b)의 슬라이딩 결합 구조(31)와 대응 결합할 수 있는 슬라이딩 결합 구조라면 어떠한 형태의 구조라도 가능하다.
제2 체결 부재(42)는 평판부(42a), 평판부(42a)의 상하측 가장자리에서 대략 직각 방향으로 연장하는 상하측 양단부(42b, 42c), 및 상하측 양단부(42b, 42c)의 내측면에 돌출 설치되는 대략 삼각형 형상의 슬라이딩 결합 구조(43a, 43b)를 구비한다. 이들 각 구성요소와 이들의 결합관계는 제1 체결 부재(40)의 경우와 동일하다.
한편, 본 발명은 연료전지 스택에 채용되는 체결 부재(40, 42, 44, 46)는 대략 'ㄷ'자 형상 이외에 곡면부와 이 곡면부의 양측 가장자리에서 대략 직각으로 연장하는 양단부를 구비하는 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 체결 부재는 엔드 플레이트의 일면에 설치된 슬라이드 결합 구조와 대응 결합되는 슬라이드 결합 구조를 양단부에 구비하는 체결 부재라면 어떠한 형태라도 적용가능하다.
다음, 전술한 연료전지 스택을 조립 과정을 간략히 설명한다. 도 1에서 볼 때, 먼저 막-전극 어셈블리(10)와 개스킷(16) 및 세퍼레이터(20)를 적층한다. 다음, 적층된 구조물의 상하측 단면에 한 쌍의 엔드 플레이트(30a, 30b)를 위치시킨다. 다음, 엔드 플레이트(30a, 30b)의 대략 중앙부를 소정의 가압 수단을 이용하여 양측에서 가압하고, 이 상태에서 제1 체결 부재(40)를 일방향에서 엔드 플레이트(30a, 30b)와 슬라이드 결합시키고, 제3 및 제4 체결 부재(44, 46)를 타방향에서 엔드 플레이트(30a, 30b)와 슬라이드 결합시킨 후, 최종적으로 제2 체결 부재(42)를 일방향에서 엔드 플레이트(30a, 30b)와 슬라이드 결합시킴으로써 본 발명에 따른 연료전지 스택이 제작된다. 제작된 연료전지 스택은 도 2에 도시된 연료전지 시스템에 개략적으로 채용되어 있다.
도 2는 도 1의 평판 체결형 연료전지 스택을 채용한 연료전지 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(40A)과, 연료전지 스택(40A)에 연료 및 산화제를 공급하는 연료공급부(50A) 및 산화제공급부(56A)를 포함한다.
연료전지 스택(40A)은 그 체결 부재(40, 42, 44, 46)가 제1 엔드 플레이트(30a) 및 제2 엔드 플레이트(미도시)와 슬라이드 결합되는 구조를 갖으며, 연료공급부(50A)로부터 수소를 함유한 연료를 받고, 산화제공급부(56A)로부터 공기나 산소 등의 산화제를 받는다. 전술한 연료전지 스택(40A)은 도 1을 참조하여 앞서 설명한 본 발명의 연료전지 스택과 실질적으로 동일하다.
연료공급부(50A)는 수소를 함유한 연료를 저장하는 연료저장수단(50)과, 저장된 연료를 연료전지 스택(40A)으로 공급하는 연료 펌프(52), 및 연료전지 스택(40A)으로 공급되는 연료를 개질하는 연료개질수단(54)을 포함한다. 연료저장수단(50)은 연료 탱크로 구현될 수 있다. 연료개질수단(54)은 탄화수소 연료와 수증기의 반응으로 고농도의 수소를 얻을 수 있는 수증기 개질 방식으로 구현되는 것이 바람직하며, 수증기 개질 방식 이외에 부분 산화, 자열 개질, 탄화수소의 분해, 이 들의 조합 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 구현될 수 있다. 한편, 연료개질수단(54)은 연료전지 스택(40A)의 연료전지 방식, 예를 들면, 직접 메탄올형 연료전지를 이용하는 방식인 경우에 생략될 수 있다.
산화제공급부(56A)는 연료전지 스택(40A)에 산화제를 공급하는 공기 펌프(56)를 포함한다. 산화제공급부(56A)는 공기 펌프(56) 이외에 송풍기 등의 다른 수단으로 대체될 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 연료공급부(50A)로부터 애노드 유입구(32)로 연료가 공급되고 산화제공급부(56A)로부터 캐소드 유입구(34)로 산화제가 공급되면, 애노드 전극의 촉매층에서 전기화학적 산화반응이 일어나면서 연료가 수소 이온 H+와 전자 e-로 이온화되며 산화된다. 이온화된 수소 이온은 애노드 촉매층에서 고분자 전해질막을 통해 캐소드 전극의 촉매층으로 이동하고, 전자는 애노드 전극으로부터 외부 도선(60)을 통해 캐소드 전극으로 이동하게 된다. 캐소드 촉매층으로 이동한 수소 이온은 캐소드 전극에 공급되는 산화제 예컨대 공기 중의 산소와 전기화학적 환원반응을 일으켜 반응열과 물을 생성시킨다. 그리고 애노드 배출구(58)와 캐소드 배출구(59)를 통해 미반응 연료와 이산화탄소 등의 애노드 유출물과 물 등의 캐소드 유출물이 배출되며, 전자의 이동으로 전기 에너지가 발생한다. 이때, 연료전지 스택(40A)는 열팽창율이 작은 체결 부재에 의해 체결되어 있기 때문에 스택(40A)의 변형이 방지된다.
본 발명의 평판 체결형 연료전지 스택은 평판 엔드 플레이트와 열팽창율이 작은 슬라이딩 방식의 체결 부재를 이용하여 스택을 체결함으로써, 체결이 용이하고 균일한 체결압에 의해 내구성을 향상시키며, 아울러 실질적으로 동일한 에너지 밀도에서 스택의 면적을 감소시킬 수 있고 에너지 밀도를 향상시키는 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 엔드 플레이트와 체결 부재의 길이, 폭, 형상을 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, 평판 엔드 플레이트와 열팽창율이 작은 슬라이딩 방식의 체결 부재를 이용하여 스택을 체결함으로써, 체결이 용이하고 균일한 체결압에 의해 내구성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 실질적으로 동일한 에너지 밀도에서 스택의 면적을 감소시킬 수 있고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 전해질막과 상기 전해질막의 양면에 위치하는 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어진 막-전극 어셈블리;
    상기 막-전극 어셈블리를 지지하며 상기 애노드 전극으로부터 상기 캐소드 전극으로 전자를 전달하는 세퍼레이터;
    상기 막-전극 어셈블리와 상기 세퍼레이터를 체결압으로 압박하며, 배향하는 면에 슬라이드 결합 구조를 각각 구비하는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및
    열팽창율이 작은 금속으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트의 각 슬라이드 결합 구조에 결합하는 양단부를 구비하고, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트에 상기 체결압을 제공하는 체결 부재를 포함하는 평판 체결형 연료전지 스택.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트는 상기 열팽창율이 작은 금속으로 이루어지는 평판 체결형 연료전지 스택.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 철-니켈계 합금을 포함하는 평판 체결형 연료전지 스택.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 철-니켈계 합금은 인바를 포함하는 평판 체결형 연료전지 스택.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 흑연을 포함한 카본계 재료로 이루어지는 포함하는 연료전지 스택.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 막-전극 어셈블리 및 상기 세퍼레이터 사이에 위치하는 개스킷을 추가적으로 포함하는 연료전지 스택.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전해질막은 술폰산기를 가진 퍼플루오로술폰산계의 이온교환막인 연료전지 스택.
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