KR20070072989A - Direct oxidation fuel cell - Google Patents

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KR20070072989A
KR20070072989A KR1020060000428A KR20060000428A KR20070072989A KR 20070072989 A KR20070072989 A KR 20070072989A KR 1020060000428 A KR1020060000428 A KR 1020060000428A KR 20060000428 A KR20060000428 A KR 20060000428A KR 20070072989 A KR20070072989 A KR 20070072989A
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한상일
손인혁
신찬균
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

Provided is a direct oxidation fuel cell in which the water condensed at the air ventilation hole of a cathode member is easily absorbed and discharged, thereby improving efficiency and reliance. The direct oxidation fuel cell comprises at least one electricity generation unit(90) which comprises a membrane electrode assembly(10), and an anode member(40) and a cathode member(60) closely arranged at the both sides of the membrane electrode assembly, and generate an electric energy and water by the reaction of fuel and oxygen, wherein the electricity generation unit comprises further an adsorption member(70) which is formed at the cathode member to absorb water and to discharge the absorbed water. The adsorption member is made of a microfilament yarn.

Description

직접 산화형 연료 전지 {DIRECT OXIDATION FUEL CELL}Direct Oxidation Fuel Cell {DIRECT OXIDATION FUEL CELL}

도 1은 본 발명에 따른 직접 산화형 연료 전지의 예시적인 실시예를 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing an exemplary embodiment of a direct oxidation fuel cell according to the present invention.

도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.2 is a cross-sectional view of the combined configuration of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 직접 산화형 연료 전지의 예시적인 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view showing another exemplary embodiment of a direct oxidation fuel cell according to the present invention.

도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.4 is a cross-sectional view of the coupling cross-sectional view of FIG.

본 발명은 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료, 및 산소의 직접적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 산화형 연료 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct oxidation fuel cell, and more particularly, to a direct oxidation fuel cell that generates electrical energy by direct reaction of fuel and oxygen.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서 구성된다.As is known, a fuel cell is configured as a power generation system that directly converts chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based fuel and oxygen supplied separately into electrical energy.

이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.)로 구분될 수 있다.Such fuel cells are largely referred to as Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs), and Direct Oxidation Fuel Cells (PEMFCs). : DMFC) ").

고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하에서는, 편의상 "스택" 이라 한다)로서 구성되며, 개질기로부터 공급되는 수소 가스와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 여기서 개질기는 연료를 개질하여 이 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 스택으로 공급하는 연료처리장치로서의 기능을 한다.The polymer electrolyte fuel cell is configured as a fuel cell body (hereinafter referred to as "stack" for convenience) called a stack, and is composed of hydrogen gas supplied from a reformer and air supplied by operation of an air pump or fan. It consists of a structure that generates electrical energy through an electrochemical reaction. Here, the reformer functions as a fuel treatment apparatus for reforming fuel to generate hydrogen gas from the fuel, and supplying the hydrogen gas to the stack.

직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 수소 가스를 사용하지 않고 연료인 알코올류를 직접적으로 공급받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도로 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 이러한 직접 산화형 연료 전지는 이의 구성별 종류에 따라, 펌프나 팬에 의존하지 않고 무부하 상태에서 공기를 제공받는 패시브(Passive) 방식과, 펌프나 팬의 구동력에 의해 공기를 제공받는 액티브(Active) 방식으로서 구성될 수 있다.Unlike the polymer electrolyte type fuel cell, the direct oxidation type fuel cell is directly supplied with alcohol, which is a fuel, without using hydrogen gas. The direct energy fuel cell is supplied by the electrochemical reaction of hydrogen contained in the fuel and separately supplied air. It is made as a structure for generating a. Such a direct oxidation fuel cell has a passive method of providing air at no load without depending on a pump or a fan, and an active air provided by a driving force of the pump or a fan, depending on the type of composition thereof. It can be configured as a way.

이 중에서, 패시브 방식에 의한 직접 산화형 연료 전지는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)(이하에서는, "MEA" 라고 한다.)를 중심에 두고 이의 양측에 밀착되게 배치되는 애노드판과, 캐소드판으로서 구성된다. 여기서, 캐소드판은 공기를 MEA로 유통시키기 위한 복수의 통기공들을 가지면서 대기 중으로 노 출되게 설치된다.Among these, the passive oxidation fuel cell by the passive method has an anode plate and a cathode disposed in close contact with both sides of the membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as "MEA"). It is configured as a plate. Here, the cathode plate is installed to be exposed to the atmosphere with a plurality of vents for circulating air to the MEA.

그런데, 종래의 패시브 방식에 의한 직접 산화형 연료 전지는 MEA에 의한 공기의 환원 반응을 통해 수증기 형태의 수분을 발생시키게 되는 바, 캐소드판이 대기 중으로 노출되게 구성됨에 따라 수증기 형태의 수분이 캐소드판의 통기공들에서 비교적 낮은 온도의 대기와 접촉하면서 응축되고, 이러한 응축수가 캐소드판의 통기공들에서 응집되면서 표면 장력의 작용에 의해 이 통기공들을 막게 된다. 이로 인해, 종래의 직접 산화형 연료 전지는 대기 중의 공기가 응축수에 막혀 캐소드판의 통기공들로 원활하게 공급되지 못하게 됨에 따라, 연료 전지 전체의 성능 효율 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.However, the conventional passive oxidation fuel cell according to the passive method generates water in the form of water vapor through a reduction reaction of air by MEA. As the cathode plate is configured to be exposed to the atmosphere, water in the form of water vapor forms the cathode plate. In the vents, they condense in contact with the atmosphere at a relatively low temperature, and these condensate agglomerates in the vents of the cathode plate, blocking these vents by the action of surface tension. As a result, the conventional direct oxidation fuel cell has a problem in that air in the air is blocked by condensed water and thus cannot be smoothly supplied to the vent holes of the cathode plate, thereby degrading performance efficiency and reliability of the entire fuel cell.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 캐소드판의 통기공들에서 응집되는 수분을 용이하게 배출시킬 수 있는 직접 산화형 연료 전지를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a direct oxidation type fuel cell that can easily discharge the water agglomerated in the vents of the cathode plate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지는, 막-전극 어셈블리를 중심에 두고 이의 양측에 애노드부재 및 캐소드부재를 밀착되게 배치하여 연료, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지와 수분을 발생시키는 적어도 하나의 전기 생성 유닛을 포함하며, 상기 전기 생성 유닛은 상기 캐소드부재에 형성되어 상기 수분을 흡수하여 배출시키는 흡착부재를 포함하고, 상기 흡착부재가 극세사 섬유로서 형성된다.In order to achieve the above object, a direct oxidation fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention includes an anode member and a cathode member closely disposed on both sides of a membrane-electrode assembly so that fuel and oxygen At least one electricity generating unit generating electrical energy and moisture by a reaction, wherein the electricity generating unit includes an adsorption member formed on the cathode member to absorb and discharge the moisture, and the adsorption member is a microfiber fiber. It is formed as.

상기 직접 산화형 연료 전지는, 상기 캐소드부재가 대기 중으로 노출되게 구성될 수 있다.The direct oxidation fuel cell may be configured such that the cathode member is exposed to the atmosphere.

상기 직접 산화형 연료 전지에 있어서, 상기 흡착부재는 상기 캐소드부재의 노출면에 밀착되게 배치될 수 있다.In the direct oxidation fuel cell, the adsorption member may be disposed in close contact with the exposed surface of the cathode member.

상기 직접 산화형 연료 전지에 있어서, 상기 흡착부재는 상기 캐소드부재와 상기 막-전극 어셈블리 사이에 개재될 수도 있다.In the direct oxidation fuel cell, the adsorption member may be interposed between the cathode member and the membrane-electrode assembly.

상기 직접 산화형 연료 전지에 있어서, 상기 흡착부재는 다수의 기공을 갖는 시트 형태로서 이루어질 수 있다.In the direct oxidation fuel cell, the adsorption member may be formed as a sheet having a plurality of pores.

상기 직접 산화형 연료 전지에 있어서, 상기 캐소드부재는 상기 막-전극 어셈블리로 공기를 유통시키기 위한 복수의 통기공들을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 흡착부재는 상기 통기공들과 상호 연통되는 복수의 구멍들을 포함할 수 있다.In the direct oxidation fuel cell, the cathode member may include a plurality of vents for circulating air to the membrane-electrode assembly. In this case, the suction member may include a plurality of holes in communication with the vent holes.

상기 직접 산화형 연료 전지에 있어서, 상기 애노드부재는 상기 연료를 유통시키기 위한 유로를 포함하며, 상기 유로가 사행(蛇行: meander)의 형상으로서 이루어질 수 있다.In the direct oxidation type fuel cell, the anode member includes a flow path for distributing the fuel, and the flow path may be formed as a meander shape.

상기 직접 산화형 연료 전지는, 상기 애노드부재, 및 상기 캐소드부재가 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판으로서 구성될 수 있다.The direct oxidation fuel cell may be configured as a current collector plate in which the anode member and the cathode member collect currents having different polarities.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 직접 산화형 연료 전지의 예시적인 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.1 is an exploded perspective view showing an exemplary embodiment of a direct oxidation fuel cell according to the present invention, Figure 2 is a combined cross-sectional view of FIG.

이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지(100)를 설명하면, 이 직접 산화형 연료 전지(100)는 연료 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키고, 이 전기 에너지를 소정의 로드에 제공하는 발전 시스템으로서 구성된다.Referring to the direct oxidation fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention with reference to this figure, the direct oxidation fuel cell 100 generates electrical energy by the electrochemical reaction of fuel and oxygen, It is comprised as a power generation system which provides this electric energy to a predetermined load.

이러한 직접 산화형 연료 전지(100)는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올계 연료, 및 대기 중의 공기를 직접적으로 제공받아 연료 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 공기 중에 함유된 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 통상적인 패시브(passive) 타입의 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)로서 구성될 수 있다.The direct oxidation fuel cell 100 is directly supplied with alcohol-based fuels such as methanol and ethanol, and air in the atmosphere, and the electrical energy is reduced by the oxidation reaction of hydrogen contained in the fuel and the oxygen reaction contained in the air. It can be configured as a conventional passive type Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) to generate a.

더욱 구체적으로, 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(100)는 연료 공급장치(도면에 도시되지 않음) 또는 연료의 모세관 작용 또는 연료의 농도차 등에 의해 연료를 공급받고, 자연 확산 또는 대류 작용에 의해 대기 중의 공기를 제공받아 이 연료와 공기의 산화 반응, 및 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 생성 유닛(90)을 포함하여 구성된다.More specifically, the direct oxidation type fuel cell 100 according to the present embodiment is supplied with fuel by a fuel supply device (not shown in the drawing) or a capillary action of fuel or a difference in concentration of fuel. And at least one electricity generating unit (90) for receiving the air in the atmosphere by the air and generating the electrical energy by the oxidation reaction of the fuel and the air and the reduction reaction.

바람직하게, 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(100)는 전기 생성 유닛(90)을 평면적으로 배치하여 구성되는 플레이트 타입의 연료전지로서 이루어진다. 도면에서, 본 실시예에 의한 연료 전지(100)는 단일의 전기 생성 유닛(90)으로서 도시되고 있으나, 이는 본 발명을 설명하기 위하여 도면을 편의상 간략화한 것 에 불과하며, 대안으로서 전기 생성 유닛(90)을 복수로 구비하고 이들 전기 생성 유닛(90)을 연속적으로 배치함으로써 본 실시예에 의한 연료 전지(100)를 구성할 수도 있다.Preferably, the direct oxidation fuel cell 100 according to the present embodiment is configured as a plate type fuel cell configured by arranging the electricity generating unit 90 in a planar manner. In the drawings, the fuel cell 100 according to the present embodiment is shown as a single electricity generating unit 90, but this is merely a simplified drawing for the sake of illustrating the present invention, and alternatively the electricity generating unit ( The fuel cell 100 according to the present embodiment can also be constituted by providing a plurality of 90s and arranging these electricity generating units 90 continuously.

상술한 바와 같은 직접 산화형 연료 전지(100)에 있어, 전기 생성 유닛(90)은 기본적으로, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly)(이하에서는, "MEA" 라고 한다.)(10)와, 이 MEA(10)를 중심에 두고 이의 양측에 밀착되게 배치되는 애노드부재(40), 및 캐소드부재(60)를 포함하여 구성된다. 이 때, 상기한 전기 생성 유닛(90)은 통상적인 체결수단(도면에 도시되지 않음)에 의해 가압 밀착되면서 소정의 케이스(도면에 도시되지 않음)에 의해 패키지 된 구조로서 이루어질 수 있다.In the direct oxidation fuel cell 100 as described above, the electricity generating unit 90 is basically a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as "MEA") 10 and And an anode member 40 and a cathode member 60 which are disposed in close contact with both sides of the MEA 10 at the center thereof. At this time, the electricity generating unit 90 may be formed as a structure packaged by a predetermined case (not shown in the figure) while being pressed closely by a conventional fastening means (not shown in the figure).

본 실시예에서, MEA(10)는 일면에 제1 전극층(11)을 형성하고, 다른 일면에 제2 전극층(12)을 형성하며, 이들 전극층(11, 12) 사이에 멤브레인(Membrane)(13)을 형성하여 구성된다. 이 때, 애노드부재(40)는 제1 전극층(11)에 밀착되게 배치되며, 캐소드부재(60)는 제2 전극층(12)에 밀착되게 배치된다.In the present embodiment, the MEA 10 forms the first electrode layer 11 on one surface, the second electrode layer 12 on the other surface, and a membrane 13 between the electrode layers 11 and 12. ) Is formed. In this case, the anode member 40 is disposed in close contact with the first electrode layer 11, and the cathode member 60 is disposed in close contact with the second electrode layer 12.

여기서, 제1 전극층(11)은 애노드부재(40)를 통해 연료를 공급받고 이 연료에 함유된 수소를 산화 반응시켜 이 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키는 기능을 하게 된다. 멤브레인(13)은 제1 전극층(11)에서 수소로부터 분리된 수소 이온을 제2 전극층(12)으로 이동시키는 기능을 하게 된다. 그리고, 제2 전극층(12)은 제1 전극층(11)으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 캐소드부재(60)를 통해 제공되는 산소를 환원 반응시켜 수분, 및 열을 발생시키는 기능을 하게 된다.Here, the first electrode layer 11 is supplied with fuel through the anode member 40 and oxidizes hydrogen contained in the fuel to separate the hydrogen into electrons and hydrogen ions. The membrane 13 functions to transfer the hydrogen ions separated from the hydrogen in the first electrode layer 11 to the second electrode layer 12. In addition, the second electrode layer 12 functions to reduce moisture and heat by reacting electrons, hydrogen ions, and oxygen provided through the cathode member 60 received from the first electrode layer 11.

본 실시예에서, 애노드부재(40)는 MEA(10)의 제1 전극층(11)과 상호 밀착되게 배치되는 플레이트 타입의 전도성 메탈 소재로서 이루어지며, 연료를 MEA(10)의 제1 전극층(11)으로 분산 공급하는 기능 외에, 제1 전극층(11)에서 수소로부터 분리된 전자를 뒤에서 더욱 설명하는 캐소드부재(60)로 이동시키는 전도체로서의 기능을 하게 된다.In this embodiment, the anode member 40 is made of a plate-type conductive metal material disposed in close contact with the first electrode layer 11 of the MEA 10, and the fuel is supplied to the first electrode layer 11 of the MEA 10. In addition to the function of distributing and supplying the electrons, the electrons separated from the hydrogen in the first electrode layer 11 are transferred to the cathode member 60 which will be described later.

이를 위해 애노드부재(40)는 연료를 MEA(10)의 제1 전극층(11)으로 유통시키기 위한 유로(42)를 구비하는 바, 이 유로(42)는 MEA(10)의 제1 전극층(11)에 대응하는 영역에 채널 형태로서 형성된다. 바람직하게, 유로(42)는 MEA(10)의 제1 전극층(11)과 마주하는 애노드부재(40)의 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되며 이의 양단을 교호적으로 연결하여 사행(蛇行: meander)의 형상으로서 형성되고 있다.To this end, the anode member 40 includes a flow path 42 for circulating fuel to the first electrode layer 11 of the MEA 10, and the flow path 42 is the first electrode layer 11 of the MEA 10. It is formed in the form of a channel in the region corresponding to). Preferably, the flow path 42 is disposed in a straight line at a predetermined interval on one surface of the anode member 40 facing the first electrode layer 11 of the MEA 10 and alternately connects both ends thereof in a meandering manner. It is formed as a meander.

이에 더하여, 애노드부재(40)는 상술한 바와 같이 캐소드부재(60)로 전자를 이동시키는 전도체로서의 기능을 하게 되는 바, 캐소드부재(60)와 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판(41)으로서 구성될 수 있다.In addition, the anode member 40 functions as a conductor for moving electrons to the cathode member 60 as described above, and the current collector plate 41 for collecting current having a different polarity from the cathode member 60. It can be configured as.

본 실시예에서, 캐소드부재(60)는 대기 중으로 노출되면서 MEA(10)의 제2 전극층(12)과 상호 밀착되게 배치되는 플레이트 타입의 전도성 메탈 소재로서 이루어진다. 이 캐소드부재(60)는 공기의 자연 확산 또는 대류 작용에 의해 대기 중의 공기를 MEA(10)의 제2 전극층(12)으로 분산 공급하는 기능 외에, 애노드부재(40)로부터 전자를 받는 전도체로서의 기능을 하게 된다.In the present embodiment, the cathode member 60 is made of a plate-type conductive metal material disposed in close contact with the second electrode layer 12 of the MEA 10 while being exposed to the atmosphere. The cathode member 60 functions as a conductor that receives electrons from the anode member 40 in addition to a function of distributing and supplying air in the atmosphere to the second electrode layer 12 of the MEA 10 by natural diffusion or convection of the air. Will be

이를 위해 캐소드부재(60)는 대기 중의 공기를 MEA(10)의 제2 전극층(12)으 로 유통시키기 위해 MEA(10)의 제2 전극층(12)에 대응하는 영역에 대하여 캐소드부재(60)의 플레이트를 관통하는 복수의 통기공들(63)을 형성하고 있다.To this end, the cathode member 60 has a cathode member 60 with respect to a region corresponding to the second electrode layer 12 of the MEA 10 to distribute air in the atmosphere to the second electrode layer 12 of the MEA 10. A plurality of vent holes (63) penetrating the plate is formed.

이에 더하여, 캐소드부재(60)는 상술한 바와 같이 애노드부재(40)로부터 전자를 받는 전도체로서의 기능을 하게 되는 바, 애노드부재(40)와 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판(61)으로서 구성될 수 있다.In addition, the cathode member 60 functions as a conductor for receiving electrons from the anode member 40 as described above, and as the current collector plate 61 for collecting current having a different polarity from the anode member 40. Can be configured.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(100)의 작용시, MEA(10)의 제2 전극층(12)에서는 산소의 환원 반응에 의해 수증기 형태의 수분을 발생시키는 바, 캐소드부재(60)가 대기 중으로 노출되게 구성됨에 따라 수증기 형태의 수분은 캐소드부재(60)의 통기공들(63)에서 비교적 낮은 온도의 대기와 접촉하면서 응축이 일어나게 된다. 이로 인해 응축수가 캐소드부재(60)의 통기공들(63)에 응집되면서 이 통기공들(63)을 막게 되는 바, 대기 중의 공기는 통기공들(63)을 통해 MEA(10)의 제2 전극층(12)으로 원활하게 공급되지 못하게 된다.In the action of the direct oxidation fuel cell 100 according to the present embodiment configured as described above, the second electrode layer 12 of the MEA 10 generates water in the form of water vapor by a reduction reaction of oxygen. As the member 60 is configured to be exposed to the atmosphere, moisture in the form of water vapor condenses as it comes into contact with a relatively low temperature atmosphere in the vents 63 of the cathode member 60. As a result, the condensed water is agglomerated in the vents 63 of the cathode member 60, thereby blocking the vents 63, and the air in the atmosphere passes through the vents 63 to the second of the MEA 10. It may not be smoothly supplied to the electrode layer 12.

이에, 본 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지(100)에 있어, 전기 생성 유닛(90)은 캐소드부재(60)에 형성되는 흡착부재(70)가 제공되는 바, 이 흡착부재(70)는 MEA(10)의 제2 전극층(12)에서 생성되는 수분을 흡수하면서 소정의 포집수단으로 배출시키는 기능을 하게 된다.Thus, in the direct oxidation fuel cell 100 according to the present embodiment, the electricity generating unit 90 is provided with an adsorption member 70 formed on the cathode member 60, and the adsorption member 70 is provided. The moisture generated in the second electrode layer 12 of the MEA 10 is absorbed and discharged to a predetermined collecting means.

본 실시예에서, 흡착부재(70)는 대기 중으로 노출되는 캐소드부재(60)의 노출면에 밀착되게 배치되며, 캐소드부재(60)의 크기에 상응하는 시트 형태로서 이루어진다.In this embodiment, the adsorption member 70 is disposed in close contact with the exposed surface of the cathode member 60 exposed to the atmosphere, it is made in the form of a sheet corresponding to the size of the cathode member 60.

구체적으로, 이 흡착부재(70)는 일측면이 캐소드부재(60)의 노출면 즉, MEA(10)의 제2 전극층(12)에 밀착되는 면의 반대면에 밀착되며, 다른 일측면이 대기 중으로 노출되게 배치된다. 이 때, 흡착부재(70)는 언급한 바 있는 체결부재에 의해 고정될 수 있으며, 전기 생성 유닛(90)을 감싸는 소정의 케이스에 의해 고정될 수도 있다.Specifically, the adsorption member 70 is in close contact with the exposed surface of the cathode member 60, that is, the surface opposite to the surface that is in close contact with the second electrode layer 12 of the MEA 10, the other side is atmospheric It is arranged to be exposed to the middle. At this time, the adsorption member 70 may be fixed by the fastening member mentioned above, it may be fixed by a predetermined case surrounding the electricity generating unit 90.

여기서, 본 실시예에 의한 흡착부재(70)는 다수의 기공을 갖는 극세사(Micro-denire) 섬유로서 이루어지는 바, 이러한 극세사 섬유는 소정 데니어(denire) 굵기의 미세한 극세 섬유로 직조되어 수분에 대한 흡수력이 뛰어나며, 미세 원사가 촘촘히 직조되어 캐소드부재(60)의 노출면에 대한 넓은 접지 면적을 가지면서 섬유 조직 내부에 존재하는 무수한 기공들에 의해 수분을 용이하게 배출시킬 수 있는 통상적인 극세사 섬유로서 이루어진다. 이 때, 본 실시예에 의한 흡착부재(70)는 도면에서와 같이 단층의 극세사 섬유로서 이루어질 수 있으며, 둘 이상의 층을 이루면서 형성될 수도 있다.Here, the adsorption member 70 according to the present embodiment is made of micro-denire fibers having a plurality of pores, and the microfiber fibers are woven into fine microfibers having a predetermined denier thickness to absorb water. This excellent, fine yarn is made of a conventional microfiber fiber that can be woven tightly and has a large ground area for the exposed surface of the cathode member 60, and can easily discharge moisture by the myriad pores present in the fiber tissue. . At this time, the adsorption member 70 according to the present embodiment may be formed as a single-layer microfiber fibers, as shown in the figure, may be formed while forming two or more layers.

본 실시예에서, 이 흡착부재(70)는 캐소드부재(60)의 노출면에 밀착되게 배치되는 바, 캐소드부재(60)의 통기공들(63)과 상호 연통되는 복수의 구멍들(75)을 형성하고 있다. 이러한 복수의 구멍들(75)은 대기 중의 공기를 캐소드부재(60)의 통기공들(63)을 통해 MEA(10)의 제2 전극층(12)으로 용이하게 공급하기 위한 것이다.In this embodiment, the adsorption member 70 is arranged in close contact with the exposed surface of the cathode member 60, the plurality of holes 75 in communication with the vent holes 63 of the cathode member 60 To form. The plurality of holes 75 are for easily supplying air in the atmosphere to the second electrode layer 12 of the MEA 10 through the vents 63 of the cathode member 60.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지(100)의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the direct oxidation fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above in detail as follows.

우선, 연료는 애노드부재(40)의 유로(42)를 따라 유동되면서 MEA(10)의 제1 전극층(11)으로 분산 공급된다. 그러면, MEA(10)의 제1 전극층(11)에서는 연료의 산화 반응에 의해 이 연료 중에 함유된 수소를 전자와 수소 이온(프로톤)으로 분리시킨다. 이 때, 수소 이온은 MEA(10)의 멤브레인(13)을 통해 제2 전극층(12)으로 이동되고, 전자는 멤브레인(13)을 통과하지 못하고 애노드부재(40)를 통해 캐소드부재(60)로 이동된다.First, fuel is distributed and supplied to the first electrode layer 11 of the MEA 10 while flowing along the flow path 42 of the anode member 40. Then, in the first electrode layer 11 of the MEA 10, hydrogen contained in the fuel is separated into electrons and hydrogen ions (protons) by an oxidation reaction of the fuel. At this time, hydrogen ions are transferred to the second electrode layer 12 through the membrane 13 of the MEA 10, and electrons do not pass through the membrane 13 and are transferred to the cathode member 60 through the anode member 40. Is moved.

이러는 과정을 거치면서, 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(100)는 상기한 전자의 이동으로 인해 전류를 발생시키게 되고, 애노드부재(40) 및 캐소드부재(60)가 서로 다른 전류를 집전하는 집전판(41, 61)로서 구성되는 바, 소정 전위차를 갖는 전기 에너지를 출력시킬 수 있게 된다.Through this process, the direct oxidation fuel cell 100 according to the present embodiment generates a current due to the movement of the electrons, and the anode member 40 and the cathode member 60 collect different currents. The electric charges are configured as the current collector plates 41 and 61, so that electric energy having a predetermined potential difference can be output.

이와 동시에, 대기 중의 공기는 자연 확산 또는 대류 작용 등에 의해 캐소드부재(60)의 통기공들(63)을 통과하여 MEA(10)의 제2 전극층(12)으로 분산 공급된다. 그러면, MEA(10)의 제2 전극층(12)에서는 멤브레인(13)을 통해 이동된 수소 이온, 애노드부재(40)를 통해 이동된 전자, 및 캐소드부재(60)의 통기공들(63)을 통해 제공되는 공기의 환원 반응에 의해 열, 및 수분을 발생시키게 된다.At the same time, the air in the air is supplied to the second electrode layer 12 of the MEA 10 through the vent holes 63 of the cathode member 60 by natural diffusion or convection. Then, in the second electrode layer 12 of the MEA 10, hydrogen ions moved through the membrane 13, electrons moved through the anode member 40, and vent holes 63 of the cathode member 60 are removed. Heat and moisture are generated by the reduction reaction of the air provided through.

이 과정에서, MEA(10)의 제2 전극층(12)에서 발생되는 수분은, 캐소드부재(60)의 통기공들(63)에서 응집되는 바, 캐소드부재(60)의 노출면에 흡착부재(70)가 밀착되게 배치되고 있기 때문에, 이 흡착부재(70)는 수분을 흡수하면서 이 수분을 다수의 기공들을 통해 통기공들(63)의 외측으로 배출시키게 된다. 이 때, 흡착부재(70)에 흡수되면서 통기공들(63)의 외측으로 배출되는 수분은 별도로의 포집 수단에 포집될 수 있다.In this process, moisture generated in the second electrode layer 12 of the MEA 10 is agglomerated in the vent holes 63 of the cathode member 60, and thus the adsorption member ( Since 70 is disposed in close contact with each other, the adsorption member 70 absorbs the moisture and discharges the moisture to the outside of the vents 63 through the plurality of pores. At this time, moisture absorbed by the adsorption member 70 and discharged to the outside of the vent holes 63 may be collected by a separate collecting means.

따라서, 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(100)는 캐소드부재(60)의 통기공들(63)에 응집되는 수분이 흡착부재(70)에 의해 흡수되면서 통기공들(63)의 외측으로 배출되기 때문에, 상기한 수분에 의해 캐소드부재(60)의 통기공들(63)이 막히는 등의 폐단을 방지할 수 있다. 이로써, 대기 중의 공기는 캐소드부재(60)의 통기공들(63)을 통해 MEA(10)의 제2 전극층(12)으로 원활하게 공급될 수 있게 된다.Therefore, in the direct oxidation type fuel cell 100 according to the present embodiment, the moisture aggregated in the vent holes 63 of the cathode member 60 is absorbed by the adsorption member 70, and thus the outside of the vent holes 63. Since it is discharged to, it is possible to prevent the closed end, such as clogging the vent holes 63 of the cathode member 60 by the moisture. As a result, air in the atmosphere may be smoothly supplied to the second electrode layer 12 of the MEA 10 through the vents 63 of the cathode member 60.

도 3은 본 발명에 따른 직접 산화형 연료 전지의 예시적인 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view showing another exemplary embodiment of a direct oxidation fuel cell according to the present invention, and FIG. 4 is a cross sectional configuration diagram of FIG. 3.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(200)는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 캐소드부재(160)와 MEA(110) 사이에 흡착부재(170)가 개재되는 전기 생성 유닛(190)을 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the direct oxidation type fuel cell 200 according to the present embodiment is based on the structure of the electric embodiment, and generates electricity in which the adsorption member 170 is interposed between the cathode member 160 and the MEA 110. Unit 190 may be configured.

구체적으로, 본 실시예에서 흡착부재(170)는 전기 실시예에서와 같은 구조로서 이루어지며, 캐소드부재(160)와 MEA(110)의 사이에서 일측면이 MEA(110)의 제2 전극층(112)에 밀착되며, 다른 일측면이 캐소드부재(160)의 대기 중으로 노출되는 면의 반대면에 밀착되게 배치된다.Specifically, in the present embodiment, the adsorption member 170 has the same structure as in the previous embodiment, and one side between the cathode member 160 and the MEA 110 is the second electrode layer 112 of the MEA 110. ) Close to the other side of the surface of the cathode member 160 is exposed to the atmosphere.

본 실시예에 의한 직접 산화형 연료 전지(200) 및 전기 생성 유닛(190)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예에서와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.Since the remaining configurations and functions of the direct oxidation fuel cell 200 and the electricity generation unit 190 according to the present embodiment are the same as those of the electric embodiment, detailed description thereof will be omitted.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 직접 산화형 연료 전지에 의하면, 캐소드부재의 통기공들에 응집되는 수분을 용이하게 흡수하여 배출시킬 수 있는 흡착부재를 포함하는 전기 생성 유닛을 구비함에 따라, 캐소드부재의 통기공들이 수분에 의해 막히는 등의 폐단을 방지할 수 있다. 따라서, 대기 중의 공기를 캐소드부재의 통기공들을 통해 MEA로 원활하게 공급할 수 있게 되므로, 연료 전지 전체의 성능 효율 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to the direct oxidation type fuel cell according to the embodiment of the present invention as described above, as provided with an electricity generating unit including an adsorption member that can easily absorb and discharge the moisture aggregated in the vent holes of the cathode member. In addition, it is possible to prevent the closed end such that the vent holes of the cathode member are blocked by moisture. Therefore, since the air in the air can be smoothly supplied to the MEA through the vents of the cathode member, the performance efficiency and reliability of the entire fuel cell can be further improved.

Claims (9)

막-전극 어셈블리를 중심에 두고 이의 양측에 애노드부재 및 캐소드부재를 밀착되게 배치하여 연료, 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지와 수분을 발생시키는 적어도 하나의 전기 생성 유닛At least one electricity generating unit having an anode member and a cathode member disposed in close contact with the membrane-electrode assembly at the center thereof to generate electrical energy and moisture by reaction of fuel and oxygen. 을 포함하며,Including; 상기 전기 생성 유닛은,The electricity generating unit, 상기 캐소드부재에 형성되어 상기 수분을 흡수하여 배출시키는 흡착부재를 포함하며, 상기 흡착부재가 극세사 섬유로서 형성되는 직접 산화형 연료 전지.And an adsorption member formed on the cathode member to absorb and discharge the moisture, wherein the adsorption member is formed as microfiber fibers. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 캐소드부재가 대기 중으로 노출되게 구성되는 직접 산화형 연료 전지.A direct oxidation fuel cell configured to expose the cathode member to the atmosphere. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 흡착부재는 상기 캐소드부재의 노출면에 밀착되게 배치되는 직접 산화형 연료 전지.The adsorption member is a direct oxidation fuel cell disposed in close contact with the exposed surface of the cathode member. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 흡착부재는 상기 캐소드부재와 상기 막-전극 어셈블리 사이에 개재되는 직접 산화형 연료 전지.And said adsorption member is interposed between said cathode member and said membrane-electrode assembly. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 흡착부재는 다수의 기공을 갖는 시트 형태로서 이루어지는 직접 산화형 연료 전지.The adsorption member is a direct oxidation fuel cell consisting of a sheet having a plurality of pores. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 캐소드부재는 상기 막-전극 어셈블리로 공기를 유통시키기 위한 복수의 통기공들을 포함하는 직접 산화형 연료 전지.And the cathode member includes a plurality of vents for circulating air to the membrane-electrode assembly. 제6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 흡착부재는 상기 통기공들과 상호 연통되는 복수의 구멍들을 포함하는 직접 산화형 연료 전지.The adsorption member is a direct oxidation fuel cell comprising a plurality of holes in communication with the vent holes. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 애노드부재는 상기 연료를 유통시키기 위한 유로를 포함하며, 상기 유로가 사행(蛇行: meander)의 형상으로 이루어지는 직접 산화형 연료 전지.And the anode member includes a flow path for distributing the fuel, wherein the flow path has a meander shape. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 애노드부재, 및 상기 캐소드부재가 서로 다른 극성의 전류를 집전하는 집전판으로서 구성되는 직접 산화형 연료 전지.And the anode member and the cathode member are configured as current collector plates for collecting current having different polarities.
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