KR20080022812A - 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조 - Google Patents

연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20080022812A
KR20080022812A KR1020060086441A KR20060086441A KR20080022812A KR 20080022812 A KR20080022812 A KR 20080022812A KR 1020060086441 A KR1020060086441 A KR 1020060086441A KR 20060086441 A KR20060086441 A KR 20060086441A KR 20080022812 A KR20080022812 A KR 20080022812A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal separator
separator
fuel cell
metal
manifold
Prior art date
Application number
KR1020060086441A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100821389B1 (ko
Inventor
양유창
금영범
김세훈
송민규
신환수
이종현
진상문
조규택
Original Assignee
현대자동차주식회사
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
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020060086441A priority Critical patent/KR100821389B1/ko
Priority to JP2006280121A priority patent/JP5234446B2/ja
Priority to CN2006101629196A priority patent/CN101141001B/zh
Priority to DE102006056373A priority patent/DE102006056373A1/de
Priority to US11/635,362 priority patent/US7572540B2/en
Publication of KR20080022812A publication Critical patent/KR20080022812A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100821389B1 publication Critical patent/KR100821389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • 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
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • 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
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • 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
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • 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
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric 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
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • 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)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조에 관한 것으로, 막-전극 접합체와, 상기 막-전극 접합체의 전극으로 반응가스를 이동시키는 기체확산층과, 상기 기체확산층의 외측에 결합되어 상기 막-전극 접합체를 지지하는 금속 분리판과, 상기 막-전극 접합체와 금속 분리판의 사이에 삽입되어 반응 가스의 누설을 방지하는 가스켓으로 구성된 단위 전지와, 상기 단위 전지의 외측에 결합되어 상기 단위 전지를 지지하며 반응가스 및 냉각수가 출입하는 매니폴드가 형성된 체결판을 갖는 연료전지 스택에 있어서, 상기 금속 분리판은, 상기 매니폴드에 대응하여 길이 방향의 일측 단부에 형성된 복수의 분리판 매니폴드; 및 가장자리를 따라 내측으로 함몰된 함몰부와 외측으로 돌출된 돌출부가 반복적으로 형성된 요철 구조를 포함하며, 다른 금속 분리판과의 적층 시 상기 요철 구조가 벌집 형상으로 적층되는 것을 특징으로 한다. 이에 금속 분리판의 가장자리를 요철 구조로 설계하여 다수의 금속 분리판 적층 시 안정적인 벌집(honeycomb)형 구조로 적층 시킴으로써 단위 전지의 적층 시 적층 오차를 줄여주고 스택 체결 시의 체결압을 견딜 수 있게 되어 적층성이 크게 향상된다.
연료전지 스택, 금속 분리판, 함몰부, 돌출부, 요철 구조, 벌집형, 가스켓

Description

연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조{A structure to improve laminating efficiency of a metal-separator for a fuel cell}
도 1은 종래의 고분자 전해질 형 연료전지의 구성을 도시한 분해사시도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 분리판을 도시한 평면도.
도 3a는 본 발명에 따른 금속 분리판이 적용된 연료전지 스택의 사시도.
도 3b는 도 3a에 따른 금속 분리판의 적층 순서를 도시한 분해도.
도 4는 본 발명에 따른 금속 분리판의 적층된 상태를 도시한 단면도.
도 5a는 본 발명에 따른 금속 분리판의 반응면을 도시한 평면도.
도 5b는 본 발명에 따른 금속 분리판의 냉각면을 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 금속 분리판이 다수로 적층된 구조를 도시한 구조도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 연료전지 스택 100 : 단위 전지
110 : 막-전극 접합체 120 : 가스켓
130 : 금속 분리판 132 : 요철 구조
136 : 반응면 138 : 냉각면
130a : 반응 가스 유입홀 130b : 반응 가스 유출홀
본 발명은 연료전지 스택용 금속 분리판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리판의 가장자리를 요철 구조로 설계하여 다수의 분리판 적층 시 안정적인 벌집(honeycomb)형 구조로 적층될 수 있는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조에 관한 것이다.
첨부된 도 1은 종래의 고분자 전해질 형 연료전지의 구성을 도시한 분해사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래의 분리판을 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 고분자 전해질 형 연료전지 스택(1)은 고분자 전해질막과 그 양쪽면에 각각 형성되는 전극으로 이루어진 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly, MEA, 3)와, 막-전극 접합체(3)의 전극에 각각 접합되어 반응에 사용되는 가스를 전극에 전달하는 한 쌍의 기체확산층(4)과, 각각의 기체확산층(4)의 외측면에 밀착 결합되어 반응가스를 공급하는 한 쌍의 도전성 분리판(6)과, 반응가스의 누설 방지 및 틈새의 실링을 위해 막-전극 접합체(3)와 분리판(6)의 사이에 삽입되는 가스켓(5)을 포함하여 구성된다. 또한, 분리판(6)의 외측에는 집전판(7)과 체결판(엔드 플레이트, 8)이 각각 결합되어 연료전지 스택(1)을 구성한다.
분리판(6)은 반응가스인 수소와 산소가 서로 섞이지 않도록 차단함과 동시에, 막-전극 접합체(3)를 전기적으로 연결하고, 막-전극 접합체(3)를 지지하여 연료전지 스택(1)의 형태가 유지되도록 한다.
따라서 분리판은 두 가스가 혼합되지 않을 만큼 치밀한 구조를 가져야 하며, 전도체의 역할을 위해 전기 전도성이 우수해야 하고, 지지체의 역할을 위해 충분한 강도를 가져야 한다.
그런데 하나의 단위 전지(막-전극 접합체와 가스켓, 분리판을 결합한 연료전지의 기본 단위)에서 발생되는 전압이 작아 원하는 전력을 얻기 위해서는 수십, 수백 개의 단위 전지를 적층 해야 한다.
이처럼 많은 수의 단위 전지를 적층하는 경우 분리판이 균일한 면압을 유지하지 못하면 국부적인 변형으로 실링을 유지할 수 없게 되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 분리판에 복잡한 실링 구조를 적용하여 균일한 면압을 유지하고 있으나, 성형 공정이 복잡해지고 설계상의 제약이 따르는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 가스켓과 접촉되는 분리판의 가장자리를 요철 구조로 설계하여 다수의 분리판 적층 시 안정적인 벌집(honeycomb)형 구조로 적층될 수 있는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 막-전극 접합체와, 상기 막-전극 접합체의 전극으로 반응가스를 이동시키는 기체확산층과, 상기 기체확산층의 외측에 결합되어 상기 막-전극 접합체를 지지하는 금속 분리판과, 상기 막-전극 접합체와 금속 분리판의 사이에 삽입되어 반응 가스의 누설을 방지하는 가스켓으로 구성된 단위 전지와, 상기 단위 전지의 외측에 결합되어 상기 단위 전지를 지지하 며 반응가스 및 냉각수가 출입하는 매니폴드가 형성된 체결판을 갖는 연료전지 스택에 있어서, 상기 금속 분리판은, 상기 매니폴드에 대응하여 길이 방향의 일측 단부에 형성된 복수의 분리판 매니폴드; 및 가장자리를 따라 내측으로 함몰된 함몰부와 외측으로 돌출된 돌출부가 반복적으로 형성된 요철 구조를 포함하며, 다른 금속 분리판과의 적층 시 상기 요철 구조가 벌집 형상으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 분리판은 전면에 형성되어 상기 기체확산층과 결합되어 반응 가스의 공급 및 배출이 이루어지는 반응면과, 후면에 형성되어 상기 단위 전지를 냉각하기 위한 냉각면을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 분리판은 전면에 형성되어 상기 기체확산층과 결합되어 반응 가스의 공급 및 배출이 이루어지는 반응면과, 후면에 형성되어 상기 단위 전지를 냉각하기 위한 냉각면을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스켓은 상기 금속 분리판의 가장자리와 상기 요철 구조의 사이 및 상기 분리판 매니폴드의 주위를 따라 설치되어 상기 막-전극 접합체와 상기 금속 분리판 사이를 실링하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 고분자 전해질 형 연료전지를 본 발명의 일 실시 예로 하고, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 3a는 본 발명에 따른 금속 분리판이 적용된 연료전지 스택의 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 따른 금속 분리판의 적층 순서를 도시한 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 금속 분리판의 적층된 상태를 도시한 단면도이다. 또 한, 도 5a는 본 발명에 따른 금속 분리판의 반응면을 도시한 평면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 금속 분리판의 냉각면을 도시한 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 금속 분리판이 다수로 적층된 구조를 도시한 구조도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 분리판(130)은 연료전지 스택(10) 내부에 순차적으로 적층된 형태로 사용된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 금속 분리판(130)은 고분자 전해질 막과 그 양쪽 면에 각각 형성되는 전극으로 이루어진 막-전극 접합체(membrane-electrode assembly, MEA, )의 양쪽 면에 각각 결합되며, 일반적으로 반응에 사용되는 가스를 전극에 전달하는 기체확산층(미도시)과 일체로 형성되어 있다. 막-전극 접합체(110)와 금속 분리판(130)의 사이에는 반응가스의 누설 방지 및 틈새의 실링을 위한 가스켓(120)이 삽입된다. 이러한 막-전극 접합체(110)와 가스켓(120) 및 금속 분리판(130)이 결합된 단위 전지(100)가 수십 또는 수백 개 적층되고, 적층된 단위 전지(100)에 집전판(미도시)과 체결판(200)(엔드 플레이트)이 결합되어 지지함으로써 연료전지 스택(10)을 형성한다. 체결판(200)에는 반응가스 및 냉각수를 단위 전지(100)에 공급하기 위한 다수의 매니폴드(210)가 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단위 전지(100)는 막-전극 접합체(110)를 중심으로 양쪽면에 가스켓(120)과 금속 분리판(130)이 순서대로 적층되어 상호 밀착 결합된다. 금속 분리판(130)을 통해 막-전극 접합체(110)로 공급된 냉각수와 공기 및 수소 가스는 금속 분리판(130)에 형성된 유로 및 가스켓(120)에 의해 서로 혼합되지 않고 막-전극 접합체(110)로 공급 및 배출된다(이에 관해서는 후술하기로 한다 ).
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 금속 분리판(130)은 체결판(200)에 형성된 매니폴드(210)에 대응하여 판면의 길이 방향 양단부에 형성된 복수의 분리판 매니폴드(134)와, 판면의 가장자리를 따라 형성된 요철 구조(132)를 포함하여 구성된다. 또한, 금속 분리판(130)의 전면에는 기체확산층과 결합되어 반응 가스의 공급 및 배출이 이루어지는 반응면(136)이 형성되고, 후면에는 단위 전지(100)를 냉각하기 위한 냉각수의 통로가 되는 냉각면(138)이 형성된다(금속 분리판에 형성되어 공기와 수소, 냉각수의 통로가 되는 유로 구조는 일반적인 금속 분리판에 사용되는 구조이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다).
도 5a에 도시된 바와 같이, 금속 분리판(130)의 일단부에 형성된 분리판 매니폴드(134)의 내측으로는 수소 가스를 단위 전지(100)에 공급하기 위한 반응 가스 유입홀(130a)이 형성된다. 또한, 금속 분리판(130)의 타단부에 형성된 분리판 매니폴드(134)의 내측으로는 수소 가스가 배출되는 반응 가스 유출홀(130b)이 형성된다.
이러한 반응 가스 유입홀(130a) 및 유출홀(130b)에 의해 반응 가스를 공급 및 배출할 수 있게 하며, 반응면의 실링 구조 설계를 용이하게 해준다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 요철 구조(132)는 금속 분리판(130)의 가장자리를 따라 내측으로 함몰된 함몰부(132a)와, 외측으로 돌출된 돌출부(132b)가 반복적으로 형성된 구조를 갖는다.
금속 분리판(130)은 두께 0.1 내지 0.2mm의 금속 박판에 스템핑(stamping : 타출 - 금속판 밑에 모형을 대고 두드려 그 모형과 같은 모양이 겉으로 나오게 하는 방법) 공법을 이용해 직선 및 곡선의 형상이 혼재되어 있는 실링 구조를 갖도록 성형하여 만들어진다. 일반적으로 성형 후 금속 박판이 전체적으로 뒤틀리는 현상이 나타날 수 있으나, 금속 분리판(130)의 가장자리를 따라 요철 구조(132)가 형성되면 금속 분리판(130)의 가장자리 부분이 변형에 대한 강성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 금속 분리판(130)의 가장자리가 요철 구조(132)를 갖도록 제작되므로 다수의 금속 분리판(130)을 적층했을 때 벌집(honeycomb) 형태를 이루게 된다. 이렇게 적층된 구조는 연료전지 스택(10)이 반듯하게 적층되도록 도와주는 역할을 하며, 연료전지 스택(10)의 체결시 체결압을 견디는 역할을 하여 안정적으로 적층되게 함으로써 연료전지 스택(10)의 체결성을 크게 향상시킬 수 있다(도 4 및 도 6 참조).
요철 구조(132)는 또한 가스켓(120)을 결합하기 용이하게 해주는 역할을 한다.
일반적으로 사용되는 흑연 분리판 같은 경우 가스켓 홈을 분리판의 양쪽 면에 가공할 수 있지만, 본 발명의 금속 분리판(130)과 같이 연료전지 스택(10)의 체결시 금속 분리판을 사용하는 경우 스탬핑(stamping) 가공의 특성상 양쪽 면의 같은 위치에 동시에 가스켓을 설치하기 위한 홈을 만들 수가 없다.
그런데 본 발명의 금속 분리판(130)에 적용된 요철 구조(132)에 의해 가스켓(120)이 놓일 자리가 정확하게 정의될 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 가스켓(120)은 금속 분리판(130)의 가장자리와 분리판 매니폴드(134) 주변을 따라 결합되어 금속 분리판(130)이 막-전극 접합체(110)에 결합되었을 때 금속 분리판(130)과 막-전극 접합체(110) 사이를 실링 한다.
이를 위해 가스켓(120)은 반응면(136)과 냉각면(138)에서 거의 동일한 위치에 결합되어야 하는데, 요철 구조(132)가 금속 분리판(130)의 가장자리를 따라 형성되어 있으므로 가스켓(120)이 요철 구조(132)와 가장자리의 사이에 위치하게 되면 별도의 가이드 홈 없이도 금속 분리판(130)의 양쪽 면에서 거의 동일한 위치에 결합될 수 있다.
또한, 가스켓(120)은 분리판 매니폴드(134)의 주변도 실링해야 하므로 분리판 매니폴드(134)의 주변을 따라 결합된다. 단, 반응면(136)에 결합되는 가스켓(120)은 반응 가스 유입홀(130a) 및 반응 가스 유출홀(130b)을 차단하지 않도록 분리판 매니폴드(134)와 반응 가스 유입홀(130a) 및 반응 가스 유출홀(130b)의 사이에 위치하도록 결합되는 것이 바람직하다.
그러나 냉각면(138)에 결합되는 가스켓(120)은 반응 가스 유입홀(130a) 및 반응 가스 유출홀(130b)을 통해 반응 가스가 냉각면(138)으로 유출되지 않도록 반응 가스 유입홀(130a) 및 반응 가스 유출홀(130b)의 외측, 즉 금속 분리판의 내측으로 위치하도록 결합되는 것이 바람직하다.
가스켓(120)이 분리판 매니폴드(134)의 형상에 맞추어 제작되기는 하나, 설치 위치를 고정하기 위해 각 분리판 매니폴드(134)의 사이 공간에도 요철 구조가 추가될 수 있다(도 5a 및 도 5b의 A 부분 참조). 따라서 별도의 가이드 홈 없이도 가스켓(120)의 설치 위치를 정확하게 정의할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 스택용 금속 분리판은 가스켓과 접촉되는 금속 분리판의 가장자리를 요철 구조로 설계하여 다수의 금속 분리판 적층 시 안정적인 벌집(honeycomb)형 구조로 적층 시킴으로써 단위 전지의 적층 시 적층 오차를 줄여주고 스택 체결 시의 체결압을 견딜 수 있게 되어 적층성이 크게 향상된다.
또한, 금속 분리판의 성형 시 직선 및 곡선 형상이 혼재되어 있는 경우에도 요철 구조의 도입으로 금속 분리판의 가장자리 부분이 변형에 대한 강성을 유지할 수 있어 금속 분리판의 변형 방지 및 연료전지 스택의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 막-전극 접합체(110)와, 상기 막-전극 접합체의 전극으로 반응가스를 이동시키는 기체확산층과, 상기 기체확산층의 외측에 결합되어 상기 막-전극 접합체(110)를 지지하는 금속 분리판(130)과, 상기 막-전극 접합체(110)와 금속 분리판(130)의 사이에 삽입되어 반응 가스의 누설을 방지하는 가스켓(120)으로 구성된 단위 전지(100)와, 상기 단위 전지(100)의 외측에 결합되어 상기 단위 전지(100)를 지지하며 반응가스 및 냉각수가 출입하는 매니폴드(210)가 형성된 체결판(200)을 갖는 연료전지 스택에 있어서,
    상기 금속 분리판(130)은,
    상기 매니폴드(210)에 대응하여 길이 방향의 일측 단부에 형성된 복수의 분리판 매니폴드(134); 및
    가장자리를 따라 내측으로 함몰된 함몰부(132a)와 외측으로 돌출된 돌출부(132b)가 반복적으로 형성된 요철 구조(132)를 포함하며, 다른 금속 분리판(130)과의 적층 시 상기 요철 구조(132)가 벌집 형상으로 적층되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분리판(130)은 전면에 형성되어 상기 기체확산층과 결합되어 반응 가스의 공급 및 배출이 이루어지는 반응면(136)과, 후면에 형성되어 상기 단위 전 지(100)를 냉각하기 위한 냉각면(138)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 분리판(130)은 일측 단부에 구비된 상기 분리판 매니폴드(134)에 인접하여 관통 형성된 반응 가스 유입홀(130a)과, 상기 반응 가스 유입홀(130a)에 대향되는 타측 단부에 형성된 분리판 매니폴드(134)에 인접하여 관통 형성된 반응 가스 유출홀(130b)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓(120)은 상기 금속 분리판(130)의 가장자리와 상기 요철 구조(132)의 사이 및 상기 분리판 매니폴드(134)의 주위를 따라 설치되어 상기 막-전극 접합체(110)와 상기 금속 분리판(130) 사이를 실링하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조.
KR1020060086441A 2006-09-07 2006-09-07 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조 KR100821389B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060086441A KR100821389B1 (ko) 2006-09-07 2006-09-07 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조
JP2006280121A JP5234446B2 (ja) 2006-09-07 2006-10-13 燃料電池スタック用金属セパレータの積層性向上構造
CN2006101629196A CN101141001B (zh) 2006-09-07 2006-11-29 改善燃料电池金属隔板的层合效率的结构
DE102006056373A DE102006056373A1 (de) 2006-09-07 2006-11-29 Struktur zum Verbessern der Stapelwirksamkeit einer Metall-Trennplatte für eine Brennstoffzelle
US11/635,362 US7572540B2 (en) 2006-09-07 2006-12-06 Structure for improving laminating efficiency of metal-separator for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060086441A KR100821389B1 (ko) 2006-09-07 2006-09-07 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080022812A true KR20080022812A (ko) 2008-03-12
KR100821389B1 KR100821389B1 (ko) 2008-04-11

Family

ID=39105137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060086441A KR100821389B1 (ko) 2006-09-07 2006-09-07 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7572540B2 (ko)
JP (1) JP5234446B2 (ko)
KR (1) KR100821389B1 (ko)
CN (1) CN101141001B (ko)
DE (1) DE102006056373A1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010114556A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate with flow guides
WO2010114558A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate for fluid distribution
WO2010114555A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate with flow guide
WO2011013869A1 (ko) * 2009-07-31 2011-02-03 현대하이스코 주식회사 2중 구조를 갖는 금속 분리판용 가스켓
US9496563B2 (en) 2012-12-13 2016-11-15 Hyundai Motor Company Slip sheet for fuel cell stack
KR20230115365A (ko) * 2022-01-26 2023-08-03 한국자동차연구원 연료전지 장치

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100938023B1 (ko) * 2009-07-31 2010-01-21 현대하이스코 주식회사 연료 전지용 공냉식 금속 분리판 및 이를 이용한 연료 전지 스택
KR100974640B1 (ko) * 2009-09-03 2010-08-06 한국에너지기술연구원 유로가 형성된 다공성 기체확산층을 가진 연료전지 및 그 제조 방법
CA2920472A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-12 Nissan Motor Co., Ltd. Deformation absorbing member and fuel cell
KR101601408B1 (ko) * 2014-04-16 2016-03-09 현대자동차주식회사 연료전지용 가스켓
FR3043846B1 (fr) * 2015-11-17 2018-01-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Plaques bipolaires pour limiter le contournement des canaux d’ecoulement par les reactifs
CN111326763A (zh) * 2018-12-13 2020-06-23 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种类蜂巢形流场的金属双极板
KR102666114B1 (ko) * 2019-01-08 2024-05-16 주식회사 엘지화학 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택
KR102346428B1 (ko) 2020-05-26 2022-01-03 진영산업 주식회사 기밀성이 향상된 연료전지 스택의 금속분리판
CN112310433B (zh) * 2020-11-27 2022-12-23 航天氢能(上海)科技有限公司 一种燃料电池的密封结构及燃料电池电堆的装配方法
KR20240037659A (ko) * 2022-09-15 2024-03-22 서울시립대학교 산학협력단 연료전지용 금속 분리판 및 이를 포함하는 연료전지

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1094535B1 (en) 1998-06-30 2006-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid polymer electrolyte fuel cell
JP4476463B2 (ja) * 2000-09-26 2010-06-09 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータと燃料電池
JP3571696B2 (ja) 2001-01-30 2004-09-29 本田技研工業株式会社 燃料電池及び燃料電池スタック
JP2002289223A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子電解質膜型燃料電池
JP2002352817A (ja) * 2001-05-25 2002-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
JP4000248B2 (ja) 2001-06-08 2007-10-31 本田技研工業株式会社 燃料電池スタックおよびその加圧保持方法
JP3700016B2 (ja) * 2002-02-25 2005-09-28 三吉工業株式会社 燃料電池用の金属セパレータの製造方法
JP4160328B2 (ja) * 2002-07-03 2008-10-01 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
JP2004146345A (ja) * 2002-08-28 2004-05-20 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2004127711A (ja) 2002-10-02 2004-04-22 Daido Steel Co Ltd 燃料電池
US8153316B2 (en) * 2002-11-15 2012-04-10 3M Innovative Properties Company Unitized fuel cell assembly and cooling apparatus
JP2004241207A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP3957294B2 (ja) * 2003-02-04 2007-08-15 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4210534B2 (ja) * 2003-03-12 2009-01-21 本田技研工業株式会社 燃料電池
KR100551031B1 (ko) * 2004-01-26 2006-02-13 삼성에스디아이 주식회사 스택 및 이를 포함하는 연료 전지 장치
JP4608924B2 (ja) * 2004-03-26 2011-01-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
JP3696230B1 (ja) * 2004-04-13 2005-09-14 日東電工株式会社 燃料電池
JP2005310633A (ja) * 2004-04-23 2005-11-04 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP4621970B2 (ja) * 2004-07-29 2011-02-02 東海ゴム工業株式会社 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池用セル
JP4792213B2 (ja) * 2004-07-29 2011-10-12 東海ゴム工業株式会社 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池用セル
JP4789448B2 (ja) * 2004-10-08 2011-10-12 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP4854237B2 (ja) * 2004-10-22 2012-01-18 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池及びスタック構造体
JP2006120547A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Toyota Motor Corp 燃料電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010114556A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate with flow guides
WO2010114558A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate for fluid distribution
WO2010114555A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate with flow guide
WO2011013869A1 (ko) * 2009-07-31 2011-02-03 현대하이스코 주식회사 2중 구조를 갖는 금속 분리판용 가스켓
CN102473929A (zh) * 2009-07-31 2012-05-23 现代Hysco株式会社 具有双重结构的金属分离板用垫片
US9496563B2 (en) 2012-12-13 2016-11-15 Hyundai Motor Company Slip sheet for fuel cell stack
KR20230115365A (ko) * 2022-01-26 2023-08-03 한국자동차연구원 연료전지 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008066264A (ja) 2008-03-21
US20080063919A1 (en) 2008-03-13
CN101141001B (zh) 2012-04-25
CN101141001A (zh) 2008-03-12
KR100821389B1 (ko) 2008-04-11
DE102006056373A1 (de) 2008-03-27
US7572540B2 (en) 2009-08-11
JP5234446B2 (ja) 2013-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100821389B1 (ko) 연료전지 스택용 금속 분리판의 적층성 향상을 위한 구조
US8865366B2 (en) Fuel cell with protruded gas diffusion layer
US7531265B2 (en) Fuel cell
US9252449B2 (en) SOFC stack with temperature adapted compression force means
US8153288B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
US7759014B2 (en) Fuel cell having a seal member
US8790843B2 (en) Fuel cell stack
US8148032B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
US20150072265A1 (en) Fuel cell
US8722283B2 (en) Fuel cell
KR20110013963A (ko) 연료전지용 분리판
US7534518B2 (en) Cell for solid polymer electrolyte fuel cell with improved gas flow sealing
US20190245236A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell stack
KR100953273B1 (ko) 연료전지용 금속 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택
US20050208364A1 (en) Fuel cell
US7846613B2 (en) Fuel cell with separator having a ridge member
JP2011040359A (ja) 燃料電池用ガス拡散層一体型ガスケット
EP1685621B1 (en) Multi-cell fuel layer and system
KR100778634B1 (ko) 연료 전지, 연료 전지용 분리판 및 이를 구비하는 연료전지 스택
JP6658486B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP6702585B2 (ja) 平板型電気化学セルスタック
US8815464B2 (en) Fuel cell
KR101301824B1 (ko) 연료 전지용 분리판
US10763518B2 (en) Plate member for a cell stack
US20220384831A1 (en) Fuel cell and fuel cell stack

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
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment
FPAY Annual fee payment
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180329

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 12