KR20090001165A - 연료 전지용 스택 - Google Patents

연료 전지용 스택 Download PDF

Info

Publication number
KR20090001165A
KR20090001165A KR1020070065350A KR20070065350A KR20090001165A KR 20090001165 A KR20090001165 A KR 20090001165A KR 1020070065350 A KR1020070065350 A KR 1020070065350A KR 20070065350 A KR20070065350 A KR 20070065350A KR 20090001165 A KR20090001165 A KR 20090001165A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
separator
power generation
oxidant gas
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020070065350A
Other languages
English (en)
Inventor
손인혁
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020070065350A priority Critical patent/KR20090001165A/ko
Publication of KR20090001165A publication Critical patent/KR20090001165A/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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • 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
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—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
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • H01M8/2455—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • 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)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Composite Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 연료와 산화제의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 연료 전지용 스택에 관한 것으로서, 전기를 생성하는 최소 단위인 발전부와 함께 내부 가습부를 추가적으로 적층한다. 이로 인해, 본 발명은 발전부 내로 공급되는 산화제 가스가 일정 수준 이상의 습도조건을 유지함으로써, MEA 내에서 수소이온(H+)의 전도성이 향상되어, 결과적으로 발전부의 출력이 향상되는 효과가 있다.
Figure P1020070065350
연료전지, 친수, 발수, 가습, 채널, 공기, 산화제

Description

연료 전지용 스택{Stack for Fuel Cell}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 내부 가습부로서 일측 세퍼레이터를 선회한 상태의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 내부 가습부에서 산화제 가스의 순환 흐름을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 내부 가습부에서 산화제 가스의 순환 흐름을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
100, 200 : 연료 전지용 스택 110, 210 : 발전부
120, 125, 220, 225 : 제1 세퍼레이터 130, 230 : 막-전극 어셈블리
140 : 체결부재 150, 250 : 엔드 플레이트
160, 260 : 내부 가습부 170, 270 : 수분 통과막
본 발명은 연료와 산화제의 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 연료 전지용 스택에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 전기를 생성하는 최소 단위인 발전부와 함께 내부 가습부를 추가적으로 적층함으로써 산화제 가스로 공급되는 공기가 일정 수준 이상의 습도조건을 유지하는 연료 전지용 스택에 관한 것이다.
연료 전지(Fuel Cell)는 연료의 산화 반응, 및 이 연료와 별도인 산화제 가스의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전장치이다. 연료 전지는 연료의 종류에 따라 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell)로 구분된다.
고분자 전해질형 연료 전지는 액체 연료 또는 가스 연료로부터 개질된 개질 가스, 및 공기와 같은 산화제 가스를 제공받는다. 그리고, 고분자 전해질형 연료 전지는 개질 가스의 산화 반응과 산화제 가스의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다. 이런 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하고, 작동 온도가 낮으며, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다. 그래서, 고분자 전해질형 연료 전지는 자동차와 같은 이동용 전원, 건물과 같은 분산용 전원, 및 전자기기용과 같은 소형 전원으로 널리 사용되고 있다.
직접 산화형 연료 전지는 액체 연료 및 공기를 제공받아서, 연료의 산화 반응과 산화제 가스의 환원 반응에 따라 전기 에너지를 발생시킨다.
이와 같은 연료 전지는 전기에너지를 생성하는 최소 단위(단위 셀)인 발전부를 구비한다. 발전부는 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly, 이하 MEA라 한다), 이런 MEA를 사이에 두고 그 양측에 구비되는 세퍼레이터(Separator)를 포함한다. 그리고, 발전부는 수 개 내지 수십 개가 연속적으로 배열됨으로써, 하나의 스택(Stack)을 구성한다.
이때, 종래기술의 MEA는 수분을 분자구조로 함유하고, 수소이온(H+)을 선택적으로 투과시키고, 음이온(e-)을 통과시키지 않는다. 이로 인해, 종래기술의 MEA는 가습정도에 따라 수소이온(H+)의 전도성이 변화된다. 특히, 나피온(Nafion)계 MEA는 가습정도에 따라 수소이온의 전도성이 크게 변화된다. 그러므로, 종래기술의 MEA는 가습조건을 적정하게 유지하거나, 가습정도를 높이는 것이 바람직하다.
종래기술의 연료 전지용 스택은 산화제 가스로서 공기가 주로 이용되며, 별도의 가습기로부터 공기를 공급받는다. 하지만, 종래기술의 연료 전지용 스택은 가습기에서 공급되는 공기의 압력차로 인해 가습기를 비롯한 공기공급 주변장치(BOP)의 전력 소모가 크고, 소음도 더 증가되는 단점이 있다. 그리고, 종래기술의 연료 전지용 스택은 가습기가 차지하는 공간이 별도로 필요한 단점이 있다.
그 외에 종래기술의 연료 전지용 스택은 무가습 MEA를 개발하여, 안정적인 전기 에너지를 생산하고자 하는 노력이 있다. 하지만, 무가습 구조의 연료 전지용 스택은 출력이 높은 고온(70℃ 이상)에서 MEA가 쉽게 건조해지면서 전기 에너지의 출력이 급격하게 저하되는 문제점이 있다. 또한, 무가습 구조의 연료 전지용 스택은 보습을 위해서 Zr계 판상 금속이 사용되지만, 이런 보습을 위한 판상 금속이 수소이온의 전도성을 저하시키는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 그목적은 전기를 생성하는 최소 단위인 발전부와 함께 내부 가습부를 추가적으로 적층함으로써 산화제 가스로 공급되는 공기가 일정 수준 이상의 습도조건을 유지하는 연료 전지용 스택을 제공하는데 있다.
본 실시예에 따른 연료 전지용 스택은 연료와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 발전부, 및 상기 발전부의 일측에 배열되면서 상기 산화제 가스가 출입하는 내부 가습부를 포함한다. 상기 발전부는 막-전극 어셈블리(MEA), 및 상기 MEA의 양면에 각각 배치되며 상기 MEA를 향하는 면에 제1 채널이 형성되는 제1 세퍼레이터를 포함한다. 상기 내부 가습부는 상기 산화제 가스 내에 함유된 수분을 통과시키는 수분 통과막, 상기 수분 통과막의 일면에 배치되면서 상기 수분 통과막을 향하는 면에 제2 채널이 형성되어 외부로부터 상기 산화제 가스가 상기 제2 채널로 유입되는 제2 세퍼레이터, 및 상기 수분 통과막의 타면에 배치되면서 상기 수분 통과막을 향하는 면에 제3 채널이 형성되어 상기 발전부에서 배출되는 상기 산화제 가스가 상기 제3 채널로 유입되는 제3 세퍼레이터를 포함한다.
상기 수분 통과막은 상기 산화제 가스에 함유된 수분을 일면에서 타면으로 통과시키는 소재이면서, 상기 수분 통과막은 상기 산화제 가스 중 기체성분의 통과를 차단하는 소재이다.
상기 제2 채널은 상기 제2 세퍼레이터의 일면에 지그재그 형태로 제1 방향을 따라 연속되게 형성된다. 상기 제3 채널은 상기 제3 세퍼레이터의 일면에 지그재그 형태로 형성되면서 상기 제1 방향과 상호 교차되는 제2 방향을 따라 연속된다.
상기 발전부는 다수 개가 적층 배열되고, 상기 내부 가습부는 상기 다수의 발전부들의 일측 단에 배열된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 연료 전지용 스택(100)은 발전부(110)와 내부 가습부(160)를 포함한다.
먼저, 발전부(110)에 대해 살펴보면, 발전부(110)는 연료와 산화제 가스를 공급받아서, 연료의 산화 반응과 산화제 가스의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다. 여기서, 연료는 메탄올, 에탄올과 같은 알코올계 연료가 사용되고, 산화제 가스는 일반적으로 공기가 사용된다. 발전부(110)는 전기를 발생시키는 최소 단위로서, 일명 '단위 셀(cell)'이라고도 한다. 이런 다수 개의 발전부(110)들은 일렬로 적층 배열됨으로써, 하나의 연료 전지용 스택(100)을 형성한다.
발전부(110)는 막-전극 어셈블리(MEA ; 130)와, MEA(130)의 양면에 각각 배치되는 제1 세퍼레이터(120, 125)를 포함한다. MEA (130)는 전해질 고분자막의 양면에 캐소드 전극과 애노드 전극이 각각 부착된다. 애노드 전극은 연료를 산화 반 응시켜, 전자와 수소 이온으로 분리시킨다. 그리고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 수소 이온을 산화제 가스와 환원 반응시킨다.
한 쌍의 제1 세퍼레이터(120, 125)들은 사각 평면형상을 갖는 플레이트이다. 이런 한 쌍의 제1 세퍼레이터(120, 125)들은 MEA(130)에 대면하는 전극면에 따라 캐소드 분리판과 애노드 분리판으로 구분될 뿐이며, 동일한 형상이다. 제1 세퍼레이터(120, 125)는 MEA(130)를 향하는 면에 제1 채널(126)이 형성된다. 캐소드 분리판에 해당하는 제1 채널에는 산화제 가스가 공급되며, 애노드 분리판에 해당하는 제1 채널에는 연료가 공급된다.
제1 세퍼레이터(120, 125)에는 한 쌍의 제1 매니폴드(127, 128)들이 각각 관통되게 형성된다. 이런 제1 매니폴드(127, 128)는 제1 채널(126)의 입구측과, 제1 채널(126)의 출구측에 각각 연통되게 위치한다.
도 2는 도 1에 도시된 내부 가습부로서 일측 세퍼레이터를 선회한 상태의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 가습부(160)는 발전부(110)의 일측에 배열되면서, 산화제 가스가 출입하도록 구성된다. 내부 가습부(160)는 수분 통과막(170), 제2 세퍼레이터(180), 및 제3 세퍼레이터(185)를 포함한다.
수분 통과막(170)은 산화제 가스 내에 함유된 수분을 통과시킨다. 이런 수분 통과막(170)은 산화제 가스에 함유된 수분을 일면에서 타면으로 통과시키는 소재로서, 그 한 예로 탄소 천(carbon paper), 탄소 펠트(carbon felt)와 같은 탄소 계 물질이 사용된다. 즉, 수분 통과막(170)은 일면에서 수분을 흡수하는 친수(親水)성과, 타면으로 수분을 방출하는 발수(發水)성이 있다. 이때, 수분 통과막(170)은 산화제 가스 중 기체성분의 통과를 차단하는 성능을 겸하는 것이 바람직하다. 그리고, 수분 통과막(170)은 그 두께에 따라 수분의 함유량이 달라지므로, 두께를 조절하여 산화제 가스에 함유되는 가습상태를 조절할 수 있다.
제2 세퍼레이터(180)는 수분 통과막(170)의 일면에 배치되면서, 수분 통과막(170)을 향하는 면에 제2 채널(181)이 형성된다. 제2 채널(181)은 제2 세퍼레이터(180)에서 상호 교호하면서 연속되게 절곡되는 지그재그 형태이다. 이런 제2 채널(181)은 도 2에서 Y방향에 해당하는 제1 방향을 따라 진행하면서 연속되게 형성된다. 그리고, 제2 세퍼레이터(180)에는 제2 매니폴드(182)가 관통되게 형성되며, 이런 제2 매니폴드(182)는 제2 채널(181)에 연통된다. 그러면, 외부로부터 산화제 가스는 제2 매니폴드(182)를 통해 제2 채널(181)로 유입된다.
제3 세퍼레이터(185)는 수분 통과막(170)의 타면에 배치되면서, 수분 통과막(170)을 향하는 면에 제3 채널(186)이 형성된다. 제3 채널(186)도 제2 채널(181)과 동일한 형태로서, 제3 세퍼레이터(185)에서 상호 교호하면서 연속되게 절곡되는 지그재그 형태이다. 이런 제3 채널(186)은 도 2에서 Z방향에 해당하며, 제1 방향과 상호 교차하는 제2 방향을 따라 진행하면서 연속되게 형성된다. 그리고, 제3 세퍼레이터(185)에는 제3 매니폴드(187)가 관통되게 형성되며, 이런 제3 매니폴드(187)는 제3 채널(186)에 연통된다. 그러면, 발전부(110)에서 배출된 미반응 산화제 가스는 제3 매니폴드(187)를 통해 제3 채널(186)로 유입된다.
특히, 내부 가습부(160)는 제2 채널(181)과 제3 채널(186)이 제1 방향과 제2 방향으로 상호 교차되게 형성됨으로써, 수분 통과막(170)에서의 수분 농도 구배를 최소화시킨다.
도 3은 도 1에 도시된 내부 가습부에서 산화제 가스의 순환 흐름을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 연료 전지용 스택(100)은 다수 개의 발전부(110)들이 적층 배열되고, 이렇게 적층된 다수의 발전부(110)들의 일측 단에 내부 가습부(160)가 배열된다. 이때, 발전부(110)에서 한 쌍의 제1 매니폴드(127, 128)들 중 하나(제1 채널의 입구측)는 제2 매니폴드(182)와 이어져 유로를 형성하고, 한 쌍의 제1 매니폴드들 중 다른 하나(제1 채널의 출구측)는 제3 매니폴드(187)와 이어져 유로를 형성한다.
다수 개의 발전부(110)들과 내부 가습부(160)는 적층된 하나의 집합체이고, 이런 집합체의 양측 단에는 엔드 플레이트(150)가 각각 체결된다. 엔드 플레이트(150)에는 한 쌍의 제1 매니폴드(127, 128)들에 대응하는 산화제 가스 구멍(157, 158)이 각각 형성된다.
공기와 같은 외부 산화제 가스는 산화제 가스 구멍(157)을 통해 유입되고, 제2 세퍼레이터(180)의 제2 채널(181)을 거쳐서 발전부(110)에서 사용된다. 발전부(110)에서 미반응된 산화제 가스는 제3 세퍼레이터(185)의 제3 채널(186)을 거쳐서, 산화제 가스 구멍(158)을 통해 배출된다.
이때, 외부에서 공급되는 산화제 가스는 외부 여건에 따라 수분이 부족한 상 태일 수 있으나, 발전부(110)에서 사용된 산화제 가스는 연료와의 산화반응/환원반응에 의해 수분을 보다 많이 함유한다. 그러면, 내부 가습부(160)에서는 수분 통과막(170)을 경계로 외부에서 공급되는 산화제 가스와, 발전부(110)에서 사용된 산화제 가스 사이에서 수분교환이 이루어진다. 즉, 내부 가습부(160)에서는 수분 농도가 최소화된다.
종래기술의 연료 전지용 스택은 외부에서 공급되는 산화제 가스의 수분함량이 부족하여, MEA의 가습조건이 적정하게 유지되지 못한다. 반면, 본 실시예의 연료 전지용 스택(100)은 발전부(110)에 유입되는 산화제 가스가 일정 이상의 수분함량을 유지하여, MEA의 가습조건이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다. 이로 인해, 연료 전지용 스택(100)은 수소이온(H+)의 전도성이 향상되어, 결과적으로 발전부(110)의 출력이 향상될 수 있다.
그 외에도 엔드 플레이트(150)에는 한 쌍의 연료 구멍(153, 154)들이 형성되어, 연료가 발전부(110)로 공급된 후에 배출된다.
다수 개의 발전부(110)들, 내부 가습부(160), 엔드 플레이트(150)는 상호 적층된 상태에서 체결부재(140)에 의해 체결된다. 체결부재(140)는 사각 평면형상을 갖는 발전부(110)와 내부 가습부(160)에 적합하도록, 엔드 플레이트(150)의 사각 코너에 각각 위치한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지용 스택의 분해 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 연료 전지용 스택(200)은 제1 실시 예의 연료 전지용 스택(100)과 동일하게 발전부(210)와 내부 가습부(260, 290)를 포함한다. 제2 실시예의 발전부(210)도 MEA(230)와 한 쌍의 제1 세퍼레이터(220, 225)로 이루어진다. 내부 가습부(260)도 수분 통과막(270), 제2 세퍼레이터(280), 및 제3 세퍼레이터(285)로 이루어진다.
다만, 제2 실시예의 연료 전지용 스택(200)은 제1 실시예와 다르게 내부 가습부(260, 290)를 하나 더 구비한 특징이 있다. 내부 가습부(260, 290)는 제1 내부 가습부(260)와 제2 내부 가습부(290)로 규정한다. 즉, 발전부(210)는 다수 개가 적층 배열되고, 내부 가습부(260, 290)는 다수의 발전부(210)들의 양측 단에 각각 배열된다.
제1 세퍼레이터(220, 225)에는 한 쌍의 제1 매니폴드(227, 228)들이 각각 관통되게 형성되어, 제1 매니폴드(227, 228)는 제1 채널의 입구측과 제1 채널의 출구측에 각각 연통되게 위치한다.
다수의 발전부(210)들 중 하나는 제1 채널의 입구측이 제1 내부 가습부(260)의 제2 세퍼레이터(280)의 제2 채널로 연결되고, 제1 채널의 출구측이 제2 내부 가습부(290)의 제3 세퍼레이터의 제3 채널로 연결된다.
다수의 발전부(210)들 중 다른 하나는 제1 채널의 입구측이 제2 내부 가습부(290)의 제2 세퍼레이터의 제2 채널로 연결되고, 제1 채널의 출구측이 제1 내부 가습부(260)의 제3 세퍼레이터(285)의 제3 채널로 연결된다.
그리고, 다수의 발전부(210)들과 한 쌍의 내부 가습부(260)들은 적층된 하나의 집합체이고, 집합체의 양측 단에는 엔드 플레이트(250)가 체결된다. 각각의 엔 드 플레이트(250)에는 한 쌍의 제1 매니폴드(227, 228)들에 각각 대응하는 산화제 가스 구멍(257, 258)이 각각 형성된다. 다만, 제1 실시예의 산화제 가스 구멍(157, 158)은 한 쌍의 엔드 플레이트(150)들 중에서 어느 하나에 형성되지만, 제2 실시예의 산화제 가스 구멍(257, 258)은 한 쌍의 엔드 플레이트(250)들에 각각 형성된다.
도 5는 도 4에 도시된 내부 가습부에서 산화제 가스의 순환 흐름을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 연료 전지용 스택(200)은 다수 개의 발전부(210)들이 적층 배열되고, 이렇게 적층된 다수의 발전부(210)들의 양측 단에 내부 가습부(260, 290)가 배열된다.
공기와 같은 외부 산화제 가스는 한 쌍의 엔드 플레이트(250)에 각각 형성된 산화제 가스 구멍(257)을 통해 각각 유입된다. 이때, 산화제 가스 구멍(257)은 산화제 가스가 유입되는 구멍이다. 이렇게 산화제 가스는 2개의 산화제 가스 구멍(257)을 통해 각각 유입된다. 이런 산화제 가스 중 어느 하나를 기준으로 설명하면, 산화제 가스는 제1 내부 가습부(260)를 통과하고, 다수의 발전부(210)들에서 사용된 후에 제2 내부 가습부(290)를 통과한다. 산화제 가스는 반대편에 위치한 산화제 가스 구멍(258)을 통해 배출된다. 반대편으로부터 유입되는 산화제 가스는 제2 내부 가습부(290), 다수의 발전부(210)들, 제1 내부 가습부(260) 순서대로 통과한다. 다만, 제2 실시예의 연료 전지용 스택(200)은 2방향에서 산화제 가스가 공급되지만, 다수의 발전부(210)들 중에서 중복되게 사용되지 않고, 설정된 어느 하나에서 사용되도록 구성된다.
이와 같이 제2 실시예의 연료 전지용 스택(200)은 제1 내부 가습부(260)와 제2 내부 가습부(290)에서 산화제 가스 간의 수분 전달이 각각 이루어진다. 이로 인해, 외부에서 공급되는 산화제 가스는 외부 여건에 따라 수분이 부족한 상태일 수 있으나, 발전부(210)에서 사용될 산화제 가스는 일정 이상의 수분함량을 유지한다. 그러면, 연료 전지용 스택(200)은 수소이온(H+)의 전도성이 향상되어, 결과적으로 발전부(110)의 출력이 향상될 수 있다.
이상, 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 범위에 속하는 것이 당연하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지용 스택은 발전부 내로 공급되는 산화제 가스가 일정 수준 이상의 습도조건을 유지함으로써, MEA 내에서 수소이온(H+)의 전도성이 향상되어, 결과적으로 발전부의 출력이 향상되는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 연료와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 발전부; 및 상기 발전부의 일측에 배열되면서 상기 산화제 가스가 출입하는 내부 가습부를 포함하고,
    상기 발전부는
    막-전극 어셈블리(MEA); 및
    상기 MEA의 양면에 각각 배치되며, 상기 MEA를 향하는 면에 제1 채널이 형성되는 제1 세퍼레이터를 포함하고,
    상기 내부 가습부는
    상기 산화제 가스 내에 함유된 수분을 통과시키는 수분 통과막;
    상기 수분 통과막의 일면에 배치되면서 상기 수분 통과막을 향하는 면에 제2 채널이 형성되어, 외부로부터 상기 산화제 가스가 상기 제2 채널로 유입되는 제2 세퍼레이터; 및
    상기 수분 통과막의 타면에 배치되면서 상기 수분 통과막을 향하는 면에 제3 채널이 형성되어, 상기 발전부에서 배출되는 상기 산화제 가스가 상기 제3 채널로 유입되는 제3 세퍼레이터를 포함하는
    연료 전지용 스택.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수분 통과막은 상기 산화제 가스에 함유된 수분을 일면에서 타면으로 통과시키는 소재인 연료 전지용 스택.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수분 통과막은 상기 산화제 가스 중 기체성분의 통과를 차단하는 소재인 연료 전지용 스택.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 채널은 상기 제2 세퍼레이터의 일면에 지그재그 형태로 제1 방향을 따라 연속되게 형성되는 연료 전지용 스택.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3 채널은 상기 제3 세퍼레이터의 일면에 지그재그 형태로 형성되면서 상기 제1 방향과 상호 교차되는 제2 방향을 따라 연속되는 연료 전지용 스택.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부는 다수 개가 적층 배열되고,
    상기 내부 가습부는 상기 다수의 발전부들의 일측 단에 배열되는 연료 전지용 스택.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터에는 한 쌍의 제1 매니폴드들이 각각 관통되게 형성되어, 상기 제1 매니폴드는 상기 제1 채널의 입구측과 상기 제1 채널의 출구측에 각각 연통되게 위치하고,
    상기 제2 세퍼레이터에는 제2 매니폴드가 관통되게 형성되어, 상기 제2 매니폴드는 상기 제2 채널로 연통되고,
    상기 제3 세퍼레이터에는 제3 매니폴드가 관통되게 형성되어, 상기 제3 매니폴드는 상기 제3 채널로 연통되고,
    상기 한 쌍의 제1 매니폴드들 중 하나는 상기 제2 매니폴드와 이어져 유로를 형성하고, 상기 한 쌍의 제1 매니폴드들 중 다른 하나는 상기 제3 매니폴드와 이어져 유로를 형성하는 연료 전지용 스택.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발전부와 상기 내부 가습부는 적층된 하나의 집합체이고,
    상기 집합체의 양측 단에는 엔드 플레이트가 체결되며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 제1 매니폴드에 대응하는 산화제 가스 구멍이 형성되는 연료 전지용 스택.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부는 다수 개가 적층 배열되고,
    상기 내부 가습부는 상기 다수의 발전부들의 양측 단에 각각 배열되는 제1 내부 가습부와 제2 내부 가습부로 이루어지는 연료 전지용 스택.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터에는 한 쌍의 제1 매니폴드들이 각각 관통되게 형성되어, 상기 제1 매니폴드는 상기 제1 채널의 입구측과 상기 제1 채널의 출구측에 각각 연통되게 위치하고,
    상기 다수의 발전부들 중 하나는 상기 제1 채널의 입구측이 상기 제1 내부 가습부의 제2 세퍼레이터의 제2 채널로 연결되고, 상기 제1 채널의 출구측이 상기 제2 내부 가습부의 제3 세퍼레이터의 제3 채널로 연결되는 연료 전지용 스택.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터에는 한 쌍의 제1 매니폴드들이 각각 관통되게 형성되어, 상기 제1 매니폴드는 상기 제1 채널의 입구측과 상기 제1 채널의 출구측에 각각 연통되게 위치하고,
    상기 다수의 발전부들 중 다른 하나는 상기 제1 채널의 입구측이 상기 제2 내부 가습부의 제2 세퍼레이터의 제2 채널로 연결되고, 상기 제1 채널의 출구측이 상기 제1 내부 가습부의 제3 세퍼레이터의 제3 채널로 연결되는 연료 전지용 스택.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 발전부, 상기 제1 내부 가습부, 및 상기 제2 내부 가습부는 적층된 하나의 집합체이고,
    상기 집합체의 양측 단에는 엔드 플레이트가 체결되며, 상기 엔드 플레이트에는 상기 한 쌍의 제1 매니폴드들에 각각 대응하는 산화제 가스 구멍이 각각 형성되는 연료 전지용 스택.
KR1020070065350A 2007-06-29 2007-06-29 연료 전지용 스택 KR20090001165A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070065350A KR20090001165A (ko) 2007-06-29 2007-06-29 연료 전지용 스택

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070065350A KR20090001165A (ko) 2007-06-29 2007-06-29 연료 전지용 스택

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090001165A true KR20090001165A (ko) 2009-01-08

Family

ID=40484272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070065350A KR20090001165A (ko) 2007-06-29 2007-06-29 연료 전지용 스택

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090001165A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127004B1 (ko) * 2009-08-05 2012-03-26 서울대학교산학협력단 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택
KR101309155B1 (ko) * 2010-04-06 2013-09-17 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127004B1 (ko) * 2009-08-05 2012-03-26 서울대학교산학협력단 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택
KR101309155B1 (ko) * 2010-04-06 2013-09-17 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
US8877394B2 (en) 2010-04-06 2014-11-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4037698B2 (ja) 固体高分子型セルアセンブリ
RU2262160C2 (ru) Блок топливных элементов на твердом полимерном электролите, батарея топливных элементов и способ эксплуатации блока топливных элементов
US20020192530A1 (en) Fuel cell that can stably generate electricity with excellent characteristics
JP4405097B2 (ja) 燃料電池スタックおよびその運転方法
US7201990B2 (en) Fuel cell stack
JP4632917B2 (ja) 固体高分子形燃料電池
JP2000082482A (ja) 燃料電池用ガスセパレ―タおよび燃料電池並びに燃料電池におけるガスの流通方法
WO2010029758A1 (ja) 高分子電解質形燃料電池及びそれを備える燃料電池スタック
KR101127004B1 (ko) 내부 막가습기를 포함하는 연료전지 스택
US7067216B2 (en) Bipolar plate gas moisturizing apparatus for the fuel cell
US7090941B2 (en) Fuel cell stack and a method of supplying reactant gases to the fuel cell stack
JP3738956B2 (ja) 燃料電池
JPH11233126A (ja) 固体高分子型燃料電池
JP2001135326A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池および同スタック
KR20090001165A (ko) 연료 전지용 스택
JP4886128B2 (ja) 燃料電池スタック
US8568941B2 (en) Fuel cell separator and fuel cell including same
JP3615508B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2011222508A (ja) 水分交換機、及び燃料電池スタック
Berning Multiphase simulations and design of validation experiments for proton exchange membrane fuel cells
JP2005108820A (ja) 燃料電池および燃料電池システム
KR20060004269A (ko) 가습부 일체형 연료전지 분리판

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination