KR20090058220A - 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ - Google Patents

유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ Download PDF

Info

Publication number
KR20090058220A
KR20090058220A KR1020070124902A KR20070124902A KR20090058220A KR 20090058220 A KR20090058220 A KR 20090058220A KR 1020070124902 A KR1020070124902 A KR 1020070124902A KR 20070124902 A KR20070124902 A KR 20070124902A KR 20090058220 A KR20090058220 A KR 20090058220A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow path
fluid
stack
resistance member
anode
Prior art date
Application number
KR1020070124902A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101408039B1 (ko
Inventor
강상균
나영승
최경환
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 KR1020070124902A priority Critical patent/KR101408039B1/ko
Priority to US12/193,188 priority patent/US20090142646A1/en
Publication of KR20090058220A publication Critical patent/KR20090058220A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101408039B1 publication Critical patent/KR101408039B1/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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • 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
    • H01M8/0258—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
    • H01M8/02—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
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • 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
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

메탄올을 직접 연료로 사용하는 연료전지인 DMFC(direct methanol fuel cell)가 개시된다. 개시된 DMFC는 애노드와 캐소드 등이 적층된 조립체와, 애노드에 공급될 유체의 유로가 형성된 바이폴라플레이트 및, 유로에 설치되어 유체의 흐름을 의도적으로 억제하는 유체저항부재를 구비한다.

Description

유체저항부재가 구비된 ＤＭＦＣ용 스택 및 그 스택을 사용하는 ＤＭＦＣ{A stack for direct methanol fuel cell providing flow restrictor and the direct methanol fuel cell using the same}
본 발명은 메탄올을 직접 연료로 사용하는 연료전지[이하 DMFC(direct methanol fuel cell)라 함]에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어낼 수 있는 일종의 발전장치이다. 이러한 연료전지 중 DMFC는 메탄올을 직접 셀의 애노드에 연로로서 공급하여 캐소드에 공급된 산소와의 반응으로 전기를 생성시키는 장치로서, 애노드에서는 하기의 화학식 1과 같은 반응이 일어나면서 전자가 생성되며, 그 전자는 이동 경로를 따라 캐소드로 이동하여 화학식 2의 반응을 일으키게 된다. 바로 그 이동 경로에 부하를 걸면 생성된 전기를 이용한 일을 할 수 있게 되는 것이다.
CH3OH + H2O ↔ CO2 + 6H+ + 6e-
Figure 112007087241542-PAT00001
O2 + 6H+ + 6e- ↔ 3H2O
그리고, 상기 화학식1,2가 진행되도록 전해질막을 사이에 두고 상기 애노드와 캐소드가 적층된 조립체를 MEA(membrane electrode assembly)라고 부르는데, 이러한 조립체 하나로는 충분한 전기를 얻기 힘들기 때문에, 대개 이를 다단으로 적층하여 만든 스택(stack)의 형태로 사용하게 된다.
따라서, DMFC에서는 이와 같은 스택에 공급되는 메탄올을 반응시키면서 전기를 생성하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DMFC의 스택은, 애노드와 캐소드 등이 적층된 조립체; 상기 애노드에 공급될 유체의 유로가 형성된 바이폴라플레이트; 및, 상기 유로에 설치되어 유체의 흐름을 의도적으로 억제하는 유체저항부재;를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DMFC는, 애노드와 캐소드 등이 적층된 조립체와, 상기 애노드에 공급될 유체의 유로가 형성된 바이폴라플레이트 및, 상기 유로에 설치되어 유체의 흐름을 의도적으로 억제하는 유체저항부재를 구비하는 스택; 및, 상기 스택의 애노드에 연료를 공급하는 연료공급부;를 구비한다.
여기서, 상기 유체저항부재는 상기 유로의 입구 측에 설치될 수 있다.
또한, 상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치되어 유체를 내부 중공으로 통과시키는 모세관이나, 유체를 인접 부재들과의 틈새로 통과시키는 세선다발(wick)이 될 수 있다.
또는, 상기 유체저항부재로서 다공질 부재가 채용될 수 있는데, 이 다공질 부재는 상기 애노드에 마련된 가스확산층의 일부가 될 수 있다. 이때, 상기 유체저항부재로서 기능을 하는 상기 가스확산층의 부위에는 촉매층이 없을 수 있다.
상기 유체저항부재는, 전기생성반응이 진행되기 전의 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차가, 전기생성반응이 진행되는 동안 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차의 최대편차값 보다 커지도록 상기 유로 입구 측의 유체 흐름을 제한할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DMFC의 스택 구조 중 한 층을 이루는 단위 셀(400)의 구조를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 상기 단위 셀(400)은, 애노드(110)와 캐소드(120)가 전해질막(130)을 사이에 두고 적층된 조립체인 MEA(100)와, 상기 애노드(110)에 공급될 메탄올이 지나는 유로(210)와 상기 캐소드(120)에 공급될 산소 공급원인 공기 지나는 유로(220)가 각각 양면에 형성된 바이폴라플레이트(200)를 구비하고 있다. 참조부호 300은 메탄올과 공기 등의 유체가 새어나가지 않도록 밀봉해주는 실링부재를 나타낸다. 이러한 구조를 가진 단위 셀(400)이 다층으로 적층되어 스택(500;도 4 참조)을 형성하게 된다. 그리고, 연료공급부(미도시)에서 상기 스택(500)의 애노드(110)로 메탄올을 공급하게 된다.
따라서, 상기 바이폴라플레이트(200)의 유로(210)(220)에 메탄올과 공기를 각각 흘리면서 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 전기 부하(미도시)를 걸면, 애노드(110)와 캐소드(120)에서 전술한 화학식1과 화학식2의 전기생성반응이 일어나면서 전기 부하가 가동된다.
한편, 상기 애노드(110)에 메탄올을 공급하기 위해 바이폴라플레이트(200)에 형성된 유로의 입구(201) 측, 즉 메탄올이 바이폴라플레이트(200)의 유로(210)로 처음 진입하는 부위에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유체의 흐름을 의도적으로 제한하는 유체저항부재(flow restrictor)로서 모세관(10)이 설치되어 있다. 이 모세관(10)은 유로(210)의 입출구(201)(202) 간 압력차를 더 높이는 기능을 하는 것으로, 이것은 전기생성반응 시의 유체 역류에 의해 메탄올 공급이 극단적으로 불균일해질 수 있는 가능성을 줄여주는 역할을 한다.
이하에 상기 유체저항부재(10)의 기능을 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
일단, 유체저항부재(10)가 메탄올 유로(210)에 없는 경우를 먼저 가정하고 설명한다. 메탄올이 통과될 때의 유로(210)의 입구(201) 측과 출구(202) 측의 압력을 측정해보면, 당연히 입구(201) 측 압력이 상대적으로 높고 출구(202) 측은 상대적으로 낮다. 따라서, 전기생성반응이 진행되기 전에 메탄올만 유로(210)에 공급하면서 입출구(201)(202) 간의 압력차를 재보면 도 5a에 예시된 바와 같이 예컨대 dP1이라는 압력차가 측정된다.
그러다가, 애노드(110)와 캐소드(120) 간에 전기 부하를 걸고 전기생성반응을 진행시키면, 입출구(201)(202)간 압력차가 dP1보다 큰 dP2로 증가한다. 이것은 전기생성반응이 진행됨에 따라 CO2가 생성되면서 유속이 빨라지기 때문으로 이해될 수 있다. 그런데, 이와 같이 압력차가 증가되는 것 뿐 아니라, 압력차의 최대 편차값 즉, dP2의 최대값과 최소값 간의 차이(dPmax)도 급격히 증가하게 된다. 예를 들어 dP1은 최대값과 최소값 간의 최대 편차가 0.2kPa 정도였다면, dP2에서는 1kPa정도로 거의 5배 가까이 증가할 수 있다. 이렇게 편차가 갑자기 증가하는 이유는 전기생성반응 중 애노드(110)에서 발생되는 CO2(상기 화학식1 참조)가 유로 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 발생되지 않는 것을 한 요인으로 생각할 수 있다. 즉, 이상적으로는 애노드(110) 전면에 걸쳐서 CO2가 균일하게 발생되어야 하지만, 실제로는 입구(201) 쪽에서 더 많이 발생될 수도 있고, 반대로 출구(202) 쪽에서 더 많이 발생될 수도 있다. 만일 입구(201) 쪽에서 CO2발생량이 더 많아지면 유로(210) 내의 평균유속이 빨라져서 압력이 상승하게 되고, 출구 쪽에서 CO2발생량이 더 많아지면 유로(210) 내의 평균유속이 느려지면서 압력이 내려가게 된다. 따라서, 이러한 이유로 전기생성반응이 진행되면 입출구(201)(202) 간 압력차의 편차가 크게 유동할 수 있다.
또 다른 이유로는 CO2가 도 3에 도시된 바와 같이 애노드(110)의 가스확산층(111)을 빠져나올 때 유로(210) 안에서 버블(B)이 터지는 현상이 반복되는 것도 한 이유가 될 수 있다. 즉, 애노드(110)는 도면과 같이 상기 화학식1의 반응이 진행되는 촉매층(112)과, 그 위에 적층된 친수성 다공질층인 가스확산층(111) 등을 구비하는데, 촉매층(112)에서 생성된 CO2가 가스확산층(111)을 통과해서 유로(210)로 배출될 때 유체 내에 버블(B)이 형성되었다가 터지는 현상이 반복되므로, 이때 압력이 유동될 수 있다.
이런 등등의 이유로 인해 전기생성반응이 개시되면 애노드(110)에 메탄올을 공급하는 유로(210)의 입출구(201)(202) 측 압력차는 큰 편차를 보이게 된다.
그런데, 이러한 압력차의 편차가 각 단위 셀(400)마다 형성되므로, 이러한 단위 셀(400)들이 적층된 스택(500)에서는 인접한 단위 셀(400)과의 입구(201) 측간과 출구(202) 측간의 압력차를 줄이기 위한 현상이 진행된다. 즉, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 다단으로 적층된 단위 셀(400_1,400_2,400_3...)들의 입구(201)를 통해 메탄올이 들어와서 유로(210)를 통해 출구(202)로 빠져나가는 순환을 계속하게 되는데, 상기한 바와 같이 각 단위 셀(400)의 입출구(201)(202) 간 압력차의 편차 때문에, 인접한 단위 셀(400_1,400_2,400_3...)의 입구(201)들 간에도 압력차가 생기고, 출구(202)들 간에도 압력차가 생기게 된다. 만일, 어느 한 단위 셀(예컨대 400_2)에서 입출구(201)(202) 간 압력차 dP2가 최대값이고, 인접한 셀(예컨대 400_1 또는 400_3)에서는 최소값인 순간에서는, 인접한 셀끼리(400_2와 400_1 또는 400_3 사이)의 압력차도 최대 편차값인 dPmax 만큼 벌어진다고 볼 수 있다. 그러면, 이러한 단위 셀 간(400_2와 400_1 또는 400_3 사이) 압력차를 줄이기 위한 현상이 자연히 진행되는데, 우선 압력이 상대적으로 높은 단위 셀(400_2)의 입구로 들어가는 메탄올 유량이 줄어들게 된다. 즉, 압력이 높은 쪽의 셀(400_2)로 들어가는 메탄올 유량을 줄여서 압력을 낮추는 것이다. 그러면, 인접 셀 간(400_2와 400_1 또는 400_3 사이)의 압력차가 줄어들게 되고, 이후 그 셀(400_2)의 압력이 다시 낮아지면 입구(201)로 들어가는 유량이 다시 증가하게 된다.
그런데, 이와 같이 입구(201)로 들어가는 메탄올의 유량이 증감되는 현상으로 인접 셀 간의 압력차가 다 해소되면 괜찮은데, 그것만으로는 압력차가 해소되지 않을 수 있다. 이렇게 되면, 미처 해소되지 않은 셀간 압력차를 마저 해소하기 위해 상대적으로 압력이 높은 셀(예컨대 400_2)에서는 유로(210) 내의 유체 일부가 입구(201) 쪽으로 역류할 수 있다. 즉, 유체 일부가 입구(201) 쪽으로 역류되면서 입구(201) 쪽의 압력을 낮추도록 작용하는 것이다. 이때, 애노드(110)에서 생성된 CO2가 함께 역류되면서 입구(201) 쪽에 모이게 될 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 메탄올이 들어가는 순서 상 가장 마지막에 있는 셀(400_1)의 입구(201) 부근에 주로 CO2가 모이게 된다. 따라서, 이러한 현상이 반복되어 CO2가 점점 많아지게 되면, 그 셀(400_1)로는 CO2 때문에 메탄올이 제대로 들어가지 못하게 되어 나중에는 전기생성반응이 중단될 수도 있다. 실제로 유체저항부재 없이 각 셀(400_1,400_2,400_3...)의 출력 전압을 측정해보면, 상기와 같이 메탄올이 들어가는 순서 상 가장 마지막에 있는 셀(400_1)의 출력 전압이 시간에 따라 점차 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 바로, 상기와 같이 압력차를 줄이기 위해 유체가 역류하는데 기인하는 결과로 이해될 수 있다.
따라서, 상기한 유체저항부재인 모세관(10)은 이러한 문제를 일으킬 수 있는 유체의 역류를 방지하는 기능을 수행하게 된다. 도 2에 잘 도시된 바와 같이 모세관(10)은 메탄올 유로(210)의 입구(201) 측에 설치되어 입구(201)로 들어오는 메탄올이 작은 중공(11)을 통해 유로(210)로 들어가도록 유도한다. 참조부호 12는 모세관(10)을 고정시키면서 유로(210)와 모세관(10) 사이에 틈새가 생기지 않도록 매워주는 실리콘을 나타낸다. 따라서, 좁은 모세관(10)의 중공(11)을 통해 유체가 빠져나가야 하므로 입구(201) 측의 압력이 더 증가하게 되며, 결과적으로 입구(201)측과 출구(202) 측의 압력차도 그만큼 증가하게 된다. 그러니까, 모세관(10)이 없는 상태에서 전기생성반응 전에 유로(210)의 입구(201)측과 출구(202) 측의 압력차가 dP1이었다고 하고, 모세관(10) 자체의 입출구 간에 형성되는 압력차를 dP' 라고 하면, 모세관(10) 설치 후에는 전기생성반응 전에 유로(210)의 입출구(201)(202) 간에 걸리는 압력차가 dP1+dP'(이하 dP1+dP'=dP3라 함)로 증가하게 된다. 즉, 모세관(10) 자체의 입출구 간에 걸리는 압력차 만큼이 추가되는 것이다. 이렇게 증가된 압력차가 전기생성반응 시 유동되는 최대 압력편차(dPmax) 보다 커지면, 전술한 바와 같이 상대적으로 압력이 높은 셀의 유입량을 줄이는 것만으로도 인접 셀 간의 압력차를 충분히 해소할 수 있게 된다. 이를 그래프로 알기 쉽게 표현하면, 도 5와 같이 설명될 수 있다. 즉, 전기생성반응이 진행되기 전에 메탄올을 유로(210)에 공급하면, 모세관(10)에 의한 압력차 dP'가 추가된 dP3의 압력차가 유로(210)의 입출구(201)(202) 사이에 걸리게 된다. 그리고, 전기생성반응 이 개시되면서 메탄올이 소모되고 CO 생성도 본격화되면, 평균 압력차 dP2도 증가하고 최대 압력편차(dPmax)도 증가한다. 그러나, 모세관(10)에 의해 증가된 기본 압력차 dP3가 최대 압력편차(dPmax)보다 크면(dP3>dPmax), 메탄올의 유입량을 줄이는 것으로 최대 압력편차(dPmax)를 크게 저하시킬 수 있다. 즉, 유입량이 줄어들면 전기생성반응 전의 기본 압력차인 dP3가 떨어지게 되고, 이에 따라 전기생성반응 시의 최대 압력편차(dPmax)도 감소하게 된다. 그래서, 상기 최대 압력편차(dPmax)의 크기만큼이 기본 압력차 dP3에서 감해지도록 유량이 떨어지면, 인접 셀 간의 압력차가 다 해소될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 인접 셀 끼리도 최대 압력편차(dPmax) 까지 압력차가 발생할 수 있으므로, 그 만큼의 압력편차가 아예 줄어들도록 유입량을 줄이면 입구(201) 측 압력이 떨어지면서 압력편차가 해소되는 것이다. 이때 만일, 기본 압력차(dP3)가 최대 압력편차(dPmax) 보다 작다면 기본 압력차(dP3)를 최대 압력편차(dPmax)만큼 줄일 수가 없기 때문에 그 부족분을 보상하기 위해 유체 역류가 추가로 발생될 수 있지만, 상기와 같이 모세관(10)을 설치해서 기본 압력차(dP3)가 최대 압력편차(dPmax) 보다 크게 만들면 유입량이 줄어드는 현상 만으로도 셀간 압력차가 해소될 수 있다. 따라서, 유체 역류가 방지되어 CO2 밀집에 의해 메탄올이 공급되지 못하는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 유체저항부재로서 모세관(10)을 설치한 경우를 예시하였는데, 도 6에 도시된 바와 같이 세선다발(wick;20)을 설치해서 세선들 간의 틈새로 유체가 들어가도록 구성할 수도 있다. 물론, 이 경우에도 세선다발(20) 에 의해 증가된 기본 압력차 dP3가 최대 압력편차(dPmax)보다 크도록(dP3>dPmax) 구성한다.
또 다른 실시예로서, 유체저항부재를 도 7과 같이 애노드(110)의 가스확산층(111) 일부로 구성할 수도 있다. 즉, 상기 모세관(10)이나 세선다발(20)과 같은 별도의 부재를 유로(210)에 설치하는 것이 아니라, 바이폴라플레이트(200)의 입구(201)로 들어온 메탄올이 애노드(110)의 가스확산층(111) 일부 구간을 통과해서 유로(210)로 들어가도록 구성하는 것이다. 상기 가스확산층(111)은 친수성 다공질층이기 때문에, 유체저항부재로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다. 물론, 이때에도 가스확산층(111)에 의해 증가된 기본 압력차 dP3가 최대 압력편차(dPmax)보다 크도록(dP3>dPmax) 구성한다. 단, 이 경우에는 가스확산층(111)에서 메탄올이 지나가는 영역에 도면과 같이 촉매층(112)이 없도록 구성해야, 메탄올이 유로(210)로 들어가기도 전에 미리 반응해서 입구에서 CO2가 발생되어 타 셀에 들어가는 부작용을 방지할 수 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DMFC 스택의 단위 셀 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 A부위를 확대한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 애노드의 단면 구조를 도시한 도면,
도 4는 도 1에 도시된 단위 셀이 적층된 스택의 구조를 개략적으로 보인 도면,
도 5a 및 도 5b는 유체저항부재가 없을 때와 있을 때 DMFC에서 발생될 수 있는 압력차 추이를 각각 보인 도면,
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 단위 셀 구조의 변형 가능한 예를 보인 도면.

Claims (16)

  1. 애노드와 캐소드 등이 적층된 조립체;
    상기 애노드에 공급될 유체의 유로가 형성된 바이폴라플레이트; 및,
    상기 유로에 설치되어 유체의 흐름을 의도적으로 억제하는 유체저항부재;를 구비하는 DMFC의 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체저항부재가 상기 유로의 입구 측에 설치된 DMFC의 스택.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치되어 유체를 내부 중공으로 통과시키는 모세관을 포함하는 DMFC의 스택.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치되어 유체를 인접 부재들과의 틈새로 통과시키는 세선다발(wick)을 포함하는 DMFC의 스택.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치된 다공질 부재를 포함하는 DMFC의 스 택.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다공질 부재가 상기 애노드에 마련된 가스확산층의 일부인 DMFC의 스택.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유체저항부재로서 기능을 하는 상기 가스확산층의 부위에는 촉매층이 없는 DMFC의 스택.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체저항부재는, 전기생성반응이 진행되기 전의 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차가, 전기생성반응이 진행되는 동안 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차의 최대편차값 보다 커지도록 상기 유로 입구 측의 유체 흐름을 제한하는 DMFC의 스택.
  9. 애노드와 캐소드 등이 적층된 조립체와, 상기 애노드에 공급될 유체의 유로가 형성된 바이폴라플레이트 및, 상기 유로에 설치되어 유체의 흐름을 의도적으로 억제하는 유체저항부재를 구비하는 스택; 및,
    상기 스택의 애노드에 연료를 공급하는 연료공급부;를 구비한 DMFC.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체저항부재가 상기 유로의 입구 측에 설치된 DMFC.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치되어 유체를 내부 중공으로 통과시키는 모세관을 포함하는 DMFC.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치되어 유체를 인접 부재들과의 틈새로 통과시키는 세선다발(wick)을 포함하는 DMFC.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 유체저항부재는 상기 유로에 설치된 다공질 부재를 포함하는 DMFC.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다공질 부재가 상기 애노드에 마련된 가스확산층의 일부인 DMFC.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유체저항부재로서 기능을 하는 상기 가스확산층의 부위에는 촉매층이 없는 DMFC.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 유체저항부재는, 전기생성반응이 진행되기 전의 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차가, 전기생성반응이 진행되는 동안 상기 유로의 입구 측과 출구 측 압력차의 최대편차값 보다 커지도록 상기 유로 입구 측의 유체 흐름을 제한하는 DMFC.
KR1020070124902A 2007-12-04 2007-12-04 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ KR101408039B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070124902A KR101408039B1 (ko) 2007-12-04 2007-12-04 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ
US12/193,188 US20090142646A1 (en) 2007-12-04 2008-08-18 Direct methanol fuel cell stack including flow restrictor and direct methanol fuel cell including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070124902A KR101408039B1 (ko) 2007-12-04 2007-12-04 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090058220A true KR20090058220A (ko) 2009-06-09
KR101408039B1 KR101408039B1 (ko) 2014-06-17

Family

ID=40676059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070124902A KR101408039B1 (ko) 2007-12-04 2007-12-04 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20090142646A1 (ko)
KR (1) KR101408039B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101486168B1 (ko) * 2013-11-01 2015-01-26 군산대학교산학협력단 연료전지 바이폴라-플레이트 및 이를 포함하는 연료전지 스택
CN110311156A (zh) * 2019-07-15 2019-10-08 苏州氢洁电源科技有限公司 一种燃料电池用电喷进液装置及其控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1511152A (en) * 1975-04-24 1978-05-17 Chloride Silent Power Ltd Alkali metal-sulphur cells
US6682835B2 (en) * 2000-12-22 2004-01-27 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant
US6811905B1 (en) * 2002-05-21 2004-11-02 Giner Electro Chemical Systems, Llc Direct organic fuel cell having a vapor transport member
US20040151960A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-05 Rock Jeffrey Allan Flow restrictors in fuel cell flow-field
JP4917737B2 (ja) * 2003-11-12 2012-04-18 日産自動車株式会社 燃料電池用電解質膜および燃料電池
US7214442B2 (en) * 2003-12-02 2007-05-08 Los Alamos National Security, Llc High specific power, direct methanol fuel cell stack
US20060006108A1 (en) * 2004-07-08 2006-01-12 Arias Jeffrey L Fuel cell cartridge and fuel delivery system
US20060204826A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Ion America Corporation Geometric feature driven flow equalization in fuel cell stack gas flow separator
US20080081227A1 (en) * 2006-05-05 2008-04-03 Polyfuel, Inc. Gas Phase Fuel Cells
KR100785001B1 (ko) * 2006-12-28 2007-12-11 삼성에스디아이 주식회사 메탄올을 직접 연료로 사용하는 연료전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101486168B1 (ko) * 2013-11-01 2015-01-26 군산대학교산학협력단 연료전지 바이폴라-플레이트 및 이를 포함하는 연료전지 스택
CN110311156A (zh) * 2019-07-15 2019-10-08 苏州氢洁电源科技有限公司 一种燃料电池用电喷进液装置及其控制方法
CN110311156B (zh) * 2019-07-15 2024-02-02 苏州氢洁电源科技有限公司 一种燃料电池用电喷进液装置的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20090142646A1 (en) 2009-06-04
KR101408039B1 (ko) 2014-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006351525A (ja) 直接液体燃料電池スタック
JP2009076294A (ja) 燃料電池用セパレータ
JP2009123680A (ja) 燃料電池スタック
JP2006294503A (ja) 燃料電池及び燃料電池用ガスセパレータ
JP4826144B2 (ja) 燃料電池スタック
KR20090058220A (ko) 유체저항부재가 구비된 ｄｍｆｃ용 스택 및 그 스택을사용하는 ｄｍｆｃ
JP4723374B2 (ja) 液体燃料の混合装置および直接液体燃料電池システム
JP2009087587A (ja) 燃料電池スタック
JP2006228507A (ja) 燃料電池
JP2008311047A (ja) 燃料電池
JP4992180B2 (ja) 燃料電池セパレータ
JP2009054290A (ja) 燃料電池システム
JP2002280028A (ja) 燃料電池
JP2007087651A (ja) 固体高分子型燃料電池のガス拡散層
JP2006331926A (ja) 燃料電池
JP7120969B2 (ja) 燃料電池システム
JP2007220356A (ja) 固体高分子型燃料電池のセパレータ
JP2009110838A (ja) 燃料電池用セパレータ
JP5633504B2 (ja) 燃料電池用セパレータ
JP2013051060A (ja) 燃料電池
JP2005302596A (ja) 燃料電池
CN219457674U (zh) 电化学氢升压器
JP5423699B2 (ja) ガス流路形成体および燃料電池セル
WO2022050150A1 (ja) 燃料電池
JP2021064548A (ja) 燃料電池

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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee