KR20090105709A - 연료전지 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 어셈블리에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 또는 직접 메탄올 연료전지(DMFC)에 적용할 수 있는 튜브형 구조를 사용하여 마이크로 연료전지 시스템, 자동차용 연료전지 등 다양한 시스템에서 가벼운 무게로 대체할 수 있고, 막 전극 집합체(MEA)의 활용 면적을 넓힐 수 있으며, 연료의 최적 조건을 맞추기 용이하며, 생성수의 배출이 용이한 구조를 갖는 연료전지 어셈블리에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료전지 어셈블리는 수소 연료가 충전되는 내부 공간을 가지며, 가습과 온도가 제어된 수소 연료를 공급하고 배출하는 연료 공급부; 상기 연료 공급부에 수직으로 다수 배열되고, 상기 연료 공급부로부터 공급되는 수소 연료에 의한 전기 화학반응으로 전기를 발생하는 다수의 셀부; 및 상기 연료 공급부의 상부에 덮여 상기 셀부를 밀폐하고 외부로부터 산소 또는 공기가 공급되어 상기 셀부의 전기 화학반응을 일으키는 산소 공급부;를 포함하여 구성된다.
연료전지, MEA, 수소, 산소, 집전체, 맴브레인, 전극

Description

연료전지 어셈블리{Fuel Cell Assembly}
본 발명은 연료전지 어셈블리에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 또는 직접 메탄올 연료전지(DMFC)에 적용할 수 있는 튜브형 구조를 사용하여 마이크로 연료전지 시스템, 자동차용 연료전지 등 다양한 시스템에서 가벼운 무게로 대체할 수 있고, 막 전극 집합체(MEA)의 활용 면적을 넓힐 수 있으며, 연료의 최적 조건을 맞추기 용이하며, 생성수의 배출이 용이한 구조를 갖는 연료전지 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(feul cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 이는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 외부로 제거된다. 이러한 연료전지의 가장 대표적 형태가 수소/산소 연료전지이다.
이러한 연료전지는 작동온도에 따라 고온형(300℃ 이상)과 저온형(300℃ 이하)으로 나뉘는데, 특히 저온형인 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)나 직접 메탄올 연료전지(DMFC)는 차량이나 소형 시스템에 전원 공급용으로 장착된다.
고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합 체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별되며, 인산형 및 알칼리형 연료전지 시스템과 비슷하게 맴브레인을 이용하는 연료전지는 촉매로써 백금을 사용한다.
이는 인산형에 비해 저온에서 동작되며, 출력 밀도가 크므로 소형화가 가능하여 고분자 전해질 연료전지는 차량의 전원으로 사용 가능하다.
그리고, 직접 메탄올 연료전지는 메탄올을 직접, 전기화학 반응시켜 발전하는 시스템이며, 이의 전해질은 이온 교환막에 인산을 담지시킨 것이다. 이는 시스템의 간소화와 부하 응답성의 향상이 도모될 수 있는 장점이 있다.
예컨대, 첨부 도면 중, 도 1 및 도 2는 종래의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 구조를 보여주는 개략도로서, 이를 참조하면, 종래의 연료전지는 엔드 플레이트(10)와, 집전판과, 세퍼레이터(11)와, 전극부(12a, 12b), 촉매 및 맴브레인(13)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 고분자 전해질 연료전지의 작동 원리를 설명하면,
먼저 산소와 수소가 공급되면, 세퍼레이터(11)의 연료 라인(11a)을 따라 연료가 공급되고 전극부(12a, 12b)를 통과한 연료가 촉매와 맴브레인(13)의 삼상계면에서 H+ 와 전자(e-)로 해리되어, H+ 는 맴브레인(13)으로 통과하고 전자(e-)는 집전판에 따로 모여서 외부 도선(14)을 통해 산소(O2)측으로 이동을 하여 산소 측에서 H+, 전자, O2가 만나서 물을 생성하게 된다. 이때, 외부 도선(14)을 따라 전자(e-)가 이동하면서 전기가 발생하는 원리를 갖는다.
상기 엔드 플레이트(10)는 연료전지 외관을 형성하면서 상기 집전판, 세퍼레이터, 막 전극 집합체(MEA) 어셈블리의 결착을 위한 볼트 체결함에 있어서 지지체 역할을 하는 것으로, 보통 알루미늄 합금, 스테인레스 등 강성이 있는 금속으로 만들어진다.
여기서, 상기 엔트 플레이트의 내 측에 저항이 적은 순동 등의 집전판, 연료가 통하는 유로가 새겨진 그라파이트 또는 금속 세퍼레이터, 양극(Anode), 음극(Cathode)과 맴브레인 결합체인 막 전극 집합체(MEA)가 순차적으로 위치하여 결합된다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이 양쪽 엔드 플레이트에 8개의 볼트(15)가 체결되어 연료가 누설되는 것을 방지하고, 전극부와 세퍼레이터, 집전판으로 이어지는 전자의 이동로가 저항이 낮게 만들어준다.
그리고, 엔트 플레이트와 집전판은 전자가 이동되지 않게 확실히 단락되어야 하며, 막 전극 집합체(MEA)와 세퍼레이터 사이에 연료의 누설을 막아주는 실링재가 위치한다. 또한, 전극부와 맴브레인 사이에는 수소가스의 활성화를 돕는 백금(Pt) 촉매가 도포되며, 전극부는 탄소 천이나 탄소 종이로 이루어진다.
도 2에 도시된 것과 같이, 하나의 셀(20)이 여러 장 수평으로 적층되어 스택(stack, 30)을 이루게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 연료전지 어셈블리는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 하나의 셀이 성능 저하로 수리가 필요할 경우에 전체 스택을 분해한 후 셀을 교체하게 되는데, 이때 분해와 결합 조건을 같게 하는데 어려움이 있는 문제점이 있었다.
둘째, 상기 종래의 연료전지 어셈블리는 엔드 플레이트와 볼트로 결착되는 힘이 일정 이상이면서 막을 손상시키지 않게 적정해야 한다. 따라서 엔드 플레이트 및 세퍼레이터 재료는 강성이 있고, 일정한 두께 이상의 금속재료나 그라파이트를 사용해야 하기 때문에 연료전지 어셈블리의 전체 무게가 무거워질 뿐 아니라, 재료의 가격이 비싸서 연료전지의 생산 비용이 많아지는 문제점이 있었다.
셋째, 많은 셀을 가진 스택 형태로 제작을 할 경우 각 셀의 세퍼레이터에 고르게 결착력을 주기 위해서는 일정 이상의 토크로 볼팅을 해야 하기 때문에 이로 인한 세퍼레이터 재료의 파손 및 막의 손상이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
넷째, 스택 구성시 각 셀에 일정한 양의 연료를 공급하기 위해서는 수소 및 산소의 압력이 높아야 하는데, 이를 위해서는 압력을 생성할 수 있는 별도의 부가 장치가 필요하게 되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 종래의 연료전지 어셈블리의 결합형태보다 훨씬 가볍고, 저렴한 재료로 구성이 가능하며, 마이크로 연료전지 형태로의 이용이 가능한 구조를 갖는 연료전지 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 어셈블리는 수소 연료가 충전되는 내부 공간을 가지며, 가습과 온도가 제어된 수소 연료를 공급하고 배출하는 연료 공급부; 상기 연료 공급부에 수직으로 다수 배열되고, 상기 연료 공급부로부터 공급되는 수소 연료에 의한 전기 화학반응으로 전기를 발생하는 다수의 셀부; 및 상기 연료 공급부의 상부에 덮여 상기 셀부를 밀폐하고 외부로부터 산소 또는 공기가 공급되어 상기 셀부의 전기 화학반응을 일으키는 산소 공급부;를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 연료 공급부는 상기 수소 연료가 공급되어 저장되는 내부 공간을 가지고, 상기 셀부가 결합되어 상기 내부 공간에 저장된 수소 연료가 배출되는 다수의 수소 공급홀이 상부에 관통 형성되며, 상기 수소 연료가 외부로부터 공급될 수 있는 수소 공급관이 일 측에 형성되며, 상기 수소 연료가 상기 내부 공간에 충전된 후 내부 압력을 조절하기 위해 일정량의 수소 연료를 배출하기 위한 수소 배출관이 타 측에 형성된 구조를 갖는다.
또한 바람직하게는, 상기 셀부는 상기 연료 공급부에 수직으로 배열되고, 수소 연료 공급이 가능한 다수의 관통 홈을 갖는 튜브형 수소 공급 파이프; 상기 튜브형 수소 공급 파이프를 둘러싸며, 가장자리 부분에 실링 처리된 전기전도성 금속망; 상기 금속망 위에 밀착 결합하고, 확산층에 촉매가 도포된 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 맴브레인의 결합체인 막 전극 집합체(MEA); 및 상기 수소 공급 파이프와, 상기 금속망, 및 상기 막 전극 집합체(MEA)를 상호 강하게 결착시켜주는 다공성 원형체;를 포함하여 구성되고, 상기 수소 공급 파이프와, 상기 금속망과, 상기 막 전극 집합체, 및 상기 다공성 원형체는 원통형 결합체의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 수소 공급 파이프는 상기 금속망과 상기 막 전극 집합체 및 상기 다공성 원형체의 결합 후에 상기 수소 공급 파이프에 결착시켜주는 체결구가 결합하는 체결 핀이 옆면 일 측에 더 형성되고, 상기 체결 핀에 상기 금속망과 상기 막 전극 집합체 및 상기 다공성 원형체를 결속시키는 체결구가 더 결합된 것을 특징으로 한다.
한편, 바람직하게는, 상기 연료 공급부의 내부 공간은 상기 수소 연료 공급에 의해 1기압 내지 3기압의 내부 압력이 유지되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 셀부는 상기 연료 공급부에 수직으로 단위 개수로 열과 행을 이루어 다수 결합된 구조를 갖는 특징으로 한다.
또 한편, 바람직하게는 상기 연료 공급부는 상기 수소 공급관이 형성된 측의 상부 면이 상기 수소 배출관이 형성된 측의 상부 면보다 높게 형성되고, 상기 수소 공급관이 형성된 측의 상부면으로부터 상기 수소 배출관이 형성된 측의 상부 면으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료전지 어셈블리에 의하면,
첫째, 단위 셀의 측정이 용이하고, 수리 및 교체가 용이하여 연료전지의 유지가 용이한 효과가 있다.
둘째, 엔드 플레이트 및 금속 세퍼레이터를 쓰지 않기 때문에 전체 시스템의 무게를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
셋째, 연료가 막 전극 집합체(MEA)에 접촉되는 면이 종래의 연료전지 어셈블리보다 넓고, 사용하지 않는 맴브레인 부분이 줄어드는 효과가 있다.
넷째, 연료 반응에 의해 발생하는 생성수의 원활한 배출이 가능하며, 스택으로 구성시에 종래의 방식보다 저압으로도 각 셀에 고른 연료공급이 가능한 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 어셈블리에 관해 좀더 상세히 설명하고자 한다. 첨부 도면 중, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 어셈블리의 구조를 보여주는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀부의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀부의 구조의 상세도, 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수소 공급 파이프를 구조를 보여주는 사시도이다.
본 발명에 따른 연료전지 어셈블리(100)는 고분자 전해질 연료전지(PEMC)로서, 이의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)이며, 촉매로써 백금(Pt)을 사용한다.
이러한 연료전지 어셈블리(100)는 수소 연료가 충전되는 내부 공간을 가지며, 가습과 온도가 제어된 수소 연료를 공급하고 배출하는 연료 공급부(110)와, 상기 연료 공급부(110)에 수직으로 다수 배열되어 상기 연료 공급부(110)로부터 공급되는 수소 연료에 의한 전기 화학반응으로 전기를 발생하는 다수의 셀부(120), 및 상기 연료 공급부(110)의 상부에 덮여 상기 셀부(120)를 밀폐하고 외부로부터 산소 또는 공기가 공급되어 상기 셀부(120)의 전기 화학반응을 일으키는 산소 공급부(130)를 포함하여 구성된다.
-연료 공급부(110)
상기 연료 공급부(110)의 상부 측에는 다수의 수소 공급홀(111)이 관통 형성되어 이 수소 공급홀(111)에 각각 결합하는 셀부(120) 측으로 수소 연료를 공급하게 된다.
그리고, 연료 공급부(110)의 일 측에는 외부로부터 가습과 온도가 제어된 수소 연료가 공급되는 수소 공급관(113)이 형성되며, 타 측에는 수소 연료가 내부 공간에 충전된 후 최적의 반응성을 갖도록 내부 압력을 일정하게 유지하기 위해 수소 연료를 외부로 일정량 배출할 수 있는 수소 배출관(112)이 형성된다. 상기 수소 공급관(113)은 수소 배출관(112)의 반대쪽에 형성된다.
상기 내부 공간의 내부 압력은 약 1기압 내지 3기압의 수준을 유지하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 연료 공급부(110)는 상기 수소 공급관(113)이 형성된 측의 상부 면이 상기 수소 배출관(112)이 형성된 측의 상부 면보다 높게 형성되고, 상기 수소 공급관(113)이 형성된 측의 상부면으로부터 상기 수소 배출관(112)이 형성된 측의 상부 면으로 경사지게 형성되어, 연료 반응에 의해 발생하는 생성수는 후술할 산소 공급부(130)의 산소 배출관(132)을 통해 산소와 함께 배출될 수 있어, 생성수의 원활한 배출이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
-셀부(120)
상기 셀부(120)는 연료 공급부(110)에 수직으로 배열되는 연료전지 스택(stack)으로, 원통형 결합체를 이루며, 상기 연료 공급부(110)에 수직으로 단위 개수로 열과 행을 이루어 다수 결합된 구조를 갖는다.
이러한 셀부(120)는 수소 연료 공급이 가능한 다수의 관통 홈(121a)을 갖는 튜브형 수소 공급 파이프(121)와, 상기 튜브형 수소 공급 파이프(121)를 둘러싸며, 가장자리 부분에 실링 처리된 전기전도성 금속망(122)과, 상기 금속망(122) 위에 밀착 결합하는 막 전극 집합체(MEA)(123), 및 상기 수소 공급 파이프(121)와 금속망(122) 및 막 전극 집합체(MEA)(123)를 상호 강하게 결착시켜주는 다공성 원형체(124)로 구성된다.
상기 수소 공급 파이프(121)는 상기 금속망(122)과 막 전극 집합체(123) 및 다공성 원형체(124)의 결합 후에 상기 수소 공급 파이프(121)에 이들을 상호 결착시켜주는 체결구가 결합하는 체결 핀(121b)이 옆면 일 측에 형성되는데, 상기 체결구로는 체결 핀(121b)에 나사산을 형성한 후 체결하는 볼트(미도시)가 바람직하다.
상기 전기전도성 금속망(122)은 집전판으로 종래의 수소 측 세퍼레이터 역할을 하고, 상기 다공성 원형체(124)는 종래의 산소 측 세퍼레이터 역할을 하게 된다. 즉, 연료 공급부(110)를 통해 공급되는 수소 연료는 수소 공급 파이프(121)를 통해 배출되어 전기도성 금속망(122)을 통해 공급되고, 후술할 산소 공급부(130)를 통해 공급되는 산소는 다공성 원형체(124)를 통해 투입된다.
한편, 상기 막 전극 집합체(123)와 금속망(122) 사이에 수소 연료의 누설을 차단하기 위해 금속망(122)의 가장자리 부분에는 실링 처리된다.
상기 막 전극 집합체(MEA)(123)는 맴브레인(전해질막, Electrolyte Membrane, 123a, 도 7 참조)과, 애노드 전극(123b, 도 7 참조), 및 캐소드 전극(123c, 도 7 참조)의 결합체로, 이는 연료전지의 특성을 결정짓는다. 이는 전해질에서 이온이 자유롭게 이동할 수 있으며(Ionic conductor), 수소와 산소가 직접 반응하는 것을 방지하며(Gas barrier), 애노드 전극과 캐소드 전극이 접촉해서 단락하는 것을 막는(Electronic insulator) 역할을 한다.
현재 가장 널리 사용되고 있는 맴브레인(전해질막)은 술폰산(sulfonic acid)기를 포함하고 있는 고분자 구조로 되어 있으며, 전해질막이 수화가 되면 수소이온이 술폰산기를 통해 전도된다.
그리고, 상기 애노드 전극(123b, 도 7 참조)과 캐소드 전극(123c, 도 7 참 조)으로 이루어지는 전극은 연료 확산 및 지지의 역할을 하는 확산층과 맴브레인(전해질막)과 접촉하여 실질적인 전기화학반응이 일어나는 활성층의 두 개의 층으로 이루어진다. 여기서, 확산층은 탄소 종이, 탄소 천으로 이루어지며, 소수성의 페프론으로 발수 처리되어 있고, 활성층은 수소 가스의 활성화를 돕기 위해 도포되는 촉매인 백금(Pt) 입자가 탄소입자에 분산되어 있는 층이다.
상기 막 전극 집합체(MEA)(123)에서의 전기화학반응은 맴브레인과 전극 활성층의 계면에서 확산층을 통해 이동한 기체가 만나는 3상 계면에서 일어나게 된다.
-산소 공급부(130)
상기 산소 공급부(130)는 연료 공급부(110)의 수소 공급홀(111)에 셀부(120)가 결합한 후, 셀부(120) 측에 공급되는 수소 연료와의 전기 화학반응을 위해 셀부(120) 측에 산소를 공급하기 위한 것으로, 연료 공급부(110)의 상부에 셀부(120)를 밀폐시키는 구조로 결합한다.
이 산소 공급부(130)의 일 측에는 산소 또는 공기가 공급되는 산소 공급관(131)이 형성되며, 타 측에는 산소 배출관(132)이 형성된다. 상기 산소 공급관(131)을 통해 외부로부터 계속적인 산소 또는 공기의 공급이 이루어지게 되며, 산소 공급부(130) 내의 산소 압력을 일정하게 유지하기 위해 산소 배출관(132)을 통해 일정량의 산소 배출이 이루어지게 된다.
상기 산소 배출관(132) 측에는 반응성을 높이기 위한 것으로 내부의 압력 조절을 위해 압력 조절용 밸브(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 이러한 산소 배출 관(132) 측의 압력 조절을 통해 산소 공급부(130)의 내부 압력은 일정하게 유지될 수 있다. 한편, 최적의 반응성을 유지하기 위해서 산소 공급부(130) 내의 산소 압력은 연료 공급부(110) 내의 수소 압력보다 같거나 높게 유지되는 것이 바람직하다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 어셈블리의 전기 발생원리에 대해서 설명하고자 한다. 첨부 도면 중, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 어셈블리의 전기발생 원리를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 연료전지 어셈블리(100)는 수소와 산소를 반응시키면서 전기에너지와 열에너지를 동시에 얻어낼 수 있는 전지이다.
도 8을 참조하면, 수소 공급 파이프(121) 내부에는 연료 공급부(110)를 통해 공급되는 수소가 흐르게 되고, 수소 공급 파이프(121)의 벽에서 다수의 관통 홈(121a)을 통해 수소가 진행하게 되며, 세퍼레이터 역할을 하는 전기전도성 금속망(122)을 통과하게 된다. 이때 수소는 기체 상태로 이동을 하게 된다.
그리고, 애노드 전극(123b)의 확산층(미도시)을 통해 수소가 맴브레인(123a)에 골고루 확산된 상태로 진행하게 되고, 애노드 전극(123b)에 도포된 백금 촉매123b')를 만나 H2=2H+ + 2e- 형태로 분리가 된다. 분리된 2H+는 맴브레인(123a)을 통해 산소 극으로 넘어가게 되고 분리된 전자(2e- )는 전기전도성 금속망(122)에 모여있다가 외부도선(A)을 통해 산소 극 쪽으로 이동하게 된다.
한편, 산소 측에서는 맴브레인(123a)을 통과한 2H+와 외부도선(A)을 통해 건너온 2e-가 산소 원자와 만나서 물(생성수)이 발생하게 된다. 이때 외부도선(A)을 따라 전자가 이동하게 되는데, 이 전자의 이동으로 인해 전기가 발생하게 되는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 연료전지 어셈블리에 의하면, 단위 셀로 이루어지는 셀부(120)의 전기 화학반응에 관한 측정이 용이하며, 셀부(120) 각각의 수리 및 교체가 가능하여 연료전지의 유지 측면에서 매우 용이한 장점이 있다.
또한, 종래의 연료전지 어셈블리에 사용되었던 엔드 플레이트(10, 도 1참조) 및 금속 세퍼레이터(11, 도 2참조)를 사용하지 않기 때문에 전체 연료전지 어셈블리 시스템의 무게를 대폭 감소시킬 수 있는 장점 또한 있다.
그리고, 수소 연료가 막 전극 집합체(MEA)에 접촉되는 면이 종래의 연료전지 어셈블리보다 넓어 반응성을 좋게 하며, 불필요한 맴브레인 부분을 줄일 수 있는 장점이 있으며, 종래의 연료전지 어셈블리보다 저압으로도 각 셀부 측에 고른 수소 연료공급이 가능한 장점이 있다.
아울러, 연료 공급부연료 반응에 의해 발생하는 생성수의 원활한 배출이 가능하며, 스택으로 구성시에 종래의 방식보다 저압으로도 각 셀에 고른 연료공급이 가능한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 구조를 보여주는 개략도;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 어셈블리의 구조를 보여주는 개략도;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀부의 분해 사시도;
도 4는 도 3의 결합 사시도;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀부의 구조의 상세도;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수소 공급 파이프를 구조를 보여주는 사시도; 및
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 어셈블리의 전기발생 원리를 보여주는 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 연료전지 어셈블리 110: 연료 공급부
111: 수고 공급홀 112: 수소 배출관
113: 수소 공급관 120: 셀부
121: 수고 공급 파이프 122: 전기전도성 금속망
123: 막 전극 집합체 124: 다공성 원형체
130: 산소 공급부 132: 산소 배출관

Claims (7)

  1. 수소 연료가 충전되는 내부 공간을 가지며, 가습과 온도가 제어된 수소 연료를 공급하고 배출하는 연료 공급부;
    상기 연료 공급부에 수직으로 다수 배열되고, 상기 연료 공급부로부터 공급되는 수소 연료에 의한 전기 화학반응으로 전기를 발생하는 다수의 셀부; 및
    상기 연료 공급부의 상부에 덮여 상기 셀부를 밀폐하고 외부로부터 산소 또는 공기가 공급되어 상기 셀부의 전기 화학반응을 일으키는 산소 공급부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료 공급부는 상기 수소 연료가 공급되어 저장되는 내부 공간을 가지고, 상기 셀부가 결합되어 상기 내부 공간에 저장된 수소 연료가 배출되는 다수의 수소 공급홀이 상부에 관통 형성되며, 상기 수소 연료가 외부로부터 공급될 수 있는 수소 공급관이 일 측에 형성되며, 상기 수소 연료가 상기 내부 공간에 충전된 후 내부 압력을 조절하기 위해 일정량의 수소 연료를 배출하기 위한 수소 배출관이 타 측에 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 셀부는 상기 연료 공급부에 수직으로 배열되고, 수소 연료 공급이 가능한 다수의 관통 홈을 갖는 튜브형 수소 공급 파이프;
    상기 튜브형 수소 공급 파이프를 둘러싸며, 가장자리 부분에 실링 처리된 전기전도성 금속망;
    상기 금속망 위에 밀착 결합하고, 확산층에 촉매가 도포된 애노드 전극과 캐소드 전극, 및 맴브레인의 결합체인 막 전극 집합체(MEA); 및
    상기 수소 공급 파이프와, 상기 금속망, 및 상기 막 전극 집합체(MEA)를 상호 강하게 결착시켜주는 다공성 원형체;를 포함하여 구성되고,
    상기 수소 공급 파이프와, 상기 금속망과, 상기 막 전극 집합체, 및 상기 다공성 원형체는 원통형 결합체의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수소 공급 파이프는 상기 금속망과 상기 막 전극 집합체 및 상기 다공성 원형체의 결합 후에 상기 수소 공급 파이프에 결착시켜주는 체결구가 결합하는 체결 핀이 옆면 일 측에 더 형성되고, 상기 체결 핀에 상기 금속망과 상기 막 전극 집합체 및 상기 다공성 원형체를 결속시키는 체결구가 더 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 연료 공급부의 내부 공간은 상기 수소 연료 공급에 의해 1기압 내지 3기압의 내부 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 셀부는 상기 연료 공급부에 수직으로 단위 개수로 열과 행을 이루어 다수 결합된 구조를 갖는 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 연료 공급부는 상기 수소 공급관이 형성된 측의 상부 면이 상기 수소 배출관이 형성된 측의 상부 면보다 높게 형성되고, 상기 수소 공급관이 형성된 측의 상부면으로부터 상기 수소 배출관이 형성된 측의 상부 면으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 어셈블리.
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