KR20110000157A - System and method for testing electrolyte membrane of fuel cell - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A system and method for testing an electrolyte membrane of a fuel cell is provided to select a low-quality electrolyte film through simple operation of a system before an operation beginning stage of an activated stack. CONSTITUTION: A method for testing an electrolyte membrane of a fuel cell comprises the steps of: (S10) activating a fuel cell stack; supplying reactive gas to the activated fuel cell stack and maintaining the fuel cell stack in a load state; (S20) consuming oxygen of an air in a load condition of the fuel cell stack; (S30) maintaining the fuel cell stack in a non-load condition by blocking current output if a pressure is increased to a set pressure; (S40) observing sudden pressure drop by monitoring the pressure of the air side; and determining damage of the electrolyte film if sudden pressure drop is detected.

Description

연료전지의 전해질막 검사 장치 및 방법{System and method for testing electrolyte membrane of fuel cell}System and method for testing electrolyte membrane of fuel cell

본 발명은 연료전지 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 구성품 중 전해질막에 대하여 미세 핀홀이나 크랙 발생 등을 검사하여 선별할 수 있는 연료전지의 전해질막 검사 및 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for inspecting a fuel cell, and more particularly, to an electrolyte membrane test and apparatus and method for inspecting and selecting fine pinholes or cracks in an electrolyte membrane among components of a fuel cell stack. It is about.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다. A fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by electrochemical reaction in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to the power supply of electrical / electronic products, especially portable devices.

이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합 체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함하여 구성된다.As an example of such a fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which is most frequently researched as a power supply for driving a vehicle, has a membrane centered around an electrolyte membrane through which hydrogen ions move. Membrane Electrode Assembly (MEA) with a catalytic electrode layer on both sides, and a Gas Diffusion Layer (GDL) that distributes the reactants evenly and delivers the generated electrical energy. And a gasket and fastening mechanism for maintaining the airtightness and proper clamping pressure of the reactor bodies and the coolant, and a bipolar plate for moving the reactor bodies and the coolant.

상기한 연료전지에서 연료인 수소와 산화제인 산소(공기)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드('연료극' 혹은 '수소극', '산화극'이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드('공기극' 혹은 '산소극', '환원극'이라고도 함)로 공급된다. In the fuel cell, hydrogen as the fuel and oxygen (air) as the oxidant are respectively supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, and the hydrogen is the anode ('fuel electrode' or 'water'). And the oxygen (air) are supplied to the cathode ('air' or 'oxygen', also known as 'reduction electrode').

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. Supplied to the anode hydrogen is a hydrogen ion (proton, H +) and electrons by the electrode catalyst constructed on both sides of the electrolyte membrane (electron, e -) are decomposed into, passed through only the hydrogen ion in the optional electrolyte membrane cation exchange membrane The electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separation plate which is a conductor.

상기 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. In the cathode, the hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and the electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate a reaction. At this time, due to the movement of hydrogen ions, a flow of electrons occurs through an external conductor, and the flow of electrons generates current.

한편, 고분자 전해질막 연료전지의 상용화에 있어서 넘어야 할 가장 큰 장애는 높은 가격과 짧은 수명이다.On the other hand, the biggest obstacle to overcome in the commercialization of a polymer electrolyte membrane fuel cell is high price and short lifespan.

고분자 전해질막 연료전지의 높은 가격은 상용화 단계에서 대량생산 체제로 가면서 절감될 것이라 예상할 수 있으나, 수명에 있어서는 ON/OFF 반복과 냉시동, 진동 등의 열악한 운전 조건으로 인해 상용화 요구 수준에 비해 짧은 것이 현 실정이다.The high price of the polymer electrolyte membrane fuel cell can be expected to be reduced to the mass production system in the commercialization stage.However, the lifetime is shorter than the commercialization demand level due to poor operating conditions such as ON / OFF repetition, cold start, and vibration. It is the present situation.

수명을 짧게 하는 열화의 원인은 연료전지를 구성하는 여러 요소에 모두 존재하지만, 연료전지의 핵심 요소인 고분자 전해질막의 열화가 장시간 운전 후 성능 저하에 많은 영향을 주고 있다.Although the cause of deterioration of life is present in all the components of the fuel cell, deterioration of the polymer electrolyte membrane, which is the core element of the fuel cell, has a great influence on the performance deterioration after a long operation.

전해질막의 열화 원인은 크게 열, 압력, 이온 오염, 전기화학적인 열화를 들 수 있는데, 전기화학적인 열화는 구체적으로 아래와 같은 메커니즘에서 보듯이 과산화수소 및 라디칼에 의한 열화에 의한다고 알려져 있다.The deterioration of the electrolyte membrane may include heat, pressure, ion contamination, and electrochemical deterioration. The electrochemical deterioration is known to be due to deterioration by hydrogen peroxide and radicals, as shown in the following mechanism.

상기 메커니즘에 따르면, 캐소드에서 확산되어온 산소가 애노드의 백금(Pt) 촉매 상에 형성된 수소 라디칼과 만나서 산소 라디칼을 형성하며, 이 형성된 산소 라디칼이 고분자 전해질막의 화학결합을 공격해 막의 열화를 발생시킨다.According to the above mechanism, oxygen diffused from the cathode meets the hydrogen radicals formed on the platinum (Pt) catalyst of the anode to form oxygen radicals, and the formed oxygen radicals attack the chemical bonds of the polymer electrolyte membrane to cause degradation of the membrane.

이에 고분자 사슬이 끊어져 가스-크로스오버(gas-crossover)가 심하게 발생하게 되고, 해당 부위의 전해질막의 열화속도가 급증하게 되면서 작은 구멍인 핀홀(pinhole)이 형성된다.As a result, the polymer chain is broken and gas-crossover is severely generated. As the degradation rate of the electrolyte membrane of the corresponding region increases rapidly, a small hole, a pinhole, is formed.

이때 고분자 전해질막의 열화는 막 전체적으로 균일하게 일어나지 않고 어떤 국부적인 부위에서 특히 심하게 진행되며, 결국 해당 부위에 핀홀이 발생하여 전체 셀이나 스택의 수명이 다하게 된다. 전해질막에 핀홀이 형성된 경우 애노드측으로 과량의 산소가 크로스오버되면서 막 열화는 가속화된다. In this case, the degradation of the polymer electrolyte membrane does not occur uniformly throughout the membrane, and is particularly severely progressed at any localized region. As a result, a pinhole occurs at the corresponding region, and thus, the life of the entire cell or the stack is exhausted. When the pinhole is formed in the electrolyte membrane, the membrane deterioration is accelerated as excess oxygen crosses over to the anode side.

이에 따라 고분자 전해질막의 열화시 어떤 부위에서 핀홀이 형성되었는지를 확인해 그 원인을 규명하는 것이 상용화를 위한 중요한 요소가 되고 있으나, 아직 미세 핀홀이나 크랙 발생 등 전해질막의 이상 여부를 검사할 수 있는 최적의 방법이 제시되지 못하고 있는 실정이다.Accordingly, identifying the cause of pinhole formation at the time of deterioration of the polymer electrolyte membrane and determining the cause thereof are important factors for commercialization, but it is still the best method for examining abnormality of the electrolyte membrane such as micro pinhole or crack generation. This situation is not presented.

특히, 알려진 대부분의 검사 방법은 전해질막에서 핀홀의 존재 여부를 검사하는데 초점을 맞춘 것으로, 아주 작은 핀홀의 경우 그 확인이 어렵고, 핀홀의 존재를 확인하는 과정에서 전해질막이 손상을 입을 수 있는 문제들이 있다.In particular, most of the known test methods focus on inspecting the presence of pinholes in the electrolyte membrane. In the case of very small pinholes, it is difficult to identify them, and there are problems that may damage the electrolyte membrane in the process of confirming the presence of the pinholes. have.

또한 종래의 전해질막 검사가 품질이 낮은 전해질막을 선별하기 위해 이상 유무를 판단하는 수준(핀홀의 존재 및 위치 확인 수준)에 그치고 있을 뿐, 스택 운전시 핀홀의 생성 가능성이나 핀홀, 크랙 등이 발생할 수 있는 취약 부위를 미리 확인할 수 있는 수준은 아니다.In addition, the conventional electrolyte membrane test is only to determine the presence or absence of abnormalities in order to sort out the low-quality electrolyte membrane (pinhole presence and positioning level), the possibility of pinhole generation, pinholes, cracks, etc. may occur during stack operation. It is not a level that can identify the vulnerable areas in advance.

전해질막의 품질과 관련한 선행기술에 대해 좀더 살펴보면, 미국 특허공개 2006/0040155에서는 전해질막에 대해 추가적인 공정을 수행하여 전해질막의 품질을 향상시키는 전처리 기술을 제시하고 있다.Looking at the prior art related to the quality of the electrolyte membrane, US Patent Publication 2006/0040155 proposes a pre-treatment technology to improve the quality of the electrolyte membrane by performing an additional process for the electrolyte membrane.

즉, 공정을 통해 가습, 건조 조건을 부여하여 전해질막의 품질을 향상시키는 기술로서, 첨부한 도 1에 나타낸 바와 같이 스택 조립 전 전해질막에 대해 가습(Wet), 건조(Dry) 사이클을 적어도 3회 이상 실시하여, 조립 후 전해질막의 핀홀 생성을 줄이는 동시에 연료전지의 성능을 향상시키고자 하는 것이다.That is, as a technique for improving the quality of the electrolyte membrane by imparting humidification and drying conditions through the process, as shown in FIG. 1, at least three wet and dry cycles are performed on the electrolyte membrane before stack assembly. In order to improve the performance of the fuel cell while reducing the pinhole generation of the electrolyte membrane after assembly.

조립된 상태의 연료전지 스택이 운전될 때 가습 가스와 건조 가스가 유입되면 전해질막이 수축과 팽창을 반복하면서 치수(길이, 폭)가 변하게 되고, 이러한 현상은 전해질막에 핀홀의 생성을 유발하여 연료전지의 성능을 저하시키게 된다.When humidified gas and dry gas flow in the assembled fuel cell stack, the electrolyte membrane contracts and expands and its dimensions (length and width) change, which causes pinholes to form in the electrolyte membrane. It will degrade the performance of the battery.

따라서, 스택 조립 전 단계에서 가습 및 건조 공정을 반복 실시하는 전처리 과정을 통해 전해질막의 핀홀 생성 및 성능 저하를 방지하고자 하는 것이다.Therefore, it is intended to prevent pinhole generation and performance degradation of the electrolyte membrane through a pretreatment process of repeatedly performing a humidification and drying process in a stack assembly step.

그러나, 상기 공정은 핀홀의 생성 가능성을 줄이기 위한 것으로서, 가습 및 건조 공정을 실시하기 위한 고가의 추가 설비가 필요하므로 스택의 제작 비용을 증가시키는 문제점이 있다. However, the process is to reduce the possibility of generating a pinhole, and there is a problem that increases the manufacturing cost of the stack because expensive additional equipment for performing the humidification and drying process is required.

특히, 장시간을 요하는 가습 및 건조 공정이 추가됨으로써 스택 제작 시간이 길어지고, 결국 스택 생산성 저하 및 원가 상승의 요인이 되는 문제점이 있다.In particular, the addition of a humidification and drying process that requires a long time lengthens the stack production time, there is a problem that the stack productivity is lowered and the cost increases.

그리고, 본원 출원인은 지시약을 이용하여 전해질막에 핀홀이 형성된 위치를 확인할 수 있는 기술을 특허 출원한 바 있다[특허출원 제2008-32963호].In addition, the applicant of the present application has applied for a technology for identifying a position where a pinhole is formed in an electrolyte membrane using an indicator (Patent Application No. 2008-32963).

상기 특허에서는 전해질막을 장치에 고정한 뒤 지시약을 투입하여 전해질막의 핀홀이 발생한 부위가 변색되도록 함으로써 핀홀 발생 위치를 알 수 있도록 하는데, 이러한 핀홀 위치 확인 방법은 막전극접합체의 제조시에 전해질막의 전수 검사에 유용하게 활용될 수 있다.According to the patent, the pinholes are generated by fixing the electrolyte membrane to the device and then inserting an indicator so that the pinholes of the electrolyte membranes are discolored. This pinhole position checking method is used for full inspection of the electrolyte membranes during the preparation of the membrane electrode assembly. It can be useful.

또한 연료전지 성능 실험 또는 주행 시험 후 열화에 의한 핀홀 발생을 측정하여 전해질막의 내구 평가 및 분석에 유용하게 활용할 수 있으며, 연료전지 스택의 사후 분석 활용시 열화 원인을 분석하는데 유용하다. In addition, by measuring the pinhole generation due to deterioration after the fuel cell performance test or driving test can be usefully used for the durability evaluation and analysis of the electrolyte membrane, it is useful for analyzing the cause of deterioration when using the post-assembly analysis of the fuel cell stack.

그러나, 막전극접합체의 제조시 전해질막의 전수 검사에 활용할 경우 핀 홀 외에 검사시 발생할 수 있는 막 손상의 여부를 확인하는데 어려움이 있다. However, when the membrane electrode assembly is used for the full inspection of the electrolyte membrane, it is difficult to determine whether the membrane damage may occur during the inspection in addition to the pinhole.

이와 함께 스택 제작 과정에서 전수 검사 단계가 포함되므로 스택 제작 시간 및 비용이 증대하는 문제점이 있으며, 스택 운전시 핀홀의 생성 가능성이나 핀홀, 크랙 등이 발생할 수 있는 취약 부위를 미리 확인할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that stack manufacturing time and cost increase because a full inspection step is included in the stack fabrication process, and there is a problem in that pinholes, pinholes, cracks, and the like may be generated during stack operation. .

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 활성화 단계를 거친 스택에 대해 운전 시작 단계 이전에 시스템의 간단한 조작을 통해서 품질이 낮은 전해질막을 선별할 수 있도록 함으로써, 별도 장치를 이용하여 전수 검사를 실시해야 하는 기존 방법 대비 스택 제작의 시간 단축, 원가 절감은 물론 생산성을 증가시킬 수 있고, 품질이 낮은 전해질막의 사전 선별을 통해 운전시 스택의 내구성 증대 및 수리 가능성을 크게 감소시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been invented in view of the above, and by using a separate device, it is possible to select a low quality electrolyte membrane through a simple operation of the system before the operation start step for the stack that has been activated. Compared to the existing methods that require full inspection, the stack manufacturing time can be shortened, the cost can be reduced, and the productivity can be increased, and the pre-selection of low quality electrolyte membrane can greatly increase the durability of the stack during operation and greatly reduce the possibility of repair. The purpose is to provide technology.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 단수 또는 복수 셀의 연료전지 스택을 조립하고, 조립된 연료전지 스택을 활성화하는 단계와; 활성화된 연료전지 스택에 반응가스를 공급하고 연료전지 스택을 전류가 출력되는 부하 상태로 유지하는 단계와; 연료전지 스택의 부하 상태에서 스택의 공기측 입, 출구를 차단하여 공기측의 산소를 소모하는 단계와; 연료전지 스택의 공기측에서 산소 소모 후 수소 생성으로 압력이 정해진 압력으로 상승하면 전류 출력을 차단하여 연료전지 스택을 무부하 상태로 유지하는 단계와; 이후 연료전지 스택의 공기측 압력을 모니터링하여 급격한 압력 강하가 발생하는지를 확인하는 단계와; 공기측 압력의 급격한 압력 강하가 확인되면 연료전지 스택의 셀에서 전해질막의 파손이 발생한 것으로 판단하 는 단계;를 포함하는 연료전지의 전해질막 검사 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of assembling a fuel cell stack of a single or multiple cells, and activating the assembled fuel cell stack; Supplying a reactive gas to the activated fuel cell stack and maintaining the fuel cell stack in a load state in which current is output; Exhausting oxygen on the air side by blocking the air inlet and outlet of the stack in a load state of the fuel cell stack; Maintaining the fuel cell stack in a no-load state by blocking current output when the pressure rises to a predetermined pressure due to hydrogen generation after oxygen consumption on the air side of the fuel cell stack; Thereafter monitoring the air side pressure of the fuel cell stack to determine whether a sudden pressure drop occurs; When the sudden pressure drop of the air-side pressure is confirmed, it is determined that the breakdown of the electrolyte membrane in the cell of the fuel cell stack; provides an electrolyte membrane test method comprising a.

여기서, 연료전지 스택의 수소 공급 상태 및 전류 차단 상태를 유지하면서 스택의 공기측 입, 출구를 개방하여 공기를 공급하는 단계와; 공기가 공급되는 상태에서 연료전지 스택의 무부하 셀 전압(OCV)을 모니터링하여 기준치 이하의 낮은 셀 전압을 나타내는 전해질막을 판별하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Here, the step of supplying air by opening the air inlet and outlet of the stack while maintaining the hydrogen supply state and the current interruption state of the fuel cell stack; The method may further include monitoring an unloaded cell voltage (OCV) of the fuel cell stack in a state in which air is supplied to determine an electrolyte membrane having a low cell voltage below a reference value.

또한 본 발명은, 연료전지 스택에 반응가스인 수소를 공급하는 수소공급장치와; 연료전지 스택에 반응가스인 공기를 공급하는 공기공급장치와; 연료전지 스택의 공기측의 입, 출구를 선택적으로 차단시켜 주기 위한 차단밸브와; 연료전지 스택의 전류 상태를 제어하기 위한 부하장치와; 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각장치와; 연료전지 스택의 셀 전압을 모니터링하기 위한 전압검출부와; 연료전지 스택의 공기측 압력을 모니터링하기 위한 압력검출부;를 포함하여 구성되고, 상기 부하장치는, 연료전지 스택의 전류 출력단에 연결된 전자부하와; 연료전지 스택에서 전자부하로의 전류를 선택적으로 차단하기 위한 개폐스위치;를 포함하여 구성될 수 있다.In another aspect, the present invention, the hydrogen supply device for supplying hydrogen as a reaction gas to the fuel cell stack; An air supply device for supplying air, which is a reaction gas, to the fuel cell stack; A shutoff valve for selectively blocking the inlet and outlet of the air side of the fuel cell stack; A load device for controlling a current state of the fuel cell stack; A cooling device for cooling the fuel cell stack; A voltage detector for monitoring a cell voltage of the fuel cell stack; And a pressure detector for monitoring an air side pressure of the fuel cell stack, wherein the load device comprises: an electronic load connected to a current output terminal of the fuel cell stack; It may be configured to include; an opening and closing switch for selectively blocking the current from the fuel cell stack to the electronic load.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지의 전해질막 검사 장치 및 방법에 의하면, 활성화 단계를 거친 스택에 대해 운전 시작 단계 이전에 장치의 간단한 조작을 통해서 품질이 낮은 전해질막을 선별할 수 있으므로, 별도 장치를 이용하여 전수 검사를 실시해야 하는 기존 방법 대비 스택 제작의 시간 단축, 원가 절감은 물론 생산성을 증가시킬 수 있고, 품질이 낮은 전해질막의 사전 선별을 통해 운전시 스택의 내구성 증대 및 수리 가능성을 크게 감소시킬 수 있게 된다.Therefore, according to the electrolyte membrane test apparatus and method of the fuel cell according to the present invention, since the low quality electrolyte membrane can be selected by a simple operation of the device before the operation start step for the stack that has been activated, a separate device is used. It can reduce the time and cost of stack fabrication as well as increase the productivity compared to the existing methods that require full inspection. The pre-selection of low quality electrolyte membranes greatly increases the durability of the stack during operation and greatly reduces the possibility of repair. It becomes possible.

특히, 가습, 건조 등의 복잡한 전처리 공정을 통해 핀 홀 생성의 가능성을 줄이는 것이 아닌, 스택 조립 상태에서 전해질막의 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위의 파손을 유도하여 스택 운전 도중 열화가 발생할 수 있는 전해질막을 사전에 선별하고자 하는 것으로서, 전처리 공정에 따른 문제점, 즉 고가의 설비 소요, 스택 제작의 비용 및 시간 증가, 생산성 저하의 문제점이 발생하지 않는다.In particular, rather than reducing the possibility of pinhole formation through complex pretreatment processes such as humidification and drying, the electrolyte membrane may be deteriorated during stack operation by inducing breakage of the weak or pinhole generating portion of the electrolyte membrane in the stack assembly state. As to be sorted out, there are no problems due to the pretreatment process, that is, the cost of expensive equipment, the increase in cost and time of stack production, and the decrease in productivity.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지의 전해질막 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 스택의 구성품 중 수소 이온 전달체인 전해질막의 초기 품질을 검사하여 스택의 생산성 및 내구성을 향상시키고자 한 것으로, 스택 조립 후 활성화 및 운전 시작 단계에서 운전 중 핀홀이나 크랙, 열화가 발생할 수 있는 낮은 품질의 전해질막을 사전에 선별할 수 있도록 한 것에 주안점이 있는 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for testing an electrolyte membrane of a fuel cell, and to improve the productivity and durability of a stack by inspecting an initial quality of an electrolyte membrane, which is a hydrogen ion carrier, among components of a fuel cell stack. The main focus is on the preliminary screening of low quality electrolyte membranes that can cause pinholes, cracks and deterioration during operation.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 전해질막 검사 과정을 나타낸 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전해질막 검사 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 검사 과정 중 셀 전압, 공기측(캐소드) 압력, 전류 변화를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an electrolyte membrane inspection process according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating an electrolyte membrane inspection process according to the present invention, wherein the cell voltage, air side (cathode) pressure, and current during the inspection process are illustrated. It is a figure which shows the change.

또한 첨부한 도 4는 본 발명에 따른 전해질막 검사 장치를 도시한 개략 구성 도이다. 4 is a schematic block diagram showing an electrolyte membrane test apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 전해질막 검사 장치는 연료전지 스택을 운전하기 위한 기본 구성요소들을 조합하여 구성할 수 있으며, 차량에 탑재되는 연료전지 시스템의 구성요소들을 그대로 이용하여 구성할 수 있다.The electrolyte membrane inspection apparatus according to the present invention can be configured by combining the basic components for operating the fuel cell stack, it can be configured using the components of the fuel cell system mounted on the vehicle as it is.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택(1)에 산화제인 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택(1)의 공기측(캐소드)의 입, 출구를 선택적으로 차단시켜 주기 위한 차단밸브(23,25), 연료전지 스택(1)의 전류 상태를 제어하기 위한 부하장치, 연료전지 스택(1)을 냉각시키기 위한 냉각장치(도시하지 않음), 연료전지 스택(1)의 셀 전압을 모니터링하기 위한 전압검출부(42), 그리고 연료전지 스택(1)의 공기측(캐소드) 압력을 모니터링하기 위한 압력검출부(41)를 포함하여 구성될 수 있다. For example, as shown in FIG. 4, a hydrogen supply device for supplying hydrogen as fuel to a fuel cell stack, an air supply device for supplying air as an oxidant to the fuel cell stack 1, and an air side of the fuel cell stack 1. Shut-off valves 23 and 25 for selectively blocking the inlet and outlet of the cathode, a load device for controlling the current state of the fuel cell stack 1, and a cooling device for cooling the fuel cell stack 1 (Not shown), a voltage detector 42 for monitoring the cell voltage of the fuel cell stack 1, and a pressure detector 41 for monitoring the air side (cathode) pressure of the fuel cell stack 1. Can be configured.

여기서, 수소공급장치는 통상의 연료전지 시스템과 마찬가지로 수소저장부(예, 수소탱크)(10)와 밸브(13), 압력 레귤레이터(도시하지 않음) 등을 포함하여 구성될 수 있고, 공기공급장치는 공기블로워(20), 가습기(21) 등을 포함하여 구성될 수 있다. Here, the hydrogen supply device may include a hydrogen storage unit (eg, a hydrogen tank) 10, a valve 13, a pressure regulator (not shown), and the like, as in a conventional fuel cell system. The air blower 20 may be configured to include a humidifier 21 and the like.

상기 차단밸브(23,25)는 연료전지 스택(1)의 입, 출구단에 연결된 공기공급라인(22)과 공기배출라인(24)에 설치될 수 있다.The shutoff valves 23 and 25 may be installed in the air supply line 22 and the air discharge line 24 connected to the inlet and outlet ends of the fuel cell stack 1.

또한 상기 부하장치는 연료전지 스택(1)의 전류 출력 상태를 제어하기 위한 구성부로서, 연료전지 스택(1)의 전류 출력단에 연결된 전자부하(electric load)(30)와, 연료전지 스택(1)에서 전자부하(30)로의 전류를 선택적으로 차단하기 위한 개폐스위치(31)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the load device is a component for controlling the current output state of the fuel cell stack 1, an electric load 30 connected to the current output terminal of the fuel cell stack 1, and the fuel cell stack 1 It may be configured to include an opening and closing switch 31 for selectively blocking the current to the electronic load (30).

상기 전자부하(30)는 연료전지 스택(1)으로부터의 전류 출력이 이루어질 수 있도록 하는 부하 역할(전류 소모)을 해야 하므로 저항체를 사용하여 구성할 수 있으며, 기존 차량용 연료전지 시스템에서 스택의 부하 소모를 위한 COD(Cathod Oxygen Depletion)를 사용할 수 있다. Since the electronic load 30 must play a role of load (current consumption) for outputting current from the fuel cell stack 1, the electronic load 30 can be configured using a resistor, and the load consumption of the stack in an existing vehicle fuel cell system. Cathode Oxygen Depletion (COD) can be used.

후술하는 바와 같이, 연료전지 스택(1)의 공기측 입, 출구를 상기 차단밸브(23,25)를 이용해 완전히 차단한 상태에서, 상기 전자부하(30)를 이용해 연료전지 스택(1)으로부터 전류가 출력되도록 하면, 공기측(캐소드)의 산소를 소모시킬 수 있다.As will be described later, in the state in which the air inlet and outlet of the fuel cell stack 1 is completely shut off using the shutoff valves 23 and 25, the current from the fuel cell stack 1 using the electronic load 30. Is output, the oxygen on the air side (cathode) can be consumed.

상기 개폐스위치(31)는 스택(1)을 부하 상태와 무부하 상태로 제어하기 위한 수단으로서, 열림 상태(Off)에서 스택의 전류를 차단하여 스택을 무부하 상태로 유지시키며, 닫힘 상태(On)에서 스택을 전류 출력이 이루어지는 부하 상태로 유지시키게 된다. The on / off switch 31 is a means for controlling the stack 1 in a load state and a no load state, and keeps the stack in a no-load state by cutting off the current of the stack in the open state (Off), and in the closed state (On) It keeps the stack under load with the current output.

상기 냉각장치는 스택(1) 내부의 냉각수 유로를 통해 냉각수를 순환시켜 스택을 냉각시키는 구성부로서, 냉각수 순환을 위한 냉각수 펌프, 스택을 순환한 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환부 등을 포함하여 구성될 수 있다.The cooling device is a component that circulates the cooling water through the cooling water flow path inside the stack 1 to cool the stack, and includes a cooling water pump for cooling water circulation, a heat exchanger for cooling the cooling water circulating the stack, and the like. Can be.

냉각장치에 대해서는 도 4에 도시하지 않았으나, 스택 활성화 운전을 위한 시스템 등에서 스택 운전을 위해 사용되는 냉각장치가 그대로 이용될 수 있다. Although not shown in FIG. 4, the cooling device used for the stack operation in the system for the stack activation operation may be used as it is.

상기 전압검출부(42)는 연료전지 스택(1)의 셀 전압을 모니터링하기 위한 것으로, 복수의 단위 셀을 적층시킨 복수 셀 스택인 경우에 각 셀마다 하나씩 설치하 거나 복수 셀(예, 3 ~ 4개의 셀)마다 하나씩 구비하는 것도 가능하다. The voltage detector 42 monitors the cell voltage of the fuel cell stack 1, and in the case of a multi-cell stack in which a plurality of unit cells are stacked, one voltage is installed in each cell or a plurality of cells (eg, 3 to 4). Per cell).

상기 압력검출부(41)는 연료전지 스택(1)의 공기측(캐소드) 압력을 모니터링하기 위한 것으로, 공기공급라인(22) 또는 공기배출라인(24) 상에 구비될 수 있다. The pressure detector 41 is for monitoring the air side (cathode) pressure of the fuel cell stack 1 and may be provided on the air supply line 22 or the air discharge line 24.

이하, 상기의 검사 장치를 이용하여 전해질막 검사를 수행하는 과정을 도 2와 도 3을 참조하여 단계별로 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of performing the electrolyte membrane test using the test apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

본 발명은 연료전지 스택의 활성화 및 운전 시작 단계 사이에서 품질이 낮은 전해질막을 선별하고자 하는 것으로서, 가습, 건조 등의 복잡한 전처리 공정을 통해 핀 홀 생성의 가능성을 줄이는 것이 아닌, 스택 조립 상태에서 전해질막의 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위의 파손을 유도하여 스택 운전 도중 열화가 발생할 수 있는 전해질막을 사전에 선별하고자 하는 것이다. The present invention seeks to screen a low quality electrolyte membrane between the activation and start of operation of a fuel cell stack, and does not reduce the possibility of pinhole generation through a complicated pretreatment process such as humidification and drying. In order to induce breakage of the fragile site or the pinhole generating site, an electrolyte membrane may be selected in advance, which may cause degradation during stack operation.

이러한 본 발명에 따르면, 활성화 단계를 거친 스택에 대해 운전 시작 단계 이전에 장치(기존 연료전지 시스템 또는 도 4와 같이 연료전지 시스템을 모사한 검사 장치)의 간단한 조작을 통해서 품질이 낮은 전해질막을 선별할 수 있으므로, 별도 장치를 이용하여 전수 검사를 실시해야 하는 기존 방법 대비 스택 제작의 생산성을 크게 증가시킬 수 있고, 품질이 낮은 전해질막의 사전 선별을 통해 운전시 스택의 내구성 증대 및 수리 가능성을 크게 감소시킬 수 있게 된다.According to the present invention, a low-quality electrolyte membrane can be screened through a simple operation of an apparatus (an existing fuel cell system or a test apparatus that simulates a fuel cell system as shown in FIG. 4) before the operation start stage for the activated stack. As a result, it is possible to greatly increase the productivity of the stack fabrication compared to the conventional method of performing a full inspection using a separate device, and pre-selection of a low quality electrolyte membrane can greatly increase the durability of the stack during operation and greatly reduce the possibility of repair. It becomes possible.

제1단계로서, 단수 셀 또는 복수 셀을 사용하여 연료전지 스택(단셀 또는 복수 셀 스택)을 조립한 뒤, 조립된 스택을 활성화하는 단계를 실시한다.As a first step, after assembling a fuel cell stack (single cell or multiple cell stack) using a single cell or a plurality of cells, the step of activating the assembled stack is performed.

연료전지 스택의 활성화(activation)는 조립 후 성능을 최대한 확보하기 위한 것으로, 고분자 전해질막 연료전지는 운전시 정상적인 성능을 발현하기 위해서 스택 조립 후 초기 활성화 운전이 필요하다.Activation of the fuel cell stack is to ensure maximum performance after assembly, and the polymer electrolyte membrane fuel cell requires initial activation after assembly of the stack in order to express normal performance during operation.

이러한 활성화 운전을 통해 반응에 참여하지 못하는 촉매를 활성화시키고, 전해질막 및 전극 내 포함된 전해질을 충분히 수화시켜 전해질 사이의 수소 이온 통로를 확보하며, 반응가스가 반응할 수 있는 촉매까지의 이동 통로, 촉매층 내의 전기적 연속성을 확보함으로써, 연료전지는 최적의 성능을 나타낼 수 있다.Through this activation operation to activate the catalyst that does not participate in the reaction, to fully hydrate the electrolyte contained in the electrolyte membrane and the electrode to secure the hydrogen ion passage between the electrolyte, the transfer passage to the catalyst that the reaction gas can react, By ensuring electrical continuity in the catalyst layer, the fuel cell can exhibit optimal performance.

연료전지 스택의 활성화 방법으로는 공지된 여러 방법 중 하나를 선택하여 진행할 수 있는데, 본원 출원인에 의해서도 다수의 특허가 출원되었는 바, 아래의 특허 중 어느 하나가 이용될 수 있다.As the activation method of the fuel cell stack, one of several known methods may be selected and proceeded. Since a plurality of patents have been filed by the present applicant, any one of the following patents may be used.

예컨대, 본원 출원인은 특허공개 제2008-3619호, 특허출원 제2008-32468호, 특허출원 제2008-44894호, 특허출원 제2008-44898호, 특허출원 제2008-55009호, 특허출원 제2008-117428호, 특허등록 제821768호 등을 출원한 바 있으며, 이 중 어느 한 방법을 이용해 연료전지 스택을 활성화시킨다.For example, the applicant of the present application is the Patent Publication No. 2008-3619, Patent Application No. 2008-32468, Patent Application No. 2008-44894, Patent Application No. 2008-44898, Patent Application No. 2008-55009, Patent Application No. 2008- Patent No. 117428 and Patent No. 821768 have been filed, and any one of these methods is used to activate the fuel cell stack.

제2단계로서, 활성화 단계를 거친 연료전지 스택(1)을 반응가스를 공급하면서 작동시켜 낮은 전류 상태로 유지시킨다(S10). As a second step, the fuel cell stack 1, which has undergone the activation step, is operated while supplying a reaction gas to maintain a low current state (S10).

이 단계에서 연료전지 스택을 부하 상태로 유지시키는데, 검사 대상의 연료전지 스택(1)을 도 4의 검사 장치에 연결한 뒤, 수소공급장치와 공기공급장치를 통해 반응가스인 수소와 공기(산소)를 스택에 공급하는 동시에, 개폐스위치(31)를 닫아 스택(1)에 전자부하(30)를 연결함으로써, 스택(1)으로부터 생성되는 전류가 전자부하(30)로 출력되어 소모되도록 한다.At this stage, the fuel cell stack is kept under load. The fuel cell stack 1 to be inspected is connected to the inspection apparatus of FIG. 4, and then hydrogen and air (oxygen), which are reactive gases, are supplied through a hydrogen supply device and an air supply device. ) Is supplied to the stack, and the on / off switch 31 is closed to connect the electronic load 30 to the stack 1 so that the current generated from the stack 1 is outputted to the electronic load 30 to be consumed.

이때 스택의 셀 전압과 전류 상태, 공기측(캐소드) 압력의 상태는 도 3에서 ①의 상태이다.At this time, the state of the cell voltage and the current state of the stack, and the air side (cathode) pressure are states of ① in FIG. 3.

상기와 같이 반응가스를 공급하면서 연료전지 스택으로부터 전류를 뽑아주는 상태, 즉 연료전지 스택으로부터 전류를 출력시키는 상태에서, 제3단계로서, 연료전지 스택(1)의 공기측을 완전히 차단한다(S20).In a state in which current is drawn from the fuel cell stack while supplying the reaction gas as described above, that is, a current is output from the fuel cell stack, as a third step, the air side of the fuel cell stack 1 is completely blocked (S20). ).

이 단계에서는 스택(1)의 수소 공급 및 전류 상태를 유지하면서 스택의 공기측(캐소드) 입, 출구단의 차단밸브(23,25)를 완전히 닫아주어 공기는 차단하는 바, 이 과정에서 공기측의 산소를 모두 소모하고 나면 하이드로젠 펌프(hydrogen pump)에 의해 공기측에 수소가 발생하게 되고, 이후 공기측에는 수소 발생으로 인해 압력이 점차 상승하게 된다.In this step, the air is shut off by completely closing the shutoff valves 23 and 25 at the inlet and outlet ends of the stack while maintaining the hydrogen supply and current state of the stack 1. After all of the oxygen is consumed, hydrogen is generated on the air side by a hydrogen pump, and then the pressure gradually increases due to hydrogen generation on the air side.

도 3에서 ②는 공기를 차단하는 시점을 나타내는 것으로, 이 시점부터는 공기측의 산소가 점차 소모되고, 공기측의 산소가 소모됨에 따라 셀 전압은 점차 낮아지게 된다. 또한 산소가 완전히 소모되고 나면, 전압은 생성되지 않고(0 V) 전술한 바와 같이 공기측(캐소드)의 압력이 수소 발생으로 인해 점차 상승하게 된다. In Fig. 3, ② denotes a time point at which air is cut off, and from this time, oxygen on the air side is gradually consumed, and as the oxygen on the air side is consumed, the cell voltage gradually decreases. In addition, once oxygen is completely consumed, no voltage is generated (0 V) and the pressure on the air side (cathode) is gradually raised due to hydrogen evolution as described above.

상기와 같이 공기측의 압력이 점차 상승하게 되면, 전해질막의 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위에서는 파손이 발생하게 된다. As described above, if the pressure on the air side gradually rises, breakage occurs at a weak portion or a pinhole generating portion of the electrolyte membrane.

제4단계로서, 스택(1)의 공기측 입, 출구를 차단한 상태에서 공기측 압력이 정해진 압력(선행 테스트를 통해 설정함)에 도달한 것으로 판단되면, 연료전지 스택(1)으로부터 전자부하(30)를 단절하여 스택의 전류를 차단한 뒤 무부하 상태로 유지한다(S30).As a fourth step, if it is determined that the air pressure reaches a predetermined pressure (set by a preceding test) while the air inlet and outlet of the stack 1 are blocked, the electronic load from the fuel cell stack 1 is determined. Disconnect the 30 to cut off the current in the stack and maintains no load (S30).

이 단계는 스택 전류 차단 상태에서 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위 등의 파 손을 유도하는 과정으로, 압력검출부(41)를 통해 스택 공기측의 압력을 모니터링하며(S40), 공기측 압력이 급격히 떨어지는 압력 변화가 있는지를 확인하게 된다.This step is a process of inducing a breakdown of a weak part or a pinhole generating part in a state in which the stack current is cut off, and monitoring the pressure on the stack air side through the pressure detector 41 (S40), and the pressure at which the air pressure drops rapidly. Check for changes.

여기서, 공기측 압력의 급강하가 확인되면, 전해질막에서 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위의 파손이 발생한 것이다. Here, when the sudden drop in the air side pressure is confirmed, breakage of the fragile site or the pinhole generating site occurs in the electrolyte membrane.

즉, 하이드로젠 펌프 및 수소 생성으로 공기측의 압력이 상승하고, 이후 공기측 상승 압력에 의해 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위에서 전해질막 파손이 발생하는 바, 공기측 압력이 급강하하게 되는 것이다.That is, the pressure on the air side increases due to the hydrogen pump and hydrogen generation, and then the breakdown of the electrolyte membrane occurs at the weak spot or the pinhole generation site due to the air-side rising pressure.

셀에서 전해질막 파손이 발생하게 되면, 공기측의 수소가 전해질막 파손 부위를 통해 수소측으로 크로스오버되기 때문에 공기측 압력이 급격히 감소하게 된다.When the electrolyte membrane breakage occurs in the cell, the air side pressure is drastically reduced because hydrogen on the air side crosses over to the hydrogen side through the electrolyte membrane breakage site.

따라서, 압력검출부(41)를 통해 스택(1)의 공기측 압력을 모니터링하되, 공기측 압력이 정해진 압력에 도달한 뒤 급격히 떨어지는 압력 변화가 있는지를 확인하고, 공기측 압력의 급격한 강하가 확인되면, 전해질막의 취약 부위 또는 핀홀 생성 부위에서 파손이 발생한 것이므로, 해당 스택에 사용된 셀들의 전해질막에 대해서는 검사 중 파손이 발생한 전해질막으로 선별이 가능하다. Therefore, while monitoring the air side pressure of the stack 1 through the pressure detector 41, it is confirmed whether there is a sudden change in the pressure drop after the air side pressure reaches a predetermined pressure, and when the sudden drop of the air side pressure is confirmed In addition, since breakage occurs in a weak portion of the electrolyte membrane or a pinhole generating portion, the electrolyte membrane of the cells used in the stack may be selected as the electrolyte membrane in which the breakage occurs during the inspection.

도 3에서 ③은 전류를 차단하는 시점을 나타낸 것이고, ④는 공기측 압력이 상승하여 정해진 압력에 도달한 뒤 파손이 발생하기 전 압력이 유지되는 상태를 나타내며, 공기측 압력이 정해진 압력에 도달한 상태에서 전류를 차단하여 스택을 무부하 상태로 만들어주고 있음을 볼 수 있다. 또한 전해질막의 파손으로 인해 공기측 압력이 급격히 떨어짐을 볼 수 있다.3 shows a time point at which the current is cut off, and ④ shows a state in which the pressure is maintained before breakage occurs after the air pressure rises to reach a predetermined pressure, and the air pressure reaches a predetermined pressure. It can be seen that the current is cut off from the state, making the stack quiescent. In addition, it can be seen that the air side pressure drops sharply due to breakage of the electrolyte membrane.

이후 제5단계로서, 수소 공급 상태 및 전류 차단 상태를 유지하면서 스택(1)의 공기측(캐소드) 입, 출구단에 설치된 차단밸브(23,25)를 열어주어 공기를 공급하는 바(S50), 공기를 공급하는 상태에서 전압검출부(42)를 통해 셀 전압을 모니터링하여(S60) 품질이 낮은 전해질막 및 이를 사용하고 있는 셀을 판별한다.Thereafter, as a fifth step, while supplying air by maintaining the hydrogen supply state and the current interruption state by opening the shutoff valves 23 and 25 installed at the inlet and outlet ends of the air side (cathode) of the stack 1 (S50). In the state of supplying air, the cell voltage is monitored through the voltage detector 42 (S60) to determine an electrolyte membrane having low quality and a cell using the same.

여기서, 무부하 상태의 스택(1)에 대해서 전압검출부(42)를 통해 검출되는 셀 전압, 즉 OCV(Open Circuit Voltage)가 기준치(선행 테스트를 통해 설정함) 이하로 낮은 OCV(0.8 ~ 0.9 V)를 나타내는 셀에 대해서는 해당 셀의 전해질막에 문제가 있는 것이므로 교체하게 된다.Here, the cell voltage detected through the voltage detector 42, that is, the OCV (Open Circuit Voltage) detected for the stack 1 in the no-load state, is lower than the reference value (set by the preceding test), which is lower than the OCV (0.8 to 0.9 V). For a cell indicating a problem with the electrolyte membrane of the cell is replaced.

도 3에서 ⑤는 무부하 상태에서 모니터링되는 셀 전압, 즉 OCV를 나타낸다.3 in FIG. 3 represents a cell voltage, OCV, which is monitored under no load.

이와 같이 무부하 상태의 전압, 즉 OCV를 확인하여 낮은 품질의 전해질막을 판별할 수 있으며, 개별 셀에 대해 품질이 낮은 전해질막의 판별이 가능하다. As such, the electrolyte membrane having a low quality can be determined by checking the voltage under no load, that is, the OCV, and the electrolyte membrane having low quality can be discriminated for individual cells.

상기 전압검출부(42)를 스택의 모든 셀에 대해 각각 연결하여 설치가 가능하나, 만약 복수 셀(3 ~ 4개의 셀)마다 하나씩의 전압검출부를 연결하여 설치한 경우라면, 특정 전압검출부에 의해 검출된 전압(셀들의 직렬 전압)이 기준치 이하일 때 해당하는 복수 셀 전체를 교체해야 한다(검출된 전압으로부터 얻은 셀 평균 전압으로도 판단 가능) . The voltage detector 42 may be connected to each cell of the stack, and may be installed. However, if one voltage detector is connected to each of a plurality of cells (3 to 4 cells), the voltage detector 42 may be detected by a specific voltage detector. When the measured voltage (series voltage of cells) is below the reference value, all of the corresponding cells must be replaced (also determined by the cell average voltage obtained from the detected voltage).

이와 같이 하여, 본 발명에서는, 핀홀 생성 가능성 감소 및 핀홀 위치 확인이 아닌, 전해질막의 파손 유도를 통해 전해질막의 품질을 확인할 수 있고, 스택 운전 중 핀홀, 크랙, 열화가 발생할 수 있는 품질이 낮은 전해질막을 사전에 선별할 수 있게 된다.Thus, in the present invention, it is possible to determine the quality of the electrolyte membrane through the induction of breakage of the electrolyte membrane, rather than reducing the possibility of pinhole formation and pinhole location, and to check the electrolyte membrane having a low quality that may cause pinholes, cracks, and deterioration during stack operation. You can sort in advance.

상기한 본 발명에서는 기존 기술 대비 다음의 2가지 부분에서 차이가 있다.In the present invention described above there are differences in the following two parts compared to the existing technology.

우선, 미세 핀홀이나 크랙 등이 발생할 수 있는 낮은 품질의 전해질막을 선별할 때 추가적인 장치 없이 연료전지 스택의 활성화 단계 후 연속 공정으로 실시 가능하다(스택 상태에서 검사). First, when screening low quality electrolyte membranes in which fine pinholes or cracks may occur, it may be carried out in a continuous process after the activation step of the fuel cell stack without additional devices (inspection in a stack state).

또한 전해질막의 핀홀 생성 가능성을 줄이는 것이 아닌, 스택 조립 후 활성화 및 운전 시작 단계에서 핀홀 생성 부위나 앞으로 핀홀, 크랙 등이 발생할 수 있는 전해질막의 취약 부위의 파손을 유도하여 품질이 낮은 전해질막을 사전에 선별하는 것이다.In addition, rather than reducing the possibility of pinhole formation in the electrolyte membrane, the low-quality electrolyte membrane is selected in advance by inducing breakage of pinhole formation sites or weak areas of the electrolyte membrane where pinholes and cracks may occur in the activation and operation start stages after stack assembly. It is.

도 1은 전해질막의 품질을 향상시키기 위한 전처리 공정을 도시한 공정도,1 is a process chart showing a pretreatment process for improving the quality of an electrolyte membrane;

도 2는 본 발명에 따른 전해질막 검사 과정을 나타낸 순서도, 2 is a flowchart showing an electrolyte membrane inspection process according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 전해질막 검사 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 검사 과정 중 셀 전압, 캐소드 압력, 전류 변화를 나타낸 도면,3 is a view for explaining an electrolyte membrane inspection process according to the present invention, showing the change in cell voltage, cathode pressure, current during the inspection process,

도 4는 본 발명에 따른 전해질막 검사 장치를 도시한 개략 구성도.Figure 4 is a schematic configuration diagram showing an electrolyte membrane test apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 스택 23, 25 : 차단밸브1: Stack 23, 25: Shut-off valve

30 : 전자부하 31 : 개폐스위치30: electronic load 31: switch

41 : 압력검출부 42 : 전압검출부 41: pressure detector 42: voltage detector

Claims (3)

단수 또는 복수 셀의 연료전지 스택을 조립하고, 조립된 연료전지 스택을 활성화하는 단계와;Assembling a fuel cell stack of one or more cells and activating the assembled fuel cell stack; 활성화된 연료전지 스택에 반응가스를 공급하고 연료전지 스택을 전류가 출력되는 부하 상태로 유지하는 단계와;Supplying a reactive gas to the activated fuel cell stack and maintaining the fuel cell stack in a load state in which current is output; 연료전지 스택의 부하 상태에서 스택의 공기측 입, 출구를 차단하여 공기측의 산소를 소모하는 단계와;Exhausting oxygen on the air side by blocking the air inlet and outlet of the stack in a load state of the fuel cell stack; 연료전지 스택의 공기측에서 산소 소모 후 수소 생성으로 압력이 정해진 압력으로 상승하면 전류 출력을 차단하여 연료전지 스택을 무부하 상태로 유지하는 단계와;Maintaining the fuel cell stack in a no-load state by blocking current output when the pressure rises to a predetermined pressure due to hydrogen generation after oxygen consumption on the air side of the fuel cell stack; 이후 연료전지 스택의 공기측 압력을 모니터링하여 급격한 압력 강하가 발생하는지를 확인하는 단계와;Thereafter monitoring the air side pressure of the fuel cell stack to determine whether a sudden pressure drop occurs; 공기측 압력의 급격한 압력 강하가 확인되면 연료전지 스택의 셀에서 전해질막의 파손이 발생한 것으로 판단하는 단계;Determining that a breakdown of the electrolyte membrane occurs in a cell of the fuel cell stack when a sudden pressure drop of the air pressure is confirmed; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전해질막 검사 방법.Electrolyte membrane test method of a fuel cell comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 연료전지 스택의 수소 공급 상태 및 전류 차단 상태를 유지하면서 스택의 공 기측 입, 출구를 개방하여 공기를 공급하는 단계와; Supplying air by opening the air inlet and outlet of the stack while maintaining a hydrogen supply state and a current interruption state of the fuel cell stack; 공기가 공급되는 상태에서 연료전지 스택의 무부하 셀 전압(OCV)을 모니터링하여 기준치 이하의 낮은 셀 전압을 나타내는 전해질막을 판별하는 단계;Monitoring the no-load cell voltage (OCV) of the fuel cell stack while the air is supplied to determine an electrolyte membrane having a low cell voltage below a reference value; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전해질막 검사 방법.Electrolyte membrane test method of a fuel cell, characterized in that it further comprises. 연료전지 스택(1)에 반응가스인 수소를 공급하는 수소공급장치와; A hydrogen supply device for supplying hydrogen, which is a reaction gas, to the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)에 반응가스인 공기를 공급하는 공기공급장치와; An air supply device for supplying air, which is a reaction gas, to the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)의 공기측의 입, 출구를 선택적으로 차단시켜 주기 위한 차단밸브(23,25)와;Shut-off valves 23 and 25 for selectively blocking the inlet and outlet of the air side of the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)의 전류 상태를 제어하기 위한 부하장치와; A load device for controlling a current state of the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)을 냉각시키기 위한 냉각장치와; A cooling device for cooling the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)의 셀 전압을 모니터링하기 위한 전압검출부(42)와; A voltage detector 42 for monitoring the cell voltage of the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)의 공기측 압력을 모니터링하기 위한 압력검출부(41);A pressure detector 41 for monitoring the air side pressure of the fuel cell stack 1; 를 포함하여 구성되고, And, 상기 부하장치는,The load device, 연료전지 스택(1)의 전류 출력단에 연결된 전자부하(30)와;An electronic load 30 connected to the current output terminal of the fuel cell stack 1; 연료전지 스택(1)에서 전자부하(30)로의 전류를 선택적으로 차단하기 위한 개폐스위치(31);An opening / closing switch 31 for selectively blocking current from the fuel cell stack 1 to the electronic load 30; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전해질막 검사 장치.Electrolyte membrane inspection device of a fuel cell, characterized in that comprising a.
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