KR20110112360A - 고체 고분자 전해질 연료 전지를 위한 시일 - Google Patents

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Abstract

프레임형 멤브레인 전극 조립체들을 사용하는 고체 고분자 연료 전지들에서, 종래의 애노드 순응성 시일은 캐소드 비-순응성 시일과 결합해서 사용되어, 특히 연료 전지 스택의 상황에서 더 얇은 연료 전지 설계를 제공한다. 이 방법은 특히 저압에서 동작하는 연료 전지들에 적합하다.

Description

고체 고분자 전해질 연료 전지를 위한 시일{SEAL FOR SOLID POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL}
본 발명은 고체 고분자 전해질 연료 전지들을 위한 시일 설계들에 관한 것이다.
연료 전지들은 연료 및 옥시던트 유체(oxidant fluid)들이 전기화학적으로 반응하여 전기를 발생시키는 디바이스들이다. 다양한 상업적 용례로 개발되고 있는 한 유형의 연료 전지는 고체 고분자 전해질 연료이며, 이는 두 전극들 사이에 배치되는 적절한 이오노머(ionomer) 재료(예를 들어, Nafion®)로 제조된 고체 고분자 전해질을 포함하는 멤브레인 전극 조립체(membrane electrode assembly: MEA)를 사용한다. 각각의 전극은 고체 고분자 전해질 옆에 위치되는 적절한 촉매를 포함한다. 촉매는 예를 들어, 메탈 블랙(metal black), 합금, 또는 탄소 상 백금(platinum on carbon)과 같이 지지되는 금속 촉매일 수 있다. 촉매는 촉매층에 배치될 수 있고, 촉매층은 전형적으로 고체 고분자 전해질에 사용되는 것과 유사할 수 있는 이오노머를 포함한다. 유체 확산층(다공성의, 전기 전도 시트(sheet) 재료)은 전형적으로 기계적 지지, 집전, 및/또는 반응물 분포의 목적을 위해 전극에 인접하여 사용된다. 가스 반응물들의 경우, 유체 확산층은 가스 확산층으로 칭해진다. 촉매층이 가스 확산층 상에 통합되는 경우, 그 유닛은 가스 확산 전극으로 칭해진다.
상업적인 용례들의 경우, 복수의 연료 전지들은 일반적으로 큰 출력 전압을 전달하기 위해 일렬로 적층된다. 분리판들은 전형적으로 고체 전해질 연료 전지들 내에 가스 확산 전극층들에 인접하게 사용되어 스택 내에서 하나의 전지를 다른 전지로부터 분리시킨다. 흡입 및 배출 포트들, 유체 분배 플레넘(plenum)들 및 다수의 유체 채널들을 포함하는 유체 분배 형태들은 반응물 유체들을 전극들에 분배하고, 전극들로부터 반응 부산물들을 제거하기 위해서 전형적으로 전극들에 인접하는 분리판들의 표면에 형성된다. 분리판들은 또한 전기 및 열전도 뿐만 아니라 MEA에 대한 크기 안정성 및 기계적 기지를 제공한다.
조립된 연료 전지에서, MEA 내의 다공성 가스 확산층들은 반응물 가스들이 고장난 전극으로 누설되지 않도록 하거나 또는 반응물 가스들 및 연료 전지 스택을 둘러싸는 주변 대기 사이에서 누설되는 것을 방지하기 위해 상기 층들의 주변부에 그리고 상기 층들의 인접 분리판들에 따라 적절하게 시일되어야만 한다. 이는 MEA가 전형적으로 크고 얇은 시트이기 때문에 난제일 수 있다. 그러므로, 중요한 주변부 상에는 시일이 필요할 수 있고, 연료 전지 스택은 전형적으로 다수의 MEA들을 실링하는 것을 포함한다. MEA 에지 시일(edge seal)의 설계는 대량의 제조 및 신뢰성 있고, 고품질의 누설 방지 시일들을 제공해야만 한다. 이를 달성하는 다양한 방식들이 본 기술분야에서 제안되었다.
그러한 한 실링 방법은 MEA를 둘러싸는 실링 가스킷을 사용하는 것을 포함하고, 이 가스킷은 MEA 및 주변부 사이의 신뢰성 있는 시일을 달성하기 위해 애노드 및 캐소드 분리판 사이에서 상당히 압착된다. 애노드를 캐소드로부터 분리시키는 시일은 가스킷 시일 재료를 MEA의 에지들에 함침(impregnate)하고 이 함침된 에지들을 주변 가스킷에 부착 또는 통합시킴으로써 달성될 수 있다. 미국 특허 번호 6,057,054호는 멤브레인 전해질의 에지들, 전극들 및 가스 확산층들이 정렬되어 동일한 위치(즉, 동일평면 컷(flush cut) 에지)에서 종결하는 동일평면 컷 MEA들을 사용하는, 그와 같은 실시예를 개시한다. 그러나, 그러한 방법은 일반적으로 에지 함침뿐만 아니라 가스킷에는 동일한 재료가 사용될 것을 요구하고, 더욱이, 엄격한 허용오차(tight tolerance)를 요구할 수 있으므로 제조가 어렵다.
대안으로, MEA의 에지에 프레임이 적용되고, MEA의 에지는 순서대로 주변의 압착 가능 가스킷에 실링하도록 부착되거나 접착(bonding)될 수 있다. 이 실시예에서, MEA 내의 전해질은 전형적으로 애노드 및 캐소드의 에지들을 조금 넘어서 확장된다. 사용되는 프레임은 전형적으로 MEA의 어느 한 측에 있는 에지들에 적용되는 두 얇은 피스(piece)들을 포함한다. 프레임 피스들은 압착성이 거의 없으므로 멤브레인 전해질의 에지를 필수적으로 시일함으로써, 애노드를 캐소드로부터 분리시킨다. EP 1246281은 프레임이 주변의, 상당히, 압착 가능한 엘라스토머 가스킷(예를 들어 1mm 두께의 폴리이소부틸렌(polyisobutylene))에 부착되는 그러한 실시예를 개시한다.
다른 실링 방법들은 필요한 시일들을 실행하기 위해 하나 이상의 압착 가능 가스킷을 사용한다. 예를 들어, 프레임형 MEA들을 사용하는 실시예들이 제안되어 왔고, 여기서 프레임들은 주변의 단일 가스킷에 접착되지 않고, 대신 두 개의 주변의 압착 가능 가스킷들 사이에 삽입(sandwich)된다. 그러므로, 하나의 주변의 가스킷은 애노드 프레임 및 인접 분리판 사이의 애노드를 시일하고, 반면에 다른 주변의 가스킷은 캐소드 프레임 및 그 인접 분리판 사이의 캐소드를 시일한다. 그러나, 대향하는 가스킷들이 서로에 대한 정렬에서 벗어나게 되면 어려움이 발생하고, 엄격한 허용오차가 다시 요구된다. 다른 추가의 실시예들이 제안되어 왔고 이 실시예들은 원하는 시일들을 실행하기 위해 MEA들 상에 프레임들을 사용하지 않는 두 압착 가능 가스킷들을 사용한다. 예를 들어, 미국 특허 번호 6,815,115는 하나의 압착 가능 가스킷 시일이 MEA 내의 멤브레인 전해질에 직접 행해지고, 반면에 다른 가스킷 시일은 인접 분리판들의 에지들 사이를 시일하는데 사용된다. 여기서, 두 가스킷들은 오프셋되므로 오정렬은 중요한 문제가 되지 않는다.
모든 상기의 종래의 실시예들에서, 상당히 압축되는, 순응성 시일이 제공되어 주변 환경으로부터 애노드 및 캐소드 모두를 실링한다. 그러나, 전력 밀도를 증가시키기 위해서, 연료 전지 스택을 구성하는 개별 전지들의 두께를 감소시키기 위한 시도가 계속 행해진다. 연료 전지 제조자들이 전지들 내의 다른 구성요소들의 두께를 성공적으로 감소시킬 때, 두께에 있어서의 추가 감소들에 대하여 시일 설계는 현재 현저한 한계점을 드러내고 있다. 결과적으로, 본 분야에서 개선된 실링 방법들 및 설계들에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명은 이 필요성을 완수하여 추가의 관련 장점들을 제공한다.
연료 전지의 옥시던트(공기) 측에 있는 시일의 질을 완화시킴으로써 더 단순하고, 얇은 시일 설계가 가능하다는 것이 허용될 수 있음이 밝혀졌다. 상기 설계는 옥시던트 측에 있는 두꺼우면서도 상당히 압착 가능한 시일을 더 얇고 상대적으로 압착 불가능한 시일로 대체하여, 결과적으로는 누설율(leak rate)이 더 높아진다. 그러나, 용례들이 낮은 동작 압력들(예를 들어 5 psig)을 갖는 용례들에서 누설되는 양은 더 낮아지고, 그 결과들은 연료 전지의 옥시던트 측 및 둘러싸고 있는 주변 환경 사이의 작은 누설들에 비해 전체적으로 크지 않다. 상기 설계는 프레임형 멤브레인 전극 조립체들을 사용할 때 더 얇은 시일, 따라서 더 얇은 전지를 가능하게 한다. 또한, 비-순응성 시일(non-compliant seal)을 사용하면, 상기 시일이 일부 종래 구성들에서 발견되는 시일 정렬 문제들을 회피할 수 있다.
본 발명은 애노드 및 캐소드 사이에 배치되는 이오노모 전해질, 애노드와 인접 애노드 유체 확산층, 및 캐소드와 인접 캐소드 유체 확산층을 포함하는 멤브레인 전극 조립체를 갖는 고체 고분자 전해질 연료 전지들에 적용 가능하다. 멤브레인 전극 조립체 내의 전해질은 애노드, 캐소드, 및 확산층들의 에지들을 넘어 확장된다. 연료 전지는 또한 애노드 유체 확산층에 인접하는 애노드 분리판, 캐소드 유체 확산층에 인접하는 캐소드 분리판, 및 MEA의 둘레 주위의 프레임을 포함한다. 상기 프레임은 그 내측 둘레(inner perimeter)에서 상기 애노드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 애노드 프레임 피스, 및 그 내측 둘레에서 캐소드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 캐소드 프레임 피스를 포함한다.
프레임형 멤브레인 전극 조립체의 에지에는, 애노드를 캐소드로부터 유체 분리하고, 애노드 및 캐소드 모두를 주변의 환경으로부터 분리시키는 시일들이 제공된다. 상기 시일들은 필수적으로 애노드 프레임 피스 및 애노드 분리판 사이의 순응성 시일(compliant seal), 및 캐소드 프레임 피스 및 캐소드 분리판 사이의 비-순응성 시일로 구성된다. 그러므로, 주변 대기로부터 연료 전지 스택의 옥시던트/공기 측을 분리시키는 순응성 시일은 존재하지 않는다. 그러나, 옥시던트 측 및 주위 대기 모두로부터 스택의 연료 측을 분리시키는 순응성 시일은 존재한다. 순응성 시일은 상당히 압착될 수 있다(예를 들어, 시일 재료에 따라, 두께의 15 내지 50%, 또는 30 내지 50%).
비-순응성 시일은 추가 구성요소들이 없이 달성될 수 있고 필수적으로 캐소드 프레임 피스 및 캐소드 분리판 사이에 있는 종래의 순응성 시일이 존재하지 않음으로써 발생한다. 이 예에서, 캐소드 프레임 피스 및 캐소드 분리판 사이의 경계면에서 비-순응성 시일이 행해진다.
대안으로, 추가의 비-순응성 구성요소(예를 들어, 엘라스토머 또는 압력 감지 접착제의 막)를 사용하면, 비-순응성 시일의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 연료 전지 실시예들에서 그 밖의 종래의 구성요소들과 함께 사용될 수 있다(예를 들어, 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate)로 제조되는 열가소성 시트 프레임 피스들, 실리콘 계열 엘라스토머로 제조되는 순응성 가스킷 시일, 및 탄소로 제조되는 분리판).
복수의 연료 전지들은 연료 전지 스택을 만들기 위해서, 일련의 스택으로 조립될 수 있다. 그와 같은 스택은, 스택 내의 한 연료 전지의 애노드 분리판이 스택 내의 인접 연료 전지의 캐소드 분리판과 일체형이 되는 양극판(bipolar plate)들을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 양태들은 첨부 도면들 및 다음의 상세한 설명을 고려하면 분명해질 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 연료 전지 분야에서 개선된 실링 방법들 및 설계들이 제공된다.
도 1a는 MEA의 에지 부분에 부착되고 함침된 가스킷을 사용하는 종래 기술의 고체 고분자 전해질 연료 전지의 시일 섹션의 개략적인 단면도.
도 1b는 프레임형 MEA 및 프레임의 반대 측들에 있는 두 가스킷들을 사용하는 종래 기술의 고체 고분자 전해질 연료 전지의 시일 섹션의 개략적인 단면도.
도 2는 프레임형 MEA 및 순응성 시일 및 비-순응성 시일 모두를 사용하는 본 발명의 대표적인 연료 전지의 시일 섹션의 개략적인 단면도.
다음의 설명들에서, 본 발명의 다양한 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정한 구체적인 세부사항들이 진술된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이 세부사항들 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예들에서, 연료 전지들, 연료 전지 스택들, 및 연료 전지 시스템들과 연관되는 널리 공지되어 있는 구조들은 본 발명의 실시예들의 설명을 불필요하게 불명료해지게 하는 것을 방지하기 위해 상세하게 도시되거나 기술되지 않았다.
상황이 달리 요구되지 않으면, 이후에 오는 명세서 및 청구항들 전체에 걸쳐, 용어 "포함한다", "포함하는(comprising)"을 포함하는 이의 변형들은 개방적인 포괄 개념으로, 즉, "포함하지만 제한되지 않는"으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시예" 또는 "실시예"를 언급하는 것은, 실시예들과 관련하여 기술되는 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 지점들에서 보이는 어구 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"가 반드시 동일한 실시예를 모두 칭하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본원에서, 용어 순응성 및 비-순응성은 시일들이 주어진 부하 하에 어느 정도 압착되는지에 따라, 상기 시일들을 분류하는데 사용된다. 시일은 약 50 psi의 응력 하에 두 평판들 사이에서 적어도 50마이크로미터 압착되는 경우 특정 상황에서 순응성인 것으로 간주된다. 이것은 변위 기반 정의이므로, 압착 가능 엘라스토머가 매우 얇은 시트에서 사용되는 경우 여전히 비-순응성일 것이다. 동일한 방식에서, 접착제의 막은 심지어 매우 두꺼운 층이 부하 하에서 용이하게 변위될 수 있을지라도 비-순응성으로 간주된다. 그러므로 순응성는 재료의 함수일뿐만 아니라, 치수 및 형상의 함수이다. 고 순응성 시일은 이 양의 10배를 초과하여 압착되는 시일이고 높은 비-순응성 시일은 상기 양보다 적은, 예를 들어 상기 양보다 10배보다 적게 압착되는 시일이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 고체 고분자 전해질 연료 전지들의 시일 섹션들의 개략적인 단면도들이고 시일들이 애노드 및 캐소드 모두를 주위 환경으로부터 시일하고 그리고 서로로부터 시일하는데 어떻게 사용되는지를 도시한다.
양 도면들 모두에서, 연료 전지(1)는 멤브레인 전극 조립체인 "MEA"(2)를 포함하고, 차례로 MEA(2)는 이오노머 전해질(3), 애노드 및 인접 애노드 유체 확산층(4)(상기 도면들에서 유닛으로 나타난다), 그리고 캐소드 및 인접 캐소드 유체 확산층(5)(상기 도면들에서 유닛으로 나타난다)을 포함한다. 연료 전지(1)는 또한 애노드 분리판(6) 및 캐소드 분리판(7)을 포함한다.
도 1a에서, MEA(2)는 "동일 평면 컷(flush cut)"(즉, 조립체를 구성하는 구성요소들이 함께 종결된다)이다.(전형적으로, 이는 구성요소들이 서로 적층된 이후에 조립체를 원하는 크기로 컷팅한 결과이다). 고 순응성 가스킷(8)이 MEA(2)의 에지 부분(9)에 부착 및 함침된다. 애노드 및 캐소들 분리판들(6, 7)은 가스킷(8)을 아주 상당히 압축함으로써 애노드 및 캐소드 모두를 둘러싸는 주변 대기(10)로부터 분리시키는데 효과적인 시일들을 형성한다. 애노드(4) 및 캐소드(5)를 서로로부터 분리시키는 시일은 에지 부분(9)에서 가스킷(8)을 부착하고 함침함으로써 형성된다.
도 1b에서, 전해질(3)은 MEA(2)의 나머지의 에지들을 넘어(즉, 애노드, 캐소드, 및 인접 애노드 유체 확산층들(4, 5)을 넘어) 확장된다. 여기서, MEA(2)는 애노드 프레임 피스(11) 및 캐소드 프레임 피스(12) 사이에 있는 그 에지들에서 조립된다. 프레임 피스들(11, 12)은 13에서 전해질(3)에 접합된다. 두 개의 고 순응성 가스킷들(14, 15)은 MEA(2)의 조립 에지를 인접 애노드 및 캐소드 분리판들(6, 7)에 각각 실링하도록 프레임의 반대 측들상에서 사용된다. 다시, 분리판들은 애노드 및 캐소드 모두를 둘러싸는 주변 대기(10)로부터 분리시키는데 효과적인 시일들을 생성하기 위해 가스킷들(14, 15)을 상당히 압착한다. MEA(2)의 에지에서의 조립된 확장 전해질은 애노드(4) 및 캐소들(5)을 서로로부터 시일하는 역할을 한다.
그러나, 본 발명의 연료 전지에서, 전체 전지 두께가 감소할 수 있고 시일 구성은 간소화될 수 있으면서도 여전히 허용가능한 시일을 유지할 수 있다. 도 2는 그와 같은 대표적인 연료 전지의 시일 섹션의 개략적인 단면도의 도면을 도시한다. 도 2에서의 실시예는 프레임형 MEA 및 순응성 시일 및 비-순응성 시일 모두를 사용한다.
도 2에서, 동일한 번호들은 도 1b에 나타나는 동일한 구성요소들을 식별하는데 사용된다. 비-순응성 시일은 구성요소(16)로 식별된다. 그러나, 일 실시예에서, 비-순응성 시일(16)은 가스킷(15)이 없다는 것을 지칭한다. 본 실시예에서는, 어떠한 실링 구성요소가 사용되지 않고도 캐소드 유체 확산층(5) 및 캐소드 분리판(7)의 표면들 사이에서는 실링이 행해진다. 폐쇄력(closing force)은 프레임형 MEA의 다른 측에 매우 압착된 가스킷(14)에 의해 제공된다. 다른 실시예에서, 비-순응성 시일(16)은 시일의 질을 개선하기 위해(즉, 누설율을 감소시키기 위해) 일부 적절한 엘라스토머 재료(예를 들어 실리콘, 그러나 이로 제한되지 않는다) 또는 압력 감지 접착제(예를 들어 3M 467MP와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는다)의 선택적인 박막을 포함할 수 있다. 선택적인 막은 가스킷(14, 15)에 비해 상당히 얇다.
도 1b의 가스킷(15)을 비-순응성 시일로 대체함으로써 결과적으로 비교적 더욱 불량한 시일 및 높은 누설율이 발생하더라도, 이는 연료 전지의 옥시던트 또는 공기 층에서 여전히 허용가능할 수 있다. 옥시던트 측 및 주변 사이의 작은 누설들은 연료 전지 성능에 상당히 영향을 미치지 않고, 둘러싸고 있는 환경에 대하여 어떠한 안정성 문제들을 나타내지 않는다. 허용가능한 캐소드 누설율은 예를 들어 소정의 부하에서의 연료 전지 동작 동안 옥시던트 화학량의 10% 미만, 예를 들어 소정의 부하에서 연료 전지 동작 동안 옥시던트 화학량의 5% 미만일 수 있다.
간소화되고 더 얇은 시일 설계는 다양한 고체 고분자 전해질 연료 전지 구조들과 함께 사용하는데 적합하다. 다음의 예들은 본 발명의 특정한 양태들 및 실시예들을 설명하도록 제공되지만 어떠한 방식이든지 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
예시들
5-전지 고체 고분자 전해질 연료 전지 스택은 전지들을 사용하여 프레임형 멤브레인 전극 조립체들과 함께 조립되었다. 전지 설계는 도 2에 도시된 것과 유사하였다. 멤브레인 전극 조립체들은 3M 467MP 압력 감지 접착제에 의해 에지들에 부착되는 Kapton 시트 프레임들을 갖는다. 단일 순응성 실리콘 엘라스토머 가스킷들을 애노드 프레임 피스들 및 애노드 분리판들 사이에서 사용되었다. 가스킷들 또는 추가 실링 구성요소들은 캐소드 프레임 피스들 및 캐소드 분리판들 사이에서 사용되었다.
스택은 그때 처음으로 조립되었을 때(건조 상태) 시험되었고 워밍업된 후에 습윤된(humidified) 공기 옥시던트 공급 동안(습한 상태) 동작하였다. 양 경우들에서, 누설 테스팅 압력은 20psi이었다. 누설율은 건조 및 습한 상태들 각각에 대해 76cc/m 및 16cc/m이었다. 이는 상업적인 목적들을 위해 허용가능한 것으로 고려된다.
게다가, 이전의 5-전지 연료 전지 스택과 유사한 구조를 갖는 10보다 많은 스택들, 그러나 평균 스택당 80 전지보다 많고 열가소성 접착제를 갖는 PEN(polyethylene naphthalate) 시트 프레임들을 사용하는 10보다 많은 스택들 또한 동작 이후에 누설 시험되었다. 캐소드 누설율은 공칭 캐소드 동작 압력의 1.6배에서 측정될 때 0.01 미만의 화학량 손실을 나타내었다.
상기 미국 특허들, 미국 특허 출원 공보들, 미국 특허 출원들, 외국 특허들, 외국 특허 출원들 및 본 명세서에서 언급되고/되거나 용례 데이터 시트에 기재되는 모든 것은 참조적으로 전체가 통합된다.
본 발명의 특정한 요소들, 실시예들 및 용례들이 도시되고 설명되었을지라도, 본 발명은 당업자가 상기 교지를 참조하여 본 출원의 정신 및 범위 내에서 수정될 수 있음을 이해해야 한다.
1 : 연료 전지 2 : 멤브레인 전극 조립체
8, 14, 15: 가스킷

Claims (13)

  1. 고체 고분자 전해질 연료 전지에 있어서:
    애노드 및 캐소드 사이에 배치되는 이오노모 전해질(ionomer electrolyte), 상기 애노드와 인접 애노드 유체 확산층, 및 상기 캐소드와 인접 캐소드 유체 확산층을 포함하는 멤브레인 전극 조립체(mebrane electrode assembly)로서, 상기 전해질은 상기 애노드, 캐소드, 및 확산층들의 에지(edge)들을 넘어 확산되는, 상기 멤브레인 전극 조립체;
    상기 애노드 유체 확산층 및 상기 캐소드 유체 확산층에 각각 인접하는 애노드 분리판 및 캐소드 분리판;
    상기 멤브레인 전극 조립체의 둘레 주위의 프레임으로서, 상기 프레임은 그 내측 둘레(inner perimeter)에서 상기 애노드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 애노드 프레임 피스, 및 그 내측 둘레에서 상기 캐소드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 캐소드 프레임 피스를 포함하는, 상기 프레임;
    상기 프레임형 멤브레인 전극 조립체의 에지에서, 상기 애노드를 상기 캐소드로부터 유체 분리하고, 상기 애노드 및 상기 캐소드 모두를 주변의 환경으로부터 유체 분리시키는 시일(seal)들을 포함하고;
    상기 시일들은 필수적으로:
    상기 애노드 프레임 피스 및 상기 애노드 분리판 사이의 순응성 시일(compliant seal); 및
    상기 캐소드 프레임 피스 및 상기 캐소드 분리판 사이의 비-순응성 시일로 구성되는, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비-순응성 시일은 엘라스토머 또는 압력 감지 접착제의 막을 포함하는, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비-순응성 시일은 상기 캐소드 프레임 피스 및 상기 캐소드 분리판 사이의 경계면인, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 프레임 피스 및 상기 캐소드 프레임 피스는 열가소성 시트(sheet)인, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 열가소성 시트는 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 시트인, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 순응성 시일은 실리콘-계열 엘라스토머인, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 순응성 시일은 두께가 15 내지 50%로 압착되는, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 분리판 및 캐소드 분리판은 탄소를 함유하는, 고체 고분자 전해질 연료 전지.
  9. 제 1 항의 복수의 연료 전지들을 일련의 스택(stack)으로 포함하는 연료 전지 스택.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스택 내의 연료 전지의 상기 애노드 분리판은 상기 스택 내에서 인접한 연료 전지의 캐소드 분리판과 일체형인, 연료 전지 스택.
  11. 고체 고분자 전해질 연료 전지를 실링하는 방법으로서, 상기 연료 전지는, 애노드 및 캐소드 사이에 배치되는 이오노모 전해질, 상기 애노드와 인접 애노드 유체 확산층, 및 상기 캐소드와 인접 캐소드 유체 확산층을 포함하는 멤브레인 전극 조립체로서, 상기 전해질은 상기 애노드, 캐소드, 및 확산층들의 에지들을 넘어 확산되는, 상기 멤브레인 전극 조립체; 상기 애노드 유체 확산층 및 상기 캐소드 유체 확산층에 각각 인접하는 애노드 분리판 및 캐소드 분리판; 상기 멤브레인 전극 조립체의 둘레 주위의 프레임으로서, 그 내측 둘레에서 상기 애노드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 애노드 프레임 피스, 및 그 내측 둘레에서 상기 캐소드 유체 확산층의 에지에 부착되고 그 외측 둘레에서 확장된 전해질에 부착되는 캐소드 프레임 피스를 포함하는 상기 프레임을 포함하는, 고체 고분자 전해질 연료 전지를 실링하는 방법에 있어서:
    상기 애노드 프레임 피스 및 상기 애노드 분리판 사이에 순응성 시일을 제공하는 단계; 및
    상기 캐소드 프레임 피스 및 상기 캐소드 분리판 사이에 비-순응성 시일을 제공하는 단계를 포함하고;
    상기 비-순응성 시일은 상기 순응성 시일의 누설율보다 높은 주변 환경에 대한 누설율을 갖는, 고체 고분자 전해질 연료 전지를 실링하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 비-순응성 시일은 엘라스토머 또는 압력 감지 접착제의 막을 포함하는, 고체 고분자 전해질 연료 전지를 실링하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 비-순응성 시일은 상기 캐소드 프레임 피스 및 상기 캐소드 분리판 사이의 경계면인, 고체 고분자 전해질 연료 전지를 실링하는 방법.
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