KR20120022704A - 연료 전지로부터의 액체 전해질의 이동의 방지 - Google Patents

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Abstract

연료 전지(11)의 스택(10)에는 전지(11)로부터의 산성 전해질(예를 들어, 인산)이 이동하는 것을 방지하기 위해 배리어(32)가 마련되어 있다. 배리어(32)는 분리판 조립체(18)의 랜드 영역(28) 내에 형성된 단차부(34) 내에 고정되고, 분리판 조립체(18)의 에지(30)로부터 분리판 조립체(18) 내에 형성된 유동 채널(24)과 에지(30) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어(32)는 에지(30)로부터 0.051mm 내지 2.0mm(2mils 내지 80mils) 사이의 거리만큼 연장된다. 배리어(32)는 소수성 폴리머 막(36)과, 조립 보조물로서의 감압식 접착제(38)와, 플루오로엘라스토머 접합제(40)를 포함하고 있다.

Description

연료 전지로부터의 액체 전해질의 이동의 방지{PREVENTING MIGRATION OF LIQUID ELECTROLYTE OUT OF A FUEL CELL}
이 출원은 "연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지"라는 명칭으로 2009년 4월 20일자로 출원된 미국 가출원 제61/214,130호의 이익을 주장한다.
본 발명은 수송 차량, 이동식 발전기, 또는 고정식 발전기에 사용하기에 적합한 연료 전지에 관한 것이고, 특히 본 발명은 연료 전지로부터 인접한 연료 전지로의 산성 전해질의 이동에 대한 배리어를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지는 공지되어 있고, 수소 함유 환원 유체 연료 및 산소 함유 산화 반응물 스트림으로부터 전류를 발생시켜서, 다양한 유형의 전기 장치에 전력을 공급하는 데에 사용된다. 많은 연료 전지에서는 인산과 같은 액체 전해질이 사용되고, 이러한 연료 전지는 일반적으로 반응물 및 배출 스트림을 전달하고 매니폴드와 관련 배관을 구비하는 공지된 연료 전지 스택을 형성하도록 다른 연료 전지에 인접해 있다.
인산 전해질 연료 전지는 종종 하나의 전지로부터 인접한 전지로의 산의 이동의 문제와 관련되어 있다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 노력이 있었다. 예를 들어, 로체 등이 공동 소유하고 있는 미국 특허 제5,079,104호와, 데크 등의 미국 특허 제5,156,929호, 로체 등의 미국 특허 제5,178,968호, 브레올트 등의 미국 특허 제5,270,132호, 브레올트 등의 미국 특허 제5,837,395호 및 브레올트 등의 미국 특허 제6,050,331호에 이러한 노력이 개시되어 있다.
이러한 인산 연료 전지는 반응물 스트림으로의 증발로 인한 산 손실과, 전지 구성요소에 의한 흡수로 인한 손실과, 전지 내의 재료와의 반응에 의한 손실을 수용하도록 잉여의 산을 포함하고 있다. 이러한 잉여의 산은 별개의 구성요소일 수 있는 전해질 저장판 내에 저장되고, 또는 전해질 저장 기능은 다공성 전극 기판 내에 통합될 수 있다. 연료 전지 내의 액체 전해질을 관리하는 것은 중요한 설계 과제이다.
공기 입구 및 공기 출구 매니폴드에 노출되어 있는 연료 전지의 평탄한 구성요소의 에지에서 탄소 함유 재료가 화학적 반응으로 인해 산화된다. 산화 범위는 전기화학적 포텐셜과, 수증기의 분압과, 국부적인 온도의 함수이다. 산화는 전지의 공기 출구 에지에서보다 더 높은 온도로 인하여 전지의 공기 입구 에지에서 일반적으로 더 강하다. 산화는 일반적으로 반응물 연료에 노출된 에지 상에서 최소이다.
탄소 함유 재료의 산화로 인하여 전지의 에지에서 재료가 습윤성으로 되어, 분리판 조립체의 에지를 따라 산성막이 생기게 된다. 이 산성막은 연료 전지의 에지를 따르는 이온 션트 전류 경로(ionic shunt current path)가 된다. 이 션트 전류 경로에 의해 양자(수소 이온)가 전지 서브스택의 양단부(positive end)로부터 전지 에지를 따라 서브스택의 음단부(negative end)까지 흐르게 된다. 연료 전지의 "서브스택(substack)"은 연료 전지 스택 내의 냉각판들 사이에 배치된 일반적으로 4-8 개의 전지군이다. 이 션트 전류에는 2가지 결과가 있다. 첫번째 결과는 션트 전류가 서브스택의 양단부에서 탄소 부식이 발생되도록 전해질 포텐셜을 낮추는 것이다. 탄소 부식은 전극 포텐셜이 대기압보다 높은, 상승된 반응물 압력에서 작동하는 연료 전지에 있어서 중요한 문제이다. 두번째 결과는 션트 전류로 인하여 서브스택의 음단부로부터 서브스택의 양단부로 음이온[이수소 인산(di-hydrogen phosphate)]이 유동하게 된다는 것이다. 수소 이온과 이수소 인산 이온은 서브스택의 양단부에서 결합된다. 이로 인하여 산은 서브스택의 양단부로부터 서브스택의 음단부로 스택의 에지를 따라서 펌핑된다. 이 산 펌핑의 결과는 음단부에서의 전지가 산의 손실로 인한 반응물 교차로 인해 작동되지 않고, 양의 전지가 잉여 산으로 인한 불량한 성능으로 인해 작동하지 않게 된다는 것이다. 전지로부터 전지로의 산 펌핑에 의해 연료 전지의 유효 수명이 상당히 감소하게 된다. 산 펌핑 문제는 작은 전해질 저장소를 가진 전지에 있어서 가장 심각하다.
도 1에는 "전지 1"과 "전지 2" 사이에서의 전술한 산 펌핑 또는 산 이동에 대한 개략도가 제공되는데, 여기서 이러한 전지는 연료 전지 스택 조립체(10) 내의 많은 연료 전지 중 2개일 수 있다. 본 명세서에서 "분리판 조립체"(18)로도 불리우는 "일체형 분리판"이 "전지 1"의 캐소드 전극(12)과 "전지 2"의 애노드 전극(14) 사이에 배치된다는 것에 유의하라. 분리판 조립체는 불투과성 층에 의해 분리된 인접한 전극 양자 모두를 위한 반응물 통로 유로를 형성하는 한편, 도 1에는 산이 어떻게 "전지 1"과 "전지 2" 사이에서 일체형 분리판의 에지를 따라서 막으로서 이동하는 가에 대해 개략적으로 도시되어 있다.
전술한 배경 기술의 단점 및 제한은 본 발명에 의해 극복된다. 본 발명은 수소 함유 환원 유체 연료 및 산소 함유 산화 반응물 스트림으로부터 전류를 발생시키기 위한 연료 전지를 포함하고 있다. 연료 전지는 인접한 액체 산성 전해질에 인접하도록 고정된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고 있다. 분리판 조립체가 하나의 전지의 캐소드 전극과 인접한 전지의 애노드 전극 모두에 인접하게 고정된다. 분리판 조립체는 분리판 조립체의 제1 접촉 표면에 인접한 제1 유로를 형성하고, 상기 제1 유로는 분리판 조립체의 리브들 사이에 형성된 적어도 하나의 유동 채널을 포함하여, 적어도 하나의 유동 채널이 제1 접촉 표면 아래에 형성되며, 제1 접촉 표면이 인접한 전극과 접촉하여 반응물 스트림 중 하나를 전극에 인접하게 안내한다. 분리판 조립체는 또한 각 유로의 각 측부 상에서 제1 접촉 표면을 따라서 분리판 조립체의 에지까지 연장되고, 유동 채널의 방향과 평행하게 연장되는 랜드 영역을 포함하고 있다.
산 이동에 대한 배리어가 분리판 조립체의 랜드 영역 내에 형성된 단차부 내에 고정되고, 배리어는 분리판 조립체의 에지로부터 에지와 유동 채널 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어는 대략 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils; 1mils은 0.001 인치이다) 사이의 거리만큼 분리판 조립체의 에지로부터 멀어지도록 연장된다. 배리어는 소수성 막과, 감압식 접착제(제조 보조물) 및 접합제를 포함하고 있다.
본 발명은 이하에서 첨부 도면에서 더 자세히 설명하는 산 이동에 대한 배리어를 이용하여 연료 전지로부터의 산 이동을 방지하기 위한 장치 및 방법을 포함하고 있다.
도 1은 "전지 1"로부터 "전지 2"와 관련된 션트 전류로부터의 산 이동의 전개와 전지의 구성요소를 보여주는 "전지 1" 및 "전지 2"에 대한 단순화된 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지에 대한 단순화된 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 도 2의 산 이동에 대한 배리어의 단순화된 부분 개략도이다.
도 4는 연료 전지 구성요소의 에지에서 산 전달을 방지하기 위한 구성 및 재료의 신속한 평가를 허용하기 위한 축소형 션트 전류 리그에 대한 단순화된 개략도이다.
도 5는 도 4의 축소형 션트 전류 리그 내의 분리판 조립체를 위한 "경과 시간"의 함수로서 "산 이동율..."을 도시하는 그래프이다.
도면을 자세히 참고하면, 연료 전지로부터의 산 이동에 대한 배리어를 가진 연료 전지(11)의 스택(10) 부분이 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 단순 개략도는 제1 연료 전지(11)(도 1의 "전지 1")의 캐소드 전극(12)과, 인접한 제2 전지(11)(도 1의 "전지 2")의 애노드 전극(14)을 포함하고 있다는 것을 주목하라. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 각 연료 전지는 또한 인산 또는 플루오로붕산(fluoroborate acid)과 같은 액체 산성 전해질을 함유하는 매트릭스(16)를 포함하고 있다.
분리판 조립체(18)가 하나의 전지(예를 들어, 전지 1)의 캐소드 전극(12)과 인접한 전지(예를 들어, 전지 2)의 애노드 전극(14) 사이에 고정되어 있다. 분리판 조립체(18)는 2008년 3월 6일자로 공개된 미국 특허 출원 공보 제2008/0057373 A1 호에 개시된 "연료 전지 분리판 조립체"의 개시내용에 따라 제조될 수 있고, 미국 특허 제4,734,906호의 도 1에 도시된 리브형 분리판의 형태를 취할 수 있다. 각 분리판 조립체(18)는 분리판 조립체(18)의 제1 접촉 표면(22)에 인접한 캐소드 유로와 같은 제1 유로(20)를 형성한다. 제1 유로(20)는 분리판 조립체(18)의 리브(26A, 26B)들 사이에 형성된 적어도 하나의 유동 채널(24)을 포함하여, 적어도 하나의 유동 채널(24)이 제1 접촉 표면(22)으로부터 내측으로 연장되고, 제1 접촉 표면(22)이 산화 반응물 스트림을 캐소드 전극(12)에 인접하게 안내하도록 인접한 캐소드 전극(12)과 접촉한다.
분리판 조립체(18)는, 분리판 조립체(18)의 에지(30)와 인접한 유동 채널(24) 사이에서 제1 접촉 표면(22)을 따라 연장되고, 유동 채널(24)과 평행하게 연장되는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 랜드 영역(28)을 포함하고 있다. 산 이동 배리어(32)가 분리판 조립체(18)의 랜드 영역(28) 내에 구획된 단차부(34) 내에 고정된다. 배리어는 분리판 조립체(28)의 에지(30)로부터 에지(30)와 인접한 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장된다. 또한, 배리어는 대략 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils) 사이의 거리만큼 분리판 조립체의 에지로부터 멀어지도록 연장된다. 배리어는 소수성 막(36)과, 감압식 접착제(38)와, 접합제(40)를 포함하고 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 소수성 막(36)은 폴리머 막으로 형성되는데, 이 폴리머 막은 전지 작동 온도 및 산 농도에서 액체 전해질과 90°보다 큰 접촉 각도를 가지며, 전지 작동 온도보다 적어도 50℃(90℉) 높은 용융점을 갖고, 연료 전지 스택(10)의 환경에서 10년 동안 화학적으로 안정하다. 적절한 배리어 막 재료로는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE), 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌(flluorinated ethylene propylene)(FEP), 및 폴리플루오로알록시 코폴리머 수지(polyfluoroaloxy co-polymer resin)(PFA)가 있다.
소수성 막(36)은 두께가 2mils(0.05mm)이거나 더 크고, 바람직하게는 두께가 2mils(0.05mm) 내지 5mils(0.13mm) 사이이다. 2mils 미만에서는 취급하기 너무 어렵고, 5mils를 초과하면 비용 및 구조의 문제가 있다.
감압식 접착제(38)(PSA)는 아크릴 또는 실리콘 접착제일 수 있고, 두께가 대략 0.025mm(대략 1mils)이다. 감압식 접착제(38)는 간단한 조립 보조물이다. 소수성 막은 바람직하게는 PSA로 코팅된 하나의 표면(44)을 갖고 있다.
접합제(40)는 연료 전지 스택(10)에 친화성이 있는 엘라스토머일 수 있고, 바람직하게는 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)이다. 적절한 플루오로엘라스토머로는 플루오렐(FLUOREL？), 비톤(VITON？), 및 플루오로라스트(FLUOROLAST？)가 있다. 플루오로엘라스토머 접합제(40)의 불소 함량은 인산 연료 전지(PAFC)에서 용인할 수 있는 부식 저항성을 갖도록 68%이거나 그보다 커야만 한다. 플루오로엘라스토머의 바람직한 두께는 0.5mils 내지 2.0mils(0.0127mm 내지 0.051mm) 사이이다. 0.5mils 미만에서는, 접합이 부적절하고, 2.0mils를 초과하면 스택의 초기 가열 동안에 엘라스토머 접합제(40)가 돌출되는 문제점이 있다. 엘라스토머 접합제(40)는 소수성 막(36), PSA(38), 또는 랜드 영역(28) 내의 단차부(34) 표면에 도포될 수 있다.
최적의 결과를 위해서, 소수성 막(36)이 양호한 산성 배리어(32)를 얻기 위해 랜드 영역(28)에 압축될 때 엘라스토머 접합제(40)가 경화되어야만 한다. 연료 전지 스택(10)은 플루오로엘라스토머 접합제(40)를 경화시키기 위해 1 시간 동안 175℃를 초과하게 가열되어야 한다. 이것은 스택(10)의 제1 가열 사이클 동안에 연료 전지 스택(10) 내에서 원 위치에서 수행될 수 있다. 연료 전지의 랜드 영역(28)에서의 축방향 힘은 일반적으로 345 kPa(50 psi)을 초과하고, 이것은 양호한 밀봉을 조성하기에 보다 적합하다. 대안으로서, 96년 12월자의 고온 바아 가열 밀봉과 같은 임의의 기법이 듀퐁 테크니컬 불리틴 H-55005-2에 도시되어 있고, 제조 공정 동안에 그리고 전지 조립에 앞서 접합을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
산 전달에 대한 배리어의 기학학적 형상이 전지 스택 내의 제조 공차 및 축방향 하중 고려에 의해 지정된다. 만대략 , 밀봉 랜드 영역(28)이 너무 두꺼우면, 활성 영역 내에 지나치게 압력이 작아져서, 매트릭스의 부적절한 압축으로 인해 전지 저항성 및 반응물 교차가 증가하게 된다. 만약 밀봉 랜드 영역(28)이 너무 얇으면, 에지 밀봉부 상에서의 압축이 부적절하게 되고, 반응물 누설이 일어나게 될 것이다. 제조하기 가장 용이한 구성은 단차부(34)의 폭이 랜드 영역(28)의 폭과 동일한 것이다. 또한, 구성은 랜드 영역(28)의 폭보다 작은 밀봉 단차부(34)의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 리브(22)의 높이에 대한 단차부(34)의 깊이는 소수성 막의 두께와 대략 동일(소수성 막 두께의 80% 내지 120%)해야 한다. 이러한 조합에 의해 에지 영역이 활성 영역보다 약간 두껍게 되고, 이는 허용가능한 것으로 증명되었다. 대안으로서, 배리어는 소정의 경우에 적합하다면 어떠한 단차부도 없이 랜드 영역에 접합될 수 있다. 임의의 단차부(34)는 배리어(32)가 접합되는 분리판 조립체(18)의 에지를 따라서만 형성되어야만 한다.
배리어(32)는 연료가 애노드(14)에 인접한 분리판 조립체로 유입되거나 유출되는 에지(30)에 고정되거나, 또는 산화제가 유동 채널(24)에서와 같이 분리판 조립체로 유입되거나 유출되는 에지에 고정될 수 있다. 추가로, 배리어(32)는 인접한 반응물 입구 또는 출구이거나, 또는 양자 모두일 수 있다.
배리어가 반응물 매니폴드 밀봉부(도시되어 있지 않음)와 간섭하지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 본 명세서에서, "대략"이라는 단어는 ±20%를 의미한다.
도 4에는 연료 전지(11) 구성요소의 에지에서 산 전달을 방지하기 위한 구성 및 재료를 상대적으로 신속하게 평가하기 위해 여기서 발명자에 의해 개발된 축소형 션트 전류 리그(sub-scale shunt current rig)(50)에 대한 단순화된 개략도가 도시되어 있다. 축소형 션트 전류 리그(50)는 인산 충전 매트릭스(54A, 54B)들 사이에 끼워져 있는 분리판 조립체(52)를 포함하고 있다. 인산 충전 매트릭스(54A, 54B)와 추가의 산 충전 매트릭스(74A, 74B)는 전극(56)과 전극(58) 사이의 가스 교차와 전기적 단락을 방지한다. 리그(50)의 목적은 분리판 조립체(52)의 에지(60) 상의 임의의 전해질 경로의 이온 저항성을 측정하는 것이다. 이것은 전극(56)과 전극(58) 양자 모두에 수소 가스를 배치하고, 직류 전류("DC") 파워 서플라이를 사용하여 수소 펌프로서의 전극(56, 58) 및 매트릭스(54A, 54B, 74A, 74B)를 포함하는 전지(62)를 작동시킴으로써 수행된다. 전지(62)를 관통하는 전류는 이온 션트 전류이고, 전지(62)를 가로지르는 전압 강하의 함수로서 측정된다. 전류에 의해 분할되는 전지 전압은 션트 전류 경로의 이온 저항성이다. 당업자는 이온 저항성을 특정 전해질, 전지 구성 및 작동 조건에 있어서 산 펌핑율(acid pumping rate)로 변환할 수 있다.
분리판 조립체(52)는 전극(58) 상에 수소를 배치하고 분리판 조립체(52)의 전극(56) 상에 질소를 배치함으로써 상승된 포텐셜 및 온도에서 시간이 경과된다. 포텐티오스태트(potentiostat)(도시되어 있지 않음)를 사용하여 전극(58) 포텐셜(수소 기준 전극)에 대한 분리판 조립체(52)의 포텐셜을 설정한다. 표준 시간 경과 조건은 175℃, 54℃의 물 이슬점 및 0.875V의 포텐셜이다. 이 시간 경과 조건은 165℃로 대략 0.650V에서 작동되는 인산 연료 전지(도시되어 있지 않음)의 공기 입구 에지(도시되어 있지 않음)에 대한 대략 270x의 가속 인자를 나타낸다. 따라서, 축소형 션트 전류 리그(50)에서의 1시간의 시간 경과는 정격 파워의 전지 스택(10)에서의 공기 입구에서 270 시간과 동일하다. 이 시간 경과 조건은 140℃로 0.650V에서 작동되는 연료 전지의 공기 출구 에지(도시되어 있지 않음)에 대한 대략 1140x의 가속 인자를 나타낸다. 따라서, 리그(50)에서의 1시간의 시간 경과는 정격 파워의 전지 스택(10)의 공기 출구에서 1140 시간과 동일하다. 축소형 션트 전류 리그(50)는, 전지(62)를 관통하는 수소, 질소 및 공기의 유동을 안내하기 위한 입구 및 출구 통로(도시되어 있지 않음)를 가진 제1 반응물 유로(64) 및 제2 반응물 유로(67)와, 분리판 조립체(52)에 연결되어 있는 금 와이어(65)와, 전지(62)를 밀봉하기 위한 TEFLON？ 개스킷(66A, 66B)과, 분리판 조립체(52)의 에지 둘레에서 질소의 유동을 안내하기 위한 통로(72)와, 입구 및 출구 통로(도시되어 있지 않음)를 가진 적층식 전해질 저장 판("LERP") 반응물 유로(70)와, 분리판 조립체(52B)의 인접한 대향 표면이 고정된 매트릭스 잉크를 구비하는 지르코니아 피복층(74A, 74B)을 비롯한 그 작동을 용이하게 하기 위한 다른 구성요소를 포함하고 있다.
도 5에는 노출된 에지(60)를 가진 분리판 조립체(52)의 경과 시간의 함수로서 산 펌핑 또는 "축소형 산 이동율..."이 도시되어 있다. 처리되지 않은 에지(60)는 높은 산 전달 속도로 개시되고, 산 전달 속도는 도 5에서 도면부호 79로 도시되어 있는 바와 같이 시간이 증가함에 따라 높은 상태로 유지된다. 또한, 전지(62)의 조립 이전에 접합제 엘라스토머(40)를 경화시키는 것이 해로운가를 확립하도록 테스트가 수행되었다. 2개의 예시적인 분리판 조립체가 에지(60)를 지나 대략 0.762mm(30mils) 연장되는 두께가 0.127mm(5mils)인 PTFE 막으로, 아크릴 PSA를 포함하는 PTFE 막으로, 그리고 분리판 조립체의 랜드 영역 상에 도포되는 대략 0.019mm(0.75mils)의 FLUOROLAST？으로 제조되었다. 하나의 조립체 내의 FLUOROLAST？를 190℃에서 2시간 동안 어떠한 압축 없이 경화시켰다. 다른 조립체는 션트 전류 리그 내에서 190℃에서 2시간 동안 대략 100psi의 압축 하중 하에서 경화되었다. 축소형 션트 전류 테스트는 양 조립체에서 수행되었고, 또한 도 5에 도시되어 있다. 가압 상태에서 경화된 조립체는 도 5의 도면부호 78로 도시되어 있는 바와 같이 낮은 산 이동율을 갖는다. 압축 없이 경화된 조립체는 도면부호 82로 도시되어 있는 바와 같이 더 높은 이동율을 갖는다.
다른 분리판 조립체가, 밀봉 영역에 도포된 0.019mm(0.75mils)의 FLUOROLAST？을 구비한 아크릴 PSA를 포함하고, 에지를 넘어서 대략 0.127mm(5mils) 연장되는 두께가 0.127mm(5mils)인 PTFE 막으로 제조되었다. 이 조립체는 션트 전류 리그 내에서 190℃에서 2시간 동안 대략 100psi의 압축 하중 상태에서 경화되었다. 축소형 션트 전류 테스트가 수행되었다. 도 5에서 도면부호 80에 의해 도시되어 있는 바와 같이 PTFE 막이 에지를 넘어서 0.127mm(5mils) 연장되는 조립체는, 도 5에 78로 도시되어 있는 바와 같이 PTFE 막이 0.75mm(30mils) 연장되는 조립체보다 상당히 더 큰 산 이동율을 갖는다.

Claims (40)

  1. 수소 함유 환원 유체 및 산소 함유 산화 반응물의 스트림으로부터 전류를 발생시키기 위한 연료 전지(11) 스택(10)이며,
    액체 산성 전해질을 유지시키도록 구성된 매트릭스 판(16)의 대향하는 평탄한 표면에 인접하게 고정된 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(14)을 구비하는 각각의 전지와,
    복수 개의 분리판 조립체(18)로서, 각각 전지 중 하나의 캐소드 전극과 인접한 전지의 애노드 전극에 접촉 상태로 고정되며, 각각의 분리판 조립체는 분리판 조립체의 제1 접촉 표면(22)과 인접한 제1 유로(20)를 형성하고, 제1 유로는 반응물 스트림 중 대응하는 하나를 전극 중 선택된 하나에 인접하게 안내하도록 분리판 조립체의 리브(24A, 24B) 사이의 제1 접촉 표면으로부터 내측으로 연장되는 하나 이상의 제1 유동 채널(24)을 포함하는, 복수 개의 분리판 조립체(18)를 포함하고,
    분리판 조립체의 인접한 에지(30)에 인접하고 평행한 각 분리판 조립체의 리브는 분리판 조립체의 인접한 에지(30)와 하나 이상의 유동 채널(24) 사이에서 제1 접촉 표면(22)을 따라 연장되고, 하나 이상의 유동 채널에 평행하게 연장되는, 랜드 영역(28)을 포함하는 연료 전지 스택에 있어서,
    각각의 분리판 조립체의 랜드 영역에 고정되고, 유동 채널(24)로부터 멀어지는 방향으로 각 분리판 조립체의 인접한 에지(30)로부터 멀어지도록 연장되는 산 이동에 대한 배리어(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    배리어(32)는 대략 0.051mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils) 사이만큼 분리판 조립체(18)의 인접한 에지(30)로부터 멀어지도록 연장되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  3. 제1항에 있어서,
    배리어(32)는 두께가 대략 0.051mm 내지 대략 0.127mm(대략 2mils 내지 대략 5mils) 사이인 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  4. 제1항에 있어서,
    배리어(32)는 소수성 폴리머 막인 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  5. 제4항에 있어서,
    배리어(32)는 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌 및 폴리플루오로알록시 코폴리머 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  6. 제1항에 있어서,
    단차부(34)가 랜드 영역(28) 내에 형성되고, 분리판 조립체(18)의 인접한 에지(30)로부터 인접한 에지(30)와 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장되며,
    단차부(34)에 배리어(32)가 고정되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 접촉 표면(22)의 내측방향으로의 단차부(34)의 깊이는 배리어(32)의 두께와 대략 동일한 것을 특징으로
    연료 전지 스택.
  8. 제1항에 있어서,
    단차부(34)와 배리어(32)는 인접한 에지(30)와 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부만큼 연장되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  9. 제1항에 있어서,
    단차부(34)와 배리어(32)는 인접한 에지(30)와 유동 채널(27) 사이의 거리 중 오직 일부만큼 연장되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  10. 제1항에 있어서,
    랜드 영역(28)은 제1 접촉 표면(22)과 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  11. 제1항에 있어서,
    랜드 영역(28)은 제1 접촉 표면(22) 아래에서 파여져 있는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  12. 제1항에 있어서,
    배리어(32)는 랜드 영역(28)에 접합되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  13. 제12항에 있어서,
    접합제(40)가 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)인 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  14. 제13항에 있어서,
    플루오로엘라스토머(40)는 대략 68 중량%보다 큰 불소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  15. 제13항에 있어서,
    플루오로엘라스토머(40)는 VITON？, FLUOREL？ 및 FLUOROLAST？로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  16. 제11항에 있어서,
    배리어(32)는 산소 함유 산화 반응물 스트림을 안내하는 상기 유동 채널(24) 중 일부에 인접한 랜드 영역(28)에만 고정되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  17. 제1항에 있어서,
    배리어(32)는 수소 함유 환원 유체 연료 스트림을 안내하는 상기 유동 채널(24) 중 일부에 인접한 랜드 영역(28)에만 고정되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  18. 제17항에 있어서,
    배리어(32)는 상기 분리판 조립체의 에지에 인접한 랜드 영역(28)에만 고정되고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련된 유동 채널(24)로 유입되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  19. 제15항에 있어서,
    배리어(32)는 상기 분리판 조립체의 에지에 인접한 랜드 영역(28)에 고정되고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련된 유동 채널(24)로 유입되고,
    배리어(32)는 상기 분리판 조립체의 에지에 인접하도록 랜드 영역(28)에 고정되고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련된 유동 채널(24)로 유출되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  20. 제1항에 있어서,
    각각의 분리판 조립체(18)는 상기 제1 접촉 표면과 대향하는 제2 접촉 표면에 인접한 제2 유로를 형성하고, 제2 유로는 선택된 전극을 제외한 상기 전극 중 하나에 인접하게 반응물 스트림 중 다른 하나를 안내하도록 분리판 조립체의 추가의 리브들 사이에서 제2 접촉 표면으로부터 내측으로 연장되는 하나 이상의 제2 유동 채널을 포함하며,
    분리판 조립체의 제2 인접한 에지와 인접하고 평행한 각각의 분리판 조립체의 추가의 리브는 분리판 조립체의 제2 인접한 에지와 하나 이상의 제2 유동 채널 사이에서 제2 접촉 표면을 따라 연장되고, 하나 이상의 제2 유동 채널에 평행하게 연장되는 제2 랜드 영역을 포함하는 연료 전지 스택에 있어서,
    산 이동에 대한 제2 배리어가 분리판 조립체의 제2 랜드 영역 내에 고정되고, 제2 유동 채널로부터 멀어지는 방향으로 분리판 조립체의 제2 인접한 에지로부터 멀어지도록 연장되는 것을 특징으로 하는
    연료 전지 스택.
  21. 스택 내의 연료 전지(11)들 사이의 액체 산성 전해질의 이동을 방지하는 방법이며,
    연료 전지는 액체 산성 전해질을 유지하기 위해 매트릭스(16)의 대향하는 평탄한 표면에 인접하게 고정된 캐소드 전극(112)과 애노드 전극(14)을 포함하고, 복수 개의 분리판 조립체(18)가 각각 전지 중 하나의 캐소드 전극과 인접한 전지의 애노드 전극에 접촉 상태로 고정되며, 각각의 분리판 조립체가 분리판 조립체의 제1 접촉 표면(22)과 인접한 제1 유로를 형성하고, 제1 유로는 전극 중 선택된 하나에 인접하게 반응물 스트림 중 대응하는 하나를 안내하도록 분리판 조립체의 리브(26A, 26B)들 사이에서 제1 접촉 표면으로부터 내측으로 연장되는 하나 이상의 유동 채널(24)을 포함하며, 분리판 조립체의 인접한 에지(30)와 인접하고 평행한 각각의 분리판 조립체의 리브는 분리판 조립체의 인접한 에지와 하나 이상의 유동 채널 사이에서 제1 접촉 표면을 따라 연장되고, 하나 이상의 유동 채널에 평행하게 연장되는 랜드 영역(28)을 포함하는 방법에 있어서,
    산 이동에 대한 배리어(32)를 랜드 영역(28)에 고정하는 고정 단계와, 유동 채널(24)로부터 멀어지는 방향으로 분리판 조립체의 인접한 에지(30)로부터 멀어지도록 연장되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 고정 단계는 분리판의 인접한 에지로부터 대략 0.127mm 내지 대략 2.0mm(대략 2mils 내지 대략 80mils) 사이만큼 멀어지도록 연장되는 배리어를 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 고정 단계는 두께가 대략 0.051mm 내지 대략 0.127mm(대략 2mils 내지 대략 5mils) 사이에 있는 배리어(32)를 고정하는 단계를 포함하는
    방법.
  24. 제21항에 있어서,
    인접한 에지와 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 인접한 에지(30)로부터 연장되는 랜드 영역(28) 내에 단차부(34)를 형성하는 단계와,
    배리어(32)를 단차부(34) 내에 고정시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  25. 제25항에 있어서,
    단차부(34)는 배리어(32)의 두께와 대략 동일한 제1 접촉 표면(22) 내측방향으로의 깊이로 형성되는
    방법.
  26. 제24항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 인접한 에지(30)와 유동 채널(24) 사이의 거리의 전부만큼 연장되는 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하는
    방법.
  27. 제24항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 인접한 에지(30)와 유동 채널(24) 사이의 거리 중 오직 일부만큼 연장되는 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하는
    방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 고정 단계는 소수성 폴리머 막의 배리어(32)를 고정하는 단계를 포함하는
    방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 폴리머 막은 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌 및 폴리플루오로알록시 코폴리머 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 고정 단계는 단차부(34)에 배리어(32)를 접합시키는 단계를 포함하는
    방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 고정 단계는 플루오로엘라스토머에 의해 단차부(34)에 배리어(32)를 접합시키는 단계를 포함하는
    방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 고정 단계는 대략 68 중량% 보다 큰 불소 함량을 가진 플루오로엘라스토머로 단차부(34)에 배리어(32)를 접합시키는 단계를 포함하는
    방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 고정 단계는 VITON？, FLUOREL？ 및 FLUOROLAST？로부터 선택된 플루오로엘라스토머로 단차부(34)에 배리어(32)를 접합시키는 단계를 포함하는
    방법.
  34. 제21항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 산소 함유 산화 반응물 스트림을 안내하는 상기 유동 채널 중 일부에 인접한 랜드 영역에만 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하는
    방법.
  35. 제35항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 수소 함유 환원 유체 연료 스트림을 안내하는 상기 유동 채널(24) 중 일부에 인접한 랜드 영역에만 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하는
    방법.
  36. 제35항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 상기 분리판 조립체의 에지에 인접한 랜드 영역에만 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련 유동 채널(24)로 유입되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  37. 제35항에 있어서,
    단차부(34)를 형성하고, 상기 분리판 조립체의 에지에 인접한 랜드 영역에 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련 유동 채널(24)로 유입되고,
    상기 분리판 조립체의 에지에 인접한 랜드 영역에 배리어(32)를 고정시키는 단계를 포함하고, 상기 에지를 통해 산소 함유 산화 반응물 스트림이 관련 유동 채널(24)로 유출되는 것을 특징으로 하는
    방법.
  38. 제21항에 있어서,
    각각의 분리판 조립체(18)는 상기 제1 접촉 표면과 대향하는 제2 접촉 표면에 인접한 제2 유로를 형성하고, 제2 유로는 선택된 전극을 제외한 상기 전극 중 하나에 인접하게 반응물 스트림 중 다른 하나를 안내하도록 분리판 조립체의 추가의 리브들 사이에서 제2 접촉 표면으로부터 내측으로 연장되는 하나 이상의 제2 유동 채널을 포함하는 방법에 있어서,
    제2 인접한 에지로부터 인접한 에지와 제2 유동 채널 사이의 거리의 전부 또는 일부만큼 연장되는 제2 랜드 영역 내에 제2 단차부를 형성하는 단계와,
    산 이동에 대한 제2 배리어를 단차부 내에 고정하고, 제2 유동 채널로부터 멀어지는 방향으로 분리판 조립체의 제2 인접한 에지로부터 멀어지도록 연장되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  39. 제21항에 있어서,
    상기 방법은 매트릭스(16) 내에 인산 및 플루오로붕산(fluoroborate acid)으로부터 선택되는 액체 산성 전해질을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방법.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스(16)는 인산 및 플루오로붕산(fluoroborate acid)으로부터 선택된 액체 산성 전해질을 포함하는
    방법.
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