KR20130010414A - 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 활성화 공정중 셧 다운 단계에서, 진공 습윤 방법을 도입하여 활성화에 소요되는 시간 및 수소 사용량을 획기적으로 단축시킬 수 있도록 한 진공 습윤을 이용한 연료전지 스택 활성화 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 연료전지 스택의 활성화 방법에 있어서, 연료전지 스택을 가습시키고 개로 전압 상태에서 연료전지 스택을 운전하는 고가습 개로 전압 운전 단계와; 연료전지 스택 내부에 진공분위기를 형성하여 고분자 전해질 막의 표면을 습윤시키는 진공 습윤 단계;를 포함하며, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 교대로 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 이러한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계의 반복 실시가 종료된 후, 연료전지 스택의 밀봉 보관 단계를 더 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
그러므로, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법에서는 기존 활성화 공정에 비하여 이온전도도를 효과적으로 향상시킴으로써 실제 활성화에 사용되는 수소소모량을 획기적으로 저감시킬 수 있으며, 활성화에 소요되는 시간을 기존에 비하여 크게 단축시킬 수 있다.

Description

연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법{Apparatus and method for activating fuel cell}
본 발명은 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 활성화 공정중 셧 다운 단계에서, 진공 습윤 방법을 도입하여 활성화에 소요되는 시간 및 수소 사용량을 획기적으로 단축시킬 수 있도록 한 진공 습윤을 이용한 연료전지 스택 활성화 장치 및 방법에 관한 것이다.
전 세계적인 환경오염문제에 대한 관심과 CO2규제로 인한 친환경 차량개발이 필수적으로 요구되고 있으며, 이로 인해 환경오염을 일으키는 내연기관 자동차를 대체하기 위하여 친환경적이면서 효율이 뛰어난 연료전지 차량이 주목받고 있다.
연료전지 차량의 핵심인 연료전지 스택의 조립 후, 정상 상태의 성능을 발휘하기 위해서는 3상의 전극반응 면적 확보, 고분자 전해질 막 또는 전극의 불순물 제거, 고분자 전해질 막의 이온전도성 향상을 목적으로 스택 활성화 공정이 진행된다.
특히 연료전지 스택의 조립 제작 후, 초기 운전시에는 전기 화학 반응에서 그 활성도가 떨어지므로, 정상적인 초기 성능을 최대한 확보하기 위해서 반드시 스택 활성화(Activation)라는 공정을 진행해야 한다.
이러한 스택 활성화 공정은 프리-컨디셔닝(Pre-conditioning) 또는, 브레이크 인(break-in)으로 불리기도 하며, 그 목적은 반응에 참여하지 못하는 촉매를 활성화시키고, 전해질 막 및 전극내 포함된 전해질을 충분히 수화시켜 수소이온 통로를 확보하는데 있다.
종래의 스택 활성화 방법에 대한 일례로서, 도 1에서는 고전류 밀도와 셧다운 상태로 구성된 펄스공정에 의한 스택 활성화 방법을 나타내고 있다.
첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 스택 활성화 방법에서는 고전류 밀도 방전과 셧다운(shut-down) 상태로 구성된 펄스 방전을 수회 내지 수십회 반복 실시하도록 구성되며, 이러한 종래 스택 활성화 방법을 이용하는 경우 220셀 서브모듈 기준으로 약 1시간 30분에서 2시간 정도 공정 시간이 소요된다.
좀 더 구체적으로, 종래의 스택 활성화 방법은 고전류밀도(1.2 또는 1.4A/㎠)를 3분 동안 방전하는 과정과, 셧다운 상태에서 5분 동안 펄스 방전이 이루어지는 과정을 11회 정도 반복 실시하여 이루어진다.
그러나, 이러한 펄스 방전을 통한 활성화 공정에서는 그 공정시간 뿐만 아니라 사용되는 수소량도 증가하는 단점이 있다.
즉, 셧다운(Shut-Down) 상태에서 펄스 방전을 이용하는 기존의 스택 활성화 방법은 연료전지의 내부 물 유동에 변화를 주어 활성화 속도가 증가하는 잇점이 있는 반면, 220셀 서브모듈 기준으로 활성화에 소요되는 시간은 약 105분, 수소사용량은 약 2.9kg가 소요되어, 공정시간이 너무 오래 걸리고, 수소 소모량이 많이 소요되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법에 있어서, 기존 활성화 공정에 비하여 이온전도도를 효과적으로 향상시킴으로써 실제 활성화에 사용되는 수소소모량을 획기적으로 저감시킬 수 있으며, 활성화에 소요되는 시간을 기존에 비하여 크게 단축시킬 수 있도록 진공 습윤을 이용한 연료전지 스택 활성화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 연료전지 스택의 활성화 방법에 있어서, 연료전지 스택을 가습시키고 개로 전압(Open Circuit Voltage, OCV) 상태에서 연료전지 스택을 운전하는 고가습 개로 전압 운전 단계와; 연료전지 스택 내부에 진공분위기를 형성하여 고분자 전해질 막의 표면을 습윤시키는 진공 습윤 단계;를 포함하며, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 교대로 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 진공 습윤 단계에서는 연료전지 스택 내부의 진공분위기를 형성하기 위하여 수소 및 공기의 공급을 차단하고, 전류를 인가하여 스택 내부의 잔여 가스를 소모시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 상기 진공 습윤 단계는 일정한 주기로 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계는 2 ~ 5분 사이에서 미리 설정된 시간 동안 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 진공 습윤 단계는 2 ~ 5분 사이에서 미리 설정된 시간 동안 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계에서는 100% 이상의 상대습도로 가습이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 상기 진공 습윤 단계의 반복 실시가 종료된 후, 연료전지 스택의 밀봉 보관 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 제공한다.
또한, 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서, 연료전지 스택에 수소를 공급하기 위한 수소 공급 장치와, 연료전지 스택에 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치와, 연료전지 스택을 가습하기 위한 가습기를 포함하여 이루어지는 활성화 본체와; 상기 활성화 본체를 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지고, 상기 제어기는 연료전지 스택에 대한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 교대로 반복 실시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 상기 활성화 본체에는 연료전지 스택에 수소 및 공기가 유동할 수 있도록 연결가능한 시험 매니폴드가 형성되고, 상기 시험 매니폴드에는 연료전지 스택을 상기 활성화 본체에 장착시키기 위한 스택 도킹 유니트가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 활성화하고자 하는 연료전지 스택을 운반하기 위한 스택 운반 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치를 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법에서는 고출력 전류를 인가하는 공정을 삭제하고, 고가습 운전 공정 및 진공 습윤 공정을 도입하고, 공정 반복 횟수를 크게 감소시킴으로써 스택 활성화에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스택 활성화를 위하여 소모되는 수소량을 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 연료전지 스택 활성화 방법을 설명하는 공정도이고,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택 활성화 방법을 설명하는 공정도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 스택 활성화 방법에서의 밀봉 보관 단계를 통하여 활성화도가 개선되는 것을 나타내는 그래프로서, 도 3은 밀봉 보관일 경과에 따른 전류밀도와 전압의 관계를 도시하고 있이며, 도 4는 밀봉 보관일의 경과에 따른 개로 전압과 저항의 변화를 도시하고 있는 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있는 구성도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 종래의 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법을 개선하여 스택 내부에 액적을 도입하는 가습 공정 및 스택 내 잔여 가스를 소모하여 진공 분위기를 형성하는 진공 습윤 공정을 반복 실시함으로써 극히 적은 량의 수소로 짧은 시간 내에 연료전지 스택의 활성화를 달성할 수 있는 연료전지 스택의 활성화 장치 및 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 구현예에 해당하는 연료전지 스택의 활성화 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이러한 연료전지 스택의 활성화 장치에 관하여 개략적으로 설명하면, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에서는 자동 조립 설비 등을 통해 제작된 연료전지 스택을 활성화시키는 장치로, 이러한 연료전지 스택의 활성화 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 활성화를 위한 활성화 본체(100)와, 제작된 연료전지 스택(400)을 운반하는 스택 운반 유니트(300)와, 상기 스택 운반 유니트에 의하여 운반되어온 연료전지 스택을 활성화 장비에 장착시키는 스택 도킹 유니트(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 스택 도킹 유니트(200)는 상기 활성화 본체에 전기적으로 연결되어 연료전지 스택이 운전가능하도록 구현되며, 특히 활성화 본체에 형성된 시험 매니폴드(110)에 연결되어 활성화 본체 내의 수소 및 공기가 연료전지 스택 내로 유동할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 활성화 본체는 스택 활성화를 위한 일정한 조건을 제공할 수 있도록 구성된 것으로, 이러한 활성화 본체는 후술할 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 교대로 반복 실시되도록 제어되며, 이를 위하여 수소 공급 장치, 공기 공급 장치, 가습기와 함께 이들을 제어하기 위한 제어기를 포함하도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에 포함되는 상기 활성화 본체(100)에서는 스택 내 진공을 형성하기 위한 구성을 포함하도록 구성되는 바, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 진공 형성을 위하여 스택 내로 유입되는 수소와 공기 및 액적의 공급을 차단하기 위한 유로 차단 수단을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 장치에서는 상기 유로 차단 수단에 의하여 스택 내로 유입되는 수소와 공기 등의 공급을 차단된 상태에서, 일정한 부하를 가하여 스택 내부에서 잔존하고 있는 잔여 가스를 소모시킴으로써 스택 내의 진공을 형성할 수 있도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서의 상기 활성화 본체(100)에 포함되는 제어기는 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 교대로 반복 실시하도록 제어하게 된다. 이를 위하여 상기 제어기는 상기 개로 전압 운전 단계에서는 수소 공급 장치, 공기 공급 장치 및 가습기를 구동시킨 상태에서 개로 전압(OCV) 운전을 수행하도록 제어하게 된다. 또한, 진공 습윤 단계에서는 상기 유로 차단 수단에 의하여 연료전지 스택 내로 유입되는 수소와 공기의 공급을 차단하고 부하를 가함으로써 스택의 진공 습윤을 달성하게 되며, 이러한 단계들은 미리 설정된 횟수만큼 상기 제어기에 의하여 반복 실시되게 된다.
한편, 이와 같은 연료전지 스택의 활성화 장치를 이용한 연료전지 스택의 활성화 방법에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법은 종래 연료전지 스택의 활성화를 위하여 필수적으로 적용되었던 고전류 밀도의 운전 구간을 공정에서 제거하는 한편, 무출력 상태에서 진공을 이용하여 고분자 전해질 막의 이온전도성을 향상시키도록 구성된다. 이를 통해 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 수소를 거의 소모하지 않고도 짧은 시간 내에 연료전지 스택의 활성화 공정을 완료할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법은 고가습 개로 전압(Open Circuit Voltage, OCV) 운전 단계 및 진공 습윤 단계로 구분되는 두가지 단계를 포함하고 있으며, 이러한 두가지 단계가 반복됨에 따라 연료전지 스택의 활성화가 이루어지게 된다.
상기한 고가습 개로 전압 운전 단계는 활성화를 위하여 액적을 스택 내부에 도입하기 위한 단계이며, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 이후에 진행되는 진공 습윤 단계는 스택 내 진공분위기 형성을 통한 습윤으로 고분자 전해질 막의 이온전도성을 향상시키기 위하여 수행되는 단계이다.
이와 같은 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 고전류 출력 구간을 포함하는 기존의 활성화 방법과는 달리, 기본적으로 무출력 상태에서 이루어지도록 구성되는 바 고전류 출력 구간이 제외된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 이러한 고전류 출력 없이 진공만을 이용할 경우, 고전류 출력을 이용하는 종래 기술 대비 100% 활성화가 이루어지지 않고 대략 90% 수준에서의 활성화 정도를 보이게 되는 바, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 반복되는 부분 활성화 공정을 진행한 다음, 밀봉 보관 단계를 더 거치도록 함으로써 목적하는 수준의 연료전지 스택의 활성화를 달성하기 위한 추가 활성화 공정을 진행하도록 구성할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 반복되는 부분 활성화 공정 및 밀봉 보관 단계를 포함하는 추가 활성화 공정을 연속적으로 진행함으로써 연료전지 스택의 활성화를 완료하도록 구현할 수 있다.
도 2는 이와 같은 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 포함하는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법의 바람직한 일실시예를 도시한 것이다.
도 2에 도시되어 있는 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법의 바람직한 일실시예에서는 상술한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 일정한 주기에 따라 주기적으로 반복 수행됨으로써 연료전지 스택의 활성화가 진행되고 있는 예르 도시하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서 각 단계가 반복 수행되는 일정한 주기는 각 단계가 수행되는 시간에 따라 결정된다. 이와 관련, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 상기 진공 습윤 단계는 활성화를 위하여 각각 2 ~ 5분 사이에서 미리 설정된 시간 동안 반복적으로 수행되도록 구성함이 바람직하다.
도 2에 따른 실시예의 각 단계가 진행되는 과정을 보다 상세하게 살펴보면, 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 실시예에서는 최초 3분 동안 스택 내부로 액적을 도입하기 위한 고가습 개로 전압 운전 단계가 수행된다.
이러한 고가습 개로 전압 운전 단계에서는 종래 기술에 비하여 상대적으로 더 높은 상대 습도 상태에서 충분한 가습이 이루어지도록 진행되도록 구성되는 바, 바람직하게는 100% 이상의 상대 습도에서 연료전지 스택이 운전되는 단계에 해당된다.
한편, 첨부된 도 2에서의 예는 가습기 온도를 75도로 설정하고, 냉각수 온도를 30도로 설정하여 고가습 운전을 수행한 것으로, 이러한 설정 온도에 따른 운전 조건은 상대 습도 800%에 해당된다.
그러므로, 본 발명에서의 고가습 개로 전압 운전 단계에서는 개로 전압 상태에서 수소 및 공기를 공급하여 연료전지 스택을 운전하게 된다.
다음으로, 상기 고가습 개로 전압 운전 단계 이후, 스택 내 진공분위기 형성을 통하여 연료전지 스택의 습윤을 달성하도록 3분간의 진공 습윤 단계가 진행된다.
본 단계는 상술한 고가습 개로 전압 운전 단계가 진행된 이후, 수소 및 공기의 공급을 차단하고 잔존 가스를 소모시킴으로써 진공분위기를 형성하는 단계이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 이러한 진공 습윤 단계가 수행됨에 있어서, 스택 내로 유입되는 수소와 공기의 공급을 차단하는 한편, 스택 내부에서 잔존하고 있는 잔여 가스를 소모시키기 위하여 일정한 부하를 적용하도록 구성된다. 이러한 진공 습윤 단계를 통하여, 스택 내부에 대한 진공분위기를 형성하고 이를 통해 연료전지 스택의 습윤을 구현하게 된다.
그러므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 진공 습윤 단계가 수행됨에 있어서, 예를 들어, 5A 전류를 인가하여 스택 내 잔존하고 있는 반응가스가 조기에 소모되도록 하여 연료전지 스택 내부에 진공분위기를 유도하게 된다.
이러한 진공 습윤 단계를 통하여 고분자 전해질 막은 쉽게 팽창(swelling)될 수 있고, 이러한 고분자 전해질 막의 팽창은 막의 기공 내에 물의 흡수가 유리하게 이루어지도록 막의 표면 구조를 변화시키되, 물 이동에 적합한 SO3- 고분자 구조가 막 표면으로 용이하게 배열하는 구조로 변화시키게 된다. 이에 따라, 고분자 전해질 막의 수분 흡수(water uptake) 능력이 향상될 수 있고, 결국 고분자 전해질 막의 이온전도성을 향상시킬 수 있다.
즉, 고분자 전해질 막의 나노 크기 미세 기공으로 액적(Liquid water) 확산이 이루어지고, 그에 따라 고분자 전해질 막이 스웰링됨과 더불어, 막 표면의 작용기(SO3-H+)가 증대되어, 결국 고분자 전해질 막의 수분 흡수(water uptake) 능력이 향상될 수 있고, 결국 고분자 전해질 막의 이온전도도(S/cm)를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 기존의 스택 활성화 공정에서는 고분자 전해질 막내 물의 흐름이 제한적이지만, 상기와 같이 진공 습윤 공정을 실시함으로써, 고분자 전해질 막에서 물이 보다 여러 방향으로 자유롭게 확산되면서 다양한 경로를 통하여 막의 기공내에 침윤(wetting)되어, 결국 수소이온(proton)의 이동이 보다 용이해져 전극막 활성화 가속화 효과를 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 이러한 활성화 가속화 효과를 통하여 기존에 비하여 짧은 시간 동안에 활성화를 달성할 수 있게 된다.
도 2의 실시예에서는 3분 동안의 고가습 개로 전압 운전 단계와 3분 동안의 진공 습윤 단계를 모두 9회 반복하여 스택 활성화를 달성할 수 있게 되는 실시예이다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 이러한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계의 반복으로 스택의 활성화를 도모한 다음, 추가적인 스택 활성화를 진행하기 위한 부가 단계가 더 수행될 수 있도록 구현될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 위와 같이 두 가지 단계가 반복되는 활성화 공정을 수행한 이후, 추가적으로 연료전지 스택을 밀봉하여 장시간 보관하는 밀봉 보관 단계를 수행함으로써 부가적인 스택 활성화를 달성할 수 있게 된다.
첨부된 도 3 및 도 4는 이러한 밀봉 보관 단계를 통한 성능 변화를 도시하고 있다.
도 3에서는 보관일 경과에 따른 전류밀도와 전압의 관계를 도시하고 있는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 활성화 후를 기점으로 밀봉 보관 기간이 경과함에 따라 추가적인 스택의 활성화를 통하여 전류밀도에 대한 스택 전압이 증가하고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에서는 보관일의 경과에 따른 개로 전압과 저항의 변화를 도시하고 있는 것으로, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 밀봉 보관일이 경과함에 따라 개로 전압은 증가하고, 저항은 감소하는 경향을 보이고 있어, 보관일의 기간 경과에 따라 활성화도가 개선되고 있음을 알 수 있다.
이러한 밀봉 보관 단계에서의 추가 활성화는 밀봉 보관 과정에서 스택 내 수소-산소 반응으로 인하여 진공 분위기가 형성되어, 물이 전해질 막의 서브마이크로 기공 구조로 쉽게 확산되어 물 이동에 적합한 SO3- 고분자 구조가 수소이온 이동에 용이하게 배열함으로써 활성화를 달성하는 것으로 이해된다.
그러므로, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에서는 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 반복 실시함으로써 스택 활성화에 소요되는 시간을 크게 절감할 수 있으며, 연료전지 스택의 활성화에 소요되던 수소량을 크게 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택의 활성화 방법에 의하면 추가적인 활성화를 위한 밀봉 보관 단계를 더 거침으로써 전술한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 포함하는 부분 활성화 공정 이후에 추가적으로 활성화도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
100: 활성화 본체 110: 시험 매니폴드
200: 스택 도킹 유니트 300: 스택 운반 유니트
400: 연료전지 스택

Claims (10)

  1. 연료전지 스택의 활성화 방법에 있어서,
    연료전지 스택을 가습시키고 개로 전압(OCV) 상태에서 연료전지 스택을 운전하는 고가습 개로 전압 운전 단계와;
    연료전지 스택 내부에 진공분위기를 형성하여 고분자 전해질 막의 표면을 습윤시키는 진공 습윤 단계;를 포함하며,
    상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계를 교대로 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 습윤 단계에서는 연료전지 스택 내부의 진공분위기를 형성하기 위하여 수소 및 공기의 공급을 차단하고, 전류를 인가하여 스택 내부의 잔여 가스를 소모시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 상기 진공 습윤 단계는 일정한 주기로 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고가습 개로 전압 운전 단계는 2 ~ 5분 사이에서 미리 설정된 시간 동안 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 진공 습윤 단계는 2 ~ 5분 사이에서 미리 설정된 시간 동안 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고가습 개로 전압 운전 단계에서는 100% 이상의 상대습도로 가습이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고가습 개로 전압 운전 단계 및 상기 진공 습윤 단계의 반복 실시가 종료된 후, 연료전지 스택의 밀봉 보관 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 방법.

  8. 연료전지 스택의 활성화 장치에 있어서,
    연료전지 스택에 수소를 공급하기 위한 수소 공급 장치와, 연료전지 스택에 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치와, 연료전지 스택을 가습하기 위한 가습기를 포함하여 이루어지는 활성화 본체와;
    상기 활성화 본체를 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지고,
    상기 제어기는 연료전지 스택에 대한 고가습 개로 전압 운전 단계 및 진공 습윤 단계가 교대로 반복 실시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 활성화 본체에는 연료전지 스택에 수소 및 공기가 유동할 수 있도록 연결가능한 시험 매니폴드가 형성되고, 상기 시험 매니폴드에는 연료전지 스택을 상기 활성화 본체에 장착시키기 위한 스택 도킹 유니트가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    활성화하고자 하는 연료전지 스택을 운반하기 위한 스택 운반 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 활성화 장치.



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