KR20140035621A - Parallel fuel cell stack and fuel cell comprising the same - Google Patents

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KR20140035621A
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최성호
김혁
이상우
노태근
성경아
김도영
민민규
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Abstract

The present invention relates to a parallel fuel cell stack and a fuel cell including the same. The parallel fuel cell stack and the fuel cell including the same according to one embodiment of the present invention reduce the probability of defects in the fuel cell and allows the control of a desired potential value with a current value. The parallel fuel cell stack of the present invention includes a stack membrane electrode assembly, a partition plate, and an end plate.

Description

병렬형 연료전지 스택 및 그를 포함하는 연료전지{PARALLEL FUEL CELL STACK AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}PARALLEL FUEL CELL STACK AND FUEL CELL COMPRISING THE SAME}

본 출원은 병렬형 연료전지 스택 및 그를 포함하는 연료전지에 관한 것이다.The present application relates to a parallel fuel cell stack and a fuel cell including the same.

최근 휴대용 전자기기 및 무선통신기기의 급격한 보급으로 인해, 휴대용 전원 공급원인 배터리로서의 연료전지 개발, 무공해 자동차용 연료전지 및 청정 에너지원으로서 발전용 연료전지의 개발에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, due to rapid diffusion of portable electronic devices and wireless communication devices, much attention and research have been made on the development of a fuel cell as a portable power source battery, a fuel cell for a pollution-free vehicle, and a fuel cell for power generation as a clean energy source.

연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 즉, 연료전지는 연료가스와 산화제를 사용하고, 이들의 산화환원 반응 중에 발생하는 전자를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식으로서, 높은 에너지 효율성과 오염물의 배출이 적은 친환경적인 특징으로 인하여 차세대 에너지원으로 연구 개발되고 있다.A fuel cell is an energy conversion device that converts chemical energy of a fuel directly into electrical energy. That is, a fuel cell uses a fuel gas and an oxidizing agent and generates electricity using electrons generated during the oxidation / reduction reaction. As a result, the fuel cell has a high energy efficiency and an environment- Research and development.

고분자 전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 낮은 작동온도, 고체 전해질 사용으로 인한 누수 문제 배제, 빠른 구동 등의 장점으로 휴대용, 차량용, 및 가정용 전원장치로 각광을 받고 있다. 또한 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서 100 ℃ 미만의 온도에서 작동되고 구조가 간단하며 빠른 시동과 응답 특성, 및 우수한 내구성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 수소 이외에서 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 높은 출력 밀도로 소형화가 가능하기 때문에 휴대용 연료전지로의 연구가 계속 진행되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs) have been spotlighted as portable, automotive, and home power supplies for their low operating temperatures, elimination of leaks due to the use of solid electrolytes, and fast operation. In addition, it is a high-output fuel cell having a higher current density than other types of fuel cells, and is operated at a temperature of less than 100 ° C, has a simple structure, has a fast start-up and response characteristics, and has excellent durability. Can be used as fuel. In addition, miniaturization can be achieved with a high output density, and research on a portable fuel cell continues.

이러한 연료전지의 단위전지 구조는 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 양쪽에 애노드 및 캐소드가 도포되어 있는 구조를 이루고 있는데 이를 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)라 칭한다. 이 막 전극 접합체(MEA)는 수소와 산소의 전기화학적 반응이 일어나는 부분으로써 애노드와 캐소드 그리고 전해질막, 즉 이온 전도성 전해질막으로 구성되어 있다.The unit cell structure of the fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are coated on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer material, which is called a membrane electrode assembly (MEA). This membrane electrode assembly (MEA) is an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and consists of an anode, a cathode, and an electrolyte membrane, that is, an ion conductive electrolyte membrane.

고분자 전해질 연료전지에서 막 전극 접합체로 이루어진 각각의 단위 전지는 상대적으로 낮은 전위 값을 가지므로, 전위 값을 높이고 원하는 전력 밀도값을 얻기 위해 막 전극 접합체가 여러 층으로 적층된 스택(stack)을 구성하게 된다. 이때, 원하는 전위 값을 얻기 위해 효율적인 적층 방법을 개발할 필요가 있었다.In the polymer electrolyte fuel cell, each unit cell composed of the membrane electrode assembly has a relatively low potential value, and thus, a stack in which the membrane electrode assembly is stacked in several layers to increase the potential value and obtain a desired power density value is obtained. Done. At this time, it was necessary to develop an efficient lamination method to obtain a desired dislocation value.

한국 공개 특허 제 10-2009-0092592 호Korea Patent Publication No. 10-2009-0092592

본 출원이 해결하고자 하는 과제는 원하는 전위 값을 얻기 위해 효율적인 막 전극 접합체의 적층 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present application is to provide an efficient method of laminating a membrane electrode assembly in order to obtain a desired potential value.

본 출원의 일 실시상태는 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체; 각각의 막 전극 접합체 사이마다 구비된 분리판; 및 엔드 플레이트를 포함하고, 애노드 유체와 캐소드 유체의 공급 위치 조절로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택을 제공한다.One embodiment of the present application is a plurality of continuously arranged membrane electrode assembly; A separator provided between each membrane electrode assembly; And an end plate, the parallel fuel cell stack being connected in parallel with the supply position control of the anode fluid and the cathode fluid.

본 출원의 일 실시상태는 상기 병렬형 연료전지 스택을 포함하는 연료 전지를 제공한다.An exemplary embodiment of the present application provides a fuel cell including the parallel fuel cell stack.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택은 직렬 연결과 병렬 연결을 모두 포함하기 때문에 연료전지의 결함 발생 가능성을 낮추고 원하는 전위 값을 전류 값으로도 조절이 가능하여 효율적이다.Since the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application includes both series connection and parallel connection, it is possible to reduce the possibility of defects in the fuel cell and to adjust the desired potential value to the current value.

도 1은 연료전지의 전기 발생 원리를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에서 분리판에 공급되는 전극 유체에 따라 막-전극 접합체의 전극이 연결된 회로 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 도 3의 구조와 동일한 회로 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 출원의 일 실시상태에 따른 연료전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
1 is a view for explaining the principle of electricity generation of the fuel cell.
2 illustrates a parallel fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present application.
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit structure in which electrodes of a membrane-electrode assembly are connected according to an electrode fluid supplied to a separator in FIG. 2.
4 shows the same circuit structure as the structure of FIG.
5 is a view schematically showing the structure of a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present application.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시상태들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 실시상태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시상태들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.Advantages and features of the present application, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present application is not limited to the embodiments disclosed below but may be embodied in various forms, and the present embodiments are only provided to complete the disclosure of the present application, and the general knowledge in the technical field to which the present application belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present application is defined only by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of the components shown in the figures may be exaggerated for clarity of description.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 출원을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present application will be described in detail.

본 출원의 일 실시상태는 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체; 각각의 막 전극 접합체 사이마다 구비된 분리판; 및 엔드 플레이트(end plate)를 포함하고, 애노드 유체와 캐소드 유체의 공급 위치 조절로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택을 제공한다. One embodiment of the present application is a plurality of continuously arranged membrane electrode assembly; A separator provided between each membrane electrode assembly; And an end plate (end plate), and provides a parallel fuel cell stack, characterized in that connected in parallel by adjusting the supply position of the anode fluid and the cathode fluid.

상기 막 전극 접합체는 전해질의 양 측에 전극을 구비한다. 전극 중 연료인 애노드 유체가 공급되는 전극인 애노드는 산화극 또는 연료극이라고 하고, 애노드에서는 연료가 공급되어 수소의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+)과 전자를 발생시킨다. 전극 중 캐소드 유체가 공급되는 전극인 캐소드는 환원극, 산소극 또는 공기극이라고 하고, 캐소드에서는 고분자 전해질막을 통과한 수소 이온과 산소가 결합하여 산소의 환원 반응에 의해 물이 생성된다.The membrane electrode assembly includes electrodes on both sides of the electrolyte. An anode, which is an electrode to which an anode fluid, which is a fuel, is supplied, is called an anode or a fuel electrode. Fuel is supplied from an anode to cause an oxidation reaction of hydrogen to generate hydrogen ions (H + ) and electrons. The cathode, which is the electrode to which the cathode fluid is supplied, is called a reduction electrode, an oxygen electrode, or an air electrode. In the cathode, water is generated by a reduction reaction of oxygen by combining hydrogen ions and oxygen passing through the polymer electrolyte membrane.

상기 고분자 전해질막은 당업계에 공지된 것이라면 어느 것을 사용해도 무방하다. 본 출원에서 사용되는 전해질막 제조용 고분자는 당업계에서 사용되는 전해질막 제조용 고분자라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자 및 폴리술폰계 고분자으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자로 제조되는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer electrolyte membrane may be used as long as it is known in the art. The polymer for preparing an electrolyte membrane used in the present application may be used without limitation as long as the polymer for preparing an electrolyte membrane used in the art. For example, perfluorosulfonic acid polymer, hydrocarbon polymer, aromatic sulfone polymer, aromatic ketone polymer, polybenzimidazole polymer, polystyrene polymer, polyester polymer, polyimide polymer, polyvinylidene fluoride Polymer, polyether sulfone polymer, polyphenylene sulfide polymer, polyphenylene oxide polymer, polyphosphazene polymer, polyethylene naphthalate polymer, polyester polymer, doped polybenzimidazole polymer, poly It may be a single copolymer, an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, a multiblock copolymer or a graft copolymer made of any one or two or more polymers selected from the group consisting of ether ketone polymers and polysulfone polymers. However, the present invention is not limited thereto.

또한, 최근 비불소계 고분자 전해질막의 재료로서 술폰화 고분자가 주목을 받고 있다. 예를 들면 술폰화 폴리아릴렌에테르계 고분자, 술폰화 폴리에테르케톤계 고분자, 술폰화 폴리아미드계 고분자, 술폰화 폴리이미드계 고분자, 술폰화 폴리포스파젠계 고분자, 술폰화 폴리스티렌계 고분자 및 방사선 중합된 술폰화 저밀도 폴리에틸렌-g-폴리스티렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자로 제조되는 단일 공중합체, 교대 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 멀티블록 공중합체 또는 그라프트 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Recently, a sulfonated polymer has been attracting attention as a material of a non-fluorinated polymer electrolyte membrane. For example, sulfonated polyarylene ether polymer, sulfonated polyether ketone polymer, sulfonated polyamide polymer, sulfonated polyimide polymer, sulfonated polyphosphazene polymer, sulfonated polystyrene polymer and radiation polymerization Single copolymers, alternating copolymers, random copolymers, block copolymers, multiblock copolymers or graft copolymers made of any one or two or more polymers selected from the group consisting of sulfonated low density polyethylene-g-polystyrene-based polymers It may be, but is not limited thereto.

상기 막 전극 접합체는 전극과 전해질 막이 접착된 단일의 일체형 유닛(unit)이다. 이때 상기 캐소드 및/또는 애노드는 기체 확산층(gas diffusion layer: GDL)의 일면 또는 양면 상에 촉매층이 형성된 전극일 수 있다.The membrane electrode assembly is a unitary unit in which an electrode and an electrolyte membrane are bonded. In this case, the cathode and / or the anode may be an electrode in which a catalyst layer is formed on one or both surfaces of a gas diffusion layer (GDL).

상기 전극은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 예를 들면 금속 촉매, 수소이온 전도성 고분자, 탄소계 지지체에 담지된 금속 촉매, 폴리머 이오노머 및 촉매 분산을 증진시키는 용매를 포함하는 촉매 잉크를 기체 확산층 위에 도포 및 건조함으로써 촉매층을 형성할 수 있으며, 상기의 방법으로 전극이 제조될 수 있다. The electrode may be prepared according to conventional methods known in the art, for example, a catalyst including a metal catalyst, a hydrogen ion conductive polymer, a metal catalyst supported on a carbon-based support, a polymer ionomer, and a solvent to enhance catalyst dispersion. The catalyst layer can be formed by applying and drying the ink on the gas diffusion layer, and the electrode can be produced by the above method.

상기 금속 촉매로는 대표적으로 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.As the metal catalyst, any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of platinum, ruthenium, osmium, platinum-ruthenium alloy, platinum-osmium alloy, platinum-palladium alloy, and platinum-transition metal alloy may be used. It is not limited to this.

상기 탄소계 지지체로는 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 바람직한 예가 될 수 있다.The carbonaceous support may include graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, canyon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and carbon nanorings. One or two or more mixtures selected from the group consisting of carbon nanowires, fullerenes (C60), and super P may be preferable examples.

상기 폴리머 이오노머로는 나피온 이오노머 또는 술포네이티드 폴리트리플루오로스티렌과 같은 술폰화된 폴리머가 대표적으로 사용될 수 있다.As the polymer ionomer, sulfonated polymers such as nafion ionomer or sulfonated polytrifluorostyrene may be representatively used.

상기 용매로는 물, 부탄올, 이소프로판올(iso propanol), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.As the solvent, any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of water, butanol, iso propanol, methanol, ethanol, n-propanol, n-butyl acetate and ethylene glycol may be preferably used.

이때, 상기 촉매 잉크를 기체 확산층 위에 도포하는 방법으로는 프린팅(printing), 분무(spray), 롤링(rolling) 또는 브러싱(brushing) 등의 방법이 있으나, 이에 한정하지는 않는다.In this case, the method of coating the catalyst ink on the gas diffusion layer may include, but is not limited to, printing, spraying, rolling, or brushing.

상기 기체 확산층은 일반적으로 도전성 및 80% 이상의 다공도를 갖는 기재라면 특별한 제한이 없으며, 탄소페이퍼, 탄소천 및 탄소펠트로 이루어진 군에서 선택되는 도전성 기재를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 기체확산층은 상기 도전성 기재의 일면에 형성되는 미세기공층을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 미세기공층은 탄소계 물질 및 불소계 수지를 포함하여 형성될 수 있다.The gas diffusion layer is not particularly limited as long as the substrate is generally conductive and has a porosity of 80% or more, and may include a conductive substrate selected from the group consisting of carbon paper, carbon cloth, and carbon felt. The gas diffusion layer may further include a microporous layer formed on one surface of the conductive base material, and the microporous layer may include a carbon-based material and a fluororesin.

상기 탄소계 물질로는 흑연(그라파이트), 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 캐천 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 및 수퍼P로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Examples of the carbon-based material include graphite (graphite), carbon black, acetylene black, denka black, canyon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanorings, carbon nanowires, One or more mixtures selected from the group consisting of fullerenes (C60) and super P may be used, but is not limited thereto.

상기 불소계수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 코폴리머(PVdF-HFP) 및 스티렌-부타디엔고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol, cellulose acetate, copolymers of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) and styrene-butadiene rubber. Any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of (SBR) may be used, but is not limited thereto.

전극 제조시 상기 촉매 분산을 증진시키기 위해 사용하는 용매의 비제한적인 예로는 물, 부탄올, 이소프로필알콜(isopropyl alcohol, IPA), 메탄올, 에탄올, n-프로판올, n-부틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 등이 있고, 이들 용매를 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of solvents used to enhance the catalyst dispersion in electrode preparation include water, butanol, isopropyl alcohol (IPA), methanol, ethanol, n-propanol, n-butyl acetate, ethylene glycol, and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more thereof.

막전극 접합체는 애노드의 촉매층과 캐소드의 촉매층이 전해질 막에 접촉하도록 하는 형태로서, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 상기 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 전해질막을 밀착시킨 상태에서 100 ℃내지 400 ℃로 열압착하여 제조될 수 있다The membrane electrode assembly is a type in which the catalyst layer of the anode and the catalyst layer of the cathode are in contact with the electrolyte membrane, and may be prepared according to conventional methods known in the art. In one example, the cathode; Anode; And it may be prepared by thermocompression bonding to the electrolyte membrane located between the cathode and the anode at 100 ℃ to 400 ℃

상기 분리판(seperator)은 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 모노폴라 플레이트(monopolar plate)일 수 있다. 분리판은 막 전극 접합체들이 직접 접촉되는 것을 막고 외부에서 공급된 연료 및 산화제를 막전극 접합체로 전달하는 역할을 한다. 분리판은 내부에 유로 채널이 형성될 수 있다.The separator may be a bipolar plate or a monopolar plate. The separator prevents direct contact between the membrane electrode assemblies and serves to transfer fuel and oxidant supplied from the outside to the membrane electrode assembly. A channel channel may be formed inside the separator plate.

본 명세서에서 바이폴라 플레이트는 어느 한 막 전극 접합체의 캐소드와 인접한 다른 막 전극 접합체의 애노드 사이에 구비된 분리판을 의미하고, 모노폴라 플레이트는 어느 한 막 전극 접합체의 캐소드와 인접한 다른 막 전극 접합체의 캐소드 사이에 구비된 분리판 또는 어느 한 막 전극 접합체의 애노드와 인접한 다른 막 전극 접합체의 애노드 사이에 구비된 분리판을 의미한다. As used herein, a bipolar plate means a separator provided between a cathode of one membrane electrode assembly and an anode of another membrane electrode assembly adjacent thereto, and a monopolar plate is a cathode of another membrane electrode assembly adjacent to the cathode of one membrane electrode assembly. The separator provided in between means a separator provided between the anode of one membrane electrode assembly and the anode of another adjacent membrane electrode assembly.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택은 복수 개의 막 전극 접합체를 연속 배열한 구조이면서 직렬 연결과 병렬 연결이 혼재되므로 어느 하나의 막 전극 접합체에 결함이 발생한 경우라도 전체 스택 연료전지의 성능이 낮아지지 않게 된다. 직렬 연결로만 이루어진 스택 연료 전지는 어느 하나의 막 전극 접합체에 결함이 발생한 경우에 전체 연료전지에 결함이 발생하여 성능이 떨어지는 문제점을 가진다. The parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application has a structure in which a plurality of membrane electrode assemblies are continuously arranged, and a series connection and a parallel connection are mixed, so that even if a defect occurs in any one of the membrane electrode assemblies, Performance will not be lowered. A stack fuel cell composed of only a series connection has a problem in that when a defect occurs in any one membrane electrode assembly, a defect occurs in the entire fuel cell, thereby degrading performance.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택은 직렬 연결과 병렬 연결이 혼재되므로 불필요한 전위 차 값을 발생시키지 않는 장점이 있다. 직렬 연결로만 이루어진 스택 연료 전지는 막 전극 접합체의 개수가 늘어남에 따라 전위 차 값이 계속 증가하여 어느 수준 이상에서는 불필요하게 전위 차 값만 높아지게 되는 문제점이 있다. In addition, the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application has an advantage of not generating unnecessary potential difference values because the series connection and the parallel connection are mixed. The stack fuel cell formed only in series has a problem in that the potential difference value continues to increase as the number of membrane electrode assemblies increases, so that the potential difference value is unnecessarily higher than a certain level.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택은 원하는 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트가 적어도 하나 존재할 수 있다. 막 전극 접합체 셋트가 2개 이상 존재할 때 각각의 막 전극 접합체 셋트 사이는 병렬 연결된 것이고, 각각의 막 전극 접합체 셋트 내부는 직렬 연결된 것일 수 있다. In the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application, at least one membrane electrode assembly set including a plurality of consecutively arranged membrane electrode assemblies may exist to obtain a desired potential value. When there are two or more membrane electrode assembly sets, each membrane electrode assembly set may be connected in parallel, and each membrane electrode assembly set may be connected in series.

상기 직렬 연결과 병렬 연결은 애노드 유체와 캐소드 유체의 공급 위치 조절로 가능하다. The series connection and the parallel connection are possible by adjusting the supply position of the anode fluid and the cathode fluid.

상기 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트가 2개 이상 존재할 때 각각의 막 전극 접합체 셋트 사이의 분리판은 모노폴라 플레이트일 수 있다. 또한, 상기 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체로 이루어진 각각의 막 전극 접합체 셋트 내부의 분리판은 바이폴라 플레이트일 수 있다. When two or more membrane electrode assembly sets composed of a plurality of consecutively arranged membrane electrode assemblies exist to obtain the potential value, the separator plate between each membrane electrode assembly set may be a monopolar plate. In addition, the separator in each membrane electrode assembly set consisting of a plurality of consecutively arranged membrane electrode assemblies to obtain the potential value may be a bipolar plate.

이때 모노폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 공급할 수 있고, 바이폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 각각 공급할 수 있다. In this case, the monopolar plate may supply the electrode fluid of any one of the anode fluid and the cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions, and the bipolar plate may supply the anode fluid and the cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions.

상기 모노폴라 플레이트는 전극 유체가 주입되어 통과하는 인렛 라인(inlet line)이 1개 또는 2개일 수 있고, 2개인 것이 바람직하다. 인렛 라인이 2개인 경우 2개의 인렛 라인으로 캐소드 유체 또는 애노드 유체 중 어느 하나의 전극 유체가 주입되어 인접한 전극으로 유체를 공급할 수 있다. 캐소드 유체가 공급되는 경우 인접한 양 방향의 캐소드로 유체를 공급할 수 있고, 애노드 유체가 공급되는 경우 인접한 양 방향의 애노드로 유체를 공급할 수 있다. The monopolar plate may have one or two inlet lines through which electrode fluid is injected, and preferably two. When there are two inlet lines, the electrode fluid of either the cathode fluid or the anode fluid may be injected into the two inlet lines to supply fluid to the adjacent electrodes. When the cathode fluid is supplied, the fluid may be supplied to the adjacent cathodes in both directions, and when the anode fluid is supplied, the fluid may be supplied to the anodes in both the adjacent directions.

상기 모노폴라 플레이트의 인렛 라인이 1개인 경우 양 방향의 막 전극 접합체로 전극 유체가 공급될 때 막 전극 접합체로 공급되는 유체의 양 조절이 어려워서 양 방향의 유량이 다르게 공급되면 성능이 떨어질 수도 있다. When there is one inlet line of the monopolar plate, when the electrode fluid is supplied to the membrane electrode assembly in both directions, it is difficult to control the amount of fluid supplied to the membrane electrode assembly, and thus performance may be deteriorated when the flow rates in both directions are differently supplied.

상기 모노폴라 플레이트의 인렛 라인이 2개인 경우 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 동일한 양으로 공급할 수 있다. 이때, 인접한 양 방향의 막 전극 접합체로 공급되는 전극 유체의 양이 동일하게 유지되므로 연료전지의 성능이 일정하게 유지될 수 있는 장점이 있다. In the case of two inlet lines of the monopolar plate, one of the anode fluid and the cathode fluid may be supplied in the same amount to the membrane electrode assembly in both directions. At this time, since the amount of the electrode fluid supplied to the adjacent membrane electrode assembly in both directions is maintained the same, there is an advantage that the performance of the fuel cell can be kept constant.

상기 바이폴라 플레이트는 전극 유체가 주입되어 통과하는 인렛 라인(inlet line)이 2개일 수 있다. 이 중 하나로 캐소드 유체가 주입되어 캐소드로 유체를 공급하고, 이 중 나머지 하나로 애노드 유체가 주입되어 애노드로 유체를 공급하여 캐소드 유체와 애노드 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 각각 공급할 수 있다.The bipolar plate may have two inlet lines through which electrode fluid is injected. The cathode fluid may be injected into one of them to supply fluid to the cathode, and the anode fluid may be injected into one of the other to supply fluid to the anode to supply the cathode fluid and the anode fluid to the membrane electrode assembly in both directions, respectively.

상기 원하는 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트가 여러 개일 경우, 셋트 내부의 막 전극 접합체의 개수는 일정할 수도 있고, 일정하지 않을 수도 있다. When there are several sets of membrane electrode assemblies composed of a plurality of membrane electrode assemblies in order to obtain the desired potential value, the number of membrane electrode assemblies in the set may or may not be constant.

상기 셋트 내부의 막 전극 접합체의 개수가 일정한 경우는, 예를 들어, 12개의 막 전극 접합체가 연속 배열된 스택 연료 전지이고, 원하는 전위 값을 얻기 위해 4개의 막 전극 접합체로 이루어진 셋트가 3개 존재한다고 가정한다면, 각각의 막 전극 접합체 셋트 내부에서 막 전극 접합체 사이에는 바이폴라 플레이트인 분리판이 존재하고, 각각의 막 전극 접합체 셋트 사이에는 모노폴라 플레이트인 분리판이 존재할 수 있다. 즉, 전체 막 전극의 양 끝에는 인접한 막 전극 접합체에 애노드 또는 캐소드 유체를 공급하는 엔드 플레이트가 존재하고, 1번째 내지 3번째 분리판, 5번째 내지 7번째 분리판, 9번째 내지 11번째 분리판은 바이폴라 플레이트이고, 4번째 분리판, 8번째 분리판은 모노폴라 플레이트일 수 있다. When the number of membrane electrode assemblies in the set is constant, for example, 12 membrane electrode assemblies are stacked fuel cells arranged in series, and three sets of four membrane electrode assemblies exist to obtain a desired potential value. Assume that there is a bipolar plate separator plate between each membrane electrode assembly set within each membrane electrode assembly set, and there may be a monopolar plate separator plate between each membrane electrode assembly set. That is, end plates for supplying anode or cathode fluid to adjacent membrane electrode assemblies are present at both ends of the entire membrane electrode, and the first to third separators, the fifth to seventh separators, and the ninth to eleventh separators are provided. The bipolar plate, the fourth separator plate, the eighth separator plate may be a monopolar plate.

이때, 바이폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체가 양 방향의 인접한 막 전극 접합체에 각각 공급되므로, 예를 들어, 1번째 분리판에는 애노드 유체와 캐소드 유체가 함께 공급되어 인접한 1번째 막 전극 접합체의 전극에 애노드 유체를 공급하고 인접한 2번째 막 전극 접합체의 전극에는 캐소드 유체를 공급하여 1번째 막 전극 접합체와 2번째 막 전극 접합체를 직렬 연결로 구성할 수 있다. 마찬가지로 2번째 분리판에도 애노드 유체와 캐소드 유체가 함께 공급되어 인접한 2번째 막 전극 접합체의 전극에 애노드 유체를 공급하고 인접한 3번째 막 전극 접합체의 전극에는 캐소드 유체를 공급하여 2번째 막 전극 접합체와 3번째 막 전극 접합체를 직렬 연결로 구성할 수 있다.In this case, since the anode fluid and the cathode fluid are respectively supplied to adjacent membrane electrode assemblies in both directions, the bipolar plate is supplied with the anode fluid and the cathode fluid together to the electrodes of the adjacent first membrane electrode assembly. By supplying the anode fluid and supplying the cathode fluid to the electrodes of the adjacent second membrane electrode assembly, the first membrane electrode assembly and the second membrane electrode assembly may be configured in series. Similarly, the anode and cathode fluids are also supplied to the second separator plate to supply the anode fluid to the electrodes of the adjacent second membrane electrode assembly and the cathode fluid to the electrodes of the adjacent third membrane electrode assembly. The first membrane electrode assembly can be configured in series.

또한, 모노폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체가 공급되므로 예를 들어, 4번째 분리판에는 애노드 유체가 공급되어 인접한 4번째 막 전극 접합체의 전극에 애노드 유체를 공급하고 인접한 5번째 막 전극 접합체의 전극에도 애노드 유체를 공급하여 4번째 막 전극 접합체와 5번째 막 전극 접합체를 병렬 연결로 구성할 수 있다. In addition, since the monopolar plate is supplied with the electrode fluid of either the anode fluid or the cathode fluid, for example, the fourth separator is supplied with the anode fluid so as to supply the anode fluid to the electrodes of the adjacent fourth membrane electrode assembly and the adjacent 5 fluid. An anode fluid may also be supplied to the electrodes of the first membrane electrode assembly to configure the fourth membrane electrode assembly and the fifth membrane electrode assembly in parallel connection.

이때 1번째 막 전극 접합체 내지 4번째 막 전극 접합체는 직렬 연결되고, 4번째 막 전극 접합체와 5번째 막 전극 접합체의 사이는 병렬 연결되며, 5번째 막 전극 접합체 내지 8번째 막 전극 접합체는 직렬 연결되고, 8번째 막 전극 접합체와 9번째 막 전극 접합체의 사이는 병렬 연결되며, 9번째 막 전극 접합체 내지 12번째 막 전극 접합체는 직렬 연결된다. 여기서 직렬 연결되는 연료전지 단위 전지의 개수는 4개이다.In this case, the first membrane electrode assembly to the fourth membrane electrode assembly are connected in series, and the fourth membrane electrode assembly and the fifth membrane electrode assembly are connected in parallel, and the fifth membrane electrode assembly to the eighth membrane electrode assembly are connected in series. The parallel between the eighth membrane electrode assembly and the ninth membrane electrode assembly is connected in series, and the ninth membrane electrode assembly to the twelfth membrane electrode assembly are connected in series. Here, the number of fuel cell unit cells connected in series is four.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택에서 상기 막 전극 접합체의 개수는 mn(m은 2 이상의 정수이고, n 은 1 이상의 정수)개이고, 상기 분리판의 개수는 mn-1개일 수 있다. 상기 mn은 m×n을 의미한다.In the parallel fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present application, the number of membrane electrode assemblies may be mn (m is an integer of 2 or more, n is an integer of 1 or more), and the number of separators may be mn-1. . Mn means m × n.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택에서 an(a는 1≤a≤ m-1 인 정수)번째 분리판은 모노폴라 플레이트이고, 나머지 분리판은 바이폴라 플레이트일 수 있다. 이때 상기 n은 직렬 배열되는 연료전지 단위 전지의 개수일 수 있다. 상기 an은 a×n을 의미한다.In the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application, an (a is an integer of 1 ≦ a ≦ m−1) th separator may be a monopolar plate, and the other separator may be a bipolar plate. In this case, n may be the number of fuel cell unit cells arranged in series. An means a × n.

구체적으로, n개의 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트 내부는 직렬 연결로 구성될 수 있다. 1번째 분리판부터 n-1 번째 분리판은 바이폴라 플레이트이고, 애노드 유체와 캐소드 유체가 공급되어 인접한 막 전극 접합체의 전극에 애노드 유체를 공급하고 인접한 다른 막 전극 접합체의 전극에는 캐소드 유체를 공급하여 인접한 2개의 막 전극 접합체를 직렬 연결할 수 있다. Specifically, the inside of the membrane electrode assembly set consisting of n membrane electrode assemblies may be configured in series connection. From the first separator to the n-1th separator are bipolar plates, the anode fluid and the cathode fluid are supplied to supply the anode fluid to the electrodes of the adjacent membrane electrode assembly and the cathode fluid to the electrodes of the other membrane electrode assemblies adjacent thereto. Two membrane electrode assemblies can be connected in series.

그리고, n번째 분리판은 모노 플레이트이고, 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체만 공급되어 n번째 막 전극 접합체의 전극과 n+1번째 막 전극 접합체의 전극에 동일한 전극 유체를 공급하여 n번째 막 전극 접합체와 n+1번째 막 전극 접합체를 병렬 연결할 수 있다. The nth separator is a monoplate, and only one electrode fluid of the anode fluid and the cathode fluid is supplied to supply the same electrode fluid to the electrodes of the nth membrane electrode assembly and the electrodes of the n + 1th membrane electrode assembly. The first membrane electrode assembly and the n + 1th membrane electrode assembly can be connected in parallel.

또한, n+1번째 분리판부터 2n-1번째 분리판은 바이폴라 플레이트이고, 애노드 유체와 캐소드 유체가 공급되어 인접한 막 전극 접합체의 전극에 애노드 유체를 공급하고 인접한 다른 막 전극 접합체의 전극에는 캐소드 유체를 공급하여 인접한 2개의 막 전극 접합체를 직렬 연결할 수 있다. Also, the n + 1 th separation plate to the 2n-1 th separation plate are bipolar plates, and the anode fluid and the cathode fluid are supplied to supply the anode fluid to the electrodes of the adjacent membrane electrode assemblies, and the cathode fluid to the electrodes of the other membrane electrode assemblies. It is possible to supply two adjacent membrane electrode assemblies in series by supplying.

그리고, 다음 2n번째 분리판도 모노 플레이트로서, 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체만 공급되어 2n번째 막 전극 접합체의 전극과 2n+1번째 막 전극 접합체의 전극에 동일한 전극 유체를 공급하여 2n번째 막 전극 접합체와 2n+1번째 막 전극 접합체를 병렬 연결할 수 있다.The next 2n separation plate is also a mono plate, in which only the electrode fluid of either the anode fluid or the cathode fluid is supplied to supply the same electrode fluid to the electrodes of the 2nth membrane electrode assembly and the electrodes of the 2n + 1th membrane electrode assembly. The first membrane electrode assembly and the 2n + 1th membrane electrode assembly can be connected in parallel.

도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택을 나타낸 것이다. 2 illustrates a parallel fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present application.

도 2는 막-전극 접합체(MEA)가 8개, 바이폴라 플레이트(Bipolar plate)가 6개, 모노폴라 플레이트(Monopolar plate)가 1개, 양 끝에 엔드 플레이트(End plate)가 2개 존재하는 구조이다. 1번째 바이폴라 플레이트에 애노드 유체와 캐소드 유체가 함께 공급되어 1번째 막-전극 접합체에는 애노드 유체를 공급하고 2번째 막-전극 접합체에는 캐소드 유체를 공급하여 1번째 막-전극 접합체와 2번째 막-전극 접합체를 직렬 연결한다. 2번째 바이폴라 플레이트에도 애노드 유체와 캐소드 유체가 함께 공급되어 2번째 막-전극 접합체에는 애노드 유체를 공급하고 3번째 막-전극 접합체에는 캐소드 유체를 공급하여 2번째 막-전극 접합체와 3번째 막-전극 접합체를 직렬 연결한다. 3번째 바이폴라 플레이트 내지 6번째 바이폴라 플레이트 모두 동일한 방식으로 인접한 막-전극 접합체를 직렬 연결한다. 1개의 모노폴라 플레이트는 2개의 인렛 라인으로 애노드 유체만 공급되어 4번째 막-전극 접합체와 5번째 막-전극 접합체 모두에 동일한 양의 애노드 유체를 공급하여 4번째 막-전극 접합체와 5번째 막-전극 접합체를 병렬 연결한다. 또한, 1번째 막-전극 접합체에 인접한 엔드 플레이트는 캐소드 유체를 1번째 막 전극 접합체에 공급하고, 8번째 막 전극 접합체에 인접한 엔드 플레이트는 캐소드 유체를 8번째 막 전극 접합체에 공급한다. FIG. 2 is a structure in which eight membrane-electrode assemblies (MEA), six bipolar plates, six monopolar plates, and two end plates exist at both ends. . The anode and cathode fluids are supplied together to the first bipolar plate to supply the anode fluid to the first membrane-electrode assembly and the cathode fluid to the second membrane-electrode assembly, thereby supplying the first membrane-electrode assembly and the second membrane-electrode. Connect the junctions in series. Anodic fluid and cathode fluid are also supplied to the second bipolar plate to supply the anode fluid to the second membrane-electrode assembly and the cathode fluid to the third membrane-electrode assembly, thereby supplying the second membrane-electrode assembly and the third membrane-electrode. Connect the junctions in series. Both the third bipolar plates and the sixth bipolar plates connect adjacent membrane-electrode assemblies in series in the same manner. One monopolar plate is supplied with only anode fluid through two inlet lines to supply the same amount of anode fluid to both the fourth and fifth membrane-electrode assemblies, thereby providing the fourth membrane-electrode assembly and the fifth membrane-. The electrode assemblies are connected in parallel. In addition, the end plate adjacent to the first membrane-electrode assembly supplies cathode fluid to the first membrane electrode assembly, and the end plate adjacent to the eighth membrane electrode assembly supplies cathode fluid to the eighth membrane electrode assembly.

도 3는 도 2에서 분리판에 공급되는 전극 유체에 따라 막-전극 접합체의 전극이 연결된 회로 구조를 나타낸 모식도이다. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a circuit structure in which electrodes of a membrane-electrode assembly are connected according to an electrode fluid supplied to a separator in FIG. 2.

도 4는 도 3의 구조와 동일한 회로 구조이다.4 is a circuit structure identical to the structure of FIG.

한편, 상기 원하는 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트가 여러 개일 경우, 셋트 내부의 막 전극 접합체의 개수는 일정하지 않을 수 있다. On the other hand, when there are a plurality of membrane electrode assembly sets composed of a plurality of membrane electrode assemblies in order to obtain the desired potential value, the number of membrane electrode assemblies in the set may not be constant.

상기 셋트 내부의 막 전극 접합체의 개수가 일정하지 않은 경우는, 예를 들어, 12개의 막 전극 접합체가 연속 배열된 스택 연료 전지이고, 원하는 전위 값을 얻기 위해 3개의 막- 전극 조립체로 이루어진 셋트, 4개의 막- 전극 조립체로 이루어진 셋트, 5개의 막- 전극 조립체로 이루어진 셋트로 구성할 수도 있다. 이때 애노드 유체와 캐소드 유체의 공급 위치 조절로 각각의 셋트 내부의 막 전극 접합체 사이는 직렬 연결로 구성하고, 각각의 막 전극 접합체 셋트 사이는 병렬 연결로 구성할 수 있다.If the number of membrane electrode assemblies in the set is not constant, for example, a set of 12 membrane electrode assemblies are stacked fuel cells arranged in series, and a set consisting of three membrane-electrode assemblies to obtain a desired potential value, It may consist of a set consisting of four membrane electrode assemblies and a set consisting of five membrane electrode assemblies. At this time, the supply position of the anode fluid and the cathode fluid can be configured in series connection between the membrane electrode assembly in each set, and each set of membrane electrode assembly can be configured in parallel connection.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택에서 엔드 플레이트는 복수 개의 막 전극 접합체 중 양 말단에 위치하는 막 전극 접합체에 인접하여 구비될 수 있다. 예를 들어, n개의 막-전극 접합체가 연결되어 이루어진 연료전지인 경우 1번째 막-전극 접합체와 n번째 막-전극 접합체에 인접하여 구비되고, 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 인접한 막-전극 접합체에 공급한다. 상기 엔드 플레이트는 인렛 라인이 1개이고, 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 인접한 막 전극 접합체로 공급할 수 있다. In the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application, the end plate may be provided adjacent to the membrane electrode assembly positioned at both ends of the plurality of membrane electrode assemblies. For example, in the case of a fuel cell in which n membrane electrode assemblies are connected, the fuel cell is provided adjacent to the first membrane electrode assembly and the nth membrane electrode assembly, and the electrode fluid of any one of the anode fluid and the cathode fluid is adjacent to each other. Supplied to the membrane-electrode assembly. The end plate has one inlet line, and may supply an electrode fluid of any one of an anode fluid and a cathode fluid to an adjacent membrane electrode assembly.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택에서 상기 애노드 유체는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 개미산, 수소 화합물 수용액 및 수소 가스로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 수소 가스일 수 있다. In the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application, the anode fluid may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, propanol, formic acid, an aqueous hydrogen compound solution, and hydrogen gas. More specifically, it may be a hydrogen gas.

본 출원의 일 실시상태에 따른 병렬형 연료전지 스택에서 상기 캐소드 유체는 공기 또는 산소 가스일 수 있고, 더욱 구체적으로는 공기일 수 있다. In the parallel fuel cell stack according to the exemplary embodiment of the present application, the cathode fluid may be air or oxygen gas, and more specifically, air.

본 출원의 일 실시상태는 상기 병렬형 연료전지 스택을 포함하는 연료 전지를 제공한다. 상기 연료전지 스택은 연료와 산화제의 전기화학적인 반응을 통하여 전기를 발생시키는 역할을 한다.An exemplary embodiment of the present application provides a fuel cell including the parallel fuel cell stack. The fuel cell stack serves to generate electricity through an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant.

본 출원의 일 실시상태에서, 상기 연료전지는 연료를 상기 스텍으로 공급하는 연료공급부; 및 산화제를 상기 스텍으로 공급하는 산화제 공급부를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present application, the fuel cell includes a fuel supply unit supplying fuel to the stack; And an oxidant supply unit supplying an oxidant to the stack.

도 5는 본 출원의 일 실시상태에 따른 연료전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 5 schematically shows a structure of a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present application.

도 5를 참조하면, 본 출원의 연료전지는 연료 전지 스택(200), 연료 공급부(400) 및 산화제 공급부(300)를 포함하는 것으로 구성되어 있다. 본 출원의 연료전지는 서로 대향하여 위치하는 애노드와 캐소드, 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 위치하며, 본 출원에 따른 연료전지용 복합 전해질 막을 포함하는 하나 이상의 막 전극 접합체 및 하나 이상의 분리판을 포함하며, 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통하여 전기를 생성시키는 하나 이상의 연료 전지 스택(200); 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급부(400); 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 산화제 공급부(300)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the fuel cell of the present application includes a fuel cell stack 200, a fuel supply unit 400, and an oxidant supply unit 300. The fuel cell of the present application includes at least one membrane electrode assembly and at least one separator plate including an anode and a cathode positioned opposite to each other, and between the anode and the cathode, the composite electrolyte membrane for a fuel cell according to the present application, One or more fuel cell stacks 200 that generate electricity through electrochemical reactions of fuel and oxidant; A fuel supply unit 400 for supplying fuel to the electricity generating unit; And an oxidant supply unit 300 for supplying the oxidant to the electricity generating unit.

상기 연료 공급부(400)는 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 하며, 연료를 저장하는 연료탱크(410) 및 연료탱크(410)에 저장된 연료를 전기 발생부로 공급하는 펌프(420)로 구성될 수 있다. The fuel supply unit 400 serves to supply fuel to the electricity generating unit, and includes a fuel tank 410 for storing fuel and a pump 420 for supplying fuel stored in the fuel tank 410 to the electricity generating unit. Can be.

상기 산화제 공급부(300)는 산화제를 상기 전기 발생부로 공급하는 역할을 한다. 상기 산화제는 산소 또는 공기일 수 있고, 산소 또는 공기를 펌프(420)로 주입하여 사용할 수 있다.The oxidant supply unit 300 serves to supply an oxidant to the electricity generator. The oxidant may be oxygen or air and may be used by injecting oxygen or air into the pump 420.

본 출원이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 출원의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

이상으로 본 출원의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 출원의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 출원의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present application in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present application is not limited thereto. Accordingly, the actual scope of the present application will be defined by the appended claims and their equivalents.

200: 연료 전지 스택
300: 산화제 공급부
400: 연료 공급부
410: 연료를 저장하는 연료탱크
420: 펌프
200: fuel cell stack
300: oxidant supply unit
400: fuel supply unit
410: fuel tank for storing fuel
420: pump

Claims (16)

복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체;
각각의 막 전극 접합체 사이마다 구비된 분리판; 및
엔드 플레이트를 포함하고,
애노드 유체와 캐소드 유체의 공급 위치 조절로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
A plurality of continuously arranged membrane electrode assemblies;
A separator provided between each membrane electrode assembly; And
End plate,
A parallel fuel cell stack, characterized in that connected in parallel by adjusting the supply position of the anode fluid and the cathode fluid.
청구항 1에 있어서,
원하는 전위 값을 얻기 위해 복수 개의 연속 배열된 막 전극 접합체로 이루어진 막 전극 접합체 셋트가 적어도 하나 존재하고,
각각의 막 전극 접합체 셋트 사이는 병렬 연결된 것이고,
각각의 막 전극 접합체 셋트 내부는 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
There is at least one set of membrane electrode assemblies consisting of a plurality of consecutively arranged membrane electrode assemblies to obtain a desired potential value,
Between each set of membrane electrode assemblies is a parallel connection,
A parallel fuel cell stack, wherein each of the membrane electrode assembly sets is connected in series.
청구항 2에 있어서,
상기 막 전극 접합체 셋트 사이의 분리판은 모노폴라 플레이트이고,
상기 막 전극 접합체 셋트 내부의 분리판은 바이폴라 플레이트인 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 2,
The separator between the membrane electrode assembly set is a monopolar plate,
The separator in the membrane electrode assembly set is a parallel type fuel cell stack, characterized in that the bipolar plate.
청구항 3에 있어서,
상기 모노폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 공급하고,
상기 바이폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 3,
The monopolar plate supplies an electrode fluid of any one of an anode fluid and a cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions,
The bipolar plate is a parallel fuel cell stack, characterized in that for supplying the anode fluid and the cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions.
청구항 3에 있어서,
상기 모노폴라 플레이트는 인렛 라인(inlet line)이 2개이고,
애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 동일한 양으로 공급하는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 3,
The monopolar plate has two inlet lines,
A parallel fuel cell stack comprising supplying an electrode fluid of any one of an anode fluid and a cathode fluid in equal amounts to both membrane electrode assemblies.
청구항 1에 있어서,
상기 막 전극 접합체의 개수는 mn(m은 2 이상의 정수이고, n 은 1 이상의 정수)개이고,
상기 분리판의 개수는 mn-1개인 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The number of the membrane electrode assembly is mn (m is an integer of 2 or more, n is an integer of 1 or more),
Parallel fuel cell stack, characterized in that the number of the separator is mn-1.
청구항 6에 있어서,
an(a는 1≤a≤ m-1 인 정수)번째 분리판은 모노폴라 플레이트이고,
나머지 분리판은 바이폴라 플레이트인 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method of claim 6,
an (a is an integer of 1≤a≤m-1) th separator is a monopolar plate,
The remaining separator is a parallel fuel cell stack, characterized in that the bipolar plate.
청구항 7에 있어서,
상기 모노폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 공급하고,
상기 바이폴라 플레이트는 애노드 유체와 캐소드 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method of claim 7,
The monopolar plate supplies an electrode fluid of any one of an anode fluid and a cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions,
The bipolar plate is a parallel fuel cell stack, characterized in that for supplying the anode fluid and the cathode fluid to the membrane electrode assembly in both directions.
청구항 7에 있어서,
상기 모노폴라 플레이트는 인렛 라인(inlet line)이 2개이고,
애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 양 방향의 막 전극 접합체로 동일한 양으로 공급하는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method of claim 7,
The monopolar plate has two inlet lines,
A parallel fuel cell stack comprising supplying an electrode fluid of any one of an anode fluid and a cathode fluid in equal amounts to both membrane electrode assemblies.
청구항 7에 있어서,
상기 n은 직렬 배열되는 연료전지 단위 전지의 개수인 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method of claim 7,
N is the number of fuel cell unit cells arranged in series parallel fuel cell stack.
청구항 1에 있어서,
상기 엔드 플레이트는 복수 개의 막 전극 접합체 중 양 말단에 위치하는 막 전극 접합체에 인접하여 구비된 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The end plate is parallel to the fuel cell stack, characterized in that provided adjacent to the membrane electrode assembly located at both ends of the plurality of membrane electrode assembly.
청구항 1에 있어서,
상기 엔드 플레이트는 인렛 라인(inlet line)이 1개이고,
애노드 유체와 캐소드 유체 중 어느 하나의 전극 유체를 인접한 막 전극 접합체로 공급하는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The end plate has one inlet line,
A parallel fuel cell stack comprising supplying an electrode fluid of one of an anode fluid and a cathode fluid to an adjacent membrane electrode assembly.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드 유체는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 개미산, 수소화합물수용액 및 수소 가스로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The anode fluid is a parallel fuel cell stack, characterized in that selected from the group consisting of methanol, ethanol, butanol, propanol, formic acid, hydrogen compound solution and hydrogen gas.
청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 유체는 공기 또는 산소 가스인 것을 특징으로 하는 병렬형 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
And said cathode fluid is air or oxygen gas.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 병렬형 연료전지 스택을 포함하는 연료 전지.A fuel cell comprising the parallel fuel cell stack of claim 1. 청구항 15에 있어서,
상기 연료전지는 연료를 상기 스텍으로 공급하는 연료공급부; 및
산화제를 상기 스텍으로 공급하는 산화제 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
16. The method of claim 15,
The fuel cell may include a fuel supply unit supplying fuel to the stack; And
And a oxidant supply unit for supplying an oxidant to the stack.
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