KR20150020388A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention aims to provide a fuel cell which prevents separation and torsion which occur by difference of heat expansion and heat contraction resulted from difference between a thermal expansion coefficient of a cathode and a thermal expansion coefficient of an electrode membrane. According to an embodiment of the present invention, the battery including the cathode, the anode and the electrode membrane interposed between them. The cathode includes a plurality of divided and multiple unit positive electrode materials. Each positive electrode material has a side contacting the electrode membrane.

Description

연료전지{Fuel cell}Fuel cell

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질막과의 열팽창계수 차이에 의한 박리 현상을 방지토록, 공기극이 분할된 복수의 단위양극재를 포함하는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to an invention including a plurality of unitary cathode members in which an air electrode is divided so as to prevent a peeling phenomenon due to a difference in thermal expansion coefficient from an electrolyte membrane.

연료전지는 수소를 사용하여 전기를 생산하는데 있어서 가장 효율이 높은 이상적인 에너지 변환장치로 일컬어지고 있으며, 미래 수소사회의 핵심이 되는 기술이 될 것이다. 한편 에너지원과 에너지 저장매체로 화석연료를 사용하는 현 시점에서도 고효율의 친환경적인 에너지전환장치로서의 연료전지는 응용 가능 분야가 다양하고 에너지 절약 및 기타 특수 목적을 위해 현재 세계 각국에서 상용화를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.Fuel cells are considered to be the most efficient energy conversion device for producing electricity using hydrogen and will be the core technology of future hydrogen society. At present, the use of fossil fuels as energy sources and energy storage media, fuel cell as a highly efficient and environmentally friendly energy conversion device has various applications, and researches for commercialization in various countries around the world for energy saving and other special purposes It is actively underway.

연료전지(Fuel Cell)는 반응물의 산화, 환원에 의한 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 에너지 변환 장치이다. 일반적으로 연료전지는 연료극, 공기극 및 상기 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질막으로 구성된다. 이러한 연료전지는 연료극으로 연료가스가 주입되어 산화되고, 공기극으로 공기가 공급되어 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질막을 통하여 이온이 이동되어 외부 회로를 경유하는 방식으로 작동된다.Fuel cells are energy conversion devices that convert chemical energy from oxidation and reduction of reactants into electrical energy. Generally, a fuel cell is composed of a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane positioned between the fuel electrode and the air electrode. Such a fuel cell is operated in such a manner that the fuel gas is injected into the fuel electrode to be oxidized, air is supplied to the air electrode, and ions are moved through the electrolyte membrane positioned between the fuel electrode and the air electrode to pass through the external circuit.

이때 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르게 되며, 이를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이다. 따라서 연료전지에서 일어나는 화학반응은 수소와 산소가 만나 물이 되는 반응과 동일하다.At this time, the electrons generated in the anode are transferred to the cathode and are consumed, and electrons flow to the external circuit. Therefore, the chemical reaction in the fuel cell is the same as the reaction in which hydrogen and oxygen meet and become water.

여기서, 상기 공기극은 전류 생성의 효율을 높이기 위해서, 성능이 좋은 양극재를 사용하여야 하며, 성능이 좋은 양극재는 산소공공(Oxygen Vacancy)이 많은 물질이다.Here, the cathode needs to use a cathode material having a good performance in order to increase the efficiency of current generation. A cathode material having high performance is a material having a high oxygen vacancy.

그러나, 이러한 산소공공은 재료의 열팽창계수를 높이기 때문에, 고성능 연료전지를 만들기 위해서는 고 열팽창계수의 양극재를 사용해야 하는 제한이 따른다. However, since such oxygen vacancies increase the coefficient of thermal expansion of the material, there is a limitation in using a cathode material having a high thermal expansion coefficient to produce a high performance fuel cell.

한편, 상기 전해질막과 상기 연료극은 비교적 열팽창계수가 작기 때문에, 고 열팽창계수의 양극재를 사용하는 상기 공기극이 상기 전해질막 상에 형성되기 위해 상온에서 냉각되는 소결과정에서 상기 전해질막과의 열수축 비율의 차이에 의해서 박리(flaking)되는 문제가 발생한다.On the other hand, since the electrolyte membrane and the fuel electrode have a relatively low thermal expansion coefficient, the heat shrinkage ratio with the electrolyte membrane in the sintering process in which the air electrode using the cathode material having a high thermal expansion coefficient is cooled at room temperature to be formed on the electrolyte membrane There arises a problem that flaking is caused by the difference between the thicknesses of the layers.

이러한 박리현상은 상기 전해질막과 접촉하는 상기 연료극의 일체로 제공되는 면적이 커질수록 심해지는 특징이 있다.Such a peeling phenomenon is characterized in that the greater the area provided integrally with the electrolyte membrane in contact with the electrolyte membrane is, the greater the deterioration becomes.

또한, 상기 연료극이 작동 온도에 따라서, 열팽창하는 경우에는 상기 전해질막보다 열팽창 비율이 커지기 때문에, 상기 연료극이 비틀리는 문제도 발생한다.Further, when the fuel electrode is thermally expanded in accordance with the operating temperature, the thermal expansion ratio becomes larger than that of the electrolyte membrane, so that the fuel electrode may twist.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 연료전지에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for research on a fuel cell to solve the above-mentioned problems.

본 발명의 목적은 공기극과 전해질막과의 열팽창계수 차이에 의한 열팽창 또는 열수축 비율의 차이에 의해서 발생하는 박리현상 또는 비틀림현상을 방지하는 연료전지를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell that prevents peeling or twisting phenomenon caused by a difference in thermal expansion or heat shrinkage ratio due to a difference in thermal expansion coefficient between an air electrode and an electrolyte membrane.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지는 공기극과 연료극 사이에 전해질막이 배치된 연료전지에 있어서, 상기 공기극은 분할된 복수의 단위양극재를 포함하며, 복수의 상기 단위양극재 각각은 일면이 상기 전해질막과 접하게 제공될 수 있다.A fuel cell according to an embodiment of the present invention is a fuel cell having an electrolyte membrane disposed between an air electrode and a fuel electrode, wherein the air electrode includes a plurality of divided unitary cathode materials, And may be provided in contact with the electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 단위양극재는 상기 전해질막 전면에 일정 간격으로 배치될 수 있다.In addition, the unit cell of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may be disposed at a predetermined interval on the entire surface of the electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 공기극은 복수의 상기 단위양극재의 타면과 상기 단위양극재 사이의 간극에 형성되는 보강양극재를 더 제공할 수 있다.Further, the cathode of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may further provide a reinforcing cathode material formed in a gap between the other surface of the plurality of unit cathode materials and the unit cathode material.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 보강양극재는 상기 단위양극재보다 열팽창계수가 작으며, 상기 전해질막의 열팽창계수와 동일할 수 있다.In addition, the reinforcing cathode material of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may have a thermal expansion coefficient smaller than that of the unit cathode material, and may be equal to the thermal expansion coefficient of the electrolyte membrane.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 공기극은 상기 단위양극재 또는 상기 보강양극재에서 발생한 전자를 수집하도록, 상기 보강양극재에 접하게 형성되는 집전양극재를 더 제공할 수 있다.In addition, the air electrode of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include a current collective cathode material formed in contact with the reinforcing cathode material so as to collect electrons generated from the unit cathode material or the reinforcing cathode material.

본 발명의 연료전지는 공기극이 전해질막과 접하는 부분에 분할된 복수의 단위양극재를 제공함으로써, 상기 전해질막과의 열팽창계수 차이에 의한 박리현상 또는 비틀림현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.The fuel cell of the present invention has the effect of preventing peeling or twisting phenomenon due to a difference in thermal expansion coefficient from the electrolyte membrane by providing a plurality of unitary cathode materials that are divided at the portion where the cathode is in contact with the electrolyte membrane.

또한, 상기 공기극은 열팽창계수에 의한 문제가 발생하지 않으므로, 산소공공이 많은 물질을 사용할 수 있기 때문에, 전류 생성 효율을 높여 고성능으로 연료전지를 구성할 수 있는 이점이 발생하게 된다.Further, since the air electrode does not cause a problem due to the thermal expansion coefficient, it is possible to use a substance having a large amount of oxygen vacancies, so that the advantage of being able to constitute the fuel cell with high performance by increasing the current generation efficiency arises.

도 1은 본 발명의 연료전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 연료전지에서 공기극의 단위양극재를 포함하여 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 연료전지에서 공기극의 단위양극재를 포함하여 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 연료전지에서 공기극의 보강양극재를 포함하여 도시한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 연료전지에서 공기극의 집전양극재를 포함하여 도시한 측단면도이다.1 is a perspective view showing a fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a fuel cell of the present invention including a unit cathode material of an air electrode. FIG.
3 is a side cross-sectional view of a fuel cell of the present invention including a unit cathode material of an air electrode.
4 is a side cross-sectional view of a fuel cell according to the present invention, including a reinforcing cathode material of an air electrode.
5 is a side cross-sectional view showing a cathode including a current collecting cathode material in the fuel cell of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.

본 발명의 연료전지는 전해질막(30)과의 열팽창계수 차이에 의한 박리 현상을 방지토록, 공기극(10)이 분할된 복수의 단위양극재(11)를 제공하는 발명에 관한 것이다.The fuel cell of the present invention relates to an invention for providing a plurality of unitary cathode materials (11) in which the air electrode (10) is divided so as to prevent a peeling phenomenon due to a difference in thermal expansion coefficient from the electrolyte membrane (30).

즉, 본 발명의 연료전지는 공기극(10)이 전해질막(30)과 접하는 부분에 분할된 복수의 단위양극재(11)를 제공함으로써, 상기 전해질막(30)과의 열팽창계수 차이에 의한 박리현상 또는 비틀림현상을 방지할 수 있게 된다.That is, in the fuel cell of the present invention, by providing a plurality of unitary cathode materials 11 divided at the portion where the air electrode 10 is in contact with the electrolyte membrane 30, the separation due to the difference in thermal expansion coefficient with the electrolyte membrane 30 It is possible to prevent development or twisting phenomenon.

또한, 상기 공기극(10)은 열팽창계수에 의한 문제가 발생하지 않으므로, 산소공공(Oxygen Vacancy)이 많은 물질을 사용할 수 있기 때문에, 전류 생성 효율을 높여 고성능으로 연료전지를 구성할 수 있게 된다.
Further, since the air electrode 10 does not cause a problem due to the thermal expansion coefficient, a material having a large amount of oxygen vacancy can be used, so that the fuel cell can be constructed with high performance by increasing the current generation efficiency.

구체적으로, 도 1은 본 발명의 연료전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 연료전지에서 공기극(10)의 단위양극재(11)를 포함하여 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 연료전지에서 공기극(10)의 단위양극재(11)를 포함하여 도시한 측단면도이다.2 is a plan view of the fuel cell of the present invention including the unitary cathode material 11 of the air electrode 10, and FIG. 3 is a plan view of the fuel cell of the present invention Sectional view including the unit cell 11 of the air electrode 10 in the fuel cell of FIG.

특히, 도 2의 (a)는 단위양극재(11)를 사각형으로 구성한 실시예를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 단위양극재(11)를 육각형으로 구성한 실시예를 도시한 것이다.
Particularly, FIG. 2 (a) shows an embodiment in which the unit cathode material 11 is made of a quadrangle, and FIG. 2 (b) shows an embodiment in which the unit cathode material 11 is a hexagon.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지는 공기극(10)과 연료극(20) 사이에 전해질막(30)이 배치된 연료전지에 있어서, 상기 공기극(10)은 분할된 복수의 단위양극재(11)를 포함하며, 복수의 상기 단위양극재(11) 각각은 일면이 상기 전해질막(30)과 접하게 제공될 수 있다.
1 to 3, a fuel cell according to an embodiment of the present invention is a fuel cell in which an electrolyte membrane 30 is disposed between an air electrode 10 and a fuel electrode 20, And a plurality of the unit cathode materials (11), each of the plurality of unit cathode materials (11) being provided on one side in contact with the electrolyte membrane (30).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 단위양극재(11)는 상기 전해질막(30) 전면에 일정 간격으로 배치될 수 있다.
In addition, the unitary cathode material 11 of the fuel cell according to an embodiment of the present invention may be disposed on the entire surface of the electrolyte membrane 30 at regular intervals.

상기 공기극(10)은 연료전지에서 전자를 받아들이는 양극으로서 작동하는 역할을 하며, 이를 위해서, 단위양극재(11), 보강양극재(12), 집전양극재(13)를 포함할 수 있다.The air electrode 10 functions as an anode for receiving electrons from the fuel cell. For this purpose, the cathode 10 may include a unitary cathode material 11, a reinforcing cathode material 12, and a current collector material 13.

특히, 공기극(10)의 소재인 양극재가 높은 성능을 발휘하기 위해서는 상기 양극재가 산소공공이 많은 물질로 제공되는 것이 바람직한데, 이러한 산소공공은 재료의 열팽창계수를 높인다.Particularly, in order for the cathode material, which is the material of the cathode electrode 10, to exhibit high performance, the cathode material is preferably provided as a material having a large oxygen vacancy. Such oxygen vacancy enhances the thermal expansion coefficient of the material.

즉, 상기 산소공공은 공기 속의 산소가 유입될 수 있는 장소로써, 이러한 산소가 많이 존재할 수 있어야, 후술할 연료극(20)에서 방출한 전자를 받아드릴 수 있는 것은 물론, 전자를 발생시킬 수 있는 화학반응이 가능한 산소의 양을 많이 공급할 수 있어 고성능의 연료전지를 구성할 수 있게 되는 것이다.That is, the oxygen vacancy is a place where oxygen in the air can be introduced. In order to be able to receive a large amount of such oxygen, electrons emitted from the fuel electrode 20 to be described later can be received, The amount of oxygen that can be reacted can be supplied in a large amount, and a high performance fuel cell can be constructed.

이와 같이, 고성능 연료전지을 만들기 위해서는 산소공공이 많은 고 열팽창계수의 양극재를 사용해야 한다.Thus, in order to form a high-performance fuel cell, a cathode material having a high thermal expansion coefficient with many oxygen vacancies should be used.

그러나, 연료전지의 전해질막(30)과 연료극(20)은 상기 공기극(10)에 비하여 열팽창계수가 작으므로 상기 전해질막(30)에 밀착되어 가공되는 공기극(10)의 형성시에 박리 현상이 발생하게 되어 연료전지의 성능을 저하시킨다.However, since the thermal expansion coefficient of the electrolyte membrane 30 and the fuel electrode 20 of the fuel cell is smaller than that of the air electrode 10, a peeling phenomenon occurs in forming the air electrode 10 which is in close contact with the electrolyte membrane 30, Thereby deteriorating the performance of the fuel cell.

즉, 상기 공기극(10)은 상기 전해질막(30)에 밀착되도록 분사된 후에 상온에서 냉각되어 상기 전해질막(30)과 밀착되어 형성되게 되는데, 상기 공기극(10)을 구성하는 양극재가 상기 전해질막(30)에 비교하여 열팽창계수가 크면, 상온으로 냉각시에 상기 전해질막(30) 보다 더 많이 수축되어 상기 공기극(10)의 면이 갈라져서 떨어져 나가는 박리 현상이 발생하게 되는 것이다.That is, the air electrode 10 is sprayed so as to be in close contact with the electrolyte membrane 30, and then cooled at room temperature to be in close contact with the electrolyte membrane 30. The cathode material constituting the air electrode 10, If the thermal expansion coefficient is larger than that of the electrolyte membrane 30, the air electrode 10 is shrunk more than the electrolyte membrane 30 at the time of cooling to room temperature, and the surface of the air electrode 10 is separated and separated.

이러한 박리현상은 공기극(10)의 일체로 형성된 면적이 클수록 발생할 가능성이 더 커지게 되는데, 본 발명은 이러한 원리에 착안하여 상기 단위양극재(11)를 제시한 것이다.The peeling phenomenon becomes more likely to occur as the integral area of the air electrode 10 is larger. The present invention is based on this principle, and the unit cathode material 11 is presented.

즉, 박리 현상은 상기 양극재의 수축시에 상기 전해질막(30)과의 밀착력이 더 크면 그에 따라 양극재가 갈라지는 현상인데, 상기 양극재의 단위 면적이 작아지면, 상기 전해질막(30)과 밀착하는 부분이 작아져서 밀착력의 집중이 감소되어, 갈라지는 현상을 방지할 수 있는 것이다.That is, the peeling phenomenon is a phenomenon in which the cathode material is separated when the anode material has a greater adhesion force with the electrolyte membrane 30 when the cathode material is contracted. When the unit area of the cathode material becomes smaller, The concentration of the adhesion force is reduced, and a cracking phenomenon can be prevented.

다시 말해, 고 열팽계수를 갖는 양극재의 층을 한 면이 아닌 조각으로 끊어 주어서 열팽창계수 차에 의한 스트레스를 해소시키도록, 상기 단위양극재(11)를 제시한 것이다.In other words, the unit cathode material 11 is shown so that the layer of the cathode material having a high thermal expansion coefficient is broken into pieces rather than one surface, thereby relieving the stress due to the difference in thermal expansion coefficient.

또한, 상기 단위양극재(11)는 상기 전해질막(30)보다 열팽창계수가 크기 때문에, 연료전지의 구동시에 고온 환경에 제시될 수도 있는데, 이때에는 상기 단위양극재(11) 사이의 간극이 상기 단위양극재(11)의 열팽창에 의한 공간을 제공하기 때문에 공기극(10)이 열팽창에 의해 비틀리거나 이탈하는 문제를 방지할 수 있게 된다.In addition, since the thermal expansion coefficient of the unit cathode material 11 is higher than that of the electrolyte membrane 30, the gap between the unit cathode materials 11 may be present in the high temperature environment during the operation of the fuel cell. It is possible to prevent the problem that the air electrode 10 is twisted or deviated due to thermal expansion because it provides space by thermal expansion of the unit anode material 11. [

즉, 이러한 조각으로 나누는 방법은 마치 쇠로 만들어진 철도의 라인이 일정한 간격으로 끊어져 있어서 열팽창을 자유로이 해도 휘어짐이 없도록 하는 구조와 비슷한 원리인 것이다.In other words, the method of dividing into these pieces is a principle similar to a structure in which lines of a railway made of iron are cut at regular intervals so that there is no warping even if the thermal expansion is free.

상기 단위양극재(11)의 형상은 최대한 상기 전해질막(30)의 전면을 덮을 수 있도록, 동일한 형상으로 제공되는 것이 바람직하다. 일례로써, 사각형, 육각형 등의 균일하게 2차원 평면을 채울 수 있는 모양이 있을 수 있으며, 상기 단위양극재(11)의 크기와 간격은 조절하여 면적 손실이 많지 않도록 할 수 있다. 그 밖에, 삼각형 등의 다른 다각형으로도 제시될 수 있다.The shape of the unit cathode material 11 is preferably provided in the same shape so as to cover the entire surface of the electrolyte membrane 30 as much as possible. For example, a square, a hexagon, or the like can be uniformly filled in a two-dimensional plane, and the size and spacing of the unitary cathode material 11 can be controlled so that area loss is not increased. Other polygons such as triangles may also be presented.

한편, 상기 단위양극재(11)는 상기 전해질막(30)의 전면을 최대한 덮기 위해서 일정 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 랜덤하게 배치되면, 상기 전해질막(30)을 효율적으로 덮을 수 없기 때문이다.The unitary cathode material 11 may be disposed at a predetermined interval to cover the entire surface of the electrolyte membrane 30 as much as possible. That is, if the electrolyte membrane 30 is disposed at random, the electrolyte membrane 30 can not be efficiently covered.

상기 단위양극재(11)의 소재로는 BSCF, LSC와 같은 고 열팽창계수를 갖는 양극재가 사용될 수 있으며, 형성 방법은 패턴이 있는 스크린을 통한 인쇄 방법이 사용될 수 있다.As the material of the unit cathode material 11, a cathode material having a high thermal expansion coefficient such as BSCF and LSC may be used. A forming method may be a printing method using a patterned screen.

또한, 상기 공기극(10)에는 상기 단위양극재(11) 사이의 간극에 의해 손실되는 화학반응 손실을 방지하기 위해서, 보강양극재(12)가 제공될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.In addition, the cathode electrode 10 may be provided with a reinforcing cathode material 12 in order to prevent a chemical reaction loss due to a gap between the unit cathode materials 11, Will be described later.

한편, 상기 공기극(10)의 집전 성능을 향상시키기 위해서, 상기 공기극(10)은 집전양극재(13)도 제공할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
Meanwhile, in order to improve the current collecting performance of the air electrode 10, the air electrode 10 may also provide a current collecting anode material 13, which will be described later in detail with reference to FIG.

상기 연료극(20)은 수소계 연료를 공급받아 상기 공기극의 산소와 화학반응에 의해서 전자를 발생시키는 역할을 하며, 상기 전해질막(30)은 상기 연료극(20)과 상기 공기극의 사이에 제공되어 양이온은 통과시키고, 전자가 통과하는 것은 방해하는 역할을 할 수 있다.
The electrolyte membrane 30 is provided between the fuel electrode 20 and the air electrode, and the electrolyte membrane 30 is provided between the fuel electrode 20 and the air electrode, And can prevent electrons from passing therethrough.

도 4는 본 발명의 연료전지에서 공기극(10)의 보강양극재(12)를 포함하여 도시한 측단면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 공기극(10)은 복수의 상기 단위양극재(11)의 타면과 상기 단위양극재(11) 사이의 간극에 형성되는 보강양극재(12)를 더 제공할 수 있다.FIG. 4 is a side cross-sectional view of a fuel cell according to the present invention including a reinforcing cathode material 12 of an air electrode 10. Referring to FIG. 4, the cathode 10 of the fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: It is possible to further provide the reinforcing cathode material 12 formed on the gap between the other surface of the plurality of unit cathode materials 11 and the unit cathode material 11. [

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 보강양극재(12)는 상기 단위양극재(11)보다 열팽창계수가 작으며, 상기 전해질막(30)의 열팽창계수와 동일할 수 있다.The reinforcing cathode material 12 of the fuel cell according to an embodiment of the present invention has a thermal expansion coefficient smaller than that of the unit cathode material 11 and may be equal to the thermal expansion coefficient of the electrolyte membrane 30. [

즉, 상기 보강양극재(12)는 상기 단위양극재(11) 사이에 간극이 존재하여 발생하는 연료전지의 성능저하를 방지하기 위해서 제공될 수 있는 것이다.That is, the reinforcing cathode material 12 may be provided to prevent deterioration of the performance of the fuel cell due to the existence of a gap between the unit cathode materials 11. [

여기서, 상기 보강양극재(12)는 상기 단위양극재(11)가 상기 전해질막(30)과 접하는 일면의 반대쪽인 타면에 접하게 제공되는 동시에, 각각의 상기 단위양극재(11) 사이의 간극에 제공됨으로써, 상기 단위양극재(11) 사이의 틈을 메울 수 있게 된다. The reinforcing cathode material 12 is provided so as to be in contact with the other surface opposite to the one surface of the unit cathode material 11 that is in contact with the electrolyte membrane 30, The gap between the unit cathode materials 11 can be filled.

이에 의하면, 상기 단위양극재(11) 사이의 간극이 비워져서 집전 성능 내지 화학반응에 의한 전자의 발생을 감소시키는 것을 방지할 수 있게 된다.According to this, it becomes possible to prevent the generation of electrons due to the current collection performance or the chemical reaction from being reduced because the gap between the unit cathode materials 11 becomes empty.

한편, 상기 보강양극재(12)는 상기 단위양극재(11)가 상기 전해질막(30)에 비하여 더 많이 열수축 또는 열팽창하는 경우에, 상기 단위양극재(11)의 형상을 유지시키는 지지체로써의 역할도 하게 된다.The reinforcing cathode material 12 may be formed as a support for maintaining the shape of the unit cathode material 11 when the unit cathode material 11 is thermally shrunk or thermally expanded more than the electrolyte membrane 30. [ It also plays a role.

즉, 상기 보강양극재(12)는 상기 전해질막(30)과 동일한 열팽창계수를 갖는 소재로 형성될 수 있기 때문에, 상기 전해질막(30)과 같은 비율로 열수축 또는 열팽창하게 된다. 이에 의해, 상기 보강양극재(12)와 상기 전해질막(30) 사이에는 어떤 스트레스도 작용하지 않게 된다.That is, since the reinforcing cathode material 12 can be formed of a material having the same thermal expansion coefficient as that of the electrolyte membrane 30, the electrolyte membrane 30 is thermally shrunk or thermally expanded at the same rate as the electrolyte membrane 30. Thereby, no stress acts between the reinforcing cathode material 12 and the electrolyte membrane 30.

다만, 상기 단위양극재(11)는 상기 전해질막(30)보다 많은 부피변화가 발생하지만 상기 보강양극재(12)에 의해서 지지되는 것과 동시에, 각각의 작은 단위체로써 제공되기 때문에 상기 전해질막(30)과의 사이에 작용하는 스트레스도 분산되어 부피변화에 의한 박리 현상 내지 비틀림을 감소시킬 수 있게 된다.However, since the unit cathode material 11 is supported by the reinforcing cathode material 12 at the same time as being provided as each small unit body, the volume of the electrolyte membrane 30 ) Is also dispersed so that the peeling phenomenon or distortion due to the volume change can be reduced.

또한, 상기 보강양극재(12)는 상기 단위양극재(11)만으로는 부족한 집전 성능을 보강하기 위해서 두께를 전체적으로 증가시켜주는 역할도 하게 된다.In addition, the reinforcing cathode material 12 also serves to increase the overall thickness of the unit cathode material 11 in order to reinforce the current collection performance that is insufficient.

상기 보강양극재(12)의 소재로는 상대적으로 높은 반응성과 전도도를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일례로써, 연료전지 전체의 반응과 집전성능을 향상시킬 수 있는 LSCF가 사용될 수 있다.
The reinforcing cathode material 12 may be formed of a material having relatively high reactivity and conductivity. As an example, LSCF capable of improving the reaction and collecting performance of the entire fuel cell can be used.

도 5는 본 발명의 연료전지에서 공기극(10)의 집전양극재(13)를 포함하여 도시한 측단면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 상기 공기극(10)은 상기 단위양극재(11) 또는 상기 보강양극재(12)에서 발생한 전자를 수집하도록, 상기 보강양극재(12)에 접하게 형성되는 집전양극재(13)를 더 제공할 수 있다.FIG. 5 is a side sectional view of a fuel cell according to the present invention including a current collecting anode material 13 of an air electrode 10. Referring to FIG. 5, the cathode 10 of the fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: It is possible to further provide a current collecting anode material 13 formed in contact with the reinforcing cathode material 12 so as to collect electrons generated in the unit cathode material 11 or the reinforcing cathode material 12. [

즉, 상기 공기극(10)의 집전 성능을 향상시키기 위해서, 상기 공기극(10)은 상기 집전양극재(13)도 제공할 수 있는 것이다.That is, in order to improve the current collection performance of the air electrode 10, the air electrode 10 can also provide the current collector 13.

상기 집전양극재(13)는 상기 보강양극재(12)와 직접 접촉하기 때문에, 전자를 집전하여 외부로 전달하는 역할을 할 수 있게 된다.Since the current collecting anode material 13 is in direct contact with the reinforcing cathode material 12, it can collect electrons and transfer electrons to the outside.

여기서, 상기 집전양극재(13)는 상기 보강양극재(12)가 상기 단위양극재(11)와 접하는 일면의 반대면인 타면에 제공될 수 있으며, 상기 집전양극재(13)는 LSCF, LC, LCC 등을 소재로 하여 형성될 수 있다.
The current collecting anode material 13 may be provided on the other surface of the reinforcing cathode material 12 which is opposite to one surface of the unitary cathode material 11 and the current collecting cathode material 13 is LSCF, LC , LCC, or the like.

10: 공기극 11: 단위양극재
12: 보강양극재 13: 집전양극재
20: 연료극 30: 전해질막10: air electrode 11: unit anode material
12: reinforcing cathode material 13: current collecting cathode material
20: fuel electrode 30: electrolyte membrane

Claims (5)

공기극과 연료극 사이에 전해질막이 배치된 연료전지에 있어서,
상기 공기극은 분할된 복수의 단위양극재;
를 포함하며,
복수의 상기 단위양극재 각각은 일면이 상기 전해질막과 접하게 제공되는 연료전지.1. A fuel cell in which an electrolyte membrane is disposed between an air electrode and a fuel electrode,
The air electrode is divided into a plurality of unit cathode materials;
/ RTI >
Wherein each of the plurality of unit cathode materials is provided so that one surface thereof is in contact with the electrolyte membrane. 제1항에 있어서,
상기 단위양극재는 상기 전해질막 전면에 일정 간격으로 배치된 연료전지.The method according to claim 1,
Wherein the unit cell is disposed at a predetermined interval in front of the electrolyte membrane. 제2항에 있어서,
상기 공기극은, 복수의 상기 단위양극재의 타면과 복수의 상기 단위양극재 사이의 간극에 형성되는 보강양극재;
를 더 제공하는 연료전지.3. The method of claim 2,
Wherein the air electrode comprises: a reinforcing cathode material formed on a gap between the other surface of the plurality of unit cathode materials and a plurality of the unit cathode materials;
Wherein the fuel cell further comprises: 제3항에 있어서,
상기 보강양극재는, 상기 단위양극재보다 열팽창계수가 작으며, 상기 전해질막의 열팽창계수와 동일한 연료전지.The method of claim 3,
Wherein the reinforcing cathode material has a thermal expansion coefficient smaller than that of the unit cathode material and equal to a thermal expansion coefficient of the electrolyte membrane. 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 공기극은, 상기 단위양극재 또는 상기 보강양극재에서 발생한 전자를 수집하도록, 상기 보강양극재에 접하게 형성되는 집전양극재;
를 더 제공하는 연료전지.The method according to claim 3 or 4,
Wherein the air electrode comprises: a current collecting cathode material formed so as to be in contact with the reinforcing cathode material so as to collect electrons generated from the unit cathode material or the reinforcing cathode material;
Wherein the fuel cell further comprises:
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