KR20150066314A - Cell package for fuel cell - Google Patents

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박종훈
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a cell package for a fuel cell is composed of a center plate that includes an active area formed at the center and a wet sealed area formed on the both sides of the active area; a current collector mounted in the active area and a wet sealed slot mounted in the web sealed area and disconnected from the current collector.

Description

연료전지용 셀 패키지{CELL PACKAGE FOR FUEL CELL}[0001] CELL PACKAGE FOR FUEL CELL [0002]

본 발명은 전류 콜렉터 및 습식 밀봉 슬롯을 구비하는 연료전지용 셀 패키지에 관한 것이다. The present invention relates to a cell package for a fuel cell having a current collector and a wet seal slot.

연료전지는 수소를 공기중 산소와 화학반응시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이다. 물을 전기 분해하면 수소와 산소로 분해된다. 반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만들면 이때 발생하는 에너지를 전기 형태로 바꿀 수 있다. 연료전지는 이 원리를 이용한 것이다. Fuel cells are the future power source for generating electricity by chemically reacting hydrogen with oxygen in the air. Electrolysis of water breaks down into hydrogen and oxygen. Conversely, if water is made by combining hydrogen and oxygen, the energy generated at this time can be converted into an electric form. Fuel cells use this principle.

연료전지 중 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)는 탄산염의 용융물을 전해질로 사용하여 600℃ 이상에서 동작한다. 따라서, 저온형 연료전지보다 전기화학 반응의 속도가 빠르므로 귀금속 촉매를 사용하지 않더라도 높은 효율을 기대할 수 있다. Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) in fuel cells operates at a temperature of 600 ° C or higher using a carbonate carbonate as an electrolyte. Therefore, since the electrochemical reaction rate is higher than that of the low temperature type fuel cell, high efficiency can be expected without using the noble metal catalyst.

용융탄산염 연료전지의 단위 셀(Unit Cell)은 전기화학 반응이 일어나는 극(Anode)과 공기극(Cathode), 연료가스와 산화제 가스의 유로를 형성하는 분리판, 전하를 포집하는 집전판, 용융된 탄산염을 수용하는 매트릭스로 구성된다. 용융탄산염 연료전지는 연료극으로 연료가스를 공급하고 공기극으로 산화제가스를 공급하면 각각의 전극에서 전기 화학반응이 발생하여 직류 전류를 얻을 수 있다. A unit cell of a molten carbonate fuel cell includes an anode and an cathode where an electrochemical reaction takes place, a separator plate for forming a flow path of a fuel gas and an oxidizer gas, a collecting plate for collecting charges, a molten carbonate As shown in FIG. In a molten carbonate fuel cell, when a fuel gas is supplied to a fuel electrode and an oxidant gas is supplied to an air electrode, an electrochemical reaction occurs at each electrode to obtain a direct current.

단위 셀의 전압은 방전 시 약 0.8~ 1.2V에 불과하다. 따라서 실제 연료전지는 다수의 단위 셀을 적층하여 사용한다. 이렇게 다수의 단위 셀을 적층한 것을 스택(stack)이라 한다. The voltage of the unit cell is only about 0.8 to 1.2 V during discharging. Therefore, the actual fuel cell stacks a plurality of unit cells. A stack of a plurality of unit cells is called a stack.

스택의 내구성을 유지하기 위해, 스택 동작 중에는 모든 셀 사이에 밀착 접촉이 유지되어야 한다. 이를 위해 셀 부품 제조시 제조 공차와, 셀 부품의 열팽창 등이 고려되어야 한다. In order to maintain the durability of the stack, close contact must be maintained between all the cells during the stack operation. For this purpose, manufacturing tolerances in cell parts manufacturing and thermal expansion of cell parts should be considered.

도 1은 종래의 연료전지의 양극판을 도시한 도면이다.1 is a view showing a positive electrode plate of a conventional fuel cell.

도시된 바에 따르면, 양극판은 2개의 인접한 셀을 양극판의 제1면(15A) 및 제2면(15B)에 각각 하나씩 분리한다. 판의 대향하는 2개의 엣지는 2개의 밀봉 플랜지(20)를 형성하기 위해 판의 제1면(15A) 위로 절첩되고, 판의 대향하는 또 다른 엣지는 2개의 제1 밀봉플랜지(20)에 수직으로 배치된 2개의 밀봉플랜지(21)를 형성하기 위해, 판의 제2면(15b) 위로 절첩된다. 각각의 밀봉플랜지(20,21)는 양극판(15)에 평행하게 이격 배치된 평탄부(23)를 포함한다. 평탄부(23)와 이러한 평탄부(23)에 대향하는 양극판(15)의 부분을 포함하는 밀봉 플랜지(20,21)는 습식 밀봉영역(25)을 형성하므로, 양극판(15)의 각각의 표면(15A,15B)에는 2개의 평행한 습식 밀봉영역(25)이 존재하게 된다. 습식 밀봉영역(25) 사이의 영역에는 셀 활성영역(30)이 형성된다. As shown, the bipolar plate separates two adjacent cells into a first side 15A and a second side 15B of the bipolar plate, respectively. The two opposing edges of the plate are folded over the first surface 15A of the plate to form two sealing flanges 20 and another opposing edge of the plate is perpendicular to the two first sealing flanges 20 Is folded over the second side 15b of the plate so as to form two sealing flanges 21 which are arranged in a plane. Each of the sealing flanges 20 and 21 includes a flat portion 23 disposed parallel to and spaced from the bipolar plate 15. The sealing flanges 20 and 21 including the flat portion 23 and the portion of the positive electrode plate 15 opposed to the flat portion 23 form the wet sealing region 25, Two parallel wet sealing regions 25 are present in the respective regions 15A and 15B. The cell active region 30 is formed in the region between the wet sealing regions 25.

종래 기술에서는 습식 밀봉영역에 전류 콜렉터와 동일한 구조물이 들어가고 얇은 판재에 의하여 높이를 맞추는 방식이 이용되었다. 하지만 이러한 방법에 의하면 전극의 높이와 습식 밀봉 영역의 높이를 일정하게 유지하기 어렵다는 문제가 있다. In the prior art, the same structure as the current collector is inserted in the wet sealing area and the height is adjusted by the thin plate material. However, this method has a problem that it is difficult to keep the height of the electrode and the height of the wet sealing region constant.

또한, 전류 콜렉터는 전극에 가스가 공급될 수 있도록 유로를 형성함과 더불어 전극과 접촉하여 다음 적층된 전극까지 전기가 흐르도록 전기적 통로 역할을 수행한다. In addition, the current collector forms a flow path so that gas can be supplied to the electrode, and also serves as an electrical path to contact the electrode and flow electricity to the next stacked electrode.

전기 흐름을 좋게 하기 위해선 전류 콜렉터가 전극과 접촉하는 면적을 넓혀야하는 반면 전극으로의 가스 흐름을 좋게 하기 위해선 전극과 접촉하는 면적을 줄여야 한다. 이러한 상반된 요구 하에서 가장 효율적으로 연료전지를 운용하기 위한 전류 콜렉터의 구조에 대한 연구가 진행되고 있다. In order to improve the electric current, it is necessary to increase the contact area of the current collector with the electrode while reducing the contact area with the electrode in order to improve the gas flow to the electrode. Research on the structure of a current collector for the most efficient operation of the fuel cell under these conflicting requirements is underway.

본 발명은 전극에 가스의 공급을 원활히 하고 전기적 접촉을 향상시킴과 더불어 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있는 연료전지용 셀 패키지를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a cell package for a fuel cell which can smoothly supply gas to the electrode, improve electrical contact, and improve structural stability.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르는 연료전지용 셀 패키지는 중앙부에 형성되는 활성영역과 상기 활성영역의 양측에 형성되는 습식 밀봉영역을 포함하는 센터 플레이트와, 상기 활성영역에 안착되는 전류 콜렉터 및 상기 전류 콜렉터와 단절되어 상기 습식 밀봉영역에 안착되는 습식 밀봉 슬롯을 포함한다. In order to solve the above problems, a cell package for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a center plate including an active region formed at a central portion and a wet sealing region formed at both sides of the active region; And a wet seal slot that is disconnected from the current collector and seated in the wet seal region.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 전류 콜렉터는 전극과 맞닿는 전극 접촉부 및 전극이 가스와 닿을 수 있도록 홀들이 형성되는 가스 통과부를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the current collector includes an electrode contact portion contacting the electrode and a gas passage portion in which holes are formed so that the electrode can contact the gas.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 전극 접촉부의 폭은 상기 가스 통과부의 폭의 1~2배의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the width of the electrode contact portion is 1 to 2 times the width of the gas passage.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 전류 콜렉터는 상기 홀들이 형성되는 평면과 단차를 갖도록 형성되는 지지면 및 상기 지지면의 양단에서 연장되어 홀의 양단에 각각 연결되는 연결부를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the current collector includes a support surface formed to have a step with a plane where the holes are formed, and a connection portion extending from both ends of the support surface and connected to both ends of the hole.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 연결부는 상기 지지면의 양단에 가까워질수록 폭이 커지는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the connection portion has a greater width as it approaches both ends of the support surface.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 홀들은 상기 지지면에 대응되는 형상의 제1 영역 및 사다리꼴 형상을 이루고 상기 제1 영역을 중심으로 대칭이 되도록 형성되는 제2 영역들을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the holes include a first region having a shape corresponding to the support surface, and second regions having a trapezoidal shape and formed to be symmetrical about the first region.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 습식 밀봉 슬롯은 일방향으로 산과 골이 규칙적으로 반복되는 평판의 형상을 이룬다. As an example related to the present invention, the wet seal slot has a flat plate shape in which mountains and valleys are regularly repeated in one direction.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 산과 골의 끝부분에는 센터 플레이트와의 접촉 면접을 늘릴 수 있도록 평면을 이루는 평탄부가 형성된다. As an example related to the present invention, a planar flat portion is formed at an end portion of the mountain and the valley so as to increase the contact contact with the center plate.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 일방향은 상기 전류 콜렉터를 통해 흐르는 가스의 진행 방향과 직교하는 것을 특징으로 한다. As one example related to the present invention, the one direction is orthogonal to the traveling direction of the gas flowing through the current collector.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 전류 콜렉터는 전극과 맞닿는 전극 접촉부 및 전극이 가스와 닿을 수 있도록 홀들이 형성되는 가스 통과부를 포함한다. In another embodiment of the present invention, the current collector includes an electrode contact portion contacting the electrode and a gas passage portion in which holes are formed so that the electrode can contact the gas.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 전극 접촉부의 폭은 상기 가스 통과부의 폭의 1~2배의 크기를 갖는다. In another embodiment of the present invention, the width of the electrode contact portion is 1 to 2 times the width of the gas passage portion.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 전류 콜렉터는 상기 홀들이 형성되는 평면과 단차를 갖도록 형성되는 지지면 및 상기 지지면의 양단에서 연장되어 홀의 양단에 각각 연결되는 연결부를 포함한다. In another embodiment of the present invention, the current collector includes a support surface formed to have a step with a plane where the holes are formed, and a connection portion extending from both ends of the support surface and connected to both ends of the hole, respectively.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 연결부는 상기 지지면의 양단에 가까워질수록 폭이 커지는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the connection portion has a greater width as it approaches both ends of the support surface.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 홀들은 상기 지지면에 대응되는 형상의 제1 영역 및 사다리꼴 형상을 이루고 상기 제1 영역을 중심으로 대칭이 되도록 형성되는 제2 영역들을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the holes include a first region having a shape corresponding to the support surface and second regions having a trapezoidal shape and formed to be symmetrical about the first region.

본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 습식 밀봉 슬롯은 상기 전류 콜렉터 보다 두께 방향으로 더 작은 탄성값을 갖도록 형성된다. As another example related to the present invention, the wet seal slot is formed to have a smaller elasticity value in the thickness direction than the current collector.

본 발명에 따른 연료전지용 셀 패키지는 습식 밀봉 영역에 별도의 습식 밀봉 슬롯을 삽입하여 습식 밀봉 영역과 전극의 높이를 자유롭게 맞추며, 균일한 탄성을 맞출 수 있도록 하여 연료전지의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.The cell package for a fuel cell according to the present invention can improve the structural stability of the fuel cell by allowing a separate wet sealing slot to be inserted in the wet sealing region to freely align the height of the electrode with the wet sealing region, have.

또한, 전류 콜렉터의 형상을 최적화하여 전극에 가스가 원활히 공급됨과 더불어 전극과의 전기적 접촉도 향상시켜 스택의 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the shape of the current collector is optimized to smoothly supply the gas to the electrode, and to improve the electrical contact with the electrode, thereby improving the performance of the stack.

도 1은 종래 연료전지의 양극판을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 연료전지용 셀 패키지의 개념도.
도 3은 도 2의 셀 패키지의 횡 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 습식 밀봉 슬롯의 개념도.
도 5는 도 2의 전류 콜렉터의 확대 사시도.
도 6은 도 5의 전류 콜렉터의 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 콜렉터 슬롯의 개념도.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전류 콜렉터의 평면도.1 is a conceptual view showing a positive electrode plate of a conventional fuel cell.
2 is a conceptual view of a cell package for a fuel cell of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the cell package of Fig. 2;
4 is a conceptual view of a wet seal slot according to one embodiment of the present invention;
5 is an enlarged perspective view of the current collector of FIG. 2;
Figure 6 is a top view of the current collector of Figure 5;
7 is a conceptual view of a current collector slot according to an embodiment of the present invention;
8 is a plan view of a current collector according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 연료전지용 셀 패키지에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a cell package for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In addition, suffixes "parts" for constituent elements used in the following description are to be given or mixed in consideration only of ease of specification, and they do not have their own meaning or role.

도 2는 본 발명의 연료전지용 셀 패키지의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a cell package for a fuel cell of the present invention.

용융탄산염 연료전지는 스택과, 매니폴드와 가스켓과, 결합부 등을 포함한다. A molten carbonate fuel cell includes a stack, a manifold, a gasket, a joint, and the like.

스택은 서로 적층된 단위 셀들로 구성된다. 각 셀에는 연료극과 공기극이 구비된다. 매니폴드에 구비된 연료유입구와 공기유입구를 통해서 연료극으로 연료가, 공기극으로 공기가 각각 공급된다. 매니폴드는 가스가 지나는 내부 공간을 포함한다. The stack consists of stacked unit cells. Each cell is provided with a fuel electrode and an air electrode. Fuel is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the air electrode through the fuel inlet and the air inlet provided in the manifold. The manifold includes the interior space through which the gas passes.

매니폴드는 스택을 덮도록 결합된다. 복수의 매니폴드가 스택의 둘레를 둘러싸도록 형성되어 가스가 외부로 누출되는 것을 방지한다. The manifold is coupled to cover the stack. A plurality of manifolds are formed so as to surround the periphery of the stack to prevent gas from leaking to the outside.

가스켓은 스택과 매니폴드 사이를 보다 견고히 밀폐시킨다. The gasket seals more tightly between the stack and the manifold.

결합부는 스택과 매니폴드 사이에 배치되어 스택에서 생산된 전기가 매니폴드로 흐르지 못하게 함과 동시에 스택과 매니폴드 사이를 밀폐시켜 연료전지에 공급되는 가스가 외부로 누출되는 것을 방지한다. The coupling portion is disposed between the stack and the manifold so that electricity generated in the stack can not flow to the manifold, and at the same time, the space between the stack and the manifold is sealed to prevent the gas supplied to the fuel cell from leaking to the outside.

도 2를 참조하면, 셀 패키지는 센터 플레이트(301)와, 전류 콜렉터 및 습식 밀봉 슬롯(210, wet seal slot) 등을 포함한다. Referring to FIG. 2, the cell package includes a center plate 301, a current collector and a wet seal slot 210, and the like.

센터 플레이트(301)는 양 면에 전류 콜렉터가 안착되도록 형성되는 양극판 역할을 한다. 제1 면에는 아노드 전류 콜렉터(330, anode current collector)가 접하고, 제1 면과 반대 면인 제2 면에는 캐소드 전류 콜렉터(310, cathod current collector)가 접한다. The center plate 301 serves as a positive electrode plate on which current collectors are mounted on both surfaces. The anode current collector 330 is in contact with the first surface, and the cathode current collector 310 is in contact with the second surface opposite to the first surface.

센터 플레이트(301)의 양 측단에는 습식 밀봉 영역(A, wet seal)이 형성된다.A wet seal A is formed on both sides of the center plate 301.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센터 플레이트(301)는 가로방향으로 연장되는 판 및 판의 일단부에서 수직으로 절곡되어 연장되는 절곡부를 구비한다. 예를 들면, 판부재의 일단은 L자 형태로 이루어질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the center plate 301 has a plate extending in the transverse direction and a bent portion bent and extending vertically at one end of the plate. For example, one end of the plate member may be formed in an L shape.

전류 콜렉터의 상면에는 전극이 접하도록 배치될 수 있다. The upper surface of the current collector may be arranged so that the electrode is in contact with the upper surface.

습식 밀봉 영역(A)에는 습식 밀봉 슬롯(210)이 배치된다. A wet seal slot 210 is disposed in the wet seal area A.

습식 밀봉 슬롯(210)은 복수개의 셀 패키지가 적층되어 고정부재(110)가 압력을 받을 때 높이 방향(DR2)으로 고정부재(110)를 지탱하여 연료전지가 붕괴되는 것을 방지한다. The wet sealing slot 210 prevents the fuel cell from collapsing by supporting the fixing member 110 in the height direction DR2 when the plurality of cell packages are stacked and the fixing member 110 is pressed.

도 3은 도 2의 셀 패키지의 횡 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of the cell package of Fig.

도 3을 참조하면, 연료전지는 복수의 셀 패키지가 적층되어 형성된다. Referring to FIG. 3, a fuel cell is formed by stacking a plurality of cell packages.

연료전지는 센터 플레이트(301)와, 전류 콜렉터와, 전극과, 매트릭스(350) 및 습식 밀봉 슬롯(200) 등을 포함한다. The fuel cell includes a center plate 301, a current collector, an electrode, a matrix 350, a wet seal slot 200, and the like.

연료전지는 캐소드부와 아노드부로 나뉘며, 도시된 바에 따르면, 캐소드 전류 콜렉터(310), 캐소드(320), 매트릭스(350), 아노드(340) 및 아노드 전류 콜렉터(330)가 차례대로 적층된다. The fuel cell is divided into a cathode section and an anode section and the cathode current collector 310, the cathode 320, the matrix 350, the anode 340 and the anode current collector 330 are sequentially stacked do.

연료전지는 중앙부에 활성영역(B)이 형성되고, 활성영역(B)의 양측에는 습식 밀봉 영역(A)이 형성된다. The active region B is formed at the center of the fuel cell and the wet sealing region A is formed at both sides of the active region B.

기존의 습식 밀봉 영역(A)에는 전류 콜렉터와 동일한 구조물이 들어가고 얇은 판재에 의해 높이를 맞추었다. 하지만 이러한 방법은 전극의 높이와 습식 밀봉 영역(A)의 높이를 자유롭게 설계하는데 어려움이 있었다. In the conventional wet sealing area (A), the same structure as the current collector is inserted and the height is adjusted by the thin plate material. However, this method has difficulties in freely designing the height of the electrode and the height of the wet sealing region (A).

도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시에서는 활성영역(B)에 전류 콜렉터가 안착되고, 습식 밀봉 영역(A)에는 별도의 습식 밀봉 슬롯이 안착된다. As shown, in one embodiment of the present invention, a current collector is placed in the active area (B), and a separate wet sealing slot is seated in the wet sealing area (A).

습식 밀봉 슬롯(200)의 높이는 전류 콜렉터의 높이보다 크거나 작게 형성될 수 있다. 즉, 전극과 전류 콜렉터의 두께를 합한 크기와 습식 밀봉 슬롯(200)과 밀봉 플랜지의 두께를 합한 크기가 동일하게 제작될 수 있다. 이를 통해 습식 밀봉 영역(A)에 별도의 구조물을 부가하지 않고도 셀 패키지의 두께를 균일하게 만들 수 있다. The height of the wet sealing slot 200 may be formed to be larger or smaller than the height of the current collector. That is, the sum of the thicknesses of the electrode and the current collector and the sum of the thicknesses of the wet sealing slot 200 and the sealing flange can be made equal to each other. This makes it possible to make the thickness of the cell package uniform without adding a separate structure to the wet sealing area A.

도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 습식 밀봉 슬롯의 개념도이다. 4 is a conceptual view of a wet seal slot according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 습식 밀봉 슬롯은 일방향(DR1)으로 산(201)과 골(202)이 규칙적으로 반복되는 평판의 형상을 이루도록 형성된다. 산(201)과 골(202)은 상기 일방향(DR1)과 수직인 방향(DR2)으로 형성된다. Referring to FIG. 4, the wet sealing slot is formed in a shape of a flat plate in which the mountain 201 and the valley 202 are regularly repeated in one direction DR1. The mountain 201 and the valley 202 are formed in a direction DR2 perpendicular to the one direction DR1.

산(201)과 골(202)은 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이 중심선을 기준으로 대칭이 되는 형상을 이룰 수 있다. 다만, 산(201)과 골(202)의 형상이 다르더라도 본원발명의 목적을 달성하는데 지장이 없다. 즉, 위쪽은 반원 형상이고 아래쪽은 사다리꼴 형상 등으로 변형될 수 있다. The mountain 201 and the valleys 202 may have a shape symmetrical with respect to the center line as shown in Fig. 4 (b). However, even if the shape of the mountain 201 and the shape of the trough 202 are different, the object of the present invention can be achieved. That is, the upper portion may be deformed into a semicircular shape and the lower portion thereof may be deformed into a trapezoidal shape or the like.

습식 밀봉 영역(A)은 전극의 옆 가이드 라인으로 가스의 유출을 막는 부분이다. 습식 밀봉 영역(A)과 전극의 높이가 고르게 유지되어야 가스의 유출을 막을 수 있다. 산(201)은 밀봉 플랜지에 접하고, 골(202)은 센터 플레이트(301)에 접한다. 다시 말해, 습식 밀봉 슬롯은 습식 밀봉 영역(A)의 위아래로 접하여 가스가 습식 밀봉 영역(A)으로 흐르는 것을 방지하고, 또한 습식 밀봉 영역의 강성을 높일 수 있다. The wet sealing region (A) is a portion for preventing the outflow of gas to the side guide line of the electrode. The wet sealing area (A) and the height of the electrode must be kept even to prevent the outflow of gas. The mountain 201 is in contact with the sealing flange, and the valley 202 is in contact with the center plate 301. In other words, the wet seal slot can contact the upper and lower sides of the wet seal area A to prevent gas from flowing into the wet seal area A, and also to increase the rigidity of the wet seal area.

도 4의 (c)를 참조하면, 산(201)과 골(202)의 끝부분에는 센터 플레이트(301) 또는 밀봉 플랜지와의 접촉 면적을 늘릴 수 있도록 평탄부(203)가 형성된다. 평탄부(203)는 습식 밀봉 슬롯의 길이 방향(DR1)으로 연장되는 평면을 이룬다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 습식 밀봉 슬롯은 물결모양을 개선한 둥근 사다리꼴 형태를 이룬다. 사다리꼴 형상의 습식 밀봉 슬롯은 물결모양 대비 상단 및 하단의 접촉부위에서 하중을 분산(201)시켜 변형이 발생하지 않도록 한다. Referring to FIG. 4C, a flat portion 203 is formed at an end portion of the mountain 201 and the trough 202 to increase the contact area between the center plate 301 and the sealing flange. The flat portion 203 has a plane extending in the longitudinal direction DR1 of the wet seal slot. In other words, according to one embodiment of the present invention, the wet seal slot forms a rounded trapezoidal shape with improved wavy shape. The trapezoidal wet sealing slots distribute the load (201) on the upper and lower contact portions of the wavy shape so that deformation does not occur.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 습식 밀봉 슬롯의 탄성은 전류 콜렉터의 탄성보다 낮은 값을 갖는다. 즉, 전극과 전류 콜렉터를 포함하는 전극 영역에서의 탄성(아노드(340) + 캐소드(320) + 매트릭스(350) + 아노드 전류 콜렉터(330) + 캐소드 전류 콜렉터(310)의 탄성값)과 습식 밀봉 영역(A)에서의 탄성값(아노드 습식 밀봉 슬롯(220) + 캐소드 습식 밀봉 슬롯(210) + 매트릭스(350)의 탄성값)이 유사하도록 습식 밀봉 슬롯의 탄성값을 설정한다. According to another embodiment of the present invention, the elasticity of the wet seal slot has a lower value than the elasticity of the current collector. That is, the elasticity (the elasticity of the anode 340, the cathode 320, the matrix 350, the anode current collector 330, and the cathode current collector 310) in the electrode region including the electrode and the current collector The elasticity value of the wet sealing slot is set so that the elastic value in the wet sealing area A (the anode wet sealing slot 220 + the cathode wet sealing slot 210 + the elasticity value of the matrix 350) is similar.

전극 영역은 전류 콜렉터와 전극의 조합으로 이루어져 있고 전극은 금속인 전류 콜렉터에 비해 상당히 낮은 탄성값을 갖는다. 따라서 습식 밀봉 슬롯은 전류 콜렉터에 비해 낮은 탄성값을 갖도록 설정되어야 전극 영역 및 습식 밀봉 영역(A)이 전체적으로 고른 탄성을 갖고 스택이 안정적으로 운용될 수 있다. The electrode area consists of a combination of a current collector and an electrode, and the electrode has a significantly lower elasticity value than a current collector made of metal. Therefore, the wet seal slot should be set to have a lower elasticity value as compared with the current collector so that the electrode area and the wet seal area A can have uniform overall elasticity and the stack can be stably operated.

도 5는 도 2의 전류 콜렉터의 확대 사시도이고, 도 6은 도 5의 전류 콜렉터의 평면도이다. FIG. 5 is an enlarged perspective view of the current collector of FIG. 2, and FIG. 6 is a plan view of the current collector of FIG.

도시된 바에 따르면, 전류 콜렉터는 전극과 맞닿는 전극접촉부(312)와, 가스가 전극에 닿을 수 있도록 홀(315)들이 형성되는 가스통과부(311)를 포함한다. As shown, the current collector includes an electrode contact portion 312 that abuts an electrode and a gas flow channel portion 311 in which holes 315 are formed to allow gas to contact the electrode.

아래 표 1은 가스통과부(311) 및 전극접촉부(312)의 비율에 따른 전극 접촉 면적 비율 및 전극과 가스 접촉 면적 비율을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the electrode contact area ratio and the electrode to gas contact area ratio according to the ratio of the gas-tight portion 311 and the electrode contact portion 312.

가스통과부(311):전극접촉부(312) 비율The gas passage portion 311: the electrode contact portion 312 ratio 1:11: 1 2:12: 1 전극 접촉 면적 비율Electrode contact area ratio 약55%About 55% 약40%About 40% 전극과 가스 접촉 면적 비율Ratio of electrode to gas contact area 약45%About 45% 약60%About 60% 전류 콜렉터 슬롯 접촉 비율Current collector slot contact ratio 약16%About 16% 약21%About 21%

표 1을 참조하면, 가스통과부(311)와 전극접촉부(312)의 비율이 1:1일 경우 전극과 전류 콜렉터가 접촉하는 면적은 전류 콜렉터 전체 면적의 약 55%가 된다. 가스통과부(311)에는 가스가 전극에 닿을 수 있도록 홀(315)이 형성되고, 전극접촉부(312) 간에 연결하는 가로방향 연결부(314)가 형성된다. 따라서 전극 접촉 면적 비율은 항상 50%보다 크게 된다. Referring to Table 1, when the ratio of the gas passage portion 311 to the electrode contact portion 312 is 1: 1, the contact area between the electrode and the current collector is about 55% of the total area of the current collector. A hole 315 is formed in the gas passage portion 311 so that gas can be contacted to the electrode and a lateral connection portion 314 connecting the electrode contact portions 312 is formed. Therefore, the electrode contact area ratio always becomes larger than 50%.

이 때 전극과 가스 접촉 면적 비율은 대략 45%정도가 된다. 그리고 전류 콜렉터 슬롯과 센터 플레이트(301)가 접하는 면적의 비율은 대략 16%가 된다. At this time, the ratio of the contact area of the electrode and the gas is about 45%. The ratio of the area in which the current collector slot and the center plate 301 are in contact is approximately 16%.

가스통과부(311)와 전극접촉부(312)의 비율이 2:1인 경우 전극과 가스가 접촉하는 면적이 늘어나 가스의 반응이 보다 잘 일어나고 전류 콜렉터가 센터 플레이트(301)에 접촉하는 면적이 늘어나 전기 접촉 저항을 줄일 수 있다. In the case where the ratio of the gas-passing portion 311 to the electrode-contacting portion 312 is 2: 1, the area of contact between the electrode and the gas is increased, the reaction of the gas is more likely to occur and the area in which the current collector contacts the center plate 301 is increased, The contact resistance can be reduced.

가스통과부(311)와 전극접촉부(312)의 비율이 2:1인 경우 전극과 전류 콜렉터가 접촉하는 면적은 약 40%가 되며, 전극과 가스 접촉 면적 비율을 약 60%, 전류 콜렉터 슬롯과 센터 플레이트(301)가 접하는 면적의 비율은 약 21%가 된다. When the ratio of the gas passage portion 311 to the electrode contact portion 312 is 2: 1, the contact area between the electrode and the current collector is about 40%, the ratio of the contact area with the electrode is about 60% The ratio of the area contacted by the plate 301 becomes about 21%.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 콜렉터 슬롯의 개념도이다. 7 is a conceptual diagram of a current collector slot according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 전류 콜렉터는 단위 슬롯들을 포함한다. 전류 콜렉터 슬롯은 전극접촉부(312)와 단차를 갖고 센터 플레이트(301)를 지지하는 지지면(313)과, 상기 지지면(313)의 양단에서 연장되어 홀(315)의 양단에 각각 연결되는 연결부(314)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the current collector includes unit slots. The current collector slot includes a support surface 313 having a step with the electrode contact portion 312 and supporting the center plate 301 and a connection portion 313 extending from both ends of the support surface 313 and connected to both ends of the hole 315, (314).

설명의 편의상 전류 콜렉터 슬롯으로 명명한 것으로 이는 전류 콜렉터와 별개의 구조물이 아니고 전류 콜렉터의 일부를 이룬다. For convenience of explanation, it is named as a current collector slot, which is not a separate structure from the current collector but forms part of the current collector.

상기 지지면(313)과 연결부(314)의 폭은 서로 차이를 갖도록 형성될 수 있다. 도시된 바에 따르면, 지지면(313)은 연결부(314)보다 더 넓은 폭을 가진다. 즉, 연결부(314)는 지지면(313)에 가까워질수록 더 넓어지며 홀(315)의 일단에 가까워질수록 더 좁아진다. 이를 통해 홀(315)의 전체 면적을 넓히고 지지면(313)과 센터 플레이트(301)의 접촉면적을 넓힐 수 있다. The widths of the support surface 313 and the connection portion 314 may be different from each other. As shown, the support surface 313 has a wider width than the connection portion 314. That is, the closer the coupling portion 314 is to the support surface 313, the wider the coupling portion 314 becomes, and the closer to the one end of the hole 315, the narrower the coupling portion 314 becomes. The entire area of the hole 315 can be widened and the contact area between the support surface 313 and the center plate 301 can be widened.

도 7에서는 지지면(313)이 직사각형 형상을 이루고 있지만 지지면(313)의 형상은 다른 다각형의 형상으로 이루어질 수 있다. 7, the support surface 313 may have a rectangular shape, but the shape of the support surface 313 may have a different polygonal shape.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전류 콜렉터의 평면도이다. 8 is a plan view of a current collector according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 전류 콜렉터의 홀(315)은 상기 지지면(313)과 연결부(314)를 위에서 내려다 본 형상을 이룰 수 있다. Referring to FIG. 8, the hole 315 of the current collector may have a shape that is viewed from above the supporting surface 313 and the connecting portion 314.

상기 홀(315)은 지지면(313)에 대응되는 형상의 제1 영역(315a)과, 사다리꼴 형상을 이루고 상기 제1 영역(315a)을 중심으로 대칭이 되도록 형성되는 제2 영역(315b)들을 포함한다. 이와 같은 형태를 통해 전극과 가스가 접촉하는 부분이 볼록한 형태를 취하여 기존의 전류 콜렉터에 비해 더 큰 면적을 갖는다. The hole 315 includes a first region 315a having a shape corresponding to the supporting surface 313 and a second region 315b having a trapezoidal shape and formed to be symmetrical about the first region 315a . With this form, the portion where the electrode and the gas are in contact is convex, which has a larger area than that of the conventional current collector.

상기와 같은 연료전지용 셀 패키지는 습식 밀봉 영역(A)에 별도의 습식 밀봉 슬롯을 삽입하여 습식 밀봉 영역(A)과 전극의 높이를 자유롭게 맞추며, 균일한 탄성을 맞출 수 있도록 하여 연료전지의 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전류 콜렉터의 형상을 최적화하여 전극에 가스가 원활히 공급됨과 더불어 전극과의 전기적 접촉도 향상시켜 스택의 성능을 향상시킬 수 있다. The cell package for a fuel cell as described above is characterized in that a separate wet sealing slot is inserted in the wet sealing area A to freely align the height of the electrode with the wet sealing area A, The stability can be improved. In addition, the shape of the current collector is optimized to smoothly supply the gas to the electrode, and to improve the electrical contact with the electrode, thereby improving the performance of the stack.

이상에서 설명한 연료전지용 셀 패키지는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described cell package for a fuel cell is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but all or a part of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made to the embodiments.

Claims (15)

중앙부에 형성되는 활성영역과 상기 활성영역의 양측에 형성되는 습식 밀봉영역을 포함하는 센터 플레이트;
상기 활성영역에 안착되는 전류 콜렉터; 및
상기 전류 콜렉터와 단절되어 상기 습식 밀봉영역에 안착되는 습식 밀봉 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.A center plate including an active region formed at a central portion and a wet-seal region formed at both sides of the active region;
A current collector that is seated in the active region; And
And a wet seal slot that is disconnected from the current collector and seats in the wet seal region. 제1항에 있어서,
상기 전류 콜렉터는,
전극과 맞닿는 전극 접촉부; 및
전극이 가스와 닿을 수 있도록 홀들이 형성되는 가스 통과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.The method according to claim 1,
Wherein the current collector comprises:
An electrode contact portion contacting the electrode; And
And a gas passage portion in which holes are formed so that the electrode can contact with the gas. 제2항에 있어서,
상기 가스 통과부의 폭은,
상기 전극 접촉부의 폭의 1~2배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.3. The method of claim 2,
The width of the gas-
Wherein the electrode contact portion has a size of 1 to 2 times the width of the electrode contact portion. 제2항에 있어서,
상기 전류 콜렉터는,
상기 홀들이 형성되는 평면과 단차를 갖도록 형성되는 지지면; 및
상기 지지면의 양단에서 연장되어 홀의 양단에 각각 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.3. The method of claim 2,
Wherein the current collector comprises:
A supporting surface formed so as to have a step and a plane in which the holes are formed; And
And a connection portion extending from both ends of the support surface and connected to both ends of the hole, respectively. 제4항에 있어서,
상기 연결부는,
상기 지지면의 양단에 가까워질수록 폭이 커지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.5. The method of claim 4,
The connecting portion
Wherein a width of the support surface increases toward the both ends of the support surface. 제4항에 있어서,
상기 홀들은,
상기 지지면에 대응되는 형상의 제1 영역; 및
사다리꼴 형상을 이루고 상기 제1 영역을 중심으로 대칭이 되도록 형성되는 제2 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지. 5. The method of claim 4,
The holes
A first region of a shape corresponding to the support surface; And
And second regions formed in a trapezoidal shape and symmetrical about the first region. 제1항에 있어서,
상기 습식 밀봉 슬롯은,
일방향으로 산과 골이 규칙적으로 반복되는 평판의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.The method according to claim 1,
The wet seal slot
Wherein the shape of the flat plate is one in which mountains and valleys are regularly repeated in one direction. 제7항에 있어서,
상기 산과 골의 끝부분에는 센터 플레이트와의 접촉 면접을 늘릴 수 있도록 평면을 이루는 평탄부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.8. The method of claim 7,
And a planar flat portion is formed at an end portion of the mountain and the valley so as to increase a contact contact with the center plate. 제7항에 있어서,
상기 일방향은,
상기 전류 콜렉터를 통해 흐르는 가스의 진행 방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.8. The method of claim 7,
The one-
And a direction perpendicular to a traveling direction of gas flowing through the current collector. 제7항에 있어서,
상기 전류 콜렉터는,
전극과 맞닿는 전극 접촉부; 및
전극이 가스와 닿을 수 있도록 홀들이 형성되는 가스 통과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.8. The method of claim 7,
Wherein the current collector comprises:
An electrode contact portion contacting the electrode; And
And a gas passage portion in which holes are formed so that the electrode can contact with the gas. 제10항에 있어서,
상기 전극 접촉부의 폭은,
상기 가스 통과부의 폭의 1~2배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.11. The method of claim 10,
The width of the electrode contact portion
Wherein the gas passage portion has a size of 1 to 2 times the width of the gas passage portion. 제11항에 있어서,
상기 전류 콜렉터는,
상기 홀들이 형성되는 평면과 단차를 갖도록 형성되는 지지면; 및
상기 지지면의 양단에서 연장되어 홀의 양단에 각각 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.12. The method of claim 11,
Wherein the current collector comprises:
A supporting surface formed so as to have a step and a plane in which the holes are formed; And
And a connection portion extending from both ends of the support surface and connected to both ends of the hole, respectively. 제12항에 있어서,
상기 연결부는,
상기 지지면의 양단에 가까워질수록 폭이 커지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.13. The method of claim 12,
The connecting portion
Wherein a width of the support surface increases toward the both ends of the support surface. 제13항에 있어서,
상기 홀들은,
상기 지지면에 대응되는 형상의 제1 영역; 및
사다리꼴 형상을 이루고 상기 제1 영역을 중심으로 대칭이 되도록 형성되는 제2 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지. 14. The method of claim 13,
The holes
A first region of a shape corresponding to the support surface; And
And second regions formed in a trapezoidal shape and symmetrical about the first region. 제14항에 있어서,
상기 습식 밀봉 슬롯은,
상기 전류 콜렉터 보다 두께 방향으로 더 작은 탄성값을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀 패키지.15. The method of claim 14,
The wet seal slot
Wherein the current collector is formed to have a smaller elasticity value in the thickness direction than the current collector.
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