KR20150132686A - Cell for fuel cell and fuel cell stack comprising same - Google Patents

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KR20150132686A
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고준호
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Abstract

The present invention relates to a cell for a fuel cell, and a fuel cell stack including the same. The cell for a fuel cell of the present invention comprises: a first electrode in which a first flow path for transferring an oxidizing agent is formed; a second electrode in which a second flow path for transferring fuel is formed; and an electrolytic layer formed between the first and second electrodes. The first flow path is formed on the first electrode to penetrate therethrough, thus the oxidizing agent moves into the first electrode. The second flow path is formed on the second electrode to penetrate therethrough, thus the fuel moves into the second electrode. According to the present invention, fluid is moved through the first and second flow paths, and thus omits a separation plate compared to the conventional techniques, thereby reducing total volume, saving costs, consumed for processing the separation plate, and enhancing durability.

Description

연료전지용 셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택{CELL FOR FUEL CELL AND FUEL CELL STACK COMPRISING SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell stack,

본 발명은 전기를 생성하기 위한 연료전지용 셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell cell for generating electricity and a fuel cell stack including the same.

연료전지(Fuel cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 전지로, 수소 및 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기에너지를 발생시키는 친환경적 발전 기술이다. A fuel cell is a battery that converts chemical energy generated by oxidation into electrical energy. It is an environmentally friendly power generation technology that generates electrical energy from materials abundant on the earth, such as hydrogen and oxygen.

상기 연료전지를 전해질형에 따라 분류하면, 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 60 ~ 110℃에서 작동하는 알카리 전해질형 연료전지, 상온부터 80℃에서 작동하는 양이온 전해질 연료전지(또는 고분자 전해질 연료전지), 500 ~ 700℃에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지 및 700℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물 연료전지 등이 있다.The fuel cell can be classified into an electrolyte type, a phosphoric acid type fuel cell that operates at about 200 DEG C, an alkaline electrolyte type fuel cell that operates at 60 to 110 DEG C, a cation electrolyte fuel cell (or a polymer electrolyte Fuel cell), a molten carbonate electrolyte fuel cell operating at 500 to 700 占 폚, and a solid oxide fuel cell operating at 700 占 폚 or higher.

이러한 연료전지는 공기극에 공급되는 산소와 연료극에 공급되는 연료가스를 통해 물의 전기분해 역반응 형태의 전기화학반응을 진행시킨다. 상기 연료전지는 상기 전기화학반응이 진행되면서 전기, 열 및 물을 발생시킴으로써, 전기를 생성할 수 있다. 이때, 산소 및 연료가스는 분리판(bipolar plate)을 통해 이동하게 된다.Such a fuel cell causes an electrochemical reaction in the form of electrolytic reverse reaction of water through oxygen supplied to the cathode and fuel gas supplied to the anode. The fuel cell can generate electricity by generating electricity, heat and water as the electrochemical reaction progresses. At this time, the oxygen and the fuel gas are moved through the bipolar plate.

이러한 분리판은 연료전지의 전극 셀을 구획 짓기 위한 부재로서, 연료가스와 공기를 차단하는 역할 외에 연료가스와 공기의 유로 확보 및 외부회로에 전류를 전달하는 역할을 하므로 높은 전기전도성, 내식성 및 열전도성이 필요하고, 반면에 낮은 기체 투과성이 요구된다.This separator is a member for dividing the electrode cell of a fuel cell. In addition to blocking the fuel gas and the air, it also secures the flow path of the fuel gas and the air and transmits electric current to the external circuit. But requires low gas permeability.

기존의 분리판 제작은 그라파이트(Graphite)를 유로 형태에 따라 밀링 가공하여 제작하였다. 이 경우, 그라파이트 분리판은 밀링 가공을 통하여 제작하기 때문에 높은 가공비를 갖는 반면, 낮은 밀도로 인하여 가스의 혼합을 막기 어렵다. 따라서 소정 두께 이상으로 형성되어야 하므로 큰 부피를 갖는 문제점이 있다.The existing separator was manufactured by milling graphite according to the channel shape. In this case, since the graphite separator is manufactured through milling, it has a high processing ratio, but it is difficult to prevent gas mixing due to low density. Therefore, it has a problem of having a large volume because it must be formed to a thickness exceeding a predetermined thickness.

또한, 금속 분리판은 스테인리스 스틸(Stainless steel)을 중심으로 개발되고 있으며, 가공성 및 전기전도성 가격 면에서 모두 우수한 경쟁력을 가지고 있다. 그러나 스테인리스 스틸 자체로는 부식특성에 취약하여, 이를 보안하기 위한 방법으로 스테인리스 스틸 표면에 부식특성이 강한 금, 백금, 텅스텐을 코팅하는 방법의 연구가 진행되어 왔으나, 이 또한 고가의 금속을 코팅재로 사용하기 때문에 높은 가공비가 필요하다.In addition, the metal separator is developed mainly in stainless steel, and has excellent competitiveness in terms of processability and electrical conductivity. However, stainless steel itself is vulnerable to corrosion characteristics. As a method of securing it, studies have been carried out on a method of coating gold, platinum and tungsten which have strong corrosion properties on the surface of stainless steel. However, Because it uses it, high processing cost is required.

아울러, 복합 분리판은 기존의 문제점으로 제시되던 전기전도성은 우수한 값을 나타내고 있으나 깨지기 쉬운 단점을 가지고 있다.In addition, the composite separator exhibits excellent electrical conductivity, which has been presented as a problem, but has a disadvantage that it is fragile.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하고자 안출된 것으로, 분리판을 생략함으로써, 분리판으로인해 발생되는 문제를 해결할 수 있는 연료전지용 셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell and a fuel cell stack including the same that can solve the problem caused by the separator by omitting the separator.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention may include the following configuration.

본 발명에 따른 연료전지용 셀은 산화제가 이동하기 위한 제1유로가 형성되는 제1전극; 연료가 이동하기 위한 제2유로가 형성되는 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 형성되는 전해질층을 포함하고; 상기 제1유로는 상기 제1전극의 내부로 산화제가 이동하도록 상기 제1전극을 관통하게 상기 제1전극에 형성되고, 상기 제2유로는 상기 제2전극 내부로 연료가 이동하도록 상기 제2전극을 관통하게 상기 제2전극에 형성되는 것을 특징으로 한다.A cell for a fuel cell according to the present invention includes: a first electrode on which a first flow path for moving an oxidant is formed; A second electrode on which a second flow path for fuel to be transferred is formed; And an electrolyte layer formed between the first electrode and the second electrode; Wherein the first flow path is formed in the first electrode so as to penetrate the first electrode so that the oxidant moves into the first electrode and the second flow path is formed in the second electrode so that the fuel flows into the second electrode, Is formed on the second electrode so as to penetrate the first electrode.

본 발명에 따른 연료전지용 셀은 상기 전해질층은 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제1전극에 형성되는 제1전해질층, 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제2전극에 형성되는 제2전해질층을 포함하고, 상기 제1전해질층은 상기 제2전해질층과 접촉되게 상기 제1전극에 형성되는 것을 특징으로 한다.The cell for a fuel cell according to the present invention is characterized in that the electrolyte layer has a first electrolyte layer formed on the first electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode and a second electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode And a second electrolyte layer formed on the second electrode so that the first electrolyte layer is formed on the first electrode so as to be in contact with the second electrolyte layer.

본 발명에 따른 연료전지용 셀은 산화제로부터 산소를 생성시키기 위한 제1전극; 산소이온과 반응하는 수소를 생성하기 위한 제2전극; 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제1전극에 형성되는 제1전해질층; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제2전극에 형성되는 제2전해질층을 포함하고; 상기 제1전해질층은 상기 제2전해질층과 접촉되게 상기 제1전극에 형성되는 것을 특징으로 한다.A cell for a fuel cell according to the present invention includes: a first electrode for generating oxygen from an oxidant; A second electrode for generating hydrogen reacting with oxygen ions; A first electrolyte layer formed on the first electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode; And a second electrolyte layer formed on the second electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode; And the first electrolyte layer is formed on the first electrode so as to be in contact with the second electrolyte layer.

본 발명에 따른 연료전지 스택은 전기를 생성하기 연료전지용 셀; 및 상기 연료전지용 셀로부터 생성된 전기를 집전하는 집전판을 포함하고, 상기 집전판은 복수 개가 적층된 상기 연료전지용 셀의 양 끝단에 설치되는 것을 특징으로 한다.A fuel cell stack according to the present invention includes: a fuel cell cell for generating electricity; And a current collecting plate for collecting electricity generated from the fuel cell, wherein the current collecting plate is installed at both ends of the plurality of stacked fuel cell cells.

본 발명에 따르면 하기와 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be achieved.

본 발명은 상기 제1유로 및 제2유로를 통해 유체가 이동함으로써 종래 기술과 비교하면 분리판을 생략할 수 있으므로, 전체적인 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 분리판을 가공하는데 소요되는 비용을 절약할 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있다.Since the fluid is moved through the first flow path and the second flow path according to the present invention, it is possible to omit the separation plate as compared with the conventional technology, so that not only the overall volume can be reduced, but also the cost required for processing the separation plate can be saved And the durability can be improved.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 셀을 설명하기 위한 사시도이고,
도 2 및 도 3은 분리판을 줄이고자 하는 연료전지용 셀의 종래 기술의 예를 설명하기 위한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 셀을 설명하기 위한 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 스텍을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a perspective view for explaining a fuel cell according to the present invention,
FIGS. 2 and 3 are sectional views for explaining a prior art example of a fuel cell for reducing a separator plate,
4 is a cross-sectional view for explaining a fuel cell according to the present invention,
5 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell stack according to the present invention.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. It should be noted that, in the specification of the present invention, the same reference numerals as in the drawings denote the same elements, but they are numbered as much as possible even if they are shown in different drawings.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. Meanwhile, the meaning of the terms described in the present specification should be understood as follows.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.

어떤 구조물이 다른 구조물 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.When a structure is described as being "on" or "under" another structure, such a substrate includes, as well as when these structures are in contact with each other, to the extent that a third structure is interposed between these structures .

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지용 셀의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 연료전지용 셀은 본 발명에 따른 연료전지 스택에 포함되므로, 연료전지 스택을 설명하면서 함께 설명하기로 한다.Before describing the present invention, the fuel cell stack according to the present invention is included in the fuel cell stack according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 셀을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 분리판을 줄이고자 하는 연료전지용 셀의 종래 기술의 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 셀을 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 스텍을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view for explaining a fuel cell according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are sectional views for explaining a prior art example of a fuel cell for reducing a separator, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell stack according to the present invention. FIG.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 스텍(100)은 전기를 생성하기 위한 연료전지용 셀(200) 및 전기를 집전하는 집전판(110)을 포함할 수 있다.1 to 5, a fuel cell stack 100 according to the present invention may include a fuel cell 200 for generating electricity and a current collecting plate 110 for collecting electricity.

여기서, 상기 연료전지용 셀(200)은 제1유로(211)가 형성되는 제1전극(210), 제2유로(221)가 형성되는 제2전극(220), 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 형성되는 전해질층(230)을 포함한다.Here, the fuel cell 200 includes a first electrode 210 in which a first flow path 211 is formed, a second electrode 220 in which a second flow path 221 is formed, a first electrode 210, And an electrolyte layer 230 formed between the second electrodes 220.

도 1을 참고하면, 상기 제1전극(210)은 산화제로부터 산소이온을 생성한다. 상기 제1전극(210)에는 상기 제1유로(211)가 형성된다. 상기 제2전극(220)은 산소이온과 수소를 반응시킨다. 상기 제2전극(220)에는 상기 제2유로(221)가 형성된다. 상기 전해질층(230)은 상기 제1전극(210)으로부터 생성된 산소이온을 상기 제2전극(220)으로 이동시킨다. 상기 전해질층(230)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 형성된다. 상기 제1유로(211)는 상기 제1전극(210) 내부로 산화제가 이동하도록 상기 제1전극(210)에 형성된다. 상기 제2유로(221)는 상기 제2전극(220) 내부로 연료가 이동하도록 상기 제2전극에 형성된다.Referring to FIG. 1, the first electrode 210 generates oxygen ions from an oxidant. The first electrode 210 is formed with the first flow path 211. The second electrode 220 reacts oxygen ions with hydrogen. The second electrode (220) is formed with the second flow path (221). The electrolyte layer 230 moves the oxygen ions generated from the first electrode 210 to the second electrode 220. The electrolyte layer 230 is formed between the first electrode 210 and the second electrode 220. The first flow path 211 is formed in the first electrode 210 so that the oxidant flows into the first electrode 210. The second flow path 221 is formed in the second electrode 220 so that the fuel moves into the second electrode 220.

도 2 및 도 3을 참고하면, 분리판을 줄이기 위해 연료전지 스택(100)은 다음과 같은 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, in order to reduce the separator plate, the fuel cell stack 100 may have the following structure.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(210)은 상기 제2전극(220)상에 형성된다. 상기 제1전극(210)은 상기 제2전극(220)이 요철형태를 갖도록 형성됨에 따라 상기 제2전극(220)과 동일한 형태를 갖도록 상기 전해질층(230)상에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the first electrode 210 is formed on the second electrode 220. The first electrode 210 may be formed on the electrolyte layer 230 to have the same shape as the second electrode 220 because the second electrode 220 is formed to have a concavo-convex shape.

상기 전해질층(230)은 상기 제2전극(220)상에 형성될 수 있다. 상기 전해질층(230)은 상기 제2전극(220)과 동일한 형태를 갖도록 상기 제2전극(220)상에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전기연결부(240)는 상기 제2전극(220) 하단에 형성되어 상기 연료전지용 셀(200, 200`, 200``)들을 연결할 수 있다.The electrolyte layer 230 may be formed on the second electrode 220. The electrolyte layer 230 may be formed on the second electrode 220 to have the same shape as the second electrode 220. In this case, the electrical connection part 240 may be formed at the lower end of the second electrode 220 to connect the fuel cell 200, 200 ', 200'.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연료전지용 셀(200) 사이에는 스페이서(A)가 형성될 수 있다.3, a spacer A may be formed between the cells 200 for fuel cells.

상기 스페이서(A)는 상기 전기연결부(240) 및 상기 제1전극(210)에 연결되게 복수 개가 이격되게 설치된다. 이 경우, 상기 제1유로(211)는 상기 스페이서(A) 사이에 형성된다. 상기 스페이서(A)는 상기 제1유로(211)가 형성될 공간을 제공하기 위해 상기 전기연결부(240) 및 상기 제1전극(210)을 이격시킬 수 있다.A plurality of the spacers A are spaced apart from each other to be connected to the electrical connection part 240 and the first electrode 210. In this case, the first flow path 211 is formed between the spacers A. The spacer A may separate the electrical connection 240 and the first electrode 210 to provide a space in which the first flow path 211 is formed.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 연료전지 스택(100)은 상기 전해질층(230)이 손상될 수 있다. 이에 따라, 상술한 연료전지 스택(100)은 상기 전해질층(230)이 손상됨에 따라 전기를 생성하는 과정에서 쇼트가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 연료전지 스택(100)은 쇼트가 발생함에 따라 화재 등의 대형사고를 야기하는 문제가 있다.Here, in the fuel cell stack 100 having the structure as shown in FIG. 2, the electrolyte layer 230 may be damaged. Accordingly, in the fuel cell stack 100, a short circuit may occur in the process of generating electricity as the electrolyte layer 230 is damaged. Accordingly, the above-described fuel cell stack 100 has a problem of causing a large accident such as fire as a short circuit occurs.

또한, 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 연료전지 스택(100)은 상기 연료전지용 셀(200)의 양끝단 공간을 밀폐하기 위해 밀봉부재를 추가적으로 설치해야 한다. 이에 따라, 상술한 연료전지 스택(100)은 고온고압의 운전조건에서 작동됨에 따라 상기 밀봉부재가 파손되는 문제가 있다.In addition, the fuel cell stack 100 having the structure as shown in FIG. 3 must additionally include a sealing member to seal the spaces at both ends of the fuel cell 200. Accordingly, there is a problem that the sealing member is damaged as the fuel cell stack 100 operates under high temperature and high pressure operating conditions.

여기서, 본 발명에 따른 연료전지용 셀(200)은 종래 기술과 비교하면, 상기 제1유로(211) 및 상기 제2유로(221)를 통해 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 내부로 산화제와 연료가 이동할 수 있도록 구현됨으로써, 쇼트가 발생하거나 상기 밀봉부재가 파손되는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 셀(200)은 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 밀봉부재를 생략할 수 있으므로, 작동효율을 향상시킬 수 있다.The cell 200 for a fuel cell according to the present invention includes the first electrode 210 and the second electrode 220 through the first flow path 211 and the second flow path 221, The oxidizing agent and the fuel can be moved into the interior of the fuel cell stack, thereby reducing the occurrence of short-circuiting or breakage of the sealing member. Therefore, the fuel cell 200 according to the present invention not only improves the overall durability but also omits the sealing member, thereby improving the operating efficiency.

이하에서는 상기 연료전지용 셀(200) 및 상기 집전판(110)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the fuel cell 200 and the current collector plate 110 will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 연료전지용 셀(200)은 산화제로부터 발생되는 산소와 연료로부터 발생되는 수소를 이용하여 전기를 생성한다. 상기 연료전지용셀(200)에는 산화제와 연료가 지속적으로 공급된다. 상기 연료전지용셀(200)은 복수 개가 적층될 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지용 셀(200)은 상하 방향으로 적층될 수 있다. 또한, 상기 연료전지용 셀(200)은 좌우 방향으로 복수 개가 서로 접하게 형성될 수 있다. 상기 연료전지용 셀(200)은 상기 제1전극(210), 상기 제2전극(220) 및 상기 전해질층(230)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the fuel cell 200 generates electricity using oxygen generated from the oxidant and hydrogen generated from the fuel. An oxidant and fuel are continuously supplied to the fuel cell 200. A plurality of the fuel cell 200 may be stacked. For example, the fuel cell 200 may be stacked in the vertical direction. In addition, a plurality of the fuel cell 200 may be formed in contact with each other in the left-right direction. The fuel cell 200 may include the first electrode 210, the second electrode 220, and the electrolyte layer 230.

도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 제1전극(210)에는 상기 제1유로(211)가 형성된다. 이 경우, 상기 제1전극(210)은 상기 제1유로(211)를 통해 이동하는 산화제로부터 산소이온을 발생시킬 수 있다. 상기 제1전극(210)의 하단에는 상기 전해질층(230)이 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1전극(210)은 양극층 역할을 할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the first electrode 210 is formed with the first flow path 211. In this case, the first electrode 210 may generate oxygen ions from the oxidant moving through the first flow path 211. The electrolyte layer 230 may be formed on the lower end of the first electrode 210. For example, the first electrode 210 may serve as a cathode layer.

상기 제1유로(211)는 산화제가 이동하기 위한 유로를 제공한다. 상기 제1유로(211)는 상기 제1전극(210) 내부로 산화제가 이동하도록 상기 제1전극(210)을 관통하게 상기 제1전극(210)에 형성된다. 상기 제1유로(211)는 복수 개가 상기 제1전극(210)에 형성될 수 있다.The first flow path 211 provides a flow path for the oxidant to move. The first flow path 211 is formed in the first electrode 210 to penetrate the first electrode 210 so that the oxidant moves into the first electrode 210. A plurality of the first flow paths 211 may be formed in the first electrode 210.

도 5를 참고하면, 상기 제2전극(220)은 상기 제1전극(210)으로부터 공급되는 산소이온과 수소를 반응시킴으로써, 물과 전자를 생성한다. 상기 제2전극(220)에는 제2유로(221)가 형성될 수 있다. 상기 제2전극(220)은 상기 제2유로(221)를 통해 이동하는 연료로부터 공급되는 수소와 상기 제1전극(210)으로부터 공급되는 산소이온을 반응시킬 수 있다. 상기 제2전극(220)에는 상기 전해질층(230)이 형성된다.Referring to FIG. 5, the second electrode 220 generates water and electrons by reacting oxygen and hydrogen supplied from the first electrode 210. A second flow path 221 may be formed in the second electrode 220. The second electrode 220 may react hydrogen supplied from the fuel flowing through the second flow path 221 and oxygen ions supplied from the first electrode 210. The electrolyte layer 230 is formed on the second electrode 220.

상기 제2유로(221)는 연료가 이동하기 위한 유로를 제공한다. 상기 제2유로(221)는 상기 제2전극(220) 내부로 연료가 이동하도록 상기 제2전극(220)을 관통하게 상기 제2전극(220)에 형성된다. 상기 제2유로(221)는 복수 개가 상기 제2전극(220)에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2유로(221)는 상기 제2전극(220) 내부로 연료를 이동시킴으로써, 상기 제2전극(220)에서 산소와 수소가 반응되도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 제1유로(211) 및 상기 제2유로(221)를 통해 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 내부로 공기 및 연료가 이동할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 종래 기술과 비교하면, 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 각각에 설치되는 상기 분리판을 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 전체적인 부피 및 상기 분리판을 가공하는데 소요되는 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 내구성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 밀봉부재를 생략함으로써, 고온고압의 운전조건에서 작동할 수 있으므로, 작동효율을 향상시킬 수 있다.The second flow path 221 provides a flow path for the fuel to move. The second flow path 221 is formed in the second electrode 220 so as to penetrate the second electrode 220 so that the fuel moves into the second electrode 220. A plurality of the second flow paths 221 may be formed on the second electrode 220. For example, the second flow path 221 may allow the oxygen and hydrogen to react with the second electrode 220 by moving the fuel into the second electrode 220. Accordingly, the fuel cell stack 100 according to the present invention is configured such that air and air are introduced into the first electrode 210 and the second electrode 220 through the first flow path 211 and the second flow path 221, Fuel is implemented to be movable. Therefore, the fuel cell stack 100 according to the present invention may omit the separator provided on each of the first electrode 210 and the second electrode 220, as compared with the prior art. Accordingly, the fuel cell stack 100 according to the present invention can contribute not only to reducing the overall volume and the cost of processing the separator plate, but also to improve durability. In addition, the fuel cell stack 100 according to the present invention can operate under high temperature and high pressure operating conditions by omitting the sealing member, thereby improving the operating efficiency.

상기 전해질층(230)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 형성된다. 상기 전해질층(230)은 상기 제1전극(210)으로부터 공급되는 산소이온을 상기 제2전극(220)으로 이동시킬 수 있다. 상기 전해질층(230)은 연료전지의 작동온도에서 우수한 전기전도도, 높은 기공률 및 높은 기계적 강도를 갖는 도성합금(NiO??YSZ cermet)등의 물질로 형성될 수 있다.The electrolyte layer 230 is formed between the first electrode 210 and the second electrode 220. The electrolyte layer 230 may transfer oxygen ions supplied from the first electrode 210 to the second electrode 220. The electrolyte layer 230 may be formed of a material such as a NiO-YSZ cermet having excellent electrical conductivity, high porosity, and high mechanical strength at the operating temperature of the fuel cell.

상기 전해질층(230)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 형성되는 제1전해질층(231) 및 제2전해질층(232)을 포함할 수 있다.The electrolyte layer 230 may include a first electrolyte layer 231 and a second electrolyte layer 232 formed between the first electrode 210 and the second electrode 220.

상기 제1전해질층(231)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 위치되게 상기 제1전극(210)에 형성된다. 예컨대, 상기 제1전해질층(231)은 상기 제1전극(210) 하단에 형성될 수 있다. 상기 제1전해질층(231)은 상기 제1전극(210)으로부터 발생되는 산소이온을 상기 제2전극(220)으로 전달할 수 있다. 상기 제1전해질층(231)은 상기 제1전극(210)의 하단, 측면 및 상단의 일부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전기연결부(240)는 상기 제1전해질층(231)이 형성되지 않은 상기 제1전극(210)의 상단에 형성될 수 있다. 상기 제1전해질층(231)은 상기 제2전해질층(232)과 접촉되도록 상기 제1전극(210)에 형성될 수 있다.The first electrolyte layer 231 is formed on the first electrode 210 between the first electrode 210 and the second electrode 220. For example, the first electrolyte layer 231 may be formed at the bottom of the first electrode 210. The first electrolyte layer 231 may transfer oxygen ions generated from the first electrode 210 to the second electrode 220. The first electrolyte layer 231 may be formed to surround a portion of a lower end, a side surface, and an upper end of the first electrode 210. In this case, the electrical connection part 240 may be formed at the upper end of the first electrode 210 where the first electrolyte layer 231 is not formed. The first electrolyte layer 231 may be formed on the first electrode 210 to be in contact with the second electrolyte layer 232.

상기 제2전해질층(232)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 사이에 위치되게 상기 제2전극(220)에 형성된다. 예컨대, 상기 제2전해질층(232)은 상기 제2전극(220)의 상단에 형성될 수 있다. 상기 제2전해질층(232)은 상기 제1전극(210)으로부터 공급되는 산소이온을 상기 제2전극(220)으로 전달할 수 있다. 상기 제2전해질층(232)은 상기 제2전극(220)의 상단, 측면 및 하단의 일부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전기연결부(240)는 상기 제2전해질층(232)이 형성되지 않은 상기 제2전극(220)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 제2전해질층(232)은 상기 제1전해질층(231)과 접촉되도록 상기 제2전극(220)에 형성될 수 있다. The second electrolyte layer 232 is formed on the second electrode 220 so as to be positioned between the first electrode 210 and the second electrode 220. For example, the second electrolyte layer 232 may be formed on the upper surface of the second electrode 220. The second electrolyte layer 232 may transfer oxygen ions supplied from the first electrode 210 to the second electrode 220. The second electrolyte layer 232 may be formed to surround a portion of the upper, side, and lower ends of the second electrode 220. In this case, the electrical connection part 240 may be formed at the lower end of the second electrode 220 where the second electrolyte layer 232 is not formed. The second electrolyte layer 232 may be formed on the second electrode 220 to be in contact with the first electrolyte layer 231.

예컨대, 상기 제1전해질층(231) 및 상기 제2전해질층(232)은 서로 마주하게 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 각각에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220)은 상기 제1전해질층(231) 및 상기 제2전해질층(232)이 접촉됨에 따라 서로 연결될 수 있다. For example, the first electrolyte layer 231 and the second electrolyte layer 232 may be formed on the first electrode 210 and the second electrode 220, respectively. In this case, the first electrode 210 and the second electrode 220 may be connected to each other as the first electrolyte layer 231 and the second electrolyte layer 232 are in contact with each other.

도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 연료전지용 셀(200)을 연결하기 위한 전기연결부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the fuel cell stack 100 according to the present invention may include an electrical connection part 240 for connecting the fuel cell 200.

상기 전기연결부(240)는 복수 개가 적층되는 상기 연료전지용 셀(200)을 연속적으로 연결한다. 상기 전기연결재(240)는 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220) 각각에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전기용 셀(200)은 상기 전기연결부(240)를 통해 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수도 있다. The electrical connection part 240 continuously connects the plurality of fuel cell 200 stacked. The electrical connection member 240 may be formed on the first electrode 210 and the second electrode 220, respectively. In this case, the fuel cells 200 may be connected in series or in parallel through the electrical connection unit 240.

이에 따라, 본 발명에 따르면 하기와 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Thus, according to the present invention, the following operational effects can be achieved.

첫째, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 제1전해질층(231) 및 상기 제2전해질층(232)이 서로 접촉됨에 따라 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220)을 연결할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 전해질층(230)이 손상됨에 따라 전기를 생성하는 과정에서 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 화재 등의 대형사고를 방지하는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell stack 100 according to the present invention includes the first electrode 210 and the second electrode 220 as the first electrolyte layer 231 and the second electrolyte layer 232 are in contact with each other, To be connected. Accordingly, the fuel cell stack 100 according to the present invention can prevent a short circuit in the process of generating electricity as the electrolyte layer 230 is damaged, thereby contributing to prevention of a major accident such as a fire .

둘째, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 상기 제1전극(210) 및 상기 제2전극(220)에 형성된 상기 제1유로(211) 및 상기 제2유로(221)를 통해 공기와 연료가 이동할 수 있도록 구현됨으로써, 상기 스페이서(A)를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 추가적으로 설치되는 밀봉부재를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 스택(100)은 고온고압의 운전조건에서 상기 밀봉부재가 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 작동효율을 향상시키는데 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 밀봉부재를 교체하는데 사용되는 비용을 절약할 수 있다.Secondly, the fuel cell stack 100 according to the present invention is configured such that air and fuel (air) are supplied to the fuel cell stack 100 through the first flow path 211 and the second flow path 221 formed in the first electrode 210 and the second electrode 220, So that the spacer A can be omitted. Therefore, the fuel cell stack 100 according to the present invention can omit the additional sealing member. Accordingly, the fuel cell stack 100 according to the present invention can prevent the sealing member from being damaged under high-temperature and high-pressure operating conditions, thereby contributing to improvement in operating efficiency, Cost savings.

상기 집전판(110)은 상기 연료전지용 셀(200)로부터 생성된 전기를 집전한다. 상기 집전판(110)은 전기적 도전성을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 집전판(110)은 복수 개가 적층된 상기 연료전지용 셀(200)의 양 끝단에 설치된다. 예컨대, 상기 집전판(110)은 상기 연료전지용 셀(200, 200`, 200``)들이 상하방향으로 적측된 경우, 최상단 및 최하단에 위치된 상기 연료전지용 셀(200)에 설치될 수 있다.The current collecting plate 110 collects electricity generated from the fuel cell 200. The current collecting plate 110 may be formed as a plate having electrical conductivity. The current collector plate 110 is installed at both ends of the plurality of fuel cell 200 stacked. For example, the current collecting plate 110 may be installed in the fuel cell 200 located at the uppermost and lowermost ends of the fuel cell 200, 200 ', 200' 'in the vertical direction.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.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 general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents. Will be clear to those who have knowledge of.

100: 연료전지 스택 110: 집전판
200: 연료전지용 셀 210: 제1전극
220: 제2전극 230: 전해질층
240: 전기연결부100: Fuel cell stack 110: Collector plate
200: fuel cell 210: first electrode
220: second electrode 230: electrolyte layer
240: electrical connection

Claims (4)

산화제가 이동하기 위한 제1유로가 형성되는 제1전극;
연료가 이동하기 위한 제2유로가 형성되는 제2전극; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 형성되는 전해질층을 포함하고;
상기 제1유로는 상기 제1전극의 내부로 산화제가 이동하도록 상기 제1전극을 관통하게 상기 제1전극에 형성되고,
상기 제2유로는 상기 제2전극 내부로 연료가 이동하도록 상기 제2전극을 관통하게 상기 제2전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.A first electrode on which a first flow path for moving the oxidant is formed;
A second electrode on which a second flow path for fuel to be transferred is formed; And
And an electrolyte layer formed between the first electrode and the second electrode;
Wherein the first flow path is formed in the first electrode so as to penetrate the first electrode so that the oxidant moves into the first electrode,
And the second flow path is formed in the second electrode so as to penetrate the second electrode so that the fuel moves into the second electrode. 제1항에 있어서,
상기 전해질층은 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제1전극에 형성되는 제1전해질층, 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제2전극에 형성되는 제2전해질층을 포함하고,
상기 제1전해질층은 상기 제2전해질층과 접촉되게 상기 제1전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte layer comprises a first electrolyte layer formed on the first electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode, and a second electrolyte layer formed on the second electrode to be positioned between the first electrode and the second electrode And a second electrolyte layer,
Wherein the first electrolyte layer is formed on the first electrode so as to be in contact with the second electrolyte layer. 산화제로부터 산소를 생성시키기 위한 제1전극;
산소이온과 반응하는 수소를 생성하기 위한 제2전극;
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제1전극에 형성되는 제1전해질층; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 위치되게 상기 제2전극에 형성되는 제2전해질층을 포함하고;
상기 제1전해질층은 상기 제2전해질층과 접촉되게 상기 제1전극에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 셀.A first electrode for generating oxygen from the oxidant;
A second electrode for generating hydrogen reacting with oxygen ions;
A first electrolyte layer formed on the first electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode; And
And a second electrolyte layer formed on the second electrode so as to be positioned between the first electrode and the second electrode;
Wherein the first electrolyte layer is formed on the first electrode so as to be in contact with the second electrolyte layer. 전기를 생성하기 위한 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 연료전지용 셀; 및
상기 연료전지용 셀로부터 생성된 전기를 집전하는 집전판을 포함하고, 상기 집전판은 복수 개가 적층된 상기 연료전지용 셀의 양 끝단에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, for generating electricity. And
And a current collecting plate for collecting electricity generated from the fuel cell cells, wherein the current collecting plates are installed at both ends of the plurality of stacked fuel cell cells.
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