KR20160051319A - Fuel cell having condensate water eliminating part and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel cell. More specifically, the purpose of the present invention is to provide a fuel cell ensuring effective removal of condensate in a cell without reduction in the cell performance. To this end, the fuel cell includes: a membrane electrode assembly to which catalystic electrode layers are bonded to both sides of a polymeric electrolyte membrane; a subgasket bonded along a border portion of the membrane electrode assembly; a gas diffusion layer bonded to the membrane electrode assembly while interposing the subgasket; a heating part interposed between the membrane electrode assembly and the subgasket and heated by a potential difference of both sides; and a separation plate laminated on an outer surface of the gas diffusion layer and providing a flowing path for reaction gas and cooling water.

Description

응축수 제거용 발열부 가지는 연료전지 및 그 제조 방법{Fuel cell having condensate water eliminating part and method for manufacturing the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and a method of manufacturing the same,

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 성능의 저하 없이 셀 내부의 응축수가 효과적으로 제거될 수 있도록 구성되는 연료전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell configured to effectively remove condensed water in a cell without deteriorating cell performance.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다. Fuel cells are a kind of power generation system that converts chemical energy of fuel into electricity by reacting it electrochemically in the stack without converting it into heat by combustion. It is a power generation device that not only supplies electric power for industrial, It can also be applied to the power supply of electronic products, especially portable devices.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중에서도 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)로도 잘 알려진 양성자 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)가 이용되고 있으며, 이는 다른 형태의 연료전지에 비해 작동온도가 낮고, 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력 밀도가 크고, 시동시간이 짧으며, 부하변화에 대한 응답이 빠른 특성이 있어, 자동차용이나 휴대기기용 전원으로 널리 활용 가능하다.Currently, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), also known as a polymer electrolyte membrane fuel cell (FEM), is used as a power source for driving a vehicle, It has low operating temperature, high efficiency, high current density and power density, short startup time, fast response to load change, and can be widely used as a power source for automotive or portable devices.

이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층(Catalyst Electrode Layer)이 접합된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly,MEA), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(Gas Diffusion Layer,GDL), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.The polymer electrolyte membrane fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) in which a catalyst electrode layer (Catalyst Electrode Layer) is formed on both sides of a membrane, and a polymer electrolyte membrane (MEA) A gas diffusion layer (GDL) which functions to distribute the reaction gases evenly and to transfer the generated electrical energy, a gasket and a fastening mechanism for maintaining the airtightness of the reaction gases and the cooling water, the proper tightening pressure, and And a bipolar plate for moving the reaction gases and the cooling water.

이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지 스택을 조립할 때, 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층을 가지며, 촉매전극층이 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다. When assembling the fuel cell stack using such a unit cell configuration, a combination of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, which are the main components, is located in the innermost layer. The membrane electrode assembly has a structure in which hydrogen and oxygen react on both sides of the polymer electrolyte membrane. A gas diffusion layer, a gasket, and the like are stacked on the outer portion where the catalyst electrode layer is located.

또한, 기체확산층의 바깥쪽에는 반응기체(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다. In addition, a separator plate having a flow field through which a reactive gas (hydrogen as fuel and oxygen or air as an oxidizer) is supplied and cooling water passes is disposed outside the gas diffusion layer.

이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.A plurality of unit cells are stacked on the unit cell, and an end plate for supporting the current collector, the insulating plate, and the stacked cells is coupled to the outermost layer. Thereby forming a fuel cell stack.

상기 고분자 전해질 연료전지에서 전극은 애노드(Anode)('연료극' 또는 '산화극'이라고도 함)와 캐소드(Cathode)('공기극' 또는 '환원극'이라고도 함)로 구분되며, 애노드와 캐소드 사이에 수소 이온 전도성의 고분자 전해질막이 위치된다.In the polymer electrolyte fuel cell, the electrode is divided into an anode (also referred to as an 'anode' or an 'anode') and a cathode (also referred to as a cathode or a reduction electrode) A hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane is located.

여기서, 전기화학 반응을 일으키는 애노드, 캐소드의 전극은 촉매전극층뿐만 아니라 기체확산층을 포함하는 의미가 될 수 있으며, 기체확산층은 전기화학 반응에 의해 생성된 전류를 외부의 전기회로와 연결하는 역할을 한다. Here, the electrodes of the anode and the cathode that generate the electrochemical reaction may include not only the catalyst electrode layer but also the gas diffusion layer, and the gas diffusion layer serves to connect the current generated by the electrochemical reaction with the external electric circuit .

한편, 연료전지의 운전 중에 운전 조건에 따라 셀 내부의 애노드와 캐소드 측에 수증기 응축으로 인한 응축수가 발생하고, 이러한 응축수는 공기나 수소의 유로를 막아 셀간 언밸런스를 형성하여 셀 성능의 저하를 야기한다.On the other hand, during operation of the fuel cell, condensation water due to water vapor condensation occurs on the anode and cathode sides in the cell according to operating conditions, and the condensed water blocks air or hydrogen flow paths to form unbalance between cells, .

특히, 연료전지의 저온 및 저전류 운전 영역에서 셀 내부의 물 고임 현상으로 인해 셀 전압 빠짐 현상이 발생할 수 있다.Particularly, in a low-temperature and low-current operating region of a fuel cell, a cell voltage drop phenomenon may occur due to a phenomenon of water gushing inside the cell.

따라서, 셀 전압 빠짐 현상을 방지하고 연료전지의 내구 수명 및 성능을 향상시키기 위해서는 셀 내부의 응축수를 제거해야 한다.Therefore, in order to prevent the cell voltage dropout and to improve the durability and performance of the fuel cell, the condensate inside the cell must be removed.

셀 내부의 응축수를 제거하기 위한 방법 중 하나로, 종래의 경우 셀 내부에 발열수단을 적용하는 기술이 알려져 있으며, 발열수단의 예로 발열 전도성 고분자 물질이 이용되고 있다. As a method for removing condensed water in a cell, a technique of applying a heating means inside a cell in a conventional case is known, and an exothermic conductive polymer material is used as an example of a heating means.

도 1은 발열 전도성 고분자 물질을 적용한 단위 셀의 단면 구성을 도시한 개략도로서, 고분자 전해질막(11)의 양면에 촉매전극층(12)이 접합되어 있는 막전극접합체(MEA)(10), 기체확산층(GDL)(20), 그리고 기체확산층(20)의 바깥면에 적층되어 반응기체 및 냉각수 유로를 제공하는 분리판(30)이 도시되어 있다.1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a unit cell to which a heat conductive polymer material is applied. The membrane electrode assembly (MEA) 10 in which a catalyst electrode layer 12 is bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane 11, (GDL) 20, and a separator plate 30 laminated on the outer surface of the gas diffusion layer 20 to provide a reaction gas and a cooling water flow path.

도 1에서와 같이 응축수 제거를 위해 막전극접합체(MEA)(10)나 기체확산층(GDL)(20)의 표면 전체에 발열성의 전도성 고분자 물질(21)을 코팅하고, 셀 내부의 전위차에 의해 전도성 고분자 물질(21)이 발열되도록 하고 있다.1, a heating conductive polymer material 21 is coated on the entire surface of a membrane electrode assembly (MEA) 10 or a gas diffusion layer (GDL) 20 to remove condensed water, and conductive The polymer material 21 is heated.

그러나, 막전극접합체(10) 또는 기체확산층(20) 전체에 발열 전도성 고분자 물질(21)을 코팅하여 셀을 구성하는 경우 막 저항 증가로 인해 셀 성능이 저하될 우려가 있고, 특히 기체확산층(20)의 기공 구조를 변화시키는 문제점이 있다.However, when a cell is formed by coating the entire surface of the membrane electrode assembly 10 or the gas diffusion layer 20 with the exothermic conductive polymer material 21, cell performance may be lowered due to an increase in membrane resistance. In particular, ) Of the pore structure.

또한, 셀의 주요 구성요소인 막전극접합체(10) 또는 기체확산층(20)의 표면 전체에 발열 전도성 고분자 물질(21)을 코팅할 때 셀 성능에 코팅이 직접적으로 영향을 미치게 되므로 코팅시 최적의 양을 사용하여 담지체에 혼합해야 하는 등 제조상의 어려움이 있다.
In addition, when the exothermic conductive polymer material 21 is coated on the entire surface of the membrane electrode assembly 10 or the gas diffusion layer 20, which is a major component of the cell, the coating directly affects the cell performance, There is a difficulty in manufacturing such as mixing with a carrier by using an amount.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 셀 성능의 저하 없이 셀 내부의 응축수가 효과적으로 제거될 수 있도록 구성되는 연료전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell which is capable of effectively removing condensed water in a cell without deteriorating cell performance.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 고분자 전해질막의 양면에 촉매전극층이 접합되어 있는 막전극접합체; 막전극접합체의 테두리 부분을 따라 접합되는 서브 가스켓; 막전극접합체에 서브 가스켓을 개재한 상태로 접합되는 기체확산층; 막전극접합체와 서브 가스켓 사이에 개재되고 양면의 전위차에 의해 발열되는 발열부; 및 기체확산층의 바깥면에 적층되어 반응기체 및 냉각수 유로를 제공하는 분리판;을 포함하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a membrane-electrode assembly comprising: a membrane electrode assembly having a catalyst electrode layer bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane; A sub gasket joined along the rim of the membrane electrode assembly; A gas diffusion layer joined to the membrane electrode assembly through a sub gasket; A heating unit interposed between the membrane electrode assembly and the sub gasket and generating heat by a potential difference between both surfaces; And a separator plate stacked on the outer surface of the gas diffusion layer to provide a reaction gas and a cooling water flow path. The fuel cell includes a heat generating part for removing condensed water.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 고분자 전해질막의 양면에 촉매전극층이 접합되어 있는 막전극접합체를 제공하는 단계; 막전극접합체의 테두리 부분을 따라 양면의 전위차에 의해 발열되는 발열부가 개재되도록 하여 서브 가스켓을 접합하는 단계; 막전극접합체에 서브 가스켓을 개재한 상태로 기체확산층을 접합하는 단계; 및 기체확산층 바깥면에 반응기체 및 냉각수 유로를 제공하는 분리판을 적층하는 단계;를 포함하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지의 제조 방법을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a membrane electrode assembly, comprising: providing a membrane electrode assembly having a catalyst electrode layer bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane; Joining the sub gaskets such that a heat generating portion that generates heat by a potential difference between both surfaces is provided along a rim portion of the membrane electrode assembly; Bonding a gas diffusion layer to a membrane electrode assembly through a sub gasket; And a separator for providing a reaction gas and a cooling water flow path on the outer surface of the gas diffusion layer, wherein the separator comprises a heat generating part for removing condensed water.

이에 따라, 본 발명의 연료전지에서는 서브 가스켓의 접합시 초저항 페이스트 물질을 적용하여 초저항 페이스트 물질로 형성된 부분이 셀 내부의 전위차에 의해 발열되도록 함으로써, 셀 내부의 응축수를 효과적으로 제거할 수 있고, 셀 전압 빠짐 현상 방지 및 안정적인 냉시동성 확보에 기여할 수 있게 된다. Accordingly, in the fuel cell of the present invention, when the sub gasket is bonded, the ultra-resistance paste material is applied so that the portion formed of the ultra-resistance paste material is heated by the potential difference inside the cell, thereby effectively removing the condensed water in the cell, The cell voltage dropout phenomenon can be prevented and stable cold freezing performance can be secured.

특히, 막전극접합체 및 기체확산층의 반응영역 바깥쪽에 위치하는 서브 가스켓에 발열성 초저항 페이스트 물질을 적용함으로써, 발열 부분이 기체확산층 및 전극의 반응영역과 접촉하지 않아 응축수 제거를 위한 발열 기능은 제공하면서도 셀 성능 저하를 초래하지 않는다. Particularly, by applying the exothermic superresistance paste material to the sub gaskets located outside the reaction region of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, the exothermic portion does not contact the reaction region of the gas diffusion layer and the electrode, thereby providing a heat generating function for removing condensed water But does not cause cell performance degradation.

또한, 막전극접합체(MEA) 또는 기체확산층(GDL) 표면 전체에 발열 전도성 고분자 물질을 코팅하던 종래의 구성에 비해 발열 부분의 위치가 셀 성능 저하에 상관없는 부분이므로 연료전지의 제조가 용이해지고, 서브 가스켓 접착시 초저항 페이스트 물질이 접착제로 이용되는 이점이 있다.
In addition, compared with the conventional structure in which the entire surface of the membrane electrode assembly (MEA) or the gas diffusion layer (GDL) is coated with the exothermic conductive polymer material, since the position of the heat generating portion does not affect cell performance degradation, There is an advantage that a super resistance paste material is used as an adhesive when adhering a sub gasket.

도 1은 종래의 발열 전도성 고분자 물질을 적용한 셀의 단면 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 셀의 단면 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에서 초저항 페이스트 물질을 이용하여 서브가스켓과 막전극접합체가 접합됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지에서 발열부의 발열 상태를 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic view showing a sectional configuration of a cell to which a conventional exothermic conductive polymer material is applied.
2 is a schematic view showing a sectional configuration of a fuel cell according to the present invention.
3 is a view for explaining the bonding of the sub gasket and the membrane electrode assembly using the ultra-resistance paste material according to the present invention.
4 is a view for explaining a heat generation state of a heat generating portion in a fuel cell according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 셀 성능의 저하 없이 셀 내부의 응축수가 효과적으로 제거될 수 있는 연료전지를 제공하고자 하는 것으로, 막전극접합체나 기체확산층 전체에 발열성 고분자 물질을 코팅하는 것 대신 서브 가스켓에 초저항 페이스트를 적용하여 발열부를 구성하는 점에 주된 특징이 있는 것이다. The present invention provides a fuel cell capable of effectively removing condensed water in a cell without deteriorating the cell performance. It is an object of the present invention to provide a fuel cell in which a super-resistive paste is applied to a sub gasket instead of coating the exothermic polymer material on the entire membrane electrode assembly or the gas diffusion layer So that the heat generating portion is constituted.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지의 셀 단면 구성을 도시한 개략도로서, 연료전지 스택의 단위 셀 구성을 나타내고 있으며, 도시된 구성의 셀들을 적층하여 연료전지 스택을 구성하게 된다. FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional configuration of a cell of a fuel cell according to the present invention. FIG. 2 shows a unit cell configuration of a fuel cell stack, and cells of the illustrated configuration are stacked to constitute a fuel cell stack.

도시된 바와 같이, 수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막(11)을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층(12)이 접합된 막전극접합체(MEA)(10), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL)(20), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 서브 가스켓(22), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키기 위한 유로를 제공하는 분리판(30)을 포함한다.As shown in the figure, a membrane electrode assembly (MEA) 10 in which a catalyst electrode layer 12 is formed on both sides of a polymer electrolyte membrane 11 on which hydrogen ions migrate and an electrochemical reaction takes place, A gas diffusion layer (GDL) 20 performing a role of transferring the generated electric energy, a sub gasket 22 for maintaining airtightness of the reaction gases and cooling water and an appropriate tightening pressure, And a separating plate 30 for providing a flow path for supplying the gas.

여기서, 촉매전극층(12)은 고분자 전해질막(11)의 양면에 형성되며, 기체확산층(20)은 고분자 전해질막(11)의 양면에 위치한 각 촉매전극층(12) 위에 적층된다. The catalyst electrode layer 12 is formed on both sides of the polymer electrolyte membrane 11 and the gas diffusion layer 20 is laminated on each catalyst electrode layer 12 located on both sides of the polymer electrolyte membrane 11.

또한, 서브 가스켓(22)은 막전극접합체(10)의 양면 테두리 부분과 기체확산층(20)의 테두리 부분 사이에 개재되어 기밀을 유지하는 구성부로서, 본 발명에서는 서브 가스켓(22)과 막전극접합체(10) 사이에 셀 내부의 전위차에 의해 발열될 수 있는 발열부(23)가 개재된다.The sub gasket 22 is a constituent part which is interposed between both edge portions of the membrane electrode assembly 10 and a rim portion of the gas diffusion layer 20 to keep the airtightness. In the present invention, the sub gasket 22 and the membrane electrode Between the junction bodies 10, there is interposed a heat generating portion 23 which can generate heat by a potential difference inside the cell.

도 3은 본 발명에서 초저항 페이스트 물질을 이용하여 막전극접합체(10)와 서브 가스켓(22)이 접합됨을 설명하기 위한 도면으로서, 상기 발열부(23)는 초저항 페이스트 물질을 도포하여 형성되는 것으로, 서브 가스켓(22) 또는 막전극접합체(10)의 테두리 부분에 초저항 페이스트 물질을 도포한 뒤 서브 가스켓(22)을 막전극접합체(10)의 테두리 부분을 따라 접합한다.3 is a view for explaining that the membrane electrode assembly 10 and the sub gaskets 22 are bonded to each other using the ultra-resistance paste material according to the present invention. The heat generating portion 23 is formed by applying an ultra-resistance paste material Resistance paste material is applied to the edges of the sub gasket 22 or the membrane electrode assembly 10 and the sub gasket 22 is bonded along the rim of the membrane electrode assembly 10.

이어 막전극접합체(10)와의 사이에 서브 가스켓(22)이 개재되도록 하여 기체확산층(20)을 접합한다.And then the gas diffusion layer 20 is bonded such that the sub gasket 22 is interposed between the membrane electrode assembly 10 and the membrane electrode assembly 10.

바람직하게는 상기 초저항 페이스트 물질은 은(Ag) 분말이 함유된 고분자 액상 물질이 될 수 있으며, 은 분말이 함유된 고분자 액상 물질을 제조한 뒤, 서브 가스켓(22)을 접합할 때 서브 가스켓(22) 또는 막전극접합체(10)의 테두리 부분에 상기 고분자 액상 물질을 도포한다.Preferably, the superresistance paste material may be a polymer liquid material containing silver (Ag) powder. After the polymer liquid material containing silver powder is produced, the sub gasket 22 22 or the polymer liquid material is applied to the rim of the membrane electrode assembly 10.

이때, 은 분말이 함유된 고분자 액상 물질은 서브 가스켓(22)의 접합을 위한 접착제로 사용할 수 있다.At this time, the polymer liquid material containing the silver powder can be used as an adhesive for bonding the sub gaskets 22.

상기 초저항 페이스트 물질은 서브 가스켓(22)의 접합 후 경화되어 발열부(23)를 구성하게 되는데, 초저항 페이스트 물질이 막전극접합체(10)의 촉매전극층(12)과 기체확산층(20)의 유효 영역, 즉 전기화학 반응이 일어나는 반응영역과는 접촉하지 않으므로 셀 성능의 저하에는 전혀 영향을 미치지 않게 된다.The super resistance paste material is cured after bonding the sub gaskets 22 to form the heat generating portion 23. It is preferable that the super resistance paste material is a mixture of the catalytic electrode layer 12 of the membrane electrode assembly 10 and the gas diffusion layer 20 It does not come into contact with the effective region, that is, the reaction region where the electrochemical reaction takes place, and thus does not affect the cell performance at all.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지에서 발열부의 발열 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이 막전극접합체(10)와 서브 가스켓(22) 사이에 발열 특성의 초저항 페이스트 물질로 형성된 발열부(23)가 위치된다.4 is a view for explaining a heat generation state of a heat generating portion in a fuel cell according to the present invention. As shown in the figure, between a membrane electrode assembly 10 and a sub gasket 22, a heat generating portion (23).

상기 발열부(23)는 높은 저항값을 가지므로 양면 간에 전위차가 발생할 경우 전기에너지가 열에너지로 변환되면서 발열하게 된다.Since the heat generating part 23 has a high resistance value, when a potential difference occurs between the both surfaces, the electric energy is converted into thermal energy and the heat is generated.

이러한 발열로 인해 셀 내부의 응축수가 제거될 수 있으며, 특히 셀 성능 저하 없이 응축수 제거 효과를 기대할 수 있고, 냉시동시 응축수 제거 효과로 인해 셀 전압 빠짐 현상 방지 및 안정적인 냉시동성 확보에 기여할 수 있게 된다. The condensed water in the cell can be removed due to the heat generated. In particular, the condensed water removal effect can be expected without deteriorating the cell performance, and the condensed water removal effect can be prevented by preventing the cell voltage dropout and the stable cold start.

또한, 막전극접합체(MEA) 또는 기체확산층(GDL) 표면 전체에 발열 전도성 고분자 물질을 코팅하던 종래의 구성에 비해 발열부의 위치가 셀 성능 저하에 상관없는 부분이므로 제조가 용이해지고, 서브 가스켓 접착시 초저항 페이스트 물질이 접착제로 이용될 수 있는 이점이 있다.In addition, compared to the conventional structure in which the entire surface of the membrane electrode assembly (MEA) or the gas diffusion layer (GDL) is coated with the exothermic conductive polymer material, the position of the heat generating portion is a portion that does not affect cell performance degradation, There is an advantage that a super resistance paste material can be used as an adhesive.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Forms are also included within the scope of the present invention.

10 : 막전극접합체 11 : 고분자 전해질막
12 : 촉매전극층 20 : 기체확산층
22 : 서브 가스켓 23 : 발열부
30 : 분리판10: membrane electrode assembly 11: polymer electrolyte membrane
12: catalyst electrode layer 20: gas diffusion layer
22: sub gasket 23:
30: separator plate

Claims (7)

고분자 전해질막의 양면에 촉매전극층이 접합되어 있는 막전극접합체;
막전극접합체의 테두리 부분을 따라 접합되는 서브 가스켓;
막전극접합체에 서브 가스켓을 개재한 상태로 접합되는 기체확산층;
막전극접합체와 서브 가스켓 사이에 개재되고 양면의 전위차에 의해 발열되는 발열부; 및
기체확산층의 바깥면에 적층되어 반응기체 및 냉각수 유로를 제공하는 분리판;
을 포함하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지.
A membrane electrode assembly in which a catalyst electrode layer is bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane;
A sub gasket joined along the rim of the membrane electrode assembly;
A gas diffusion layer joined to the membrane electrode assembly through a sub gasket;
A heating unit interposed between the membrane electrode assembly and the sub gasket and generating heat by a potential difference between both surfaces; And
A separation plate laminated on an outer surface of the gas diffusion layer to provide a reaction gas and a cooling water flow path;
And a condenser for removing condensed water.
청구항 1에 있어서,
상기 발열부는 전위차에 의해 발열 가능한 저항값을 가지는 페이스트 물질을 서브 가스켓 또는 막전극접합체의 테두리 부분에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지.
The method according to claim 1,
Wherein the heat generating portion is formed by applying a paste material having a resistance value capable of generating heat by a potential difference to a rim portion of the sub gasket or the membrane electrode assembly.
청구항 2에 있어서,
상기 페이스트 물질은 은(Ag) 분말을 함유한 액상 고분자 물질이고,
상기 발열부는 은 분말을 함유한 액상 고분자 물질이 도포된 후 경화되어 형성되는 것을 특징으로 하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지.
The method of claim 2,
The paste material is a liquid polymer material containing silver (Ag) powder,
Wherein the heat generating portion is formed by applying a liquid polymer material containing silver powder, and then curing the liquid polymer material.
고분자 전해질막의 양면에 촉매전극층이 접합되어 있는 막전극접합체를 제공하는 단계;
막전극접합체의 테두리 부분을 따라 양면의 전위차에 의해 발열되는 발열부가 개재되도록 하여 서브 가스켓을 접합하는 단계;
막전극접합체에 서브 가스켓을 개재한 상태로 기체확산층을 접합하는 단계; 및
기체확산층 바깥면에 반응기체 및 냉각수 유로를 제공하는 분리판을 적층하는 단계;
를 포함하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지의 제조 방법.
Providing a membrane electrode assembly in which a catalyst electrode layer is bonded to both surfaces of a polymer electrolyte membrane;
Joining the sub gaskets such that a heat generating portion that generates heat by a potential difference between both surfaces is provided along a rim portion of the membrane electrode assembly;
Bonding a gas diffusion layer to a membrane electrode assembly through a sub gasket; And
Stacking a separator plate for providing a reaction gas and a cooling water flow path on the outer surface of the gas diffusion layer;
And a heat-generating portion for removing condensed water.
청구항 4에 있어서,
상기 발열부는 전위차에 의해 발열 가능한 저항값을 가지는 페이스트 물질을 서브 가스켓 또는 막전극접합체의 테두리 부분에 도포한 후 서브 가스켓을 막전극접합체의 테두리 부분에 접합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지의 제조 방법.
The method of claim 4,
Wherein the heat generating portion is formed by applying a paste material having a resistance value capable of generating heat by a potential difference to a rim portion of the sub gasket or the membrane electrode assembly and then joining the sub gasket to the rim portion of the membrane electrode assembly. Wherein the fuel cell has a first portion and a second portion.
청구항 5에 있어서,
상기 페이스트 물질을 이용하여 서브 가스켓을 막전극접합체에 접착하는 것을 특징으로 하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지의 제조 방법.
The method of claim 5,
And the sub gasket is bonded to the membrane electrode assembly using the paste material.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 페이스트 물질은 은(Ag) 분말을 함유한 액상 고분자 물질이고,
상기 액상 고분자 물질이 경화되어 발열부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 응축수 제거용 발열부를 가지는 연료전지의 제조 방법.

The method according to claim 5 or 6,
The paste material is a liquid polymer material containing silver (Ag) powder,
Wherein the liquid polymeric material is cured to form a heat generating portion.

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