KR20180011529A

KR20180011529A - 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지 스택

Info

Publication number: KR20180011529A
Application number: KR1020160093977A
Authority: KR
Inventors: 정혜미; 양재춘; 강경문; 한승훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-02-02
Also published as: JP2019526148A; CN109478657B; EP3490045A4; KR102146531B1; JP6806319B2; EP3490045B1; CN109478657A; WO2018021773A1; US20190245219A1; EP3490045A1; US10930941B2

Abstract

본 발명은 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 방향을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부 및 복수 개의 오목부를 포함하며, 각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되고, 인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판이 제공된다.

Description

분리판, 및 이를 포함하는 연료전지 스택{Separator, and Fuel cell stack comprising the same}

본 발명은 분리판, 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료와 산화제의 전기 화학반응을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환 장치이며, 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능한 장점이 있다.

수소 이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비해 낮은 약 100℃ 이하의 작동온도를 가지며, 에너지 전환 효율과 출력밀도가 높고 응답특성이 빠른 장점이 있다. 뿐만 아니라, 소형화가 가능하기 때문에 휴대용, 차량용 및 가정용 전원장치로 제공될 수 있다.

고분자 전해질 연료전지 스택은 고분자 물질로 구성된 전해질막을 중심으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 각각 도포되어 형성된 전극층을 구비하는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA), 반응 기체들을 반응 영역 전체에 걸쳐 고르게 분포시키고, 애노드 전극의 산화반응에 의해 발생된 전자를 캐소드 전극 쪽으로 전달하는 역할의 가스 확산층(Gas Diffusion Layer, GDL), 반응 기체들을 가스 확산층으로 공급하고, 전기화학반응에 의해 발생된 물을 외부로 배출시키는 분리판(bipolar plate), 분리판 또는 막-전극 접합체의 반응 영역 외주에 배치되어 반응 기체 및 냉각수의 누출을 방지하는, 탄성을 갖는 고무 소재의 가스켓(gasket)을 포함할 수 있다.

종래 연료전지 스택용 분리판은 반응 기체와 생성된 물의 흐름이 2차원 채널을 통해 같은 방향을 따라 진행하도록 구성되거나, 교차하는 3차원 입체 형상을 통해 분배 및 배출되도록 구성된다. 그러나 다양한 운전 조건 하에서 가변적인 양의 물을 효율적으로 배출시키기에 부적합한 구조를 가지며, 이에 따라 연료전지 스택의 성능을 저하시키는 문제를 갖는다.

특히, 고출력 영역에서 연료전지 내의 물 전달(공급/생성/배출) 불균형이 발생하고, 반응면 내 반응 가스의 높은 물질 전달 저항(통상 확산저항)이 발생하는 기술적 문제가 있다.

또한, 종래 분리판, 예를 들어 Metal Mesh, Expanded Metal 등을 적용한 분리판의 경우 반응 가스 및 응축수(생성수) 이동 통로의 구분이 명확하지 않아, 미세 유로 내 응축수 폐색에 의한 반응가스 공급 효율 저하 및 성능 분안정의 문제가 발생한다.

본 발명은 전극 면 내부로 반응 가스를 직접 이송할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 반응가스 전달률 및 물배출 성능을 향상시킬 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 가스 확산층과 접하는 접촉 면적을 충분히 확보함과 동시에 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 대류/확산 혼합 유동에 의해 열 및 물질 전달 특성을 향상시킬 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 응축수를 효과적으로 배출시킬 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 효율적인 수분 관리를 통해 반응가스 공급 효율을 향상시킬 수 있고, 성능 불안정을 방지할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 방향을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부 및 복수 개의 오목부를 포함하며, 각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되고, 인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 방향을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부 및 복수 개의 오목부를 포함하며, 각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되고, 적어도 하나의 볼록부는 인접하는 오목부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 상부면을 포함하며, 적어도 하나의 오목부는 인접하는 볼록부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 바닥면을 포함하고, 상부면과 바닥면은 각각 격벽에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 마련되며, 인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 막-전극 접합체와, 막-전극 접합체의 일면에 마련된 가스 확산층 및 적어도 일부 영역이 가스 확산층과 접촉하도록 배치되는 분리판을 포함하는 연료전지 스택이 제공된다. 여기서, 상기 분리판은, 가스 확산층과 접촉하는 복수 개의 볼록부와 가스 확산층과 접촉하지 않는 복수 개의 오목부를 포함하며, 볼록부와 오목부는 제1 방향을 따라 차례로 연속하여 마련되고, 각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되며, 인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택은 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판은 전극 면에 대하여 일정한 각도로 기울어진 경사면과 평탄한 상부면을 갖는 기본 유니트를 포함하며, 기본 유니트가 소정 방향을 따라 교차 반복 정렬된 형상을 갖는다. 이때, 분리판에 마련된 제1 개구부를 통해 전극 면 내부로 반응 가스를 직접 이송할 수 있다. 또한,

또한, 교차 정렬 구조를 통해 반응 가스의 대류/확산 혼합 유동을 유도함으로써, 열 및 물질 전달 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 가스 확산층과 접하는 접촉 면적을 충분히 확보함과 동시에 접촉 저항을 감소(ohmic 전압 손실 감소)시킬 수 있다.

또한, 제1 개구부와 제2 개구부를 통해, 분리판 내의 기체 흐름(반응 가스)과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 효율적으로 분배할 수 있고, 분리판 내의 기체 흐름과 액체(예를 들어, 물) 흐름을 최적화할 수 있다. 또한, 응축수가 분리판 내에 축적되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 반응 가스의 주 유동방향으로 기본 유닛이 기울어져 있고, 응축수 배출 유로가 형성됨에 따라 효율적인 응축수 배출이 이루어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 평면도이다.
도 5는 연료전지 스택을 구성하는 분리판에서 가스와 응축수의 유동을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판의 측면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택(1)의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판(100)의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판(100)의 저면 사시도이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판(100)의 평면도이고, 도 5는 연료전지 스택(1)을 구성하는 분리판(100)에서 반응 가스와 응축수의 유동을 설명하기 위한 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 분리판(100)의 측면도이다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 연료전지 스택(1)은 막-전극 접합체(10)와 막-전극 접합체(10)의 일면에 마련된 가스 확산층(20) 및 분리판(100)을 포함한다. 또한, 상기 분리판(100)은 적어도 일부 영역에서 가스 확산층(20)가 접촉하도록 배치된다. 또한, 상기 연료전지 스택(1)은 상기 분리판(100)을 기준으로 가스 확산층(20)의 반대방향에 배치되는 바닥판(30)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 분리판(100)은, 가스 확산층(20)과 접촉하는 복수 개의 볼록부(110)와 가스 확산층(20)과 접촉하지 않는 복수 개의 오목부(130)를 포함한다. 또한, 볼록부와 오목부는 제1 방향(L)을 따라 차례로 연속하여 형성된다. 예를 들어, 제1 방향(L)을 따라 제1 볼록부(110-1), 제1 오목부(130-1), 제2 볼록부(110-2), 제2 오목부(130-2), 제3 볼록부(110-3) 및 제4 오목부(130-3)가 차례로 연속하여 마련될 수 있다. 예를 들어, 볼록부 및 오목부의 측 단면(도 1 및 도 6 참조)은 서로 반대방향의 대략 “ㄷ”자 형상을 가질 수 있다.

상기 분리판(100)은 제1 면(101)과 제1 면(101)과 반대방형의 제2 면(102)을 갖는 파형(wave type) 플레이트일 수 있다. 이때, 볼록부(110)는 제1 면(101) 측으로 돌출된 구조를 갖고, 오목부(130)는 제2 면(102) 측으로 함몰된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 면(101)은 가스 확산층(20)과 적어도 일부 영역에서 접촉하도록 배치되고, 제2 면(102)은 바닥판(30)과 적어도 일부 영역에서 접촉하도록 배치된다. 즉, 분리판(100)은 가스 확산층(20)과 바닥판(30) 사이에 배치된다. 이때, 분리판(100)의 제1 면(101)과 가스 확산층(20) 사이의 경계 영역은 반응 가스의 통로의 기능을 수행하도록 마련되고, 분리판(100)의 제2 면(102)과 바닥판(30) 사이의 경계 영역은 응축수(생성수)의 배출 통로의 기능을 수행하도록 마련된다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 분리판(100)은 제1 방향(L)을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부(110: 110-1, 110-2, 110-3) 및 복수 개의 오목부(130: 130-1, 130-2, 130-3)를 포함한다. 이때, 복수 개의 볼록부(110: 110-1, 110-2, 110-3)는 적어도 일부 영역(예를 들어, 상부면)이 가스 확산층(20)과 접촉하도록 배치되고, 복수 개의 오목부(130: 130-1, 130-2, 130-3)는 적어도 일부 영역(예를 들어, 바닥면)이 바닥판(30)과 접촉하도록 배치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 각각의 볼록부(110: 110-1, 110-2, 110-3)에는 상부면(111)에, 제1 방향(L)과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부(120: 120-1, 120-2, 120-3)가 마련된다. 또한, 인접하는 2개의 볼록부(110-1, 110-2)의 제1 개구부(120-1, 120-2)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된다.

또한, 적어도 하나의 볼록부(110)는, 인접하는 오목부(130)와 연결된 격벽(112) 및 격벽(112)과 연결된 상부면(111)을 포함한다. 예를 들어, 적어도 하나의 볼록부(110)는, 양 측으로 인접하는 오목부(130)와 각각 연결된 한 쌍의 격벽(112) 및 한 쌍의 격벽(112)을 연결하는 상부면(111)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 격벽(112)과 상부면(111)은 대략 “ㄷ”자 형상을 이루도록 연결된다. 이때, 볼록부(110)의 상부면(111)은 곡면이 아닌 평탄면으로 형성된다. 또한, 분리판(100)은 상부면(111)이 가스 확산층(20)과 접촉하도록 배치된다. 또한, 격벽(112)과 상부면(111)의 경계 테두리는 라운드 처리될 수도 있다.

한편, 제1 개구부(120)는 제1 방향(L)에 따른 길이가 제2 방향에 따른 폭보다 크게 형성될 수 있다. 제1 개구부(120)는 슬릿(slit)과 같은 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 볼록부(110)의 상부면(111)은 제1 개구부(120)가 가스 확산층(20)과 접촉하지 않도록 마련된다. 즉, 볼록부(110)의 상부면(111)은 제1 개구부(120)를 제외한 나머지 영역에서 가스 확산층(20)과 접촉한다. 따라서, 제1 개구부(120)의 개수, 간격, 크기 등을 조절함으로써, 가스 확산층(20)과의 접촉 면적이 조절될 수 있다. 이와 같이, 상기와 같은 접촉 구조를 통해 접촉 저항에 의한 성능 손실을 방지할 수 있고, 예를 들어 반응 영역의 대략 50% 이상의 접촉 면적을 확보할 수 있다.

또한, 제1 개구부(120)는 상부면(111) 및 격벽(112)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 개구부(120)는 상부면(111) 및 상부면(111)과 연결된 한 쌍의 격벽(112)의 각각의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 제1 개구부(120)는 상부면(111)과, 상부면(111)과 연결된 한 쌍의 격벽(112)의 각각의 일부 영역 및 인접하는 오목부(130)의 바닥면(131)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.

또한, 인접하는 3개의 볼록부(110-1, 110-2, 110-3)의 제1 개구부(120-1, 120-2, 120-3) 중 인접하지 않는 2개의 제1 개구부(120-1, 120-3)는 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 볼록부(110-1)와 제2 볼록부(110-2) 및 제3 볼록부(110-3)가 제1 방향(L)을 따라 차례로 배열된 경우, 인접하는 2개의 제1 볼록부(110-1)와 제2 볼록부(110-2)의 제1 개구부(120-1, 120-2)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련되고, 인접하는 2개의 제2 볼록부(110-2)와 제3 볼록부(110-3)의 제1 개구부(120-2, 120-3)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련될 수 있다. 이와는 다르게, 어느 한 볼록부(예를 들어, 제2 볼록부)의 제1 개구부를 기준으로, 상기 볼록부의 양 측에 각각 위치한 볼록부들(예를 들어, 제1 및 제3 볼록부들)의 제1 개구부들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련될 수 있다. 즉, 어느 한 볼록부를 기준으로, 양 측의 볼록부들은 대칭된 형상을 가질 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 각각의 오목부(130: 130-1, 130-2, 130-3)에는 바닥면(131)에, 제1 방향(L)과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제2 개구부(140: 140-1, 140-2, 140-3)가 마련된다. 또한, 인접하는 2개의 오목부(130-1, 130-2)의 제2 개구부(140-1, 140-2)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된다.

또한, 적어도 하나의 오목부(130)는, 인접하는 볼록부(110)와 연결된 격벽(112) 및 격벽(112)과 연결된 바닥면(131)을 포함한다. 예를 들어, 적어도 하나의 오목부(130)는, 양 측으로 인접하는 볼록부(110)와 각각 연결된 한 쌍의 격벽(112) 및 한 쌍의 격벽(112)을 연결하는 바닥면(131)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 격벽(112)과 바닥면(131)은 대략 “ㄷ”자 형상을 이루도록 연결된다. 이때, 오목부(130)의 바닥면(131)은 곡면이 아닌 평탄면으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분리판(100)은 바닥면(131)이 바닥판(30)과 접촉하도록 배치된다. 또한, 격벽(112)과 바닥면(131)의 경계 테두리는 라운드 처리될 수도 있다.

한편, 제2 개구부(140)는 제1 방향(L)에 따른 길이가 제2 방향에 따른 폭보다 크게 형성될 수 있다. 제2 개구부(140)는 슬릿(slit)과 같은 형상을 가질 수 있다.

또한, 제2 개구부(140)는 바닥면(131) 및 격벽(112)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 개구부(140)는 바닥면(111) 및 바닥면(131)과 연결된 한 쌍의 격벽(112)의 각각의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 제2 개구부(120)는 바닥면(131)과, 바닥면(131)과 연결된 한 쌍의 격벽(112)의 각각의 일부 영역 및 인접하는 볼록부(110)의 상부면(111)의 일부 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.

또한, 인접하는 3개의 오목부(130-1, 130-2, 130-3)의 제2 개구부(140-1, 140-2, 140-3) 중 인접하지 않는 2개의 제2 개구부(140-1, 140-3)는 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 오목부(130-1)와 제2 오목부(130-2) 및 제3 오목부(130-3)가 제1 방향(L)을 따라 차례로 배열된 경우, 인접하는 2개의 제1 오목부(130-1)와 제2 오목부(130-2)의 제2 개구부(140-1, 140-2)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련되고, 인접하는 2개의 제2 오목부(130-2)와 제3 오목부(130-3)의 제2 개구부(140-2, 140-3)들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련될 수 있다. 이와는 다르게, 어느 한 오목부(예를 들어, 제2 볼록부)의 제2 개구부를 기준으로, 상기 오목부의 양 측에 각각 위치한 오목부들(예를 들어, 제1 및 제3 오목부들)의 제2 개구부들은 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련될 수 있다. 즉, 어느 한 오목부를 기준으로, 양 측의 오목부들은 대칭된 형상을 가질 수 있다.

또한, 인접하는 볼록부(110)와 오목부(130)의 제1 개구부(120)와 제2 개구부(140)는 제1 방향(L)에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 마련될 수도 있다.

정리하면, 제1 방향을 따라, 인접하는 2개의 제1 개구부(120)들은 지그 재그(zig zag) 형상으로 엇갈려 배열될 수 있고, 인접하는 2개의 제2 개구부(140)들은 지그 재그 형상으로 엇갈려 배열될 수 있다.

한편, 격벽(112)은 바닥면(131)에 대하여 소정 각도로 기울어지고, 격벽(112)은 상부면(111)에 대하여 소정 각도로 기울어질 수 있다. 또한, 오목부(130)의 바닥면(131)과 볼록부(110)의 상부면(111)은 평행하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 볼록부(130)는 제1 방향(L) 측으로 기울어지도록 마련될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 방향(L)을 따라 반응가스(산화가스)가 분리판(100)으로 공급되도록 마련될 수 있다. 본 문서에서, 제1 방향(L)이라 함은 반응가스의 유동방향(주 유동방향)을 의미할 수 있다. 또한, 분리판(100)은 제1 방향(L)의 반대방향이 중력 방향이 되도록 배치될 수 있다. 이와 같은 배치 구조를 통해, 응축수(생성수)의 유동 방향은 제1 방향(L)의 반대방향인 중력 방향으로 결정될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 응축수는 중력에 의해 분리판(100) 상에서 흘러내려오게 된다. 특히, 상기 응축수는 바닥판(30)과 오목부(130)의 바닥면(131)의 경계 영역을 따라 유동하며, 제2 개구부(140)를 통해 유동하게 된다. 이때, 제2 개구부(140)가 중력방향을 따라 지그 재그 형상으로 교차 배열됨에 따라, 응축수가 중력 방향을 따라 유동하는 과정에서 어느 한 제2 개구부(140)를 통과한 응축수가 격벽(112)에 충돌하게 되고, 양 측 제2 개구부(140)들로 분지되거나, 다시 합류하게 되는 등의 일련의 과정을 거칠 수 있다. 또한, 격벽(112)이 바닥면(131)에 대하여 기울어진 경사면으로 형성됨에 따라, 도 6에서와 같이, 경사면 하단부에 응축수가 일시적으로 고인 후, 다시 유동이 이루어지는 구조를 가질 수 있다.

또한, 반응가스의 유동은, 격벽(112)을 따라 가스 확산층(20) 방향으로 이루어지며, 이때, 격벽(112)이 경사면으로 형성됨에 따라 가스 확산층(20)을 향하여 완만한 상승 유동이 이루어질 수 있다. 또한, 제1 개구부(120)를 통과하여 제1 방향(L)을 따라 계속적으로 유동이 이루어지는 과정에서, 제1 개구부(120)의 지그 재그 배열로 인해, 대류/확산의 혼합 유동 형태가 만들어질 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 연료전지 스택
10: 막-전극 접합체
20: 가스 확산층
30: 플레이트
100: 분리판
110: 볼록부
120: 제1 개구부
130: 오목부
140: 제2 개구부

Claims

제1 방향을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부 및 복수 개의 오목부를 포함하며,
각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되고,
인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판.
제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 볼록부는, 인접하는 오목부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 상부면을 포함하며,
상부면은 평탄면으로 형성된 분리판.
제 1 항에 있어서,
제1 개구부는 제1 방향에 따른 길이가 제2 방향에 따른 폭보다 크게 형성된 분리판.
제 1 항에 있어서,
제1 개구부는 상부면 및 격벽의 일부 영역에 걸쳐 형성되는 분리판.
제 1 항에 있어서,
인접하는 3개의 볼록부의 제1 개구부 중 2개의 제1 개구부는 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련된 분리판.
제 1 항에 있어서,
각각의 오목부에는 바닥면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제2 개구부가 마련된 분리판.
제 6 항에 있어서,
인접하는 2개의 오목부의 제2 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판.
제 6 항에 있어서,
적어도 하나의 오목부는, 인접하는 볼록부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 바닥면을 포함하며,
바닥면은 평탄면으로 형성된 분리판.
제 6 항에 있어서,
제2 개구부는 제1 방향에 따른 길이가 제2 방향에 따른 폭보다 크게 형성된 분리판.
제 6 항에 있어서,
제2 개구부는 바닥면 및 격벽의 일부 영역에 걸쳐 형성되는 분리판.
제 6 항에 있어서,
인접하는 3개의 오목부의 제2 개구부 중 2개의 제2 개구부는 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하도록 마련된 분리판.
제 6 항에 있어서,
인접하는 볼록부와 오목부의 제1 개구부와 제2 개구부는 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 마련된 분리판.
제 8 항에 있어서,
격벽은 바닥면에 대하여 소정 각도로 기울어지고,
격벽은 상부면에 대하여 소정 각도로 기울어진 분리판.
제 13 항에 있어서,
오목부의 바닥면과 볼록부의 상부면은 평행하게 마련된 분리판.
제1 방향을 따라 차례로 마련되는 복수 개의 볼록부 및 복수 개의 오목부를 포함하며,
각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되고,
적어도 하나의 볼록부는 인접하는 오목부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 상부면을 포함하며,
적어도 하나의 오목부는 인접하는 볼록부와 연결된 격벽 및 격벽과 연결된 바닥면을 포함하고,
상부면과 바닥면은 각각 격벽에 대하여 소정 각도로 기울어지도록 마련되며,
인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판.
막-전극 접합체;
막-전극 접합체의 일면에 마련된 가스 확산층; 및
적어도 일부 영역이 가스 확산층과 접촉하도록 배치되는 분리판을 포함하며,
상기 분리판은, 가스 확산층과 접촉하는 복수 개의 볼록부와 가스 확산층과 접촉하지 않는 복수 개의 오목부를 포함하며,
볼록부와 오목부는 제1 방향을 따라 차례로 연속하여 마련되고,
각각의 볼록부에는 상부면에 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 소정 간격으로 제1 개구부가 마련되며,
인접하는 2개의 볼록부의 제1 개구부들은 제1 방향에 평행한 가상의 제1 선을 기준으로 동축 상에 위치하지 않도록 각각 마련된 분리판.
제 16 항에 있어서,
제1 방향을 따라 반응가스가 분리판으로 공급되도록 마련된 연료전지 스택.
제 16 항에 있어서,
볼록부는 제1 방향 측으로 기울어지도록 마련된 연료전지 스택.