KR20180017039A - 전기화학 장치 및 전기화학 장치용 전기화학 유닛을 제조하는 방법 - Google Patents

전기화학 장치 및 전기화학 장치용 전기화학 유닛을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

적층 방향으로 서로 연속하고, 각각이 전기화학적으로 활성인 막-전극 어셈블리, 적어도 하나의 가스 확산층, 및 적어도 하나의 유체 매질을 위한 적어도 하나의 유동장을 갖는 양극판을 포함하는 복수의 전기화학 유닛들의 스택을 포함하는, 적어도 하나의 유동장이 간단하고 확실하게 밀봉되고 기생 유동의 발생이 방지되는, 전기화학 장치를 제공하기 위해, 적어도 하나의 양극판은 적어도 일정 영역에서 상기 양극판의 유동장에 접하고, 상기 양극판에 인접한 가스 확산층과 접촉하는 적어도 하나의 에지 웹(edge web)을 가지며, 상기 전기화학 장치는 상기 에지 웹에 의해 접하는 유동장을 밀봉하고 상기 에지 웹과 접촉하고 상기 가스 확산층과 접촉하는 적어도 하나의 유동장 밀봉소자를 더 포함하는 것이 제시된다.

Description

전기화학 장치 및 전기화학 장치용 전기화학 유닛을 제조하는 방법
본 발명은 적층 방향으로 서로 연속하고, 각각이 전기화학적으로 활성인 막-전극 어셈블리, 적어도 하나의 가스 확산층, 및 적어도 하나의 유체 매질을 위한 적어도 하나의 유동장을 갖는 양극판을 포함하는, 복수의 전기화학 유닛들의 스택을 포함하는, 전기화학 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 전기화학 장치는 특히, 연료 전지 스택 또는 전해조의 형태를 취할 수 있다.
연료 전지 스택 및 전해조에서, 상이한 매질이 전기화학 유닛의 상이한 레벨로 안내되고, 구성에 따라, 또한 동일한 레벨의 상이한 영역들로 안내된다. 이들 매질은 특히, 애노드 유체(연료 가스), 캐소드 유체(산화제) 및 적절한 경우, 유체 냉각제일 수 있다.
전기화학 장치를 통해 안내되는 이들 매질은 서로 섞이거나 전기화학 유닛으로부터 빠져나오면 안되므로, 밀봉부(seal)가 복수의 레벨로 요구된다.
이러한 밀봉부는, 예를 들어, 엘라스토머 물질 및 접착 본드를 기반으로 할 수 있다.
금속 양극판을 갖는 전기화학 유닛에서, 상기 밀봉부는 양극판 내의 비드 또는 엘라스토머 물질에 기초한 밀봉부에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 형성될 수 있다.
양극판(분리기 또는 인터코넥트라고도 함)는 하나의 부품으로 제조되거나 적어도 2개의 개별층(양극판 층)을 포함할 수 있다.
다층 양극판의 양극판 층은 용접 또는 접착과 같은 접합 방법에 의해 서로 연결될 수 있다.
밀봉부는 별도의 부품으로서 전기화학 유닛의 스택 내로 삽입되거나, 양극판 또는 전기화학 유닛의 다른 부품, 예를 들어, 가스 확산층 또는 막-전극 어셈블리에 고정될 수 있다.
취급 및 생산에 대한 이점으로 인해 및 단순한 밀봉 구조 때문에, 상기 밀봉부를 양극판에 고정하는 것이 종종 선호된다. 이것은, 예를 들어, 특히, 엘라스토머 물질로 제조된 밀봉부를 양극판의 층 상에 몰딩함으로써 수행될 수 있다.
이 밀봉 구성에서, 양극판에 고정된 밀봉부와 막-전극 어셈블리의 에지 영역에서의 막-전극 어셈블리(특히, 촉매 코팅막, CCM)에 고정된 에지 보강 장치의 조합은, 상기 에지 보강 장치가 상기 밀봉부를 위한 반대 성분으로서 작용하고, 상기 막-전극 어셈블리 상에 불리한 기계 부하를 방지하도록 조력하며, 동시에 상기 막-전극 어셈블리의 에지 영역에 대하여 상기 막-전극 어셈블리의 전기화학적으로 활성인 영역의 이로운 부착을 보장하므로, 유익한 것이 증명되었다.
이러한 유형의 에지 보강 장치는 예를 들어, EP 1 403 949 B1에 개시되어 있다.
이러한 유형의 에지 보강 장치는 또한, 서브 개스켓(sub-gasket)으로 지칭된다.
이러한 유형의 에지 보강 장치는 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 종래의 구조는 주변 프레임의 형태로 막-전극 어셈블리의 2개의 상호 대향하는 측면 상에 배열된 2개의 층을 포함한다.
전기화학 장치가 제조될 때에, 양극판, 가스 확산층, 막-전극 어셈블리, 밀봉부 및 적절한 경우, 각 전기화학 유닛의 에지 보강 장치(서브 개스켓)가 서로에 대해 위치되어야 하며, 이들 부품들은 개별적으로 조립되거나 또는 이미 적어도 부분적으로 서로 연결된 서브 어셈블리로서 조립될 수 있다.
밀봉부가 가스 확산층에 부착되는 경우, 이는 위치될 밀봉부의 적용을 위한 가스 확산층뿐만 아니라, 상기 가스 확산층 및 그 위에 생성된 상기 밀봉부를 포함하는 유닛이 또한, 전기화학 유닛의 스택이 제조될 때에 상기 양극판 상에 위치되는 것을 필요로 한다.
밀봉부가 양극판 상에 형성될 때, 상기 막-전극 어셈블리 및 가스 확산층은 개별 부품으로서 또는 사전 조립된 유닛으로서 양극판 상에 배치된다.
전기화학 장치에 공급될 매질(캐소드 유체, 애노드 유체, 냉각제)은 전기화학 장치의 적층 방향으로 연장한 매질 제거 채널과 매질 공급 채널을 갖는 매질 분포 구조(매니폴드로 지명되기도 한)에 의해 전기화학 장치의 상이한 레벨로 공급되거나 그로부터 제거되고, 각각이 매질 공급 채널로부터 전기화학 유닛에 관계가 있는 상기 매질의 유동장으로 공급되어 매질 제거 채널에 유입됨으로써 상기 유동장으로부터 다시금 제거되어야만 한다. 여기서, 전기화학 장치 주위의 외부 공간 및 다양한 매질이 흐르는 공간들 사이의 누출을 방지하기 위해 상기 매질 공급 채널 및 매질 제거 채널 모두와 유동장도 밀봉되어야만 한다.
유체 매질을 위한 유동장은 채널 및 웹을 포함하는 구조물들을 포함하며, 이들은 관계된 상기 매질을 전기화학 유닛의 레벨로 안내한다. 각 유동장은, 상기 유동장의 바깥 가장자리를 둘레에서 주연으로(peripherally) 이어지는, 하기 에지 웹(edge web)으로 일컬어지는, 웹에 의해 횡 방향으로 측면으로 경계 지어진다.
공지된 전기화학 장치의 경우에, 유동장을 밀봉하는 밀봉부는 에지 웹으로부터의 간격을 두고, 양극판에 도포되거나 조립된다. 이 경우, 하기에 에지 채널로 지정된 간격이 밀봉부과 에지 웹 사이에 생성된다.
시험 결과는, 전기화학 장치의 작동 중에, 에지 채널을 통한 매질의 기생 유동이 유동장 주위에서 발생할 수 있고 및/또는 에지 채널이 물로 적어도 부분적으로 넘칠 수 있다는 것을 보여준다(P Stahl, J Biesdorf, P Boillat, J Kraft 및 KA Friedrich에 의한 글 참조: "Water Distribution Analysis in the Outer Perimeter Region of Technical PEFC Based on Neutron Radiography", in: Journal of the Electrochemical Society 162(7), F677 내지 F685 페이지(2015)). 이는 에지 채널의 영역에서 막-전극 어셈블리로 음극 및/또는 애노드 유체의 미정의 공급을 발생시키며, 이는 전기화학적으로 활성인 영역에서 막-전극 어셈블리의 노화를 가속시킬 수 있다.
에지 보강 장치의 적용에 의해 에지 채널의 영역에서 전기화학 반응이 억제되더라도, 상기 에지 채널을 통해 여전히 유동하는 매질은 전기화학 반응에 이용 가능하지 않다. 또한, 에지 보강 장치의 적용은 생산 및 조립의 비용 증가와 관련된다.
본 발명의 목적은 적어도 하나의 유동장이 간단하고 확실하게 밀봉되고 기생 유동의 발생이 방지되는 도입부에서 언급된 유형의 전기화학 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라, 적어도 하나의 양극판이 적어도 일정 영역에서 상기 양극판의 유동장에 접하고 상기 양극판에 인접한 가스 확산층과 접촉하는 적어도 하나의 에지 웹을 갖는다는 점에서, 제 1 항의 전제부의 특징들을 갖는 전기화학 장치의 경우에 달성되며, 상기 전기화학 장치는 상기 에지 웹에 의해 접하는 유동장을 밀봉하고 상기 에지 웹과 접촉하고 상기 가스 확산층과 접촉하는 적어도 하나의 유동장 밀봉소자를 더 포함한다.
따라서, 본 발명의 기초를 이루는 개념은 유동장과 접하는 에지 웹 및 상기 에지 웹에 인접하는 가스 확산층에 직접 상기 유동장 밀봉소자를 부착하는 것이다.
여기서 바람직하게는, 에지 웹은 유동장의 주변 둘레에서 연속적으로 이어지도록 형성되고, 특히, 에지 웹을 통해 매질을 전도할 수 있는 틈, 하강 부분 또는 개구를 갖지 않는다.
바람직하게는, 가스 확산층 및 유동장 밀봉소자는 단일 공정 단계에서 양극판 또는 양극판의 개별층에 함께 부착된다. 양극판, 가스 확산층 및 유동장 밀봉소자를 하나의 처리 및 위치결정 절차로 포함하는 유닛을 조립하는 것은 필요한 공정 단계의 수와 복잡성을 최소화하고 그에 필요한 처리 및 위치결정 절차의 수를 최소화하며 이런 이유로, 오류의 가능한 원인도 줄일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 유동장 밀봉소자는 물질-물질 결합(substance-to-substance bond)으로 에지 웹에 연결되도록 제공된다.
또한, 바람직하게는 유동장 밀봉소자가 물질-물질 결합으로 가스 확산층에 연결되도록 제공된다. 특히, 가스 확산층을 유동장 밀봉소자에 물질-물질 결합으로 연결하기 위해, 유동장 밀봉소자를 형성하는 엘라스토머 물질이 유동장 밀봉소자의 제조 중에 다공성 가스 확산층 내로 침투하도록 제공될 수 있다.
유동장 밀봉소자는 특히, 에지 웹 및/또는 가스 확산층 상에 형성되는 사출 성형 부품의 형태를 취할 수 있다.
대안으로 또는 그에 추가하여, 유동장 밀봉소자가 패턴 인쇄 방법에 의해 에지 웹 및/또는 가스 확산층 상에 생성되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 양극판은 그의 애노드측 상에 애노드측 에지 웹을 가지며 그의 캐소드측 상에 캐소드측 에지 웹을 가지도록 제공되며, 상기 애노드측 에지 웹 및 상기 캐소드측 에지 웹은 적층 방향에 수직으로 이어지는 오프셋 방향으로 적어도 일정 영역에서 서로 오프셋 된다.
여기서, 양극판이 애노드측 에지 웹과 캐소드측 에지 웹 사이의 중간 영역에, 유체 매질이 양극판을 통과하거나 양극판의 내부로 들어가기 위한 적어도 하나의 개구를 갖는 경우, 특히 바람직하다.
이러한 유형의 개구부는 바람직하게는, 적층 방향으로 양극판을 통해 연장되는 매질 채널과 유체 연결된다.
본 발명에 따른 전기화학 장치에서, 적어도 하나의 막-전극 어셈블리에는 유동장 밀봉소자가 밀봉 방식으로 접하는 에지 보강 장치(서브 개스켓)가 제공될 수 있다.
대안으로 또는 그에 추가하여, 적층 방향으로 서로 연속하는 전기화학 장치의 2개의 양극판이 각각의 유동장 밀봉소자와 접촉하는 각각의 에지 웹과 함께 서로 마주보는 면들 상에 형성되도록 제공될 수 있으며, 상기 양극판의 에지 웹이 접촉하는 유동장 밀봉소자는 밀봉 방식으로 서로 접한다.
여기서, 특히, 적층 방향으로 서로 연속하는 2개의 양극판이 실질적으로 동일한 형상을 취하지만, 상기 적층 방향에 평행한 회전축을 중심으로 서로에 대해 180°의 각도로 회전되어 배치되도록 제공될 수 있다.
유동장 밀봉소자와 접촉하는 에지 웹을 갖는 적어도 하나의 양극판은, 바람직하게는 유체기밀(fluid-tight)하도록, 접합선을 따라 서로 접합하는 두 개의 양극판 층을 포함할 수 있다.
여기서, 양극판 층은 용접 및/또는 접착에 의해 접합선을 따라 서로 접합 되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 양극판 상에 배치된 유동장 밀봉소자가, 적층 방향에서 볼 때, 양극판의 양극판 층이 서로 접합 되는 접합선과 겹치지 않도록 제공된다.
특히, 유동장 밀봉소자가, 적층 방향에서 볼 때, 접합선을 가로지르지 않거나, 접합선에 평행한 접합선 상부 또는 하부에 이어지지 않도록 여기 제공된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 제 1 양극판의 에지 웹과 접촉하고 제 1 가스 확산층과 접촉하는 유동장 밀봉소자가 상기 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판의 에지 웹과 접촉하고 제 2 가스 확산층과 접촉하는 추가의 유동장 밀봉소자에 대해 밀봉 방식으로 인접하도록 제공될 수 있다.
대안으로서 또는 그에 추가하여, 제 1 양극판의 에지 웹과 접촉하고 제 1 가스 확산층과 접촉하는 유동장 밀봉소자가 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판까지 연장하고, 바람직하게는, 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판에 대하여 밀봉 방식으로 인접하도록 제공될 수 있다.
이 경우, 유동장 밀봉소자는 바람직하게는 제 1 양극판의 에지 웹에 의해 접하는 제 1 양극판의 유동장뿐만 아니라 제 2 양극판의 유동장도 밀봉한다.
여기서, 유동장 밀봉소자는 물질-물질 결합으로 제 1 양극판의 캐소드측과 연결되고 제 2 양극판의 애노드측에 대해 밀봉 방식으로 접하도록 제공되는 것이 바람직하다.
여기서, 유동장 밀봉소자가 제 2 양극판의 에지 웹과 접촉하거나 또는 제 2 양극판에 인접하는 제 2 가스 확산층과 접촉할 필요는 없다.
이러한 유형의 전기화학 장치의 구성에 대한 대안으로서 또는 그 구성에 추가하여, 제 1 양극판의 에지 웹과 접촉하고 제 1 가스 확산층과 접촉하는 유동장 밀봉소자가 제 2 가스 확산층과 접촉하고 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판에 대해 밀봉 방식으로 접하는 추가의 유동장 밀봉소자에 대해 밀봉 방식으로 접하도록 제공될 수 있다.
여기서, 특히, 제 1 유동장 밀봉소자가 제 1 가스 확산층과 물질-물질 결합으로 연결되고 추가의 유동장 밀봉소자가 물질-물질 결합으로 제 2 가스 확산층과 연결되도록 제공될 수 있다.
여기서, 제 1 유동장 밀봉소자는 바람직하게는 제 1 양극판의 캐소드측과 접촉하고, 추가의 유동장 밀봉소자는 바람직하게는 제 2 양극판의 애노드측에 대해 밀봉 방식으로 접한다.
또한, 본 발명은 복수의 전기화학 소자가 적층 방향으로 서로 연속하는 전기화학 소자용 전기화학 유닛의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 전기화학 유닛은 전기화학적으로 활성인 막-전극 어셈블리, 적어도 하나의 가스 확산층, 및 적어도 하나의 유체 매질을 위한 적어도 하나의 유동장을 갖는 양극판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기화학 유닛을 제조하기 위한 이러한 유형의 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 소수의 공정 단계에서 가능한 한 적은 처리 및 위치결정 절차로 수행될 수 있으며, 유동장의 확실한 밀봉을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 다음:
상기 양극판 또는 상기 양극판의 양극판 층 상에 상기 가스 확산층을 배치하는 단계와;
유동장 밀봉소자가 양극판 또는 양극판 층 및 가스 확산층과 접촉하도록 상기 양극판 또는 양극판 층 상에 및 가스 확산층 상에 상기 유동장 밀봉소자를 제조하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는 이 경우, 유동장 밀봉소자는 양극판 또는 양극판 층 상에 제조되는 한편, 가스 확산층은 양극판 또는 양극판 층 상에 각각 배치된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에서, 양극판은 적어도 일정 영역에서 양극판의 유동장에 접하는 적어도 하나의 에지 웹을 가지도록 제공되며, 상기 유동장 밀봉소자의 제조 동안에, 가스 확산층은 에지 웹과 접촉한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 특징은 본 발명에 따른 전기화학 장치의 특정 실시형태와 관련하여 이미 위에서 설명되었다.
본 발명에 따르면, 가스 확산층과 유동장 밀봉소자는 단일 공정 단계에서 함께 양극판 또는 양극판 층에 부착된다.
전기화학 유닛의 전기화학적으로 활성인 영역 둘레에서 주연으로(peripherally) 이어지는 에지 웹은 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.
에지 웹은 가스 확산층의 부착 표면으로서 작용한다.
가스 확산층은 부분적으로 또는 전체적으로 에지 웹을 덮을 수 있고 및/또는 에지 웹을 넘어 외측으로, 즉 유동장 외부로 돌출할 수 있다.
바람직하게는, 유동장 밀봉소자가 가스 확산층의 외부 에지를 전체적으로 둘러싸도록 제공된다.
유동장 밀봉소자는 그의 상부 측 상에, 에지 웹의 외부 플랭크 및/또는 크레스트 영역 상에 배치될 수 있다.
에지 웹에 의해, 사출 성형 방법으로 유동장 밀봉소자를 제조하기 위한 폐쇄 공동(closed cavity)이 형성될 수 있다.
대안으로서 또는 그에 추가하여, 에지 웹은 도포 방법, 예컨대, 패턴 인쇄 방법, 특히, 스크린 인쇄 방법 또는 CIP(cured in place)에 의해 유동장 밀봉소자의 제조를 위한 지지 표면으로서 이용가능하다.
바람직하게는, 적층 방향에서 볼 때 서로 대향하는 양극판의 양 측면에 각각의 에지 웹이 제공되는 것이 바람직하다.
양극판의 양 측면 상의 에지 웹(캐소드측 에지 웹 및 애노드측 에지 웹)은 바람직하게는 적층 방향에 직각인 평면에서 일정 영역에서 서로 오프셋 되어 배치된다.
이는 적층 방향에 직각인 평면에서 2개의 에지 웹 사이에 위치하는 양극판의 중간 영역을 제공한다.
유체 매질을 공급 또는 제거하기 위한 매질 스트림은 이러한 유형의 중간 영역에서 에지 웹 아래에 및 상기 2개의 에지 웹 사이의 중간 영역의 개구를 통해, 유동장이 관련된 유체 매질을 위해 배열되는, 양극판의 반대 측으로 안내될 수 있다.
이는 에지 웹들 각각이 연속적이고 및/또는 중단되지 않는 형태를 취하고/취하거나 통로 개구부를 갖지 않게 할 수 있다.
유체 매질, 특히, 냉각제는 에지 웹의 체적을 통해 안내될 수 있고, 결과적으로 유동장의 폭에 걸쳐 분포될 수 있다.
막-전극 어셈블리의 노화 가속에 기여할 수 있는, 막-전극 어셈블리의 전기화학적으로 활성인 영역으로의 애노드 유체 또는 캐소드 유체의 일방적 공급(one-sided supply)을 회피하기 위해, 상기 막-전극 어셈블리는 그의 주변부에 에지 보강 장치(서브 개스켓)를 구비하도록 제공될 수 있으며, 상기 에지 보강 장치는 바람직하게는 상호 오프셋된 에지 웹의 영역에 배열된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 양극판, 유동장 밀봉소자 및 가스 확산층은 막-전극 어셈블리의 양측에 놓인 유동장 밀봉소자의 밀봉선들 및 상기 에지 웹들이 이어지는 선들이 적층 방향에서 볼 때에, 실질적으로 서로 일치하게(congruently) 놓이는 형태를 취하도록 제공된다.
유체 매질이 공급되고 막-전극 어셈블리의 양측에 있는 전기화학적으로 활성인 영역은, 이 경우 합동이며, 결과적으로 전기화학적으로 활성인 영역으로의 매질의 일방적 공급을 방지하기 위한 에지 보강 장치의 사용이 필요하기 않게 된다.
일정 영역에서, 스택에서 서로 인접한 2개의 막-전극 어셈블리의 전기화학적으로 활성인 영역은 적층 방향에서 볼 때, 매질 공급 영역 및 매질 제거 영역에서 서로 일치하지 않는다. 이들 영역에서, 유체 매질은 각각의 막-전극 어셈블리에 대향하고 양극판 내의 개구를 통해 양극판의 레벨을 통해 각각의 매질을 위한 유동장에 공급된다.
스택에서 서로 인접한 2개의 막-전극 어셈블리에 매질을 공급 또는 제거하기 위한 양극판의 개구는 이 경우, 적층 방향에 직각인 방향으로 서로 오프셋되어 배치된다.
전기화학 장치의 이러한 실시형태에서, 2개의 상호 인접한 전기화학 유닛의 양극판, 유동장 밀봉소자, 가스 확산층 및 막-전극 어셈블리는 동일한 구조를 가지나, 매질을 위한 공급 채널 및 제거 채널의 영역에서 에지 웹들 및 유동장 밀봉소자의 오프셋을 달성하기 위해, 적층 방향에 평행한 회전 축을 중심으로 서로 180° 회전되어 서로 적층된다.
이를 통해 유사한 부품으로서 동일한 구조의 양극판을 순전히 사용하여 스택을 생산할 수 있다.
이 실시형태에서, 두 개의 양극판 층들 사이의 중간 레벨의 냉각제는 양극판의 내부로 흐른다. 양극판의 내부로의 냉각제의 공급 및 양극판의 내부로부터의 냉각제의 제거는, 이 경우, 바람직하게는, 유동장 밀봉소자 및 상기 냉각제 채널의 채널 밀봉소자가 상기 냉각제의 유로를 가로지르는 영역에서, 2개의 양극판 층의 상호 간격을 사용하여 수행된다.
유체 매질, 바람직하게는, 냉각제는 전기화학 유닛의 표면 위로 유체 매질을 분배하는 방식으로 적어도 하나의 에지 웹을 통해 유동할 수 있다.
하나 이상의 매질이 에지 웹의 체적을 통해 유동장 내로 안내되어 분배될 수 있도록, 에지 웹의 체적은 인레이(inlay) 소자에 의해 세분될 수 있다.
이러한 유형의 인레이 소자는 특히, 유동장 밀봉소자와 일체형으로 형성될 수 있다.
양극판이 두 개의 양극판 층으로 형성되는 경우, 양극판 층들은 상기 양극판 층들 중 적어도 하나에서 주변으로부터 용접 또는 접착과 같은 접합 방법에 의해 또는 실제로, 예를 들어, 엘라스토머 재질로부터 만들어진, 밀봉부를 형성함으로써 밀봉될 수 있다.
이러한 유형의 밀봉부는 제 1 양극판 층, 제 2 양극판 층 또는 부분적으로, 제 1 양극판 층 상에 그리고 부분적으로 제 2 양극판 층 상에 제조될 수 있다.
양극판의 내부를 밀봉하기 위한 밀봉부는 유동장 밀봉소자의 제조와 함께 접합 공정 단계에서 제조될 수 있다.
밀봉제가 적어도 부분적으로 수용되는, 특히, 홈 형태의 리세스는 밀봉 효과에 필요한 밀봉 용적을 수용할 수 있도록 양극판 층에 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 용접층 또는 접착층과 같이, 양극판의 양극판 층들이 서로 접합하는 접합선은 상기 양극판에 형성된 밀봉소자의 밀봉선을 가로지르거나 상기 밀봉선으로 덮어 쓰이지 않도록 제공된다. 이것은 특히, 용접 방법이 양극판 층을 접합하기 위해 사용될 때, 밀봉 구조 및 공정의 신뢰성에 이점을 제공한다.
양극판 층들이 접착에 의해 서로 접합 되면, 양극판 층들의 접합선들과 양극판 층들 상에 제공된 밀봉소자들의 밀봉선들 간의 겹침이 가능하다. 이는 특히, 양극판 상의 매질 공급 및 매질 제거 영역을 상당히 소형화할 수 있게 한다. 또한, 상기 매질 제거 및 매질 공급 영역에서, 스택에서의 서로 인접한 2개의 막-전극 어셈블리 간에 더 작은 오프셋을 선택할 수도 있다.
가스 확산층, 양극판 또는 양극판 층 및 유동장 밀봉소자를 포함하는 유닛이 제조될 때, 바람직하게는 가스 확산층의 외주 영역이 양극판 상의 에지 웹 또는 양극판 층과 접촉된다.
바람직하게는 엘라스토머 물질로 제조된 유동장 밀봉소자는 에지 웹의 영역에서 가스 확산층 및 양극판 또는 양극판 층에 틈 없이 직접 연결되도록 제조된다.
유동장 밀봉소자가 사출 성형 방법에 의해 제조되는 경우, 사출 금형의 가압 에지가 가스 확산층 상에 놓일 수 있으며, 상기 가스 확산층은 사출 금형의 허용 오차를 탄성 변형 또는 소성 변형에 의해 보상한다.
본 발명에 따른 전기화학 장치 및 본 발명에 따른 제조 방법에서, 에지 웹과 유동장 밀봉소자 사이의 에지 채널은 에지 웹상의 유동장 밀봉소자의 직접 배치에 의한 발생이 방지된다. 이는 막-전극 어셈블리의 전기화학적으로 활성인 영역에 대한 매질의 미정의 공급 및 노화에 대한 관련 영향을 방지하고, 막-전극 어셈블리의 외부 에지 영역 상에서 에지 보강 장치를 생략할 수 있다.
본 발명은 전기화학 유닛의 에지 및 밀봉 영역의 매우 작은 구성을 가능하게 한다.
또한, 양극판 또는 양극판 층, 가스 확산층 및 유동장 밀봉소자를 포함하는 유닛은 전기화학 장치의 조립 공정에서 하나의 처리 및 위치결정 절차에 의해 조립될 수 있다.
막-전극 어셈블리(에지 보강 장치를 갖거나 갖지 않는)는 릴(reel)의 형태로 제공될 수 있고, 길이로 절단되고 스택의 조립 전에 공정 단계에서 조립될 수 있다.
이는 필요한 공정 단계의 수와 복잡성, 필요한 처리 및 위치결정 절차의 수와 복잡성을 상당히 줄여 주며 조립 공정은 오차가 덜 생긴다.
유동장 밀봉소자의 제조 중에, 에지 웹은 성형 및/또는 지지 구조로서 작용한다.
에지 웹은 또한 양극판의 내부를 주위로부터 밀봉하기 위한 밀봉소자를 적어도 부분적으로 수용하도록 작용할 수 있다.
에지 웹의 체적을, 상이한 매질이 흐르게 하도록 구성된 복수의 영역으로 세분하기 위한 인레이 소자는 예를 들어, 삽입 부품, 별도로 적용되는 소자, 또는 유동장 밀봉소자와 함께 접합 공정 단계에서 양극판 또는 양극판 층에 적용되는 소자일 수 있다.
양극판 또는 양극판 층에는, 유동장 밀봉소자가 제조될 때까지 가스 확산층을 양극판 또는 양극판 층에 일시적으로 고정하는 역할을 하는 소자가 제공될 수 있다.
이러한 유형의 고정 소자는 양극판 또는 양극판 층과 일체로 형성될 수 있거나 실제로, 양극판 또는 양극판 층과 별도로 형성된 부품일 수 있다.
가스 확산층은 예를 들어, 포지티브 결합, 물질-물질 결합 또는 마찰 결합에 의해 양극판 또는 양극판 층에 고정될 수 있다.
유동장 밀봉소자에 의한 밀봉에 필요한 탄성은 엘라스토머 물질을 사용하고 /하거나 그 위에 배치된 밀봉 물질을 갖는 비드 구조를 사용함으로써 생성될 수 있다. 비드 구조가 사용되는 경우, 제 1 가압 과정에서의 소성 변형은 거시적인 불균일이 보상된다는 것을 의미하고, 비드 구조상에 배치되는, 바람직하게는 엘라스토머 물질로 제조된 밀봉부는 미세한 불균일성이 보상된다는 것을 의미한다.
유동장 밀봉소자는 밀봉 효과에 요구되는 밀봉력을 줄이기 위해 양극판로부터 멀리 떨어진 상부 측면에서 프로파일링된 형태 또는 편평한 형태를 취할 수 있다.
복수의 유동장 밀봉소자, 예를 들어, 캐소드측 유동장 밀봉소자 및 애노드측 유동장 밀봉소자가 양극판 상에 제공되면, 이러한 유동장 밀봉소자는 동일한 방식으로 구성 및 제조되거나 또는 실제로, 다르게 구성되고/구성되거나 제조될 수 있다.
예를 들어, 프로파일링된 유동장 밀봉소자는 양극판의 일 측면 상에, 특히, 사출 성형 방법에 의해 제조될 수 있는 반면, 평면 구조의 유동장 밀봉소자는 상기 양극판의 반대 측면 상에, 패턴 인쇄 방법, 특히, 스크린 프린팅 방법에 의해 제조될 수 있다.
유동장 밀봉소자를 제조하기 위해 사출 성형 방법이 사용되는 경우, 가스 확산층은 바람직하게는 전기화학 장치의 작동 중에 보다 사출 금형의 가압 에지에 의해 더 큰 압력을 받게 된다.
바람직하게는, 에지 웹은 엘라스토머 물질의 주입 중에 필요한 밀봉부가 사출 금형의 가압 에지에 의해 형성 가능하도록 충분히 큰 지지면을 갖는다.
양극판이 복수의 양극판 층으로 구성되는 경우, 그때 가스 확산층이 부착될 수 있고, 각각의 양극판 층 상에 별도로 유동장 밀봉소자가 생성될 수 있으며, 그 후에 양극판 층은 추가 단계에서 서로 접합될 수 있다. 이 경우, 유동장 밀봉소자가 제조될 때, 제조될 밀봉소자에 대향하는 양극판 층의 측면으로부터 추가의 사출 금형을 사용하여 양극판 층을 지지하는 것이 가능하다.
그러나, 원칙적으로, 적어도 하나의 유동장 밀봉소자는 복수의 양극판 층으로부터 이미 함께 결합된 양극판 상에 제조될 수도 있다.
여기서, 양극판의 강성은 발생하는 공정력을 견딜 만큼 충분히 커야한다.
이러한 맥락에서, 양극판의 두 개의 상호 대향하는 측면 상의 가스 확산층 및 유동장 밀봉소자는 접합 공정 단계에서 적용될 수 있거나, 또는 실제로 잇달아 순차적으로 적용될 수 있다.
양극판의 두 개의 상호 대향하는 측면 상의 유동장 밀봉소자가 동일한 금형을 사용하여 적용될 수 있다면 순차적인 적용이 유리할 수 있다.
바람직하게는, 각각의 가스 확산층은 유동장 밀봉소자에 의해 양극판의 두 개의 상호 대향하는 측면에 부착된다.
그러나, 원칙적으로, 오직 하나의 가스 확산층이 유동장 밀봉소자에 의해 양극판의 한 측면에 부착되도록 제공될 수 있으며, 이 경우, 제 2 가스 확산층이 전기화학 장치의 조립 절차 시에 양극판의 반대 측면 상에 따로 삽입된다.
양극판의 복수의 양극판 층이 용접 방법에 의해 서로 접합 되는 경우, 상기 양극판 층들은 유동장 밀봉소자가 용접층과 겹치지 않는 경우에 상기 유동장 밀봉소자가 제조되기 이전에 또는 이후에 서로 용접될 수 있다. 이 경우, 유동장 밀봉소자가 제조된 후에 모든 접합점들이 양극판의 적어도 한 측면으로부터 접근할 수 있다.
복수의 양극판 층이 접착에 의해 서로 접합되는 경우, 양극판 층은 바람직하게는 유동장 밀봉소자가 개별 양극판 층 상에 생성된 후에 서로 접합된다. 이 경우, 접합선은 적층 방향에서 볼 때 유동 밀봉소자와 중첩될 수 있고, 양극판 층 상의 채널 밀봉소자와 중첩될 수 있으며, 이는 밀봉소자의 영역에서 양극판의 현저히 더 작은 구조를 가능하게 한다.
본 발명의 추가 특징 및 이점은 이하의 설명의 주제 및 예시적인 실시형태의 실례적 표현을 형성한다.
도면에서 :
도 1은 적층 방향으로 서로 연속하는 복수의 전기화학 유닛을 포함하는 전기화학 장치의 전기화학 유닛의 양극판의 애노드측의 상부로부터의 개략적인 상세 평면도이며, 상기 도면은 상기 양극판의 애노드측 유동장의 일부 및 매질 공급 또는 매질 제거 영역을 도시하고;
도 2는 도 1의 양극판의 캐소드측 하부로부터의 개략적인 상세 평면도이며, 상기 도면은 동일한 매질 공급 또는 매질 제거 영역 및 반대편의 캐소드측 유동장의 세부사항을 도시하고;
도 3은 도 1의 3-3 선을 따른, 캐소드 유체의 제거 영역에서, 도 1 및 도 2로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 종단면을 도시하고;
도 4는 도 1의 4-4 선을 따른, 애노드 유체의 공급 영역에서, 도 1 및 도 2로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 종단면을 도시하고;
도 5는 도 1의 5-5 선을 따른 냉각제 공급 영역에서, 도 1 및 도 2로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 종단면을 도시하고;
도 6은 적층 방향으로 서로 연속하는 복수의 전기화학 유닛을 포함하는 전기화학 장치의 양극판의 제 2 실시형태에 있어서의 캐소드측의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 7은 도 6으로부터의 양극판의 애노드측의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 8은 도 6의 8-8 선을 따른, 제 1 조의 막-전극 어셈블리들로의 캐소드 유체의 공급 영역에서, 도 6 및 도 7로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 9은 도 6의 9-9 선을 따른, 제 2 조의 막-전극 어셈블리들로의 캐소드 유체의 공급 영역에서, 도 6 및 도 7로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 10은 도 6의 10-10 선을 따른, 제 2 조의 막-전극 어셈블리들로부터 애노드 유체의 제거 영역에서, 도 6 및 도 7로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 11은 도 6의 11-11 선을 따른, 제 1 조의 막-전극 어셈블리들로부터 애노드 유체의 제거 영역에서, 도 6 및 도 7로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 12는 도 6의 12-12 선을 따른, 냉각제 공급 영역에서, 도 6 및 도 7로부터의 양극판을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 13은 에지 웹을 갖는 양극판 층, 상기 에지 웹과 접촉하는 가스 확산층, 상기 에지 웹 및 상기 가스 확산층과 접촉하는 유동장 밀봉소자, 및 상기 유동장 밀봉소자를 제조하기 위한 사출 금형의 금형 부품을 통과한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 14는 에지 웹을 갖는 양극판, 상기 에지 웹과 접촉하는 가스 확산층, 상기 에지 웹 및 상기 가스 확산층과 접촉하고, 하나 이상의 밀봉 립을 구비한 유동장 밀봉소자를 통과한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 15는 에지 웹을 갖는 양극판, 상기 에지 웹과 접촉하는 가스 확산층, 상기 에지 웹과 접촉하고 상기 가스 확산층과 접촉하고, CIP(cured in place) 비드 형태를 취하는 유동장 밀봉소자를 통과한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 16은 에지 웹을 갖는 양극판 층, 상기 에지 웹과 접촉하는 가스 확산층, 상기 에지 웹과 접촉하고 상기 가스 확산층과 접촉하고, 사출 금형에 의해 제조되는 유동장 밀봉소자를 통과한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 17은 양극판의 제 3 실시형태에 있어서의 캐소드측 양극판 층의 내부, 냉각제 측의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 18은 양극판의 제 3 실시형태에 있어서의 애노드측 양극판 층의 내부, 냉각제 측의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 19는 도 17의 19-19 선을 따른, 도 17 및 도 18로부터의 양극판 층을 포함하는 전기화학 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시하고, 상기 양극판이 완전히 조립된 상태에서, 서로 접합된 캐소드측 및 애노드측 양극판 층들은, 상기 양극판 내부의 냉각제 밀봉소자들이 각각 물질-물질 결합으로 상기 양극판 층들 중의 하나에만 연결되는 것을 입증하도록, 적층 방향에서 서로 이격되는 것으로 도시되며;
도 20은 제 1 조의 막-전극 어셈블리들로의 캐소드 유체의 공급 영역에서, 캐소드측 양극판 층 및 애노드측 양극판 층이 용접에 의해 서로 접합 되지 않고, 접착에 의해 접합 되는, 양극판의 제 4 실시형태를 포함하는 전기화학 장치를 통과한, 도 8에 대응하는, 개략적인 단면도를 도시하고;
도 21은 선행기술에 따른, 두 개의 에지 보강층을 포함하는 에지 보강 장치가 형성된 막-전극 어셈블리의 에지 영역을 통과하고, 두 개의 가스 확산층을 통과하고, 상기 에지 보강 장치 상에서 가스 확산층으로부터 간격을 두고 배치된 두 개의 유동장 밀봉소자를 통과한, 개략적인 단면도를 도시하고;
도 22는 본 발명에 따른, 막-전극 어셈블리의 에지 영역, 두 개의 가스 확산층, 각각이 에지 웹을 갖는 두 개의 양극판 층, 및 각각의 에지 웹 및 각각의 가스 확산층과 접촉하는 두 개의 유동장 밀봉 소자를 통과한 개략적인 단면도를 도시하고;
도 23은 막-전극 어셈블리의 에지 영역, 두 개의 가스 확산층, 각각이 에지 웹을 갖는 두 개의 양극판 층, 제 1 양극판의 제 1 에지 웹과 접촉하고 제 1 가스 확산층과 접촉하며, 상기 제 1 양극판으로부터 상기 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판으로 연장하고 상기 후자에 밀봉 방식으로 접하는 유동장 밀봉소자를 통과하는 개략적인 단면도를 도시하고;
도 24는 막-전극 어셈블리의 에지 영역, 두 개의 가스 확산층, 각각이 에지 웹을 갖는 두 개의 양극판 층, 및 두 개의 유동장 밀봉소자를 통과하는 개략적인 단면도로, 제 1 유동장 밀봉소자는 제 1 양극판의 제 1 에지 웹과 접촉하고 제1 가스 확산층과 접촉하며, 상기 제2 유동장 밀봉소자에 밀봉 방식으로 접하고, 상기 제 2 유동장 밀봉소자는 제 2 가스 확산층과 접촉하고 상기 제 1 양극판에 대향하는 제 2 양극판에 밀봉 방식으로 접하지만, 상기 제 2 양극판의 제 2 에지 웹으로부터 간격을 두고 배치된다.
동일한 또는 기능적으로 등가인 부품은 모든 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1 내지 도 5에 도시되고, 예를 들어, 연료 전지 스택 또는 전해조와 같이 전체적으로 100으로 표시되는 전기화학 장치는, 적층 방향(104)으로 서로 연속하는 복수의 전기화학 유닛(106)을 포함하는 스택, 예를 들어, 연료 전지 유닛 또는 전기분해 유닛을 포함하며, 및 적층 방향(104)으로 향하는, 클램핑력을 상기 전기화학 유닛에 가하기 위한 클램핑 장치(도시되지 않음)를 포함한다.
도 3 내지 도 5로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 전기화학 장치(100)의 각 전기화학 유닛(106)은 양극판(108), 막-전극 어셈블리(MEA)(110), 막-전극 어셈블리(110)의 캐소드측에 배치되는 캐소드측 가스 확산층(112), 및 막-전극 어셈블리(110)의 애노드측에 배치되는 애노드측 가스 확산층(114)을 포함한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 전기화학 장치(100)의 실시형태에서, 각각의 막-전극 어셈블리(110)는 그의 외부 에지 영역(116) 상에, 바람직하게는 물질-물질 결합으로, 특히, 고온 라미네이션 및/또는 접착에 의해 상기 막-전극 어셈블리(110)에 부착되는 에지 보강 장치(118)가 형성된다.
에지 보강 장치(118)는 또한, 서브 개스켓으로 지칭된다.
이러한 유형의 에지 보강 장치(118)는, 예를 들어, 특히, 에지 보강 필름의 형태인 두 개의 에지 보강층을 포함할 수 있으며, 여기서 캐소드측 에지 보강층은 막-전극 어셈블리(110)의 캐소드측에 접하는 한편, 애노드측 에지 보강층은, 막-전극 어셈블리(110)의 애노드측에 접하고, 상기 두 개의 에지 보강층은 막-전극 어셈블리(110)의 외부 에지(120)를 넘어서 돌출하는 돌출 영역(122)에서, 바람직하게는 물질-물질 결합, 특히, 고온 라미네이션 및/또는 접착에 의해 서로 고정된다.
도 3 내지 도 5에서, 에지 보강 장치(118)의 에지 보강층은 단순한 설명을 위해 유닛으로만 도시되고 별개로 도시되지는 않는다.
에지 보강 장치(118)의 에지 보강층들의 각각은 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 코-폴리아미드, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리우레탄 엘라스토머, 실리콘, 실리콘 고무 및/또는 실리콘계 엘라스토머를 포함하는, 열가소성, 열경화성 또는 탄성중합체에 의해 형성될 수 있다.
막-전극 어셈블리(110)는 캐소드측 가스 확산층(112)을 향하는 캐소드, 애노드측 가스 확산층(114)을 향하는 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이에 배치된 전해질막, 특히, 고분자 전해질막을 포함한다.
막-전극 어셈블리(110)의 3층 구조는 간략화를 위해 도면에 도시되지 않았다.
캐소드측 가스 확산층(112)은 가스 투과성 재료로 형성되고, 막-전극 어셈블리(110)에 인접하고, 적층 방향(104)에서 볼 때에 막-전극 어셈블리(110a)를 따르며, 캐소드측 가스 확산층(112)과 접촉하는, 양극판(108a)의 캐소드측 유동장(124)의 채널에서, 막-전극 어셈블리(110)의 캐소드로의, 캐소드 유체, 특히, 산화제의 통로로 작용한다.
애노드측 가스 확산층(114)은 마찬가지로 가스 투과성 재료로 형성되고, 적층 방향(104)에서 볼 때에 막-전극 어셈블리(110) 아래에 배치되고 상기 애노드측 가스 확산층(114)과 접촉하는, 양극판(108b)의 애노드측 유동장(126)의 채널에서, 막-전극 어셈블리(110)의 애노드로의, 애노드 유체, 특히, 연료 가스의 통로로 작용한다.
애노드측 가스 확산층(114) 및 인접한 양극판(108b)은 다함께 전기화학 유닛(106)의 애노드측 유체 챔버(128)를 둘러싼다.
캐소드측 가스 확산층(112) 및 그에 인접한 양극판(108a)은 다함께 전기화학 유닛(106)의 캐소드측 유체 챔버(130)를 둘러싼다.
도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 양극판의 캐소드측 유동장(124)은 바람직하게는 연속적인 형태를 취하여 전체 캐소드측 유동장(124)을 둘러싸는 캐소드측 에지 웹(132)에 의해 접한다.
도 3으로부터 예를 들어, 알 수 있는 바와 같이, 캐소드측 에지 웹(132)은 예를 들어, 양극판(108)의 캐소드측 양극판 층(134)상에서 비드 형태이다.
에지 웹(132)은 특히, 유동장(124)을 향하는 내부 플랭크(136), 유동장(124)으로부터 먼 외부 플랭크(138) 및 외부 플랭크(138)를 내부 플랭크(136)에 연결하는 크레스트(crest) 영역(140)을 포함할 수 있다.
양극판(108)은 바람직하게는 탄성 및/또는 소성 변형 가능한 금속 재료로 형성된다.
캐소드측 유동장(124) 및 캐소드측 유체 챔버(130)를 외부로 유체가 밀폐되도록 밀봉하기 위해, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)가 양극판(108)의 캐소드측에 배치되고, 밀봉선(144)을 따라 캐소드측 에지 웹(132) 및 캐소드측 유동장(124) 주위로 연장된다.
유동장 밀봉소자(142)는 캐소드측 에지 웹(132)과 접촉하고, 캐소드측 에지 웹(132)의 크레스트 영역(140)에 인접하고 상기 후자를 넘어 상기 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)까지 연장하는, 캐소드측 가스 확산층(112)과 접촉한다.
바람직하게는, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)는 캐소드측 에지 웹(132), 바람직하게는 그의 외부 플랭크(138)와 물질-물질 결합으로 연결되고, 캐소드측 가스 확산층(112)과 물질-물질 결합으로 연결된다.
전기화학 장치(100)의 조립된 상태에서, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)는, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)가 접촉하는 가스 확산층(112)이 접하는, 막-전극 어셈블리(110)에 고정된 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
양극판(108)의 애노드측 유동장(126)은, 특히, 양극판(108)의 애노드측 양극판 층(146) 상에 비드의 형태를 취할 수 있는 애노드측 에지 웹(148)에 의해 경계되며, 바람직하게는, 애노드측 유동장(126) 주위에 연속적으로 연장한다.
애노드측 에지 웹(148)은 캐소드측 에지 웹(132)과 실질적으로 동일한 단면을 갖는 형태를 취하는 것이 바람직하고, 특히, 애노드측 유동장(126)을 향하는 내부 플랭크(136), 애노드측 유동장(126)으로부터 먼 외부 플랭크(138), 및 상기 외부 플랭크(138)를 내부 플랭크(136)에 연결하는 크레스트(crest) 영역(140)을 포함한다.
애노드측 유동장(126) 및 애노드측 유체 챔버(128)를 외부로부터 밀봉하기 위해, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)가 애노드측 양극판 층(146) 상에 제공되어 밀봉선(152)을 따라 애노드측 에지 웹(148) 및 애노드측 유동장(126) 주위에 연장한다.
애노드측 유동장 밀봉소자(150)는 애노드측 에지 웹(148), 특히, 그의 외부 플랭크(138)와 접촉하고, 상기 애노드측 에지 웹(148)의 크레스트 영역(140)을 넘어 애노드측 유동장 밀봉소자(150)까지 연장하는 애노드측 가스 확산층(114)과 접촉한다.
바람직하게는, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)는 애노드측 에지 웹(148) 및 애노드측 가스 확산층(114)과 물질-물질 결합으로 연결된다.
애노드측 유동장 밀봉소자(150)는, 상기 애노드측 유동장 밀봉소자(150)가 접촉하는 애노드측 가스 확산층(114)이 접하는 막-전극 어셈블리(110)에 고정되는 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
각각의 양극판(108)의 상호 대향하는 단부 영역은 전기화학 장치(100)에 공급될 각각의 유체 매질(특히, 막-전극 어셈블리(110)의 캐소드에 공급될 캐소드 유체, 막-전극 어셈블리(110)의 애노드에 공급될 애노드 유체, 또는 냉각제)이 양극판(108)을 통과할 수 있다.
스택에서 서로 연속하는 양극판들(108)의 매질 통로 개구들(154), 및 적층 방향(104)의 매질 통로 개구들(154) 사이에 놓이는 중간 공간들은 함께 각각의 매질 채널(156)을 형성한다.
전기화학 장치(100)의 유체 매질이 공급될 수 있는 각각의 매질 채널(156)은 각각의 경우에 해당 유체 매질이 전기화학 장치(100)로부터 제거 가능한 적어도 하나의 다른 매질 채널과 관련된다.
여기에서, 각각의 매질 채널(156)은 양극판(108)의 관련 매질와 관련된 유동장(124, 126)과 유체적으로 연결되어 상기 매질이 횡방향으로, 바람직하게는, 제 1 매질 채널(156)에서 적층 방향(104)에 및 제 2 매질 채널에 실질적으로 수직으로 흐를 수 있다.
도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 양극판(108)은 특히, 전기화학 장치(100)를 통과하는 캐소드 유체 제거 채널(160)의 구성부를 형성하는, 캐소드 유체용 통로 개구부(158), 전기화학 장치(100)를 통과하는 애노드 유체 공급 채널(164)의 구성부를 형성하는, 애노드 유체용 통로 개구부(162), 및 전기화학 장치(100)를 통과하는 냉각제 공급 채널(168)의 구성부를 형성하는, 냉각제용 통로 개구부(166)를 포함한다.
도 3으로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 캐소드 유체용 통로 개구부(158)의 근방에서 애노드측 유동장 밀봉소자(150)를 갖는 양극판(108)의 애노드측 에지 웹(148)은 캐소드 유체용 통로 개구부(158)로부터 떨어져서, 적층 방향(104)에 수직인 오프셋 방향(170)으로 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)를 갖는 캐소드측 에지 웹(132)으로부터 오프셋된다.
애노드측 유동장 밀봉소자(150)와 캐소드측 유동장 밀봉소자(142) 사이에 놓인 양극판(108)의 중간 영역(172)에는, 양극판(108) 상에, 캐소드측 유체 챔버(130)로부터의 캐소드 유체가 양극판(108)의 캐소드측으로부터 양극판(108)의 애노드측으로, 그곳으로부터 캐소드 유체용 제거 채널(160)내로 통과할 수 있는, 캐소드 유체용 개구(174)가 형성된다.
전기화학 유닛(106)의 캐소드측 유체 챔버(130)로부터 캐소드 유체용 제거 채널(160)로의 및 캐소드 유체용 제거 채널(160) 내로의 캐소드 유체의 유동 방향은 도 3에 화살표(176)으로 가리켜진다.
따라서, 캐소드 유체의 유동은 양극판(108) 내의 캐소드 유체용 개구(174)를 통과하여 양극판(108)의 캐소드측 에지 웹(132) 위로 떨어진다.
제거 채널(160)까지 캐소드측 유체 챔버(130)로부터 캐소드 유체의 유로 및 캐소드 유체의 제거 채널(160)을 밀봉하기 위해, 양극판(108)의 애노드측에는, 캐소드 유체용 통로 개구부(158) 둘레의 및 캐소드 유체용 개구(174) 둘레의 밀봉선(180)(도 1 참조)을 따라 연장되는 애노드측 채널 밀봉소자(178)가 제공된다.
애노드측 채널 밀봉소자(178)는 바람직하게는 물질-물질 결합으로 양극판(108)에 고정되고, 애노드측 양극판 층(146)에 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
또한, 양극판(108)의 캐소드측에서 캐소드 유체용 제거 채널(160)을 밀봉하기 위해, 캐소드 유체용 통로 개구부(158) 주위의 밀봉선(184)(도 2)을 따라 연장하는 캐소드측 채널 밀봉소자(182)가 형성된다.
캐소드측 채널 밀봉소자(182)는 바람직하게는 물질-물질 결합으로 캐소드측 양극판 층(134)에 고정되고, 상기 캐소드측 양극판 층(134)에 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
전기화학 장치(100)의 작동 중에 냉각제가 충진되는 각각의 양극판(108)의 내부(186)로부터 밀봉의 목적으로, 애노드측 양극판 층(146)과 캐소드측 양극판 층(134)이, 캐소드 유체용 통로 개구부(158) 둘레로 연장되는 접합선(188)을 따라 및 캐소드 유체용 개구(174) 둘레로 연장되는 접합선(190)에 의해 유체기밀 방식으로 서로에 대해 상호 접합된다(도 1 및 도 2 참조) .
도 1 내지 도 5에 도시된 실시형태에서, 이들 접합선(188, 190)은 바람직하게는, 용접선, 특히, 저항 용접선 또는 레이저 용접선의 형태를 취하는 것이 바람직하다.
양극판(108)을 그의 애노드측에서 지지하기 위해, 캐소드측 채널 밀봉소자(182)와 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)가 서로 인접하게 이어지는 영역에 대향하는 지점에서, 하나 이상의 지지 소자(192)가 상기 양극판(108)의 애노드측에 배치된다.
지지 소자(192)는 예를 들어, 각각 애노드측 양극판 층(146)으로부터 성형 된 돌출부의 형태를 취할 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 이러한 유형의 적어도 하나의 지지 소자(192)가 양극판(108)와 별도로 제조되고 전기화학 장치(100)의 조립 중에 양극판(108) 및 인접한 애노드측 에지 보강 장치(118) 사이에 배치되는 소자의 형태를 취할 수 있게 한다.
지지 소자들(192) 사이 또는 지지 소자들(192) 내에는, 캐소드 유체용 통로 채널이 상기 지지 소자들(192)의 배열을 통과하게 제공된다.
마찬가지로 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 그의 캐소드측상에서, 애노드측 채널 밀봉소자(178)와 애노드측 유동장 밀봉소자(150)가 서로 인접하게 이어지는 영역에 대향하는 지점에서, 양극판(108)은 그의 캐소드측 상에 마찬가지로 지지 소자(194)가 형성되어, 그에 의해 상기 양극판(108)은 캐소드측 가스 확산층(112) 및 상기 캐소드측 가스 확산층(112)이 접하는 에지 보강 장치(118) 상에 지지된다.
이들 지지 소자(194)는 돌출부로서 캐소드측 양극판 층(134) 상에 형성되거나 양극판(108)과 별도로 형성되고 전기화학 장치(100)의 조립 중에(108), 양극판(108)과 캐소드측 가스 확산층(112) 사이에 배치되는 소자의 형태를 취할 수 있다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기화학 장치(100)는 캐소드측 유체 챔버(130)로부터 도 3에 도시된 캐소드 유체용 제거 채널(160)로의 캐소드 유체의 제거 영역에 대응하는 방식으로 애노드 유체용 공급 채널(164)로부터 전기화학 유닛(106)의 애노드측 유체 챔버(128)로의 애노드 유체의 공급 영역에 구성되지만, 상기 애노드 유체는 상기 캐소드 유체가 제거되는 레벨로부터 적층 방향(104)에서 오프셋 되는 전기화학 장치(100)의 레벨 상에서 공급된다.
또한, 애노드 유체의 공급 영역에서, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)를 갖는 애노드측 에지 웹(148)은 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)를 갖는 캐소드측 에지 웹(132)으로부터 적층 방향(104)에 수직하고 상기 오프셋 방향(170)에 대향하는, 즉, 상기 애노드측 유동장(126)의 중심에서 멀어져 상기 양극판(108)의 외부 에지를 향하는, 오프셋 방향(196)으로, 오프셋된다.
애노드측 에지 웹(148)와 캐소드측 에지 웹(132) 사이의 중간 영역(172)에는이 영역에, 애노드 유체용 개구(198)가 제공되며,이 개구(198)는 양극판(108)을 통과한다.
전기화학 장치(100)의 작동 중에, 애노드 유체는 애노드 유체용 공급 채널(164)에서, 애노드측 에지 웹(148) 아래에 및 애노드 유체용 개구(198)를 통해, 각각의 애노드 유체 챔버(128) 내로 상향 통과한다.
애노드 유체용 공급 채널(164)를 통과하고, 애노드 유체(198)용 개구(198)를 통과하여, 애노드 유체 챔버(128) 내로의 애노드 유체의 유동 방향은 도 4에 화살표(200)로 도시된다.
양극판(108)의 캐소드측에는 애노드 유체용 통로 개구부(162) 둘레 및 애노드 유체용 개구(198) 주위의 밀봉선(204)을 따라 연장되고 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 방식으로 접하는 애노드측 채널 밀봉소자(206)가 배치된다.
애노드측 양극판 층(146)과 캐소드측 양극판 층(134)은 애노드 유체용 통로 개구부(162) 둘레로 연장되는 접합선(210)에 의해 및 애노드 유체용 개구(198) 둘레에 연장하는 접합선(212)에 의해 서로 접합한다.
각각의 양극판(108)은, 그의 캐소드측 상에서, 애노드측 채널 밀봉소자(206)가 애노드측 유동장 밀봉소자(150)에 인접하여 이어지는 영역에 대향하는 지점에서, 하나 이상의 지지 소자(214)가 형성된다.
또한, 각각의 양극판(108)은 그의 애노드측에서, 캐소드측 채널 밀봉소자(202)가 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)에 인접하여 이어지는 영역에 대향하는 지점에서, 하나 이상의 지지 소자(216)가 형성된다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기화학 장치(100)는 도 3에 도시된 전기화학 유닛(106)의 캐소드측 유체 챔버(130)로부터 캐소드 유체의 제거 영역에 대응하는 방식으로 양극판(108)의 내부(186)로의 냉각제의 공급 영역 내에 구성된다.
특히, 도 1 내지 도 6에 도시된 전기화학 장치(100)의 실시형태에서, 캐소드 유체가 캐소드측 유체 챔버(130)로부터 제거됨에 따라 냉각제가 양극판(108)의 내부(186)로 동일한 레벨로 공급된다.
또한, 냉각제가 내부(186)에 공급되는 영역에서, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)를 갖는 애노드측 에지 웹(148)이, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)를 갖는 캐소드측 에지 웹(132)으로부터, 즉, 양극판(108)의 외부 에지로부터 멀어져 애노드측 유동장(126)의 중심을 향하여, 오프셋된다.
중간 영역(172)에는, 각각의 양극판(108) 상에, 애노드측 양극판 층(146) 상에 냉각제용 개구(218)가 형성되며, 냉각제용 공급 채널(168)로부터 냉각제는 이 개구(218)을 통과하여 양극판(108)의 내부(186)으로 통과할 수 있다.
따라서, 이 개구(218)는 전체적인 다층 양극판(108)을 통과하여 연장되지 않는다.
전기화학 장치(100)의 작동 중에, 냉각제는 냉각제용 공급 채널(168)로부터 캐소드측 에지 웹(132) 위로, 냉각제용 개구(218)를 통해, 양극판(108)의 내부(186)로 흐른다.
냉각제의 유동 방향은 도 5의 화살표(220)에 의해 표시된다.
애노드측 채널 밀봉소자(222)는 냉각제용 통로 개구부(166) 둘레 및 냉각제용 개구(218) 주위의 밀봉선(224)을 따라 연장되고, 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
양극판(108)의 캐소드측에서, 캐소드측 채널 밀봉소자(226)는 냉각제용 통로 개구부(166) 주위의 밀봉선(228)을 따라 연장되고, 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
애노드측 양극판 층(146)과 캐소드측 양극판 층(134)은 냉각제용 통로 개구부(166) 둘레로 연장되는 접합선(230)을 따라 유체기밀 방식으로 서로 접합된다.
하나 이상의 지지 소자(232)는 캐소드측 채널 밀봉소자(226)가 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)에 인접하여 이어지는 영역에 대향하는 지점에서 양극판(108)의 애노드측면 상에 배치된다.
양극판(108)의 외부 에지(234)에 인접하여, 각 양극판(108)의 애노드측 양극판 층(146) 및 캐소드측 양극판 층(134)은 접합선(236)을 따라 유체기밀 방식으로 서로 접합한다.
접합선(236)은 바람직하게는 용접, 특히, 저항 용접 또는 레이저 용접에 의해 제조된다.
원칙적으로, 애노드 유체가 애노드측 유체 챔버(128)에 공급됨에 따라 냉각제가 양극판(108)의 내부(186)에 동일한 수준으로 공급되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 전기화학 소자(100)에 공급되는 각 매질에 관해서는(캐소드 유체, 애노드 유체 및 냉각제), 관련한 유체 매질의 공급 및 제거 영역을 교환할 수 있어, 화살표(176, 200, 220)로 표시된 전기화학 장치(100)를 통과하는 이들 매질의 유동 방향은 뒤바뀐다.
여기서, 이들 유체 매질 중 하나의 각 방향의 유동은 다른 매질의 임의의 원하는 유동 방향과 조합될 수 있다.
도 3 내지 도 5에서, 애노드측 채널 밀봉소자(178, 206, 222)는 각각 인접한 애노드측 유동장 밀봉소자(150)와 별개로 도시되어 있다. 그러나, 이에 대한 대안으로서, 애노드측 채널 밀봉소자(178, 206 및/또는 222)가 각각 애노드측 유동장 밀봉소자의 각각의 인접한 영역과 일체인 형태를 취하도록 제공될 수도 있다
또한, 도 3 내지 도 5에서, 캐소드측 채널 밀봉소자(182, 202, 226)는 인접한 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)와 별개로 각각 도시된다. 그러나, 원칙적으로, 캐소드측 채널 밀봉소자 182, 202 및/또는 226) 각각은 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)의 인접한 영역과 일체인 형태를 취할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에서, 애노드측 채널 밀봉소자(178, 206, 222)는 서로 분리되어 도시되어 있다. 그러나 원칙적으로 2개 이상의 애노드측 채널 밀봉소자(178, 206, 222)를 서로 일체로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 도 2에서 캐소드측 채널 밀봉소자(182, 202, 226)는 서로 분리되어 도시되어 있다. 그러나 원칙적으로 2개 이상의 캐소드측 채널 밀봉소자(182, 202, 226)를 서로 일체로 형성하는 것도 가능하다.
밀봉소자(142, 150, 178, 182, 202, 206, 222 및 226)는 애노드측 양극판 층(146) 및 캐소드측 양극판 층(134)이 서로 접합하는 접합선(188, 190, 210, 212, 230 및 236)과 겹치지 않도록 양극판(108)상에 바람직하게 형성된다. 특히, 밀봉소자가 적층 방향(104)에서 볼 때 접합선을 가로지르지 않고 적층 방향(104)에서 볼 때 접합선의 위 또는 아래에 평행하게 연장되지 않는 것이 바람직하다.
이는 상기, 바람직하게는 엘라스토머 성질의, 밀봉소자가 양극판 층(146 및 134) 상에 각각 생성된 후에 애노드측 양극판 층(146) 및 캐소드측 양극판 층(134)을 서로 결합시키는 것을 가능하게 한다.
도 13 내지 도 16은 양극판(108)의 제조 동안, 각각의 유동장 밀봉소자(142, 150)와 함께 가스 확산층(112, 114)을 각각 관련 에지 웹(132, 148)에 부착하는 상이한 방식을 도시한다.
도 13은 유동장 밀봉소자, 예를 들어, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)가 사출 성형 절차에 의해 어떻게 생성될 수 있는지를 보여 주며, 동시에 각각의 관련된양극판 층, 예를 들어, 애노드측 양극판 층(146) 및 각각의 관련된 가스 확산층, 예를 들어, 애노드측 가스 확산층(114)과 물질-물질 결합으로 연결되는지를 도시한다.
양극판 층(146)은 바람직하게는 에지 웹(148)이 제조되는 동안에, 금속 출발 물질, 특히, 시트 금속 물질로부터 성형 공정, 특히, 스탬핑 또는 딥 드로잉 공정에 의해 제조된다.
가스 확산층(114)은 에지 웹(148)의 크레스트 영역(140)을 실질적으로 전체적으로 덮고 유동장(126)으로부터 먼 에지 웹(148)의 측면상에서 그것을 초과하여 연장되도록 양극판 층(146) 위에 놓인다.
양극판 층(146) 및 가스 확산층(114) 상에 각각 가압 에지(240 및 242)를 갖는 제 1 사출 금형(238)이 배치되어 바람직하게는 엘라스토머 사출 성형 재료로 충진되는 공동(244)이 형성된다.
양극판 층(146) 및 가스 확산층(114)을 제 1 사출 금형(238)의 가압 에지(240 및 242)의 영역에서 가압하기 위한 카운터 홀더로서 작용하기 위해, 제 2 사출 금형(246)이 공동(244)으로부터 먼 그의 측면상에서, 양극판 층(146)에 적용된다.
이어서, 유동장 밀봉소자(150)가 형성되는, 경화될 엘라스토머 물질로 공동(244)이 충진될 때, 엘라스토머 물질은 공동(244)에 면하는 다공성 가스 확산층(114)의 에지 영역(248)으로 침투하여, 결과적으로 가스 확산층(114)이 유동장 밀봉소자(150)와 물질-물질 결합으로 밀접하게 연결된다.
일단 엘라스토머 물질가 경화되고 사출 성형 도구(238, 246)가 제거되면, 유동장 밀봉소자(150), 양극판 층(146) 및 가스 확산층(114)을 포함하는 배열은 도 16에 도시된 형상을 가지며, 유동장 밀봉소자(150)는 또한 물질-물질 결합으로 양극판 층(146), 특히, 에지 웹(148)의 외부 플랭크(138)와 연결된다.
유동장 밀봉소자(150)는 전기화학 장치(100)가 조립된 상태에 있을 때 유동장 밀봉소자(150)가 각각 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접하는 하나 이상의 밀봉 립(sealing lip)(250)을 가질 수 있다.
양극판 층(146) 및 가스 확산층(114)에 유동장 밀봉소자(150)를 부착하는 다른 방법이 도 14에 도시되어 있다.
이러한 대안적인 실시형태에서, 가스 확산층(114)은 에지 웹(148)의 크레스트 영역(140) 전체에 걸쳐서 그리고 유동장(126)로부터 먼 에지 웹(148)의 측면상에 연장하지 않으며, 오히려, 크레스트 영역(140)에 접하는 가스 확산층(114)은 에지 웹(148)의 크레스트 영역(140) 내에서 종료된다.
이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(150)는 가스 확산층(114)에 의해 덮이지 않는 에지 웹(148)의 크레스트 영역(140)의 면적 상에 및 가스 확산층(114)의 에지 영역(248) 상에 연장하며, 그리고 바람직하게는 유동장 밀봉소자(150)와 가스 확산층(114) 사이에 특히, 밀접한 물질-물질 결합을 만들기 위해 가스 확산층(114)의 에지 영역(248)으로 침투한다.
바람직하게, 이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(150)가 에지 웹(148)의 외부 플랭크(138)까지 연장되지 않도록 제공된다.
이 실시형태에서도, 유동장 밀봉소자(150)는 하나 이상의 밀봉 립(250)을 가질 수 있다.
도 14에 따른 유동장 밀봉소자(150)는 또한 예를 들어, 사출 성형 방법에 의해 양극판 층(146) 및 가스 확산층(114) 상에 제조될 수 있다.
유동장 밀봉소자(150)를 양극판 층(146) 및 도 15에 도시된 가스 확산층(114)에 부착하는 다른 방법은 유동장 밀봉소자(150)가 실질적으로 프로파일링되지 않으며, 특히, 성형된 밀봉 립(250)을 갖지 않는다는 점에서 도 14에 도시된 실시형태와 상이하다.
이러한 유형의 유동장 밀봉소자(150)는 예를 들어, 패턴 인쇄 방법, 특히, 스크린 인쇄 방법에 의해 또는 어플리케이터로부터 경화될 엘라스토머 물질의 비드를 양극판 층(146)의 에지 웹(148)에 및 가스 확산층(114)의 에지 영역(248)(소위 CIP(cured in place) 방법)에 적용함에 의해 생성될 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 전기화학 장치(100)의 실시형태에서, 애노드측 유동장 밀봉소자(150) 및 캐소드측 유동장 밀봉소자(142) 각각은 인접한 에지 보강 장치(118)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다.
도 6 내지 도 12에 도시된 이러한 유형의 전기화학 장치(100)의 대안 실시형태는, 애노드측 유동장 밀봉소자(150) 각각은 적층 방향(104)에서 볼 때, 유체기밀 밀봉 방식으로, 그 위에 놓인 양극판(108)의 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)에 대해 유체기밀 밀봉 방식으로 접한다는 점에서, 도 1 내지 도 5에 도시된 제 1 실시형태와 상이하다(도 8 내지 도 12 참조)
이를 가능하게 하기 위해, 적층 방향(104)에서 볼 때 서로 연속하고, 각각이 동일한 막-전극 어셈블리(110)의 상호 대향하는 측면 상에 배치되는 2개의 양극판(108a, 108b)의 상호 대면하는 에지 웹(132 및 148)는 적층 방향(104)에서 볼 때 서로 일치하게 배열되는 한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 제 1 실시형태에서와 같은, 동일한 양극판(108a, 108b)의 에지 웹(132,148)은 적층 방향(104)에 대해 수직으로 배향된 오프셋 방향(170 또는 196)으로 여전히 일정 영역에서 서로 오프셋되어 배열된다.
바람직하게는, 이것은 적층 방향으로 서로 직접적으로 연속하는 양극판(108a 및 108b)이 동일한 형태를 취하지만, 전기화학 장치(100)의 조립 중에, 적층 방향(104)에 평행한 회전축을 중심으로 180 °의 각도로 회전되는 스택에 각각 설치된다는 점에서 달성된다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 전기화학 유닛(106)의 각각의 유체 챔버(128, 130)에 유체를 공급하는 영역에서, 에지 웹(132, 148)은 각각의 관련 유동장(124, 126)의 중심점을 향해 전기화학 장치(100)의 제 1 레벨로 오프셋되고, 전기화학 장치(100)의 적층 방향(104)에서 볼 때에, 인접한 제 2 레벨에서 각각의 관련된 유동장(124, 126)의 중심점으로부터 바깥쪽으로 오프셋된다.
여기서, 에지 웹(132, 148)이 유동장(124, 126)의 중심쪽으로 오프셋 된 레벨에서, 유체는 각각의 유체 채널로부터 양극판(108a, 108b)과 관련된 유체를 위한 각각의 관련 개구(174, 198)로 공급되며, 관련 유체는 각각의 인접한 레벨의 에지 웹(132, 148) 위로 안내된다.
그 다음, 각각의 개구(174, 198)에서, 양극판(108a, 108b)를 통과하는 유체는 전기화학 장치(100)의 적층 방향(104)에서 볼 때 인접 레벨의 각각의 관련 유체 챔버(128,130)로 전달된다.
이는 아래의 예에서 도 8 내지 도 11의 단면도를 참조하여 더 자세히 설명된다.
도 8로부터, 전기화학 장치(100)의 제 1 및 제 3 레벨(상부로부터 카운팅하는)에서 캐소드 유체용 공급 채널(252)로부터 캐소드 유체가 어떻게 양극판들(108a) 내의 캐소드 유체용 개구(174)에 도달하여 이 개구를 통과하여 제 1 조의 막-전극 어셈블리(110a)의 캐소드 측 상의 캐소드측 유체 챔버(130)에 도달하는지를 확인할 수 있다.
도 9로부터, 전기화학 장치(100)의 제 2 및 제 4 레벨에서 캐소드 유체용 공급 채널(252)로부터 캐소드 유체가 어떻게 적층 방향(104)에 평행한 회전축을 중심으로 180°의 각도로 상기 양극판(108a)에 관련하여 회전 배치된 양극판(108b) 내의 캐소드 유체용 개구(174)에 어떻게 도달하는지를 확인할 수 있다. 이들 양극판(108b)의 캐소드 유체용 개구(174)로부터, 캐소드 유체가 제 2 조의 막-전극 어셈블리(110b)의 캐소드측 상의 캐소드측 유체 챔버(130)에 도달한다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 8 및 도 9의 단면 레벨 사이에서, 캐소드측 에지 웹(132)은 바깥쪽으로 오프셋 된 위치(도 8)에서 안쪽으로 오프셋 된 위치(도 9)로 변경된다. 따라서, 양극판(108)의 이 영역에서, 애노드측 에지 웹(148)은 내향 오프셋 위치로부터 외향 오프셋 위치로 변경된다.
도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 애노드 유체는 양극판(108a) 내의 애노드 유체용 개구(198)로부터 전기화학 장치(100)의 제 2 및 제 4 레벨에서 애노드 유체용 제거 채널(254)로 공급된다.
애노드 유체에 대한 이들 개구(198)는 제 2 조의 막-전극 어셈블리(110b)의 애노드측상의 애노드측 유체 챔버(128)와 유체 연결되어있다.
도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 애노드 유체는 양극판(108b) 내의 애노드 유체용 개구(198)로부터 전기화학 장치(100)의 제 1 및 제 3 레벨에서 애노드 유체용 제거 채널(254)로 공급된다.
애노드 유체에 대한 이들 개구(198)는 제 1 조의 막-전극 어셈블리(110a)의 애노드측상의 애노드측 유체 챔버(128)와 유체 연결되어있다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 도 10 및 도 11의 단면 레벨 사이에서, 양극판(108)의 캐소드측 에지 웹(132)은 그의 내부 위치(도 10)에서 그의 외부 위치(도 11)로 변한다.
따라서, 이 영역에서 애노드측 에지 웹(148)은 외측 위치(도 10)에서 내측 위치(도 11)로 변한다.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 이 실시형태에서 냉각제용 공급 채널(168)로부터의 냉각제는 동일한 양극판(108)의 캐소드측 양극판 층(134)과 애노드측 양극판 층(146) 사이의 틈(256)을 통해 들어오며, 레벨을 변화시키지 않고 각각의 양극판(108)의 내부(186)에 직접 도달한다.
틈(156) 각각에는 냉각제가 통과할 수 있도록 캐소드측 양극판 층(134) 및 애노드측 양극판 층(146)을 서로 이격되게 유지하는 하나 이상의 지지 소자(258)가 제공될 수 있다.
이들 지지 소자(258)는 바람직하게는 적층 방향(104)으로 볼 때 유동장 밀봉소자(142, 150) 및 채널 밀봉소자(222, 226)가 냉각제의 유로를 가로지르는 영역에 배치된다.
다른 방법으로, 도 6 내지 도 12에 도시된 전기화학 장치(100)의 제 2 실시형태는, 그 구조, 기능 및 제조에 관해, 도 1 내지 도 5에 도시된 제 1 실시형태에 대응하고, 이 점에 관해서는 상기 설명을 참조한다.
도 17 내지 도 19에 도시된 전기화학 장치의 제 3 실시형태는, 전기화학 장치의 동작 동안에, 냉각제로 충진된 내부(186)를 주변부로부터 밀봉하기 위해, 캐소드측 양극판 층(134) 및 각각의 관련된 애노드측 양극판 층(146)이 접합선(188, 190, 210, 212, 230 및 236)을 따르는 접합에 의해 서로 결합되지 않고, 오히려, 이 실시형태에서, 양극판(108)의 내부(186)는 캐소드측 양극판 층(134) 또는 애노드측 양극판 층(134)의 내부(186)를 향하는 각각의 내측에 배치된 밀봉소자를 포함하는 밀봉 배치에 의해 밀봉된다는 점에서, 도 6 내지 도 12에 도시된 제 2 실시형태와 상이하다.
예를 들어, 채널 밀봉소자(260)는 도 17에 도시된 캐소드측 양극판 층(134)의 내측에 제공될 수 있으며, 이들은 캐소드 유체용 공급 채널(252) 둘레에, 애노드 유체용 제거 채널(254) 둘레에, 캐소드 유체용 제거 채널(160) 둘레에, 및 애노드 유체용 공급 채널(164) 둘레에 각각 연장된다.
또한, 캐소드측 양극판 층(134)의 내측에는 애노드 유체용 개구들(198)의 각각의 주위로 연장되는 개구 밀봉소자(262)가 형성될 수 있다.
도 18에 도시된 애노드측 양극판 층(146)의 내면에는 캐소드 유체용 개구ㄷ드들(174) 각각의 주위로 연장되는 개구 밀봉소자(264)가 형성될 수 있다.
개구 밀봉소자(262, 264)는 바람직하게는 관련된 개구(198 또는 174)가 가스 확산층(112 또는 114)에 의해 덮이지 않는 양극판 층(134 또는 146)에 고정된다.
캐소드측 양극판 층(134)의 내부면은 또한 그의 외부 에지(276)를 따라 둘레 방향으로 연장되는 에지 밀봉소자(274)를 구비할 수 있다.
이러한 밀봉소자를 수용하기에 충분한 체적을 확보하기 위해, 각각의 밀봉소자에 대해, 해당 리세스가 각각의 경우에 각기 대향하는 양극판 층(134 또는 146)의 내측에 형성되도록 제공될 수 있고, 관련 밀봉소자는 전기화학 장치(100)의 조립된 상태에서 이러한 리세스와 맞물려 유체가 새지 않는 밀봉 방식으로 각각 대향하는 양극판 층(134 또는 146)에 접한다.
이러한 방식으로, 도 17에 도시된 캐소드측 양극판 층(134)은 특히, 애노드측 양극판 층(146)상의 개구 밀봉소자(264)를 수용하기 위한 리세스(266)를 갖도록 제공될 수 있다.
또한, 애노드측 양극판 층(146)은 캐소드측 양극판 층(134)상에 개구 밀봉소자(262)를 수용하기 위한 그의 내부측 리세스(268) 상에, 캐소드측 양극판 층(134) 상에서 채널 밀봉소자(260)를 수용하기 위한 리세스(270) 및 캐소드 양극판 층(134) 상에서 에지 밀봉소자(274)를 수용하기 위한 리세스(272)를 갖도록 제공될 수 있다.
양극판(108)의 내부(186)를 밀봉하기 위한 밀봉소자는 또한 밀봉소자를 운반하는 양극판 층(134 또는 146)의 리세스(266', 268', 270'및 272')에 고정될 수 있다.
캐소드측 양극판 층(134) 및 애노드측 양극판 층(146)의 내측들 상의 상기 밀봉소자는 상기 밀봉소자들에 충분한 밀봉력이 보장되도록 전기화학 장치가 상기 전기화학 장치(100)의 클램핑 장치(도시되지 않음)에 의해 조립될 때 서로에 대해 클램핑된다. 클램핑 장치에 의해 생성된 클램핑력은 도 9에 화살표(F)로 개략적으로 도시된다. 밀봉소자를 가압하기 위한 클램핑력이 양극판 층(134, 146)내로 도입 될 수 있도록, 적층 방향(104)으로 서로 연속한 양극판들(134, 146) 사이에 추가의 지지 소자(280)가 제공된다.
또한, 도 19에서 상호 관련되는 각각의 애노드측 및 캐소드측 양극판 층들(134,136)은, 이 실시형태에서 양극판 층(134, 146)에 배치된 지지 소자를 가리키기 위해, 적층 방향(104)에서 서로 이격되게 도시된다.
그러나, 원칙적로 양극판(108)의 내부(186)를 밀봉하기 위한 밀봉소자는 원하는대로 캐소드측 양극판 층(134) 또는 애노드측 양극판 층(146)에 고정될 수 있다.
다른 방법으로, 도 17 내지 도 19에 도시된 전기화학 장치(100)의 제 3 실시형태는 그의 구조, 기능 및 제조에 관해, 도 6 내지 도 12에 도시된 실시형태에 대응한다. 이와 관련하여 상기 설명을 참조한다.
도 20에 도시된 전기화학 장치(100)의 제 4 실시형태는, 상호 관련된 각각의 캐소드측 양극판 층(134) 및 애노드 측 양극판 층(146)이 용접에 의해서가 아니라 접착에 의해, 특히, 물질-물질 결합으로, 접합선(188, 190, 210, 212, 230 및/또는 236)을 따라 서로 접합된다는 점에서 도 6 내지 도 12에 도시된 제 2 실시형태와 다르다.
바람직하게는, 이 경우 양극판 층(134, 146)은 가스 확산층(112, 114)의 배치 이후 및 유동장 밀봉소자(142, 150)가 각기 양극판 층(134, 146) 상에 제조된 후에 접착에 의해 서로 부착된다.
도 6 내지 도 12에 도시된 제 2 실시형태와 달리, 이 경우에는 양극판 층(134 및 146) 상에 제조된 유동장 밀봉소자(142, 150) 및/또는 양극판 층(134 및 146) 상에 제조된 채널 밀봉소자(178, 182)가 양극판 층들(134 및 146)이 접착에 의해 서로 결합되는 접합선들(188, 190, 210, 212, 230 및/또는 236)과 중첩하게 제공되며, 이는 양극판들(108)의 및 상기 밀봉소자의 영역에서 전체로서 전기화학 장치(100)의 더욱 작은 구조를 가능하게 한다.
다른 방법으로, 20에 도시된 전기화학 장치(100)의 제 4 실시형태는 그의 구조, 기능 및 생산에 관해, 도 6 내지 도 12에 도시된 제 2 실시형태에 대응하며, 이와 관련하여 상기 설명을 참조한다.
도 21 및 도 22는 선행 기술(도 21)에 따른 밀봉 구조와 도 6 내지 도 12 및 도 17 내지 도 20에 도시된 바의 전기화학 장치(100)(도 22)의 제 2 내지 제 4 실시형태에서의 밀봉 구조에 필요한 공간의 비교를 도시한다.
도 21에 도시된 선행 기술에 따른 밀봉 구조는 막-전극 어셈블리(110)의 외부 에지 영역(116)을 둘러싸는 2개의 에지 보강층(278)을 포함하는 가장자리 보강 장치(118)가 제공된 막-전극 어셈블리(110), 캐소드측 가스 확산층(112), 애노드측 가스 확산층(114), 캐소드측 유동장 밀봉소자(142') 및 애노드측 유동장 밀봉소자(150')를 포함하며, 상기 밀봉소자(142',150')는 에지 보강 장치(118) 또는 인접한 양극판(108)(도시되지 않음)에 선택적으로 고정될 수 있다.
여기서, 막-전극 어셈블리(110)와 에지 보강 장치(118) 사이의 중첩 영역은 약 2 mm 내지 약 5 mm의 폭(b1)을 가져야한다. 한편으로는 밀봉소자(142', 150')와 다른 한편으로는 막-전극 어셈블리(110) 사이에서 약 3 mm 내지 약 6 mm의 간격(b2)이 유지되어야 한다. 유동장 밀봉소자(142', 150')의 폭(b3)은 각각의 경우에 약 4 mm 내지 약 7 mm이다. 한편으로는 유동장 밀봉소자(142', 150')와 다른 한편으로는 에지 보강 장치의 외부 에지 사이에서 약 1mm 내지 약 3mm의 간격(b4)이 유지되어야한다.
밀봉 구조의 전체 폭 B(b1 + b2 + b3 + b4와 동일)는 약 10 mm에서 약 20 mm이다.
도 22에 도시된 본 발명에 따른 밀봉 구조는 본 실시형태에서는 에지 보강 장치(118)가 없는 막-전극 어셈블리(110), 캐소드측 가스 확산층(112), 애노드측 가스 확산층(114) , 캐소드측 에지 웹(132)을 갖는 캐소드측 양극판 층(134), 애노드측 에지 웹(148)를 갖는 애노드측 양극판 층(146), 캐소드측 유동장 밀봉소자(142) 및 애노드측 유동장 밀봉소자(150)를 포함하고, 이 실시형태에서 2개의 유동장 밀봉소자(142 및 150)는 유체기밀 밀봉 방식으로 서로에 대해 직접 접한다.
이러한 밀봉 구조로, 유동장 밀봉소자(142 및 150)(각각 관련된 가스 확산층(112 및 114) 내로 관통하는 엘라스토머 물질을 포함)의 폭(d1)은 약 4 mm 내지 약 7 mm이다. 한편에서의 유동 밀봉소자(142, 150)와 다른 한편에서의 양극판 층(134, 146)의 외부 에지(276) 사이에는 약 1mm 내지 약 3mm의 간격(d2)이 유지되어야한다.
따라서, 도 22에 따른 밀봉 구조의 전체 폭(D)(d1 + d2와 동일)은 약 5 mm 내지 약 10 mm이며, 따라서 도 21의 선행 기술에 따른 밀봉 구조의 폭(B)의 약 절반만큼이다.
이러한 이유로, 도 22에 따른 밀봉 구조를 갖는 전기화학 장치는 도 21에 따른 밀봉 구조를 갖는 전기화학 장치(100)보다 훨씬 적은 공간을 차지할 수 있다.
도 23에 도시된 밀봉 구조는, 제 1 양극판(108)의 에지 웹, 예를 들어, 캐소드측 에지 웹(132)과 접촉하고, 제 1 가스 확산층, 예를 들어, 캐소드측 가스 확산층(112)과 접촉하는, 캐소드측 유동장 밀봉소자(142)와 같은 유동장 밀봉소자가 상기 제 1 양극판(108)에 대향하는 제 2 양극판(108')까지 연장되는 점에서, 도 22에 따른 밀봉 구조와 상이하다.
이러한 밀봉 구조로, 제 2 유동장 밀봉소자, 예를 들어, 애노드측 유동장 밀봉소자(150)가 생략될 수 있다.
유동장 밀봉소자(142)는 바람직하게는 유동장 밀봉소자(142)가 물질-물질 결합으로 가스 확산층(112)에 연결되도록 특히, 상기 관련된 가스 확산층(112)을 관통하는 엘라스토머 물질로 형성된다.
또한, 유동장 밀봉소자(142)는 바람직하게는 물질-물질 결합으로 에지 웹(132)에 연결된다.
제 1 양극판(108)가 다층 구조인 경우, 유동장 밀봉소자(142)는 제 1 양극판(108)의 캐소드측 양극판 층(134)에 고정되는 것이 바람직하다.
유동장 밀봉소자(142)는 특히, 제 2 양극판(108')의 애노드측 양극판 층(146)에 대해, 바람직하게는 밀봉 립(282)에 의해 밀봉 방식으로 제 2 양극판(108')에 접하며, 막-전극 어셈블리(110)의, 특히, 막-전극 어셈블리(110)의 캐소드측에 대하여, 바람직하게는 추가의 밀봉 립(284)에 의해 밀봉 방식으로 접한다.
그 결과, 유동장 밀봉소자(142)는 제 1 양극판(108)의 유동장, 바람직하게는 캐소드측 유동장(124) 및 제 2 양극판(108')의 유동장, 바람직하게는 애노드측 유동장(126) 모두를 유체기밀 방식으로 밀봉한다.
유동장 밀봉소자(142)가 막-전극 어셈블리(110)에 대해 밀봉 방식으로 접하도록 하기 위해, 이 실시형태에서 유동장 밀봉소자(142)가 고정되는 가스 확산층(112)의 외부 에지(286)는 적층 방향(104)에 수직인 방향으로 막-전극 어셈블리(110)의 외부 에지(288)에 대하여 내부방향으로 오프셋된다.
이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(142)는 제 2 양극판(108')의 에지 웹(148)로부터, 특히, 애노드측 에지 웹(148)에 의해 이격될 수 있다.
도 24에 도시된 다른 밀봉 구조는, 유동장 밀봉소자들 중 하나, 예를 들어, 애노드측 유동장 밀봉소자(150')가 인접한 양극판(108')에 고정되지 않지만, 애노드측 가스 확산층(114)과 같은 관련 가스 확산층에, 바람직하게는 물질-물질 결합에 의해 연결된다는 점에서 도 22에 도시된 밀봉 구조와 다르다.
이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(150')는 하나 이상의 밀봉 립(290)에 의해 제 2 양극판(108')에 대해 밀봉 방식으로 접한다.
양극판(108')이 다층 구조인 경우, 유동 필드 밀봉소자(150')는 바람직하게는 양극판(108')의 애노드측 양극판 층(146)에 접한다.
또한, 이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(150')는 유체기밀 밀봉 방식으로 유동장 밀봉소자(142)에 직접 접한다.
이 실시형태에서, 유동장 밀봉소자(150')는 양극판(108')의 에지 웹, 특히, 애노드측 에지 웹(148)과 접촉할 필요는 없다.

Claims (19)

  1. 전기화학 장치로서,
    적층 방향(104)으로 서로 연속하고, 각각이 전기화학적으로 활성인 막-전극 어셈블리(110), 적어도 하나의 가스 확산층(112,114), 및 적어도 하나의 유체 매질을 위한 적어도 하나의 유동장(124, 126)을 갖는 양극판(108)을 포함하는, 복수의 전기화학 유닛들(106)의 스택을 포함하고,
    적어도 하나의 양극판(108)은 적어도 일정 영역에서 상기 양극판(108)의 유동장(124,126)에 접하고, 상기 양극판(108)에 인접한 가스 확산층(112, 114)과 접촉하는 적어도 하나의 에지 웹(edge web)(132, 148)을 가지며,
    상기 전기화학 장치(100)는 상기 에지 웹(132, 148)에 의해 접하는 유동장(124, 126)을 밀봉하고 상기 에지 웹(132, 148)과 접촉하고 상기 가스 확산층(112, 114)과 접촉하는 적어도 하나의 유동장 밀봉소자(142, 150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동장 밀봉소자(142, 150)는 물질-물질 결합(substance-to-substance bond)으로 상기 에지 웹(132, 148)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유동장 밀봉소자(142, 150)는 물질-물질 결합으로 상기 가스 확산층(112, 114)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유동장 밀봉소자(150)는 상기 에지 웹(132, 148) 및/또는 상기 가스 확산층(112, 114) 상에 형성되는 사출 성형 부품인 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유동장 밀봉소자(150)는 패턴 인쇄 방법에 의해 상기 에지 웹(132, 148) 및/또는 상기 가스 확산층(112, 114) 상에 제조되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치. .
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 양극판(108)은 그의 애노드측에 애노드측 에지 웹(148)을 갖고, 그의 캐소드측에, 캐소드측 에지 웹(132)을 갖으며, 상기 애노드측 에지 웹(148)과 상기 캐소드측 에지 웹(132)은 적어도 일정 영역에서, 상기 적층 방향(104)에 수직으로 이어지는 오프셋 방향(170, 196)으로, 서로로부터 오프셋 되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 양극판(108)은, 상기 애노드측 에지 웹(148)과 상기 캐소드측 에지 웹(132) 사이의 중간 영역(172)에, 유체 매질이 상기 양극판(108)을 통과하거나 상기 양극판(108)의 내부(186)로 통과하는 적어도 하나의 개구(174, 198, 218)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구(174, 198, 218)는 상기 적층 방향(104)으로 상기 양극판(108)을 통해 연장되는 매질 채널(160, 164, 168)과 유체 연결(fluidic connection)되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 막-전극 어셈블리(110)에는 상기 유동장 밀봉소자(142, 150)가 밀봉 방식으로 접하는 에지 보강 장치(118)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적층 방향(104)으로 서로 연속하는 2개의 양극판들(108a, 108b)은 상호 대향하는 측면들 상에, 각각의 유동장 밀봉소자(142, 150)와 접촉하는 각각의 에지 웹(132, 148)이 형성되고, 상기 양극판들(108a, 108b)의 에지 웹들(132, 148)이 접촉하는 상기 유동장 밀봉소자들(142, 150)은 밀봉 방식으로 서로 접하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적층 방향(104)으로 서로 연속하는 상기 2개의 양극판들(108a, 108b)은 실질적으로 동일한 형태를 취하지만, 상기 적층 방향(104)에 평행한 회전축을 중심으로 서로에 대해 180°의 각도로 회전되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유동장 밀봉소자(142, 150)와 접촉하는 에지 웹(132, 148)를 갖는 적어도 하나의 양극판(108)은 접합선(188, 190, 210, 212, 230, 236)을 따라 서로 접합되는 2개의 양극판 층들(134, 146)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 양극판 층들(134, 146)은 용접 및/또는 접착에 의해 접합선(188, 190, 210, 212, 230, 236)을 따라 서로 접합되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 양극판(108) 상에 배치된 상기 유동장 밀봉소자(142, 150)는, 상기 적층 방향(104)에서 볼 때, 상기 접합선(188, 190, 210, 212, 230, 236)과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 양극판(108)은, 예를 들어, 엘라스토머 물질로 형성된, 밀봉부를 제조함에 의해 양극판 층들(134, 146) 중의 적어도 하나에서 주변부로부터 밀봉되는 2개의 양극판 층들(134, 146)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제 1 양극판(108)의 에지 웹(132)과 접촉하고 제 1 가스 확산층(112)과 접촉하는 유동장 밀봉소자(142)는 제 1 양극판(108)에 대향하는 제 2 양극판(108')까지 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제 1 양극판(108)의 에지 웹(132)과 접촉하고 제 1 가스 확산층(112)과 접촉하는 유동장 밀봉소자(142)는 제 2 가스 확산층(114)과 접촉하는 추가 유동장 밀봉소자(150')에 대해 밀봉 방식으로 접하고, 제 1 양극판(108)에 대향하는 제 2 양극판(108')에 밀봉 방식으로 접하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 장치.
  18. 복수의 전기화학 유닛들(106)이 적층 방향(104)으로 서로 연속하는 전기화학 장치(100)용 전기화학 유닛(106)을 제조하는 방법으로서,
    상기 전기화학 유닛(106)은 전기화학적으로 활성인 막-전극 어셈블리(110), 적어도 하나의 가스 확산층(112,114), 및 적어도 하나의 유체 매질을 위한 적어도 하나의 유동장(124, 126)을 갖는 양극판(108)을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 양극판(108) 또는 상기 양극판(108)의 양극판 층(134, 146) 상에 상기 가스 확산층(112,114)을 배치하는 단계와;
    - 유동장 밀봉소자(142, 150)가 상기 양극판(108) 또는 양극판 층(134, 146) 및 상기 가스 확산층(112, 114)과 접촉하도록 상기 양극판(108) 또는 양극판 층(134, 146) 상에 및 가스 확산층(112, 114) 상에 상기 유동장 밀봉소자(142, 150)를 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 양극판(108)은 적어도 일정 영역에서 상기 양극판(108)의 유동장(124,126)에 접하고,
    상기 유동장 밀봉소자(142, 150)의 제조 중에 상기 가스 확산층(112, 114)은 상기 에지 웹(132, 148)과 접촉하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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