KR20190079312A - Integrated cell of fuel cell - Google Patents
Integrated cell of fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190079312A KR20190079312A KR1020170181421A KR20170181421A KR20190079312A KR 20190079312 A KR20190079312 A KR 20190079312A KR 1020170181421 A KR1020170181421 A KR 1020170181421A KR 20170181421 A KR20170181421 A KR 20170181421A KR 20190079312 A KR20190079312 A KR 20190079312A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- diffusion layer
- gas diffusion
- electrode assembly
- membrane electrode
- communication hole
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 연료전지용 일체형 셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MEA와 GDL간 계면 접합력을 향상시키면서 일체화할 수 있는 연료전지용 일체형 셀에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an integrated cell for a fuel cell, and more particularly, to an integral cell for a fuel cell capable of enhancing an interface bonding force between an MEA and a GDL.
최근, 석유 자원의 사용으로 인한 환경 오염 문제 해결은 물론, 석유 자원의 고갈에 당면하여 이를 대체 가능한 신재생 에너지원의 연구 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.Recently, in addition to solving the environmental pollution problem caused by the use of petroleum resources, it has been accelerating the research and development of a renewable energy source that can replace the petroleum resources.
연료전지(Fuel Cell)란, 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 외부로부터 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 장치를 말한다. Fuel cell refers to a power generation device that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol, and natural gas and oxygen supplied from the outside directly into electric energy.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등으로 분류된다. Fuel cells can be classified into various types such as a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC) A polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and a direct methanol fuel cell (DMFC).
한편, 고분자 전해질막 연료전지는 기타의 연료전지에 비하여 출력밀도(Power Density) 및 효율이 높고, 낮은 운전 온도에서 작동되며, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다는 장점이 있다. 이러한 연유로, 고분자 전해질막 연료전지는 자동차 등의 수송용 전원, 주거환경에 필요한 분산용 전원은 물론, 각종 휴대용 장치의 이동용 전원으로도 다양하게 활용될 수 있다. On the other hand, the polymer electrolyte membrane fuel cell has a higher power density and efficiency than other fuel cells, operates at a lower operating temperature, and has a quick start and response characteristic. As a result, the polymer electrolyte membrane fuel cell can be widely used not only as a power source for transportation such as automobiles, but also as a portable power source for various portable devices, as well as a power source for dispersing necessary for a residential environment.
연료전지 단위 셀은 전해질막과, 전극(즉, 연료극, 공기극), 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL) 및 분리판(Separator)을 포함한다. 그리고 이러한 연료전지 단위 셀들이 적층되어 연료전지 스택을 형성한다.The fuel cell unit cell includes an electrolyte membrane, electrodes (i.e., anode and cathode), a gas diffusion layer (GDL), and a separator. These fuel cell unit cells are stacked to form a fuel cell stack.
특히 전해질막에 전극이 부착된 것을 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)라 한다. 막전극접합체(MEA)는 그 형상이 초박형(현재, 50㎛ 이내) 구조로 이루어짐에 따라 운반 과정에서 훼손 및 손상이 발생될 수 있고, 특히, GDL과의 적층 과정에서 정렬도(Alignment)가 좋지 않을 경우 적층 품질이 나빠질 수 있다. 현재 대부분의 GDL과 MEA는 열압착 방식으로 단순 접합하고 있다.Particularly, an electrode attached to an electrolyte membrane is referred to as a membrane electrode assembly (MEA). Since the membrane electrode assembly (MEA) has an ultra-thin (currently, within 50 μm) structure, the membrane electrode assembly (MEA) may be damaged or damaged during transportation. Particularly, the alignment of the membrane electrode assembly Otherwise, the quality of lamination may deteriorate. Currently, most GDLs and MEAs are simply bonded using a thermocompression bonding method.
이러한 MEA와 GDL 간의 적층 품질 불량은, 연료전지의 양호한 성능을 저해하며, 심지어 불량 제품으로 분류되어 사용 및 공급이 제한되기도 한다. 따라서, 이에 대한 문제점을 해결하기 위하여 막전극접합체(MEA)과 기체확산층(GDL)을 적층한 다음 그 테두리에 프레임을 일체로 사출하여 막전극접합체(MEA)과 기체확산층(GDL)을 일체화시킨 일체형 셀 기술이 제안되었다.Such poor quality of lamination between the MEA and the GDL hinders good performance of the fuel cell, and even classified as a defective product, the use and supply thereof are limited. In order to solve this problem, a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer (GDL) are integrally formed by laminating a membrane electrode assembly (MEA) and a gas diffusion layer (GDL) Cell technology has been proposed.
하지만, 종래의 일체형 셀 기술은 계면 접합력, 사출성형 불량률, 계면에서의 크로스오버 등의 여러 물성 인자들의 기체확산층(GDL)의 가장자리로 사출되는 고분자 수지의 함침정도에만 의존하고 있는 한계가 있었다.However, the conventional integrated cell technology has a limit that depends only on the impregnation degree of the polymer resin injected to the edge of the gas diffusion layer (GDL) of various physical properties such as interface bonding force, injection molding defective ratio, crossover at the interface.
본 발명은 MEA와 GDL간 계면 접합력을 향상시키면서 일체화할 수 있는 연료전지용 일체형 셀을 제공한다.The present invention provides an integral cell for a fuel cell that can be integrated while improving the interface bonding force between the MEA and GDL.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고, 상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.An integrated cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a membrane electrode assembly (MEA) including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode; A first gas diffusion layer (GDL) disposed on one surface of the membrane electrode assembly; A second gas diffusion layer (GDL) disposed on the other surface of the membrane electrode assembly; Wherein the membrane electrode assembly includes a membrane electrode assembly formed integrally with the membrane electrode assembly, the membrane electrode assembly, the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer, and integrally molding the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer, A plurality of through holes are formed along the edges of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer, and the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer are formed with a plurality of communication holes communicating with the through holes along the edge of the reaction region, respectively.
상기 연통홀은 제 1 기체확산층에 형성되는 제 1 연통홀과 제 2 기체확산층에 형성되는 제 2 연통홀로 구분되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀, 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The communication hole is divided into a first communication hole formed in the first gas diffusion layer and a second communication hole formed in the second gas diffusion layer, and a through hole, a first communication hole, and a second communication hole formed at positions communicating with each other And at least one of them is formed in a diameter different from that of the remaining one.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀 중 어느 하나는 상기 관통홀과 같은 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.The first communication hole and the second communication hole formed at positions communicating with each other are formed to have diameters different from each other and any one of the first communication hole and the second communication hole formed at a position to communicate with each other is formed in the through hole As shown in FIG.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 같은 직경으로 형성되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 상기 관통홀 보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.Wherein the first communication hole and the second communication hole formed at positions communicating with each other are formed to have the same diameter and the first communication hole and the second communication hole formed at positions communicating with each other have diameters larger than the through holes As shown in FIG.
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다.At least one of the plurality of first communication holes formed at different positions may be formed to have different diameters and at least one of the plurality of second communication holes formed at different positions may be formed to have different diameters.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 한다.And at least one edge of at least one of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is arranged at different positions.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되는 것이 바람직하다.One edge of one of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is aligned at a position different from one edge of the membrane electrode assembly.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬되는 것이 바람직하다.One of the first edge portions of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is aligned in the center direction than the one edge portion of the membrane electrode assembly.
본 발명의 실시예에 따르면, 막전극접합체를 사이에 두고 양 측면에 배치되는 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에 형성되어 서로 연통되는 연통홀의 직경을 서로 다르게 형성함에 따라 프레임의 사출시 고분자 수지가 연통홀을 충진하여 계면 접합력을 향상하여 크로스 오버를 효과적으로 억제할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the first gas diffusion layer disposed on both sides of the membrane electrode assembly and the communication holes formed in the second gas diffusion layer and communicating with each other are formed to have different diameters, The communication hole is filled to improve the bonding force of the interface, so that the crossover can be effectively suppressed.
또한, 서로 연통되는 연통홀의 직경이 서로 달라 내경의 위치가 다르게 정렬되기 때문에 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 접촉에 의한 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.Further, since the diameters of the communication holes communicating with each other are different from each other and the positions of the inner diameters are aligned differently, electrical shorting due to contact between the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer can be prevented.
그리고 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에 서로 연통되는 홀을 형성함에 따라 적층 및 사출 공정시 보다 효과적으로 서로를 정렬할 수 있기 때문에 불량률을 감소시킬 수 있다.Since the holes that communicate with the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer, and the second gas diffusion layer are formed, the defects can be reduced because they can be more effectively aligned during the lamination and injection processes.
또한, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층과 막전극접합체를 구성하는 애노드 및 캐소드를 구분하여 제조하기 때문에 품질 관리 및 작업성의 향상을 기대할 수 있다.In addition, since the first and second gas diffusion layers and the anode and cathode constituting the membrane electrode assembly are separately manufactured, improvement in quality control and workability can be expected.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀의 정면을 보여주는 모식도이고,
도 2는 도 1의 A-A선의 단면을 보여주는 단면도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 요부인 연통홀의 변경예를 보여주는 모식도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 요부인 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 단부 정렬의 변경예를 보여주는 모식도이다.1 is a schematic view showing a front view of an integral cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line AA in Fig. 1,
FIGS. 3 and 4 are schematic views showing a modification of the communication hole, which is a main part of the present invention,
5A to 5D are schematic views showing an example of modification of end alignment of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer which are essential parts of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀의 정면을 보여주는 모식도이고, 도 2는 도 1의 A-A선의 단면을 보여주는 단면도이다.FIG. 1 is a schematic view showing a front view of an integral cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA, 100)와; 상기 막전극접합체(100)의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL, 200)과; 상기 막전극접합체(100)의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL, 300)과; 상기 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리를 일체화시키는 프레임(400)을 포함한다.As shown in the figure, an integrated cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA) 100 including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode; A first gas diffusion layer (GDL) 200 disposed on one surface of the
막전극접합체(100)는 전해질막을 기준으로 양면에 각각 애노드 및 캐소드가 배치되어 이루어진다. 이때 애노드 및 캐소드는 전해질막의 테두리를 제외한 중앙영역에 배치되고, 이에 따라 막전극접합체(100)는 테두리를 제외한 중앙영역에 반응영역(A)이 형성된다.The
한편, 막전극접합체(100)에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀(110)이 서로 이격되어 형성된다. 바람직하게는 복수의 관통홀(110)이 반응영역을 나란하게 정렬되어 둘러싸는 형태로 배치되는 것이 좋을 것이다. 이때 관통홀(110)은 막전극접합체(100)의 양면을 연통하도록 관통되어 형성된다.On the other hand, the
제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)은 막전극접합체(100)를 기준으로 양면에 서로 대향되도록 배치된다. 그래서 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에도 막전극접합체(100)의 반응영역에 대응되는 영역에 반응영역이 형성된다. 바람직하게는 막전극접합체(100)의 반응영역(A)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 반응영역(A)은 동일한 영역을 의미한다.The first
한편, 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에는 각각 반응영역(A)의 가장자리를 따라 막전극접합체(100)에 형성된 관통홀(110)에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된다. 이때 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 연통홀을 제 1 연통홍(210)로 구분하고, 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 연통홀을 제 2 연통홍(310)로 구분한다.The first
막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 대응되는 위치에 형성되어 상호간에 연통된다. 이때 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성된다. 하지만, 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 그 중심축선이 동일 선상에 있는 것이 바람직하다.A
부연하자면, 도 2에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 관통홀(110) 및 제 1 연통홍(210)보다 큰 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.2, the through-holes 110 formed in the
그래서, 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)의 내주면이 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단되어 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 제 1 연통홍(210)과 제 2 연통홍(310)을 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.The inner circumferential surfaces of the second communicating
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홍(210) 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홍(310) 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 2, at least one of the plurality of
예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 입구측 매니폴드(410) 방향에 형성된 관통홀(111), 제 1 연통홀(211) 및 제 2 연통홀(311)의 직경이 각각 출구측 매니폴드(420) 방향에 형성된 관통홀(112), 제 1 연통홀(212) 및 제 2 연통홀(312)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.The diameters of the through-
그래서, 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)을 각각 생산한 이후에 막전극접합체(100)와의 접합을 위하여 적층시킬 때 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 정렬을 용이하게 시킬 수 있다.Therefore, when the first
그리고 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부는 서로 그 끝단을 일치시켜 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 정렬을 용이하게 시킬 수 있다.The edge portions of the
프레임(400)은 사출 공정에 의해 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리에 성형되어 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)을 일체화시키는 수단으로서, 고분자 수지를 이용하여 형성한다. 물론 프레임(400)을 형성하는 재료는 고분자 수지에 한정되지 않고, 절연성을 가지면서 사출 공정이 가능한 다양한 재료가 적용될 수 있을 것이다.The
한편, 프레임(400)은 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리에 사출되면서, 프레임(400)을 형성하는 사출소재가 막전극접합체(100)의 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)에 함께 충진되면서 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 계면간 접합력을 향상시킨다.On the other hand, the
이때 프레임(400)은 사출 금형의 형상에 따라 일측에는 입구측 매니폴드(410)가 형성되고, 타측에는 출구측 매니폴드(420)가 형성될 수 있다.At this time, the
한편, 본 발명은 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)의 직경을 다양하게 변경하여 구현될 수 있다.The first
도 3 및 도 4는 본 발명의 요부인 연통홀의 변경예를 보여주는 모식도이다.Figs. 3 and 4 are schematic views showing a modification of the communication hole which is a main part of the present invention. Fig.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 변경예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전술된 실시예와 마찬가지로 복수의 관통홀(110)이 형성된 막전극접합체(100)와, 복수의 제 1 연통홍(210)이 형성된 제 1 기체확산층(200)과, 복수의 제 2 연통홍(310)이 형성된 제 2 기체확산층(300)과, 상기 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)이 형성된 영역에 사출되어 형성되는 프레임(400)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the integrated cell for a fuel cell according to a modification of the present invention includes a
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 대응되는 위치에 형성되어 상호 간에 연통된다. 이때 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성된다.3, the through holes 110 formed in the
부연하자면, 도 3에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)은 관통홀 및 제 2 연통홍(310)보다 큰 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.3, the through-holes 110 formed in the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 1 연통홍(210)과 제 2 연통홍(310)의 직경이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)의 직경보다 크게 형성된다.4, the
한편, 본 발명은 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부의 정렬을 다양하게 변경하여 구현될 수 있다.Meanwhile, the present invention can be implemented by variously changing the alignment of the edge portions of the
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 요부인 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 단부 정렬의 변경예를 보여주는 모식도이다.5A to 5D are schematic views showing an example of modification of end alignment of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer which are essential parts of the present invention.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이 본 발명의 변경예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전술된 실시예와 마찬가지로 복수의 관통홀(110)이 형성된 막전극접합체(100)와, 복수의 제 1 연통홍(210)이 형성된 제 1 기체확산층(200)과, 복수의 제 2 연통홍(310)이 형성된 제 2 기체확산층(300)과, 상기 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)이 형성된 영역에 사출되어 형성되는 프레임(400)을 포함한다.5A to 5D, the integrated type cell for a fuel cell according to a modification of the present invention includes a
이때, 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬된다. 바람직하게는 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300) 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 막전극접합체(100)의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되고, 이때 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300) 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 막전극접합체(100)의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.At this time, at least one edge of at least one of both ends of the first
예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.For example, as shown in FIG. 5A, one end of the
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.The other end of the
여기서, 일측 단부는 프레임(400)에 형성되는 입구측 매니폴드(410) 방향을 의미하고, 타측 단부는 프레임(400)에 형성되는 출구측 매니폴드(420) 방향을 의미한다.Here, one end portion refers to the direction of the
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단되어 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 단부를 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Thus, the end portions of the first
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.5B, one end of the
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.The other end of the
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the end portions of the first
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.5C, one end of the
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.The other end of the
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the end portions of the first
또한, 도 5d에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.5D, one end of the
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.The other end of the
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the end portions of the first
도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부의 정렬을 다양하게 변경하여 구현하면서 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단하여 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 단부를 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.The first
한편, 본 발명의 제시된 실시예 및 변경예에 한정되는 것이 아니라 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)의 직경 변경에 따른 예들과 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300) 가장자리 단부의 정렬 변경에 따른 예들의 조합에 의해 더 다양한 구현될 수 있을 것이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the embodiments and variations of the present invention, but may be applied to other examples of the
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.
100: 막전극접합체(MEA)
110, 111, 112: 관통홀
200: 제 1 기체확산층(GDL)
210, 211, 212: 제 1 연통홀
300: 제 2 기체확산층(GDL)
310, 311, 312: 제 2 연통홀
400: 프레임
410: 입구측 매니폴드
420: 출구측 매니폴드100: membrane electrode assembly (MEA) 110, 111, 112: through hole
200: first gas diffusion layer (GDL) 210, 211, 212: first communication hole
300: second gas diffusion layer (GDL) 310, 311, 312: second communication hole
400: frame 410: inlet side manifold
420: outlet-side manifold
Claims (8)
상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과;
상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과;
상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고,
상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며,
상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
A membrane electrode assembly (MEA) including an electrolyte membrane, an anode, and a cathode;
A first gas diffusion layer (GDL) disposed on one surface of the membrane electrode assembly;
A second gas diffusion layer (GDL) disposed on the other surface of the membrane electrode assembly;
And a frame which is injection-molded at the edges of the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer to integrate the membrane electrode assembly, the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer,
Wherein the membrane electrode assembly is formed with a plurality of through holes along the edge of the reaction region,
Wherein the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer each have a plurality of communication holes communicating with the through holes along edges of the reaction region, respectively.
상기 연통홀은 제 1 기체확산층에 형성되는 제 1 연통홀과 제 2 기체확산층에 형성되는 제 2 연통홀로 구분되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀, 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the communication hole is divided into a first communication hole formed in the first gas diffusion layer and a second communication hole formed in the second gas diffusion layer,
Wherein at least one of the through-hole, the first communication hole, and the second communication hole formed at the positions communicating with each other is formed to have a diameter different from that of the remaining one.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 다른 직경으로 형성되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀 중 어느 하나는 상기 관통홀과 같은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method of claim 2,
The first communication hole and the second communication hole formed at positions communicating with each other have diameters different from each other,
Wherein at least one of the first communication hole and the second communication hole formed at a position communicating with each other is formed to have the same diameter as the through hole.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 같은 직경으로 형성되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 상기 관통홀 보다 큰 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method of claim 2,
The first communicating hole and the second communicating hole formed at positions communicating with each other are formed to have the same diameter,
Wherein the first communication hole and the second communication hole formed at the positions communicating with each other are formed to have a larger diameter than the through hole.
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고,
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method of claim 2,
At least one of the plurality of first communication holes formed at different positions is formed to have a different diameter,
And at least one of the plurality of second communication holes formed at different positions is formed to have a different diameter.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method according to claim 1,
Wherein at least one side edge of at least one of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is aligned at different positions.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method of claim 6,
Wherein one end edge of one of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is aligned at a position different from one end edge of the membrane electrode assembly.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
The method of claim 7,
Wherein one end edge of one of the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is aligned and aligned in the center direction than one end edge of the membrane electrode assembly.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170181421A KR102518239B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Integrated cell of fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170181421A KR102518239B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Integrated cell of fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190079312A true KR20190079312A (en) | 2019-07-05 |
KR102518239B1 KR102518239B1 (en) | 2023-04-07 |
Family
ID=67225265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170181421A KR102518239B1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Integrated cell of fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102518239B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120048056A (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-15 | 현대자동차주식회사 | Metallic porous media for fuel cell |
JP2013218876A (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | Cell frame for fuel cell |
KR20150087731A (en) | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell and manufacturing method thereof |
-
2017
- 2017-12-27 KR KR1020170181421A patent/KR102518239B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120048056A (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-15 | 현대자동차주식회사 | Metallic porous media for fuel cell |
JP2013218876A (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | Cell frame for fuel cell |
KR20150087731A (en) | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102518239B1 (en) | 2023-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8288060B2 (en) | Metal-supported solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof | |
US9742012B2 (en) | Fuel cell and manufacturing method thereof having integrated membrane electrode assembly and gas diffusion layer | |
US10056640B2 (en) | Bipolar plate for fuel cell, fuel cell and method for producing the bipolar plate | |
JP2012212678A (en) | Fuel cell | |
CN103250290A (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
US20190131635A1 (en) | Cell Frame for Fuel Cell and Fuel Cell Stack Using the Same | |
JP2004087311A (en) | Fuel cell stack and metallic separator for for fuel cell stack | |
JP5125022B2 (en) | Fuel cell | |
KR20090128974A (en) | Separator for fuel cell stack and method for manufacturing the same | |
JP2007172953A (en) | Fuel cell | |
JP4128844B2 (en) | Composite separator plate for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell using the same | |
KR20190079312A (en) | Integrated cell of fuel cell | |
US9666882B2 (en) | Spliced bipolar plates for fuel cells and fuel cell stacks comprising the same | |
JP5259888B1 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
KR101423614B1 (en) | Membrane electrode assembly for fuel cell | |
JP2010192432A (en) | Fuel cell | |
JP2007242512A (en) | Fuel cell, and its manufacturing method | |
JP2008186736A (en) | Fuel cell stack | |
JP2019053926A (en) | Fuel cell stack | |
KR20170005241A (en) | Channel frame for fuel cells | |
KR100651216B1 (en) | Bipolar plate used in proton exchange membrane fuel cells having cooling channels | |
US11233250B2 (en) | Electrochemical reaction unit including cathode-side frame configured to improve spreading of oxidant gas and electrochemical reaction cell stack | |
KR20220097687A (en) | Separator for fuel cell with reduced contact resistance | |
JP2007080745A (en) | Separator pair for flat polymer electrolyte fuel cell and flat polymer electrolyte fuel cell | |
KR101683128B1 (en) | Fuel cell stack with composite separator for fuel cell and Manufacturing method for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |