KR20190090007A

KR20190090007A - 연료 전지

Info

Publication number: KR20190090007A
Application number: KR1020197019983A
Authority: KR
Inventors: 묀팅 마틴 슐테
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-07-31
Also published as: JP2020513665A; KR102469253B1; EP3552262B1; DE102016224676A1; EP3552262A1; CN110268565A; JP7171571B2; US20190334181A1; WO2018108547A1; CN110268565B; US11081707B2

Abstract

본 발명은, 박막(18)을 통해 서로 분리되는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 구비한 하나 이상의 박막 전극 유닛(10)과; 양측에서 박막 전극 유닛(10)에 접속되는 2개 이상의 쌍극판들(40);을 포함하는 연료 전지(2)에 관한 것이며, 이때 쌍극판들(40)은 연료를 공급하기 위한 제1 공급 채널과 산화제를 공급하기 위한 제2 공급 채널에 의해 관통되고, 제1 전극(21)을 향한 제1 분배 구조(50)는 제1 공급 채널의 제1 에지에 접속되고, 제2 전극(22)을 향한 제2 분배 구조(60)는 제2 공급 채널의 제2 에지에 접속된다. 이 경우, 제1 전극(21)은 제1 공급 채널의 제1 에지로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되고, 제2 전극(22)은 제2 공급 채널의 제2 에지로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장된다.

Description

연료 전지

본 발명은 박막을 통해 서로 분리되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 하나 이상의 박막 전극 유닛과; 양측에서 박막 전극 유닛에 접속되는 2개 이상의 쌍극판들;을 포함하는 연료 전지에 관한 것이다. 이 경우, 쌍극판들은 연료를 공급하기 위한 제1 공급 채널과 산화제를 공급하기 위한 제2 공급 채널에 의해 관통된다.

연료 전지는 연속적으로 공급되는 연료 및 산화제의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 갈바니 전지(galvanic cell)이다. 즉, 연료 전지는 전기 화학적 에너지 변환 장치이다. 공지된 연료 전지들에서는 특히 수소(H₂)와 산소(O₂)가 물(H₂O), 전기 에너지 및 열로 변환된다. 그러나, 메탄올 또는 메탄으로 작동하는 연료 전지들도 공지되어 있다.

특히, 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane = PEM) 연료 전지들이 공지되어 있다. 양성자 교환막 연료 전지들은 중심에 배치된 박막을 포함하고, 이러한 박막은 양성자에 대해, 즉 수소 이온에 대해 투과성을 갖는다. 이로 인해, 산화제, 특히 대기 중 산소는 연료, 특히 수소로부터 공간적으로 분리된다.

또한, 양성자 교환막 연료 전지들은 애노드 및 캐소드를 포함한다. 연료는 연료 전지의 애노드에 공급되고, 전자의 방출로써 양성자가 되도록 촉매 작용에 의해 산화된다. 양성자는 박막을 통과하여 캐소드에 도달한다. 방출된 전자는 연료 전지로부터 배출되어, 외부 회로를 통해 캐소드로 흐른다.

산화제는 연료 전지의 캐소드에 공급되고, 외부 회로로부터의 전자와, 박막을 통과하여 캐소드에 도달한 양성자의 수용을 통해 물로 반응한다. 이와 같이 생성된 물은 연료 전지로부터 배출된다. 총 반응(brutto reaction)은 다음과 같다.

O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O

이 경우, 연료 전지의 애노드와 캐소드 사이에는 전압이 인가된다. 전압을 상승시키기 위해, 복수의 연료 전지들이 기계적으로 연이어 배열되어 연료 전지 스택을 형성하고, 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.

애노드에서의 연료의 균일한 분배 및 캐소드에서의 산화제의 균일한 분배를 위해서는 쌍극판으로도 불리는 분배기 판들이 제공된다. 쌍극판들은 예를 들어 산화제 및 연료의 분배를 위한 채널 형상 구조들을 포함한다. 또한, 쌍극판들은 열의 배출을 위하여 연료 전지를 통해 냉각 액체를 통과시키기 위한 구조를 포함할 수 있다.

DE 10 2013 226 815 A1호에는 2개의 쌍극판들 사이에 배치된 박막 전극 유닛을 구비한 연료 전지가 공지되어 있다. 이 경우, 쌍극판들은 전극들에 반응 기체를 분배하기 위한 분배 구조들을 각각 포함한다.

이 경우, 박막 전극 유닛의 박막은 연료 전지가 제대로 기능하도록 습윤하게 유지되어야 한다. 특히 비교적 높은 온도에서의 연료 전지 작동 시에는 공기의 상승된 물 흡수력에 의해 박막이 마를 수 있으므로, 연료 전지의 기능이 저하될 수 있다.

박막을 통해 서로 분리되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 하나 이상의 박막 전극 유닛과; 양측에서 박막 전극 유닛에 접속되는 2개 이상의 쌍극판들;을 포함하는 연료 전지가 제안된다. 이 경우, 쌍극판들은 연료를 공급하기 위한 제1 공급 채널과 산화제를 공급하기 위한 제2 공급 채널에 의해 관통된다. 제1 전극을 향한, 연료의 분배를 위한 제1 분배 구조는 제1 공급 채널의 제1 에지에 접속되고, 제2 전극을 향한, 산화제의 분배를 위한 제2 분배 구조는 제2 공급 채널의 제2 에지에 접속된다.

제1 전극은 애노드로도 불리고, 제2 전극은 이하에서 캐소드로도 불린다. 연료는 예를 들어 수소이며, 산화제는 예를 들어 산소, 특히 주변 공기 내에 함유된 산소이다.

본 발명에 따라, 제1 전극은 제1 공급 채널의 제1 에지로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장되고, 제2 전극은 제2 공급 채널의 제2 에지로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장된다.

즉, 중심에 배치된 박막은 양측에 제공된 전극들로부터 돌출된다. 따라서, 박막은, 제1 공급 채널 및 제2 공급 채널에 인접하게 위치하고 제1 분배 구조 또는 제2 분배 구조에 바로 인접하면서 전극들이 없는 영역들을 양측에 포함한다.

따라서, 제1 공급 채널 및 제1 분배 구조를 통해 제1 전극으로 안내되는 연료는 박막의 영역들도 거치도록 유동하고, 이에 따라 수증기 형태의 습기를 박막으로 바로 이송시킬 수 있다. 따라서, 제2 공급 채널 및 제2 분배 구조를 통해 제2 전극으로 안내되는 산화제는 박막의 영역들도 거치도록 유동하고, 이에 따라 수증기 형태의 습기를 박막으로 바로 이송시킬 수 있다.

바람직하게, 박막은 수증기에 대해서도 투과성을 갖는다. 따라서, 수증기 형태의 습기는 제1 분배 구조로부터 박막을 통과하여 제2 분배 구조로, 그리고 마찬가지로 제2 분배 구조로부터 박막을 통과하여 제1 분배 구조로 이송될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 쌍극판들은 연료를 배출하기 위한 제1 배출 채널에 의해 관통되고, 제1 분배 구조는 제1 배출 채널의 제1 에지에 접속된다. 제1 배출 채널은 제1 분배 구조로부터 미사용된 연료를 배출하기 위해 사용된다. 이 경우, 제1 전극은 마찬가지로 제1 배출 채널의 제1 에지로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장된다. 따라서, 박막은, 제1 배출 채널에 인접하게 위치하고 제1 분배 구조에 바로 인접하면서 제1 전극이 없는 영역도 포함한다.

제1 분배 구조는 바람직하게 제1 공급 채널의 제1 에지에 접속되는 제1 유입 영역과, 제1 배출 채널의 제1 에지에 접속되는 제1 유출 영역을 포함한다. 이 경우, 제1 유입 영역과 제1 유출 영역 사이에는 장방형 단면을 갖는 제1 주 분배 영역이 배치된다.

바람직하게, 제1 전극은 제1 유입 영역 및 제1 유출 영역으로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장된다. 따라서, 제1 전극은 제1 분배 구조의 제1 주 분배 영역에만 인접한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 쌍극판들은 산화제를 배출하기 위한 제2 배출 채널에 의해 관통되며, 제2 분배 구조는 제2 배출 채널의 제2 에지에 접속된다. 제2 배출 채널은 제2 분배 구조로부터 미사용된 산화제를 배출하기 위해 사용된다. 이 경우, 제2 전극은 마찬가지로 제2 배출 채널의 제2 에지로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장된다. 따라서, 박막은, 제2 배출 채널에 인접하게 위치하고 제2 분배 구조에 바로 인접하면서 제2 전극이 없는 영역도 포함한다.

바람직하게, 제2 분배 구조는 제2 공급 채널의 제2 에지에 접속되는 제2 유입 영역과, 제2 배출 채널의 제2 에지에 접속되는 제2 유출 영역을 포함한다. 이 경우, 제2 유입 영역과 제2 유출 영역 사이에는 장방형 단면을 갖는 제2 주 분배 영역이 배치된다.

바람직하게, 제2 전극은 제2 유입 영역 및 제2 유출 영역으로부터 이격된 영역에서 박막을 따라 연장된다. 따라서, 제2 전극은 제2 분배 구조의 제2 주 분배 영역에만 인접한다.

바람직하게, 전극들은 합동으로(congruent) 박막에 배치된다. 즉, 제1 전극과 제2 전극은 동일한 형태의 단면을 갖고, 박막의 대향 배치된 영역들에 장착된다. 따라서, 박막 전극 유닛은 거울 대칭으로 형성된다.

본 발명에 따른 연료 전지는 바람직하게 전기 차량(EV)에서 사용된다.

연료 전지의 본 발명에 따른 구성을 통해, 분배 구조들에 바로 인접하면서 전극들이 없는 영역들도 박막 상에 형성된다. 이로 인해, 박막 전극 유닛의 박막은 항상 충분히 습윤될 수 있다. 비교적 높은 온도에서의 연료 전지 작동 시에도 박막의 건조가 방지될 수 있다. 이 경우, 박막의 습윤을 위한 외부 가습 장치가 더 작게 구성될 수 있거나, 외부 가습 장치를 통한 박막의 습윤이 필요하지 않으므로, 공간 및 비용이 절감된다.

제2 분배 구조 내로 유입되는 공기는 캐소드에 도달하기 이전에 이미 가열되어 있다. 이로 인해, 캐소드 이전에 이미 증기압 구배를 통해 물이 제1 분배 구조로부터 박막을 거쳐 제2 분배 구조로 전달된다. 이러한 과정은 제1 분배 구조에서 애노드 이후에 실행된다. 따라서, 제1 분배 구조에서는 물을 박막을 거쳐 제2 분배 구조로 방출시키기 위한 수단 및 시간이 남아 있다. 캐소드 이후에 반응수가 첨가된 공기는 물을 박막을 거쳐 제1 분배 구조로 전달하기 위한 추가적인 수단 및 시간을 갖는다. 제1 분배 구조에서는 애노드 이전에 이미, 유입되는 수소가 가열되어 있고, 물을 제2 분배 구조로부터 흡수하기 위한 추가적인 수단 및 시간을 갖는다.

본 발명의 실시예들은 도면들에 의해 그리고 하기 설명 내용에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 연료 전지의 분해도이다.
도 2는 조립된 연료 전지를 도 1의 절단선 "A-A"에 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 조립된 연료 전지를 도 2의 절단선 "B-B"에 따라 절단한 단면도이다.

본 발명의 실시예들의 하기 설명 내용에서, 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 도면 부호들로 표시되며, 개개의 경우 이러한 요소들의 반복 설명은 생략된다. 도면들에는 본 발명의 대상이 개략적으로만 도시되어 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 연료 전지(2)의 분해도가 도시되어 있다. 연료 전지(2)는 제1 전극(21), 제2 전극(22), 및 박막(18)을 포함하는 박막 전극 유닛(10)을 구비한다. 2개의 전극들(21, 22)은 박막(18)의 서로 대향 배치된 측면들에 배치되고, 이에 따라 박막(18)을 통해 서로 분리된다. 제1 전극(21)은 이하에서 애노드(21)로도 불리고, 제2 전극(22)은 이하에서 캐소드(22)로도 불린다.

본원에서, 전극들(21, 22)은 합동으로 박막(18)에 배치된다. 이 경우, 애노드(21)와 캐소드(22)는 동일한 형태의 단면을 갖고, 박막(18)의 대향 배치된 영역들에 장착된다. 따라서, 박막 전극 유닛(10)은 거울 대칭으로 형성된다. 이 경우, 중심에 배치된 박막(18)은 양측에 제공된 전극들(21, 22)로부터 돌출된다.

본원에서 박막(18)은 고분자 전해질 박막으로서 형성된다. 박막(18)은 수소 이온, 즉 H⁺ 이온에 대해 투과성을 갖는다. 마찬가지로 박막(18)은 수증기에 대해서도 투과성을 갖는다. 이에 따라, 특히 연료 전지(2) 내에서 반응이 발생할 때 캐소드(22)에서 생성되는 반응수(water of reaction)는 박막(18) 내로 그리고 박막(18)을 통과하여 애노드(21)로 확산될 수 있다.

또한, 연료 전지(2)는, 양측에서 박막 전극 유닛(10)에 접속되는 2개의 쌍극판들(40)을 포함한다. 여기서, 쌍극판들(40)은 각각 평면도로 도시되어 있다. 이 경우, 하나의 쌍극판(40)으로부터 제1 표면(33)이 도시되어 있으며, 이러한 제1 표면은 연료 전지(2)의 조립 상태에서 애노드(21)를 향한다. 다른 쌍극판(40)으로부터는 제2 표면(34)이 도시되어 있으며, 이러한 제2 표면은 연료 전지(2)의 조립 상태에서 캐소드(22)를 향한다.

따라서, 연료 전지(2)의 조립 시에, 제1 표면(33)이 도시되어 있는 하나의 쌍극판(40)은 제1 축(35)을 중심으로 제1 회전 방향(37)으로 90°만큼 회전되어야 한다. 제2 표면(34)이 도시되어 있는 다른 쌍극판(40)은 연료 전지(2)의 조립 시에 제2 축(36)을 중심으로 제2 회전 방향(38)으로 90°만큼 회전되어야 한다.

2개의 쌍극판들(40)은 연료를 공급하기 위한 제1 공급 채널(52)과 산화제를 공급하기 위한 제2 공급 채널(64)에 의해 관통된다. 또한, 2개의 쌍극판들(40)은 미사용된 연료를 배출하기 위한 제1 배출 채널(54)과 미사용된 산화제 및 물을 배출하기 위한 제2 배출 채널(62)에 의해 관통된다. 2개의 쌍극판들(40)은 냉각제를 공급하기 위한 제3 공급 채널(74)과 냉각제를 배출하기 위한 제3 배출 채널(72)에 의해 관통된다. 냉각제는 작동 시 연료 전지(2)의 냉각에 사용된다.

이 경우, 제1 공급 채널(52), 제2 배출 채널(62), 및 제3 배출 채널(72)은 쌍극판들(40)의 상단 측에 제공된다. 제2 공급 채널(64), 제1 배출 채널(54), 및 제3 공급 채널(74)은 대향 배치된 하단 측에 제공된다. 따라서, 연료 전지(2)의 작동 시, 연료는 상단 측에서부터 하단 측으로 흐르고, 산화제 및 냉각제는 반대 방향으로 하단 측에서부터 상단 측으로 흐른다.

쌍극판들(40)은 연료의 분배를 위한 각각 하나의 제1 분배 구조(50)를 포함하고, 이러한 제1 분배 구조는 제1 표면(33) 상에 배치되어 애노드(21)를 향한다. 제1 분배 구조(50)는 제1 공급 채널(52)의 제1 에지(57)로부터 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)에 이르기까지 연장된다. 연료는 연료 전지(2)의 작동 중에 제1 유동 방향(43)으로 제1 공급 채널(52)로부터 제1 배출 채널(54)을 향해 흐른다.

제1 분배 구조(50)는 제1 공급 채널(52)의 제1 에지(57)에 접속되는 제1 유입 영역(51)과, 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)에 접속되는 제1 유출 영역(59)을 포함한다. 제1 유입 영역(51)과 제1 유출 영역(59) 사이에는 장방형 단면을 갖는 제1 주 분배 영역(53)이 배치된다.

쌍극판들(40)은 산화제의 분배를 위한 각각 하나의 제2 분배 구조(60)를 포함하고, 이러한 제2 분배 구조는 제2 표면(34) 상에 배치되어 캐소드(22)를 향한다. 제2 분배 구조(60)는 제2 공급 채널(64)의 제2 에지(67)로부터 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)에 이르기까지 연장된다. 산화제는 연료 전지(2)의 작동 중에 제2 유동 방향(44)으로 제2 공급 채널(64)로부터 제2 배출 채널(62)을 향해 흐른다.

제2 분배 구조(60)는 제2 공급 채널(64)의 제2 에지(67)에 접속되는 제2 유입 영역(69)과, 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)에 접속되는 제2 유출 영역(61)을 포함한다. 제2 유입 영역(69)과 제2 유출 영역(61) 사이에는 장방형 단면을 갖는 제2 주 분배 영역(63)이 배치된다.

도 2에는 조립된 연료 전지(2)를 도 1의 절단선 "A-A"에 따라 절단한 단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 연료 전지(2)는 각각 교대로 배치된 쌍극판들(40) 및 박막 전극 유닛들(10)로 형성된 연료 전지 스택의 일부이다. 쌍극판들(40) 및 박막 전극 유닛(10)은, 애노드(21)는 쌍극판(40)의 제1 분배 구조(50)를 향하고, 캐소드(22)는 다른 쌍극판(40)의 제2 분배 구조(60)를 향하도록 배치된다.

쌍극판들(40)은 제3 분배 구조(70)를 포함하고, 이러한 제3 분배 구조는 본 도면에 도시되지 않은 제3 공급 채널(74)로부터 마찬가지로 본 도면에 도시되지 않은 제3 배출 채널(72)을 향해 연장된다. 이 경우, 제3 분배 구조(70)는 각각 제1 분배 구조(50)와 제2 분배 구조(60) 사이에 배치되고, 쌍극판(40) 및 연료 전지(2)를 통한 냉각제의 관류에 사용된다.

애노드(21)는 제1 공급 채널(52)의 본 도면에 도시되지 않은 제1 에지(57) 및 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장된다. 특히, 애노드(21)는 제1 유입 영역(51) 및 제1 유출 영역(59)으로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장된다. 따라서, 애노드(21)는 제1 분배 구조(50)의 제1 주 분배 영역(53)에만 인접하고, 이러한 영역 내로 돌출한다.

따라서, 박막(18)은 애노드(21)의 측에서, 제1 공급 채널(52)에 인접하게 위치하면서 애노드(21)가 없는 영역을 포함한다. 따라서, 박막(18)은 제1 배출 채널(54)에 인접하게 위치하면서 애노드(21)가 없는 영역도 포함한다. 애노드(21)가 없는 이러한 2개 영역들은 제1 분배 구조(50)에 바로 인접한다.

캐소드(22)는 제2 공급 채널(64)의 본 도면에 도시되지 않은 제2 에지(67) 및 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장된다. 특히, 캐소드(22)는 제2 유입 영역(69) 및 제2 유출 영역(61)으로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장된다. 따라서, 캐소드(22)는 제2 분배 구조(60)의 제2 주 분배 영역(63)에만 인접하고, 이러한 영역 내로 돌출한다.

따라서, 박막(18)은 캐소드(22)의 측에서, 제2 공급 채널(64)에 인접하게 위치하면서 캐소드(22)가 없는 영역을 포함한다. 따라서, 박막(18)은 제2 배출 채널(62)에 인접하게 위치하면서 캐소드(22)가 없는 영역도 포함한다. 캐소드(22)가 없는 이러한 2개 영역들은 제2 분배 구조(60)에 바로 인접한다.

연료 전지(2)의 작동 시, 연료가 제1 공급 채널(52) 및 제1 분배 구조(50)를 거쳐 애노드(21)를 향해 그리고 계속해서 제1 배출 채널(54)을 향해 안내된다. 이 경우, 연료는 제1 유동 방향(43)으로 애노드(21)가 없는 박막(18)의 영역들도 거치도록 유동한다.

연료 전지(2)의 작동 시, 산화제가 제2 공급 채널(64) 및 제2 분배 구조(60)를 거쳐 캐소드(22)를 향해 그리고 계속해서 제2 배출 채널(62)을 향해 안내된다. 이 경우, 산화제는 제2 유동 방향(44)으로 캐소드(22)가 없는 박막(18)의 영역들도 거치도록 유동한다.

연료, 즉 본원에서 수소는 애노드(21)에서, 전자의 방출로써 양성자가 되도록 촉매 작용에 의해 산화된다. 양성자는 박막(18)을 통과하여 캐소드(22)에 도달한다. 방출된 전자는 연료 전지(2)로부터 배출되어, 외부 회로를 통해 캐소드(22)로 흐른다. 산화제, 즉 본원에서 대기 중 산소는 외부 회로로부터의 전자와, 박막(18)을 통과하여 캐소드(22)에 도달한 양성자의 수용을 통해 물로 반응한다.

연료 전지(2) 내에서 반응이 발생할 때 캐소드(22)에서 생성되는 물은 부분적으로 제2 분배 구조(60)로부터 제1 확산 방향(47)으로 박막(18) 내로 그리고 박막(18)을 통과하여 제1 분배 구조(50) 내로 그리고 애노드(21)로 확산될 수 있다. 이 경우, 제1 확산 방향(47)으로 확산되는 물은 제1 분배 구조(50) 내에서 유동하는 연료에 의해 흡수된다.

이어서, 연료에 의해 흡수된 물은 제1 분배 구조(50)로부터 제2 확산 방향(48)으로 박막(18) 내로 그리고 박막(18)을 통과하여 제2 분배 구조(60) 내로 그리고 캐소드(22)로 확산될 수 있다. 이 경우, 제2 확산 방향(48)으로 확산되는 물은 제2 분배 구조(60) 내에서 유동하는 산화제에 의해 흡수된다.

따라서, 전극들(21, 22)이 없고 분배 구조들(50, 60)에 인접한 박막(18)의 영역들은 박막(18) 내로 그리고 박막(18)을 통과하는 물의 지속적인 확산을 가능하게 한다. 이로 인해, 박막(18)은 지속적으로 습윤된다. 초과량의 물은 특히 제2 분배 구조(60)로부터 제2 배출 채널(62)을 통해 연료 전지(2)에서 배출된다.

도 3에는 조립된 연료 전지(2)를 도 2의 절단선 "B-B"에 따라 절단한 단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 박막(18)은 애노드(21)가 배치된, 중심에 위치된 영역을 포함한다. 박막(18)은, 제1 주 분배 영역(53)의 일부와 제1 유입 영역(51)을 거쳐 연장되며 애노드(21)가 없는 영역도 포함한다. 또한, 박막(18)은, 제1 주 분배 영역(53)의 일부와 제1 유출 영역(59)을 거쳐 연장되며 애노드(21)가 없는 영역을 포함한다.

본 발명은 본원에 설명된 실시예들 및 본원에서 부각된 양상들로 제한되지 않는다. 오히려, 청구항들에 의해 언급된 범위 내에서, 전문가적인 조치의 범주 내에 있는 다양한 변형들이 가능하다.

Claims

박막(18)을 통해 서로 분리되는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 구비한 하나 이상의 박막 전극 유닛(10)과; 양측에서 박막 전극 유닛(10)에 접속되는 2개 이상의 쌍극판들(40);을 포함하는 연료 전지(2)이며, 쌍극판들(40)은 연료를 공급하기 위한 제1 공급 채널(52)과 산화제를 공급하기 위한 제2 공급 채널(64)에 의해 관통되고, 제1 전극(21)을 향한 제1 분배 구조(50)는 제1 공급 채널(52)의 제1 에지(57)에 접속되고, 제2 전극(22)을 향한 제2 분배 구조(60)는 제2 공급 채널(64)의 제2 에지(67)에 접속되는, 연료 전지(2)에 있어서,
제1 전극(21)은 제1 공급 채널(52)의 제1 에지(57)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되고, 제2 전극(22)은 제2 공급 채널(64)의 제2 에지(67)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제1항에 있어서, 박막(18)은 수증기에 대해서 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제1항 또는 제2항에 있어서, 쌍극판들(40)은 연료를 배출하기 위한 제1 배출 채널(54)에 의해 관통되고, 제1 분배 구조(50)는 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)에 접속되며, 제1 전극(21)은 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제3항에 있어서, 제1 분배 구조(50)는 제1 공급 채널(52)의 제1 에지(57)에 접속되는 제1 유입 영역(51)과, 제1 배출 채널(54)의 제1 에지(58)에 접속되는 제1 유출 영역(59)을 포함하고, 제1 유입 영역(51)과 제1 유출 영역(59) 사이에는 장방형 단면을 갖는 제1 주 분배 영역(53)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제4항에 있어서, 제1 전극(21)은 제1 유입 영역(51) 및 제1 유출 영역(59)으로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 쌍극판들(40)은 산화제를 배출하기 위한 제2 배출 채널(62)에 의해 관통되고, 제2 분배 구조(60)는 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)에 접속되며, 제2 전극(22)은 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제6항에 있어서, 제2 분배 구조(60)는 제2 공급 채널(64)의 제2 에지(67)에 접속되는 제2 유입 영역(69)과, 제2 배출 채널(62)의 제2 에지(68)에 접속되는 제2 유출 영역(61)을 포함하고, 제2 유입 영역(69)과 제2 유출 영역(61) 사이에는 장방형 단면을 갖는 제2 주 분배 영역(63)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제7항에 있어서, 제2 전극(22)은 제2 유입 영역(69)과 제2 유출 영역(61)으로부터 이격된 영역에서 박막(18)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전극들(21, 22)은 합동으로(congruent) 박막(18)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지(2).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지(2)의, 전기 차량(EV)에서의 사용.