KR20200024019A - Alkaline electrolysis cell assembly - Google Patents

Alkaline electrolysis cell assembly Download PDF

Info

Publication number
KR20200024019A
KR20200024019A KR1020180100636A KR20180100636A KR20200024019A KR 20200024019 A KR20200024019 A KR 20200024019A KR 1020180100636 A KR1020180100636 A KR 1020180100636A KR 20180100636 A KR20180100636 A KR 20180100636A KR 20200024019 A KR20200024019 A KR 20200024019A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell frame
electrolyte
bipolar plate
cell
common
Prior art date
Application number
KR1020180100636A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102131237B1 (en
Inventor
강경수
배기광
박주식
김종원
정성욱
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020180100636A priority Critical patent/KR102131237B1/en
Publication of KR20200024019A publication Critical patent/KR20200024019A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102131237B1 publication Critical patent/KR102131237B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • C25B9/203—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C25B1/08—
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

The present invention relates to an alkaline water electrolytic cell assembly for improving the structure of a cell frame assembled with a metal plate (bipolar plate) and a separation film constituting a stack unit. In the alkaline water electrolytic cell assembly (100), a plurality of stack units (100) are stacked, having a first cell frame (130A) in which a separation film (110) is assembled and a second cell frame (130B) in which a bipolar plate (120) is assembled, to generate hydrogen and oxygen by the electrolysis of electrolyte solution. The first cell frame (130A) and the second cell frame (130B) have a through unit (131) in which a separation film (110) or a bipolar plate (120) is positioned in the center. A circular common cell frame (130) has the same structure by forming a plurality of electrolyte ducts (132, 133) and gas ducts (134, 135) to be penetrated around the through unit (131), a first flow path (136) communicating with at least one of the through unit (131) and the electrolyte duct (132, 133), and a second flow path (137) communicating with at least one of the through unit (131) and the gas ducts (134, 135) are formed on one surface of the common cell frame (130). The first flow path (136) and the second flow path (137) are symmetrical to each other with respect to the common cell frame (130) and the first cell frame and the second cell frame are arranged to be rotationally symmetric with each other (180°/n; n is a positive integer).

Description

알칼라인 수전해 셀 조립체{Alkaline electrolysis cell assembly}Alkaline electrolysis cell assembly

본 발명은 알칼라인 수전해 셀 조립체에 관한 것으로서, 스택 유닛을 구성하는 분리막과 금속판(바이폴라 플레이트)과 조립되는 셀프레임의 구조를 개선하기 위한 알칼라인 수전해 셀 조립체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alkaline electrolytic cell assembly, and relates to an alkaline electrolytic cell assembly for improving the structure of a cell frame assembled with a separator and a metal plate (bipolar plate) constituting a stack unit.

전기 화학전지는 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 변환하는 장치로서 일반적으로 연료전지(fuel cell)와 전기분해 전지(electrolysis cell)로 분류되며, 예를 들어, 물을 전기분해하여 수소와 산소 가스를 발생시키는 수소 발생장치로 기능할 수 있다. 연료전지는 수소가 전기화학적으로 산소와 반응하여 물을 생성하면서 전극에 전류를 발생시킨다.Electrochemical cells are devices that convert energy changes when chemical changes occur into electrical energy, and are generally classified into fuel cells and electrolysis cells. For example, by electrolyzing water, hydrogen And a hydrogen generator for generating oxygen gas. In fuel cells, hydrogen reacts with oxygen electrochemically to produce water, generating current at the electrodes.

알칼라인 수전해 시스템은 수십 년 동안 상업적으로 사용되고 있다. 알칼라인 수전해 시스템은 액체 전해질이 위치한 두 개의 전극에 직류 전압이 인가되어 양극에서 산소가 생성되고 음극에서 수소가 발생되며, 이온 투과성 분리막이 가스를 분리하게 된다.Alkaline hydraulic systems have been in commercial use for decades. In the alkaline electrolytic system, a direct current voltage is applied to two electrodes where a liquid electrolyte is located, oxygen is generated at the anode, hydrogen is generated at the cathode, and an ion permeable membrane separates the gas.

도 1은 종래기술의 알칼라인 수전해 시스템의 구성을 보여주는 구성도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an alkaline electrolytic system of the prior art.

도 1을 참고하면, 종래기술의 스택 조립체(10)는 바이폴라 플레이트(21)와 분리막(22)으로 구성된 스택 유닛(20)이 다수 개로 적층되어 구성되며, 대단위 설비에서 스택 유닛(20)은 백여 개 이상이 될 수 있다.Referring to FIG. 1, the stack assembly 10 according to the related art is configured by stacking a plurality of stack units 20 composed of a bipolar plate 21 and a separator 22, and in a large-scale facility, the stack unit 20 may have about 100 units. Can be more than

이러한 스택 조립체(10)의 엔드 플레이트인 양극(31)과 음극(32)에 직류 전원(50)이 공급된다. 각 스택 유닛(20)은 분리막(22)에 의해 분리되어 인접한 스택 유닛(20) 사이에서 생성된 수소와 산소가 혼합되는 것을 방지한다.The DC power supply 50 is supplied to the positive electrode 31 and the negative electrode 32, which are end plates of the stack assembly 10. Each stack unit 20 is separated by a separator 22 to prevent mixing of hydrogen and oxygen generated between adjacent stack units 20.

펌프(미도시)에 의해 스택 조립체(10)에는 전해질 용액이 공급되며, 전해질 용액으로는 일정 농도의 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH) 등이 사용된다.An electrolyte solution is supplied to the stack assembly 10 by a pump (not shown), and a predetermined concentration of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), or the like is used.

스택 조립체(10)는 두 개의 채널이 마련되어 각 스택 유닛(20)에 전해질 용액이 공급되며, 각 스택 유닛(20)에 공급된 전해질 용액에 전류가 흐르게 되면 바이폴라 플레이트(21)의 일측 면(양극과 인접한 면; 양극 면)은 양전하가 유도가 되고 타측 면(음극과 인접한 면; 음극 면)은 음전하가 유도된다. The stack assembly 10 is provided with two channels so that an electrolyte solution is supplied to each stack unit 20, and when a current flows through the electrolyte solution supplied to each stack unit 20, one side of the bipolar plate 21 (anode) The positive side is induced on the side adjacent to the positive electrode side and the negative side is induced on the other side (side adjacent to the negative electrode; negative side).

따라서 각 스택 유닛(20)에 공급된 전해질 용액은 바이폴라 플레이트(21)를 따라서 흐르면서 전기 분해가 이루어져 양극 면에서 산소가 발생되고 음극 면에서 수소가 발생된다. 이때, 발생된 산소와 수소는 분리막(22)에 의해 서로 혼합되는 것이 방지되는 반면에 이온은 투과가 가능하여 양극 면과 음극 면 사이에서 전류의 흐름이 발생될 수 있다.Therefore, the electrolyte solution supplied to each stack unit 20 flows along the bipolar plate 21 to undergo electrolysis to generate oxygen at the anode side and hydrogen at the cathode side. At this time, the generated oxygen and hydrogen are prevented from being mixed with each other by the separator 22, while the ions are permeable to allow the flow of current between the anode and cathode surfaces.

이와 같이 각 스택 유닛(20)에서 발생된 수소와 산소는 스택 조립체(10)에 마련된 별도의 채널을 통해 배기가 이루어져 별도의 리저버에 저장된다.As described above, hydrogen and oxygen generated in each stack unit 20 are exhausted through separate channels provided in the stack assembly 10 and stored in separate reservoirs.

이와 같은 종래기술의 스택 조립체(10)는 스택 유닛 사이의 기밀을 위한 가스켓, 스택을 일체로 조립하기 위한 볼트 등과 같은 다수의 구성 부품으로 이루어지며, 또한 용량에 따라서 스택 유닛의 숫자는 현저히 증가할 수 있다.The prior art stack assembly 10 is composed of a plurality of components such as a gasket for hermetic seal between the stack units, bolts for integrally assembling the stack, and the number of stack units may increase significantly depending on the capacity. Can be.

특히 스택 조립체의 조립 과정에서 분리막과 바이폴라 플레이트는 전해질 용액용 유로와 가스(수소/산소) 배출용 유로가 형성된 별도의 프레임을 매개로 하여 조립이 이루어지며, 이러한 프레임은 전극(양극/음극)용 프레임 또는 분리막용 프레임과 바이폴라 플레이트용 프레임으로 각각 별도로 제작된다.In particular, during assembly of the stack assembly, the membrane and the bipolar plate are assembled through a separate frame in which an electrolyte solution flow path and a gas (hydrogen / oxygen) discharge flow path are formed, and such a frame is used for an electrode (anode / cathode). Frames or separator frames and bipolar plates are made separately.

등록특허공보 제10-1769751호(공고일자: 2017.08.21.)Patent Application Publication No. 10-1769751 (Announcement Date: 2017.08.21.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스택 유닛을 구성하는 분리막과 금속판(바이폴라 플레이트)과 조립되는 셀프레임의 구조를 개선하여 공통된 구조를 갖는 셀프레임을 채용하여 부품수를 절감하며, 기밀성을 높일 수 있는 알칼라인 수전해 셀 조립체를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art, by improving the structure of the cell frame assembled with the separator and the metal plate (bipolar plate) constituting the stack unit by adopting a cell frame having a common structure to reduce the number of parts Another object of the present invention is to provide an alkaline electrolytic cell assembly capable of increasing airtightness.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알칼라인 수전해 셀 조립체는, 분리막이 조립되는 제1셀프레임과, 바이폴라 플레이트가 조립되는 제2셀프레임을 갖는 스택 유닛이 복수 개로 적층 형성되어 전해질 용액의 전기 분해에 의해 수소와 산소를 발생시키는 알칼라인 수전해 셀 조립체에 있어서, 상기 제1셀프레임과 상기 제2셀프레임은, 중앙에 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 안착 위치하게 되는 관통부가 형성되고, 상기 관통부의 주변으로 복 수개의 전해질 덕트와 가스 덕트가 관통 형성되어 서로 동형 구조를 갖는 원형의 공통 셀프레임으로서, 상기 관통부와 상기 전해질 덕트 중 적어도 하나와 서로 연통하게 되는 제1유로와, 상기 관통부와 상기 가스 덕트 중 적어도 하나와 서로 연통하게 되는 제2유로가 상기 공통 셀프레임의 일측 면 상에 형성되되, 상기 제1유로와 상기 제2유로는 상기 공통 셀프레임에 대해 서로 좌우 대칭이며, 상기 제1셀프레임과 상기 제2셀프레임은 서로 회전 대칭(180°/n; n은 양의 정수)되게 배치된다.In order to achieve the above object, the alkaline electrolytic cell assembly according to the present invention is formed by stacking a plurality of stack units each having a first cell frame in which a separator is assembled and a second cell frame in which a bipolar plate is assembled. In an alkaline electrolytic cell assembly that generates hydrogen and oxygen by decomposition, the first cell frame and the second cell frame have a penetrating portion in which a separator or bipolar plate is placed at a center thereof, and a periphery of the penetrating portion is formed. A circular common cell frame having a plurality of electrolyte ducts and gas ducts formed therethrough and having a homogeneous structure, the first flow passage communicating with at least one of the through portions and the electrolyte ducts; A second flow passage in communication with at least one of the gas ducts on one side of the common cell frame And the first flow path and the second flow path are symmetrical with respect to the common cell frame, and the first cell frame and the second cell frame are rotationally symmetric with each other (180 ° / n; n is positive). Integer).

바람직하게는, 상기 공통 셀프레임은 상기 제1,2유로가 형성된 반대 면에 상기 관통부를 따라서 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 삽입 위치하게 되는 안착홈이 형성된다.Preferably, the common cell frame is provided with a mounting groove in which a separator or a bipolar plate is inserted along the penetration part on the opposite surface on which the first and second flow paths are formed.

바람직하게는, 상기 전해질 덕트와 상기 가스 덕트는 각각 서로 인접하여 한 쌍으로 구성되어 공통 셀프레임의 회전축에 대해 180°회전 대칭되게 배치된다.Preferably, the electrolyte duct and the gas duct are configured in pairs adjacent to each other and disposed symmetrically by 180 ° with respect to the rotation axis of the common cell frame.

본 발명에 따른 수전해 셀 조립체는, 분리막이 조립되는 제1셀프레임과, 바이폴라 플레이트가 조립되는 제2셀프레임을 갖는 스택 유닛이 복수 개로 적층 형성되어 전해질 용액의 전기 분해에 의해 수소와 산소를 발생시키는 알칼라인 수전해 셀 조립체에 있어서, 상기 제1셀프레임과 상기 제2셀프레임은 복수의 전해질 덕트 및 가스 덕트와, 전해질과 가스의 흐름을 위한 유로 구조가 서로 동형 구조를 갖는 공통 셀프레임에 의해 제공되어 회전 대칭되게 배치되어 적층 조립됨으로써 셀프레임을 따로 제작할 필요 없이 제작 비용을 절감하고 생산성을 높일 수 있다.In the electrolytic cell assembly according to the present invention, a stack unit having a first cell frame in which a separator is assembled and a second cell frame in which a bipolar plate is assembled is formed in a plurality of stacks to form hydrogen and oxygen by electrolysis of an electrolyte solution. In the alkaline electrolytic cell assembly to be generated, the first cell frame and the second cell frame is a plurality of electrolyte ducts and gas ducts, the flow path structure for the flow of the electrolyte and gas in a common cell frame having a homogeneous structure Provided by rotationally symmetrically arranged and laminated assembly, it is possible to reduce manufacturing costs and increase productivity without having to manufacture cell frames separately.

도 1은 종래기술의 알칼라인 수전해 시스템의 구성을 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 알칼라인 수전해 셀 조립체의 분해 사시도,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 공통 셀프레임을 보여주는 평면 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알칼라인 수전해 셀 조립체의 단면 구성도.1 is a block diagram showing a configuration of an alkaline electrolytic system of the prior art,
2 is an exploded perspective view of an alkaline electrolytic cell assembly according to an embodiment of the present invention;
3 to 5 is a plan view showing a common cell frame of the present invention,
Figure 6 is a cross-sectional configuration of an alkaline electrolytic cell assembly according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as limited to the embodiments described herein, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 알칼라인 수전해 셀 조립체(이하, "셀 조립체"로도 약칭함)의 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view of an alkaline electrolytic cell assembly (hereinafter also abbreviated as "cell assembly") in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 셀 조립체(100)는 양단의 엔드 플레이트(101)(102)가 배치되며, 두 엔드 플레이트(101)(102) 사이에 배치되어 분리막(110)이 조립되는 제1셀프레임(130A)과 바이폴라 플레이트(120)가 조립되는 제2셀프레임(130B)로 구성된 스택 유닛(A)(B)이 다수 개 적층된다. 적층되어 구성되는 스택 유닛(A)(B)의 숫자는 용량에 따라서 결정된다. Referring to FIG. 2, the cell assembly 100 according to the present exemplary embodiment includes end plates 101 and 102 disposed at both ends, and is disposed between two end plates 101 and 102 to assemble the separator 110. A plurality of stack units (A) (B) composed of one cell frame 130A and a second cell frame 130B on which the bipolar plates 120 are assembled are stacked. The number of stack units (A) (B) that are stacked and configured is determined according to the capacity.

엔드 플레이트(101)(102)는 각각 직류 전원이 공급되는 양극 단자와 음극 단자 역할을 하며, 엔드 플레이트(101)(102)와 함께 스택 유닛(A)(B)은 볼트 또는 용접 등에 의해 일체로 구성된다.The end plates 101 and 102 serve as positive and negative terminals to which DC power is supplied, respectively, and the stack units A and B together with the end plates 101 and 102 are integrally formed by bolts or welding. It is composed.

스택 유닛(A)(B)은 분리막(110)과 조립되는 제1셀프레임(130A)을 갖는 제1스택 유닛(A)과, 바이폴라 플레이트(120)와 조립되는 제2셀프레임(130B)을 갖는 제2스택 유닛(B)으로 최소 단위로 구성되며, 이러한 스택 유닛(A)(B)이 차례로 적층되어 스택 조립체를 구성한다.The stack unit (A) (B) includes a first stack unit (A) having a first cell frame (130A) assembled with the separator 110, and a second cell frame (130B) assembled with the bipolar plate (120). The second stack unit (B) having a minimum unit, and these stack units (A) (B) are sequentially stacked to form a stack assembly.

바람직하게는, 제1스택 유닛(A)과 제2스택 유닛(B) 사이에는 기밀을 위한 주지의 가스켓(140)이 구비된다.Preferably, a known gasket 140 is provided between the first stack unit A and the second stack unit B for airtightness.

특히 본 발명에서 제1스택 유닛(A)을 구성하는 제1셀프레임(130A)과 제2스택 유닛(B)을 구성하는 제2셀프레임(130B)은 서로 동형 구조(크기, 형상)를 가지며, 제1셀프레임(130A)과 제2셀프레임(130B)은 서로 회전축 방향에 대해 180° 회전 대칭되게 배치됨을 특징으로 한다. 참고로 이하 설명에서 제1셀프레임(130A)과 제2셀프레임(130B)은 별도의 구분이 필요하지 않으면 공통 셀프레임(130)으로 지칭한다.In particular, in the present invention, the first cell frame 130A constituting the first stack unit A and the second cell frame 130B constituting the second stack unit B have a homogeneous structure (size and shape). The first cell frame 130A and the second cell frame 130B are disposed to be symmetrically rotated by 180 ° with respect to the rotation axis direction. For reference, in the following description, the first cell frame 130A and the second cell frame 130B are referred to as a common cell frame 130 unless a separate division is required.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 공통 셀프레임을 보여주는 평면 구성도이다.3 to 6 are plan views showing a common cell frame of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 실시예의 공통 셀프레임(130)은 전체가 원형의 디스크로서, 중앙에 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 안착 위치하게 되는 관통부(131)가 형성되며, 또한 일측 면 상에 관통부(131)의 주변으로 관통 형성된 두 개의 전해질 덕트(132)(133) 및 두 개의 가스 덕트(134)(135)와, 관통부(131)와 전해질 덕트(132)(133) 중의 하나와 연통하게 되는 제1유로(136)와, 관통부(131)와 가스 덕트(134)(135) 중의 하나와 연통하게 되는 제2유로(137)가 마련된다.Referring to FIG. 3, the common cell frame 130 of the present embodiment is a circular disk in its entirety, and has a penetrating portion 131 formed at a center thereof in which a separator or bipolar plate is seated, and a penetrating portion on one side thereof. Two electrolyte ducts 132 and 133 and two gas ducts 134 and 135 formed through the periphery of 131 and in communication with one of the through portions 131 and the electrolyte ducts 132 and 133. The first passage 136 is provided, and the second passage 137 is provided to communicate with one of the through part 131 and the gas ducts 134 and 135.

바람직하게는, 제1유로(136)와 제2유로(137)는 공통 셀프레임(130)의 회전축(C1)을 관통하는 동일 평면 상의 중심축(C2)에 대해 대칭되게 마련된다.Preferably, the first passage 136 and the second passage 137 are provided symmetrically with respect to the central axis C2 on the same plane that passes through the rotation axis C1 of the common cell frame 130.

본 실시예에서 두 개의 전해질 덕트(132)(133)는 적층 구성된 공통 셀프레임(130)을 따라서 연속된 채널을 형성하여 전해질의 공급이 이루어지며, 각각의 가스 덕트(134)(135)는 수소와 산소의 배출을 위한 채널의 역할을 한다.In this embodiment, the two electrolyte ducts 132 and 133 form a continuous channel along the stacked common cell frame 130 to supply electrolyte, and each gas duct 134 and 135 is hydrogen. And act as a channel for the release of oxygen.

참고로, 도 2에서는 이해를 돕기 위하여 각 덕트(132)(133)(134)(135)를 구분하여 전해질 덕트와 가스 덕트로 지칭하고 있으나, 각 덕트는 절대적으로 전해질 용액과 가스의 흐름을 위한 것이 아니며, 다음에서 다시 구체적으로 설명하겠으나 공통 셀프레임의 배치 위치에 따라서 각 공통 셀프레임의 덕트를 흐르게 되는 매체(전해질/가스)는 변경될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.For reference, in FIG. 2, each of the ducts 132, 133, 134, and 135 is referred to as an electrolyte duct and a gas duct for the purpose of understanding, but each duct is absolutely used for the flow of electrolyte solution and gas. It will be described in detail later, but it will be understood that the medium (electrolyte / gas) flowing through the duct of each common cell frame may be changed according to the arrangement position of the common cell frame.

도 4는 도 3에 도시된 공통 셀프레임(130)을 회전축(C1) 방향으로 180°회전시킨 상태를 보여주고 있으며, 각 덕트(132)(133)(134)(135)의 상대적 배치는 동일하게 유지되고 각 유로(136)(137)의 배치가 달라진다.FIG. 4 illustrates a state in which the common cell frame 130 shown in FIG. 3 is rotated 180 ° in the direction of the rotation axis C1, and the relative arrangement of each of the ducts 132, 133, 134, and 135 is the same. And the arrangement of each flow path 136 and 137 is different.

따라서 분리막 또는 바이폴라 플레이트와 조립되는 공통 셀프레임을 적층 조립할 때 서로 인접한 공통 셀프레임이 180°회전 대칭되게 적층 조립함으로써 각 스택 유닛에서 발생되는 수소 가스와 산소 가스의 배출 채널을 구분할 수가 있다.Therefore, when stacking a common cell frame assembled with a separator or a bipolar plate, the common cell frames adjacent to each other are laminated in a 180 ° rotational symmetry to distinguish hydrogen gas and oxygen gas discharge channels generated from each stack unit.

도 5는 도 3에 도시된 공통 셀프레임(130)의 배면 구성도로서, 공통 셀프레임(130)은 제1,2유로가 형성된 반대 면에 관통부(131)를 따라서 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 삽입 위치하게 되는 안착홈(131a)이 형성될 수 있다.5 is a rear configuration diagram of the common cell frame 130 shown in FIG. 3, in which the separator or bipolar plate is inserted into the common cell frame 130 along the through part 131 on the opposite side where the first and second flow paths are formed. The mounting groove 131a may be formed.

이와 같이 셀프레임의 일측 면에 전해질 또는 가스의 흐름을 위한 유로를 형성하며, 그 반대 면에 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 안착되어 기밀(sealing) 유지를 위한 안착홈이 형성됨으로써 기밀 유지를 위한 구조(안착홈)과 분리막(또는 바이폴라 플레이트)가 서로 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.As such, a flow path for the flow of electrolyte or gas is formed on one side of the cell frame, and a separation groove or bipolar plate is seated on the opposite side to form a seating groove for sealing. The groove) and the separator (or bipolar plate) can prevent interference with each other.

도 6은 도 3의 d-d선에 대응되는 셀 조립체의 단면 구성도로서, 양단의 엔드 플레이트는 생략되어 있다.FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a cell assembly corresponding to line d-d of FIG. 3, and end plates at both ends thereof are omitted.

도 6에 예시된 것과 같이, 셀 조립체는 동형의 공통 셀프레임에 의해 제공되어 분리막(110)과 바이폴라 플레이트(120)와 조립되는 제1셀프레임(130A)과 제2셀프레임(130B)을 포함하는 제1스택 유닛(A)과 제2스택 유닛(B)이 차례로 적층 형성된 스택 구조를 가지며, 이때 제1셀프레임(130A)과 제2셀프레임(130B)은 서로 180°회전 대칭되게 배치된다.As illustrated in FIG. 6, the cell assembly includes a first cell frame 130A and a second cell frame 130B provided by a common cell frame of the same type and assembled with the separator 110 and the bipolar plate 120. The first stack unit (A) and the second stack unit (B) has a stack structure formed by stacking one after another, wherein the first cell frame (130A) and the second cell frame (130B) are disposed to be symmetrically rotated by 180 ° .

따라서 각 셀프레임의 전해질 덕트(132)를 따라서 형성된 전해질 채널을 따라서 전해질 용액이 공급되며, 이때 각 셀프레임에 마련된 두 개의 전해질 덕트 중 어느 하나와 연통된 각 유로를 통해 전해질 용액이 공급된다.Therefore, the electrolyte solution is supplied along the electrolyte channel formed along the electrolyte duct 132 of each cell frame, and the electrolyte solution is supplied through each flow passage communicating with any one of the two electrolyte ducts provided in each cell frame.

한편, 셀 조립체에 인가된 직류 전원에 의해 바이폴라 플레이트(120)의 양측 면에 각각 양극 면과 음극 면이 형성되어 전기 분해가 이루어져 가스 덕트를 통해 각각 산소 가스와 수소 가스가 배출된다. 도 6에서는 전기 분해에 의해 발생된 수소 가스가 제2유로(137)와 연통된 수소 덕트(134)를 통해 배출되는 것을 보여주고 있다.Meanwhile, positive and negative electrodes are formed on both sides of the bipolar plate 120 by DC power applied to the cell assembly, and electrolysis is performed to discharge oxygen gas and hydrogen gas through the gas duct. FIG. 6 shows that the hydrogen gas generated by the electrolysis is discharged through the hydrogen duct 134 communicating with the second flow passage 137.

서로 인접한 제1스택 유닛(A)과 제2스택 유닛(B) 사이에는 기밀을 위한 가스켓(140)이 삽입되며, 또한 공통 셀프레임의 유로 형성면과 분리막(또는 바이폴라 플레이트)이 안착 위치하는 면을 공통 셀프레임의 서로 반대 면에 배치함으로써 분리막(또는 바이폴라 플레이트)과 유로가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있으며, 분리막과 바이폴라 플레이트는 적층되는 공통 셀프레임에 의해 압착되어 기밀성을 높일 수가 있다.The gasket 140 for airtightness is inserted between the first stack unit A and the second stack unit B adjacent to each other, and the surface on which the flow path forming surface and the separator (or bipolar plate) of the common cell frame are placed. By placing on the opposite sides of the common cell frame can prevent the separation membrane (or bipolar plate) and the flow path to interfere with each other, the separation membrane and the bipolar plate can be compressed by the stacked common cell frame can be improved airtightness.

한편 본 실시예에서는 두 개의 전해질 덕트와 두 개의 가스 덕트를 갖는 공통 셀프레임을 예시하여 설명하였으나, 전해질 덕트와 가스 덕트의 숫자는 두 개 이상으로 구성될 수 있으며, 이때 각 덕트의 위치는 공통 셀프레에 대해 좌우 대칭되게 배치되어 회전축 방향으로 회전 대칭(180°/n; n은 양의 정수)되게 배치되는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Meanwhile, in the present embodiment, the common cell frame having two electrolyte ducts and two gas ducts has been described by way of example, but the number of the electrolyte ducts and the gas ducts may be two or more, and the position of each duct is a common self. It is to be understood that various modifications can be made within the range of being arranged symmetrically with respect to the ledge and being arranged symmetrically in the direction of the rotation axis (180 ° / n; n is a positive integer).

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 또한 본 실시예들에서는 이해를 돕기 위하여 각 실시예들을 구별하여 설명하였으나, 각 실시예들은 서로 양립 가능한 범위 내에서 조합될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of. In addition, in the present embodiments, the embodiments have been separately described for clarity, but it should be understood that the embodiments may be combined within a range compatible with each other.

100 : 셀 조립체 110 : 분리막
120 : 바이폴라 플레이트 130 ; 공통 셀프레임
131 : 관통부 131a : 안착홈
132, 133 : 전해질 덕트 134, 135 : 가스 덕트
136 : 제1유로 137 : 제2유로
140 : 가스켓100 cell assembly 110 separator
120: bipolar plate 130; Common cellframe
131: penetrating portion 131a: seating groove
132, 133: electrolyte duct 134, 135: gas duct
136: first euro 137: second euro
140: gasket

Claims (3)

분리막이 조립되는 제1셀프레임과, 바이폴라 플레이트가 조립되는 제2셀프레임을 갖는 스택 유닛이 복수 개로 적층 형성되어 전해질 용액의 전기 분해에 의해 수소와 산소를 발생시키는 알칼라인 수전해 셀 조립체에 있어서,
상기 제1셀프레임과 상기 제2셀프레임은,
중앙에 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 안착 위치하게 되는 관통부가 형성되고, 상기 관통부의 주변으로 복 수개의 전해질 덕트와 가스 덕트가 관통 형성되어 서로 동형 구조를 갖는 원형의 공통 셀프레임으로서, 상기 관통부와 상기 전해질 덕트 중 적어도 하나와 서로 연통하게 되는 제1유로와, 상기 관통부와 상기 가스 덕트 중 적어도 하나와 서로 연통하게 되는 제2유로가 상기 공통 셀프레임의 일측 면 상에 형성되되, 상기 제1유로와 상기 제2유로는 상기 공통 셀프레임에 대해 서로 좌우 대칭이며, 상기 제1셀프레임과 상기 제2셀프레임은 서로 회전 대칭(180°/n; n은 양의 정수)되게 배치됨을 특징으로 하는 알칼라인 수전해 셀 조립체.In an alkaline electrolytic cell assembly in which a plurality of stack units having a first cell frame in which a separator is assembled and a second cell frame in which a bipolar plate are assembled are stacked and formed to generate hydrogen and oxygen by electrolysis of an electrolyte solution,
The first cell frame and the second cell frame,
A through-hole having a separator or bipolar plate seated therein is formed in the center thereof, and a plurality of electrolyte ducts and gas ducts are formed through the periphery of the through-holes. A first flow passage communicating with at least one of the electrolyte ducts and a second flow passage communicating with at least one of the through portion and the gas duct are formed on one side of the common cell frame. And the second flow path are symmetrical to each other with respect to the common cell frame, and the first cell frame and the second cell frame are disposed to be rotationally symmetrical with each other (180 ° / n; n is a positive integer). Alkaline hydrophilic cell assembly. 제1항에 있어서, 상기 공통 셀프레임은 상기 제1,2유로가 형성된 반대 면에 상기 관통부를 따라서 분리막 또는 바이폴라 플레이트가 삽입 위치하게 되는 안착홈이 형성됨을 특징으로 하는 알칼라인 수전해 셀 조립체.2. The alkaline electrolytic cell assembly of claim 1, wherein the common cell frame has a mounting groove in which a separator or a bipolar plate is inserted along the penetration part on an opposite surface on which the first and second flow paths are formed. 제1항에 있어서, 상기 전해질 덕트와 상기 가스 덕트는 각각 서로 인접하여 한 쌍으로 구성되어 공통 셀프레임의 회전축에 대해 180°회전 대칭되게 배치됨을 특징으로 하는 알칼라인 수전해 셀 조립체.2. The alkaline electrolytic cell assembly of claim 1, wherein the electrolyte duct and the gas duct are arranged in pairs adjacent to each other and disposed symmetrically by 180 ° with respect to a rotation axis of a common cell frame.
KR1020180100636A 2018-08-27 2018-08-27 Alkaline electrolysis cell assembly KR102131237B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180100636A KR102131237B1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Alkaline electrolysis cell assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180100636A KR102131237B1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Alkaline electrolysis cell assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200024019A true KR20200024019A (en) 2020-03-06
KR102131237B1 KR102131237B1 (en) 2020-07-07

Family

ID=69802435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180100636A KR102131237B1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Alkaline electrolysis cell assembly

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102131237B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146111A (en) 2020-05-26 2021-12-03 중앙대학교 산학협력단 Knife type Flow structure for PEM water electrolyzer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000010688A (en) * 1996-05-07 2000-02-25 데노라 니콜로 Bipolar plate for filter press electrolyzers
JP2001011680A (en) * 1999-06-30 2001-01-16 Shinko Pantec Co Ltd Electrolytic cell of hydrogen/oxygen generator and electrode plate therefor
KR200285556Y1 (en) * 2002-05-17 2002-08-13 김우섭 Electrolyzer
WO2009142653A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Parker-Hannifin Corporation Electrolytic cell stack with proton exchange membrane interlock sealing gasket
KR101769751B1 (en) 2016-08-24 2017-08-21 (주)엘켐텍 Electrochemical stack having electrochemical reaction chamber frame

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000010688A (en) * 1996-05-07 2000-02-25 데노라 니콜로 Bipolar plate for filter press electrolyzers
JP2001011680A (en) * 1999-06-30 2001-01-16 Shinko Pantec Co Ltd Electrolytic cell of hydrogen/oxygen generator and electrode plate therefor
KR200285556Y1 (en) * 2002-05-17 2002-08-13 김우섭 Electrolyzer
WO2009142653A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Parker-Hannifin Corporation Electrolytic cell stack with proton exchange membrane interlock sealing gasket
KR101769751B1 (en) 2016-08-24 2017-08-21 (주)엘켐텍 Electrochemical stack having electrochemical reaction chamber frame

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146111A (en) 2020-05-26 2021-12-03 중앙대학교 산학협력단 Knife type Flow structure for PEM water electrolyzer

Also Published As

Publication number Publication date
KR102131237B1 (en) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11879180B2 (en) Expanded ion-exchange membrane electrolysis cell
DK1051766T3 (en) Redox flow battery system and cell stack
JP2014182967A (en) Resin-framed electrolyte membrane and electrode structure for fuel cell
JP2016089229A (en) Differential pressure high pressure water electrolysis device
US20150236360A1 (en) Electrochemical cell with protector gasket arrangement
JP2005005196A (en) Fuel cell system
JP2012177169A (en) High-pressure hydrogen producing apparatus
US10435315B2 (en) Modular manifold for an electrolyzed water processor
KR101151808B1 (en) Electrolytic cell with enhanced electrolysis function
JP6895368B2 (en) Electrochemical cell stack, fuel cell and hydrogen generator
KR102131237B1 (en) Alkaline electrolysis cell assembly
JP4852157B2 (en) Water electrolysis equipment
CN113261147A (en) Flow field plate and compressor comprising such a plate
JP2013161550A (en) Fuel cell stack
JP5046615B2 (en) Fuel cell
JP2004071230A (en) Fuel cell stack
KR101301824B1 (en) Separator for Fuel Cell
JP2005216700A (en) Fuel cell stack, separator intermediate body and method of manufacture for separator
JP6748451B2 (en) Fuel cell stack
JP2004281089A (en) Fuel cell
KR20190019613A (en) Unit cell for fuel cell and fuel cell stack having the same
WO2023233740A1 (en) Membrane electrode assembly, electrolysis cell, electrolysis device, and method for producing membrane electrode assembly
JP5095715B2 (en) Water electrolysis equipment
CN116613336A (en) Fuel cell bipolar plate
JP2004273361A (en) Fuel cell

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
GRNT Written decision to grant