KR20200104455A - 연료전지용 분리판 - Google Patents

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KR20200104455A
KR20200104455A KR1020190022392A KR20190022392A KR20200104455A KR 20200104455 A KR20200104455 A KR 20200104455A KR 1020190022392 A KR1020190022392 A KR 1020190022392A KR 20190022392 A KR20190022392 A KR 20190022392A KR 20200104455 A KR20200104455 A KR 20200104455A
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Abstract

본 발명은 연료전지용 분리판에 관한 것으로, 패널 형상을 가지고, 연료전지의 기체확산층과 마주하게 배치되는 베이스부와, 베이스부 상에 돌출되게 형성되고, 기체확산층과 접하는 접속돌기부와, 접속돌기부의 사이에 형성되고, 기체가 통과되는 유로부와, 수분을 흡수가능한 다공성 구조를 가지고, 접속돌기부와 베이스부에 결합되는 다공커버부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 분리판{SEPERATOR FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료전지용 분리판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지에 이용되는 기체의 유로를 형성하는 연료전지용 분리판에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 전해질과 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 전극으로 이루어진 막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)의 양측에 기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)과 분리판(separator)이 적층된 단위전지 구조를 가지며, 이러한 단위전지 복수개가 직렬로 연결된 것을 연료전지 스택(fuel cell stack)이라고 한다.
기체확산층과 분리판의 사이에는 기체가 공급, 유동되는 유로가 형성된다. 이때 기체로는 공기, 산소 등의 산화제나, 수소, 메탄, 질소, 개질 가스 등의 연료가 적용될 수 있다. 유로 상에는 가습된 기체에 함유된 수분이나, 연료전지의 반응과정에서 생성된 수분이 존재하게 되고, 이러한 수분이 유로부의 외부로 원활하게 배출되지 않고 액적의 형태로 뭉쳐지는 경우, 기체확산층과 기체의 반응면적이 감소되면서 연료전지 성능이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허등록번호 제1684115호(2016.12.01 등록, 발명의 명칭: 연료전지용 다공성 분리판)에 개시되어 있다.
본 발명은 수분의 축적, 정체로 인한 연료전지의 성능저하와, 기체 공급을 위한 블로우 동력의 손실을 해결할 수 있는 연료전지용 분리판을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판은, 패널 형상을 가지고, 연료전지의 기체확산층과 마주하게 배치되는 베이스부; 상기 베이스부 상에 돌출되게 형성되고, 상기 기체확산층과 접하는 접속돌기부; 상기 접속돌기부의 사이에 형성되고, 기체가 통과되는 유로부; 및 수분을 흡수가능한 다공성 구조를 가지고, 상기 접속돌기부와 상기 베이스부에 결합되는 다공커버부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접속돌기부는, 전도성 소재를 포함하여 이루어지고, 복수개가 설정간격을 두고 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접속돌기부는, 돌기 형상을 가지고, 종방향 및 횡방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로부는, 상기 베이스부의 일측에 형성되고, 상기 기체확산층과 상기 베이스부의 사이로 기체가 유입되는 유입구를 이루는 기체유입부; 상기 베이스부의 타측에 형성되고, 상기 기체확산층과 상기 베이스부의 사이를 통과한 기체가 배출되는 배출구를 이루는 기체배출부; 및 상기 접속돌기부의 사이에 중공되게 형성되고, 상기 기체유입부로부터 상기 기체배출부를 향하는 기류가 조성되는 유동유로부;를 포함하고, 상기 접속돌기부는, 상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이를 가로지르는 횡방향으로 복수개가 배치되어 이루는 제1열돌기부; 및 상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이에 상기 제1열돌기부와 나란하게 형성되는 제2열돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다공커버부는, 다공성 구조를 가지는 막을 상기 베이스부와 상기 접속돌기부에 커버링하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다공커버부는, 다공성 구조를 가지는 소재를 상기 베이스부와 상기 접속돌기부에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다공커버부는, 다공성 구조를 가지고, 상기 접속돌기부에 결합되는 지류다공부; 및 다공성 구조를 가지고, 상기 베이스부에 결합되며, 상기 지류다공부와 연결되는 본류다공부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지류다공부는, 상기 접속돌기부의 둘레부에 상기 접속돌기부의 돌출방향을 따라 연장되게 형성되고, 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지는 연장다공부; 상기 연장다공부의 일단부에 형성되고, 상기 기체확산층과 접하는 흡수다공부; 및 상기 연장다공부의 타단부에 형성되고, 상기 본류다공부와 접하며, 상기 연장다공부 상의 수분을 상기 본류다공부로 전달하는 전달다공부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로부는, 상기 베이스부의 일측에 형성되는 기체유입부; 상기 베이스부의 타측에 형성되는 기체배출부; 및 상기 접속돌기부의 사이에 중공되게 형성되고, 상기 기체유입부로부터 상기 기체배출부를 향하는 기류가 조성되는 유동유로부;를 포함하고, 상기 본류다공부는, 상기 접속돌기부의 둘레부에 형성되고, 상기 지류다공부와 접하는 유입다공부; 복수개의 상기 유입다공부를 연결하고, 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지는 유도다공부; 및 상기 유도다공부와 연결되고, 상기 기체배출부와 접하는 배출다공부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유도다공부는, 상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이에 기체 유동의 최단경로를 따라 연장되게 형성되는 메인유도부; 및 상기 베이스부의 가장자리부에 상기 메인유도부와 연속하여 형성되고, 상기 메인유도부와 함께 상기 베이스부를 커버링하는 확장유도부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판은, 접속돌기부에 의해 기체확산층에 대한 지지 강성과 전기전도성을 확보함과 동시에, 베이스부의 전반에 걸쳐 기체확산층과의 사이에 기체의 유동 통로를 이루는 유로부를 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 베이스부 상에 접속돌기부를 형성하고, 베이스부와 접속돌기부의 표면에 다공성 구조를 가지는 다공커버부를 커버링하는 간단한 공정에 의해 용이하게 제작가능하고, 다공성 구조체 자체를 주요 골조로 하는 경우와 비교해 가공성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 기체와 함께 유로부로 유입되거나 연료전지의 반응과정에서 유로부 상에 생성된 수분이, 분리판의 일측에 정체, 유지되는 일 없이 다공커버부에 즉각적으로 흡수되고, 다공성 구조를 가지는 다공커버부의 모세관 작용과, 기체의 유동에 의해 유로부의 외부로 능동적으로 유도, 배출될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은, 기체의 유동이 수분의 정체, 유지로 인한 압력 손실없이 분리판의 전반에 걸쳐 원활하게 이루어질 수 있어, 기체 유동을 위한 블로우 동력의 효율성을 향상시킬 수 있고, 응집된 수분으로 인해 기체확산층의 반응면적이 감소됨에 따른 연료전지의 성능저하를 방지할 수 있어, 연료전지의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판이 적용된 연료전지용 셀의 요부 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 B-B'선 단면도이다.
도 5는 도 3의 C-C'선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 상에서의 공기 유동을 설명하고자 도시한 도시한 개념도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판이 적용된 연료전지용 셀의 요부 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 셀(1)은 막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)(3), 기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)(4), 분리판(2), 가스켓(5)을 포함한다.
막전극접합체(3)는 고분자 전해질막과, 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층(공기극 및 연료극)을 포함한다. 분리판(2)은 기체확산층(4)을 사이에 두고 막전극접합체(3)의 양측에 배치된다. 가스켓(5)은 막전극접합체(3)와 분리판(2)의 사이에 개재된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 기체확산층(4)과 연료전지용 분리판(2)의 사이에는 기체가 유동되는 유로를 이루는 유로부(30)가 형성된다. 이때 기체로는 공기, 산소 등의 산화제나, 수소, 메탄, 질소, 개질 가스 등의 연료가 적용될 수 있다. 유로부(30) 상에는 이러한 기체와 함께, 연료전지의 반응과정에서 생성된 수분 또는 기체에 함유된 수분이 존재하게 된다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 연료전지용 분리판(2)은 상기와 같이 수분이 축적되거나 액적의 형태로 뭉쳐지면서 유로부(30)의 일부를 폐쇄하거나, 기체확산층(4)에 부착되면서 기체확산층(4)과 기체간의 반응면적이 감소되는 것을 해결하기 위해, 능동적으로 수분을 흡수하여 유로부(30)의 외부로 유도, 배출시킬 수 있는 다공성 구조를 가진다. 도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판(2)은 베이스부(10), 접속돌기부(20), 유로부(30), 다공커버부(40)를 포함한다.
베이스부(10)는 패널 형상을 가지고 기체확산층(4)과 마주하게 배치된다. 접속돌기부(20)는 베이스부(10) 상에 기체확산층(4)측으로 돌출되게 형성된다. 분리판(2)과 기체확산층(4)이 상호 조립된 상태에서, 접속돌기부(20)는 기체확산층(4)과 접한다.
베이스부(10)와 접속돌기부(20)는 연료전지에서 전극반응으로 생성된 전자(electron)가 분리판(2)을 통해서 이동가능하게, 일체로 연결된 구조를 가지고, 전도성 소재를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 베이스부(10)와 접속돌기부(20)는 금속재, 카보네이트 등의 소재를 포함할 수 있다.
접속돌기부(20)는 돌기 형상을 가지는 복수개가 설정간격을 두고 이격되게 배치된다. 접속돌기부(20)를 돌기 형상으로 형성함에 있어서는, 각각의 접속돌기부(20)는 0.5~1mm의 너비, 돌출높이를 가질 수 있다. 유로부(30)는 접속돌기부(20)의 사이에 중공되게 형성된다. 도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유로부(30)는 기체유입부(31), 기체배출부(32), 유동유로부(33)를 포함한다.
기체유입부(31)는 베이스부(10)의 일측에 형성되고, 기체확산층(4)과 베이스부(10)의 사이로 기체가 유입되는 유입구를 이룬다. 기체배출부(32)는 베이스부(10)의 타측에 형성되고, 기체확산층(4)과 베이스부(10)의 사이를 통과한 기체가 배출되는 배출구를 이룬다.
유동유로부(33)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이에, 보다 구체적으로는, 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이에 배치되는 복수개의 접속돌기부(20) 사이에 중공되게 형성된다. 유동유로부(33) 상에는 기체유입부(31)로부터 기체배출부(32)를 향하는 기류가 조성된다.
다공커버부(40)는 수분을 흡수 및 함유가능한 다공성 구조를 가지고, 접속돌기부(20)와 베이스부(10)에 결합된다. 일반적으로 관이 가늘수록, 틈이 좁을수록 모세관 현상(capillarity)에 의한 수분의 이동성이 보다 원활하다. 다공커버부(40)는 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 관체를 이루는 다공성 구조를 가진다.
다공커버부(40)는 다공성 구조를 가지는 막을 베이스부(10)와 접속돌기부(20)에 커버링하여 형성될 수 있다. 여기서, 막은 섬유, 시트, 필름 등과 같이 외력에 의해 유연하게 휘어지거나 형태가 변형될 수 있는 특성을 가지는 소재를 통칭한다. 이러한 다공커버부(40)의 소재는, 수분의 흡수, 이동성을 구현가능하다면, 공지기술을 포함하여 특정하게 한정되지 않는다.
또한, 다공커버부(40)는 설정두께로 도포된 상태에서 다공성 구조를 구현가능한 도포재를 베이스부(10)와 접속돌기부(20)의 표면에 도포하여 형성될 수도 있다. 여기서, 도포재로는 도포, 건조 시 입자들 사이에 공극이 형성되는 다공성 입자를 포함하는 액체, 겔을 적용할 수 있다. 이러한 다공커버부(40)의 소재는, 수분의 흡수, 이동성을 구현가능하다면, 공지기술을 포함하여 특정하게 한정되지 않는다.
도 4는 도 3의 B-B'선 단면도이고, 도 5는 도 3의 C-C'선 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 분리판 상에서의 공기 유동을 설명하고자 도시한 도시한 개념도이다.
도 2, 도 3, 도 5를 참조하면, 접속돌기부(20)는 돌기 형상을 가지는 복수개가 종방향 및 횡방향으로 배열된 구조를 가진다. 여기서, 종방향은 제1방향을 의미하고, 횡방향은 이와 직각되는 제2방향을 의미한다. 예를 들어, 제1방향은 기체유입부(31)에서 기체배출부(32)를 향하는 방향으로, 즉 기체의 주요 유동방향으로 설정될 수 있고, 제2방향은 이를 가로지르는 방향으로 설정될 수 있다.
복수개의 접속돌기부(20)가 베이스부(10)의 전반에 걸쳐 종방향 및 횡방향으로 배치됨에 따라, 유동유로부(33)를 종방향으로 진행 중인 기체는 접속돌기부(20)에 가로막혀 일부가 횡방향으로 분기되고, 분기된 각 기류가 이웃한 다른 기류와, 보다 구체적으로는 횡방향 내지 종방향으로 유동 중인 다른 기류와 합류되고, 다시 다른 접속돌기부(20)에 가로막혀 분기되는 것을 반복하는 유동의 형태를 가지게 된다.
본 발명에 따른 접속돌기부(20)의 배치에 의하면, 기체의 유동이 베이스부(10)의 일측에 정체되는 일 없이 상기와 같은 형태로 베이스부(10)의 전반에 걸쳐 원활하게 이루어지게 된다. 이와 같이 복수개의 접속돌기부(20)를 종방향 및 횡방향으로 배열함에 있어서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1열돌기부(21), 제2열돌기부(22), 제3열돌기부(23)를 포함할 수 있다.
제1열돌기부(21)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이를 가로지르는 횡방향으로 제1열(L1)을 이루어 배치된다. 복수개의 접속돌기부(20) 중 제1열돌기부(21)는 제1설정간격을 두고 상호 이격되게 배치된다. 제2열돌기부(22)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이에 제1열(L1)과 나란한 제2열(L2)을 이루어 배치되되, 제1열돌기부(21)와 종방향 및 횡방향으로 엇갈리게 배치된다.
제3열돌기부(23)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이에 제1열(L1), 제2열(L2)과 나란한 제3열(L3)을 이루어 배치되되, 제2열돌기부(22)와 종방향 및 횡방향으로 엇갈리게 배치된다. 복수개의 접속돌기부(20) 중 제2열돌기부(22)는 제2설정간격을 두고 상호 이격되게 배치된다. 복수개의 접속돌기부(20) 중 제3열돌기부(23)는 제3설정간격을 두고 상호 이격되게 배치된다.
여기서, 제1설정간격, 제2설정간격, 제3설정간격은 제1열돌기부(21), 제2열돌기부(22), 제3열돌기부(23)의 크기, 형상에 따라 서로 다르게 적용될 수 있고, 상호 동일하게 적용될 수도 있으며, 연료전지의 사양에 따라 다양하게 가변 적용될 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다공커버부(40)는 지류다공부(41)와 본류다공부(45)를 포함한다.
지류다공부(41)는 다공성 구조를 가지고, 접속돌기부(20)에 결합된다. 본류다공부(45)는 다공성 구조를 가지고, 베이스부(10)에 결합되며, 지류다공부(41)와 연결된다. 지류다공부(41)로 흡수된 수분은 본류다공부(45)측으로 유동되고, 본류다공부(45)로 유입된 수분은 기체배출부(32)측으로 유동, 배출된다. 연료연지의 반응 과정에서 생성된 수분은 지류다공부(41)에 해당되는 복수개의 지류를 따라 본류다공부(45)에 해당되는 본류로 합류되어 기체배출부(32)를 통해 유로부(30)의 외부로 최종 배출된다.
모세관 현상에 의하면, 수분이 상대적으로 많은 쪽에서 수분이 상대적으로 적은 쪽으로 수분의 유동이 발생된다. 유동유로부(33)와 다공커버부(40) 상에는 연료전지의 반응과정에서 생성된 수분 또는 기체에 함유된 수분이 존재하고, 이와 비교해, 기체배출부(32)는 유로부(30) 외부의 대기와 접한다.
이에 따라, 본류다공부(45) 상에는 상기와 같이 모세관 현상에 의해 기체배출부(32)측을 향하는 수분의 유동이 자연히 발생된다. 이에 더해, 기체유입부(31)로부터 유동유로부(33)를 거쳐 기체배출부(32)를 향하는 기류가, 상기와 같은 수분의 유동성에 보조적으로 추진력을 부여하게 되므로, 상기와 같은 수분의 유동, 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
이러한 작용에 의해 수분이 분리판(2)의 일측에 정체, 유지되는 일 없이 다공커버부(40)를 통해 유로부(30)의 외부로 원활하게 유도, 배출될 수 있고, 이에 따라 수분의 정체, 유지로 인한 압력 손실없이 기체의 유동이 분리판(2)의 전반에 걸쳐 원활하게 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지류다공부(41)는 연장다공부(42), 흡수다공부(43), 전달다공부(44)를 포함한다.
연장다공부(42)는 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지고, 접속돌기부(20)의 둘레부에 접속돌기부(20)의 돌출방향을 따라 연장되게 형성된다. 흡수다공부(43)는 기체확산층(4)과 접하는 연장다공부(42)의 일단부에 형성된다. 전달다공부(44)는 본류다공부(45)와 접하는 연장다공부(42)의 타단부에 형성된다.
기체확산층(4)이 소수성의 성질을 가짐에 따라, 연료전지의 반응과정에서 생성된 수분은 기체확산층(4)의 외면부(표면) 내지 친수성의 성질을 가지는 접속돌기부(20)의 둘레부에 주요하게 생성, 응집된다. 이러한 수분은 기체확산층(4)과 접하는 흡수다공부(43)로 흡수되고, 연장다공부(42)를 타고 전달다공부(44)측으로 유동되어, 전달다공부(44)를 통해 본류다공부(45)로 전달된다.
도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 본류다공부(45)는 유입다공부(46), 유도다공부(47), 배출다공부(48)를 포함한다.
유입다공부(46)는 본류다공부(45) 중 지류다공부(41)와 접하는 부분으로, 접속돌기부(20)의 둘레부에 형성된다. 유도다공부(47)는 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지고, 복수개의 유입다공부(46) 사이에 연속하여 형성되어 복수개의 유입다공부(46)를 상호 연결한다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유도다공부(47)는 메인유도부(471)와 확장유도부(472)를 포함한다.
메인유도부(471)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)의 사이에 기체 유동의 최단경로를 따라 연장되게 형성된다. 메인유도부(471)는 기체유입부(31)와 기체배출부(32)가 단부에 위치되는 타원형 내지 마름모꼴 형상의 범위에 걸쳐, 베이스부(10)의 중앙부를 가로지르는 형태로 형성된다.
확장유도부(472)는 베이스부(10)의 가장자리부에 메인유도부(471)와 연속하여 형성된다. 메인유도부(471)와 확장유도부(472)는 함께 베이스부(10)의 전반을 커버링한다. 베이스부(10)의 전반에 걸쳐 접속돌기부(20)와 다공커버부(40)를 형성하면, 메인유도부(471) 상에 위치되는 수분 뿐만 아니라, 확장유도부(472) 상에 위치되는 수분도 원활하게 기체배출부(23)측으로 유도, 배출시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같은 구성을 본 발명에 의하면, 분리판(2) 전체가 매쉬구조를 가지는 경우, 확장유도부(472)에 해당되는 영역에는 수분의 정체가 가중되고, 메인유도부(471)에 해당되는 영역에만 기체 및 수분의 유동이 주요하게 발생되는 것과 비교해, 연료전지 성능 및 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
배출다공부(48)는 본류다공부(45) 중 기체배출부(32)와 접하는 부분으로, 유도다공부(47)와 연결된다. 지류다공부(41)로부터 상호 이격된 복수개의 유입다공부(46)로 유입된 수분은 유도다공부(47)에서 합류되고, 모세관 현상에 의해 유도다공부(47)를 따라 배출다공부(48)측으로 유동되어, 기체배출부(32)를 통해 유로부(30)의 외부로 최종 배출된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 연료전지용 분리판(2)에 의하면, 접속돌기부(20)에 의해 기체확산층(4)에 대한 지지 강성과 전기전도성을 확보함과 동시에, 베이스부(10)의 전반에 걸쳐 기체확산층(4)과의 사이에 기체의 유동 통로를 이루는 유로부(30)를 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 베이스부(10) 상에 접속돌기부(20)를 형성하고, 베이스부(10)와 접속돌기부(20)의 표면에 다공성 구조를 가지는 다공커버부(40)를 커버링하는 간단한 공정에 의해 용이하게 제작가능하고, 다공성 구조체 자체를 주요 골조로 하는 경우와 비교해 가공성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기체와 함께 유로부(30)로 유입되거나 연료전지의 반응과정에서 유로부(30) 상에 생성된 수분이, 분리판(2)의 일측에 정체, 유지되는 일 없이 다공커버부(40)에 즉각적으로 흡수되고, 다공성 구조를 가지는 다공커버부(40)의 모세관 작용과, 기체의 유동에 의해 유로부(30)의 외부로 능동적으로 유도, 배출될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 기체의 유동이 수분의 정체, 유지로 인한 압력 손실없이 분리판(2)의 전반에 걸쳐 원활하게 이루어질 수 있어, 기체 유동을 위한 블로우 동력의 효율성을 향상시킬 수 있고, 응집된 수분으로 인해 기체확산층(4)의 반응면적이 감소됨에 따른 연료전지의 성능저하를 방지할 수 있어, 연료전지의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 연료전지용 셀 2 : 분리판
3 : 막전극접합체 4 : 기체확산층
5 : 가스켓 10 : 베이스부
20 : 접속돌기부 21 : 제1열돌기부
22 : 제2열돌기부 23 : 제3열돌기부
30 : 유로부 31 : 기체유입부
32 : 기체배출부 33 : 유동유로부
40 : 다공커버부 41 : 지류다공부
42 : 연장다공부 43 : 흡수다공부
44 : 전달다공부 45 : 본류다공부
46 : 유입다공부 47 : 유도다공부
48 : 배출다공부 471 : 메인유도부
472 : 확장유도부

Claims (10)

  1. 패널 형상을 가지고, 연료전지의 기체확산층과 마주하게 배치되는 베이스부;
    상기 베이스부 상에 돌출되게 형성되고, 상기 기체확산층과 접하는 접속돌기부;
    상기 접속돌기부의 사이에 형성되고, 기체가 통과되는 유로부; 및
    수분을 흡수가능한 다공성 구조를 가지고, 상기 접속돌기부와 상기 베이스부에 결합되는 다공커버부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속돌기부는,
    전도성 소재를 포함하여 이루어지고, 복수개가 설정간격을 두고 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접속돌기부는,
    돌기 형상을 가지고, 종방향 및 횡방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유로부는,
    상기 베이스부의 일측에 형성되고, 상기 기체확산층과 상기 베이스부의 사이로 기체가 유입되는 유입구를 이루는 기체유입부;
    상기 베이스부의 타측에 형성되고, 상기 기체확산층과 상기 베이스부의 사이를 통과한 기체가 배출되는 배출구를 이루는 기체배출부; 및
    상기 접속돌기부의 사이에 중공되게 형성되고, 상기 기체유입부로부터 상기 기체배출부를 향하는 기류가 조성되는 유동유로부;를 포함하고,
    상기 접속돌기부는,
    상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이를 가로지르는 횡방향으로 복수개가 배치되어 이루는 제1열돌기부; 및
    상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이에 상기 제1열돌기부와 나란하게 형성되는 제2열돌기부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공커버부는,
    다공성 구조를 가지는 막을 상기 베이스부와 상기 접속돌기부에 커버링하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공커버부는,
    다공성 구조를 가지는 소재를 상기 베이스부와 상기 접속돌기부에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공커버부는,
    다공성 구조를 가지고, 상기 접속돌기부에 결합되는 지류다공부; 및
    다공성 구조를 가지고, 상기 베이스부에 결합되며, 상기 지류다공부와 연결되는 본류다공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지류다공부는,
    상기 접속돌기부의 둘레부에 상기 접속돌기부의 돌출방향을 따라 연장되게 형성되고, 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지는 연장다공부;
    상기 연장다공부의 일단부에 형성되고, 상기 기체확산층과 접하는 흡수다공부; 및
    상기 연장다공부의 타단부에 형성되고, 상기 본류다공부와 접하며, 상기 연장다공부 상의 수분을 상기 본류다공부로 전달하는 전달다공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유로부는,
    상기 베이스부의 일측에 형성되는 기체유입부;
    상기 베이스부의 타측에 형성되는 기체배출부; 및
    상기 접속돌기부의 사이에 중공되게 형성되고, 상기 기체유입부로부터 상기 기체배출부를 향하는 기류가 조성되는 유동유로부;를 포함하고,
    상기 본류다공부는,
    상기 접속돌기부의 둘레부에 형성되고, 상기 지류다공부와 접하는 유입다공부;
    복수개의 상기 유입다공부를 연결하고, 모세관 현상에 의해 수분의 유동을 유도가능한 다공성 구조를 가지는 유도다공부; 및
    상기 유도다공부와 연결되고, 상기 기체배출부와 접하는 배출다공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유도다공부는,
    상기 기체유입부와 상기 기체배출부의 사이에 기체 유동의 최단경로를 따라 연장되게 형성되는 메인유도부; 및
    상기 베이스부의 가장자리부에 상기 메인유도부와 연속하여 형성되고, 상기 메인유도부와 함께 상기 베이스부를 커버링하는 확장유도부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판.
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