KR20210063971A - Gas diffusion layer embedded gasket for fuel cell, and gasket embedded membrane-electrode assembly with the same - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell having a sheet-shaped gas diffusion layer and a gasket made of a rubber material bonded to an outer periphery of the gas diffusion layer, and a gasket-integrated membrane-electrode assembly having the same. In the disclosed gas diffusion layer-integrated gasket, a through hole penetrating through the gas diffusion layer in a thickness direction is formed in the outer periphery of the gas diffusion layer. The gasket of the gas diffusion layer-integrated gasket includes an impregnation joint part formed by impregnating and vulcanizing the outer periphery of the gas diffusion layer with a liquid rubber material, and a rubber connecting part formed by filling and vulcanizing the through hole of the outer periphery of the liquid rubber material.

Description

연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓, 및 이를 구비한 가스켓 일체형 막-전극 집합체{Gas diffusion layer embedded gasket for fuel cell, and gasket embedded membrane-electrode assembly with the same}Gas diffusion layer integrated gasket for fuel cell, and gasket-integrated membrane-electrode assembly having the same

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기체확산층 일체로 일체로 형성된 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓과, 이를 구비한 가스켓 일체형 막-전극 집합체에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell integrally formed with a gas diffusion layer, and a gasket-integrated membrane-electrode assembly having the same.

연료전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 연료전지 중에서 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 다른 종류의 연료전지에 비하여 작동 온도가 낮을 뿐만 아니라 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있으며, 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용함으로써, 자동차 등에 사용되는 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가지고 있다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based substances such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy. Among fuel cells, the Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) has a lower operating temperature and quick start and response characteristics compared to other types of fuel cells. By using the produced hydrogen as a fuel, it has a wide range of applications, such as a power source for mobility used in automobiles, as well as a power supply for distribution such as houses and public buildings, and small power sources such as for electronic devices.

한편, 연료전지에 있어서, 단위 셀 자체로는 전압이 낮아 실용성이 떨어지기 때문에 단위 셀이 적층된 스택(stack) 구성을 갖는다. 구체적으로, 연료전지 스택은 막-전극 집합체(MEA: membrane-electrode assembly), 분리판(separator), 및 가스켓(gasket)으로 이루어지는 단위 셀이 수 개 내지 수백 층으로 적층된 구조이다. 막-전극 집합체는 양성자 교환막(PEM: proton exchange membrane)이라고도 불리는 전해질막과, 상기 전해질막 양 측면에 도포된 한 쌍의 촉매층(catalyst layer)과, 상기 한 쌍의 촉매층에 부착된 한 쌍의 기체확산층(GDL: gas diffusion layer)을 구비한다. 상기 전해질막 및 한 쌍의 촉매층은 촉매 코팅 막(CCM: catalyst coated membrane)라고 불리기도 한다. On the other hand, in the fuel cell, since the voltage of the unit cell itself is low and practicality is low, it has a stack configuration in which the unit cells are stacked. Specifically, the fuel cell stack has a structure in which several to hundreds of layers of unit cells including a membrane-electrode assembly (MEA), a separator, and a gasket are stacked. The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane, also called a proton exchange membrane (PEM), a pair of catalyst layers applied to both sides of the electrolyte membrane, and a pair of gases attached to the pair of catalyst layers A gas diffusion layer (GDL) is provided. The electrolyte membrane and the pair of catalyst layers are also called catalyst coated membrane (CCM).

분리판은 연료전지의 전기화학적 반응에 필요한 수소 가스(gas), 공기(air), 및 냉각수를 공급하는 유로를 제공한다. 분리판의 반응 영역은 막-전극 집합체와 겹쳐지는 영역으로, 상기 수소 가스와 공기를 이용한 전기화학적 반응이 발생하는 영역이다. 가스켓은 분리판과 막-전극 집합체 사이의 간격을 일정하게 유지하며, 상기 수소 가스, 공기, 및 냉각수가 서로 섞이거나 유출되지 않도록 밀봉한다.The separator provides a flow path for supplying hydrogen gas, air, and cooling water required for the electrochemical reaction of the fuel cell. The reaction region of the separator is a region overlapping the membrane-electrode assembly, and is a region in which an electrochemical reaction using the hydrogen gas and air occurs. The gasket maintains a constant distance between the separator and the membrane-electrode assembly, and seals the hydrogen gas, air, and coolant from mixing or leaking.

연료전지 스택(stack)의 조립 공정을 빠르고 신뢰성 있게 완료하기 위하여, 가스켓이 분리판에 일체로 접합된 가스켓 일체형 분리판이 사용되기도 한다. 그런데, 상기 가스켓 일체형 분리판은 제조 공정이 복잡하여 생산 원가를 절감하기 어렵다. 한편, 일본공개특허공보 제2011-090802호에는 가스켓이 막-전극 집합체에 일체로 접합된 가스켓 일체형 막-전극 집합체가 개시되어 있다. In order to quickly and reliably complete the assembly process of the fuel cell stack, a gasket-integrated separator in which a gasket is integrally bonded to the separator is used. However, since the gasket-integrated separator has a complicated manufacturing process, it is difficult to reduce production costs. Meanwhile, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-090802 discloses a gasket-integrated membrane-electrode assembly in which a gasket is integrally bonded to the membrane-electrode assembly.

상기 가스켓 일체형 막-전극 집합체는, 막-전극 집합체를 금형에 삽입 고정한 상태로 액상의 고무 재료를 금형 내에 주입하여 가스켓을 성형한다. 이로 인해, 성형 작업에서 불량이 발생하면 값비싼 부재인 촉매 코팅 막(CCM)을 폐기할 수 밖에 없는 문제가 있다. 또한, 성형 작업에서 불량이 발생하지 않더라도 촉매층이 고온에 취약하여 가스켓 일체형 막-전극 집합체의 성능 불량이 발생할 수도 있다. 이러한 이유로 가스켓 일체형 막-전극 집합체의 생산 원가를 절감하는 것도 어렵다. The gasket-integrated membrane-electrode assembly forms a gasket by injecting a liquid rubber material into the mold while the membrane-electrode assembly is inserted and fixed in the mold. For this reason, if a defect occurs in the molding operation, there is a problem in that the catalyst coating film (CCM), which is an expensive member, has no choice but to be discarded. In addition, even if defects do not occur in the molding operation, the performance of the gasket-integrated membrane-electrode assembly may be deteriorated because the catalyst layer is vulnerable to high temperature. For this reason, it is also difficult to reduce the production cost of the gasket-integrated membrane-electrode assembly.

일본공개특허공보 제2011-090802호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-090802

본 발명은 기체확산층과 이에 접합된 가스켓을 구비하며, 상기 기체확산층과 가스켓 간의 접합력이 향상되는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓을 제공한다. The present invention provides a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell, comprising a gas diffusion layer and a gasket bonded thereto, and having improved bonding strength between the gas diffusion layer and the gasket.

본 발명은 촉매 도포 막(CCM)을 성형 금형 내에 삽입하고 액상의 고무 재료를 주입하여 가스켓을 성형하는 대신에, 상기 촉매 도포 막을 기체확산층 일체형 가스켓에 부착하여 제조되는 가스켓 일체형 막-전극 집합체를 제공한다. The present invention provides a gasket-integrated membrane-electrode assembly manufactured by attaching the catalyst-coated membrane (CCM) to a gas diffusion layer-integrated gasket, instead of inserting the catalyst-coated membrane (CCM) into a molding mold and injecting a liquid rubber material to form a gasket do.

본 발명은, 시트 형태의 기체확산층, 및 상기 기체확산층의 외주부에 접합된, 고무 소재로 이루어진 가스켓을 구비하고, 상기 기체확산층의 외주부에는 상기 기체확산층을 두께 방향으로 관통하는 통공이 형성되고, 상기 가스켓은, 상기 기체확산층의 외주부에 액상의 고무 재료가 함침되고 가류되어 형성된 함침 접합부와, 상기 외주부의 통공에 액상의 고무 재료가 채워지고 가류되어 형성된 고무 연결부를 구비하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓을 제공한다. The present invention includes a gas diffusion layer in the form of a sheet, and a gasket made of a rubber material bonded to the outer periphery of the gas diffusion layer, and a through hole penetrating the gas diffusion layer in the thickness direction is formed in the outer periphery of the gas diffusion layer, The gasket includes an impregnated joint formed by impregnating and vulcanizing an outer periphery of the gas diffusion layer with a liquid rubber material, and a rubber connecting portion formed by filling and vulcanizing a through hole of the outer periphery of the liquid rubber material. provides

상기 고무 연결부는 상기 함침 접합부에 의해 둘러싸일 수 있다. The rubber connecting portion may be surrounded by the impregnated joint.

상기 가스켓은 연료전지의 분리판(separator)에 밀착되며 상기 기체확산층의 외주부에 겹쳐지도록 확장된 분리판 밀착부를 더 구비하고, 상기 함침 접합부 및 고무 연결부는 상기 분리판 밀착부에 이어질 수 있다. The gasket is closely attached to the separator of the fuel cell and further includes a separator plate contact portion extended to overlap the outer periphery of the gas diffusion layer, and the impregnated joint portion and the rubber connection portion may be connected to the separator plate adhesion portion.

연료전지를 구성하는 것으로, 전해질막, 및 상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포되어 경화된 한 쌍의 촉매층을 구비한 촉매 도포 막이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 부착되고, 상기 가스켓은, 상기 한 쌍의 촉매층 중 하나의 촉매층이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 촉매층 설치 단차턱, 및 상기 전해질막의 외주부가 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 전해질막 설치 단차턱을 더 구비할 수 있다. As constituting a fuel cell, an electrolyte membrane and a catalyst coating membrane having a pair of catalyst layers coated and cured on both sides of the electrolyte membrane so that the outer periphery of the electrolyte membrane is exposed is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket, and the gasket is , a stepped catalyst layer installation step so that one catalyst layer of the pair of catalyst layers is aligned and fitted to the gas diffusion layer integrated gasket, and an electrolyte membrane stepped so that the outer periphery of the electrolyte membrane is aligned and fitted into the gas diffusion layer integrated gasket An installation step may be further provided.

연료전지를 구성하는 것으로, 전해질막, 및 상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포되어 경화된 촉매층을 구비한 촉매 도포 막이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 부착되고, 상기 가스켓은, 상기 전해질막의 외주부에 탄성 밀착되도록 상기 전해질막의 외주부를 향해 돌출된 전해질막 밀착 돌기부를 더 구비할 수 있다. As constituting a fuel cell, a catalyst coating membrane having a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane and cured to expose the outer periphery of the electrolyte membrane is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket, and the gasket is the electrolyte It may further include an electrolyte membrane adhesion protrusion protruding toward the outer periphery of the electrolyte membrane so as to be in elastic contact with the outer periphery of the membrane.

또한 본 발명은, 상기 기체확산층 일체형 가스켓, 상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포 경화된 한 쌍의 촉매층을 구비하며, 상기 기체확산층 일체형 가스켓의 기체확산층에 상기 한 쌍의 촉매층 중 하나의 촉매층이 부착되고, 상기 가체확산층 일체형 가스켓의 가스켓에 상기 전해질막의 외주부가 부착된 촉매 도포 막, 및 상기 한 쌍의 촉매층 중에서 다른 하나의 촉매층에 부착된 것으로, 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 구비된 기체확산층과 다른 하나의 기체확산층을 구비하는 가스켓 일체형 막-전극 집합체를 제공한다.In addition, the present invention is provided with a pair of catalyst layers coated and cured on both sides of the electrolyte membrane so that the gas diffusion layer-integrated gasket and the outer periphery of the electrolyte membrane are exposed, and among the pair of catalyst layers in the gas diffusion layer of the gas diffusion layer-integrated gasket One catalyst layer is attached, the outer periphery of the electrolyte membrane is attached to the gasket of the gas diffusion layer-integrated gasket, and the other one of the pair of catalyst layers is attached to the catalyst layer, which is provided in the gas diffusion layer-integrated gasket Provided is a gasket-integrated membrane-electrode assembly including a gas diffusion layer and another gas diffusion layer.

상기 촉매 도포 막은 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 압착 결합되고, 상기 다른 하나의 기체확산층은 상기 촉매 도포 막에 압착 결합될 수 있다. The catalyst-coated membrane may be press-bonded to the gas diffusion layer-integrated gasket, and the other gas diffusion layer may be press-bonded to the catalyst-coated membrane.

본 발명에 따른 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓은, 기체확산층의 외주부에 함침 접합부뿐만 아니라 상기 기체확산층 외주부에 형성된 통공에 채워진 고무 연결부를 더 구비하여서 기체확산층과 가스켓 간 접합력이 향상된다. 이에 따라, 기체확산층 일체형 가스켓의 운반 과정, 또는 연료전지 스택 제조 과정에서 기체확산층 일체형 가스켓의 손상으로 인한 폐기 가능성이 작아지고, 연료전지의 제조 원가가 절감된다. The gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell according to the present invention further includes a rubber connection part filled in the through hole formed in the gas diffusion layer outer peripheral part as well as an impregnated joint part on the outer periphery of the gas diffusion layer, so that the bonding force between the gas diffusion layer and the gasket is improved. Accordingly, the possibility of disposal due to damage to the gas diffusion layer-integrated gasket during the transport process of the gas diffusion layer-integrated gasket or the manufacturing process of the fuel cell stack is reduced, and the manufacturing cost of the fuel cell is reduced.

본 발명에 따른 가스켓 일체형 막-전극 집합체는, 기체확산층 일체형 가스켓에 촉매 도포 막(CCM)을 부착하고, 상기 촉매 도포 막에 다른 하나의 기체확산층을 부착하여 제조된다. 다시 말해서, 본 발명의 가스켓 일체형 막-전극 집합체는 고가(高價)이며 열에 약한 부재인 촉매 도포 막(CCM)을 성형 금형 내에 삽입하고 액상의 고무 재료를 주입하여 가스켓을 성형하는 공정 없이 제조되는 가스켓 일체형 막-전극 집합체이므로, 가스켓 성형 과정에서 불량이나 열 손상으로 인해 촉매 도포 막을 폐기하는 경우가 발생하지 않으며, 따라서 가스켓 일체형 막-전극 집합체의 양품 수율이 향상되고, 제조 원가가 절감된다. The gasket-integrated membrane-electrode assembly according to the present invention is manufactured by attaching a catalyst-coated membrane (CCM) to a gas diffusion layer-integrated gasket and attaching another gas diffusion layer to the catalyst-coated membrane. In other words, the gasket-integrated membrane-electrode assembly of the present invention is a gasket manufactured without a process of inserting a catalyst-coated membrane (CCM), which is an expensive and heat-sensitive member, into a molding mold and injecting a liquid rubber material to mold the gasket. Since it is an integrated membrane-electrode assembly, there is no case of discarding the catalyst-coated membrane due to defects or thermal damage in the gasket molding process, thus improving the yield of the gasket-integrated membrane-electrode assembly and reducing the manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓의 일 부분을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 기체확산층 일체형 가스켓을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1의 기체확산층 일체형 가스켓을 구비한, 가스켓 일체형 막-전극 집합체의 일 부분을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 가스켓 일체형 막-전극 집합체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a portion of a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the gas diffusion layer-integrated gasket of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view illustrating a portion of the gasket-integrated membrane-electrode assembly having the gas diffusion layer-integrated gasket of FIG. 1 .
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the gasket-integrated membrane-electrode assembly of FIG. 3 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓, 및 이를 구비한 가스켓 일체형 막-전극 집합체를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell and a gasket-integrated membrane-electrode assembly having the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Terms used in this specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓의 일 부분을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 기체확산층 일체형 가스켓을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기체확산층 일체형 가스켓(21)은 연료전지의 단위 셀(cell)을 구성하는 요소들 중에서 기체확산층과 가스켓을 접합하여 일체화한 것이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a portion of a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the gas diffusion layer-integrated gasket of FIG. 1 . Referring to FIG. 1 , the gas diffusion layer-integrated gasket 21 according to the embodiment of the present invention is formed by bonding a gas diffusion layer and a gasket among the elements constituting a unit cell of a fuel cell.

기체확산층 일체형 가스켓(21)은 시트(sheet) 형태의 기체확산층(22)과, 상기 기체확산층(22)의 외주부(24)(도 2 참조)에 접합된, 고무 소재로 이루어진 가스켓(gasket)(30)을 구비한다. 기체확산층(22)의 평면 형상은 사각형이고, 기체확산층(22)의 외주부(24)에는 상기 기체확산층(22)을 두께 방향으로 관통하는 복수의 통공(26)이 형성된다. 상기 복수의 통공(26)은 서로 이격되게 형성된다. 상기 복수의 통공(26)은 기체확산층(22)의 말단 모서리(25)(도 2 참조)에서 같은 거리만큼 이격될 수 있다. The gas diffusion layer-integrated gasket 21 includes a sheet-shaped gas diffusion layer 22 and a gasket made of a rubber material bonded to the outer periphery 24 (see FIG. 2 ) of the gas diffusion layer 22 (see FIG. 2 ). 30) is provided. The gas diffusion layer 22 has a rectangular planar shape, and a plurality of through holes 26 penetrating through the gas diffusion layer 22 in the thickness direction are formed in the outer periphery 24 of the gas diffusion layer 22 . The plurality of through-holes 26 are formed to be spaced apart from each other. The plurality of through holes 26 may be spaced apart by the same distance from the distal edge 25 (see FIG. 2 ) of the gas diffusion layer 22 .

상기 가스켓(30)은 제1 분리판 밀착 돌기부(31), 제2 분리판 밀착 돌기부(32), 분리판 밀착부(34), 함침 접합부(42), 및 복수의 고무 연결부(43)를 구비한다. 연료전지의 단위 셀을 구성하는 요소들 중에서 막-전극 집합체를 사이에 두고 양 측에 배치되는 한 쌍의 분리판(separator)(미도시)이 있다. 상기 제1 분리판 밀착 돌기부(31)는 상기 연료전지의 단위 셀이 조립된 때 상기 한 쌍의 분리판 중 하나의 분리판에 밀착되도록 상기 하나의 분리판 측으로 돌출된 부분이고, 상기 제2 분리판 밀착 돌기부(32)는 상기 연료전지의 단위 셀이 조립된 때 상기 한 쌍의 분리판 중 다른 하나의 분리판에 밀착되도록 상기 다른 하나의 분리판 측으로 돌출된 부분이다. The gasket 30 is provided with a first separation plate adhesion protrusion 31 , a second separation plate adhesion protrusion 32 , a separator plate adhesion portion 34 , an impregnated joint portion 42 , and a plurality of rubber connection portions 43 . do. Among the elements constituting the unit cell of the fuel cell, there is a pair of separators (not shown) disposed on both sides with the membrane-electrode assembly therebetween. The first separator plate close contact protrusion 31 is a portion protruding toward the one separator plate so as to be in close contact with one separator plate among the pair of separator plates when the unit cell of the fuel cell is assembled, and the second separator plate The plate adhesion protrusion 32 is a portion protruding toward the other separator plate so as to be in close contact with the other one of the pair of separator plates when the unit cell of the fuel cell is assembled.

상기 분리판 밀착부(34)는 상기 연료전지의 단위 셀이 조립된 때 상기 제1 분리판 밀착 돌기부(31)가 밀착되는 분리판에 밀착되는 부분이다. 상기 제1 분리판 밀착 돌기부(31)가 상기 분리판 밀착부(34)보다 더 돌출되어 있으나, 연료전지 단위 셀을 조립할 때 상기 제1 분리판 밀착 돌기부(31)이 분리판 밀착부(34)보다 더욱 크게 탄성 수축되어서 상기 분리판 밀착부(34)도 제1 분리판 밀착 돌기부(31)가 밀착되는 분리판에 밀착될 수 있다. The separator plate adhesion part 34 is a portion in close contact with the separator plate to which the first separator plate adhesion protrusion part 31 is in close contact when the unit cells of the fuel cell are assembled. Although the first separator adhesion protrusion 31 protrudes more than the separator plate adhesion part 34, when assembling a fuel cell unit cell, the first separation plate adhesion protrusion 31 is separated from the separator plate adhesion part 34 Since it is more elastically contracted, the separation plate contact portion 34 may also be closely adhered to the separation plate to which the first separation plate adhesion protrusion 31 is closely adhered.

상기 함침 접합부(42)는 기체확산층(22)의 외주부(24)에 액상의 고무 재료가 함침되고 가류되어 형성된다. 상기 복수의 고무 연결부(43)는 상기 기체확산층 외주부(24)의 복수의 통공(26)에 액상의 고무 재료가 채워지고 가류되어 형성된다. 상기 분리판 밀착부(34)는 기체확산층(22)의 외주부(24)과 겹쳐지도록 확장되고 상기 기체확산층(22)의 상측면보다 단차지게 돌출 형성된다. 상기 함침 접합부(42)와 복수의 고무 연결부(43)는 상기 분리판 밀착부(34)에 이어진다. 상기 복수의 고무 연결부(43)는 상기 함침 접합부(42)에 의해 둘러싸이게 형성된다. The impregnated joint portion 42 is formed by impregnating and vulcanizing a liquid rubber material in the outer peripheral portion 24 of the gas diffusion layer 22 . The plurality of rubber connecting portions 43 are formed by filling and vulcanizing the plurality of through holes 26 of the gas diffusion layer outer periphery 24 . The separation plate contact portion 34 is extended to overlap the outer peripheral portion 24 of the gas diffusion layer 22 and is formed to protrude a step higher than the upper surface of the gas diffusion layer 22 . The impregnated joint portion 42 and the plurality of rubber connecting portions 43 are connected to the separation plate adhesion portion 34 . The plurality of rubber connecting portions 43 are formed to be surrounded by the impregnated joint portion 42 .

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 상기 가스켓(30)은 성형 금형(1) 내부에 기체확산층(22)을 삽입 설치하고, 액상(液狀)의 고무 재료를 상기 성형 금형(1) 내부에 주입하고 가류하여 형성된다. 구체적으로, 상기 성형 금형(1)은 서로 형개(型開) 및 형폐(型閉)되는 상부 코어(core)(2) 및 하부 코어(6)를 구비한다. 여기서, 형개는 상부 코어(2)의 하측면과 하부 코어(6)의 상측면이 밀착된 상태를 칭하고, 형폐는 상부 코어(2)의 하측면과 하부 코어(6)의 상측면이 이격된 상태를 칭한다. 1 and 2 together, the gasket 30 is installed by inserting a gas diffusion layer 22 inside the molding die 1, and liquid rubber material is applied to the inside of the molding die 1 It is formed by injection and vulcanization. Specifically, the molding die 1 includes an upper core 2 and a lower core 6 that are mold-opened and mold-closed from each other. Here, the mold refers to a state in which the lower surface of the upper core 2 and the upper surface of the lower core 6 are in close contact, and the mold close refers to a state in which the lower surface of the upper core 2 and the upper surface of the lower core 6 are spaced apart. state is called

상부 코어(2)의 하측면에는 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 상측 형상에 대응되는 상측 형상 한정면(3)이 구비되고, 하부 코어(6)의 상측면에는 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 하측 형상에 대응되는 하측 형상 한정면(7)이 구비된다. 하부 코어(6)의 하측 형상 한정면(7)에는 기체확산층(22)이 안착되는 기체확산층 안착면(8)이 마련된다. 성형 금형(1)은 상기 기체확산층 안착면(8)에 안착된 기체확산층(22)이 위치 고정되도록 상기 기체확산층 안착면(8)에 부압(負壓)을 형성하여 상기 기체확산층(22)을 흡착하는 흡착 유닛(미도시)을 더 구비할 수 있다. An upper shape limiting surface 3 corresponding to the upper shape of the gas diffusion layer integrated gasket 21 is provided on the lower surface of the upper core 2, and the gas diffusion layer integrated gasket 21 is provided on the upper surface of the lower core 6 A lower shape limiting surface 7 corresponding to the lower shape is provided. A gas diffusion layer seating surface 8 on which the gas diffusion layer 22 is seated is provided on the lower shape limiting surface 7 of the lower core 6 . The molding die 1 forms a negative pressure on the gas diffusion layer seating surface 8 so that the gas diffusion layer 22 seated on the gas diffusion layer seating surface 8 is fixed in position to form the gas diffusion layer 22 . An adsorption unit (not shown) to adsorb may be further provided.

상기 기체확산층(22)을 기체확산층 안착면(8)에 안착 고정하고 상부 코어(2)와 하부 코어(6)를 형폐하면, 가스켓(30)의 형상에 대응되는 캐비티(CA)가 형성된다. 액상의 고무 재료가 상기 캐비티(CA)에 사출 주입되면, 기체확산층(22)의 외주부(24)에도 액상의 고무 재료가 함침된다. 상기 외주부(24)의 복수의 통공(26)에는 기체확산층(22)의 섬유 조직이 없으므로 액상의 고무 재료가 그대로 채워진다. 상기 캐비티(CA)에 주입된 액상의 고무 재료가 가류 경화되면 탄성있는 고무 소재가 된다. 상기 상부 코어(2)와 하부 코어(6)를 형개하면, 기체확산층 일체형 가스켓(21)이 노출되고, 작업자는 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)을 성형 금형(1)에서 분리 취출할 수 있다. When the gas diffusion layer 22 is seated and fixed on the gas diffusion layer seating surface 8 and the upper core 2 and the lower core 6 are molded, a cavity CA corresponding to the shape of the gasket 30 is formed. When the liquid rubber material is injected into the cavity CA, the liquid rubber material is also impregnated into the outer periphery 24 of the gas diffusion layer 22 . Since there is no fibrous structure of the gas diffusion layer 22 in the plurality of through holes 26 of the outer peripheral portion 24, the liquid rubber material is filled as it is. When the liquid rubber material injected into the cavity CA is vulcanized and cured, it becomes an elastic rubber material. When the upper core 2 and the lower core 6 are mold-opened, the gas diffusion layer-integrated gasket 21 is exposed, and the operator can separate and take out the gas diffusion layer-integrated gasket 21 from the molding die 1 .

상기 복수의 통공(26)을 제외한 기체확산층 외주부(24)에 액상의 고무 재료가 함침되고 가류 경화되면, 기체확산층(22)의 섬유 조직과 고체화된 고무가 분리 불가능하게 합쳐져서 합침 접합부(42)가 된다. 상기 함침 접합부(42)에 의해 기체확산층(22)과 가스켓(30)이 분리 불가능하게 접합된다. When the liquid rubber material is impregnated and vulcanized in the gas diffusion layer outer periphery 24 except for the plurality of through holes 26, the fibrous structure of the gas diffusion layer 22 and the solidified rubber are inseparably combined to form the impregnated joint 42 do. The gas diffusion layer 22 and the gasket 30 are non-separably joined by the impregnated joint 42 .

상기 복수의 통공(26)에는 기체확산층(22)의 섬유 조직이 없기 때문에, 여기에 액상의 고무 재료가 채워지고 가류 경화되면 제1 및 제2 분리판 밀착 돌기부(31, 32), 분리판 밀착부(24)와 마찬가지로, 고체화된 고무 소재로만 이루어진 고무 연결부(43)가 된다. Since there is no fibrous structure of the gas diffusion layer 22 in the plurality of through-holes 26, when a liquid rubber material is filled and vulcanized, the first and second separation plate contact protrusions 31 and 32, and the separation plate adhere Like the part 24, it becomes a rubber connection part 43 made of only a solidified rubber material.

상기 함침 접합부(42)와 고무 연결부(43)는 분리판 밀착부(34)에 이어지고, 상기 고무 연결부(43)와 함침 접합부(42)도 서로 이어진다. 그러나, 함침 접합부(42)와 분리판 밀착부(34) 간의 결합 강도는 고무 연결부(43)와 분리판 밀착부(34) 간의 결합 강도보다 약하다. 부연하면, 고무 연결부(43)와 분리판 밀착부(34)는 동일하게 고무 소재로만 형성되어 있어서 분리판 밀착부(34)를 고무 연결부(43)에 대해 강한 힘으로 잡아 뜯더라도 분리판 밀착부(34)와 고무 연결부(43)가 분리되지 않으며, 설사 분리된다 하더라도 분리판 밀착부(34)와 고무 연결부(43)의 경계가 정확히 분리되지 않는다. The impregnated joint 42 and the rubber connecting portion 43 are connected to the separating plate adhesion portion 34 , and the rubber connecting portion 43 and the impregnated joint 42 are also connected to each other. However, the bonding strength between the impregnated joint portion 42 and the separator plate adhesion portion 34 is weaker than the bond strength between the rubber connection portion 43 and the separator plate adhesion portion 34 . In other words, since the rubber connection part 43 and the separator plate adhesion part 34 are formed only of rubber material in the same way, even if the separator plate adhesion part 34 is pulled with a strong force with respect to the rubber connection part 43, the separator plate adhesion part (34) and the rubber connection part 43 are not separated, and even if they are separated, the boundary between the separation plate adhesion part 34 and the rubber connection part 43 is not accurately separated.

그러나, 함침 접합부(42)는 분리판 밀착부(34)와 달리 기체확산층(22)의 섬유 조직과 고무가 혼합된 소재로 이루어진다. 따라서, 상기 분리판 밀착부(34)와 고무 연결부(43)를 분리할 때 가하는 힘보다 약한 힘으로 상기 분리판 밀착부(34)를 함침 접합부(42)에 대해 잡아 뜯더라도 분리판 밀착부(34)가 함침 접합부(42)에 대해 비교적 깨끗한 경계가 나타나도록 분리된다. However, the impregnated joint portion 42 is made of a material in which the fibrous structure of the gas diffusion layer 22 and rubber are mixed, unlike the separator plate adhesion portion 34 . Therefore, even if the separation plate adhesion part 34 is pulled against the impregnated joint part 42 with a force weaker than the force applied when separating the separator plate adhesion part 34 and the rubber connection part 43, the separator plate adhesion part ( 34 is separated so that a relatively clean boundary appears for the impregnated joint 42 .

상기 고무 연결부(43)와 이에 결합된 분리판 밀착부(34)는 마치 기체확산층(22)의 외주부(24)를 꿰어서 잡고 있는 후크(hook)와 같은 기능을 하여서, 함침 접합부(42)만으로는 미흡한 가스켓(30)과 기체확산층(22) 사이의 접합력을 보강한다. 이에 따라, 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 운반 과정, 또는 연료전지 스택의 제조 과정에서 기체확산층(22)과 가스켓(30)이 분리되어 기체확산층 일체형 가스켓(21)이 폐기되는 가능성이 작아지고, 연료전지의 제조 원가가 절감된다.The rubber connecting portion 43 and the separating plate contact portion 34 coupled thereto function like a hook holding the outer periphery 24 of the gas diffusion layer 22 through, so that only the impregnated joint portion 42 is used. The bonding force between the insufficient gasket 30 and the gas diffusion layer 22 is reinforced. Accordingly, the gas diffusion layer 22 and the gasket 30 are separated during the transport process of the gas diffusion layer-integrated gasket 21 or the manufacturing process of the fuel cell stack, so that the gas diffusion layer-integrated gasket 21 is less likely to be discarded, The manufacturing cost of the fuel cell is reduced.

도 3은 도 1의 기체확산층 일체형 가스켓을 구비한, 가스켓 일체형 막-전극 집합체의 일 부분을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 가스켓 일체형 막-전극 집합체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 가스켓 일체형 막-전극 집합체(20)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 기체확산층 일체형 가스켓(21)과, 촉매 도포 막(50)과, 기체확산층(60)을 구비한다. 가스켓 일체형 막-전극 집합체(20)는 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 구비된 기체확산층(22) 외에 다른 하나의 기체확산층(60)을 더 구비한다. 이하에서, 한 쌍의 기체확산층(22, 60)을 명확하게 구분하기 위하여 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 구비된 기체확산층(22)을 제1 기체확산층이라 칭하고, 다른 하나의 기체확산층(60)을 제2 기체확산층이라 칭한다.3 is a cross-sectional view illustrating a portion of the gasket-integrated membrane-electrode assembly having the gas diffusion layer integrated gasket of FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the gasket-integrated membrane-electrode assembly of FIG. to be. 3 and 4 together, the gasket-integrated membrane-electrode assembly 20 includes the gas diffusion layer-integrated gasket 21 described with reference to FIGS. 1 and 2 , the catalyst coating film 50 , and the gas diffusion layer 60 . ) is provided. The gasket-integrated membrane-electrode assembly 20 further includes another gas diffusion layer 60 in addition to the gas diffusion layer 22 provided in the gas diffusion layer-integrated gasket 21 . Hereinafter, in order to clearly distinguish the pair of gas diffusion layers 22 and 60, the gas diffusion layer 22 provided in the gas diffusion layer-integrated gasket 21 is referred to as a first gas diffusion layer, and the other gas diffusion layer 60 ) is referred to as a second gas diffusion layer.

촉매 도포 막(50)은 전해질막(51)과, 상기 전해질막(51)의 양 측면에 도포 경화된 제1 및 제2 촉매층(55, 57)을 구비한다. 전해질막(51)의 양 측면에 제1 및 제2 촉매층(55, 57)이 적층되지만, 상기 전해질막(51)의 외주부(52)는 제1 및 제2 촉매층(55, 57)에 가려지지 않고 노출된다. 부연하면, 상기 제1 및 제2 촉매층(55, 57)은 제1 기체확산층(22)과 같은 크기 및 같은 형상의 사각형 평면 형상을 갖는다. 상기 제2 기체확산층(60)도 제1 기체확산층(22)과 같은 크기 및 같은 형상의 사각형 평면 형상을 갖는다. 그러나, 전해질막(51)은 제1 기체확산층(2)보다 큰 사각형 평면 형상을 갖는다. The catalyst coating membrane 50 includes an electrolyte membrane 51 and first and second catalyst layers 55 and 57 coated and cured on both sides of the electrolyte membrane 51 . Although the first and second catalyst layers 55 and 57 are stacked on both sides of the electrolyte membrane 51 , the outer periphery 52 of the electrolyte membrane 51 is not covered by the first and second catalyst layers 55 and 57 . not exposed In other words, the first and second catalyst layers 55 and 57 have a rectangular planar shape having the same size and the same shape as that of the first gas diffusion layer 22 . The second gas diffusion layer 60 also has a rectangular planar shape having the same size and the same shape as that of the first gas diffusion layer 22 . However, the electrolyte membrane 51 has a larger rectangular planar shape than the first gas diffusion layer 2 .

상기 촉매 도포 막(50)은 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 부착되고, 상기 제2 기체확산층(60)은 상기 촉매 도포 막(50)에 부착된다. 구체적으로, 제1 촉매층(55)이 마주보는 제1 기체확산층(22)에 부착되고, 제2 기체확산층(60)은 마주보는 제2 촉매층(57)에 부착된다. 그리고, 상기 전해질막(51)의 외주부(52)는 마주보는 가스켓(30)의 하측면에 부착된다. The catalyst coating film 50 is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket 21 , and the second gas diffusion layer 60 is attached to the catalyst coating film 50 . Specifically, the first catalyst layer 55 is attached to the facing first gas diffusion layer 22 , and the second gas diffusion layer 60 is attached to the opposite second catalyst layer 57 . And, the outer peripheral portion 52 of the electrolyte membrane 51 is attached to the lower side of the gasket 30 facing.

제1 기체확산층(22)과 제1 촉매층(55)의 평면 형상과 크기가 동일하므로, 제1 기체확산층(22)의 외주 모서리(25)와 제1 촉매층(55)의 외주 모서리(56)가 위아래로 정렬되도록 제1 기체확산층(22)에 제1 촉매층(55)이 부착된다. 또한, 제2 촉매층(57)과 제2 기체확산층(60)의 평면 형상과 크기가 동일하므로, 제2 촉매층(57)의 외주 모서리(58)와 제2 기체확산층(60)의 외주 모서리(61)가 위아래로 정렬되도록 제2 촉매층(57)에 제2 기체확산층(60)이 부착된다. Since the first gas diffusion layer 22 and the first catalyst layer 55 have the same planar shape and size, the outer peripheral edge 25 of the first gas diffusion layer 22 and the outer peripheral edge 56 of the first catalyst layer 55 are The first catalyst layer 55 is attached to the first gas diffusion layer 22 so as to be aligned up and down. In addition, since the planar shape and size of the second catalyst layer 57 and the second gas diffusion layer 60 are the same, the outer peripheral edge 58 of the second catalyst layer 57 and the outer peripheral edge 61 of the second gas diffusion layer 60 ), the second gas diffusion layer 60 is attached to the second catalyst layer 57 so as to be aligned up and down.

기체확산층 일체형 가스켓(21)의 가스켓(30)은 제1 촉매층(55)이 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 촉매층 설치 단차턱(40)을 더 구비한다. 상기 제1 촉매층(55)의 외주 모서리(56)가 상기 촉매층 설치 단차턱(40)을 벗어나지 않게 상기 촉매 도포 막(50)이 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 부착되면, 상기 제1 촉매층(55)이 제1 기체확산층(22)과 정확히 정렬되게 된다. The gasket 30 of the gas diffusion layer integrated gasket 21 further includes a stepped catalyst layer installation step 40 so that the first catalyst layer 55 is aligned and fitted to the gas diffusion layer integrated gasket 21 . When the catalyst coating film 50 is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket 21 so that the outer peripheral edge 56 of the first catalyst layer 55 does not deviate from the catalyst layer installation step 40, the first catalyst layer ( 55 ) is precisely aligned with the first gas diffusion layer 22 .

또한, 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 가스켓(30)은 전해질막(51)의 외주부(52)가 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 전해질막 설치 단차턱(36)을 더 구비한다. 상기 전해질막(51)의 외주 모서리(53)가 상기 전해질막 설치 단차턱(36)을 벗어나지 않게 상기 촉매 도포 막(50)이 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 부착되면, 상기 전해질막(51)이 올바른 위치에 부착 설치되게 된다. In addition, the gasket 30 of the gas diffusion layer integrated gasket 21 has a stepped electrolyte membrane installation step 36 so that the outer peripheral portion 52 of the electrolyte membrane 51 is aligned and fitted to the gas diffusion layer integrated gasket 21 . provide more When the catalyst coating membrane 50 is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket 21 so that the outer peripheral edge 53 of the electrolyte membrane 51 does not deviate from the electrolyte membrane installation step 36, the electrolyte membrane 51 ) will be attached and installed in the correct position.

또한, 상기 가스켓(30)은 촉매 도포 막(50)이 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 부착될 때 상기 전해질막(51)의 외주부(52)에 탄성 밀착되도록 상기 전해질막(51)의 외주부(52)를 향해 돌출된 전해질막 밀착 돌기부(38)를 더 구비한다. 상기 전해질막 밀착 돌기부(38)가 전해질막(51)의 외주부(52)에 강하게 밀착되므로, 제1 기체확산층(22)과 촉매 도포 막(50) 사이를 통한 반응 기체의 유출이 신뢰성 있게 방지된다. In addition, the gasket 30 is the outer periphery of the electrolyte membrane 51 so that when the catalyst coating membrane 50 is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket 21, it elastically adheres to the outer periphery 52 of the electrolyte membrane 51 ( It further includes an electrolyte membrane adhesion protrusion 38 protruding toward the 52). Since the electrolyte membrane adhesion protrusion 38 strongly adheres to the outer periphery 52 of the electrolyte membrane 51 , the outflow of the reaction gas through the first gas diffusion layer 22 and the catalyst coating membrane 50 is reliably prevented. .

바람직하게는, 촉매 도포 막(50)은 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 압착 결합되고, 제2 기체확산층(60)은 상기 촉매 도포 막(50)에 압착 결합될 수 있다. 구체적으로, 압착 프레스 금형(미도시)은 형개 및 형폐되는 상판과 하판을 구비한다. 상기 압착 프레스 금형의 하판에 상기 제2 기체확산층(60), 촉매 도포 막(50), 및 기체확산층 일체형 가스켓(21)을 적층하여 올리고, 상기 상판과 하판을 형폐함으로써 기체확산층 일체형 가스켓(21), 촉매 도포 막(50), 및 제2 기체확산층(60)을 압착 결합할 수 있다. 원활하게 압착 결합이 진행되도록 상기 상판과 하판은 적절한 온도로 가열될 수 있다. Preferably, the catalyst coating film 50 may be press-bonded to the gas diffusion layer-integrated gasket 21 , and the second gas diffusion layer 60 may be press-bonded to the catalyst-coated film 50 . Specifically, the compression press mold (not shown) includes an upper plate and a lower plate that are mold-opened and mold-closed. The second gas diffusion layer 60, the catalyst coating film 50, and the gas diffusion layer-integrated gasket 21 are stacked and raised on the lower plate of the compression press mold, and the upper plate and the lower plate are mold-closed to form a gas diffusion layer-integrated gasket 21. , the catalyst coating film 50 , and the second gas diffusion layer 60 may be press-bonded. The upper and lower plates may be heated to an appropriate temperature so that compression bonding proceeds smoothly.

하나의 분리판(미도시)을 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 제1 분리판 밀착 돌기부(31) 및 분리판 밀착부(34)에 탄성 밀착되도록 상기 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 위에 배치하고, 다른 하나의 분리판(미도시)을 기체확산층 일체형 가스켓(21)의 제2 분리판 밀착 돌기부(32)에 탄성 밀착되도록 제2 기체확산층(60)의 아래에 배치하면 연료전지의 단위 셀이 조립된다. One separator (not shown) is placed on the gas diffusion layer-integrated gasket 21 so as to be in elastic contact with the first separator plate close contact protrusion 31 and the separator plate close contact part 34 of the gas diffusion layer-integrated gasket 21, and , when another separator (not shown) is disposed under the second gas diffusion layer 60 so as to be in elastic contact with the second separator plate adhesion protrusion 32 of the gas diffusion layer-integrated gasket 21, the unit cell of the fuel cell is formed. is assembled

상기 가스켓 일체형 막-전극 집합체(20)는, 기체확산층 일체형 가스켓(21)에 촉매 도포 막(CCM)(50)을 부착하고, 상기 촉매 도포 막(50)에 제2 기체확산층(60)을 부착하여 제조된다. 다시 말해서, 상기 가스켓 일체형 막-전극 집합체(20)는 고가(高價)이며 열에 약한 부재인 촉매 도포 막(50)을 성형 금형 내에 삽입하고 액상의 고무 재료를 주입하여 가스켓을 성형하는 공정 없이 제조되는 가스켓 일체형 막-전극 집합체이므로, 가스켓의 성형 과정에서 불량이나 열 손상으로 인해 촉매 도포 막(50)을 폐기하는 경우가 발생하지 않으며, 따라서 가스켓 일체형 막-전극 집합체(20)의 양품 수율이 향상되고, 제조 원가가 절감된다.In the gasket-integrated membrane-electrode assembly 20 , a catalyst-coated membrane (CCM) 50 is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket 21 , and a second gas diffusion layer 60 is attached to the catalyst-coated membrane 50 . is manufactured by In other words, the gasket-integrated membrane-electrode assembly 20 is manufactured without a process of inserting the catalyst coating film 50, which is an expensive and heat-sensitive member, into a molding mold and injecting a liquid rubber material to mold the gasket. Since it is a gasket-integrated membrane-electrode assembly, there is no case where the catalyst coating film 50 is discarded due to defects or thermal damage during the molding process of the gasket, and therefore, the yield of the gasket-integrated membrane-electrode assembly 20 is improved, and , the manufacturing cost is reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

20: 가스켓 일체형 막-전극 집합체 21: 기체확산층 일체형 가스켓
22, 60: 기체확산층 26: 통공
30: 가스켓 42: 함침 접합부
43: 고무 연결부 50: 촉매 도포 막
51: 전해질막 55, 57: 촉매층20: gasket integrated membrane-electrode assembly 21: gas diffusion layer integrated gasket
22, 60: gas diffusion layer 26: through hole
30: gasket 42: impregnated joint
43: rubber connection part 50: catalyst coating film
51: electrolyte membrane 55, 57: catalyst layer

Claims (7)

시트 형태의 기체확산층; 및, 상기 기체확산층의 외주부에 접합된, 고무 소재로 이루어진 가스켓;을 구비하고,
상기 기체확산층의 외주부에는 상기 기체확산층을 두께 방향으로 관통하는 통공이 형성되고,
상기 가스켓은, 상기 기체확산층의 외주부에 액상의 고무 재료가 함침되고 가류되어 형성된 함침 접합부와, 상기 외주부의 통공에 액상의 고무 재료가 채워지고 가류되어 형성된 고무 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓. a gas diffusion layer in the form of a sheet; and a gasket made of a rubber material joined to the outer periphery of the gas diffusion layer.
A through hole passing through the gas diffusion layer in the thickness direction is formed in the outer periphery of the gas diffusion layer,
The gasket includes an impregnated joint formed by impregnating and vulcanizing a liquid rubber material in the outer periphery of the gas diffusion layer, and a rubber connecting portion formed by filling and vulcanizing a through hole of the outer periphery of the liquid rubber material. Gas diffusion layer-integrated gasket for batteries. 제1 항에 있어서,
상기 고무 연결부는 상기 함침 접합부에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓.The method of claim 1,
Wherein the rubber connection portion is surrounded by the impregnated joint portion, a gas diffusion layer integrated gasket for a fuel cell. 제1 항에 있어서,
상기 가스켓은 연료전지의 분리판(separator)에 밀착되며 상기 기체확산층의 외주부에 겹쳐지도록 확장된 분리판 밀착부를 더 구비하고,
상기 함침 접합부 및 고무 연결부는 상기 분리판 밀착부에 이어진 것을 특징으로 하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓. The method of claim 1,
The gasket is closely attached to a separator of the fuel cell and further includes a separator plate contact portion extending to overlap an outer periphery of the gas diffusion layer,
The gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell, characterized in that the impregnated joint portion and the rubber connection portion are connected to the separator plate adhesion portion. 제1 항에 있어서,
연료전지를 구성하는 것으로, 전해질막, 및 상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포되어 경화된 한 쌍의 촉매층을 구비한 촉매 도포 막이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 부착되고,
상기 가스켓은, 상기 한 쌍의 촉매층 중 하나의 촉매층이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 촉매층 설치 단차턱, 및 상기 전해질막의 외주부가 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 위치 정렬되어 끼워지도록 단차진 전해질막 설치 단차턱을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓.The method of claim 1,
As constituting a fuel cell, an electrolyte membrane and a catalyst coating membrane having a pair of catalyst layers coated and cured on both sides of the electrolyte membrane so that the outer periphery of the electrolyte membrane is exposed is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket,
The gasket includes a stepped catalyst layer installation step so that one catalyst layer of the pair of catalyst layers is aligned and fitted to the gas diffusion layer integrated gasket, and an outer periphery of the electrolyte membrane is aligned and fitted to the gas diffusion layer integrated gasket. Gas diffusion layer-integrated gasket for fuel cell, characterized in that it further comprises a step for installing a charge electrolyte membrane. 제1 항에 있어서,
연료전지를 구성하는 것으로, 전해질막, 및 상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포되어 경화된 촉매층을 구비한 촉매 도포 막이 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 부착되고,
상기 가스켓은, 상기 전해질막의 외주부에 탄성 밀착되도록 상기 전해질막의 외주부를 향해 돌출된 전해질막 밀착 돌기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 기체확산층 일체형 가스켓.The method of claim 1,
As constituting a fuel cell, a catalyst coating membrane having a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane so as to expose the outer periphery of the electrolyte membrane and cured is attached to the gas diffusion layer-integrated gasket,
The gasket, characterized in that it further includes an electrolyte membrane adhesion protrusion protruding toward the outer periphery of the electrolyte membrane so as to be in elastic close contact with the outer periphery of the electrolyte membrane, a gas diffusion layer-integrated gasket for a fuel cell. 제1 항 내지 제5 항 중 한 항의 기체확산층 일체형 가스켓;
상기 전해질막의 외주부는 노출되도록 상기 전해질막의 양 측면에 도포 경화된 한 쌍의 촉매층을 구비하며, 상기 기체확산층 일체형 가스켓의 기체확산층에 상기 한 쌍의 촉매층 중 하나의 촉매층이 부착되고, 상기 가체확산층 일체형 가스켓의 가스켓에 상기 전해질막의 외주부가 부착된 촉매 도포 막; 및,
상기 한 쌍의 촉매층 중에서 다른 하나의 촉매층에 부착된 것으로, 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 구비된 기체확산층과 다른 하나의 기체확산층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 막-전극 집합체. The gas diffusion layer-integrated gasket of any one of claims 1 to 5;
The outer periphery of the electrolyte membrane includes a pair of catalyst layers coated and cured on both sides of the electrolyte membrane to be exposed, and one catalyst layer of the pair of catalyst layers is attached to the gas diffusion layer of the gas diffusion layer-integrated gasket, and the gas diffusion layer is integrated. a catalyst coating membrane in which an outer periphery of the electrolyte membrane is attached to a gasket of a gasket; And,
and a gas diffusion layer and another gas diffusion layer attached to the other one of the pair of catalyst layers, the gas diffusion layer-integrated gasket comprising: a gasket-integrated membrane-electrode assembly. 제6 항에 있어서,
상기 촉매 도포 막은 상기 기체확산층 일체형 가스켓에 압착 결합되고,
상기 다른 하나의 기체확산층은 상기 촉매 도포 막에 압착 결합되는 것을 특징으로 하는 가스켓 일체형 막-전극 집합체. The method of claim 6,
The catalyst coating membrane is press-bonded to the gas diffusion layer-integrated gasket,
The gasket-integrated membrane-electrode assembly, characterized in that the other gas diffusion layer is press-bonded to the catalyst coating membrane.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030011876A (en) * 2000-06-29 2003-02-11 엔오케이 가부시키가이샤 Constituent part for fuel cell
KR20040015113A (en) * 2001-04-23 2004-02-18 엔오케이 가부시키가이샤 Fuel cell and method of manufacturing the fuel cell
JP2011090802A (en) 2009-10-20 2011-05-06 Nok Corp Sealing structure for fuel cell and method of manufacturing the same
JP2011096419A (en) * 2009-10-28 2011-05-12 Nok Corp Sealing structure for fuel cell, and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030011876A (en) * 2000-06-29 2003-02-11 엔오케이 가부시키가이샤 Constituent part for fuel cell
KR20040015113A (en) * 2001-04-23 2004-02-18 엔오케이 가부시키가이샤 Fuel cell and method of manufacturing the fuel cell
JP2011090802A (en) 2009-10-20 2011-05-06 Nok Corp Sealing structure for fuel cell and method of manufacturing the same
JP2011096419A (en) * 2009-10-28 2011-05-12 Nok Corp Sealing structure for fuel cell, and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4131523A1 (en) * 2021-08-03 2023-02-08 Carl Freudenberg KG Gas diffusion unit for a fuel cell, membrane electrode unit for a fuel cell, and assembly for a fuel cell

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