KR20210076310A - Unit cell of fuel cell - Google Patents

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KR20210076310A
KR20210076310A KR1020190167255A KR20190167255A KR20210076310A KR 20210076310 A KR20210076310 A KR 20210076310A KR 1020190167255 A KR1020190167255 A KR 1020190167255A KR 20190167255 A KR20190167255 A KR 20190167255A KR 20210076310 A KR20210076310 A KR 20210076310A
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김경민
신우철
허성일
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a unit cell for a fuel cell capable of suppressing the penetration of a gas diffusion layer into a space where a reaction gas and a product water flow when components constituting the unit cell are fastened. A unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention incudes: a membrane electrode assembly (MEA); a gas diffusion layer disposed outside the membrane electrode assembly; and a separation plate member including a separator member disposed outside the gas diffusion layer and having a reaction region formed in a flat plate shape, and a porous member interposed between the reaction region of the separation plate member and the gas diffusion layer. The separation plate member is provided with a diffusion portion having a concavo-convex channel formed between the reaction region and inlet and outlet manifolds, the porous member has a concavo-convex portion formed in a concavo-convex shape with a predetermined height in a region excluding the edge, a flat portion formed in a flat shape is formed in the edge region, and the gas diffusion layer has a compressing portion formed by compressing a region corresponding to a boundary line between the concavo-convex portion of the porous member and the flat portion in the thickness direction.

Description

연료전지용 단위셀{UNIT CELL OF FUEL CELL}Unit cell for fuel cell {UNIT CELL OF FUEL CELL}

본 발명은 연료전지용 단위셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위셀을 구성하는 부품들의 체결시 기체확산층이 반응가스 및 생성수가 유동되는 공간으로 침투되는 것을 억제할 수 있는 연료전지용 단위셀에 관한 것이다.The present invention relates to a unit cell for a fuel cell, and more particularly, to a unit cell for a fuel cell capable of suppressing the penetration of a gas diffusion layer into a space through which a reaction gas and product water flow when parts constituting the unit cell are fastened. .

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.A fuel cell is a type of power generation device that converts chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting it in a stack. It not only supplies driving power for industrial, household and vehicles, but also power supply for small electronic products such as portable devices. In recent years, the use area is gradually expanding as a high-efficiency clean energy source.

도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a unit cell of a typical fuel cell.

도 1에서 알 수 있듯이, 일반적인 연료전지의 단위셀은 가장 안쪽에 막전극 접합체(10, MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극 접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막(11)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 애노드 전극층(12: anode) 및 캐소드 전극층(13: cathode)으로 구성되어 있다.As can be seen from FIG. 1 , a membrane electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) is located in the innermost unit cell of a typical fuel cell, and this membrane electrode assembly is capable of moving hydrogen cations (Protons). It consists of a polymer electrolyte membrane 11 and a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react, that is, an anode electrode layer 12 and a cathode electrode layer 13.

또한, 상기 막전극 접합체(10)의 바깥 부분, 즉 애노드 전극층(12) 및 캐소드 전극층(13)이 위치한 바깥 부분에는 기체확산층(20, GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층되고, 상기 기체확산층(20)의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판(30)이 위치한다.In addition, a gas diffusion layer (20, GDL: Gas Diffusion Layer) is laminated on the outer portion of the membrane electrode assembly 10, that is, the outer portion where the anode electrode layer 12 and the cathode electrode layer 13 are located, and the gas diffusion layer 20 ), a separation plate 30 in which a flow field is formed to supply fuel and discharge water generated by the reaction is positioned.

이때 기체확산층(20)은 탄소섬유로 이루어지는 기재(21)에 미세기공층(Micro Porous Layer, MPL)을 형성하여 이루어진다.At this time, the gas diffusion layer 20 is formed by forming a microporous layer (MPL) on the substrate 21 made of carbon fiber.

그리고 기재(21)는 일반적으로 탄소섬유에 PTFE(polytetrafluoroethylene) 등의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 함침하여 구성되는데, 예를 들어 탄소섬유로는 탄소섬유 천(Cloth), 탄소섬유 펠트(Felt) 및 탄소섬유 종이(Paper)형 등이 사용될 수 있다.And the base 21 is generally composed of carbon fiber impregnated with a hydrophobic agent such as PTFE (polytetrafluoroethylene), for example, carbon fiber as carbon fiber cloth, carbon fiber felt and Carbon fiber paper (Paper) type, etc. may be used.

또한, 미세기공층(22)는 아세틸렌 블랙 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소 분말과, PTFE(polytetrafluoroethylene) 등의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 혼합하여 제조한 후, 용도에 따라 기재(21)의 일면 또는 양면에 도포될 수 있다.In addition, the microporous layer 22 is prepared by mixing carbon powder such as Acetylene Black Carbon and Black Pearls Carbon and a hydrophobic agent such as PTFE (polytetrafluoroethylene). , may be applied to one or both sides of the substrate 21 depending on the use.

한편, 애노드 전극층(12)에서는 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 고분자 전해질막(11)과 전선을 통하여 캐소드 전극층(13)으로 이동하게 되며, 상기 캐소드 전극층(13)에서는 애노드 전극층(12)으로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.On the other hand, in the anode electrode layer 12, the oxidation reaction of hydrogen proceeds to generate hydrogen ions (Protons) and electrons (Electrons). At this time, the generated hydrogen ions and electrons are transferred to the cathode through the polymer electrolyte membrane 11 and the electric wire, respectively. It moves to the electrode layer 13, and in the cathode electrode layer 13, hydrogen ions and electrons, which have moved from the anode electrode layer 12, and oxygen in the air participate in an electrochemical reaction to generate water and at the same time prevent the flow of electrons. generates electrical energy.

그리고 연료전지로 제공되는 기상의 반응기체 및 화학반응에 의해 생성되는 액상의 생성수는 막전극 접합체(10)의 캐소드 전극층(13)에서 기체확산층(20)의 미세기공층(22), 기재(21) 및 분리판(30)의 방향으로 이동되면서 배출된다.And the gas-phase reactive gas provided to the fuel cell and the liquid-phase product water generated by chemical reaction are the microporous layer 22 of the gas diffusion layer 20 in the cathode electrode layer 13 of the membrane electrode assembly 10, the substrate ( 21) and the separation plate 30 is discharged while moving in the direction.

한편, 근래에는 기체확산층과 분리판이 직접 접촉되면서 분리판의 요철 패턴에 의해 기체확산층이 국부적으로 손상되는 것을 방지하면서 반응가스 및 생성부의 유동을 향상시킬 수 있도록 분리판의 형상을 변경한 방식이 실시되고 있다.Meanwhile, in recent years, the shape of the separator is changed to improve the flow of the reactive gas and the generator while preventing the gas diffusion layer from being damaged locally by the uneven pattern of the separator while the gas diffusion layer and the separator are in direct contact. is becoming

예를 들어, 도 2는 일반적인 연료전지 단위셀의 요부를 보여주는 분해사시도로서, 분리판(30)은 기체확산층(20)의 외측으로 배치되고 반응영역(33)이 평판형태로 형성되는 분리판 부재(30a)와, 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)과 기체확산층(20) 사이에 개재되는 다공체 부재(30b)로 구성한다. For example, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the main part of a typical fuel cell unit cell, wherein the separator 30 is disposed outside the gas diffusion layer 20 and the reaction region 33 is formed in a flat plate shape. 30a and a porous member 30b interposed between the reaction region 33 of the separation plate member 30a and the gas diffusion layer 20 .

도 2에 도시된 바와 같이 분리판 부재(30a)는 반응영역(33)이 평판 형태로 형성되고, 반응영역(33)과 입구측 매니폴드(31) 및 출구측 매니폴드(35) 사이에 요철 형상의 채널이 형성된 확산부(32, 34)가 형성된다. 그리고 다공체 부재(30b)는 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)에 배치된다.As shown in FIG. 2 , in the separation plate member 30a , the reaction region 33 is formed in a flat plate shape, and irregularities are formed between the reaction region 33 and the inlet manifold 31 and outlet manifold 35 . Diffusion portions 32 and 34 having shaped channels are formed. And the porous member 30b is disposed in the reaction region 33 of the separator member 30a.

이때 다공체 부재(30b)는 금속 박판에 홀을 형성하거나 흠집을 낸 다음 성형함으로써 소정의 높이를 갖는 요철 형상으로 형성된다.At this time, the porous member 30b is formed in a concave-convex shape having a predetermined height by forming a hole or making a scratch in the thin metal plate and then molding.

한편, 도 3은 일반적인 연료전지 단위셀의 요부를 보여주는 단면도로서, 다공체 부재(30a)에 형성된 요철의 높이(t1)는 분리판 부재(30a)에 형성된 확산부(32)의 채널 높이(t2)와 같거나 높은 구조로 형성된다. 그래서 스택 체결 시 다공체 부재(30b)에 작용되는 면압이 분리판 부재(30a)의 확산부(32)에 작용되는 면압과 같거나 크게 작용된다. 이러한 구조를 통하여 스택 체결시 분리판 부재(30a)의 확산부(32)에 침투하는 기체확산층(20)의 양을 줄여 연료전지 반응에 의해 생성되는 생성수나 입구측 매니폴드(31)에서 유입되는 응축수의 배출을 원활하게 한다.Meanwhile, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of a typical fuel cell unit cell. The height t1 of the unevenness formed on the porous member 30a is the channel height t2 of the diffusion part 32 formed on the separator member 30a. It is formed in a structure equal to or higher than that of Therefore, when the stack is fastened, the surface pressure applied to the porous member 30b is equal to or greater than the surface pressure applied to the diffusion portion 32 of the separator 30a. Through this structure, when the stack is fastened, the amount of the gas diffusion layer 20 penetrating into the diffusion portion 32 of the separation plate member 30a is reduced to reduce the amount of water generated by the fuel cell reaction or the inflow from the inlet manifold 31 . It facilitates the discharge of condensate.

하지만, 분리판 부재(30a)의 확산부(32)에 형성된 채널(37)과 다공체 부재(30b)의 경계는 구조적으로 연속되어 연결되지 않으며, 분리판 부재(30a)의 채널(37)이 시작되는 지점의 형상과 다공체 부재(30b)의 가장자리 형상에 의해 분리판 부재(30a)의 채널(37)과 다공체 부재(30b) 사이에는 이격공간이 발생되고, 이렇게 발생된 이격공간은 다공체 부재(30b)의 요철 형상 피치보다 커서 스택 체결시 이 이격공간으로 침투되는 기체확산층(20)의 양이 다공체 부재(30b)의 요철 형상 피치 사이로 침투되는 기체확산층(20)의 양보다 많아지는 문제가 발생하였다.However, the boundary between the channel 37 formed in the diffusion part 32 of the separator member 30a and the porous member 30b is not structurally continuous and connected, and the channel 37 of the separator member 30a starts A space is generated between the channel 37 of the separating plate member 30a and the porous member 30b by the shape of the point to be formed and the shape of the edge of the porous member 30b, and the spaced space thus generated is the porous member 30b. ), the amount of the gas diffusion layer 20 penetrating into this separation space when the stack is fastened is larger than the pitch of the concave-convex shape of the porous member 30b. .

이렇게 분리판 부재(30a)와 다공체 부재(30b) 사이 이격공간으로 기체확산층(20)이 과도하게 침투되면서 반응가스 및 생성수가 유동되는 유로 공간이 좁아져서 반응가스 및 생성수의 유동에 제약이 발생되는 문제하였다. 또한, 과도하게 침투되는 기체확산층(20)에 의해 다공체 부재(30b)의 가장자리에서 기체확산층(20)이 파단되면서 기체확산층(20)을 구성하는 탄소섬유가 막전극 접합체(10)의 고분자 전해질막(11)에 핀홀(pin hole)을 발생시켜 연료전지스택의 내구성능을 감소시키는 문제가 발생하였다.As the gas diffusion layer 20 excessively penetrates into the space between the separation plate member 30a and the porous member 30b in this way, the flow passage space through which the reaction gas and the product water flows is narrowed, thereby restricting the flow of the reaction gas and the product water. was a problem. In addition, as the gas diffusion layer 20 is ruptured at the edge of the porous member 30b by the excessively permeated gas diffusion layer 20, the carbon fibers constituting the gas diffusion layer 20 become the polymer electrolyte membrane of the membrane electrode assembly 10. (11), there was a problem in that the durability performance of the fuel cell stack was reduced by generating a pin hole.

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The content described as the background art above is only for understanding the background of the present invention, and should not be taken as an acknowledgment that it corresponds to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

등록특허공보 제10-1755506호 (2017.07.03)Registered Patent Publication No. 10-1755506 (2017.07.03)

본 발명은 단위셀을 구성하는 부품들의 체결시 기체확산층이 반응가스 및 생성수가 유동되는 공간으로 침투되는 것을 억제하고, 기체확산층이 파손되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 단위셀을 제공한다.The present invention provides a unit cell for a fuel cell capable of preventing the gas diffusion layer from penetrating into a space through which a reaction gas and generated water flow when parts constituting the unit cell are fastened and preventing the gas diffusion layer from being damaged.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 단위셀은 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 외측으로 배치되는 기체확산층과; 상기 기체확산층의 외측으로 배치되고 반응영역이 평판형태로 형성되는 분리판 부재와, 상기 분리판 부재의 반응영역과 기체확산층 사이에 개재되는 다공체 부재로 이루어진 분리판을 포함하고, 상기 분리판 부재는 반응영역과 입구측 매니폴드 및 출구측 매니폴드 사이에 요철 형상의 채널이 형성된 확산부가 형성되고, 상기 다공체 부재는 가장자리를 제외한 영역에서 소정의 높이를 갖는 요철 형상으로 형성되는 요철부가 형성되고, 가장자리 영역에는 평탄한 형상으로 형성되는 평탄부가 형성되며, 상기 기체확산층은 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선 주변에 대응되는 영역을 두께방향으로 압축시킨 압축부가 형성되는 것을 특징으로 한다.A unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention comprises: a membrane electrode assembly (MEA); a gas diffusion layer disposed outside the membrane electrode assembly; and a separator comprising a separator disposed outside the gas diffusion layer and having a reaction region formed in a flat plate shape, and a porous member interposed between the reaction region of the separator member and the gas diffusion layer, wherein the separator member comprises: A diffusion portion having a concave-convex channel is formed between the reaction region and the inlet manifold and the outlet manifold, and the porous member is formed in a concave-convex portion formed in a concave-convex shape having a predetermined height in an area excluding the edge, the edge A flat portion formed in a flat shape is formed in the region, and the gas diffusion layer includes a compression portion formed by compressing a region corresponding to a boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member in the thickness direction.

상기 기체확산층은 상기 압축부와 상기 압축부를 제외한 다른 영역인 미압축부로 구분되는 것을 특징으로 한다.The gas diffusion layer is characterized in that it is divided into the compression part and an uncompressed part that is a region other than the compression part.

상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 평탄부 방향으로는 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널까지 형성되는 것을 특징으로 한다.The compressed portion of the gas diffusion layer is characterized in that the channel formed in the diffusion portion of the separator member is formed in the direction of the flat portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.

상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 다공체 부재의 요철부에 형성된 요철간 거리의 3배만큼 확장된 영역까지 형성되는 것을 특징으로 한다.The compressed portion of the gas diffusion layer is characterized in that it is formed up to an area extended by three times the distance between the irregularities formed in the irregularities of the porous member in the direction of the irregularities based on the boundary line between the irregularities and the flat portions of the porous member.

상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 1 ~ 5mm 확장된 영역까지 형성되는 것을 특징으로 한다.The compressed portion of the gas diffusion layer is characterized in that it is formed up to an area extending by 1 to 5 mm in the direction of the uneven portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.

상기 기체확산층에 형성된 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 미압축부까지 점진적으로 압축량이 줄어드는 버퍼영역이 형성된 것을 특징으로 한다.The compression portion formed in the gas diffusion layer is characterized in that a buffer region is formed in which the amount of compression is gradually reduced to the uncompressed portion in the direction of the uneven portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.

상기 다공체 부재의 요철부 높이(t1)는 상기 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)와 같거나 높은 것을 특징으로 한다.A height t1 of the concavo-convex portion of the porous member is equal to or higher than a height t2 of a channel formed in the diffusion portion of the separator member.

상기 기체확산층에 형성된 압축부의 압축량은 하기의 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.The compression amount of the compression part formed in the gas diffusion layer is characterized in that it satisfies the following formula (1).

압축부의 압축량 = a + b/2 …… 식 (1)Compression amount of compression part = a + b/2 ... … Formula (1)

여기서, a는 다공체 부재의 요철부 높이(t1)와 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)가 같은 경우(t1=t2)인 경우에 압축부의 압축량이고, b는 다공체 부재의 요철부 높이(t1)와 상기 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)의 차이(Δt=t1-t2)임.Here, a is the compression amount of the compression part when the height t1 of the concavo-convex part of the porous member and the height t2 of the channel formed in the diffusion part of the separator member are the same (t1 = t2), and b is the compression amount of the porous member. The difference (Δt=t1-t2) between the height t1 of the uneven portion and the height t2 of the channel formed in the diffusion portion of the separator member.

상기 기체확산층에 형성된 압축부는 미압축부 대비 20 ~ 40% 압축된 것을 특징으로 한다.The compressed portion formed in the gas diffusion layer is compressed by 20 to 40% compared to the uncompressed portion.

본 발명의 실시예에 따르면, 기체확산층에 소정 영역을 두께방향으로 선 압축시킨 압축부를 형성함으로써, 단위셀을 구성하는 부품들의 체결시 기체확산층이 분리판 부재와 다공체 부재 사이 이격공간으로 과도하게 침투되는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by forming a compression part in which a predetermined region is linearly compressed in the thickness direction in the gas diffusion layer, the gas diffusion layer excessively penetrates into the space between the separator member and the porous member when the parts constituting the unit cell are fastened. can be prevented from becoming

이에 따라 분리판 부재아 다공체 부재 사이에 형성된 반응가스 및 생성수가 유동되는 유로 공간을 충분히 확보하여 반응가스 및 생성수의 유동을 원활하게 유지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.Accordingly, it is possible to expect an effect of smoothly maintaining the flow of the reaction gas and the product water by sufficiently securing a flow path space through which the reaction gas and the product water formed between the separation plate member and the porous member member flow.

또한, 단위셀을 구성하는 부품들의 체결시 기체확산층의 특정 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하여 기체확산층이 파손되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 단위셀의 내구성능을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In addition, when the parts constituting the unit cell are fastened, stress can be prevented from being concentrated on a specific part of the gas diffusion layer, thereby preventing the gas diffusion layer from being damaged, and thus the effect of improving the durability of the unit cell is expected. can

도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이고,
도 2는 일반적인 연료전지 단위셀의 요부를 보여주는 분해사시도이며,
도 3은 일반적인 연료전지 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이고
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이다.1 is a view showing a unit cell of a general fuel cell,
2 is an exploded perspective view showing the main part of a general fuel cell unit cell;
3 is a cross-sectional view showing an essential part of a general fuel cell unit cell;
4 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view showing an essential part of a unit cell for a fuel cell according to another embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art will be completely It is provided to inform you. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(MEA, 10)과; 상기 막전극접합체(10)의 외측으로 배치되는 기체확산층(100)과; 상기 기체확산층(100)의 외측으로 배치되고 반응영역(33)이 평판형태로 형성되는 분리판 부재(30a)와, 상기 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)과 기체확산층(100) 사이에 개재되는 다공체 부재(30b)로 이루어진 분리판(30)을 포함한다.As shown in FIG. 4, a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA, 10); a gas diffusion layer 100 disposed outside the membrane electrode assembly 10; A separator 30a disposed outside the gas diffusion layer 100 and having a reaction region 33 formed in a flat plate shape, and between the reaction region 33 of the separator 30a and the gas diffusion layer 100 . and a separation plate 30 made of a porous member 30b interposed therebetween.

막전극접합체(10)는 고분자 전해질막(11)을 기준으로 양면에 각각 애노드 전극층(12) 및 캐소드 전극층(13)가 배치되어 이루어지는 일반적인 막전극접합체가 적용된다.The membrane electrode assembly 10 is a general membrane electrode assembly in which the anode electrode layer 12 and the cathode electrode layer 13 are respectively disposed on both sides based on the polymer electrolyte membrane 11 is applied.

분리판(30)은 분리판 부재(30a)와 다공체 부재(30b)로 이루어진다.The separation plate 30 includes a separation plate member 30a and a porous member 30b.

분리판 부재(30a)는 양측으로 입구측 매니폴드(31)와 출구측 매니폴드(35)가 형성되고, 중앙영역에는 막전극접합체(10)가 배치되는 위치에 대응되는 반응영역(33)이 형성되며, 입구측 매니폴드(31) 및 출구측 매니폴드(35) 사이에 요철 형상의 채널(37)이 형성된 확산부(32,34)가 형성된다. 이때 반응영역(33)은 평판형태로 형성되고, 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)은 소정의 높이(t2)로 형성된다.The separation plate member 30a has an inlet manifold 31 and an outlet manifold 35 formed on both sides, and a reaction area 33 corresponding to the position where the membrane electrode assembly 10 is disposed in the central area. is formed, and diffusion portions 32 and 34 in which concave-convex channels 37 are formed are formed between the inlet manifold 31 and the outlet manifold 35 . At this time, the reaction region 33 is formed in a flat plate shape, and the channels 37 formed in the diffusion portions 32 and 34 are formed to have a predetermined height t2.

다공체 부재(30b)는 Metal/Carbon foam, Wire mesh, 성형 다공부재 등과 같은 전도성 다공형상의 미세 기공 구조를 가진 부재로 구성되는데, 본 실시예에서는 금속 박판에 홀을 형성하거나 흠집을 낸 다음 성형함으로써 소정의 높이(t1)를 갖는 요철 형상으로 형성된 성형 다공부재를 사용한다.The porous member 30b is composed of a member having a conductive porous micropore structure such as metal/carbon foam, wire mesh, molded porous member, etc. In this embodiment, by forming a hole or making a scratch in a thin metal plate and then molding A molded porous member formed in a concave-convex shape having a predetermined height t1 is used.

부연하자면, 다공체 부재(30b)는 가장자리를 제외한 영역에서 소정의 높이를 갖는 요철 형상으로 형성되는 요철부(30c)가 형성되고, 가장자리 영역에는 평탄한 형상으로 형성되는 평탄부(30d)가 형성된다. 이때 요철부(30c)는 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)에 형성되고, 평탄부(30d)는 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된다.In other words, the porous member 30b has an uneven portion 30c formed in an uneven shape having a predetermined height in a region excluding the edge, and a flat portion 30d formed in a flat shape is formed in the edge region. In this case, the uneven portion 30c is formed in the reaction region 33 of the separator member 30a, and the flat portion 30d is formed in the diffusion portions 32 and 34 of the separator member 30a.

이때, 다공체 부재(30b)의 요철부(30c) 높이(t1)는 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)의 높이(t2)와 같거나 높은 것이 바람직하다.In this case, the height t1 of the concavo-convex portion 30c of the porous member 30b is preferably equal to or higher than the height t2 of the channels 37 formed in the diffusion portions 32 and 34 of the separator member 30a. .

한편, 기체확산층(100)은 분리판(30)을 구성하는 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)과 확산부(32,34)가 형성된 영역에 대응되는 형상으로 형성된다.Meanwhile, the gas diffusion layer 100 is formed in a shape corresponding to the reaction region 33 of the separator member 30a constituting the separator 30 and the region in which the diffusion portions 32 and 34 are formed.

이때 기체확산층(100)은 일반적인 기체확산층과 마찬가지로 탄소섬유로 이루어지는 기재에 미세기공층(Micro Porous Layer, MPL)을 형성하여 이루어진다.At this time, the gas diffusion layer 100 is formed by forming a microporous layer (MPL) on a substrate made of carbon fiber, like a general gas diffusion layer.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체확산층(100)은 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선 주변에 대응되는 영역을 두께방향으로 미리 압축시킨 압축부(120)와, 상기 압축부(120)를 제외한 다른 영역인 미압축부(110)로 구분된다.However, in the gas diffusion layer 100 according to an embodiment of the present invention, the area corresponding to the boundary line between the concave-convex portion 30c and the flat portion 30d of the porous member 30b is compressed in advance in the thickness direction. 120) and an uncompressed unit 110, which is a region other than the compression unit 120.

이때 기체확산층(100)의 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 평탄부(30d) 방향으로는 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)까지 형성될 수 있다. 바람직하게는 기체확산층(100)의 압축부(120)는 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34) 중 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선 주변 영역에 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the compression part 120 of the gas diffusion layer 100 is formed of the separator member 30a in the direction of the flat part 30d based on the boundary line between the uneven part 30c and the flat part 30d of the porous member 30b. A channel 37 formed in the diffusion portions 32 and 34 may be formed. Preferably, the compressed portion 120 of the gas diffusion layer 100 is around the boundary line between the uneven portion 30c and the flat portion 30d of the porous member 30b among the diffusion portions 32 and 34 of the separator 30a. It is preferably formed in the region.

하지만, 이에 한정되지 않고, 기체확산층(100)의 압축부(120)는 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34) 전체 영역까지 확대되어 형성될 수 있을 것이다. 그 이유는 확산부(32,34)가 형성되는 영역은 반응이 직접적으로 이루어지는 영역이 아니기 때문에 확산부(32, 34)의 전체영역에 기체확산층(100)의 압축부(120)가 형성되더라도 발전 성능에 영향을 미치지 않고, 확산부(32, 34)의 채널(37) 내로 기체확산층(100)이 침투하는 양이 줄어들기 때문에 생성수 배출이나 셀내 기체 차압을 저감시킬 수 있기 때문이다.However, the present invention is not limited thereto, and the compressed portion 120 of the gas diffusion layer 100 may be formed to extend to the entire area of the diffusion portions 32 and 34 of the separator 30a. The reason is that the region in which the diffusion parts 32 and 34 are formed is not a region where the reaction is directly performed, so even if the compressed part 120 of the gas diffusion layer 100 is formed in the entire area of the diffusion parts 32 and 34, power generation is generated. This is because the amount of penetration of the gas diffusion layer 100 into the channels 37 of the diffusion units 32 and 34 is reduced without affecting the performance, thereby reducing the discharge of product water or the gas pressure differential within the cell.

도 5에 도시된 바와 같이 기체확산층(100)의 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 하여 요철부(30c) 방향으로 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)에 형성된 요철간 거리의 3배 만큼 확장된 영역까지 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 기체확산층(100)의 압축부(120)는 도 2에 표시된 "A"영역에 형성된다.As shown in FIG. 5 , the compression part 120 of the gas diffusion layer 100 is a porous body in the direction of the uneven part 30c based on the boundary line between the uneven part 30c and the flat part 30d of the porous member 30b. It is preferable to form up to an area extended by three times the distance between the irregularities formed in the irregularities 30c of the member 30b. For example, the compression part 120 of the gas diffusion layer 100 is formed in the area "A" shown in FIG.

이렇게 기체확산층(100)의 압축부(120)를 형성하는 구간을 다공체 부재(30b)의 요철부(30c) 방향으로 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)에 형성된 요철간 거리의 3배만큼 확장된 영역까지 형성하는 이유는 분리판 부재(30a)의 반응영역(33)에 배치되는 다공체 부재(30b)의 위치 및 크기 공차와, 분리판 부재(30a)와 기체확산층(100) 및 막전극접합체(10)의 적층 공차와, 막전극접합체(10) 내부의 반응공간 크기의 공차를 고려하여 설정하였다.In this way, the section in which the compression part 120 of the gas diffusion layer 100 is formed in the direction of the uneven part 30c of the porous member 30b is three times the distance between the uneven parts formed in the uneven parts 30c of the porous member 30b. The reason for forming the extended region is the position and size tolerance of the porous member 30b disposed in the reaction region 33 of the separator 30a, the separator 30a, the gas diffusion layer 100, and the membrane electrode. It was set in consideration of the stacking tolerance of the assembly 10 and the tolerance of the size of the reaction space inside the membrane electrode assembly 10 .

그래서, 예를들면, 기체확산층(100)의 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 요철부(30c) 방향으로는 1 ~ 5mm 확장된 영역까지 형성되는 것이 바람직하다.So, for example, the compressed portion 120 of the gas diffusion layer 100 is 1 to the concave-convex portion 30c in the direction of the concave-convex portion 30c based on the boundary line between the concave-convex portion 30c and the flat portion 30d of the porous member 30b. It is preferable to form up to an area extended by 5 mm.

한편, 기체확산층(100)의 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 평탄부(30d) 방향으로 1 ~ 5mm 확장된 영역까지 형성될 수 있다.On the other hand, the compressed portion 120 of the gas diffusion layer 100 extends 1 to 5 mm in the direction of the flat portion 30d based on the boundary line between the uneven portion 30c and the flat portion 30d of the porous member 30b. can be formed.

물론, 기체확산층(100)의 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 평탄부(30d) 방향으로 분리판 부재에 형성된 확산부(32,34)를 포함하는 영역까지 확장되어 형성될 수 있다.Of course, the compression part 120 of the gas diffusion layer 100 is a diffusion part formed on the separator member in the direction of the flat part 30d based on the boundary line between the uneven part 30c and the flat part 30d of the porous member 30b. It can be formed by extending to a region including (32,34).

따라서, 기체확산층(100)의 압축부(120)는 기체확산층(100)의 기재 내 공극(pore)이 작아진 상태로 존재하게 되는데, 기체확산층(100)의 압축부(120)에서는 반응기체의 확산이 미압축부(110)보다 작을 수 밖에 없게 된다. 이에 압축부(120)가 제시된 영역보다 넓어지는 경우에는 반응기체의 확산이 저하되는 구간이 많아져서 기체 확산성이 불리해지고, 생성수의 유동이 제한되어 연료전지스택의 발전 성능이 저하될 수 있다.Accordingly, the compression unit 120 of the gas diffusion layer 100 exists in a state in which pores in the substrate of the gas diffusion layer 100 are small. In the compression unit 120 of the gas diffusion layer 100, the The diffusion is inevitably smaller than that of the uncompressed unit 110 . Accordingly, when the compression unit 120 is wider than the suggested area, there are many sections in which the diffusion of the reactive gas is reduced, so that the gas diffusion is disadvantageous, and the flow of the generated water is restricted, so that the power generation performance of the fuel cell stack may be reduced. .

한편, 본 실시예는 단위셀 구성 시 반응영역(33)에 인가되는 면압이 성능에 영향을 미치기 때문에 다공체 부재(30b)의 요철부(30c) 높이(t1)와 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)의 높이(t2)가 t1 ≥ t2 인 구조이다.On the other hand, in this embodiment, since the surface pressure applied to the reaction region 33 affects the performance when configuring the unit cell, the height t1 of the uneven portion 30c of the porous member 30b and the diffusion of the separator member 30a The height t2 of the channel 37 formed in the portions 32 and 34 is t1 ≥ t2.

이에 t1과 t2 사이의 Δt가 작을수록 기체확산층(100)이 분리판 부재(30a)의 채널(37)과 다공체 부재(30b) 사이의 이격공간으로 침투되는 침투량이 적어지게 된다. 그 이유는 t2가 t1 높이 대비 낮아지는 만큼 기체확산층(100)의 처짐이 필연적으로 발생하고, 단위셀 내 반대면(ex. 애노드 or 캐소드면)에서 밀고있는 힘이 동일하기 때문이다.Accordingly, as Δt between t1 and t2 is smaller, the amount of penetration of the gas diffusion layer 100 into the space between the channel 37 of the separator 30a and the porous member 30b decreases. The reason is that as t2 is lower than the height of t1, deflection of the gas diffusion layer 100 inevitably occurs, and the pushing force from the opposite surface (ex. anode or cathode surface) within the unit cell is the same.

그래서, 본 실시예에서는 기체확산층(100)에 형성된 압축부(120)의 압축량은 하기의 식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.Therefore, in the present embodiment, the compression amount of the compression unit 120 formed in the gas diffusion layer 100 preferably satisfies the following equation (1).

압축부의 압축량 = a + b/2 …… 식 (1)Compression amount of compression part = a + b/2 ... … Formula (1)

여기서, a는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c) 높이(t1)와 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)의 높이(t2)가 같은 경우(t1=t2)인 경우에 압축부(120)의 압축량이고, b는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c) 높이(t1)와 상기 분리판 부재(30a)의 확산부(32,34)에 형성된 채널(37)의 높이(t2)의 차이(Δt=t1-t2)이다.Here, a is when the height t1 of the uneven portion 30c of the porous member 30b and the height t2 of the channels 37 formed in the diffusion portions 32 and 34 of the separator 30a are the same (t1). = t2), the compression amount of the compression part 120, b is the height t1 of the uneven part 30c of the porous member 30b and the diffusion parts 32 and 34 of the separator member 30a It is the difference (Δt=t1-t2) of the height t2 of the formed channel 37 .

이렇게, 기체확산층(100)에 형성된 압축부(120)의 압축량을 제한하는 이유는 연료전지 단위셀은 기체확산층(100)이 막전극접합체(10)를 기준으로 양쪽으로 존재하며, 이는 한쪽의 공간이 b만큼 낮아지면 양쪽의 기체확산층(100)이 1/2b만큼씩 낮아지면서 b만큼의 공간에 대한 압축이 되기 때문이다.In this way, the reason for limiting the amount of compression of the compression unit 120 formed in the gas diffusion layer 100 is that in the fuel cell unit cell, the gas diffusion layer 100 exists on both sides with respect to the membrane electrode assembly 10 , which is one side of the gas diffusion layer 100 . This is because when the space is lowered by b, the gas diffusion layers 100 on both sides are lowered by 1/2b, resulting in compression of the space by b.

한편, 기체확산층(100)에 형성된 압축부(120)는 미압축부(110) 대비 20 ~ 40% 압축되는 것이 바람직하다. 만약, 압축부(120)의 압축량이 제시된 비율보다 낮은 경우에는 압축부(120)의 형성에 따라 기체확산층(100)이 분리판 부재(30a)의 채널(37)과 다공체 부재(30b) 사이의 이격공간으로 침투되는 침투량이 적어지는 효과를 기대할 수 없다. 또한, 압축부(120)의 압축량이 제시된 비율보다 높은 경우에는 기체확산층(100)이 너무 과도하게 압축되어 반응가스 및 생성수의 유동에 제한이 있었고, 분리판(30)과의 밀착도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, it is preferable that the compression unit 120 formed in the gas diffusion layer 100 is compressed by 20 to 40% compared to the uncompressed unit 110 . If the compression amount of the compression unit 120 is lower than the suggested ratio, the gas diffusion layer 100 is formed between the channel 37 of the separator member 30a and the porous member 30b according to the formation of the compression unit 120 . The effect of reducing the amount of penetration into the separation space cannot be expected. In addition, when the compression amount of the compression unit 120 is higher than the suggested ratio, the gas diffusion layer 100 is compressed too excessively, there is a limitation in the flow of the reaction gas and the product water, and the adhesion with the separator 30 is lowered. Problems can arise.

한편, 본 발명의 실시예에 따라 압축부가 구분된 기체확산층과 종래의 일반적인 기체확산층, 즉 압축부가 구분되지 않은 기체확산층이 적용된 연료전지 스택을 가속내구 5000시간(주행거리 약 50만km) 이상 주행한 결과, 종래의 기체확산층은 반응영역의 경계에서 기체확산층이 파손되는 현상이 발생하였으나, 압축부가 형성된 본 발명의 실시예에 따른 기체확산층은 파손이 발생하지 않았다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the fuel cell stack to which the gas diffusion layer in which the compression part is separated and the conventional gas diffusion layer in which the compression part is not divided, that is, the gas diffusion layer in which the compression part is not applied, is driven for more than 5000 hours (driving distance of about 500,000 km) As a result, in the conventional gas diffusion layer, a phenomenon occurred in which the gas diffusion layer was broken at the boundary of the reaction region, but the gas diffusion layer according to the embodiment of the present invention in which the compression part was formed did not break.

한편, 기체확산층(100)에 형성되는 압축부(120)를 형성함에 있어, 선압축 효과와 더불어 반응영역(33) 내부에 기체확산층(100)의 기공률을 확보하기 위하여 압축부(120)의 형상을 변경할 수 있다.On the other hand, in forming the compression unit 120 formed in the gas diffusion layer 100, the shape of the compression unit 120 in order to secure the porosity of the gas diffusion layer 100 in the reaction region 33 along with the linear compression effect. can be changed.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 요부를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 기체확산층에 형성된 압축부(120)는 다공체 부재(30b)의 요철부(30c)와 평탄부(30d)의 경계선을 기준으로 요철부(30c) 방향으로는 미압축부(110)까지 점진적으로 압축량이 줄어드는 버퍼영역(130)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the compression part 120 formed in the gas diffusion layer is an uncompressed part in the direction of the uneven part 30c based on the boundary line between the uneven part 30c and the flat part 30d of the porous member 30b. The buffer region 130 in which the amount of compression is gradually reduced up to 110 may be formed.

이렇게 기체확산층(100)의 압축률을 반응영역의 시작부분부터 반응영역(33)의 내부로 향할수록 기체확산층(100)의 압축부(120) 압축률을 점점 작아지게 함으로써, 버퍼영역(130)에서도 기체확산층(100)의 기공률을 확보하여 반응영역(33)에서 유동되는 반응가스 및 생성수의 유동을 보다 원활하게 할 수 있다.In this way, as the compression rate of the gas diffusion layer 100 goes from the beginning of the reaction area toward the inside of the reaction area 33, the compression rate of the compression unit 120 of the gas diffusion layer 100 becomes smaller and smaller, so that even in the buffer area 130, the gas By securing the porosity of the diffusion layer 100 , it is possible to more smoothly flow the reaction gas and the product water flowing in the reaction region 33 .

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the above-described preferred embodiments, the present invention is not limited thereto, and is defined by the following claims. Accordingly, those of ordinary skill in the art can variously change and modify the present invention within the scope without departing from the spirit of the claims to be described later.

10: 전극막 접합체(MEA) 11: 고분자 전해질막
12: 애노드 전극층 13: 캐소드 전극층
20: 기체확산층(GDL) 21: 기재
22: 미세기공층 30: 분리판
30a: 분리판 부재 30b: 다공체 부재
30c: 요철부 30d: 평탄부
31: 입구측 매니폴드 32, 34: 확산부
33: 반응영역 35: 출구측 매니폴드
37: 채널 100: 기체확산층
110: 미압축부 120: 압축부
130: 버퍼영역10: electrode membrane assembly (MEA) 11: polymer electrolyte membrane
12: anode electrode layer 13: cathode electrode layer
20: gas diffusion layer (GDL) 21: substrate
22: microporous layer 30: separator
30a: separator plate member 30b: porous body member
30c: uneven part 30d: flat part
31: inlet manifold 32, 34: diffuser
33: reaction zone 35: outlet side manifold
37: channel 100: gas diffusion layer
110: uncompressed unit 120: compressed unit
130: buffer area

Claims (9)

막전극접합체(MEA)와;
상기 막전극접합체의 외측으로 배치되는 기체확산층과;
상기 기체확산층의 외측으로 배치되고 반응영역이 평판형태로 형성되는 분리판 부재와, 상기 분리판 부재의 반응영역과 기체확산층 사이에 개재되는 다공체 부재로 이루어진 분리판을 포함하고,
상기 분리판 부재는 반응영역과 입구측 매니폴드 및 출구측 매니폴드 사이에 요철 형상의 채널이 형성된 확산부가 형성되고,
상기 다공체 부재는 가장자리를 제외한 영역에서 소정의 높이를 갖는 요철 형상으로 형성되는 요철부가 형성되고, 가장자리 영역에는 평탄한 형상으로 형성되는 평탄부가 형성되며,
상기 기체확산층은 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선 주변에 대응되는 영역을 두께방향으로 압축시킨 압축부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
a membrane electrode assembly (MEA);
a gas diffusion layer disposed outside the membrane electrode assembly;
A separator comprising: a separator disposed outside the gas diffusion layer and having a reaction area formed in a flat plate shape; and a porous member interposed between the reaction area of the separator member and the gas diffusion layer;
The separation plate member has a diffusion portion formed with a concave-convex channel between the reaction region and the inlet and outlet manifolds,
The porous member has a concave-convex portion formed in a concave-convex shape having a predetermined height in a region excluding the edge, and a flat portion formed in a flat shape is formed in the edge region,
The gas diffusion layer is a fuel cell unit cell, characterized in that the compression portion is formed by compressing a region corresponding to the boundary line of the concave-convex portion and the flat portion of the porous member in the thickness direction.
 청구항 1에 있어서,
상기 기체확산층은 상기 압축부와 상기 압축부를 제외한 다른 영역인 미압축부로 구분되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method according to claim 1,
The gas diffusion layer is a unit cell for a fuel cell, characterized in that it is divided into the compression part and an uncompressed part other than the compression part.
 청구항 2에 있어서,
상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 평탄부 방향으로는 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널까지 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
3. The method according to claim 2,
The compressed portion of the gas diffusion layer is formed up to a channel formed in the diffusion portion of the separator member in the direction of the flat portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.
 청구항 3에 있어서,
상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 다공체 부재의 요철부에 형성된 요철간 거리의 3배만큼 확장된 영역까지 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
4. The method according to claim 3,
The compressed portion of the gas diffusion layer is formed up to an area extended by three times the distance between the irregularities formed in the irregularities of the porous member in the direction of the irregularities based on the boundary line between the irregularities and the flat parts of the porous member. unit cell.
 청구항 4에 있어서,
상기 기체확산층의 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 1 ~ 5mm 확장된 영역까지 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
5. The method according to claim 4,
The unit cell for fuel cell, characterized in that the compressed portion of the gas diffusion layer is formed up to an area extended by 1 to 5 mm in the direction of the uneven portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.
 청구항 4에 있어서,
상기 기체확산층에 형성된 압축부는 상기 다공체 부재의 요철부와 평탄부의 경계선을 기준으로 요철부 방향으로는 미압축부까지 점진적으로 압축량이 줄어드는 버퍼영역이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
5. The method according to claim 4,
The compressed portion formed in the gas diffusion layer has a buffer region in which the amount of compression is gradually reduced to the uncompressed portion in the direction of the uneven portion based on the boundary line between the uneven portion and the flat portion of the porous member.
 청구항 1에 있어서,
상기 다공체 부재의 요철부 높이(t1)는 상기 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)와 같거나 높은 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method according to claim 1,
The height (t1) of the uneven portion of the porous member is equal to or higher than the height (t2) of the channel formed in the diffusion portion of the separator member.
 청구항 7에 있어서,
상기 기체확산층에 형성된 압축부의 압축량은 하기의 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
압축부의 압축량 = a + b/2 …… 식 (1)
여기서, a는 다공체 부재의 요철부 높이(t1)와 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)가 같은 경우(t1=t2)인 경우에 압축부의 압축량이고,
b는 다공체 부재의 요철부 높이(t1)와 상기 분리판 부재의 확산부에 형성된 채널의 높이(t2)의 차이(Δt=t1-t2)임.
8. The method of claim 7,
A unit cell for a fuel cell, characterized in that the compression amount of the compression part formed in the gas diffusion layer satisfies the following formula (1).
Compression amount of compression part = a + b/2 ... … Formula (1)
Here, a is the compression amount of the compression part when the height (t1) of the concavo-convex part of the porous member and the height (t2) of the channel formed in the diffusion part of the separator are the same (t1 = t2),
b is the difference (Δt=t1-t2) between the height t1 of the uneven portion of the porous member and the height t2 of the channel formed in the diffusion portion of the separator member.
 청구항 1에 있어서,
상기 기체확산층에 형성된 압축부는 미압축부 대비 20 ~ 40% 압축된 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method according to claim 1,
The unit cell for a fuel cell, characterized in that the compressed portion formed in the gas diffusion layer is compressed by 20 to 40% compared to the uncompressed portion.
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