KR20220031325A - 연료전지용 단위셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택 - Google Patents

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KR20220031325A
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Abstract

본 발명은 분리판에 형성되는 최외곽 유로에 과량의 냉각수가 유동되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 단위셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)과; 상기 기체확산층의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고, 상기 분리판의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에는 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 단위셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택{Unit cell for fuel cell and Fuel cell stack including the same}
본 발명은 연료전지용 단위셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리판에 형성되는 최외곽 유로에 과량의 냉각수가 유동되는 것을 방지하면서 구조적인 안정성도 확보할 수 있는 연료전지용 단위셀 및 이를 포함하는 연료전지 스택에 관한 것이다.
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.
일반적인 연료전지의 단위셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 애노드 전극층(anode) 및 캐소드 전극층(cathode)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 막전극접합체의 바깥 부분, 즉 애노드 전극층 및 캐소드 전극층이 위치한 바깥 부분에는 한 쌍의 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층되고, 기체확산층의 바깥 쪽에는 수소 및 공기와 같은 반응기체와 냉각수를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하도록 유로를 형성하는 분리판이 위치한다.
도 1은 일반적인 연료전지용 단위셀에 적용되는 분리판을 보여주는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 분리판(30, 40)은 길이방향을 기준으로 중간영역에 막전극접합체(11)와 기체확산층(20)이 배치되는 반응면부(30a)가 형성되고, 분리판(30, 40)의 길이방향 양측에는 반응가스 또는 냉각수가 유입 또는 배출되는 제 1 매니폴드홀(30b) 및 제 2 매니폴드홀(30c)이 형성된다.
그래서, 제 1 매니폴드홀(30b) 및 제 2 매니폴드홀(30c) 중 선택되는 매니폴드홀로 유입되는 반응가스 및 냉각수는 반응면부(30a)에서 유동되고, 제 1 매니폴드홀(30b) 및 제 2 매니폴드홀(30c) 중 다른 매니폴드홀로 배출된다. 이때 반응가스 및 냉각수가 유입 또는 배출되는 매니폴드홀은 다양하게 변경되어 실시될 수 있을 것이다.
이때 분리판(30, 40)에는 반응가스 및 냉각수가 원하는 유로를 통하여 유동되고, 원하지 않는 영역으로 누출되는 것을 방지하기 위하여 가스켓과 같은 실링소재를 이용하여 기밀라인(70)이 형성된다.
한편, 분리판(30, 40)은 구체적으로 수소의 유동을 만들어주는 애노드 분리판(30)과, 공기를 유동시키는 캐소드 분리판(40)으로 구분된다. 그래서, 애노드 분리판(30)은 막전극접합체(11) 중 애노드 전극층(anode)이 형성된 면에 대향되는 면으로 배치되고, 캐소드 분리판(40)은 막전극접합체(11) 중 캐소드 전극층(cathode)이 형성된 면에 대향되는 면으로 배치된다.
그리고, 서로 인접하는 단위셀의 애노드 분리판(30)과 캐소드 분리판(40)이 서로 접합 또는 적층되면서 그 사이 공간으로 냉각수가 유동되는 냉각수유로(60)가 형성된다.
한편, 분리판은 반응기체를 유동시키는 방식에 따라 유로형 분리판(30, 40)과 다공체형 분리판(50)으로 구분될 수 있다.
도 2는 일반적인 유로형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이고, 도 3은 일반적인 다공체형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이다. 이때 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 A-A'선에 대한 단면을 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 유로형 분리판(30, 40)이 적용된 단위셀은 애노드 분리판(30)과 캐소드 분리판(40)이 모두 유로형 분리판이 적용된다.
유로형 분리판(30, 40)은 랜드(31, 41)와 채널(32, 42)이 형성되도록 절곡되도록 형성되어 랜드(31, 41)가 기체확산층(20)에 지지되고, 채널(32, 42)을 통하여 반응기체가 유동된다. 그리고, 서로 인접하는 분리판(30, 40)이 서로 접합 또는 적층되면서 각각의 분리판(30, 40)에 형성된 랜드(31, 41)의 사이 공간으로 냉각수가 유동되는 냉각수유로(60)가 형성된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 다공체형 분리판이 적용된 단위셀은 애노드 분리판(30)으로 유로형 분리판이 적용되고, 캐소드 분리판(50)으로 다공체형 분리판이 적용된다. 물론 다공체형 분리판이 적용된 단위셀은 애노드 분리판(30)으로 다공체형 분리판이 적용되고, 캐소드 분리판(50)으로 유로형 분리판이 적용될 수 있을 것이다.
이때 다공체형 분리판(50)은 평평하게 형성되는 평판(51)과, 상기 평판(51)과 기체확산층(20) 사이에 배치되어 반응기체를 유동되는 다공체(52)로 이루어진다.
다공체(52)는 금속 박판에 홀을 형성하거나 흠집을 낸 다음 성형함으로써 소정의 높이를 갖는 요철 형상이 지그재그 형태로 형성된다.
한편, 일반적인 단위셀에서 기밀라인 위에 기체확산층(20)이 겹쳐지게 되면 기밀에 문제가 생기게 된다.
그래서, 종래에는 일반적으로 기체확산층(20)과 막전극접합체(11)를 접합하기 위해 기체확산층(20)을 막전극접합체(11)의 폭보다 약 1 ~ 3mm 정도 크게 제작한다.
이때 막전극접합체(11)와 기체확산층(20)의 제작 및 접합 공차와 가스켓 사출 및 정렬 공차를 고려하여 기밀라인(70)과 분리판(30, 40)에 의해 형성되는 최외곽 유로가 멀어지게 구성한다. 하지만, 이러한 구성을 그대로 유지하게 되면 반응기체가 유동되는 유로가 다른 영역보다 크게 형성되면서 해당 유로로 과량의 반응기체가 유동되면서 반응기체의 유량 불균형이 야기된다.
그래서, 도 2와 같이 기밀라인(70)이 접착되는 평탄부(32a, 42a)와 인접하는 최외곽에 형성되는 랜드(31, 41)의 폭을 증대시킨 포밍부(31a, 41a)를 형성할 수밖에 없다.
하지만, 이러한 포밍부(31a, 41a)의 형성은 냉각수가 유동되는 냉각수유로(60)의 단면적이 상대적으로 커지게 되고, 이에 따라 냉각수 과유량을 야기하게 된다.
냉각수의 유동 불균형은 단위셀의 열 전달률을 저하시키며, 이는 곧 연료전지 스택의 성능과 내구에 악영향을 미치게된다.
이러한 문제는 다공체형 분리판에서 더욱 심화된다.
도 3과 같이 다공체형 분리판(50)의 평판(51)은 최외곽 영역에 기밀라인(70)이 접착되는 평탄부(51b)가 형성되고, 상기 평탄부(51b)와 다공체(52)가 배치되는 영역의 사이에 유로형 분리판(30, 40)의 랜드(31, 41)와 유사하게 절곡시킨 포밍부(51a)가 형성된다. 이때 포밍부(51a)에 의해 냉각수가 유동되는 냉각수유로(60)의 단면적이 상대적으로 커지게 되고, 이에 따라 냉각수 과유량을 야기하게 된다.
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.
공개특허공보 제10-2017-0070575호 (2017.06.22)
본 발명은 분리판에 형성되는 최외곽 유로에 과량의 냉각수가 유동되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 단위셀을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)과; 상기 기체확산층의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고, 상기 분리판의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에는 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분리판에는 상기 역포밍부에서 상기 기체확산층과 대면되는 면 방향으로 절곡되면서 분리판의 외곽방향으로 연장되는 평탄부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 역포밍부에 의해 형성되는 냉각수유로의 단면적은 인접하는 냉각수유로의 단면적과 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 등간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 상이한 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분리판은 길이방향을 기준으로 중간영역에 막전극접합체(MEA)와 기체확산층이 배치되는 반응면부가 형성되고, 분리판의 길이방향 양측에는 반응가스 또는 냉각수가 유입 또는 배출되는 제 1 매니폴드홀 및 제 2 매니폴드홀이 형성되며, 상기 역포밍부는 상기 반응면부의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분리판에 형성되는 반응면부의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽은 상기 역포밍부가 형성된 영역과, 역포밍부가 형성되지 않은 영역이 교대로 배치되되, 상기 제 1 매니폴드홀과 제 2 매니폴드홀에 인접되는 영역은 상기 역포밍부가 형성되지 않은 영역으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 분리판은 각각 랜드와 채널이 형성되도록 절곡되는 유로형 분리판인 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 분리판 중 하나의 분리판은 랜드와 채널이 형성되도록 절곡되는 유로형 분리판이고, 나머지 하나의 분리판은 상기 반응면부에 대향되는 영역이 평평하게 형성되는 평판과, 상기 평판과 기체확산층 사이에 배치되어 반응기체를 유동되는 다공체로 이루어진 다공체형 분리판인 것을 특징으로 한다.
상기 다공체형 분리판의 평판에 상기 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 막전극접합체에는 가장자리를 지지하는 프레임이 구비되어 막전극 어셈블리를 형성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서, 상기 단위셀은, 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)과; 상기 기체확산층의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고, 상기 분리판의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에는 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분리판의 폭방향 최외곽 구조를 개선하여 특정 영역으로 과량의 냉각수가 유동되는 것을 방지하여 연료전지 스택의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지용 단위셀에 적용되는 분리판을 보여주는 평면도이고,
도 2는 일반적인 유로형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이며,
도 3은 일반적인 다공체형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀에 적용되는 분리판을 보여주는 평면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공체형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이며,
도 7은 도 4의 C-C'선에 대한 단면을 보여주는 도면이다.
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.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀에 적용되는 분리판을 보여주는 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공체형 분리판이 적용된 단위셀의 단면을 보여주는 도면이며, 도 7은 도 4의 C-C'선에 대한 단면을 보여주는 도면이다. 이때 도 5 및 도 6은 각각 도 4의 B-B'선에 대한 단면을 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 단위셀에 적용되는 분리판은 유로형 분리판과 다공체형 분리판에 모두 적용될 수 있다.
예를 들어 유로형 분리판이 적용되는 경우에는 도 5와 같이 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200)이 모두 유로형 분리판이 적용된다.
그리고, 다공체형 분리판이 적용되는 경우에는 도 6과 같이 애노드 분리판(100)은 유로형 분리판이 적용되고, 캐소드 분리판(300)은 다공체형 분리판이 적용된다.
여기서, 유로형 분리판(100, 200)의 기본적인 구성은 랜드와 채널이 형성되는 일반적인 유로형 분리판의 구성과 유사하고, 다공체형 분리판(300)의 기본적인 구성은 평판과 다공체로 이루어지는 일반적인 다공체형 분리판의 구성과 유사하다. 이에, 유로형 분리판과 다공체형 분리판의 기본적인 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 본 발명에 따른 분리판(100, 200, 300)은 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에서 냉각수유로의 단면적을 줄이기 위하여 그 형상을 개선하였다. 이하 분리판(100, 200, 300)에서 개선된 부분에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 유로형 분리판이 적용된 단위셀에 대하여 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(10)와, 상기 막전극접합체(10)의 가장자리를 지지하는 프레임(12)으로 이루어지는 막전극 어셈블리(10)와; 상기 막전극 어셈블리(10)의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(20)과; 상기 기체확산층(20)의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층(20)과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층(20)과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로(60)가 형성되는 한 쌍의 분리판(100, 200)을 포함한다.
이때 분리판은 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200)으로 구분되고, 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200)은 모두 유로형 분리판으로 구성된다.
한 쌍의 분리판(100, 200)은 모두 길이방향을 기준으로 중간영역에 막전극접합체(11)와 기체확산층(20)이 배치되는 반응면부(100a)가 형성되고, 분리판(100, 200)의 길이방향 양측에는 반응가스 또는 냉각수가 유입 또는 배출되는 제 1 매니폴드홀(100b) 및 제 2 매니폴드홀(100c)이 형성된다.
그래서, 제 1 매니폴드홀(100b) 및 제 2 매니폴드홀(100c) 중 선택되는 매니폴드홀로 유입되는 반응가스 및 냉각수는 반응면부(100a)에서 유동되고, 제 1 매니폴드홀(100b) 및 제 2 매니폴드홀(100c) 중 다른 매니폴드홀로 배출된다. 이때 반응가스 및 냉각수가 유입 또는 배출되는 매니폴드홀은 다양하게 변경되어 실시될 수 있을 것이다.
그리고, 분리판(100, 200)에는 반응가스 및 냉각수가 원하는 유로를 통하여 유동되고, 원하지 않는 영역으로 누출되는 것을 방지하기 위하여 가스켓과 같은 실링소재를 이용하여 기밀라인(70)이 형성된다.
한편, 분리판(100, 200)에는 랜드(110, 210)와 채널(120, 220)이 형성된다. 다만, 분리판(100, 200)의 폭방향 양측 최외곽에는 냉각수유로(60)의 단면적을 줄이기 위하여 상기 기체확산층(20)과 대면되는 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부(130, 230)가 형성된다.
이때, 역포밍부(130, 230)는 분리판(100, 200) 중 반응면부(100a)의 폭방향 양측 최외곽에 형성되는 것이 바람직하다. 물론 역포밍부(130, 230)는 분리판(100, 200) 중 반응면부(100a)의 폭방향 양측 최외곽 중 어느 일측 최외곽에만 형성될 수 있을 것이다.
한편, 역포밍부(130, 230)는 분리판(100, 200)에 형성되는 채널(110, 210)과 유사한 형상으로 절곡된다.
그리고, 분리판(100, 200)에는 역포밍부(130, 230)에서 기체확산층(20)과 대면되는 면 방향으로 절곡되면서 평평하게 분리판(100, 200)의 외곽방향으로 연장되는 평탄부(140, 240)가 형성된다. 그래서, 평탄부(140, 240)에 기밀라인(70)이 형성된다.
이때 평탄부(140, 240)는 분리판(100, 200)에 형성되는 랜드(110, 210)와 같은 방향으로 절곡되어 형성되지만 기체확산층(20)에 접하지 않을 정도로 절곡되는 것이 바람직하다.
그리고, 서로 인접하는 단위셀의 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200)이 서로 접합 또는 적층되면서 밀착된다. 그래서, 애노드 분리판(100)에 형성되는 역포밍부(130) 및 평탄부(140)와 캐소드 분리판(200)에 형성되는 역포밍부(230) 및 평탄부(240)의 밀착에 의해 분리판(100, 200)의 최외곽에서 역포밍부(130, 230)끼리의 밀착영역만큼 냉각수유로(60)가 형성되는 단면적이 줄어든다.
그래서, 분리판(100, 200)의 최외곽에서 종래의 일반적인 분리판에 비해 냉각수유로의 단면적이 줄어들어 해당 영역으로 냉각수가 과량으로 유동되는 것이 방지된다.
그리고, 애노드 분리판(100)에 형성되는 역포밍부(130)와 캐소드 분리판(200)에 형성되는 역포밍부(230)의 밀착에 의해 분리판(100, 200)의 최외곽에서 역포밍부(130, 230)끼리의 밀착영역이 형성되고, 이러한 구조에 의해 단위셀의 적층시 구조적으로 더 안정감을 제공할 수 있다.
한편, 냉각수의 유동량을 영역별로 균일하게 유지하기 위하여 역포밍부(130, 230)에 의해 형성되는 냉각수유로(60)의 단면적은 인접하는 냉각수유로(60)의 단면적과 같거나 작게 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 역포밍부(130, 230)는 분리판(100, 200)의 길이방향을 따라 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이때 역포밍부(130, 230)는 서로 등간격으로 이격되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고, 서로간의 간격이 상이하거나 일정한 비율로 증가하거나 감소할 수 있을 것이다.
그래서, 분리판(100, 200)에 형성되는 반응면부(100a)의 폭방향 양측 최외곽 영역은 역포밍부(130, 230)가 형성된 영역과, 역포밍부(130, 230)가 형성되지 않은 영역이 교대로 배치된다. 이때 제 1 매니폴드홀(100b)과 제 2 매니폴드홀(100c)에 인접되는 영역은 역포밍부(130, 230)가 형성되지 않은 영역으로 형성되는 것이 바람직하다.
그 이유는 반응기체 또는 냉각수가 유입되는 제 1 매니폴드홀(100b) 및 제 2 매니폴드홀(100c)과 인접한 영역에 역포밍부(130, 230)가 형성되는 경우에는 반응기체 또는 냉각수가 유동되는 유로의 단면적이 상대적으로 커지면서 반응기체 또는 냉각수의 유량이 증가하고, 이에 따라 반응기체 또는 냉각수 유량의 불균일이 발생하면서 연료전지 스택의 성능이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 제 1 매니폴드홀(100b)과 인접한 영역 및 제 2 매니폴드홀(100c)과 인접한 영역에 역포밍부(130, 230)가 형성되는 경우에는 역포밍부(130, 230)에 의해 빈공간이 형성되면서 다수의 단위셀을 적층하여 연료전지 스택을 구성할 때 해당 영역에서 구조적인 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 다공체형 분리판이 적용된 단위셀에 대하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이 다공체형 분리판이 적용된 단위셀은 애노드 분리판(100)으로 유로형 분리판이 적용되고, 캐소드 분리판(300)으로 다공체형 분리판이 적용된다.
그래서, 애노드 분리판(100)은 앞서 설명된 실시예의 유로형 분리판이 적용된다.
그리고, 캐소드 분리판(300)은 반응면부(100a)에 대향되는 영역이 평평하게 형성되는 평판(310)과, 상기 평판(310)과 기체확산층(20) 사이에 배치되어 반응기체가 유동되는 다공체(320)로 이루어진다.
그래서, 상기 평판(310)에 전술된 구성과 마찬가지로 역포밍부(311) 및 평탄부(312)가 형성된다.
이때 평판(310)에 형성되는 역포밍부(311) 및 평탄부(312)는 애노드 분리판(100)에 형성되는 역포밍부(130) 및 평탄부(140)와 대칭되는 형상으로 형성된다. 그래서, 서로 인접하는 단위셀의 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(300)이 서로 접합 또는 적층되면서 애노드 분리판(100)에 형성되는 역포밍부(130) 및 평탄부(140)와 캐소드 분리판(300)의 평판(310)에 형성되는 역포밍부(311) 및 평탄부(312)의 밀착에 의해 분리판의 최외곽에서 애노드 분리판(100)에 형성되는 역포밍부(130)와 캐소드 분리판(300)의 평판(310)에 형성되는 역포밍부(311)의 밀착영역만큼 냉각수유로(60)가 형성되는 단면적이 줄어든다.
그래서, 분리판(100, 300)의 최외곽에서 종래의 일반적인 분리판에 비해 냉각수유로의 단면적이 줄어들어 해당 영역으로 냉각수가 과량으로 유동되는 것이 방지된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 스택은 전술된 단위셀이 다수개 구비되어 적층됨으로써 이루어진다.
이때 서로 인접하는 단위셀의 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200)이 서로 접합 또는 적층되면서 밀착된다. 그래서, 애노드 분리판(100)과 캐소드 분리판(200) 사이로 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성된다.
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.
10: 막전극 어셈블리 11: 막전극접합체
12: 프레임 20: 기체확산층
30, 40: 분리판(유로형) 31, 41: 랜드
32, 42: 채널 31a, 41a: 포밍부
32a, 42a: 평탄부 50: 분리판(다공체형)
51: 평판 52: 다공체
51a: 포밍부 51b: 평탄부
60: 냉각수유로 70: 기밀라인
100, 200: 분리판(유로형) 110, 210: 랜드
120, 220: 채널 130, 230: 역포밍부
140, 240: 평탄부 300: 분리판(다공체형)
310: 평판 320: 다공체
311: 역포밍부 312: 평탄부

Claims (13)

  1. 막전극접합체(MEA)와;
    상기 막전극접합체의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)과;
    상기 기체확산층의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고,
    상기 분리판의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에는 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리판에는 상기 역포밍부에서 상기 기체확산층과 대면되는 면 방향으로 절곡되면서 분리판의 외곽방향으로 연장되는 평탄부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 역포밍부에 의해 형성되는 냉각수유로의 단면적은 인접하는 냉각수유로의 단면적과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 등간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 역포밍부는 상기 분리판의 길이방향을 따라 상이한 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 분리판은 길이방향을 기준으로 중간영역에 막전극접합체(MEA)와 기체확산층이 배치되는 반응면부가 형성되고, 분리판의 길이방향 양측에는 반응가스 또는 냉각수가 유입 또는 배출되는 제 1 매니폴드홀 및 제 2 매니폴드홀이 형성되며,
    상기 역포밍부는 상기 반응면부의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 분리판에 형성되는 반응면부의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽은 상기 역포밍부가 형성된 영역과, 역포밍부가 형성되지 않은 영역이 교대로 배치되되,
    상기 제 1 매니폴드홀과 제 2 매니폴드홀에 인접되는 영역은 상기 역포밍부가 형성되지 않은 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 분리판은 각각 랜드와 채널이 형성되도록 절곡되는 유로형 분리판인 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 분리판 중 하나의 분리판은 랜드와 채널이 형성되도록 절곡되는 유로형 분리판이고,
    나머지 하나의 분리판은 상기 반응면부에 대향되는 영역이 평평하게 형성되는 평판과, 상기 평판과 기체확산층 사이에 배치되어 반응기체를 유동되는 다공체로 이루어진 다공체형 분리판인 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 다공체형 분리판의 평판에 상기 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 막전극접합체에는 가장자리를 지지하는 프레임이 구비되어 막전극 어셈블리를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
  13. 다수의 단위셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서,
    상기 단위셀은,
    막전극접합체(MEA)와;
    상기 막전극접합체의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)과;
    상기 기체확산층의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 기체유로가 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각수유로가 형성되는 한 쌍의 분리판을 포함하고,
    상기 분리판의 폭방향 양측 최외곽 중 적어도 일측 최외곽에는 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면 방향으로 절곡되는 역포밍부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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