KR20220146147A - 연료전지스택 시스템 - Google Patents

연료전지스택 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220146147A
KR20220146147A KR1020210053050A KR20210053050A KR20220146147A KR 20220146147 A KR20220146147 A KR 20220146147A KR 1020210053050 A KR1020210053050 A KR 1020210053050A KR 20210053050 A KR20210053050 A KR 20210053050A KR 20220146147 A KR20220146147 A KR 20220146147A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon separator
diffusion layer
gas diffusion
fuel cell
cartridge module
Prior art date
Application number
KR1020210053050A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102541553B1 (ko
Inventor
이재종
Original Assignee
이재종
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이재종 filed Critical 이재종
Priority to KR1020210053050A priority Critical patent/KR102541553B1/ko
Publication of KR20220146147A publication Critical patent/KR20220146147A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102541553B1 publication Critical patent/KR102541553B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지스택 시스템에 관련되며, 이는 절연카트리지모듈의 적층 지지구조에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 각각 독립적으로 지지되도록 구조 개선되어 기체확산층으로 작용하는 압축력이 스택셀 적층 수량에 영향을 받지 않고 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 절연 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지됨과 더불어 외부충격에 의한 구조적 안정성이 확보되며, 특히, 절연카트리지모듈에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판 가장자리부가 기밀 처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 절연카트리지모듈 사이즈만큼 카본분리판 사이즈가 축소되어 소재비 절감과 더불어 카본분리판의 구조가 단순화되어 국산화를 도모할 수 있도록 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20), 음극 카본분리판(30), 절연카트리지모듈(40)을 포함하여 주요구성으로 한다.

Description

연료전지스택 시스템{Fuel cell stack system}
본 발명은 연료전지스택 시스템에 관련되며, 보다 상세하게는 절연카트리지모듈의 적층 지지구조에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 각각 독립적으로 지지되도록 구조 개선되어 기체확산층으로 작용하는 압축력이 스택셀 적층 수량 및 적층 위치에 영향을 받지 않고 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 절연 카트리지에 각각 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지됨과 더불어 외부충격에 의한 구조적 안정성이 확보되며, 특히, 절연카트리지모듈에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판 가장자리부가 기밀 처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 절연카트리지모듈 사이즈만큼 카본분리판 사이즈가 축소되어 소재비 절감과 더불어 카본분리판의 구조가 단순화되어 국산화를 도모할 수 있는 연료전지스택 시스템에 관한 것이다.
통상 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템으로서, 이러한 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택, 연료전지스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물 관리 시스템으로 구성된다.
그리고 연료전지스택은 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된 3L MEA(Membrane Electrode Assembly;이하 막전극접합체라고함)와, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 GDL(Gas Diffusion Layer, 이하, 기체확산층라고 함)과, 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구와, 반응기체들 및 냉각수가 이동하는 분리판으로 구성되고, 분리판은 두께방향에 대해 90도의 각도에서 매니폴드와 유로를 연결하는 통로를 직선형으로 가공한 후 외각기밀을 위해 매니폴드 외곽부분을 별도의 충진재로 다시 매립하는 방법을 사용한다.
하지만, 매니폴드의 밀봉 부위가 스택에서 많은 부피를 차지하기 때문에 컴팩트한 구조의 연료전지스택을 만들기 어렵고, 밀봉 부위만큼 단위 셀의 반응면적이 줄어들기 때문에 셀의 제조비용이 늘어나는 문제점이 있으며, 직사각형의 단면을 갖는 평관형 분리판은 직사각형의 단면을 갖는 매니폴드를 사용해야 하기 때문에 정확한 크기의 매니폴드 제작이 어렵고 가스누출 위험이 높아지는 실정이다.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-1670800호에서, 고체산화물 연료전지 셀로, 상기 셀은, 내부에 연료 통과용 연료흐름부를 구비한 연료극부; 상기 연료극부와 접하면서 감싸되, 상기 연료극부의 하면과 접하는 부위의 중앙에 개구부를 구비하는 전해질 재료로 구성된 프레임(frame); 상기 프레임의 개구부 부위에 피복되어 상기 연료극부의 하면에 접하는 연결재; 및 상기 연료극부의 상면과 접한 프레임 부위의 상면에 피복된 공기극부를 포함하고, 상기 프레임은, 상기 연료극부의 연료흐름부 양단과 각각 연결되며 상기 프레임의 전면과 후면을 상하로 관통하는 연료 출입부; 및 상기 프레임을 상하로 관통하되 음극부를 노출하지 않으며 상기 공기극으로 공기를 공급할 수 있는 공기 출입부를 구비하는 기술이 선 제시된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 공기출입부를 연료극(음극)으로부터 분리하여 밀봉작업을 간소화하려는 것이나, 스택의 성능은 기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)의 눌림량에 영향을 민감하게 반응함에 따라 눌림량 불균일로 인해 성능이 저하되고,
대부분의 분리판은 부식을 방지하면서 우수한 전기 전도성을 확보하기 위해 카본 재질로 형성되지만, 고도의 가공기술을 필요로 하므로 대부분 수입에 의존하는 실정이고, 카본 분리판 사이에 기밀을 유지하기 위해 서로 접합 고정되므로 추후 A/S에 어려움이 따르며, 특히, 접합 영역이 포함되도록 카본 분리판 사이즈가 확장 형성됨에 따라 원재료 소모량 증가로 제조원가 상승을 초래하는 폐단이 따랐다.
KR 10-1670800 B1 (2016.10.25.)
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 절연카트리지모듈의 적층 지지구조에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 각각 독립적으로 지지되도록 구조 개선되어 기체확산층으로 작용하는 압축력이 스택셀 적층 수량 및 적층위치에 영향을 받지 않고 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 절연 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지됨과 더불어 외부충격에 의한 구조적 안정성이 확보되며, 특히, 절연카트리지모듈에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판 가장자리부가 기밀 처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 절연카트리지모듈 사이즈만큼 카본분리판 사이즈가 축소되어 소재비 절감과 더불어 카본분리판의 구조가 단순화되어 국산화를 도모할 수 있는 연료전지스택 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 연료전지스택은 복수의 스택셀(100)이 적층된 조립체로 이루어지고, 상기 스택셀(100)은, 막전극접합체(11)(MEA: Membrane Electrode Assembly)를 포함하고, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(10)(GDL: Gas Diffusion Layer); 상기 기체확산층(10) 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 수소 이송유로(21)가 형성되는 양극 카본분리판(20); 상기 기체확산층(10) 다른 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 산소 이송유로(31)가 형성되며, 다른 일면에 냉각수 이송유로(32)가 형성되는 음극 카본분리판(30); 상기 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역을 독립된 공간에 기밀 수용하고, 상하방향으로 적층 지지되어 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이에 배치된 기체확산층(10)의 눌림 압력을 조절하도록 구비되는 절연카트리지모듈(40);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 절연카트리지모듈(40)은, 상, 하면이 서로 적층 조립된 상태로 종방향 하중으로 지지하는 커버플레이트(41)와, 커버플레이트(41) 내주면에 돌출되는 스톱퍼(42)와, 스토퍼(42)를 경계로 상부 영역에 형성되어, 기체확산층(10)과 양극 카본분리판(20)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 상부 격실(43)과, 스토퍼(42)를 경계로 하부 영역에 형성되어, 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 하부 격실(44)과, 상, 하부 격실(43)(44)에 수용된 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이를 기밀처리하는 가스켓(45)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극 카본분리판(30)은 양극 카본분리판(20) 대비 축소된 사이즈로 형성되고, 상기 하부 격실(44)은 상부 격실(43) 대비 축소된 사이즈로 형성되며, 하부 격실(44)의 축소된 사이즈에 해당하는 폭만큼 커버플레이트(41) 저면에 확장받침면(46)이 확장 형성되고, 상기 절연카트리지모듈(40)을 적층 조립시, 커버플레이트(41) 상면 및 기체확산층(10) 상면이 확장받침면(46)에 의해 동시 가압되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연카트리지모듈(40)의 상부 격실(43) 바닥면에 제 1기밀홈(40a)이 형성되고, 하부 격실(44) 상면에 제 2기밀홈(40b)이 구비되며, 확장받침면(46) 저면에 제 3기밀홈(40c)이 형성되고, 상기 제 1, 2, 3기밀홈(40a)(40b)(40c)에 설치되는 가스켓(45)에 의해 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20) 및 음극 카본분리판(30) 사이가 기밀처리되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 절연카트리지모듈의 적층 지지구조에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 각각 독립적으로 지지되도록 구조 개선되어 기체확산층으로 작용하는 압축력이 스택셀 적층 수량 및 위치에 영향을 받지 않고 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 절연 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지됨과 더불어 외부충격에 의한 구조적 안정성이 확보되며, 특히, 절연카트리지모듈에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판 가장자리부가 기밀 처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 절연카트리지모듈 사이즈만큼 카본분리판 사이즈가 축소되어 소재비 절감과 더불어 카본분리판의 구조가 단순화되어 국산화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템을 내부구조를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템을 분해하여 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템의 수소, 산소, 냉각수 이송 유로를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템을 내부구조를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템을 분해하여 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지스택 시스템의 수소, 산소, 냉각수 이송 유로를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 연료전지스택 시스템에 관련되며, 이는 절연카트리지모듈의 적층 지지구조에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 각각 독립적으로 지지되도록 구조 개선되어 기체확산층으로 작용하는 압축력이 스택셀 적층 수량에 영향을 받지 않고 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판과 음극 카본분리판이 절연 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지됨과 더불어 외부충격에 의한 구조적 안정성이 확보되며, 특히, 절연카트리지모듈에 의해 양극 카본분리판과 음극 카본분리판 가장자리부가 기밀 처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 절연카트리지모듈 사이즈만큼 카본분리판 사이즈가 축소되어 소재비 절감과 더불어 카본분리판의 구조가 단순화되어 국산화를 도모할 수 있도록 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20), 음극 카본분리판(30), 절연카트리지모듈(40)을 포함하여 주요구성으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지스택은 복수의 스택셀(100)이 적층된 조립체로 이루어진다.
상기 스택셀(100)은, 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20), 음극 카본분리판(30) 및 절연카트리지모듈(40) 조립체로 형성된다.
본 발명에 따른 기체확산층(10)(GDL: Gas Diffusion Layer)은 막전극접합체(11)(MEA: Membrane Electrode Assembly)를 포함하고, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행한다.
여기서 상기 막전극접합체(11)는 수소이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 전극/촉매층이 부착된다.
한편, 상기 기체확산층(10) 가장자리부에 사이드시트를 돌출 형성하여, 후술하는 절연카트리지모듈(40)의 상부 격실(41)에 수용되도록 하는 구성도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 양극 카본분리판(20)은 상기 기체확산층(10) 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 수소 이송유로(21)가 형성된다.
그리고, 상기 양극 카본분리판(20)과 기체확산층(10)의 적층 구조에 의해 수소 이송유로(21) 일측이 기체확산층(10)에 의해 마감되도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 음극 카본분리판(30)은 상기 기체확산층(10) 다른 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 산소 이송유로(31)가 형성되며, 다른 일면에 냉각수 이송유로(32)가 형성된다.
이때, 상기 산소 이송유로(31)는 기체확산층(10)에 의해 마감되고, 냉각수 이송유로(32)는 이웃하는 스택셀(100)의 양극 카본분리판(20)에 의해 마감되도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 절연카트리지모듈(40)은 상기 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역을 독립된 공간에 기밀 수용하고, 상하방향으로 적층 지지되어 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이에 배치된 기체확산층(10)의 눌림 압력을 조절하도록 구비된다. 이때 상기 절연카트리지모듈(40)은 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 포함하는 고내열성 및 고화학성을 가진 절연 소재로 형성된다.
상기 절연카트리지모듈(40)은, 상, 하면이 서로 적층 조립된 상태로 종방향 하중으로 지지하는 커버플레이트(41)와, 커버플레이트(41) 내주면에 돌출되는 스톱퍼(42)와, 스토퍼(42)를 경계로 상부 영역에 형성되어, 기체확산층(10)과 양극 카본분리판(20)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 상부 격실(43)과, 스토퍼(42)를 경계로 하부 영역에 형성되어, 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 하부 격실(44)과, 상, 하부 격실(43)(44)에 수용된 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이를 기밀처리하는 가스켓(45)을 포함한다.
이처럼 도 1과 같이 상기 커버플레이트(41) 내주면이 스토퍼(42)에 의해 상, 하부 격실(43)(44)로 구분되고, 상, 하부 격실(43)(44)에 의해 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)이 각각 독립적으로 지지됨에 따라 서로 간에 적층하중이 절연카트리지모듈(40) 측으로 분산되어 기체확산층(10)으로 작용하는 압축력이 균일하게 유지되고, 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)이 절연 지지되어 전기적 쇼트(Shot)현상이 미연에 방지되며, 외부충격에도 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20) 및 음극 카본분리판(30) 간에 지지력이 견고하게 유지되어 구조적 안정성이 확보되는 이점이 있다.
그리고, 상기 절연카트리지모듈(40)에 의해 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 가장자리부가 기밀처리되는 구조적 특성상, 기존 접합공정이 생략되어 제조공정이 대폭 단축되고, 특히, 절연카트리지모듈(40) 사이즈만큼 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이즈를 축소 제작 가능하여 소재비 절감과 더불어 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)의 구조가 단순화되어 국산화가 가능하다.
또한, 상기 음극 카본분리판(30)은 양극 카본분리판(20) 대비 축소된 사이즈로 형성되고, 상기 하부 격실(44)은 상부 격실(43) 대비 축소된 사이즈로 형성된다.
그리고 상기 하부 격실(44)의 축소된 사이즈에 해당하는 폭만큼 커버플레이트(41) 저면에 확장받침면(46)이 확장 형성된다.
이에 상기 절연카트리지모듈(40)을 적층 조립시, 커버플레이트(41) 상면 및 기체확산층(10) 상면이 확장받침면(46)에 의해 동시 가압되도록 구비됨에 따라 상부 격실(43)에 수용된 기체확산층(10)과 양극 카본분리판(20)이 확장받침면(46)에 의해 설정된 압력으로 견고하게 위치고정된다.
또한, 상기 절연카트리지모듈(40)의 상부 격실(43) 바닥면에 제 1기밀홈(40a)이 형성되고, 하부 격실(44) 상면에 제 2기밀홈(40b)이 구비되며, 확장받침면(46) 저면에 제 3기밀홈(40c)이 형성된다.
그리고 상기 제 1, 2, 3기밀홈(40a)(40b)(40c)에 설치되는 가스켓(45)에 의해 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20) 및 음극 카본분리판(30) 사이가 기밀 처리된다. 이때 상기 가스켓(45)은 단순 기밀기능만을 수행하도록 설치됨에 따라 제조비용이 절감됨과 더불어 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20) 및 음극 카본분리판(30) 간에 기밀이 파괴되는 경우, 가스켓(45)을 교체하는 방식으로 간단하게 유지보수할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3과 같이 상기 절연카트리지모듈(40)은 수소, 산소, 냉각수를 수소 이송유로(21), 산소 이송유로(31), 냉각수 이송유로(32) 측으로 공급하기 위해 각각의 이송유로가 구비되는바, 도 3 (a)는 산소 이송유로(31)를 나타내는 구성도이고, 도 3 (b)는 수소 이송유로(21)를 나타내는 구성도이며, 도 3 (c)는 냉각수 이송유로(32)를 나타내는 구성도이다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 기체확산층
20: 양극 카본분리판
30: 음극 카본분리판
40: 절연카트리지모듈
100: 스택셀

Claims (4)

  1. 연료전지스택은 복수의 스택셀(100)이 적층된 조립체로 이루어지고,
    상기 스택셀(100)은,
    막전극접합체(11)(MEA: Membrane Electrode Assembly)를 포함하고, 반응기체들을 고르게 분포하고 발생된 전기를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(10)(GDL: Gas Diffusion Layer);
    상기 기체확산층(10) 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 수소 이송유로(21)가 형성되는 양극 카본분리판(20);
    상기 기체확산층(10) 다른 일면에 배치되고, 기체확산층(10)과 대응하는 면에 산소 이송유로(31)가 형성되며, 다른 일면에 냉각수 이송유로(32)가 형성되는 음극 카본분리판(30); 및
    상기 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역을 독립된 공간에 기밀 수용하고, 상하방향으로 적층 지지되어 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이에 배치된 기체확산층(10)의 눌림 압력을 조절하도록 구비되는 절연카트리지모듈(40); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연카트리지모듈(40)은,
    상, 하면이 서로 적층 조립된 상태로 종방향 하중으로 지지하는 커버플레이트(41)와,
    커버플레이트(41) 내주면에 돌출되는 스톱퍼(42)와,
    스토퍼(42)를 경계로 상부 영역에 형성되어, 기체확산층(10)과 양극 카본분리판(20)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 상부 격실(43)과,
    스토퍼(42)를 경계로 하부 영역에 형성되어, 음극 카본분리판(30)의 가장자리부 영역이 기밀 수용되는 하부 격실(44)과,
    상, 하부 격실(43)(44)에 수용된 양극 카본분리판(20)과 음극 카본분리판(30) 사이를 기밀 처리하는 가스켓(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 음극 카본분리판(30)은 양극 카본분리판(20) 대비 축소된 사이즈로 형성되고, 상기 하부 격실(44)은 상부 격실(43) 대비 축소된 사이즈로 형성되며, 하부 격실(44)의 축소된 사이즈에 해당하는 폭만큼 커버플레이트(41) 저면에 확장받침면(46)이 확장 형성되고, 상기 절연카트리지모듈(40)을 적층 조립시, 커버플레이트(41) 상면 및 기체확산층(10) 상면이 확장받침면(46)에 의해 동시 가압되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 절연카트리지모듈(40)의 상부 격실(43) 바닥면에 제 1기밀홈(40a)이 형성되고, 하부 격실(44) 상면에 제 2기밀홈(40b)이 구비되며, 확장받침면(46) 저면에 제 3기밀홈(40c)이 형성되고,
    상기 제 1, 2, 3기밀홈(40a)(40b)(40c)에 설치되는 가스켓(45)에 의해 기체확산층(10), 양극 카본분리판(20) 및 음극 카본분리판(30) 사이가 기밀처리되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 시스템.
KR1020210053050A 2021-04-23 2021-04-23 연료전지스택 시스템 KR102541553B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210053050A KR102541553B1 (ko) 2021-04-23 2021-04-23 연료전지스택 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210053050A KR102541553B1 (ko) 2021-04-23 2021-04-23 연료전지스택 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220146147A true KR20220146147A (ko) 2022-11-01
KR102541553B1 KR102541553B1 (ko) 2023-06-07

Family

ID=84042203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210053050A KR102541553B1 (ko) 2021-04-23 2021-04-23 연료전지스택 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102541553B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162668B1 (ko) * 2010-12-28 2012-07-05 주식회사 포스코 고체산화물 연료전지
KR101670800B1 (ko) 2014-08-27 2016-10-31 한국에너지기술연구원 고체산화물 연료전지용 셀 및 그 제조방법
KR20200132294A (ko) * 2019-05-16 2020-11-25 현대자동차주식회사 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 연료전지 스택

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162668B1 (ko) * 2010-12-28 2012-07-05 주식회사 포스코 고체산화물 연료전지
KR101670800B1 (ko) 2014-08-27 2016-10-31 한국에너지기술연구원 고체산화물 연료전지용 셀 및 그 제조방법
KR20200132294A (ko) * 2019-05-16 2020-11-25 현대자동차주식회사 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 연료전지 스택

Also Published As

Publication number Publication date
KR102541553B1 (ko) 2023-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7759014B2 (en) Fuel cell having a seal member
US9225032B2 (en) Fuel cell
US20050186464A1 (en) Fuel cell
JP5060143B2 (ja) 燃料電池スタック
KR20100002253A (ko) 연료전지
US20110053030A1 (en) Fuel Cell with Gas Diffusion Layer having Flow Channel and Manufacturing Method Thereof
US7572538B2 (en) Fuel cell
JP5881594B2 (ja) 燃料電池スタック及びその製造方法
WO2018154656A1 (ja) 平板型電気化学セルスタック
US11424466B2 (en) Membrane electrode unit with a seal arrangement, fuel cell, and fuel cell stack
US9373852B2 (en) Fuel cell stack
US8911916B2 (en) Fuel cell
JP5634978B2 (ja) 燃料電池スタック
KR101162668B1 (ko) 고체산화물 연료전지
US11508982B2 (en) Fuel cell stack
JP2003123801A (ja) 高分子電解質型積層燃料電池
KR101162669B1 (ko) 고체산화물 연료전지
KR20220146147A (ko) 연료전지스택 시스템
JP2009277521A (ja) 燃料電池スタック
JP2004335179A (ja) 燃料電池
JP5378049B2 (ja) 燃料電池スタック
US10381658B2 (en) Fuel cell stack
JP2007005222A (ja) 燃料電池および燃料電池用セパレータ
JP2001126743A (ja) 高分子電解質型燃料電池
CN216958101U (zh) 一种并联燃料电池电堆

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant