WO2016093604A1 - 고분자 전해질형 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트 - Google Patents

고분자 전해질형 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트 Download PDF

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cell module
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reactor
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권오정
조병현
진성현
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell, a fuel cell stack, and an end plate, and more particularly, when the end plate is pressurized and assembled in a stacking direction of a fuel cell module, the polymer electrolyte membrane and the separator are not bent or damaged.
  • the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell, a fuel cell stack, and an end plate capable of reducing contact resistance to improve energy efficiency of a fuel cell module.
  • a fuel cell is a device that generates electrical energy by electrochemically reacting fuel and an oxidant. This chemical reaction is performed by a catalyst in a catalyst layer, and in general, continuous power generation is possible as long as fuel is continuously supplied.
  • fuel cells can be classified into alkali type (AFC), polymer electrolyte type (PEMFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate (MCFC), and solid oxide (SOFC) fuel cells according to the type of electrolyte and operating temperature.
  • polymer electrolyte fuel cells can be classified into hydrogen fuel cells and direct methanol fuel cells (DMFC).
  • the polymer electrolyte fuel cell has a form in which a porous anode and a cathode are attached to both sides of the polymer electrolyte membrane, with the electrical oxidation of hydrogen as fuel at the anode and oxygen as an oxidant at the cathode.
  • the electrochemical reduction of occurs to generate electrical energy.
  • a separator (separator) is inserted between the polymer electrolyte membranes to supply the reaction gas to each of the polymer electrolyte membranes.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell, a fuel cell stack, and an end plate capable of improving gas yield by securing gas tightness of a fuel cell module.
  • the present invention provides a fuel cell, a fuel cell stack and an end plate that are light in weight and can be mass-produced at a low cost and can easily constitute a fuel cell stack without a separate insulator.
  • the present invention provides a fuel cell module including a plurality of polymer electrolyte membranes (PEM) and electrode plates for collecting electricity generated in the polymer electrolyte membranes with separators interposed therebetween; And a pair of end plates coupled to both side surfaces of the fuel cell module in a stacking direction, the pair of end plates being fastened to each other so that the distances thereof are varied, and varying the separation distance between the end plates.
  • a fuel cell capable of controlling the degree of adhesion between an electrolyte membrane and the electrode plate.
  • At least one of the end plates of the end plate is formed with a recess in which a portion of the fuel cell module can be seated on the inner surface in contact with the fuel cell module.
  • each of the end plates may be provided with a seating groove in which a part of the fuel cell module can be seated inward on one surface of the end plate.
  • the end plates are assembled such that the edges of the seating grooves are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the side surfaces of the fuel cell module are exposed to the outside, so that the fuel cell module can be cooled by air cooling.
  • the end plates may be assembled such that the seating edge edges abut each other.
  • it further comprises a heat dissipation plate provided in the seating grooves of the end plates, and capable of dissipating heat generated from the fuel cell module to the outside.
  • a channel through which the cooling fluid can move is formed in the heat sink, and cooling fluid inlets and outlets are formed at both ends of the channel to extend outside the end plates to allow the cooling fluid to flow in and out. It is provided.
  • a predetermined portion of the end plate is formed with a reactor inlet for supplying an external reactor to the fuel cell module and a reactor for discharging the reactor through the fuel cell module to the outside.
  • the inner surface of the seating groove of the end plate penetrates through the reactor inlet and passes through the reactor inlet and the reactor outlet for supplying the reactor to the internal flow path of the fuel cell module.
  • a reactive gas discharge groove for discharging the reactive gas that has passed through the module to the reactive gas outlet is formed.
  • an electrode exposure groove is formed in a predetermined portion of the seating groove edge of each end plate to expose the electrode protruding from the fuel cell module to the outside.
  • each end plate is further formed with a wire connecting groove is formed on the extension line of the electrode exposure groove and the wire and the bottom surface of the end plate does not interfere with each other when the wire is connected to the electrode.
  • each end plate is made of soft plastic.
  • the plastic may be a heat insulating plastic.
  • the present invention further provides a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are coupled, and electrodes of each fuel cell module are connected in series or in parallel.
  • the present invention may further provide only an end plate separately from the fuel cell.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • both sides of the fuel cell module can be assembled by pressing the end plate seating grooves. Since it can be in close contact with or without being damaged, it is possible to secure gas tightness and improve energy yield.
  • the end plate is made of an insulating plastic material, insulation is not required separately from the electrode plate, and the operating temperature of the fuel cell module is increased to an operating temperature without a separate heater. This is easy and there is an advantage in the fuel cell stack configuration.
  • FIG. 1 is a view showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a side view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a bottom view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an end plate of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a fuel cell stack composed of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of the fuel cell stack of FIG. 9;
  • FIG. 11 is a plan view of the fuel cell stack of FIG. 9;
  • FIG. 12 is a bottom view of the fuel cell stack of FIG. 9;
  • FIG. 13 is a view showing a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a front view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a side view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a bottom view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a view showing an end plate of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • 21 is a view showing a fuel cell stack constructed of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a side view of the fuel cell stack of FIG. 21;
  • FIG. 23 is a plan view of the fuel cell stack of FIG. 21;
  • FIG. 24 is a bottom view of the fuel cell stack of FIG. 21.
  • 100,200 fuel cell 100a, 200a: fuel cell stack
  • electrode plate 113 polymer electrolyte membrane
  • 121a Seating groove 121b, 121c: Reactor gas inlet
  • the fuel cell 100 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell module 110 and an end plate 120.
  • the fuel cell module 110 receives the hydrogen as the fuel and the oxygen as the oxidant to produce electrical energy through the electrochemical panel.
  • the reactor body of the fuel cell module 110 is not limited to hydrogen and oxygen.
  • methanol or the like may be used.
  • the fuel cell module 110 includes a separator 111, an electrode plate 112, and a polymer electrolyte membrane 113.
  • the separator 111 is stacked between each of the polymer electrolyte membranes 113 and on both outer sides thereof, and supplies hydrogen to one surface of the polymer electrolyte membrane 113 and supplies air, that is, oxygen to the other surface.
  • the polymer electrolyte membrane 113 serves to generate electricity.
  • the separator 111 further performs a function of supporting the shapes of the polymer electrolyte membranes 113.
  • the separator 111 is divided into three types of separators, and the separator 111b positioned between each of the polymer electrolyte membranes 113 has an oxygen flow path and a hydrogen flow path for discharging oxygen and hydrogen, respectively, and the polymer electrolyte
  • the separator 111c positioned outside the polymer electrolyte membrane at the outermost side of the membrane 113 has only a hydrogen flow path
  • the separator 111a positioned outside the polymer electrolyte membrane at the outermost side has only an oxygen flow path.
  • the separators 111 are membrane separation plates for supplying hydrogen as fuel to one surface of each of the polymer electrolyte membranes 113 and for supplying oxygen to the other surface.
  • the electrode plate 112 is a plate for collecting electrical energy generated in the polymer electrolyte membrane 113 and is provided on the outside of the oxygen flow path separator 111a and the outside of the hydrogen flow path separator 111c, respectively.
  • the electrode plate 112a positioned outside the oxygen flow path separator 111a is a cathode electrode plate, and the electrode plate 112b located outside the hydrogen flow path separator 111c. ) Is composed of an anode electrode plate.
  • a gasket 114 is inserted between the electrode plate 112 and the separator 111 and between the electrode plate 112 and the end plate 120 to be described below. Can be.
  • the electrode plate 112 is provided with protruding electrodes 112ba and 112aa, which are connected to an external wire to output electrical energy.
  • the polymer electrolyte membrane 113 is a membrane that produces electrical energy by transferring hydrogen ions and blocking electron movement, and is a polyester sulfone, polyether ketone, polyimide, polyphenylene sulfide-based, sulfonated hydrocarbon-based polymer membrane Can be.
  • the fuel cell module 110 is a module for producing electrical energy by receiving oxygen and hydrogen, which are reactive bodies.
  • the end plate 120 is coupled to both side surfaces of the polymer electrolyte membrane 113 of the fuel cell module 110 in the stacking direction, that is, the outer side of the electrode plate 112.
  • the end plate 120 is composed of a pair of end plates 121 and 122.
  • end plates 121 and 122 may be fastened to each other by screws 150, and the pressure applied to the fuel cell module 110 may be adjusted by varying the distance from each other depending on the tightness of the screws.
  • the end plates 121 and 122 press and fix the fuel cell module 110 to maintain the shape of the fuel cell module 110 and serve as a case for protecting the fuel cell module 110 from the outside.
  • the at least one end plate 121 of the end plates 121 and 122 may include a seating groove 121a in which a portion of the side surface of the fuel cell module 110 may be seated inward. Is formed and the shape and size of the seating groove 121a correspond to the shape and size of the electrode plate 112.
  • a part of the side surface of the fuel cell module 110 may be inserted into the mounting groove 121a.
  • the seating grooves 121a may be formed in the end plates 121 and 122, and the end plates 121 and 122 may have the same shape.
  • the seating groove 121a may be formed in only one end plate 121, and in this case, the other end plate 122 may have a flat surface in contact with the fuel cell module 110. .
  • the mounting groove 121a is formed in each of the end plates 121 and 122 to be pressed and assembled to the fuel cell module 110, the stack structure of the fuel cell module 110 is maintained without being twisted. desirable.
  • the height of the mounting grooves 121a of the end plates 121 and 122 is such that the edge edges 121aa of the mounting grooves 121a of the end plates 121 and 122 do not meet each other when fastened to the fuel cell module 110. It consists of the height of.
  • each of the end plates 121 and 122 includes a reactor body inlet 121b and 121c for supplying a reaction gas into the seating groove 121a and a reactor body for discharging the reaction gas from the seating groove 121a to the outside. Outlets 121d and 121e are formed.
  • the reactant inlet and outlet of only one end plate 121 allows the reaction gas to be introduced only, and the reactant inlet and outlet of the other end plate 122 allows only the reaction gas to be discharged.
  • the location of the inlet and outlet of the reaction gas can be changed according to the designer's request.
  • reactor inlet (121b, 121c) and the reactor outlet (121d, 121e) may be provided with a nozzle 123 that can be connected to the outer tube.
  • each of the end plates 121 and 122 penetrates the reactor inlets 121b and 121c, and contacts the internal flow path of the separator of the fuel cell module 110 to supply the reactor.
  • Discharge grooves 121da and 121ea may be further formed.
  • an electrode exposed groove 121ab is formed at a predetermined portion of the seating groove edge 121aa of each of the end plates 121 and 122 to expose the electrodes 112aa and 112ba of the electrode plate 112 to the outside.
  • the wire connecting groove 121ac may be further formed on the cutout extension line of the electrode exposure groove 121ab so as not to interfere with the bottom surface of the end plate when the wire is connected to the electrode 112ba.
  • the electrodes 112aa and 112ba have an advantage of being easily protected from the outside at the inside of the electrode exposure groove 121ab and easily connecting wires.
  • end plates 121 and 122 may be strongly fixed to each other by the end plate connection bars 130, and the end plate connection bars may be formed on the outer surfaces of the end plates 121 and 122.
  • End plate connecting bar seating groove 131 that can be fixed by mounting the 130 may be formed.
  • a plurality of screw insertion holes 121f through which the screw 150 is inserted and fastened may be drilled into the end plates 121 and 122.
  • each of the end plates 121 and 122 is made of a soft plastic material capable of injection molding.
  • the end plates 121 and 122 may be softly pressed without damaging the fuel cell module 110. It is possible to reduce the production cost through mass production.
  • end plates 121 and 122 may be made of a heat insulating plastic so that the end plates 121 and 122 can be quickly heated without a separate heater during the initial operation of the fuel cell module 110.
  • the heat insulating plastic may be a bubble plastic in which a blowing agent is added to the resin.
  • the fuel cell module 110 can be pressed in a state in which it is seated in the seating groove 121a of the end plate 120, the shape is stacked without distortion. It is possible to assemble and maintain the same, and the electrode, the separator and the polymer electrolyte membrane can be strongly adhered to each other depending on the degree of pressurization, there is an advantage to ensure the gas tightness inside the fuel cell module 110.
  • the fuel cell 100 may be provided as a fuel cell stack 100a by connecting a plurality of fuel cells 100 to each other, as shown in FIGS. 9 to 12.
  • the electrodes of the fuel cells 100 are connected in series or in parallel through the electrode connecting rod 160.
  • the fuel cells 100 are fixed to each other by a fuel cell connection bar 140, in this case, the fuel cell connection bar 140 is seated on the outer surface of the end plate 120 is fixed position A fuel cell connection bar seating groove 141 may be formed.
  • the fuel cell stack 100a of the present invention is insulated by the end plate 120 without a separate insulating device, the stack configuration is very easy.
  • the fuel cell 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell module 110 and an end plate 210.
  • the fuel cell module 110 is a module that receives electric reactant to produce electrical energy, and has the same structure and function as the fuel cell module of the first embodiment of the present invention. Therefore, detailed description is omitted.
  • the end plate 210 is assembled to both sides of the fuel cell module 110 to pressurize the fuel cell module 110 to maintain gas tightness and protect the fuel cell module 110 from the outside. It consists of a pair of end plates 211, 212, the function of which is substantially the same as the end plate 120 according to the first embodiment of the present invention.
  • the height h of the mounting groove of the fuel cell module 110 is the height of the mounting groove of the end plate 120 according to the first embodiment. It is higher and when assembled to the fuel cell module 110, the upper edges of the edges of the seating grooves meet each other to surround the four sides and the bottom of the fuel cell module 110 so as not to be exposed to the outside.
  • the end plate 210 according to the second embodiment of the present invention can be assembled by mounting almost both sides of the fuel cell module 110 in the mounting grooves of each end plate (211,212), the fuel cell module 110 Maintaining the stacking form of the maximum), there is an advantage that can be assembled by pressure, there is an advantageous effect to protect the fuel cell module (110).
  • the fuel cell 200 according to the second embodiment of the present invention may open only a portion of the upper portion of the fuel cell module 110 to the outside, it is difficult to expose heat generated during operation to the outside.
  • the fuel cell 200 according to the second embodiment of the present invention is a heat sink 220 that can discharge the heat generated by the fuel cell module 110 to the inside of the seating groove of the end plate 210 to the outside. This was further equipped.
  • the heat dissipation plate 220 has a fluid movement channel through which cooling fluid can move, and a cooling fluid inlet and outlet for extending or extending out of the end plate 210 at both ends of the channel to allow the cooling fluid to flow in or out. 221 is provided.
  • end plate 210 is provided with a cooling fluid inlet and outlet exposure groove 221a to allow the cooling fluid inlet and outlet 221 to be exposed to the outside.
  • cooling fluid inlet and outlet exposure groove 221a is shown in a semicircular shape to form a circular shape when the bond plate 210 abuts each other, but the shape is not limited, for example, seating of the end plate It may be formed by drilling into a circular groove on the side of the groove.
  • a plurality of fuel cells 200 may be connected to each other and provided as one fuel cell stack 200a.
  • the fuel cell stack 200a according to the second embodiment of the present invention has a fuel cell connection bar 140a and a fuel cell connection bar seating recess compared with the fuel cell stack 100a according to the first embodiment of the present invention. Although shown as a difference in the position of (141a) is not limited to this position difference.
  • the end plate 120 can be press-assembled while maintaining the laminated structure of the fuel cell module 110 to the maximum, and the fuel cell module 110 from the outside ) Has the advantage of protecting.
  • the present invention can be used industrially for fuel cells and fuel cell stacks.

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Abstract

본 발명은 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연료전지 모듈의 적층방향으로 엔드 플레이트를 가압하여 조립할 때, 고분자 전해질 막과 세퍼레이터가 휘어지거나 파손됨이 없이 가스 기밀성과 접촉저항을 줄일 수 있어 연료전지 모듈의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질형 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 관한 것이다.

Description

고분자 전해질형 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트
본 발명은 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연료전지 모듈의 적층방향으로 엔드 플레이트를 가압하여 조립할 때, 고분자 전해질 막과 세퍼레이터가 휘어지거나 파손됨이 없이 가스 기밀성과 접촉저항을 줄일 수 있어 연료전지 모듈의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질형 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 관한 것이다.
연료전지란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치로 이 화학반응은 촉매층내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적인 발전이 가능하다.
또한, 연료전지는 전해질의 종류 및 작동 온도에 따라 알칼리형(AFC), 고분자 전해질형(PEMFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염(MCFC), 고체산화물(SOFC) 연료전지 등으로 구분할 수 있으며, 고분자 전해질형 연료전지는 다시 수소를 연료로 하는 연료전지와 메탄올 액체를 연료로 하는 직접메탄올 연료전지 (DMFC)로 구분할 수 있다.
이 중, 고분자 전해질 연료전지는 고분자 전해질막을 중심으로 양쪽에 다공질의 연료극(anode)과 공기극(cathode)이 부착되어 있는 형태를 가지며, 연료극에서는 연료인 수소의 전기적 산화가, 그리고 공기극에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나 전기 에너지가 발생된다.
최근 고분자 전해질막을 효과적으로 적층하여 에너지 수율을 향상시키고자 하는 노력이 있다.
이 때, 고분자 전해질막들 사이에는 각 고분자 전해질막으로 반응 기체를 공급하기 위한 세퍼레이터(separator)가 삽입되는데, 고분자 전해질막들과 세퍼레이터간의 가스 기밀성이 확보되지 않을 경우 연료가 외부로 누설되어 에너지 수율이 낮아지고 연료가 낭비되며, 접촉저항이 커져 연료전지의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 연료전지 모듈의 가스 기밀성을 확보하여 에너지 수율을 향상시킬 수 있는 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명은 무게가 가벼우면서도 적은 비용으로 대량생산이 가능하고 별도의 절연장치 없이 용이하게 연료전지 스택을 구성할 수 있는 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 세퍼레이터를 각각 사이에 두고, 적층되는 복수의 고분자 전해질 막(PEM:Polymer electrolyte membrane)과 상기 고분자 전해질 막들에 발생한 전기를 집전하는 전극판을 갖는 연료전지 모듈; 및 상기 연료전지 모듈의 적층방향 양 측면에 각각 결합되며, 이격된 거리가 가변될 수 있도록 서로 체결된 한 쌍의 엔드 플레이트;를 포함하여, 상기 엔드 플레이트들의 이격 거리를 가변하며 상기 세퍼레이터, 상기 고분자 전해질 막 및 상기 전극판의 밀착정도를 조절할 수 있는 연료전지를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트들 중, 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트는 상기 연료전지 모듈과 접하는 일면에 상기 연료전지 모듈의 일부가 내측으로 안착될 수 있는 안착홈이 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트들은 각각 상기 연료전지 모듈과 접하는 일면에 상기 연료전지 모듈의 일부가 내측으로 안착될 수 있는 안착홈이 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트들은 안착홈 가장자리 모서리가 서로 소정 거리 이격되도록 조립되고, 상기 연료전지 모듈의 측면 일부가 외부로 노출되게 하여, 상기 연료전지 모듈이 공냉식으로 냉각될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트들은 안착홈 가장자리 모서리가 서로 맞닿도록 조립될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트들의 안착홈 내부에 구비되고, 상기 연료전지 모듈에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 방열판을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 방열판의 내부에는 냉각 유체가 이동할 수 있는 채널이 형성되고, 상기 채널의 양단에는 상기 엔드 플레이트들 외부로 연장되어 상기 냉각 유체가 유입 및 유출될 수 있게 하는 냉각 유체 입출구가 구비된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 일정 부분에는 외부의 반응기체를 상기 연료전지 모듈으로 공급하는 반응기체 유입구 및 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 외부로 배출하는 반응기체 배출구가 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 안착홈 내면에는 상기 반응기체 유입구와 관통되어 상기 반응기체를 상기 연료전지 모듈의 내부 유로로 공급하는 반응기체 유입홈 및 상기 반응기체 배출구와 관통되며 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 상기 반응기체 배출구로 배출하기 위한 반응기체 배출홈이 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 엔드 플레이트의 안착홈 가장자리 일정부분에는 상기 연료전지 모듈에서 돌출된 전극이 외부로 노출될 수 있게 하는 전극 노출홈이 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 엔드 플레이트에는 상기 전극 노출홈의 연장선 상에 형성되고 상기 전극에 전선 연결시 상기 전선과 상기 엔드 플레이트의 바닥면이 서로 간섭되지 않게하는 전선 연결홈이 더 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 엔드 플레이트는 연질의 플라스틱으로 제작된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 플라스틱은 단열 플라스틱일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 연료전지가 복수 개 결합하고, 각 연료전지 모듈들의 전극이 직렬 또는 병렬로 연결된 연료전지 스택을 더 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 연료전지와는 별도로 엔드 플레이트만을 더 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 의하면, 엔드 플레이트 안착홈에 연료전지 모듈의 양측을 안착시켜 가압 조립할 수 있으므로 연료전지 모듈의 적층형태를 유지하면서 고분자 전해질 막과 세퍼레이터가 휘거나 훼손됨없이 밀착시킬 수 있으므로 가스 기밀성을 확보하여 에너지 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 연료전지, 연료전지 스택 및 엔드 플레이트에 의하면, 엔드 플레이트가 단열 플라스틱 재료로 제작되므로 전극판과 별도로 절연이 필요없고, 연료전지 모듈의 초기 동작시 별도의 히터 없이도 동작 온도까지의 상승이 용이하며, 연료전지 스택 구성에도 유리한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 정면도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 측면도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 평면도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 저면도,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 횡단면을 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 분해사시도,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지의 엔드 플레이트를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지로 구성한 연료전지 스택을 보여주는 도면,
도 10은 도 9의 연료전지 스택의 측면도,
도 11은 도 9의 연료전지 스택의 평면도,
도 12는 도 9의 연료전지 스택의 저면도,
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지를 보여주는 도면,
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 정면도,
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 측면도,
도 16은 본 발명의 제2 실시에에 따른 연료전지의 평면도,
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 저면도,
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 횡단면을 보여주는 도면,
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 분해사시도,
도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지의 엔드 플레이트를 보여주는 도면,
도 21은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지로 구성한 연료전지 스택을 보여주는 도면,
도 22는 도 21의 연료전지 스택의 측면도,
도 23은 도 21의 연료전지 스택의 평면도,
도 24는 도 21의 연료전지 스택의 저면도이다.
[부호의 설명]
100,200:연료전지 100a,200a:연료전지 스택
110:연료전지 모듈 111:세퍼레이터
112:전극판 113:고분자 전해질 막
114:개스킷 120,121,122:엔드 플레이트
121a:안착홈 121b,121c:반응기체 유입구
121d,121e:반응기체 배출구 130:엔드 플레이트 연결바
131:엔드 플레이트 연결바 안착홈 140:연료전지 연결바
141:연료전지 연결바 안착홈 150:나사
160:전극 연결봉
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
[제1 실시예]
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지(100)는 연료전지 모듈(110) 및 엔드 플레이트(120)를 포함하여 이루어진다.
상기 연료전지 모듈(110)은 연료인 수소와 산화제인 산소를 공급받아 전기화학적반을을 통해 전기에너지를 생산한다.
그러나, 상기 연료전지 모듈(110)의 반응기체는 수소와 산소에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 메탄올등을 사용할 수도 있다.
도 7을 참조하여 더욱 자세히 설명하면, 상기 연료전지 모듈(110)은 세퍼레이터(111), 전극판(112) 및 고분자 전해질 막(113)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 세퍼레이터(111)는 상기 고분자 전해질 막들(113) 각 사이 및 양측 외각에 적층되며, 상기 고분자 전해질 막(113)의 일 면에는 수소를 공급하고, 타 면에는 공기 즉, 산소를 공급하여 상기 고분자 전해질 막(113)에서 전기가 발생하게 하는 역할을 한다.
또한, 상기 세퍼레이터(111)는 추가로 상기 고분자 전해질 막들(113)의 형상을 지지하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 세퍼레이터(111)는 세 종류의 세퍼레이터로 구분되는데 상기 고분자 전해질 막들(113) 각 사이에 위치하는 세퍼레이터(111b)는 산소와 수소를 각각 배출하는 산소 유로 및 수소 유로를 갖고, 상기 고분자 전해질 막들(113) 중 일측 최외각의 고분자 전해질 막 외측에 위치하는 세퍼레이터(111c)는 수소 유로만을 갖고, 타측 최외각의 고분자 전해질 막 외측에 위치하는 세퍼레이터(111a)는 산소 유로만을 갖는다.
즉, 상기 세퍼레이터들(111)은 상기 고분자 전해질 막들(113)의 각각의 일면에 연료인 수소를 공급하고, 타면에는 산소를 공급하기 위한 막 분리판이다.
또한, 상기 전극판(112)은 상기 고분자 전해질 막(113)에서 발생하는 전기 에너지를 집전하기 위한 판으로 산소 유로 세퍼레이터(111a)의 외측과 수소 유로 세퍼레이터(111c)의 외측에 각각 구비된다.
또한, 상기 전극판들(112) 중, 상기 산소 유로 세퍼레이터(111a)의 외측에 위치하는 전극판(112a)은 캐소드 전극판으로, 상기 수소 유로 세퍼레이터(111c)의 외측에 위치하는 전극판(112b)는 애노드 전극판으로 구성된다.
또한, 상기 전극판(112)과 세퍼레이터(111) 사이 및 상기 전극판(112)과 아래에서 설명할 엔드 플레이트(120) 사이에는 반응기체의 누출을 방지할 수 있는 개스킷(gasket,114)이 삽입될 수 있다.
또한, 상기 전극판(112)에는 외부의 전선과 연결되어 전기 에너지를 출력할 수 있는 돌출된 전극(112ba,112aa)이 구비된다.
또한, 상기 고분자 전해질 막(113)은 수소이온은 전달하고 전자의 이동은 차단함으로써 전기 에너지를 생산하는 막으로 폴리에스테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리페닐렌설파이드계, 술폰화 탄화수소계 고분자막일 수 있다.
즉, 상기 연료전지 모듈(110)은 반응기체인 산소와 수소를 공급받아 전기에너지를 생산하는 모듈이다.
상기 엔드 플레이트(120)는 상기 연료전지 모듈(110)의 고분자 전해질 막(113)의 적층방향 양측면, 즉, 상기 전극판(112)의 외측에 각각 결합한다.
즉, 상기 엔드 플레이트(120)는 한쌍의 엔드 플레이트(121,122)로 구성된다.
또한, 상기 엔드 플레이트들(121,122)은 나사(150)에 의해 서로 체결되며, 나사의 조임정도에 따라 이격된 거리가 가변함으로써 상기 연료전지 모듈(110)에 가해지는 압력을 조절할 수 있다.
즉, 상기 엔드 플레이트들(121,122)은 상기 연료전지 모듈(110)의 형태가 유지되도록 가압하여 고정하는 동시에 상기 연료전지 모듈(110)을 외부로부터 보호하는 케이스의 역할을 한다.
도 8을 참조하여 더욱 자세히 설명하면, 상기 엔드 플레이트들(121,122) 중 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트(121)에는 상기 연료전지 모듈(110)을 측면 일부가 내측으로 안착될 수 있는 안착홈(121a)이 형성되며 상기 안착홈(121a)의 형태 및 크기는 상기 전극판(112)의 형태 및 크기와 대응한다.
즉, 상기 연료전지 모듈(110)의 측면 일부가 상기 안착홈(121a)에 꼭 맞게 삽입될 수 있다.
또한, 상기 안착홈(121a)은 상기 각 엔드 플레이트(121,122)에 형성될 수 있고, 상기 엔드 플레이트들(121,122)의 형태는 서로 동일할 수 있다.
그러나, 상기 안착홈(121a)은 어느 하나의 엔드 플레이트(121)에만 형성될 수 있고, 이 경우, 다른 하나의 엔드 플레이트(122)는 상기 연료전지 모듈(110)과 접하는 면이 평면일 수 있다.
다만, 상기 엔드 플레이트들(121,122) 각각에 안착홈(121a)을 형성하여 상기 연료전지 모듈(110)에 가압 조립될 때, 상기 연료전지 모듈(110)의 적층구조가 뒤틀리지 않고 유지되게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엔드 플레이트들(121,122)의 안착홈(121a) 높이는 상기 연료전지 모듈(110)에 체결하였을 때 상기 엔드 플레이트들(121,122)의 안착홈(121a) 가장자리 모서리(121aa)가 서로 만나지 않을 정도의 높이로 구성된다.
이는 상기 엔드 플레이트들(121,122)의 사이 공간을 통해 상기 연료전지 모듈(110)로 공기가 유입되게 하여 상기 연료전지 모듈(110)이 공냉식으로 냉각될 수 있게 하기 위함이다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)에는 반응 기체를 상기 안착홈(121a) 내측으로 공급하기 위한 반응기체 유입구(121b,121c) 및 상기 안착홈(121a)에서 외부로 반응 기체를 배출하기 위한 반응기체 배출구(121d,121e)가 형성된다.
그러나, 어느 하나의 엔드 플레이트(121)의 반응기체 유입구 및 배출구로는 반응 기체가 유입만 되게 하고, 다른 하나의 엔드 플레이트(122)의 반응기체 유입구 및 배출구로는 반응 기체가 배출만 되게 하는 등, 설계자의 요구에 반응 기체의 유입 및 유출 위치를 적절히 변경할 수 있다.
또한, 상기 반응기체 유입구(121b,121c) 및 상기 반응기체 배출구(121d,121e)에는 외부 튜브와 연결될 수 있는 노즐(123)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)의 안착홈(121a) 내측에는 상기 반응기체 유입구(121b,121c)와 서로 관통되고, 상기 연료전지 모듈(110)의 세퍼레이터 내부 유로와 맞닿아 반응기체를 공급하는 반응기체 유입홈(121ba,121ca) 및 상기 반응기체 배출구(121d,121e)와 서로 관통되고, 세퍼레이터의 내부 유로와 맞닿아 배출되는 반응기체를 상기 반응기체 배출구(121d,121e)로 배출하는 반응기체 배출홈(121da,121ea)이 더 형성될 수 있다.
이는 반응기체가 기밀을 유지하며 상기 연료전지 모듈(110)로 입출되게 하는 역할을 한다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)의 안착홈 가장자리(121aa) 일정부분에는 상기 전극판(112)의 전극(112aa,112ba)이 외부로 노출될 수 있도록 파여진 전극 노출홈(121ab)이 형성된다.
또한, 상기 전극 노출홈(121ab)의 파여진 연장선 상에는 상기 전극(112ba)에 전선을 연결할 때, 엔드 플레이트의 바닥면과 간섭되지 않도록 전선 연결홈(121ac)이 더 형성될 수 있다.
따라서, 상기 전극(112aa,112ba)은 상기 전극 노출홈(121ab)의 내측에서 외부로부터 안전하게 보호되는 동시에 용이하게 전선을 연결할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)는 나사(150)로 체결 후, 엔드 플레이트 연결바(130)에 의해 서로 강하게 고정될 수 있으며, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)의 외측면에는 상기 엔드 플레이트 연결바(130)를 안착시켜 위치를 고정할 수 있는 엔드 플레이트 연결바 안착홈(131)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)에는 상기 나사(150)가 삽입되어 체결될 수 있는 복수의 나사 삽입공(121f)이 천공된다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)는 사출 성형이 가능한 연질의 플라스틱 재료로 제작되며, 이는 상기 연료전지 모듈(110)과 체결될 때, 상기 연료전지 모듈(110)에 손상을 주지않고 부드럽게 가압할 수 있게 하며, 대량생산을 통해 제작비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 각 엔드 플레이트(121,122)는 상기 연료전지 모듈(110)의 초기동작시 별도의 히터없이도 빠르게 가열될 수 있도록 단열 플라스틱으로 제작될 수 있다.
예를 들면, 상기 단열 플라스틱은 수지에 발포제를 넣은 기포 플라스틱일 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지(100)에 의하면, 연료전지 모듈(110)을 엔드 플레이트(120)의 안착홈(121a)에 안착한 상태에서 가압할 수 있으므로 뒤틀림없이 적층된 형상을 그대로 유지하며 조립이 가능하며, 가압정도에 따라 전극, 세퍼레이터 및 고분자 전해질 막을 서로 강하게 밀착시킬 수 있으므로 열료전지 모듈(110) 내부의 가스기밀성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 전극판(112)과 상기 엔드 플레이트들(121,122) 간에 절연을 위한 별도의 절연 수단이 요구되지 않으므로 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 연료전지(100)는 도 9 내지 도 12에 도시한 바와 같이 복수의 연료전지(100)가 서로 연결되어 하나의 연료전지 스택(100a)으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 연료전지들(100)의 전극은 전극연결봉(160)을 통해 직렬 또는 병렬로 연결된다.
또한, 상기 연료전지들(100)은 연료전지 연결바(140)에 의해 서로 고정되며, 이 경우, 상기 엔드 플레이트(120)의 외측면에는 상기 연료전지 연결바(140)가 안착되어 위치가 고정될 수 있는 연료전지 연결바 안착홈(141)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 연료전지 스택(100a)은 별도의 절연장치없이도 상기 엔드 플레이트(120)에 의해 절연되므로 스택구성이 매우 용이한 장점이 있다.
[제2 실시예]
도 13 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지(200)는 연료전지 모듈(110) 및 엔드 플레이트(210)를 포함하여 이루어진다.
상기 연료전지 모듈(110)은 반응기체를 공급받아 전기 에너지를 생산하는 모듈로써 본 발명의 제1 실시예의 연료전지 모듈과 그 구성 및 기능이 실질적으로 동일하다. 따라서 구체적인 설명은 생략한다.
상기 엔드 플레이트(210)는 상기 연료전지 모듈(110)의 양측면에 조립되어 상기 연료전지 모듈(110)을 가압하여 가스 기밀성을 유지하고 상기 연료전지 모듈(110)을 외부로부터 보호하기 위한 케이스로써, 한 쌍의 엔드 플레이트(211,212)로 구성되며, 그 기능은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔드 플레이트(120)와 실질적으로 동일하다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔드 플레이트(210)는 상기 연료전지 모듈(110)의 안착되는 안착홈의 높이(h)가 제1 실시예에 따른 엔드 플레이트(120)의 안착홈 높이보다 높으며, 상기 연료전지 모듈(110)에 조립되었을 때, 안착홈의 가장자리 상부 모서리가 서로 만나 상기 연료전지 모듈(110)의 네 측면과 저면이 외부로 노출되지 않도록 감싼다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔드 플레이트(210)는 상기 연료전지 모듈(110)의 양측을 각 엔드 플레이트(211,212)의 안착홈에 거의 모두 안착시켜 조립할 수 있으므로 상기 연료전지 모듈(110)의 적층형태를 최대한 유지하며, 가압 조립할 수 있는 장점이 있고, 상기 연료전지 모듈(110)을 보호하는데도 유리한 효과가 있다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지(200)는 상기 연료전지 모듈(110)의 상부 일부만을 외부로 개방할 수 있으므로 동작중에 발생하는 열을 외부로 노출하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지(200)는 상기 엔드 플레이트(210)의 안착홈 내부에 상기 연료전지 모듈(110)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 방열판(220)이 더 구비하였다.
또한, 상기 방열판(220)은 내부에 냉각 유체가 이동할 수 있는 유체 이동 채널이 형성되고 채널의 양단에는 상기 엔드 플레이트(210)의 외부로 연장되어 냉각 유체가 유입 또는 유출될 수 있게 하는 냉각 유체 입출구(221)가 구비된다.
또한, 상기 엔드 플레이트(210)에는 상기 냉각 유체 입출구(221)가 외부로 노출될 수 있게 하는 냉각 유체 입출구 노출홈(221a)이 형성된다.
또한, 상기 냉각 유체 입출구 노출홈(221a)은 반원의 형상으로 상기 연드 플레이트(210)가 서로 맞닿았을 때 원형의 형상을 이루도록 도시하였으나 그 형상에는 한정이 없으며, 예를 들면, 엔드 플레이트의 안착홈 측면에 원형홈으로 천공되어 형성될 수 있다.
또한, 도 21 내지 도 24를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지(200)는 복수의 연료전지(200)가 서로 연결되어 하나의 연료전지 스택(200a)으로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 스택(200a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 스택(100a)과 비교하여 연료전지 연결바(140a)와 연료전지 연결바 안착홈(141a)의 위치에 차이가 있는 것으로 도시하였으나 이러한 위치차이에 제한되지 않는다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지(200)에 의하면, 연료전지 모듈(110)의 적층구조를 최대한 유지하면서 엔드 플레이트(120)를 가압조립할 수 있고, 외부로부터 연료전지 모듈(110)을 보호하는데 유리한 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 연료전지 및 연료전지 스택에 산업상 이용이 가능하다.

Claims (20)

  1. 세퍼레이터를 각각 사이에 두고, 적층되는 복수의 고분자 전해질 막(PEM:Polymer electrolyte membrane)과 상기 고분자 전해질 막들에 발생한 전기를 집전하는 전극판을 갖는 연료전지 모듈; 및
    상기 연료전지 모듈의 적층방향 양 측면에 각각 결합되며, 이격된 거리가 가변될 수 있도록 서로 체결된 한 쌍의 엔드 플레이트;를 포함하여,
    상기 엔드 플레이트들의 이격 거리를 가변하며 상기 세퍼레이터, 상기 고분자 전해질 막 및 상기 전극판의 밀착정도를 조절할 수 있는 연료전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트들 중, 적어도 어느 하나의 엔드 플레이트는 상기 연료전지 모듈과 접하는 일면에 상기 연료전지 모듈의 일부가 내측으로 안착될 수 있는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트들은 각각 상기 연료전지 모듈과 접하는 일면에 상기 연료전지 모듈의 일부가 내측으로 안착될 수 있는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트들은 안착홈 가장자리 모서리가 서로 소정 거리 이격되도록 조립되고, 상기 연료전지 모듈의 측면 일부가 외부로 노출되게 하여, 상기 연료전지 모듈이 공냉식으로 냉각될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 연료전지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트들은 안착홈 가장자리 모서리가 서로 맞닿도록 조립되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트들의 안착홈 내부에 구비되고, 상기 연료전지 모듈에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열판의 내부에는 냉각 유체가 이동할 수 있는 채널이 형성되고, 상기 채널의 양단에는 상기 엔드 플레이트들 외부로 연장되어 상기 냉각 유체가 유입 및 유출될 수 있게 하는 냉각 유체 입출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트의 일정 부분에는 외부의 반응기체를 상기 연료전지 모듈으로 공급하는 반응기체 유입구 및 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 외부로 배출하는 반응기체 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트의 안착홈 내면에는 상기 반응기체 유입구와 관통되어 상기 반응기체를 상기 연료전지 모듈의 내부 유로로 공급하는 반응기체 유입홈 및 상기 반응기체 배출구와 관통되며 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 상기 반응기체 배출구로 배출하기 위한 반응기체 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 엔드 플레이트의 안착홈 가장자리 일정부분에는 상기 연료전지 모듈에서 돌출된 전극이 외부로 노출될 수 있게 하는 전극 노출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 각 엔드 플레이트에는 상기 전극 노출홈의 연장선 상에 형성되고 상기 전극에 전선 연결시 상기 전선과 상기 엔드 플레이트의 바닥면이 서로 간섭되지 않게하는 전선 연결홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 엔드 플레이트는 연질의 플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 단열 플라스틱인 것을 특징으로 하는 연료전지.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 연료전지가 복수 개 결합하고, 각 연료전지 모듈들의 전극이 직렬 또는 병렬로 연결된 연료전지 스택.
  15. 연료전지 모듈의 적층방향 양 측면에 각각 결합하는 엔드 플레이트로서,
    상기 연료전지 모듈에 접하는 일면에 상기 연료전지 모듈의 일부가 내측으로 안착되어 결합할 수 있는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트의 일정부분에는 외부의 반응기체를 상기 연료전지 모듈로 공급하는 반응기체 유입구 및 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 외부로 배출하는 반응기체 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 안착홈 내면에는 상기 반응기체 유입구와 관통되어 상기 반응기체를 상기 연료전지 모듈의 내부 유로로 공급하는 반응기체 유입홈 및 상기 반응기체 배출구와 관통되며 상기 연료전지 모듈을 통과한 반응기체를 상기 반응기체 배출구로 배출하기 위한 반응기체 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착홈의 가장자리 일정부분에는 상기 연료전지 모듈에서 돌출된 전극이 외부로 노출될 수 있게 하는 전극 노출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전극 노출홈의 연장선 상에 형성되고 상기 전극에 전선 연결시 상기 전선과 상기 엔드 플레이트의 바닥면이 서로 간섭되지 않게하는 전선 연결홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
  20. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 플레이트에는 상기 연료전지 모듈의 타면에 결합하는 앤드 플레이트와 나사를 통해 결합될 수 있는 나사 삽입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔드 플레이트.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112615023A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 北方特种能源集团有限公司西安庆华公司 一种可调式燃料电池电池堆端板
CN113675427A (zh) * 2021-07-09 2021-11-19 新源动力股份有限公司 一种燃料电池密封结构及其组装方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102171344B1 (ko) 2017-07-18 2020-10-28 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116323A (ja) * 2003-10-07 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却構造
KR100556814B1 (ko) * 2004-07-06 2006-03-10 엘지전자 주식회사 연료전지의 스택
JP2006324117A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液循環型電池
KR20110018222A (ko) * 2009-08-17 2011-02-23 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 스택 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR200469114Y1 (ko) * 2011-11-03 2013-09-23 세방전지(주) 연료전지 스택

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8268505B2 (en) * 2007-01-25 2012-09-18 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116323A (ja) * 2003-10-07 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却構造
KR100556814B1 (ko) * 2004-07-06 2006-03-10 엘지전자 주식회사 연료전지의 스택
JP2006324117A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液循環型電池
KR20110018222A (ko) * 2009-08-17 2011-02-23 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 스택 및 이를 이용한 연료전지 시스템
KR200469114Y1 (ko) * 2011-11-03 2013-09-23 세방전지(주) 연료전지 스택

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112615023A (zh) * 2020-12-16 2021-04-06 北方特种能源集团有限公司西安庆华公司 一种可调式燃料电池电池堆端板
CN113675427A (zh) * 2021-07-09 2021-11-19 新源动力股份有限公司 一种燃料电池密封结构及其组装方法

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