WO2025258975A1 - 분리판 및 분리판 구조체 - Google Patents

분리판 및 분리판 구조체

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WO2025258975A1
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separator
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insert
groove
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최예나
조윤환
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Hanwha Solutions Corp
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Definitions

  • the above separator structure includes a pair of separator plates having a euro on one surface and a protrusion along an edge; and an insert disposed between the separator plates; wherein the protrusions are fastened to each other to secure the insert.
  • the height of the lower protrusion when the upper protrusion and the lower protrusion are connected can be determined according to the following equation 3.
  • H1 is the height of the lower protrusion
  • H3 is the thickness of the gas diffusion layer of the insert.
  • Another specific example of the present invention relates to a separator structure in which opposing protrusions are fastened to each other.
  • the above separator structure comprises a first separator having a first protrusion along an edge
  • a second separator having a second protrusion along the edge and corresponding to the first protrusion
  • the first protrusion and the second protrusion are connected to each other.
  • a flow path may be provided on one surface of the first separator and the second separator.
  • first protrusion and the second protrusion have a mutually fitting structure so that the first separator and the second separator can be sealed to each other.
  • first separator plate and the first protrusion may be formed integrally, and the second separator plate and the second protrusion may be formed integrally.
  • a protrusion extending from the outer side of the first protrusion and a groove formed on the outer side of the second protrusion can be fastened to each other.
  • a protrusion extending from the outer side of the first protrusion and having an inclined surface and a groove formed on the outer side of the second protrusion and having an inclined surface can be fastened to each other.
  • h0 is the height of the first protrusion or the second protrusion
  • h1 is the height of the protrusion of the first protrusion
  • h2 is the depth of the groove of the second protrusion.
  • the first protrusion may be provided with a protrusion having a semicircular cross-section
  • the second protrusion may be formed with a groove having a semicircular cross-section
  • the insert may include a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer or porous transport layer provided on both sides of the membrane electrode assembly.
  • a gasket may be provided on one side of the first protrusion and the second protrusion.
  • a separation plate structure in which the height of the entire protrusion in a state in which the first protrusion and the second protrusion are fastened is determined according to the following equation 6:
  • H4 is the height of the first protrusion
  • H6 is the thickness of the gas diffusion layer of the insert.
  • the separator and separator structure according to the present invention can prevent components having lower strength than the metal separator, such as a gasket and a membrane electrode assembly or a porous transport layer, from being over-compressed and broken during cell manufacturing, and can prevent the alignment of the membrane electrode assembly or the porous transport layer inside the separator from being disrupted, thereby reducing the performance and durability of the stack.
  • components having lower strength than the metal separator such as a gasket and a membrane electrode assembly or a porous transport layer
  • the separator structure can prevent insert components such as gaskets, membrane electrode assemblies, and porous transport layers from being overcompressed by spacing the separator plates apart and controlling the fastening pressure without having to fuse a separate gasket or stopper member to the separator plates to prevent overcompressing the separator plates.
  • the separator structure has a protrusion having a height of about 50% to 90% of the height of the gas diffusion layer or porous transport layer, which has lower strength than the separator, so that the separator not only fixes the membrane electrode assembly and the porous transport layer but also maintains an appropriate fastening pressure to prevent over-compression of the insert member, while effectively reducing the occurrence of excessive contact resistance of the separator, which is a disadvantage of metal separators.
  • Figure 1a is a cross-sectional view of a separator according to one specific example of the present invention.
  • Figure 1b is a cross-sectional view of a separator according to another specific example of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a separator structure according to one specific example of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which a separator structure having a flow path formed on one side is stacked according to one specific example of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a separator structure having a flow path on both sides according to another specific example of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an upper protrusion and a lower protrusion according to another specific example of the present invention.
  • Figure 6 is a partial cross-sectional view showing a protrusion according to another specific example of the present invention.
  • Fig. 7 is a partial cross-sectional view showing a semicircular protrusion of a separator structure according to another specific example of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a stack including a separator structure according to one specific example of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a separator structure having opposing protrusions according to another specific example of the present invention.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view showing a stacked state of a separator structure having opposing protrusions according to another specific example of the present invention.
  • Fig. 11 is a partial cross-sectional view showing the first and second protrusions of a separator structure according to another specific example of the present invention.
  • Fig. 12 is a partial cross-sectional view showing a protrusion of a separator structure according to another specific example of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing first and second protrusions having semicircular protrusions according to another specific example of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a stack including a separator structure according to another specific example of the present invention.
  • the above protrusions (110, 120) are provided so that not only can the insert be effectively prevented from being damaged by excessive fastening pressure, but also the membrane electrode assembly can be firmly fixed by being fitted by the structure of the protrusions (112, 120), thereby increasing the electrochemical reaction efficiency and durability of the fuel cell or water electrolysis stack.
  • the protrusion (110) may be provided to be bent in the direction of stacking of the separator plates, and in this case, the gap between the separator plates may be adjusted by the height of the protrusion (110), and a separator structure may be formed to support the shape of the unit cell and fix a membrane electrode assembly, etc., to be installed inside.
  • a separator according to one specific example of the present invention may be made of metal, and can prevent damage to components having lower strength than the separator, such as a membrane electrode assembly or a gas diffusion layer, which are installed inside, and can fix them to improve the durability of the stack.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a separator structure according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which separator structures having a flow path formed on one surface are stacked according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a separator structure having flow paths formed on both surfaces according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an upper protrusion and a lower protrusion according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a protrusion according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a semicircular protrusion of a separator structure according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a stack including a separator structure according to one embodiment of the present invention.
  • the above separator (100) can be used in a fuel cell or a water electrolysis stack.
  • the above separator (100) may be made of metal such as aluminum alloy, stainless steel or titanium alloy, and has high strength and corrosion resistance.
  • the insert (200) may be damaged by being strongly compressed during the stack manufacturing process, and a configuration for preventing damage to the insert (200) is required.
  • a method of fusing a gasket or a stopper member to the separator (100) itself is mainly used to prevent damage due to over-compression of the insert (200).
  • the gasket or stopper member is not separately fused to the separator (100).
  • the above separator plate (100) not only shortens the manufacturing process and reduces the number of working hours because the gasket and stopper members are not directly fused, but also effectively prevents damage to the insert (200) by the separator plate (100) itself.
  • the above separator structure (1000) constitutes a unit cell in a fuel cell or water electrolysis stack, and can separate the unit cells within the stack while simultaneously serving as an electron transfer path between cells.
  • the separator (100) may be provided with a flow path (130) on one or both sides.
  • the above-mentioned passage (130) can provide a passage (130) for transmitting hydrogen or air, and a passage through which coolant or water generated by an electrochemical reaction can flow.
  • a flow path (130) is provided on one surface of the separator (100), in which case unit cells can be stacked along the Y-axis direction, and the structure of the unit cells can be supported by protrusions (110, 120).
  • a porous transporter (600) may be provided in the space between the unit cells, and the porous transporter (600) is formed as a three-dimensional structure including a plurality of pores, thereby enabling movement of fluid instead of a flow path.
  • a membrane electrode assembly (260) may be placed on one side of the porous transporter (600), and when fuel and air are delivered through the porous transporter, they may flow into the membrane electrode assembly (260) and cause a cell chemical reaction and a water electrolysis reaction.
  • a flow path (130) may be provided on both sides of the separator (100), in which case the flow of fluid introduced into the cell may be increased.
  • the above separator (100) is provided with protrusions (110, 120) along the edge.
  • the above separator structure (1000) comprises a pair of separator plates (100) to form a unit cell, and each separator plate is provided with a protrusion (110, 120), and the protrusions (110, 120) are fastened to each other to press the insert (200).
  • the above protrusions (110, 120) are provided so that the separator plate provides a space in which the insert (200) is placed, and the degree of compression of the insert (200) can be adjusted.
  • the protrusions (110, 120) may have an upper protrusion (110) extending upwardly along the direction in which the separator plates are stacked (Y-axis direction) or a lower protrusion (120) extending downwardly.
  • the protrusions (110, 120) may have shapes extending in the upper and lower directions.
  • the shapes of the upper protrusion (110) and the lower protrusion (120) may be the same, and a smooth portion may be formed at one end so that the protrusions can be firmly fastened by contacting each other.
  • the method for fastening the above-mentioned protrusions (110, 120) is not limited as long as it is a method capable of joining metal separators.
  • it may include a physical bond that introduces a fastening structure into the protrusions and a chemical bond that forms a bead between the protrusions through welding to change the structure of the metal atoms.
  • the separator structure (1000) may be used in a water electrolysis cell, and in the case of a water electrolysis cell, a flow path may be provided on both sides so that water, which is a reactant, may act as a coolant.
  • a flow path may be provided on both sides of the separator (100)
  • a cathode and an anode may exist on one separator (100), and in this case, since electrons can move directly through the separator, the effect of reducing the electrical conduction resistance within the separator may be exhibited.
  • the upper protrusion (110) may be provided with a protrusion (110a) extending from the outer side, and a groove (120b) may be formed on the outer side of the lower protrusion (120).
  • One smooth portion of the above protrusions (110, 120) may further include a fastening structure to increase the fastening force between the opposing protrusions (110, 120).
  • a projection (110a) may be provided on the outer side of one of the upper protrusions (110) of a pair of separating plates (100), and a groove (120b) corresponding to the projection (110a) may be formed on the outer side of the lower protrusion (120).
  • the above protrusions (110a) and grooves (120b) correspond to each other, and a separator plate (100) is manufactured with a structure that can be fastened, so that a pair of separator plates (100) can be accurately interlocked with each other and fastened, and an insert (200) can be placed inside to form a unit cell.
  • a protrusion (110a) extending from the outer side of the upper protrusion (110) and having an inclined surface (111a) and a groove (120b) having an inclined surface (121b) may be formed on the outer side of the lower protrusion (120).
  • a protrusion (110a) having an inclined surface (111a) and a groove (120b) having an inclined surface (121b) are formed, not only can the stack be manufactured by continuously stacking the separator plates, but also, since the inclined surfaces (111a, 121b) can guide the direction of movement in the process in which the protrusion (110a) and the groove (120b) come into contact with each other, in the stacking process of the separator plates (100) for manufacturing the stack, the stack can be manufactured by easily stacking the separator plate (100) on one of the pair of separator plates (100) without a separate precise measuring jig for stacking the separator plates (100), and the efficiency of the manufacturing process can be improved.
  • the height of the protrusion (110a) and the groove (120b) can be determined according to the following equations 1 and 2.
  • h0 is the height of the upper or lower protrusion (120)
  • h1 is the height of the protrusion (110a) of the upper protrusion (110)
  • h2 is the depth of the groove (120b) of the lower protrusion (120).
  • the protrusion (110a) of the upper protrusion (110) and the depth of the groove (120b) of the lower protrusion (120) are also the same, the protrusion (110a) can be inserted into the groove (120b) of either separator plate and firmly fixed therein.
  • the fastening force between the separator plates (100) can be improved, and the inside of the separator plate (100) can be effectively sealed while maintaining the structure of the upper and lower protrusions (110, 120).
  • the upper protrusion (110) may be provided with a protrusion (112) having a semicircular cross-section
  • the lower protrusion (120) may be formed with a groove (122) having a semicircular cross-section.
  • a semicircular protrusion (112) is provided on the upper protrusion (110) of one of the above pair of separating plates (100), and a corresponding semicircular groove (122) is formed on the lower protrusion (120), so that the separating plates (100) can be continuously stacked.
  • connection area between the protrusions (110, 120) increases, allowing the space between the separators (100) to be sealed more effectively.
  • the upper and lower protrusions (110, 120) are formed with protrusions (110a, 112) of various shapes and corresponding grooves (120b, 122) to increase the fastening force and are firmly fastened to each other, and can effectively seal the internal space of the separator (100).
  • the insert (200) may include a membrane electrode assembly (MEA; 260) and a gas diffusion layer (240) provided on both sides of the membrane electrode assembly.
  • MEA membrane electrode assembly
  • 240 gas diffusion layer
  • the membrane electrode assembly (260) is provided with electrodes (210, 230) on both sides of the electrolyte membrane (220), and may include a gas diffusion layer (240; GDL) or a porous transport layer (240; PTL) on both sides of the electrodes (210, 230).
  • a gas diffusion layer 240; GDL
  • a porous transport layer 240; PTL
  • the above insert (200) can be placed between a pair of separator plates (100) to form a unit cell, and when the separator plates (100) are laminated to form a stack, the protrusions (110, 120) can support the separator plates (100) to maintain the unit cell shape.
  • the gasket (300a, 300b) is not a member that supports the pressure of the separator plate (100), but is provided to seal the space between the separator plates (100).
  • a gasket having a lower strength than a conventional gasket for supporting the separator plate can also be used, thereby effectively reducing the manufacturing cost of the stack.
  • the above gaskets (300a, 300b) are provided separately on each of a pair of separator plates (100), and when the separator plates (100) are fastened to each other, they are in close contact with the separator plates (100) to increase the sealing effect inside the separator plates (100).
  • the above gasket (300) may be provided as a single body, and may also be arranged along the outer periphery of the protrusion of the separator plate (100). Even when the gasket (300) is provided as a single body, the gasket (300) may be fixed by fitting it into the space formed by the separator plate (100) and the protrusions (110, 120), and another separator plate (100) may be stacked to fix the gasket (300).
  • the height of the entire protrusion (110, 120) in which the upper protrusion (110) and the lower protrusion (120) are fastened can be determined according to the following equation 3.
  • H1 is the height of the lower protrusion (120)
  • H3 is the thickness of the gas diffusion layer (240) of the insert (200).
  • the height of the lower protrusion (120) is a length extending downward along the stacking direction (Y-axis direction) based on the inner surface of the separator (100).
  • the degree of compression of the gas diffusion layer (240) by the separator (100) can be controlled depending on the height of the lower protrusion (120).
  • the height of the upper protrusion (110) is H2, and H2 can be adjusted within the range of the above formula 3.
  • the gap of the separator (100) is adjusted to a height lower than the thickness of the original gas diffusion layer (240), and the separator (100) can press the gas diffusion layer (240) to firmly fix the insert (200).
  • the separator (100) can be brought into close contact with the insert (200), and the gas diffusion layer (240) can be fixed by being compressed evenly, thereby preventing excessive increase in contact resistance due to damage to the gas diffusion layer (240) or damage to the membrane electrode assembly (260), thereby implementing the effects of the present invention.
  • the height of the above protrusions (110, 120) By adjusting the height of the above protrusions (110, 120), not only the insert (200) including the gas diffusion layer (240) but also the gasket (300a, 300b) provided on one side of the protrusions (110, 120) can be prevented from being deformed due to overcompression, and damage to the insert can be prevented during the unit cell manufacturing and stack lamination processes, and the durability of the stack can be increased.
  • unit cells including the separator structure (1000) can be vertically stacked to form a stack (2000).
  • the process of fusing a gasket (300) or a stopper member to the separator (100) is eliminated, thereby improving stack manufacturing efficiency, and by controlling the height of the protrusions (110, 120) formed integrally with the separator (100), over-compression of the insert (200) including the membrane electrode assembly can be prevented, thereby improving the electrochemical reaction efficiency and durability of the cell stack.
  • the above separator plate (100) is provided with protrusions (110, 120) and is formed to correspond to the corner shape of the insert (200) on the inside so that the insert (200) can be fitted and fixed in the space between the separator plates (100), and the insert (200) can be prevented from being misaligned due to movement or vibration during cell manufacturing or stacking.
  • the above separator (100) presses the surface of the insert (200), but the height of the protrusions (110, 120) is adjusted so that the insert (100) is not over-compressed, so that the contact resistance between the separator and the insert (200) can also be reduced.
  • the above separator structure (1000) forms a unit cell and is laminated to form a stack (2000) that can be used as a fuel cell or a water electrolysis stack, and can effectively increase the efficiency and durability of a fuel cell or a water electrolysis device including the above separator structure (1000).
  • Another specific example of the present invention relates to a separator structure (1000) in which opposing protrusions are fastened to each other.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a separation plate structure having opposing protrusions according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a stacked state of separation plate structures having opposing protrusions according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing first and second protrusions of a separation plate structure according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing protrusions of a separation plate structure according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing first and second protrusions provided with semicircular protrusions according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a stack including a separation plate structure according to another embodiment of the present invention.
  • the separator structure (1000) includes a first separator (400), a second separator (500), and an insert (200).
  • the first separator (400) and the second separator (500) may be provided with a fluid flow path (410, 510) on one surface of the separator (400, 500) having the same structure and made of the same material as the separator (100) described above.
  • the above first separator (400) may be provided with a first protrusion (420) along the edge.
  • the second separator (500) may be provided with a second protrusion (520) along the edge of the same material as the first separator (400).
  • the above first separator plate (400) and the second separator plate (500) can be fastened to each other.
  • the first protrusion (420) and the second protrusion (520) are connected to each other to form a space inside between the separator plates (400, 500), and the structural shape of the separator plate structure (1000) can be maintained.
  • the above insert (200) is placed between the first separator plate (400) and the second separator plate (500). Specifically, it is inserted into the space between the first and second separator plates (400, 500) formed by the first protrusion (420) and the second protrusion (520) being fastened to each other, and can be fixed by being pressed against the inner surface of the separator plate (400, 500).
  • the separator structure (1000) forms a unit cell, and the unit cells may be sequentially stacked to form a part of a stack.
  • a separator structure (1000) is manufactured using a first separator (400) and a second separator (500) having opposing protrusions (420, 520), lamination is very easy and the stack can be manufactured very efficiently.
  • first protrusion (420) and the second protrusion (520) may have a mutually fitting structure.
  • the above-described fitting structure means that one end of the first protrusion (420) is physically and chemically bonded to one end of the second protrusion (520).
  • the first protrusion (420) and the second protrusion (520) may be physically joined by being fastened to each other, and may include being chemically bonded by heating or welding.
  • the fitting structure can seal the first separator (400) and the second separator (500) to each other, and can seal the first separator (400) and the second separator (500) by joining between the first protrusion (420) and the second protrusion (520).
  • the first separator plate (400) and the first protrusion (420) may be formed integrally, and the second separator plate (500) and the second protrusion (520) may be formed integrally.
  • the first protrusion (410) may be formed by bending one end of the first separator plate (400) and extending toward the second separator plate (500)
  • the second protrusion (520) may also be formed by bending one end of the second separator plate (500) and extending toward the first separator plate (400).
  • the first separator plate (400) and the first protrusion (410), and the second separator plate (500) and the second protrusion (520) are formed integrally, thereby increasing the manufacturing efficiency of the separator plates (400, 500), and effectively reducing the manufacturing cost compared to a conventional configuration in which a gasket or stopper member is fused to the separator plate.
  • first separator (400) and the second separator (500) are formed with a space inside in the shape of the first protrusion (420) and the second protrusion (520), one end of the insert (200) can be fitted into the separator (400, 500) and fixed in close contact with the inner surface of the separator (400, 500), and the alignment of the insert (200) is not disturbed during the manufacturing of the unit cell and the manufacturing of the stack, so that the electrochemical reaction efficiency of the cell and the durability of the cell can be effectively increased.
  • a protrusion (421) extending from the outer side of the first protrusion (420) and a groove (521) formed on the outer side of the second protrusion (520) can be fastened to each other.
  • a protrusion (421) extending from the outer side of the first protrusion (420) is provided, and a groove (521) corresponding to the protrusion (421) is formed on the outer side of the second protrusion (520), so that the protrusion (421) and the groove (521) are connected.
  • It has a fastening structure in which the shape of one end of the first protrusion (420) and the second protrusion (520) is changed to increase the fastening force.
  • a protrusion (421) extending from the outer side of the first protrusion (420) and having an inclined surface (421a) and a groove (521) formed on the outer side of the second protrusion (520) and having an inclined surface (521b) can be fastened to each other.
  • the first protrusion (420) is provided as a protrusion (421) having an inclined surface (421a), and an inclined surface (521b) is formed in the groove (521) of the second protrusion (520), the first separator (400) and the second separator (500) approach each other, and the inclined surface can guide the direction of movement in the process in which the protrusion (421) and the groove (521) come into contact, so that the second separator (500) can be fastened to the first separator (400) without a separate jig requiring accuracy for manufacturing a unit cell, and the efficiency of the unit cell manufacturing and stack manufacturing processes can be improved.
  • the height of the protrusion (421) and the groove (521) is determined according to the following equations 4 and 5, the separator structure:
  • h0 is the height of the first protrusion (420) or the second protrusion (520)
  • h1 is the height of the protrusion (421) of the first protrusion
  • h2 is the depth of the groove (521) of the second protrusion (520).
  • the heights of the first protrusion (420) and the second protrusion (520) are the same, and the height of the first protrusion (420) and the depth of the groove of the second protrusion (520) are the same.
  • the fastening force increases, so that the sealing between the first separator (400) and the second separator (500) can be more effectively performed, and the convenience of manufacturing the first and second protrusions (420, 520) can be secured.
  • the first protrusion (420) may be provided with a protrusion (423) having a semicircular cross-section
  • the second protrusion (520) may be formed with a groove (523) having a semicircular cross-section.
  • the sealing effect can be increased by increasing the joining area between the first protrusion (420) and the second protrusion (520), and the ease of the joining process between the first separator (400) and the second separator (500) can be improved.
  • the insert (200) may include a membrane electrode assembly (260), a gas diffusion layer (240) or a porous transport layer (240) provided on both sides of the membrane electrode assembly.
  • the configuration of the above insert (200) is the same as that of the above-described insert (200).
  • a gasket (300) may be provided on one side of the first protrusion (420) and the second protrusion (520).
  • the gasket is not fused to the first separator (400) or the second separator (500).
  • the height of the entire protrusions (420, 520) in a state where the first protrusion (420) and the second protrusion (520) are fastened can be determined according to the following equation 6.
  • H4 is the height of the first protrusion (420)
  • H6 is the thickness of the gas diffusion layer (240) of the insert (200).
  • the height of the first protrusion (420) is the length extended from the bent position toward the second separator (500), and the height of the second protrusion (520) is the length extended from the bent position toward the first separator (400).
  • the height (H4) of the first protrusion (420) can be adjusted within the above range to have a height of about 50% to 90% (e.g., 50, 60, 70, 80, or 90%) of the thickness of the gas diffusion layer (240) of the insert (200).
  • the height (H5) of the second protrusion (520) can have a height of about 50% to 90% (e.g., 50, 60, 70, 80, or 90%) of the thickness of H6 in the above formula 6.
  • the first separator (400) and the second separator (500) can firmly fix the insert (200) between the first separator (400) and the second separator (500) without over-compressing the insert (200) and the gasket (300), thereby increasing the electrochemical reaction efficiency of the unit cell and also effectively improving the durability of the unit cell.
  • the unit cells can be stacked to manufacture a stack (2000), which can be utilized as a fuel cell or a water electrolysis stack, and when a separator structure (1000) is included, not only the manufacturing cost but also the manufacturing efficiency can be improved, and the durability of the fuel cell or water electrolysis stack can be secured.
  • the separator structure (1000) according to the present invention can maintain the shape of the separator structure by only forming protrusions (110, 120) at the corners of the metal separator, in order to prevent over-compression of the insert (200) including the membrane electrode assembly, the gas diffusion layer (240), and the porous transport layer (240) due to pressure during stacking of the separator plates, without the process of fusing a separate gasket or stopper member to the separator.

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Abstract

본 발명은 적어도 일면에 반응부가 형성되고, 상기 반응부의 테두리를 따라 돌출부가 구비된 분리판을 제공한다.

Description

분리판 및 분리판 구조체
본 발명은 분리판 및 분리판 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수전해 또는 연료전지 스택에 사용되는 분리판 및 분리판 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 분리판은 연료전지나 수전해 스택에 사용되는 것으로 막전극접합체(MEA), 가스확산층(GDL)과 함께 스택을 구성하는 핵심부품이다. 연료전지에서 분리판은 반응가스인 수소와 공기 및 냉각수를 각각 분리하여 막전극접합체에 균일하게 공급하고 전기화학적 반응에 의해 생성되는 전류를 수집하고 전달할 수 있다. 수전해의 경우 반응물질인 물을 공급하고 인가된 전류를 균일하게 전달하여 전기화학적 반응으로 생성된 산소와 수소를 수집하는 역할을 한다.
종래에는 흑연분리판이나 흑연과 복합수지 재료를 이용한 분리판을 주로 사용하였으나, 최근 금속소재의 금속분리판이 스택을 소형화하고 제조비용을 감소시킬 수 있어서 사용이 빠르게 증가되고 있다.
분리판에 요구되는 특성은 우수한 전기전도성 및 열전도성, 내식성 및 낮은 기체투과성이며, 금속의 경우 강도 및 열전도성이 높은 장점이 있으나, 내식성이 낮고, 접촉저항이 증가되는 문제가 있다.
한편 고분자막으로 제조되는 막전극접합체의 경우 SUS 나 니켈 도금강판으로 제조되는 분리판 대비 강도가 매우 낮으며, 스택 체결 시 과합축되어 파손되며, 셀 체결 시 GDL이나 다공성수송층(PTL)의 정렬이 흐트러짐으로 인하여 스택의 내구성에 문제가 발생한다.
따라서 금속제 분리판을 사용하여 스택 제조 시 MEA가 과압축되어 파손되거나, GDL, PTL의 정렬이 흐르지는 것을 방지하고, 이를 고정하여 스택의 내구성을 향상시킬 수 있는 분리판이 개발이 시급한 실정이다.
관련 선행기술로 대한민국 특허 제10-1173058호가 있다.
본 발명의 목적은 금속제 분리판을 이용한 연료전지 또는 수전해 스택 제조 시 분리판 내부 공간에 배치되는 가스켓, 막전극접합체, 가스확산층이 과압축되는 것을 방지하여 스택의 성능 및 내구성을 향상할 수 있는 분리판 및 이를 포함하는 분리판 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 일 측면은 분리판에 관한 것이다.
상기 분리판은 적어도 일면에 반응부가 형성되고, 상기 반응부의 테두리를 따라 돌출부가 구비된다.
2. 본 발명의 다른 측면은 분리판 구조체에 관한 것이다.
상기 분리판 구조체는 일면에 유로가 구비되고, 테두리를 따라 돌출부가 구비된 한 쌍의 분리판; 및 상기 분리판 사이에 배치되는 인서트;를 포함하고, 상기 돌출부가 서로 체결되어 상기 인서트를 고정한다.
3. 상기 2 구체예에서, 상기 분리판은 일면에 유로가 구비되거나, 양면에 유로가 구비될 수 있다.
4. 상기 2 또는 3 구체예에서, 상기 돌출부는 분리판이 적층되는 방향을 따라서 상방으로 연장되는 상부 돌출부 또는 하방으로 연장되는 하부 돌출부를 구비할 수 있다.
5. 상기 2 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 상부 돌출부는 외측자리에서 연장되는 돌기가 구비되고, 상기 하부 돌출부 외측자리에 홈이 형성될 수 있다.
6. 상기 2 내지 5 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 상부 돌출부의 외측자리에서 연장되며 경사면을 가지는 돌기와, 상기 하부 돌출부 외측자리에 경사면을 가지는 홈이 형성될 수 있다.
7. 상기 2 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 돌기와 홈의 높이는 하기 식 1 및 식 2에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
[식 1]
약 0.2×h0 < h1 < 약 0.8×h0
[식 2]
약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8×h0
여기서, h0은 상부 또는 하부 돌출부의 높이이고, h1은 상부 돌출부의 돌기의 높이이며, h2는 하부 돌출부의 홈의 깊이이다.
8. 상기 2 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 상부 돌출부는 단면이 반원인 돌기가 구비되고, 상기 하부 돌출부는 단면이 반원인 홈이 형성될 수 있다.
9. 상기 2 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 인서트는 막전극접합체와 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층 또는 다공성수송층을 포함할 수 있다.
10. 상기 2 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 돌출부 일측에 가스켓이 구비될 수 있다.
11. 상기 2 내지 10 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 상부 돌출부 및 하부 돌출부가 체결된 상태의 하부 돌출부의 높이는 하기 식 3에 따라 결정될 수 있다.
[식 3]
약 0.5×H3 ≤ H1 ≤ 약 0.9×H3
여기서, H1은 하부 돌출부의 높이이고, H3은 인서트의 가스확산층의 두께이다.
12. 본 발명의 다른 구체예는 서로 대항하는 돌출부가 체결되는 분리판 구조체에 관한 것이다.
상기 분리판 구조체는 테두리를 따라 제1 돌출부가 구비된 제1 분리판;
상기 제1 돌출부에 대응되며, 테두리를 따라 제2 돌출부가 구비된 제2 분리판; 및
상기 제1 분리판과 제2 분리판 사이에 배치되는 인서트;를 포함하고,
상기 제1 돌출부와 제2 돌출부가 서로 체결된다.
13. 상기 12 구체예에서, 상기 제1 분리판 및 제2 분리판 일면에 유로가 구비될 수 있다.
14. 상기 12 또는 13구체예에서, 상기 제1 돌출부와 제2 돌출부는 서로 끼움 맞춤 구조를 구비하여 제1 분리판과 제2 분리판을 서로 밀봉할 수 있다.
15. 상기 12 내지 14 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 분리판과 제1 돌출부는 일체로 형성되고, 제2 분리판과 제2 돌출부가 일체로 형성될 수 있다.
16. 상기 12 내지 15 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 돌출부의 외측자리에서 연장되는 돌기와, 상기 제2 돌출부 외측자리에 형성되는 홈이 서로 체결될 수 있다.
17. 상기 12 내지 16 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 돌출부의 외측자리에서 연장되며 경사면을 가지는 돌기와, 상기 제2 돌출부 외측자리에 형성되며 경사면을 가지는 홈이 서로 체결될 수 있다.
18. 상기 12 내지 17 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 돌기와 홈의 높이는 하기 식 4 및 식 5에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
[식 4]
약 0.2× h0 < h1 < 약 0.8× h0
[식 5]
약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8 × h0
여기서, h0은 제1 돌출부 또는 제 2 돌출부의 높이이고, h1은 제1 돌출부의 돌기의 높이이며, h2는 제2 돌출부의 홈의 깊이이다.
19. 상기 12 내지 18 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 돌출부는 단면이 반원인 돌기가 구비되고, 상기 제2 돌출부는 단면이 반원인 홈이 형성될 수 있다.
20. 상기 12 내지 19 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 인서트는 막전극접합체와 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층 또는 다공성수송층을 포함할 수 있다.
21. 상기 12 내지 20 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부 일측에 가스켓이 구비될 수 있다.
22. 상기 12 내지 21 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부가 체결된 상태의 돌출부 전체의 높이는 하기 식 6에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
[식 6]
약 0.5 × H6 ≤ H4 ≤ 약 0.9 × H6
여기서, H4은 제1 돌출부의 높이이고, H6은 인서트의 가스확산층 두께이다.
본 발명에 따른 분리판 및 분리판 구조체는 가스켓과 막전극접합체 또는 다공성수송층 등 금속제 분리판보다 강도가 낮은 부재가 셀 제조시 과압축되어 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 분리판 내부에서 막전극접합체 또는 다공성수송층의 정렬이 흐트러져 스택의 성능 및 내구성이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
또한 분리판 구조체는 분리판에 의한 과압축을 방지하기 위한 별도의 가스켓이나 스토퍼부재를 분리판에 융착시키지 않고도 분리판 사이를 이격시키고, 체결압을 조절하여 가스켓, 막전극접합체 및 다공성수송층의 등의 인서트 부재가 과압축되는 것을 방지할 수 있다.
분리판 구조체는 분리판 대비 강도가 낮은 가스확산층이나 다공성수송층의 높이 대비 약 50% 내지 90%의 높이를 가지는 돌출부를 구비하여 분리판이 막전극접합체 및 다공성수송층을 고정할 뿐만 아니라 적절한 체결압력을 유지하여 인서트 부재의 과압축을 방지하면서도 금속제 분리판의 단점인 분리판의 과도한 접촉저항의 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판의 정단면도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판의 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판 구조체의 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따라 일면에 유로가 형성된 분리판 구조체가 적층된 상태를 나타낸 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따라 양면에 유로가 구비된 분리판 구조체의 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 돌출부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 반원형 돌기를 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판 구조체를 포함하는 스택의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 구체예에 따른 서로 대향하는 돌출부를 가지는 분리판 구조체의 정단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 구체예에 따른 서로 대향하는 돌출부를 가지는 분리판 구조체의 적층 상태를 나타낸 정단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 제1, 제2 돌출부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 돌출부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반원형 돌기가 구비된 제1, 제2 돌출부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체를 포함하는 스택의 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.
본 명세서에서, 모든 수치 범위는 95% 표준오차범위를 포함한다.
이하에서 도면을 참조하여, 본 발명의 일 측면에 따른 분리판을 설명한다.
도 1a은 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판의 정단면도이고, 도 1b는 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판의 정단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판(100)은 반응부(130) 및 돌출부(110, 120)가 구비된다.
상기 반응부(130)는 분리판(100)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 반응부(130)는 분리판(100) 일면에서 연료, 공기, 또는 냉각수가 흐르는 유로(130)를 포함할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 상기 돌출부(110, 120)는 반응부(130)의 주위의 테두리를 따라 구비될 수 있다. 상기 돌출부(110, 120)는 상기 반응부(130)의 모서리에 일정 높이로 돌출되어 구비될 수 있으며, 분리판(100)이 적층되어 스택을 형성하는 경우 상기 돌출부(110)의 높이에 의해 어느 하나의 분리판(100)과 인접하는 분리판(100)과의 간격을 조절하고 분리판(100)이 막전극접합체와 접하여 가압하는 체결압을 제한하여 분리판 내부에 안착되는 막전극접합체(MEA), 가스확산층(GDL) 또는 다공성수송층(PTL)를 포함하는 인서트의 파손을 방지할 수 있다.
상기 돌출부(110, 120)가 구비되어 상기 인서트가 과도한 체결압에 의해서 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 돌출부(112, 120)의 구조에 의해 막전극접합체가 끼워져 단단하게 고정될 수 있는 장점을 가지며, 이에 따라 연료전지 또는 수전해 스택의 전기화학반응 효율 및 내구성을 증가시킬 수 있다.
도 1b를 참조하면, 일 구체예에서, 상기 돌출부(110)가 분리판 적층 방향으로 절곡되어 구비될 수 있으며, 이 경우에도 상기 돌출부(110)의 높이로 분리판 사이 간격을 조절하고, 분리판 구조체를 형성하여 단위 셀의 형태를 지지하고, 내부에 안착되는 막전극접합체 등을 고정할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 분리판은 금속제일 수 있으며, 내부에 안착되는 막전극접합체, 가스확산층 등 분리판 보다 강도가 낮은 부재의 파손을 방지하고, 이를 고정하여 스택의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판 구조체의 정단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 구체예에 따라 일면에 유로가 형성된 분리판 구조체가 적층된 상태를 나타낸 정단면도이며, 도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따라 양면에 유로가 구비된 분리판 구조체의 정단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 나타낸 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 돌출부를 나타낸 부분 단면도이며, 도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 반원형 돌기를 나타낸 부분 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 분리판 구조체를 포함하는 스택의 모식도이다.
도 2 내지 8을 참조하면, 상기 분리판 구조체(1000)는 한 쌍의 분리판(100) 및 인서트(200)를 포함한다.
상기 분리판(100)은 연료전지 또는 수전해 스택에 사용될 수 있다.
상기 분리판(100)은 알루미늄 합금, 스테인리스 강 또는 타이타늄 합금으로 금속제일 수 있으며, 높은 강도와 내식성을 갖는다.
상기 분리판(100)은 상기 인서트(200) 대비 높은 강도를 갖기 때문에 스택 제조 과정에서 상기 인서트(200)를 강하게 압착하여 손상시킬 수 있으며, 상기 인서트(200) 파손을 방지하기 위한 구성이 요구된다. 종래에는 상기 인서트(200)의 과압축에 의한 파손을 방지하기 위해서 분리판(100) 자체에 가스켓 또는 스토퍼 부재를 융착하는 방법이 주로 사용되나, 본 발명의 일 구체예에 따른 상기 분리판(100)은 가스켓 또는 스토퍼 부재가 별도로 분리판(100)에 융착되지 않는다.
상기 분리판(100)은 가스켓, 스토퍼 부재가 직접 융착되지 않아서 제조 공정이 단축되고, 작업 공수가 감소될 뿐만 아니라, 분리판(100) 자체만으로 인서트(200)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 분리판 구조체(1000)는 연료전지 또는 수전해 스택에서 단위 셀을 구성하며, 스택 내에서 단위 셀을 분리하는 동시에 셀 간의 전자 이동 통로의 역할을 수행할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 분리판(100)은 일면 또는 양면에 유로(130)가 구비될 수 있다.
상기 유로(130)는 수소 또는 공기를 전달하는 유로(130)와, 냉각수 또는 전기화학반응에 의해 생성된 물이 유동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 분리판(100)의 일면에 유로(130)가 구비되며, 이 경우 단위 셀이 Y 축 방향을 따라 적층될 수 있고 돌출부(110, 120)에 의해 단위 셀의 구조가 지지될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 단위 셀 사이에 공간에 다공성 수송체(600)가 구비될 수 있으며, 상기 다공성 수송체(600)의 경우 다수의 기공을 포함하는 입체 구조로 형성되어 유로 대신 유체의 이동이 가능하다.
상기 다공성 수송체(600) 일측에 막전극접합체(260)가 배치될 수 있으며, 다공성 수송체를 통하여 연료 및 공기가 전달되면, 막전극접합체(260)로 유입되어 전지화학반응 및 수전해 반응이 발생될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 분리판(100)의 양면에 유로(130)가 구비될 수 있으며, 이 경우 셀에 도입되는 유체의 유동을 증가시킬 수 있다.
상기 분리판(100)은 테두리를 따라 돌출부(110, 120)가 구비된다.
상기 분리판 구조체(1000)는 한 쌍의 분리판(100)을 포함하여, 단위 셀을 이루며, 상기 각 분리판에 돌출부(110, 120)가 구비되고, 상기 돌출부(110, 120)가 서로 체결되어 상기 인서트(200)를 가압할 수 있다.
상기 돌출부(110, 120)가 구비되어 상기 분리판은 인서트(200)가 배치될 공간을 제공하며, 인서트(200)의 압축정도를 조절할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 돌출부(110, 120)는 분리판이 적층되는 방향(Y 축 방향)을 따라서 상방으로 연장되는 상부 돌출부(110) 또는 하방으로 연장되는 하부 돌출부(120)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상부 및 하부 방향으로 연장된 형상을 가지는 돌출부(110, 120)를 구비할 수 있다.
상기 상부 돌출부(110) 및 하부 돌출부(120)의 형상은 동일할 수 있으며, 일단에 평활부가 형성되어 돌출부끼리 서로 맞닿아 견고하게 체결될 수 있다.
상기 돌출부(110, 120)끼리 체결방법은 금속제 분리판을 접합시킬 수 있는 방법이면 제한되지 않는다. 예를 들면, 돌출부에 체결구조를 도입하는 물리적 결합과 용접을 통하여 돌출부 사이에 비드부를 형성하여 금속 원자의 구조를 변화시키는 화학적 결합을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 분리판 구조체(1000)는 수전해 셀에 사용되는 것일 수 있으며, 수전해 셀인 경우 유로가 양면에 구비되어 반응물질인 물이 냉각수 역할을 수행하도록 할 수 있다. 상기 유로(130)가 분리판(100)양면에 구비되는 경우 하나의 분리판(100)에 음극과 양극이 존재할 수 있으며, 이 경우 전자가 분리판을 통해 바로 이동 가능하기 때문에 분리판 내 전기전도저항을 감소시킬 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상부 돌출부(110)는 외측자리에서 연장되는 돌기(110a)가 구비되고, 상기 하부 돌출부(120) 외측자리에 홈(120b)이 형성될 수 있다.
상기 돌출부(110, 120)의 일단의 평활부는 대향하는 돌출부(110, 120) 간의 체결력을 증가시키기 위한 체결구조를 더 구비할 수 있다.
도 5 및 6을 참조하면, 한 쌍의 분리판(100) 중 어느 하나의 분리판(100)에서 상부 돌출부(110) 일단 외측자리에 돌기(110a)가 구비되고, 하부 돌출부(120)의 외측자리에는 상기 돌기(110a)에 대응하는 홈(120b)이 형성될 수 있다.
상기 돌기(110a)와 홈(120b)이 서로 대응되며, 체결될 수 있는 구조로 분리판(100)이 제조되어, 한 쌍의 분리판(100)이 서로 정확하게 맞물려 체결될 수 있으며, 내부에 인서트(200)가 배치되고 단위 셀을 구성할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상부 돌출부(110)의 외측자리에서 연장되며 경사면(111a)을 가지는 돌기(110a)와, 상기 하부 돌출부(120) 외측자리에 경사면(121b)을 가지는 홈(120b)이 형성될 수 있다.
상기 경사면(111a)을 가지는 돌기(110a)와 경사면(121b)을 가지는 홈(120b)이 형성되는 경우 분리판을 연속으로 적층하여 스택을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 경사면(111a, 121b)이 돌기(110a)와 홈(120b)이 맞닿는 과정에서 이동 방향을 가이드 할 수 있기 때문에 스택을 제조하기 위한 분리판(100) 적층 공정에서 분리판(100)을 적층하기 위한 별도의 정밀한 측정 지그없이 한 쌍의 분리판(100) 중 어느 하나의 분리판(100)에 다른 분리판(100)을 용이하게 적층하여 스택을 제조할 수 있으며, 제조공정 효율성을 향상시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 돌기(110a)와 홈(120b)의 높이는 하기 식 1 및 식 2에 따라 결정될 수 있다.
[식 1]
약 0.2×h0 < h1 < 약 0.8×h0
[식 2]
약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8×h0
여기서, h0은 상부 또는 하부 돌출부(120)의 높이이고, h1은 상부 돌출부(110)의 돌기(110a)의 높이이며, h2는 하부 돌출부(120)의 홈(120b)의 깊이이다.
상기 상부 또는 하부 돌출부(110, 120)의 높이(h0)는 동일하고, 상기 상부 돌출부(110)의 돌기(110a)의 높이 및 하부 돌출부(120)의 홈(120b)이 깊이 또한 동일하기 때문에 어느 하나의 분리판의 홈(120b)에 돌기(110a)가 삽입되어 견고하게 고정될 수 있다.
상기 돌기(110a) 및 홈(120b)의 깊이가 상기 범위 내로 조절되는 경우 분리판(100) 사이의 체결력을 향상시킬 수 있으며, 상기 상부 및 하부 돌출부(110, 120)의 구조를 유지하면서 분리판(100) 내부를 효과적으로 밀봉시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 일 구체예에서, 상기 상부 돌출부(110)는 단면이 반원인 돌기(112)가 구비되고, 상기 하부 돌출부(120)는 단면이 반원인 홈(122)이 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 분리판(100) 중 어느 하나의 분리판(100)의 상부 돌출부(110)에서 반원 형태의 돌기(112)가 구비되고, 이에 대응하는 반원 형태의 홈(122)이 하부 돌출부(120)에 형성되어 상기 분리판(100)이 연속 적층될 수 있다.
상기 반원 형태의 돌기(112) 및 홈(122)이 구비되는 경우 돌출부(110, 120) 간의 체결면적이 증가되어 분리판(100) 사이 공간을 보다 효과적으로 밀봉할 수 있다.
상기 상부 및 하부 돌출부(110, 120)는 다양한 형상의 돌기(110a, 112)와 이에 대응하는 홈(120b, 122)이 형성되어 체결력이 증가되어 서로 견고하여 체결되며, 상기 분리판(100) 내부 공간을 효과적으로 밀봉시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 인서트(200)는 막전극접합체(MEA; 260), 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층(240)을 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 막전극접합체(260)는 전해질막(220) 양면에 전극(210, 230)이 구비되며, 상기 전극(210, 230) 양면에 가스확산층(240; GDL) 또는 다공성수송층(240; PTL)을 포함할 수 있다.
상기 인서트(200)는 상기 분리판(100)에 의해 과압축되어 쉽게 손상될 수 있으며, 지속적인 가압으로 내구성이 감소될 수 있다.
상기 인서트(200)가 상기 한 쌍의 분리판(100) 사이에 배치되어 단위 셀을 형성할 수 있으며, 분리판(100)이 적층되어 스택을 형성하는 경우에 상기 돌출부(110, 120)가 분리판(100)을 지지하여 단위 셀 형태를 유지시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상부 및 하부 돌출부(110, 120) 일측에 가스켓(300a, 300b)이 구비될 수 있다.
종래 금속제 분리판은 가스켓 또는 스톱퍼 부재가 분리판에 융착되어 인서트(200)가 과압축되는 것을 방지하나, 상기 가스켓 또한 분리판 보다 강도가 낮기 때문에 과압축으로 파손되는 문제가 있다.
일 구체예에서, 상기 가스켓(300a, 300b)은 분리판(100)의 압력을 지지하는 부재가 아니며, 분리판(100) 사이 공간을 밀폐시키기 위해서 구비되는 것으로 종래 분리판 지지용 가스켓 보다 낮은 강도를 가지는 것도 사용이 가능하여 스택의 제조비용을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기 가스켓(300a, 300b)은 분리되어 한 쌍의 분리판(100) 각각에 구비되며, 분리판(100)이 서로 체결되는 경우 분리판(100)에 밀착되어 분리판(100) 내부의 밀봉 효과를 증가시킬 수 있다.
상기 가스켓은(300)은 단일 몸체로 구비될 수 있으며, 상기 분리판(100)의 돌출부의 외주를 따라 배치되는 것도 가능하다. 상기 가스켓(300)이 단일 몸체로 구비되는 경우에도 분리판(100)과 돌출부(110, 120)에 의해 형성되는 공간에 가스켓(300)을 끼워서 고정하고, 다른 분리판(100)을 적층하여 가스켓(300)을 고정할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상부 돌출부(110) 및 하부 돌출부(120)가 체결된 상태의 돌출부(110, 120) 전체의 높이는 하기 식 3에 따라 결정될 수 있다.
[식 3]
약 0.5×H3 ≤ H1 ≤ 약 0.9×H3
여기서, H1은 하부 돌출부(120)의 높이이고, H3은 인서트(200)의 가스확산층(240)의 두께이다.
도 2를 참조하면, 상기 하부 돌출부(120)의 높이는 분리판(100) 내부면을 기준으로 적층 방향(Y 축 방향)을 따라서 하방으로 연장된 길이이다.
상기 하부 돌출부(120)의 높이에 따라 상기 분리판(100)에 의한 가스확산층(240)의 압축정도를 조절할 수 있다.
상기 상부 돌출부(110)의 높이는 H2이고, 마찬가지로 상기 식 3의 범위 내로 H2가 조절될 수 있다.
구체적으로 상기 식 3에 따라 상부 돌출부(110)의 높이와 하부 돌출부(120)의 각각의 높이가 상기 식 3에 따라 상기 인서트(200)의 어느 일 면의 가스확산층(240) 두께의 약 50% 내지 90%(예를 들면 50, 60, 70, 80 또는 90%)가 되도록 조절하는 경우에는 원래 가스확산층(240)의 두께 보다 낮은 높이로 분리판(100)의 간격이 조절되며, 분리판(100)이 가스확산층(240)을 가압하여 인서트(200)를 견고하게 고정할 수 있다.
상기 범위 내의 상부 및 하부 돌출부(110, 120)의 높이에 따라 분리판(100)이 인서트(200)와 밀착되고, 가스확산층(240)을 일정하게 압축하여 고정할 수 있으며, 가스확산층(240)의 손상이나, 막전극접합체(260)의 손상으로 인한 접촉저항이 과도하게 증가되는 것을 방지하여 본 발명의 효과를 구현할 수 있다.
상기 돌출부(110, 120)의 높이를 조절하여, 상기 가스확산층(240)을 포함하는 인서트(200)뿐만 아니라 돌출부(110, 120) 일측에 구비되는 가스켓(300a, 300b) 또한 과압축에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 단위 셀 제조 및 스택 적층 공정에서 인서트의 손상을 방지하고, 스택의 내구성을 증가시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 분리판 구조체(1000)를 포함하는 단위 셀이 수직 방향으로 적층되어 스택(2000)을 이룰 수 있다. 분리판(100)에 가스켓(300)이나 스톱퍼 부재를 융착하는 공정이 배제되어 스택 제조효율이 향상되고, 분리판(100)과 일체로 형성된 돌출부(110, 120)의 높이를 조절하여 막전극접합체를 포함하는 인서트(200)의 과압축을 방지하여 셀 스택의 전기화학반응 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 분리판(100)은 돌출부(110, 120)가 구비되고, 내측에 인서트(200) 모서리 형상에 대응되도록 형성되어 분리판(100) 사이 공간에 인서트(200)가 끼움 고정될 수 있으며, 상기 인서트(200)가 셀 제조나 스택 적층 시 이동이나 진동에 의해 정렬이 흐트러지는 것을 방지할 수 있다.
상기 분리판(100)이 인서트(200)의 표면을 가압하되, 돌출부(110, 120)의 높이가 조절되어 인서트(100)가 과압축되지 않으므로, 분리판과 인서트(200)간의 접촉저항 또한 감소시킬 수 있다.
상기 분리판 구조체(1000)는 단위 셀을 형성하고, 적층되어 스택(2000)을 형성하여 연료전지 또는 수전해 스택으로 사용될 수 있고, 상기 분리판 구조체(1000)를 포함하는 연료전지 또는 수전해 장치의 효율 및 내구성을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구체예는 서로 대향하는 돌출부가 체결되는 분리판 구조체(1000)에 관한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 구체예에 따른 대향하는 돌출부를 가지는 분리판 구조체의 정단면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 구체예에 따른 서로 대향하는 돌출부를 가지는 분리판 구조체의 적층 상태를 나타낸 정단면도이며, 도 11은 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 제1, 제2 돌출부를 나타낸 부분 단면도이고, 도 12는 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체의 돌출부를 나타낸 부분 단면도이며, 도 13은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반원형 돌기가 구비된 제1, 제2 돌출부를 나타낸 부분 단면도이고, 도14는은 본 발명의 다른 구체예에 따른 분리판 구조체를 포함하는 스택의 모식도이다.
도 9 내지 14를 참조하면, 상기 분리판 구조체(1000)는 제1 분리판(400), 제2 분리판(500) 및 인서트(200)를 포함한다.
상기 제1 분리판(400) 및 제2 분리판(500)은 상술한 분리판(100)과 동일한 소재로 동일 구조의 분리판(400, 500)의 일면에 유체가 흐르는 유로(410, 510)를 구비할 수 있다.
상기 제1 분리판(400)은 테두리를 따라 제1 돌출부(420)가 구비될 수 있다.
상기 제2 분리판(500)은 상기 제1 분리판(400)과 동일 부재로 테두리를 따라 제2 돌출부(520)가 구비될 수 있다.
상기 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)이 서로 체결될 수 있다.
상기 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520)가 서로 체결되어 분리판(400, 500) 사이에서 내부에 공간을 형성하고, 분리판 구조체(1000)의 구조적 형태를 유지시킬 수 있다.
상기 인서트(200)는 상기 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500) 사이에 배치된다. 구체적으로 상기 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520)가 서로 체결되어 형성되는 제1, 제2 분리판(400, 500) 사이 공간에 삽입되며, 분리판(400, 500)의 내면에 가압되어, 고정될 수 있다.
도 9를 참조하면, 일 구체예에서, 상기 분리판 구조체(1000)가 단위 셀을 이루고, 단위 셀이 차례대로 적층되어 스택의 일부를 구성할 수 있다.
서로 대향하는 상기 돌출부(420, 520)을 구비하는 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)으로 분리판 구조체(1000)을 제조하는 경우에는 적층이 매우 용이하고 스택을 매우 효율적으로 제조할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520)는 서로 끼움 맞춤 구조를 구비할 수 있다.
상기 끼움 맞춤 구조는 제1 돌출부(420)의 일단이 제2 돌출부(520)의 일단과 물리적, 화학적으로 접합되는 것을 의미한다. 예를 들면, 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520)가 서로 체결되어 물리적으로 결합되고, 가열이나 용접에 의해 화학적 결합되는 것을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 끼움 맞춤 구조는 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)을 서로 밀봉할 수 있고, 상기 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520) 사이를 접합하여 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)을 밀봉시킬 수 있다.
상기 제1 분리판(400)과 제1 돌출부(420)는 일체로 형성되고, 제2 분리판(500)과 제2 돌출부(520)가 일체로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 제1 분리판(400) 일단에 제1 돌출부(410)가 절곡되어 제2 분리판(500)을 향하여 연장되어 형성되고, 상기 제2 분리판(500) 일단에 제2 돌출부(520) 또한 절곡되고 제1 분리판(400)을 향하여 연장된 형태일 수 있다.
상기 제1 분리판(400)과 제1 돌출부(410), 제2 분리판(500)과 제2 돌출부(520)가 일체로 형성되어 분리판(400, 500) 제조효율을 증가시킬 수 있으며, 종래 분리판에 가스켓 또는 스톱퍼 부재를 융착시키는 구성 대비 제조비용을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기 제1 분리판(400) 및 제2 분리판(500)이 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520)의 형상으로 내부에 공간이 형성되면, 인서트(200) 일단이 분리판(400, 500)에 끼워지고 분리판(400, 500) 내부면에 밀착된 상태로 고정될 수 있으며, 단위 셀 제조 및 스택 제조 시 인서트(200)의 정렬이 흐트러지지 않아서 셀의 전기화학반응 효율 및 셀 내구성을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420)의 외측자리에서 연장되는 돌기(421)와, 상기 제2 돌출부(520) 외측자리에 형성되는 홈(521)이 서로 체결될 수 있다.
도 10 및 11를 참조하면, 상기 제1 돌출부(420)의 외측자리에서 연장되는 돌기(421)가 구비되고, 제2 돌출부(520) 외측자리에 상기 돌기(421)에 대응되는 홈(521)이 형성되어 상기 돌기(421)와 홈(521)이 체결된다.
상기 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520)의 일단의 형태가 변경되어 체결력을 증가시키는 체결구조를 갖는다.
상기 돌기(421)와 홈(521)이 체결되는 경우 제1 돌출부(420)와 제2 돌출부(520) 간의 체결력을 증가시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420)의 외측자리에서 연장되며 경사면(421a)을 가지는 돌기(421)와, 상기 제2 돌출부(520) 외측자리에 형성되며 경사면(521b)을 가지는 홈(521)이 서로 체결될 수 있다.
상기 제1 돌출부(420)가 경사면(421a)을 가지는 돌기(421)로 구비되고, 제2 돌출부(520)의 홈(521)에 경사면(521b)이 형성되는 경우 상기 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)이 서로 접근하고, 상기 경사면이 돌기(421)와 홈(521)이 맞닿는 과정에서 이동 방향을 가이드 할 수 있기 때문에 단위 셀을 제조하기 위하여 별도의 정확성을 요하는 지그없이 제1 분리판(400)에 제2 분리판(500)을 체결할 수 있으며, 단위 셀 제조 및 스택 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 돌기(421)와 홈(521)의 높이는 하기 식 4 및 식 5에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
[식 4]
약 0.2×h0 < h1 < 약 0.8×h0
[식 5]
약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8×h0
여기서, h0은 제1 돌출부(420) 또는 제 2 돌출부(520)의 높이이고, h1은 제1 돌출부의 돌기(421)의 높이이며, h2는 제2 돌출부(520)의 홈(521)의 깊이이다.
상기 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520)의 높이는 동일하고, 상기 제1 돌출부(420)의 높이와 제2 돌출부(520)의 홈의 깊이가 동일하다.
상기 돌기(421)의 높이와 홈(521)의 깊이를 상기 범위 내로 제한하는 경우 체결력이 증가되어 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500) 사이를 보다 효과적으로 밀봉할 수 있으며, 제1, 제2 돌출부(420, 520)의 제조 편이성을 확보할 수 있다.
도 13을 참조하면, 일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420)는 단면이 반원인 돌기(423)가 구비되고, 상기 제2 돌출부(520)는 단면이 반원인 홈(523)이 형성될 수 있다.
상기 제1 돌출부(420)에 반원 형태의 돌기(423)가 구비되고, 제2 돌출부(520)에 이에 대응되는 반원 형태의 홈(523)이 형성되는 경우 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520) 간의 체결면적을 증가시켜 밀봉 효과를 증가시킬 수 있으며, 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)의 체결과정의 용이성을 향상시킬 수 있다.
일 구체예에서, 상기 인서트(200)는 막전극접합체(260), 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층(240) 또는 다공성수송층(240)을 포함할 수 있다.
상기 인서트(200)의 구성은 상술한 인서트(200)와 동일한 부재이다.
일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520) 일측에 가스켓(300)이 구비될 수 있다.
예를 들면 제1 돌출부(420) 또는 제2 돌출부(520)의 내측 방향으로 구비될 수 있으며, 상기 가스켓은 제1 분리판(400) 또는 제2 분리판(500)에 융착되지 않는다.
일 구체예에서, 상기 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520)가 체결된 상태의 돌출부(420, 520) 전체의 높이는 하기 식 6에 따라 결정될 수 있다.
[식 6]
약 0.5 × H6 ≤ H4 ≤ 0.9 × H6
여기서, H4은 제1 돌출부(420)의 높이이고, H6은 인서트(200)의 가스확산층(240)두께이다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 돌출부(420)의 높이는 절곡된 위치에서 제2 분리판(500)을 향하여 연장된 길이이고, 제2 돌출부(520)의 높이는 절곡된 위치에서 제1 분리판(400)을 향하여 연장된 길이이다.
상기 식 6에 따라 제1 돌출부(420)의 높이(H4)가 상기 범위 내로 조절되어 구체적으로 인서트(200)의 가스확산층(240) 두께의 약 50% 내지 90%(예를 들면, 50, 60, 70, 80, 또는 90%)의 높이를 갖을 수 있다. 상기 제2 돌출부(520)의 높이(H5)는 상기 식 6에서 H6의 두께의 약 50% 내지 90%(예를 들면, 50, 60, 70, 80, 또는 90%)의 높이를 가질 수 있다.
상기 제1 돌출부(420) 및 제2 돌출부(520)의 높이가 식 6에 따라 제한되는 경우 상기 제1 분리판(400)과 제2 분리판(500)이 상기 인서트(200) 및 가스켓(300)을 과압축하지 않으면서도 상기 인서트(200)를 제1 분리판(400) 및 제2 분리판(500) 사이에 견고하게 고정할 수 있고, 단위 셀의 전기화학반응 효율을 증가시키고, 단위 셀 내구성 또한 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 단위 셀을 적층하여 스택(2000)을 제조할 수 있으며, 연료전지 또는 수전해 스택으로 활용이 가능하고, 분리판 구조체(1000)를 포함하는 경우 제조비용뿐만 아니라 제조효율을 향상시킬 수 있으며, 연료전지, 수전해 스택의 내구성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 분리판 구조체(1000)는 분리판 적층 시 가압에 의한 막전극접합체, 가스확산층(240) 및 다공성수송층(240)을 포함하는 인서트(200)의 과압축을 방지하기 위하여 분리판에 별도의 가스켓이나 스톱퍼 부재를 융착하는 공정을 배제하며 금속제 분리판의 모서리에 돌출부(110, 120)를 형성하는 것만으로 분리판 구조체의 형상을 유지시킬 수 있다. 돌출부(110, 120)의 높이를 조절하여 인서트(200)가 과압축되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 돌출부(110, 120) 형상에 따른 단차 구조로 인서트(200)를 끼워서 고정 때문에 단위 셀 제조 및 스택 제조 시 인서트(200) 정렬이 흐트러짐에 따른 손상 및 셀 불량을 방지할 수 있다. 또한 분리판 내면이 인서트(200) 외면에 밀착되고 돌출부(110, 120)의 높이가 인서트(200)의 가스확산층 또는 다공송수송층 두께보다 낮게 조절되어 인서트(200)는 분리판 내면에 접하게 되고, 가압되어 분리판에서의 접촉저항도 현저하게 감소시킬 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 적어도 일면에 반응부가 형성되고, 상기 반응부의 테두리를 따라 돌출부가 구비된 분리판.
  2. 테두리를 따라 돌출부가 구비된 한 쌍의 분리판; 및
    상기 분리판 사이에 배치되는 인서트;를 포함하고,
    상기 돌출부가 서로 체결되어 상기 인서트를 고정하는 것인,
    분리판 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분리판은 일면 또는 양면에 유로가 구비된 것인, 분리판 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 분리판이 적층되는 방향을 따라서 상방으로 연장되는 상부 돌출부 또는 하방으로 연장되는 하부 돌출부를 구비하는 것인, 분리판 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부 돌출부는 외측자리에서 연장되는 돌기가 구비되고, 상기 하부 돌출부의 외측자리에 홈이 형성되는 것인, 분리판 구조체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 상부 돌출부의 외측자리에서 연장되며 경사면을 가지는 돌기와, 상기 하부 돌출부 외측자리에 경사면을 가지는 홈이 형성되는 것인, 분리판 구조체.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 돌기와 홈의 높이는 하기 식 1 및 식 2에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
    [식 1]
    약 0.2×h0 < h1 < 약 0.8×h0
    [식 2]
    약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8×h0
    여기서, h0은 상부 또는 하부 돌출부의 높이이고, h1은 상부 돌출부의 돌기의 높이이며, h2는 하부 돌출부의 홈의 깊이임.
  8. 제4항에 있어서, 상기 상부 돌출부는 단면이 반원인 돌기가 구비되고, 상기 하부 돌출부는 단면이 반원인 홈이 형성되는 것인, 분리판 구조체.
  9. 제2항에 있어서, 상기 인서트는 막전극접합체와 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층 또는 다공성수송층을 포함하는 것인, 분리판 구조체.
  10. 제2항에 있어서, 상기 돌출부 일측에 가스켓이 구비되는 것인, 분리판 구조체.
  11. 제2항에 있어서, 상기 하부 돌출부 높이는 하기 식 3에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
    [식 3]
    약 0.5×H3 ≤ H1 ≤ 0.9×H3
    여기서, H1은 하부 돌출부의 높이이고, H3은 인서트의 가스확산층의 두께임.
  12. 테두리를 따라 제1 돌출부가 구비된 제1 분리판;
    상기 제1 돌출부에 대응되며, 테두리를 따라 제2 돌출부가 구비된 제2 분리판; 및
    상기 제1 분리판과 제2 분리판 사이에 배치되는 인서트;를 포함하고,
    상기 제1 돌출부와 제2 돌출부가 서로 체결되는,
    분리판 구조체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 분리판 및 제2 분리판 일면에 유로가 구비되는 것인, 분리판 구조체.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부와 제2 돌출부는 서로 끼움 맞춤 구조를 구비하여 제1 분리판과 제2 분리판을 서로 밀봉하는 것인, 분리판 구조체.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 분리판과 제1 돌출부는 일체로 형성되고, 제2 분리판과 제2 돌출부가 일체로 형성된 것인, 분리판 구조체.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부의 외측자리에서 연장되는 돌기와, 상기 제2 돌출부 외측자리에 형성되는 홈이 서로 체결되는 것인, 분리판 구조체.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부의 외측자리에서 연장되며 경사면을 가지는 돌기와, 상기 제2 돌출부 외측자리에 형성되며 경사면을 가지는 홈이 서로 체결되는 것인, 분리판 구조체.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 돌기와 홈의 높이는 하기 식 4 및 식 5에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
    [식 4]
    약 0.2×h0 < h1 < 약 0.8×h0
    [식 5]
    약 0.2×h0 < h2 < 약 0.8×h0
    여기서, h0은 제1 돌출부 또는 제2 돌출부의 높이이고, h1은 제1 돌출부의 돌기의 높이이며, h2는 제2 돌출부의 홈의 깊이임.
  19. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부는 단면이 반원인 돌기가 구비되고, 상기 제2 돌출부는 단면이 반원인 홈이 형성되는 것인, 분리판 구조체.
  20. 제12항에 있어서, 상기 인서트는 막전극접합체, 상기 막전극접합체 양면에 구비되는 가스확산층 또는 다공성수송층을 포함하는 것인, 분리판 구조체.
  21. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부 일측에 가스켓이 구비되는 것인, 분리판 구조체.
  22. 제12항에 있어서, 상기 제1 돌출부의 높이는 하기 식 6에 따라 결정되는 것인, 분리판 구조체:
    [식 6]
    약 0.5×H6 ≤ H4 ≤ 0.9×H6
    여기서, H4는 제1 돌출부의 높이이고, H6은 인서트의 가스확산층의 두께임.
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