WO2025259089A1 - 연료전지용 막가습기 - Google Patents

연료전지용 막가습기

Info

Publication number
WO2025259089A1
WO2025259089A1 PCT/KR2025/095401 KR2025095401W WO2025259089A1 WO 2025259089 A1 WO2025259089 A1 WO 2025259089A1 KR 2025095401 W KR2025095401 W KR 2025095401W WO 2025259089 A1 WO2025259089 A1 WO 2025259089A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
case
coating layer
membrane humidifier
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2025/095401
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이승환
오영석
이지윤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kolon Industries Inc
Original Assignee
Kolon Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kolon Industries Inc filed Critical Kolon Industries Inc
Publication of WO2025259089A1 publication Critical patent/WO2025259089A1/ko
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0088—Physical treatment with compounds, e.g. swelling, coating or impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Fuel cells are power-generating cells that convert the chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy through an electrochemical reaction. Unlike conventional chemical cells like dry cells or accumulators, fuel cells can continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied. They also have the advantage of being more than twice as efficient as internal combustion engines, with no heat loss. Furthermore, fuel cells use hydrogen and oxygen as raw materials and produce water as a byproduct, making them environmentally friendly and free of pollutants. Therefore, fuel cells are not only environmentally friendly but also reduce concerns about resource depletion due to increased energy consumption.
  • Fuel cells can be classified into polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), solid oxide fuel cells (SOFC), and alkaline fuel cells (AFC).
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cells
  • PAFC phosphoric acid fuel cells
  • MCFC molten carbonate fuel cells
  • SOFC solid oxide fuel cells
  • AFC alkaline fuel cells
  • polymer electrolyte fuel cells are known to be suitable for use in transportation systems because they can operate at lower temperatures and have a higher power density than other fuel cells.
  • Decomposition and deterioration of the hollow fiber membrane impede the delivery of sufficiently moist air to the fuel cell stack, thereby reducing the efficiency of the fuel cell stack and the entire fuel cell system.
  • the present invention provides a membrane humidifier for fuel cells having an improved lifespan by preventing peroxide and/or hydroxyl radicals from oxidizing, deteriorating and/or decomposing the hollow fiber membrane.
  • a membrane humidifier for a fuel cell comprising a housing including a middle case with both ends open; a cap case connected to both ends of the middle case; and an inner case disposed in a space formed by the middle case and the cap case and accommodating a bundle of hollow fiber membranes, wherein the housing contains a polymer material; and an antioxidant material that removes peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • the antioxidant material may be dispersed and present within the housing.
  • the surface of the housing has an inner surface facing the hollow fiber membrane bundle and an outer surface opposite the inner surface, and the anti-oxidation material may be dispersed and present on the inner surface of the housing.
  • the housing further includes a coating layer applied to at least one of the middle case, the cap case, and the inner case, and the coating layer may contain the antioxidant material.
  • the coating layer includes a first coating layer applied to at least one surface of the middle case; a second coating layer applied to at least one surface of the cap case; and a third coating layer applied to at least one surface of the inner case, wherein each of the first coating layer, the second coating layer, and the third coating layer may contain the antioxidant material.
  • the surface of the middle case has a first inner surface facing the hollow fiber membrane bundle and a first outer surface facing the first inner surface, and the first coating layer can be applied to the first inner surface of the middle case.
  • the surface of the cap case has a second inner surface facing the hollow fiber membrane bundle and a second outer surface opposite the second inner surface, and the second coating layer can be applied to the second inner surface of the cap case.
  • the surface of the inner case has a third inner surface facing the hollow fiber membrane bundle and a third outer surface facing the third inner surface, and the third coating layer can be applied to the third inner surface of the inner case.
  • the housing further includes a coating layer applied to at least one of the middle case, the cap case, and the inner case, wherein some of the antioxidant material is included in the coating layer, and other parts of the antioxidant material may be dispersed and present in at least one of the middle case, the cap case, and the inner case.
  • the content of the antioxidant may be 0.05 parts by weight to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer material.
  • the polymeric material may include polyethylene, polypropylene, polyoxymethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polysulfone, acrylonitrile butadiene styrene, polyamide, polyarylate, polyphthalamide, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polycarbonate oxide, modified polyphenylene oxide, polymethyl methacrylate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyetherimide, or any combination thereof.
  • the antioxidant may be at least one selected from the group consisting of an amine-based antioxidant, a hindered amine-based antioxidant, a phenol-based antioxidant, and a metal-based antioxidant.
  • the ignition point of the antioxidant material may be equal to or lower than the ignition point of the polymer material.
  • the melting point of the antioxidant material may be equal to or lower than the output temperature of the fuel cell.
  • the housing may not include a crosslinking agent.
  • peroxide and/or hydroxyl radicals that come into contact with or are in proximity to the housing can be removed before they oxidize, deteriorate, and/or decompose the hollow fiber membrane bundle. Furthermore, when the fuel cell system is powered at a temperature above the melting point of the antioxidant material, the antioxidant material is more easily eluted from the housing, thereby effectively removing peroxide and/or hydroxyl radicals in the fluid flowing in the membrane humidifier for the fuel cell.
  • Figure 1 is a block diagram illustrating the configuration of a fuel cell system.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a membrane humidifier according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along line I-I' of Figure 2.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a membrane humidifier according to another embodiment of the present invention.
  • fluid communication throughout the specification means connected, coupled, or configured so that a fluid, such as a gas or liquid, passes through it, and the terms are used solely to distinguish one element from another.
  • the term “removing” peroxide and/or hydroxyl radicals means reacting with peroxide and/or hydroxyl radicals to induce the radicals into a stable compound form, or capturing peroxide and/or hydroxyl radicals and reacting with them, thereby inhibiting, preventing and/or preventing peroxide and/or hydroxyl radicals from reacting with organic matter (e.g., hollow fiber membrane) included in a membrane humidifier for a fuel cell.
  • organic matter e.g., hollow fiber membrane
  • Figure 1 is a block diagram that briefly illustrates the configuration of a fuel cell system.
  • the fuel cell system may include a fuel cell stack (1000), a hydrogen supply unit (2000), and an air supply unit (3000).
  • a fuel cell stack (1000) can generate heat and steam by reacting hydrogen supplied from a hydrogen supply unit (2000) and oxygen supplied from an air supply unit (3000).
  • the steam can be supplied to a membrane humidifier (3200).
  • the hydrogen supply unit (2000) can supply stored hydrogen to the fuel cell stack (1000).
  • the hydrogen supply unit (2000) can be used without limitation as long as it can supply hydrogen to the fuel cell stack (1000).
  • the air supply unit (3000) may include an air compression unit (3100) and a membrane humidifier (3200).
  • the air compression unit (3100) and the membrane humidifier (3200) may be configured to be in fluid communication.
  • the air compression unit (3100) can compress outside air and supply it to the membrane humidifier (3200).
  • the air compression unit (3100) is a device that compresses a fluid such as air, and may include, for example, a blower, a compressor, etc.
  • An air filter may be installed at the inlet of the air compression unit (3100) to block the ingress of contaminants.
  • the membrane humidifier (3200) moisture exchange can occur between the air supplied from the air compression unit (3100) and the vapor generated from the fuel cell stack (1000). That is, the membrane humidifier (3200) can humidify the outside air and supply it to the inside of the fuel cell stack (1000). That is, the membrane humidifier (3200) can supply moist oxygen to the fuel cell stack (1000).
  • a fuel cell stack (1000) is composed of a membrane-electrode assembly, an electrolyte membrane, a cathode, an anode, a catalyst layer, a gas diffusion layer, a separator, and a gasket, and each component can be manufactured using known materials by a known method.
  • the membrane-electrode assembly may include a porous support and an ion conductor layer disposed on the outer surface of the porous support.
  • the porous support achieves dimensional stability by suppressing volume expansion due to moisture generated in the electrode during fuel cell operation, and can contain a large number of ion conductors due to the large surface area of the porosity.
  • the porous support may include a fluorine-based support or a hydrocarbon-based polymer, and may include, for example, nylon, polyimide (PI), polybenzoxazole (PBO), polybenzimidazole (PBI), polyamideimide (PAI), polyethyleneterephtalate, polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), or a combination thereof.
  • PI polyimide
  • PBO polybenzoxazole
  • PBI polybenzimidazole
  • PAI polyamideimide
  • PE polyethyleneterephtalate
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • the ion conductor included in the above ion conductor layer may include a polymer having a high ion exchange capacity, and can be easily selected and used by a person skilled in the art from known ion conductors.
  • a polymer having a high ion exchange capacity for example, poly(perfluorosulfonic acid), poly(perfluorocarboxylic acid), copolymers of tetrafluoroethylene and fluorovinyl ether containing sulfonic acid groups, fluorinated polymers including defluorinated sulfurized polyetherketone or mixtures thereof, sulfonated polyimide (S-PI), sulfonated polyarylethersulfone (S-PAES), sulfonated polyetheretherketone (SPEEK), sulfonated polybenzimidazole (SPBI), sulfonated polysulfone (S-PSU), sulfonated polystyrene (S-PS), s
  • the electrolyte membrane may include a fluorine-based resin to ensure mechanical strength.
  • the electrolyte membrane may include a fluorine-based porous resin obtained by impregnating polytetrafluoroethylene (PTFE) into a fluorine-based ion conductor.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the cathode and anode may be respectively positioned at the ends of the fuel cell stack (1000).
  • the anode may generate hydrogen and oxygen through water decomposition.
  • the cathode, which receives hydrogen generated from the anode, may generate hydrogen atoms through a reduction reaction.
  • the above catalyst layer can lower the activation energy of the reaction between the cathode and the anode.
  • Any catalyst included in the catalyst layer can be used without limitation as long as it can participate in the reaction performed in the fuel cell stack (1000) and lower the reaction activation energy.
  • a porous carbon-based carrier on which a platinum-based metal or any metal having a catalytic function is supported can be used.
  • the fuel cell stack (1000) may include a gas diffusion layer to facilitate diffusion of air flowing in from the membrane humidifier (3200).
  • the gas diffusion layer may increase the contact frequency between the air flowing in from the membrane humidifier (3200) and the membrane-electrode assembly, thereby improving the efficiency of the fuel cell stack (1000).
  • a fuel cell stack (1000) can generate electricity through a combination reaction of hydrogen and oxygen, and specifically, the fuel cell stack (1000) can be configured so that hydrogen is supplied to the anode side and oxygen is supplied to the cathode side.
  • hydrogen ions are generated through an oxidation reaction of hydrogen, and the electrons generated at this time can move to the cathode through a wire.
  • the hydrogen ions move to the cathode through an electrolyte membrane and come into contact with oxygen to form water vapor.
  • hydroxyl radicals may be generated from the peroxide or the decomposition of the peroxide.
  • the peroxide and/or the hydroxyl radicals may be transferred together when moist air containing water vapor is sent to the membrane humidifier (3200).
  • the peroxide and/or the hydroxyl radicals penetrate into the membrane humidifier (3200) and cause oxidation of the hollow fiber membrane manufactured from the organic polymer, resulting in deterioration of the hollow fiber membrane.
  • the inventor of the present invention manufactured a membrane humidifier for a fuel cell including a housing capable of removing peroxide and/or hydroxyl radicals that have entered the membrane humidifier (3200).
  • Fig. 2 is a perspective view of a membrane humidifier according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view taken along line I-I' of Fig. 2.
  • a membrane humidifier (3200) may include a housing, a hollow fiber membrane bundle (10), a fixed layer (20), and a resin layer (30).
  • the housing may include a middle case (100), a cap case (200), and an inner case (300).
  • the housing may be formed from a composition including a polymer material.
  • the housing may be formed by injection molding the composition. The injection temperature may be about 270°C to about 300°C.
  • the polymer material is polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), polysulfone (PSU), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA) (e.g., polyamide 6 (Nylon 6; PA6), polyamide 66 (Nylon 66; PA66)), polyarylate (PAR), polyphthalamide (PPA), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polycarbonate oxide (PCO), modified It may include modified polyphenylene oxide (MPPO), poly(methyl methacrylate) (PMMA), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES), polyetherimide (PEI), or any combination thereof.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • POM polyoxymethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the middle case (100) may have open ends.
  • the cap case (200) may be coupled to the ends of the middle case (100).
  • the middle case (100) and the cap case (200) may be coupled to each other to form an outer shape of a membrane humidifier (3200).
  • the inner case (300) is disposed in a space formed by the coupling of the middle case (100) and the cap case (200) and may accommodate a hollow fiber membrane bundle (10) and a fixed layer (20).
  • the surface of the housing may have an inner surface (IS) facing the hollow fiber membrane bundle (10) and an outer surface (OS) opposite the inner surface (IS).
  • the surface of the middle case (100) may have a first inner surface (IS1) facing the hollow fiber membrane bundle (10) and a first outer surface (OS1) opposite the first inner surface (IS1).
  • the surface of the cap case (200) may have a second inner surface (IS2) facing the hollow fiber membrane bundle (10) and a second outer surface (OS2) facing the second inner surface (IS2).
  • the surface of the inner case (300) may have a third inner surface (IS3) facing the hollow fiber membrane bundle (10) and a third outer surface (OS3) facing the third inner surface (IS3).
  • the inner surface (IS) of the housing may include the first inner surface (IS1) of the middle case (100), the second inner surface (IS2) of the cap case (200), and the third inner surface (IS3) of the inner case (300), and the outer surface (OS) of the housing may include the first outer surface (OS1) of the middle case (100), the second outer surface (OS2) of the cap case (200), and the third outer surface (OS3) of the inner case (300).
  • the inner surface (IS) of the above housing is a surface facing the hollow fiber bundle (10), and the outer surface (OS) of the above housing is the opposite surface of the inner surface (IS) of the above housing.
  • the cap case (200) may include a first inlet (210) and a first outlet (220).
  • the first inlet (210) may supply air into the membrane humidifier (3200).
  • the first outlet (220) may supply air to the outside of the membrane humidifier (3200). For example, air passing through the first inlet (210) may be humidified within the membrane humidifier (3200), and the humidified air may pass through the first outlet (220).
  • the middle case (100) may include a second inlet (110) and a second outlet (120).
  • the second inlet (110) may supply steam into the interior of the membrane humidifier (3200).
  • the second outlet (120) may supply steam to the exterior of the membrane humidifier (3200).
  • steam passing through the second inlet (110) may supply moisture to the air within the membrane humidifier (3200), and steam with reduced or removed moisture content may pass through the second outlet (120).
  • the inner case (300) can accommodate a bundle of hollow fiber membranes (10).
  • the inner case (300) can include a first mesh hole (MH1) and a second mesh hole (MH2).
  • the first mesh hole (MH1) can supply steam into the inner case (300).
  • the second mesh hole (MH2) can discharge steam to the outside of the inner case (300).
  • a hollow fiber membrane bundle (10) can be placed within an inner case (300).
  • the hollow fiber membrane bundle (10) can include a plurality of hollow fiber membranes (11).
  • the hollow fiber membranes (11) can be obtained by spinning and then solidifying a mixture of a polymer, an additive, and a solvent.
  • the above polymer can be selected from known polymers suitable for forming hollow fiber membranes (11).
  • the polymer may include a polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer, a polysulfone polymer, a sulfonated polysulfone, cellulose acetate, cellulose triacetate, polymethyl methacrylate, Nafion, a polystyrene (PS) polymer, a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer, a perfluorosulfonic acid (PFSA) polymer, a polyphenylsulfone polymer, a polyethersulfone (PES) polymer, a polyacrylonitrile (PAN) polymer, a polyetherimide (PEI) polymer, a polyimide (PI) polymer, a polyamide-imide polymer, a polyester-imide polymer, or any combination thereof.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PS polystyren
  • the ends of the hollow fiber membranes (11) can be potted on a fixed layer (20).
  • the fixed layer (20) can fix the hollow fiber membranes (11).
  • the fixed layer (20) can fill the gap between the hollow fiber membranes (11) and the gap between the hollow fiber membranes (11) and the inner case (300). As a result, each of the two ends of the inner case (300) is blocked by the fixed layer (20), and a flow path through which a fluid passes can be formed inside the inner case (300).
  • the fixed layer (20) can generally be formed by curing a liquid polymer, such as a liquid polyurethane resin, through a casting method.
  • the resin layer (30) can fill the gap between the fixed layer (20) and the middle case (100). That is, the gap between the end of the inner case (300) and the end of the middle case (100) can be blocked by the resin layer (30).
  • the resin layer (30) can be formed of a material identical or similar to the material of the fixed layer (20).
  • Air supplied from the outside through the first inlet (210) can flow along the hollow of the hollow fiber membranes (11).
  • Steam supplied through the second inlet (110) can be discharged through the second outlet (120) after contacting the outer surface of the hollow fiber membranes (11).
  • moisture contained in the steam can permeate the hollow fiber membranes (11), thereby humidifying the air.
  • the humidified air can pass through the first outlet (220).
  • the housing may contain a polymer material and an antioxidant material.
  • the antioxidant material may remove peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • the polymer material and the antioxidant material may not be cross-linked with each other.
  • at least a portion of at least one of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300) may contain the antioxidant material. That is, part or all of the middle case (100) may contain the antioxidant material, part or all of the cap case (200) may contain the antioxidant material, and part or all of the inner case (300) may contain the antioxidant material.
  • the antioxidant material may be dispersed and present within the housing.
  • the antioxidant material may be dispersed and present within the middle case (100).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within the cap case (200).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within the inner case (300).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within each of the middle case (100) and the cap case (200).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within each of the middle case (100) and the inner case (300).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within each of the cap case (200) and the inner case (300).
  • the antioxidant material may be dispersed and present within each of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300).
  • the above-mentioned antioxidant material may be dispersed and present on the surface of the housing. That is, the antioxidant material may be dispersed and present on each of the inner surface (IS) and the outer surface (OS) of the housing. Since the antioxidant material is dispersed and present on the surface of the housing, peroxide and/or hydroxyl radicals present in the membrane humidifier for a fuel cell can be effectively removed. According to one embodiment, the antioxidant material may be dispersed and present on the inner surface (IS) of the housing.
  • the housing may be formed from a composition comprising the polymer material and an antioxidant.
  • the housing may be formed by injection molding the composition.
  • the injection temperature may be about 270°C to about 300°C.
  • the ignition point of the antioxidant material may be equal to or lower than the ignition point of the polymer material.
  • the ignition point of the antioxidant material may be 300°C or lower or 270°C or lower.
  • the housing can be formed by stably injecting a composition including both the polymer material and the antioxidant material at an injection temperature of about 270°C to about 300°C.
  • the antioxidant may be at least one selected from the group consisting of an amine-based antioxidant, a hindered amine-based antioxidant, a phenol-based antioxidant, and a metal-based antioxidant.
  • the above amine-based antioxidant may include Irganox 5057 (4,4'-di-tert-octyldiphenylamine), etc.
  • Tinuvin 770 bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate
  • Tinuvin 783 FDL poly[[6-[(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino]-1,3,5-triazine2,4-diyl][(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-1,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]
  • Tinuvin PA 123 bis(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacate
  • Tinuvin 765 bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate + 1-(methyl)-8-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacate
  • Chimassorb 2020 CAS No
  • the above phenolic antioxidants are Irganox 1010 (pentaerythritol tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate), Irganox 1076 (octadecyl-[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]), Irganox 1081 (2,2'-thiobis (6-tert-butyl-p-cresol)), Irganox 1098 ( N , N' -(hexane-1,6-diyl)bis[3-(3,5-di- tert -butyl-4-hydroxyphenyl)propanamide]), Irganox 1135 (benzenepropionic acid, 3,5-bis (1,1-dimethyl-ethyl)-4-hydroxy-C7-C9 branched chain alkyl ester), Irganox 1330 (4,4',4'
  • the above metal-based antioxidant may include a salt of Ce metal such as Ce( NO3 ) 3 , CeCl3 , Ce2 ( SO4 ) 3, etc.; a salt of Mn metal such as Mn( NO3 ); a metal oxide such as CeO2 , CeSiO2 , MnO2 , TiO2, etc.; or any combination thereof.
  • the above-described antioxidant material can react with peroxide and/or hydroxyl radicals generated when the fuel cell system (see FIG. 1) is operated and introduced into the membrane humidifier together with the high-temperature and humid fluid, thereby removing the peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • peroxide and/or hydroxyl radicals oxidize, deteriorate, and/or decompose organic matter (e.g., hollow fiber membrane bundle (10)) within the membrane humidifier, the lifespan of the organic matter within the membrane humidifier can be improved, and the performance of the fuel cell system can be improved.
  • a reaction may occur to remove the peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • the antioxidant when the antioxidant is eluted from the housing at a temperature higher than the melting point of the antioxidant, the antioxidant in the fluid can effectively remove the peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • the temperature may increase to about 80°C or higher (e.g., about 90°C to about 100°C) due to the heat generated in the fuel cell stack (see FIG. 1). That is, the output temperature of the fuel cell may be 100°C or lower, room temperature (about 25°C) to 100°C, 50°C to 100°C, 60°C to 100°C, 70°C to 100°C, 80°C to 100°C, or 90°C to 100°C.
  • the melting point of the antioxidant may be equal to or lower than the output temperature of the fuel cell.
  • the output temperature of the fuel cell system is about 90°C
  • tinuvin 770 which has a melting point of about 81°C to 85°C
  • Irganox 5057 which has a melting point of about 95°C
  • the antioxidant may be more easily eluted from the housing. Therefore, when the fuel cell system is output, the antioxidant may effectively remove peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • the melting point of the antioxidant material may be 50°C to 140°C.
  • the melting point of the antioxidant material may be 50°C to 100°C, 60°C to 100°C, or 70°C to 100°C. If the melting point of the antioxidant material is higher than the above-described range, the amount of the antioxidant material eluted from the housing when the fuel cell is powered may be relatively small. If the melting point of the antioxidant material is lower than the above-described range, the antioxidant material may be eluted and consumed during a time when the fuel cell is not powered and removal of peroxide and/or hydroxyl radicals is unnecessary.
  • the housing may not include a crosslinking agent. Accordingly, the polymer material and the antioxidant material may not crosslink with each other, so that even if the output temperature of the fuel cell does not reach the melting point of the antioxidant material, a portion of the antioxidant material may be eluted from the housing.
  • the content of the antioxidant material may be 0.05 parts by weight to 5 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the polymer material.
  • the content of the antioxidant material may be 1 part by weight to 5 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the polymer material.
  • the content of the antioxidant material is less than 0.05 parts by weight, the amount of the antioxidant material eluted from the housing may be relatively small, and thus the effect of removing the peroxide and/or hydroxyl radicals may be minimal.
  • the content of the antioxidant material exceeds 5 parts by weight, the physical properties of the housing may be deformed, and thus the durability of the housing may be reduced under high temperature and high pressure conditions in which the fuel cell system is operated.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a membrane humidifier according to another embodiment of the present invention.
  • the housing may further include a coating layer (400) applied to at least one of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300). That is, the housing may include the middle case (100), the cap case (200), the inner case (300), and the coating layer (400).
  • the coating layer (400) may contain the antioxidant material that removes peroxide and/or hydroxyl radicals. That is, the coating layer (400) in the housing may contain the antioxidant material.
  • the antioxidant material may be present in the coating layer (400). Descriptions of components that may overlap with those described in FIG. 3 are omitted.
  • some of the antioxidant material may be included in the coating layer (400), and other parts of the antioxidant material may be dispersed and present in at least one of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300). That is, at least one of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300) and the coating layer (400) may contain the antioxidant material.
  • the antioxidant material may be present in all of the middle case (100), the cap case (200), the inner case (300), and the coating layer (400).
  • the coating layer (400) may be disposed at a position where a fluid containing peroxide and/or hydroxyl radicals flows on the surface of the housing. That is, the coating layer may be disposed on the inner surface (IS, see FIG. 3) of the housing, on the outer surface (OS, see FIG. 3), or on both the inner surface (IS) and the outer surface (OS) of the housing.
  • the coating layer (400) may include a first coating layer (410), a second coating layer (420), and a third coating layer (430).
  • Each of the first coating layer (410), the second coating layer (420), and the third coating layer (430) may contain the above-described antioxidant material.
  • the first coating layer (410) may be applied to at least one surface of the middle case (100).
  • the first coating layer (410) may include a first-first coating layer (411) applied to the first inner surface (see IS1 of FIG. 3) of the middle case (100) and a first-second coating layer (412) applied to the first outer surface (see OS1 of FIG. 3) of the middle case (100).
  • the second coating layer (420) may be applied to at least one surface of the cap case (200).
  • the second coating layer (420) may include a second-first coating layer (421) applied to the second inner surface (see IS2 in FIG. 3) of the cap case (200) and a second-second coating layer (422) applied to the second outer surface (see OS2 in FIG. 3) of the cap case (200).
  • the third coating layer (430) may be applied to at least one surface of the inner case (300).
  • the third coating layer (430) may include a third-first coating layer (431) applied to a third inner surface (see IS3 of FIG. 3) of the inner case (300) and a third-second coating layer (432) applied to a third outer surface (see OS3 of FIG. 3) of the inner case (300).
  • the coating layer (400) may be formed by applying a composition including an antioxidant to each of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300), or by immersing each of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300) in a composition including an antioxidant, but is not limited thereto and may be formed by any known method for forming a layer.
  • the anti-oxidation material contained in the coating layer (400) and the anti-oxidation material contained in at least one of the middle case (100), the cap case (200), and the inner case (300) can react with peroxide and/or hydroxyl radicals generated when the fuel cell system (see FIG. 1) is operated and introduced into the membrane humidifier together with the high-temperature and humid fluid, thereby removing the peroxide and/or hydroxyl radicals.
  • a composition containing polyamide 66 (PA66) and Tinuvin 770 having a melting point of about 81°C to 85°C was prepared.
  • the content of Tinuvin 770 was 1 part by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • the composition was injection-molded at 270°C to 300°C to prepare a middle case, a cap case, and an inner case.
  • the middle case, the cap case, and the inner case were combined to produce a housing.
  • a humidifying membrane was installed within the housing to prepare a membrane humidifier for a fuel cell.
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 1, except that the content of Tinuvin 770 was 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 1, except that the content of Tinuvin 770 was 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 2, except that Tinuvin PA 123 having a melting point of about -30°C or lower was used instead of Tinuvin 770 having a melting point of about 81°C to 85°C as an antioxidant. That is, the content of Tinuvin PA 123 was 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 2, except that Tinuvin 765, having a melting point of about 20°C or lower, was used instead of Tinuvin 770, having a melting point of about 81°C to 85°C, as an antioxidant. That is, the content of Tinuvin 765 was 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • a middle case, a cap case, and an inner case were manufactured by injection molding a composition including polyamide 66 (PA66) at 270°C to 300°C.
  • PA66 polyamide 66
  • each of the middle case, cap case, and inner case including polyamide 66 (PA66), were coated with a coating solution including Tinuvin PA 123 using an ultraviolet (UV) curable coating method.
  • UV ultraviolet
  • the above coating solution was prepared by dissolving 3 parts by weight of Tinuvin PA 123 in 27 parts by weight of 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA), further mixing 65 parts by weight of polyurethane acrylate resin, and further mixing 5 parts by weight of Irgacure 184 (1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone) as a photoinitiator.
  • the prepared coating solution was vacuum defoamed to remove pores, and before coating, it was stored in a brown bottle to maintain stability, and then used for coating.
  • the coated middle case, cap case, and inner case were combined to create a housing.
  • the interior of the housing was cleaned with isopropyl alcohol (IPA), and the prepared coating solution was filled into the housing and slowly drained in the direction of gravity for 1 minute.
  • the remaining coating solution inside the housing was cured using a UV curing machine. To improve adhesion, it was further cured at 100°C for 1 hour.
  • a humidifying membrane was installed within the housing to create a membrane humidifier for a fuel cell.
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 1, except that a composition including polyamide 66 (PA66) and not including Tinuvin 770 was used.
  • PA66 polyamide 66
  • Tinuvin 770 Tinuvin 770
  • a membrane humidifier for a fuel cell was manufactured using the same method as in Example 1, except that the content of Tinuvin 770 was 6 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyamide 66.
  • the high-temperature pressure storage test is a test to confirm whether the airtightness of the housing is maintained after leaving it for 72 hours at a temperature of 120°C with an absolute pressure of 280 kPa_a applied to the inside.
  • the housing is suitable for use as a membrane humidifier for fuel cells if the decreased pressure is within 2 kPa.
  • Example 1 External leak measurement ( ⁇ kPa) (Initial pressure - pressure after 200 seconds)
  • Example 2 0.8 kPa
  • Example 3 1.6 kPa
  • Example 4 1.6 kPa
  • Example 5 1.3 kPa
  • Example 6 0.1 kPa Comparative Example 1 0.1 kPa Comparative Example 2 2.6 kPa
  • the membrane humidifier for fuel cells according to Comparative Example 2 is difficult to apply to a fuel cell system because it includes a housing with relatively low rigidity and excessive leakage will occur under high temperature and high pressure conditions, and therefore was not evaluated in the evaluation examples below.
  • Example 1 Gas flow rate passing through the humidifying membrane
  • Example 2 8.8 slpm
  • Example 3 6.5 slpm
  • Example 4 5.3 slpm
  • Example 5 7.2 slpm
  • Example 6 8.5 slpm Comparative Example 1 17.8 slpm
  • Example 4 in which an antioxidant material was applied by injection
  • Example 6 in which an antioxidant material was applied by coating

Landscapes

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

Abstract

양 말단들이 개방된 미들 케이스; 미들 케이스의 양 말단들에 결합된 캡 케이스; 및 미들 케이스와 캡 케이스로 형성된 공간에 배치되며 중공사막 다발을 수용하는 이너 케이스를 포함한 하우징을 포함하고, 하우징은 고분자 물질; 및 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거하는 산화방지 물질을 함유한, 연료전지용 막가습기가 제공된다.

Description

연료전지용 막가습기
신규의 연료전지용 막가습기에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소의 화학에너지를 전기화학 반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 발전형 전지이다. 연료전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배 이상 높다는 이점이 있다. 또한, 연료전지는 원료로서 수소와 산소를 사용하여 생성물로 물이 발생하기 때문에 공해물질이 없는 친환경 에너지 생성 장치이다. 따라서, 연료전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 이점이 있다.
연료전지는 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell: PAFC), 용융 탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell: MCFC), 고체 산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC), 및 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell: AFC) 등으로 분류될 수 있다.
이 중 고분자 전해질형 연료전지는 다른 연료전지에 비해 저온에서 동작이 가능하고, 출력 밀도가 크기 때문에 수송 시스템에서 사용하기에 적절한 것으로 알려져 있다.
한편, 일반적으로 고분자 전해질형 연료전지의 구동 중에 연료전지 스택에서 2몰의 수소와 1몰의 산소가 반응하여 물이 형성되는데, 불완전 반응이 진행되는 경우 부산물로서 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 발생될 수 있다.
과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 연료전지 스택으로부터 막가습기로 흘러들어가는 경우, 막가습기 내에 배치된 유기계 중공사막의 산화를 유발하여 중공사막의 분해 및 열화를 가져오는 문제점이 존재한다.
중공사막의 분해 및 열화는 연료전지 스택에 충분히 습윤한 공기의 전달을 방해하여, 연료전지 스택 및 연료전지 시스템 전체의 효율을 저하시킨다.
이에, 연료전지 스택으로부터 발생되고 막가습기 내부로 전달된 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 중공사막 다발을 산화시키는 것을 방지하는 기술에 관한 산업계의 요구가 존재한다.
과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 중공사막을 산화, 열화 및/또는 분해하는 것을 방지하여 수명이 개선된 연료전지용 막가습기를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 양 말단들이 개방된 미들 케이스; 상기 미들 케이스의 양 말단들에 결합된 캡 케이스; 및 상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스로 형성된 공간에 배치되며 중공사막 다발을 수용하는 이너 케이스를 포함한 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 고분자 물질; 및 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거하는 산화방지 물질을 함유한, 연료전지용 막가습기가 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질은 상기 하우징 내에 분산되어 존재할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 내면 및 상기 내면에 대향된 외면을 갖고, 상기 산화방지 물질은 상기 하우징의 내면에 분산되어 존재할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 도포된 코팅층을 더 포함하고, 상기 코팅층이 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 코팅층은 상기 미들 케이스의 적어도 일면에 도포된 제1코팅층; 상기 캡 케이스의 적어도 일면에 도포된 제2코팅층; 및 상기 이너 케이스의 적어도 일면에 도포된 제3코팅층을 포함하고, 상기 제1코팅층, 상기 제2코팅층 및 상기 제3코팅층 각각은 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 미들 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제1내면 및 상기 제1내면에 대향된 제1외면을 갖고, 상기 제1코팅층은 상기 미들 케이스의 제1내면에 도포될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 캡 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제2내면 및 상기 제2내면에 대향된 제2외면을 갖고, 상기 제2코팅층은 상기 캡 케이스의 제2내면에 도포될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 이너 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제3내면 및 상기 제3내면에 대향된 제3외면을 갖고, 상기 제3코팅층은 상기 이너 케이스의 제3내면에 도포될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 도포된 코팅층을 더 포함하고, 상기 산화방지 물질 중 일부는 상기 코팅층에 포함되고, 상기 산화방지 물질 중 다른 일부는 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 분산되어 존재할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 함량은 100 중량부의 상기 고분자 물질에 대해 0.05 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 고분자 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드, 폴리아릴레이트, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질은 아민계 산화방지 물질, 힌더드아민계 산화방지 물질, 페놀계 산화방지 물질 및 금속계 산화방지 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 착화점은 상기 고분자 물질의 착화점 보다 같거나 낮을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 녹는점은 연료전지의 출력 온도보다 같거나 낮을 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 가교제를 비포함할 수 있다.
하우징이 산화방지 물질을 포함함으로써, 하우징에 접촉 또는 근접하는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 중공사막 다발을 산화, 열화 및/또는 분해시키기 전에 제거될 수 있다. 또한, 산화방지 물질의 녹는점 이상의 온도에서 연료전지 시스템이 출력되는 경우, 상기 산화방지 물질이 상기 하우징으로부터 보다 용이하게 용출됨으로써, 연료전지용 막가습기에서 흐르는 유체 내의 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 효과적으로 제거될 수 있다.
도 1은 연료전지 시스템의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 막가습기에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 라인을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 막가습기에 대한 단면도이다.
이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어, 체결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 체결되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 또는 "직접 체결되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 명세서 전체에서 용어 "유체연통"은 유체, 예를 들어 기체, 액체와 같은 유체가 서로 통하도록 연결, 결합, 또는 구성된 것을 의미하며, 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본원에서 "및/또는"의 의미는 "및"과 "또는"의 의미를 모두 가지는 것으로서, 예를 들어 "A 및/또는 B"는 i) A일 수 있고, ii) B일 수 있고, iii) A와 B 모두일 수 있다.
본원에서 과산화물 및/또는 수산화 라디칼 등을 "제거한다"의 의미는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼과 반응하여 라디칼의 형태를 안정된 화합물 형태로 유도하거나, 또는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 포착하여 이와 반응함으로써 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 연료전지용 막가습기 내부에 포함된 유기물(예를 들어, 중공사막)과 반응하는 것을 억제, 방지 및/또는 막는 것을 의미한다.
이하에 설명되는 구현예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 구현예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 연료전지 시스템의 구성을 블록도로 간략하게 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(1000), 수소 공급 유닛(2000) 및 공기 공급 유닛(3000)을 포함할 수 있다.
연료전지 스택(1000)은 수소 공급 유닛(2000)으로부터 공급받은 수소와 공기 공급 유닛(3000)으로부터 공급받은 산소를 반응시켜서 열 및 증기를 발생시킬 수 있다. 상기 증기는 막가습기(3200)로 공급될 수 있다.
수소 공급 유닛(2000)은 저장된 수소를 연료전지 스택(1000)에 공급할 수 있다. 수소 공급 유닛(2000)은 수소를 연료전지 스택(1000)에 공급할 수 있는 것이라면 제한없이 사용가능하다.
공기 공급 유닛(3000)은 공기 압축부(3100) 및 막가습기(3200)를 포함할 수 있다. 공기 압축부(3100) 및 막가습기(3200)는 유체연통되도록 구성될 수 있다.
공기 압축부(3100)는 외기를 압축하여 막가습기(3200)로 공급할 수 있다. 공기 압축부(3100)는 공기 등의 유체를 압축하는 장치로서, 예를 들어 블로워, 압축기 등을 포함할 수 있다. 공기 압축부(3100)의 입구에는 오염물의 진입을 차단하기 위한 공기 필터가 설치될 수 있다.
막가습기(3200)에서 공기 압축부(3100)로부터 공급받은 공기와 연료전지 스택(1000)으로부터 발생한 증기 사이에 수분 교환이 이루어질 수 있다. 즉, 막가습기(3200)는 외기를 가습하여 연료전지 스택(1000) 내부로 공급할 수 있다. 즉, 막가습기(3200)는 습윤한 산소를 연료전지 스택(1000)으로 공급할 수 있다.
연료전지 스택(1000)은 막-전극 접합체, 전해질막, 캐소드, 애노드, 촉매층, 가스 확산층, 분리판, 및 가스켓 등으로 구성되며, 각각의 구성 요소는 공지의 재료들을 사용하여 공지의 방법으로 제작할 수 있다.
상기 막-전극 접합체는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체 외면에 배치된 이온 전도체층을 포함할 수 있다. 상기 다공성 지지체는 연료전지 구동시 전극에서 발생하는 수분에 의한 부피팽창을 억제하여 치수 안정성을 달성하고, 다공성의 넓은 표면적으로 인해 이온 전도체를 다수 함유할 수 있다.
상기 다공성 지지체는 불소계 지지체 또는 탄화수소계 고분자를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 나일론, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리벤즈옥사졸(polybenzoxazole, PBO), 폴리벤즈이미다졸 (polybenzimidazole, PBI), 폴리아미드이미드(polyamideimide, PAI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephtalate), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리테트라플루우로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP),　또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 이온 전도체층에 포함된 이온 전도체는 이온교환용량이 높은 고분자를 포함할 수 있으며, 통상의 기술자가 공지의 이온 전도체로부터 용이하게 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리(퍼플루오로술폰산), 폴리(퍼플루오로카르복실산), 술폰산기를 포함하는 테트라플루오로에틸렌과 플루오로비닐에테르의 공중합체, 탈불소화된 황화 폴리에테르케톤 또는 이들의 혼합물을 포함하는 플루오르계 고분자, 술폰화된 폴리이미드(sulfonated polyimide, S-PI), 술폰화된 폴리아릴에테르술폰(sulfonated polyarylethersulfone, S-PAES), 술폰화된 폴리에테르에테르케톤(sulfonated polyetheretherketone, SPEEK), 술폰화된 폴리벤즈이미다졸(sulfonated polybenzimidazole, SPBI), 술폰화된 폴리술폰(sulfonated polysulfone, S-PSU), 술폰화된 폴리스티렌(sulfonated polystyrene, S-PS), 술폰화된 폴리포스파젠(sulfonated polyphosphazene), 술폰화된 폴리퀴녹살린(sulfonated polyquinoxaline), 술폰화된 폴리케톤(sulfonated polyketone), 술폰화된 폴리페닐렌옥사이드(sulfonated polyphenylene oxide), 술폰화된 폴리에테르술폰(sulfonated polyether sulfone), 술폰화된 폴리에테르케톤(sulfonated polyether ketone), 술폰화된 폴리페닐렌술폰(sulfonated polyphenylene sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드(sulfonated polyphenylene sulfide), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰(sulfonated polyphenylene sulfide sulfone), 술폰화된 폴리페닐렌설파이드술폰니트릴(sulfonated polyphenylene sulfide sulfone nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르(sulfonated polyarylene ether), 술폰화된 폴리아릴렌에테르니트릴(sulfonated polyarylene ether nitrile), 술폰화된 폴리아릴렌에테르에테르니트릴(sulfonated polyarylene ether ether nitrile), 폴리아릴렌에테르술폰케톤(sulfonated polyarylene ether sulfone ketone),　또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 전해질막은 기계적 강도를 보장하기 위하여 불소계 수지를 포함할 수 있다. 상기 전해질막은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 불소계 이온전도체에 함침시켜서 얻어진 불소계 다공성 수지를 포함할 수 있다.
상기 캐소드 및 상기 애노드는 연료전지 스택(1000)의 끝단에 각각 배치될 수 있다. 상기 애노드는 물 분해에 의하여 수소와 산소를 발생시킬 수 있다. 상기 애노드로부터 발생된 수소를 전달 받은 상기 캐소드는 환원반응에 의하여 수소 원자를 발생시킬 수 있다.
상기 촉매층은 상기 캐소드 및 상기 애노드의 반응의 활성화에너지를 낮출 수 있다. 상기 촉매층에 포함된 촉매는 연료전지 스택(1000)에서 수행되는 반응에 참여하여 반응 활성화에너지를 낮출 수 있는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 백금계 금속 또는 촉매 기능을 갖는 임의의 금속이 담지된 다공성 탄소계 담체가 사용될 수 있다.
연료전지 스택(1000)은 막가습기(3200)로부터 유입되는 공기의 확산을 용이하게 하기 위하여 가스 확산층을 포함할 수 있다. 상기 가스 확산층은 막가습기(3200)로부터 유입되는 공기와 막-전극 접합체의 접촉 빈도를 높임으로써, 연료전지 스택(1000)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이 밖에도, 연료전지 스택(1000)을 구성하는 다양한 요소들은 통상의 기술자가 공지의 기술로부터 적절히 선택하여 적용할 수 있을 것으로 이해된다.
연료전지 스택(1000)은 수소와 산소의 결합 반응에 의하여 전기를 생성할 수 있으며, 구체적으로 연료전지 스택(1000)은 상기 애노드 측에 수소가 공급되고, 상기 캐소드 측에 산소가 공급되도록 구성될 수 있다. 상기 애노드에서는 수소의 산화 반응에 의해 수소 이온이 발생되고, 이때 생성된 전자는 전선을 통해 캐소드로 이동할 수 있다. 상기 수소 이온은 전해질막을 통해 상기 캐소드로 이동하여 산소와 접촉함으로써 수증기를 형성한다.
캐소드에서 산소의 환원 반응은 과산화물(H2O2)을 중간체로 형성하기 때문에, 과산화물 또는 상기 과산화물의 분해로부터 수산화 라디칼이 생성될 수 있다. 상기 과산화물 및/또는 상기 수산화 라디칼은 수증기를 함유한 습한 공기가 막가습기(3200)에 보내질 때 함께 전달될 수 있다. 그 결과, 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 막가습기(3200) 내부에 침투하여 유기고분자로부터 제조된 중공사막의 산화를 유발하여 상기 중공사막의 열화를 초래하는 문제점이 새롭게 대두되었다.
이에, 본 발명의 발명자는 막가습기(3200) 내부로 진입된 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거할 수 있는 하우징을 포함한 연료전지용 막가습기를 제작하였다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 막가습기에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2의 I-I' 라인을 따라 자른 단면도이다.
도 2 및 3을 참고하면, 막가습기(3200)는 하우징, 중공사막 다발(10), 고정층(20) 및 수지층(30)을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300)를 포함할 수 있다. 상기 하우징은 고분자 물질을 포함한 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하우징은 상기 조성물을 사출하여 형성될 수 있다. 사출 온도는 약 270℃ 내지 약 300℃일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 고분자 물질은 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene; POM), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 폴리술폰(polysulfone; PSU), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS), 폴리아미드(polyamide; PA) (예를 들어, 폴리아미드 6 (Nylon 6; PA6), 폴리아미드 66 (Nylon 66; PA66)), 폴리아릴레이트(polyarylate; PAR), 폴리프탈아미드(polyphthalamide; PPA), 폴리페닐렌설파이드(poly(phenylene sulfide); PPS), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리카보네이트옥사이드(polycarbonate oxide; PCO), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(modified polyphenylene oxide; MPPO), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate); PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에테르술폰(polyether sulfone; PES), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
미들 케이스(100)는 개방된 양 말단들을 가질 수 있다. 캡 케이스(200)는 미들 케이스(100)의 양 말단들에 결합될 수 있다. 미들 케이스(100) 및 캡 케이스(200)는 서로 결합되어 막가습기(3200)의 외형을 형성할 수 있다. 이너 케이스(300)는 미들 케이스(100)와 캡 케이스(200)가 결합되어 형성된 공간에 배치되고 중공사막 다발(10) 및 고정층(20)을 수용할 수 있다. 상기 하우징의 표면은 중공사막 다발(10)을 향하는 내면(IS) 및 내면(IS)에 대향된 외면(OS)을 가질 수 있다. 미들 케이스(100)의 표면은 중공사막 다발(10)을 향하는 제1내면(IS1) 및 제1내면(IS1)에 대향된 제1외면(OS1)을 가질 수 있다. 캡 케이스(200)의 표면은 중공사막 다발(10)을 향하는 제2내면(IS2) 및 제2내면(IS2)에 대향된 제2외면(OS2)을 가질 수 있다. 이너 케이스(300)의 표면은 중공사막 다발(10)을 향하는 제3내면(IS3) 및 제3내면(IS3)에 대향된 제3외면(OS3)을 가질 수 있다. 즉, 상기 하우징의 내면(IS)은 미들 케이스(100)의 제1내면(IS1), 캡 케이스(200)의 제2내면(IS2) 및 이너 케이스(300)의 제3내면(IS3)을 포함하고, 상기 하우징의 외면(OS)은 미들 케이스(100)의 제1외면(OS1), 캡 케이스(200)의 제2외면(OS2) 및 이너 케이스(300)의 제3외면(OS3)을 포함할 수 있다. 상기 하우징의 내면(IS)은 중공사막 다발(10)을 바라보는 표면이고, 상기 하우징의 외면(OS)은 상기 하우징의 내면(IS)의 반대 면이다.
캡 케이스(200)는 제1유입구(210) 및 제1유출구(220)를 포함할 수 있다. 제1유입구(210)는 막가습기(3200) 내부로 공기를 공급받을 수 있다. 제1유출구(220)는 막가습기(3200) 외부로 공기를 공급할 수 있다. 예를 들면, 제1유입구(210)를 통과한 공기는 막가습기(3200) 내에서 가습되고, 가습된 공기가 제1유출구(220)를 통과할 수 있다.
미들 케이스(100)는 제2유입구(110) 및 제2유출구(120)를 포함할 수 있다. 제2유입구(110)는 막가습기(3200) 내부로 증기를 공급받을 수 있다. 제2유출구(120)는 막가습기(3200) 외부로 증기를 공급할 수 있다. 예를 들면, 제2유입구(110)를 통과한 증기는 막가습기(3200) 내의 공기에 수분을 공급하고, 수분 함유량이 감소 또는 제거된 증기가 제2유출구(120)를 통과할 수 있다.
이너 케이스(300)는 중공사막 다발(10)을 수용할 수 있다. 이너 케이스(300)는 제1메시홀(MH1) 및 제2메시홀(MH2)을 포함할 수 있다. 제1메시홀(MH1)은 이너 케이스(300) 내부로 증기를 공급받을 수 있다. 제2메시홀(MH2)은 이너 케이스(300) 외부로 증기를 배출할 수 있다.
중공사막 다발(10)은 이너 케이스(300) 내에 배치될 수 있다. 중공사막 다발(10)은 복수의 중공사막들(11)을 포함할 수 있다. 중공사막들(11)은 폴리머, 첨가제 및 용매의 혼합물을 방사 후 응고하여 얻을 수 있다.
상기 폴리머는 중공사막들(11)을 형성하기에 적절한 공지의 고분자 중 선택하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리머는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)계 폴리머, 폴리술폰(polysulfone)계 폴리머, 술폰화폴리술폰(sulfonated polysulfone), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate), 나피온(nafion), 폴리스티렌(PS)계 폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 폴리머, 퍼플루오로술폰산(PFSA)계 폴리머, 폴리페닐술폰(polyphenylsulfone)계 폴리머, 폴리에테르술폰(PES)계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 폴리머, 폴리에테르이미드(PEI)계 폴리머, 폴리이미드(PI)계 폴리머, 폴리아미드이미드(polyamide-imide)계 폴리머, 폴리에스테르이미드(polyester-imide)계 폴리머 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
중공사막들(11)의 단부들은 고정층(20)에 포팅될 수 있다. 고정층(20)은 중공사막들(11)을 고정할 수 있다. 고정층(20)은 중공사막들(11) 사이의 갭 및 중공사막들(11)과 이너 케이스(300) 사이의 갭을 채울 수 있다. 이로 인해, 이너 케이스(300)의 양 단부들 각각은 고정층(20)에 의해 차단되고, 이너 케이스(300)의 내부에 유체가 통과하는 유로가 형성될 수 있다. 고정층(20)은 일반적으로 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성될 수 있다.
수지층(30)은 고정층(20)과 미들 케이스(100) 사이의 갭을 채울 수 있다. 즉, 이너 케이스(300)의 단부와 미들 케이스(100)의 단부 사이의 갭은 수지층(30)에 의해 차단될 수 있다. 수지층(30)은 고정층(20)의 재료와 동일 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다.
제1유입구(210)를 통해 외부로부터 공급된 공기는 중공사막들(11)의 중공을 따라 흐를 수 있다. 제2유입구(110)를 통해 공급된 증기는 중공사막들(11)의 외표면과 접촉한 후 제2유출구(120)를 통해 배출될 수 있다. 상기 증기가 중공사막들(11)의 외표면에 접촉할 때, 증기 내에 함유된 수분이 중공사막들(11)을 투과함으로써, 상기 공기가 가습될 수 있다. 가습된 공기는 제1유출구(220)를 통과할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 고분자 물질 및 산화방지 물질을 함유할 수 있다. 상기 산화방지 물질은 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거할 수 있다. 상기 고분자 물질 및 상기 산화방지 물질은 서로 가교되지 않을 수 있다. 예를 들면, 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다. 즉, 미들 케이스(100)의 일부 또는 전부는 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있고, 캡 케이스(200)의 일부 또는 전부는 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있고, 이너 케이스(300)의 일부 또는 전부는 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질은 상기 하우징 내에 분산되어 존재할 수 있다. 일 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 미들 케이스(100) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 캡 케이스(200) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 이너 케이스(300) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 각각의 미들 케이스(100) 및 캡 케이스(200) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 각각의 미들 케이스(100) 및 이너 케이스(300) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 각각의 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 각각의 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 내에 분산되어 존재할 수 있다.
상기 산화방지 물질은 상기 하우징의 표면에 분산되어 존재할 수 있다. 즉, 상기 산화방지 물질은 상기 하우징의 내면(IS) 및 외면(OS) 각각에 분산되어 존재할 수 있다. 상기 산화방지 물질이 상기 하우징의 표면에 분산되어 존재함으로써, 연료전지용 막가습기 내에 존재하는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 효과적으로 제거할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질은 상기 하우징의 내면(IS)에 분산되어 존재할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 상기 고분자 물질 및 산화방지 물질을 포함한 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하우징은 상기 조성물을 사출하여 형성될 수 있다. 사출 온도는 약 270℃ 내지 약 300℃일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 착화점은 상기 고분자 물질의 착화점 보다 같거나 낮을 수 있다. 예를 들면, 상기 산화방지 물질의 착화점은 300℃ 이하 또는 270℃ 이하일 수 있다. 따라서, 상기 고분자 물질과 상기 산화방지 물질을 모두 포함한 조성물을 약 270℃ 내지 약 300℃의 사출 온도에서 안정적으로 사출하여 상기 하우징을 형성할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질은 아민계 산화방지 물질, 힌더드아민계 산화방지 물질, 페놀계 산화방지 물질 및 금속계 산화방지 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아민계 산화방지 물질은 Irganox 5057 (4,4'-다이-tert-옥틸다이페닐아민) 등을 포함할 수 있다.
상기 힌더드아민계 산화방지 물질은 Tinuvin 770 (비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트), Tinuvin 783 FDL (폴리[[6-[(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]])), Tinuvin PA 123 (비스(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트), Tinuvin 765 (비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트 + 1-(메틸)-8-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트), Chimassorb 2020 (CAS 번호: 192268-64-7), 4-아세톡시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-스테아로일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-아크릴로일옥스-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-메톡시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-시클로헥시옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-페녹시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-벤질옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 4-(페닐카르보옥시)-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)옥살레이트, 1,2-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜옥시)에탄, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)헥사메틸렌-1,6-디카르보메이트, 비스(1-메틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)아디페이트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)벤젠-1,3,5-트리카르복실레이트 등을 포함할 수 있다.
상기 페놀계 산화방지 물질은 Irganox 1010 (펜타에리트리톨 테트라키스 (3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로시너메이트), Irganox 1076 (옥타데실-[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]), Irganox 1081 (2,2'-티오비스(6-tert-부틸-p-크레졸)), Irganox 1098 (N,N'-(헥세인-1,6-디일)비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로파나미드]), Irganox 1135 (벤젠프로피온산, 3,5-비스(1,1-디메틸-에틸)-4-히드록시-C7-C9 분지쇄 알킬 에스터), Irganox 1330 (4,4',4''-[(2,4,6-트리메틸-1,3,5-벤젠트리일)트리스(메틸렌)]트리스[2,6-비스(1,1-디메틸에틸)페놀), Irganox 1520 L (4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸), Irganox 1425 (칼슘 비스(O-에틸-3,5-디-t-부틸-4-히드록시포스포네이트)), Irganox 245 (에틸렌 비스(옥시에틸렌) 비스-(3-(5-tert-부틸-4-히드록시-m-톨릴)프로피오네이트)), Irganox 3114 (1,3,5-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온), Irganox 565 (2,6-디-tert-부틸-4-(4,6-비스(옥틸티오)-1,3,5-트리아진-2-일아미노)페놀), Irganox E 201 (3,4-디히드로-2,5,7,8-테트라메틸-2-(4,8,12-트리메틸트리데실)-2H-1- 벤조피란-6-올), Irganox 1024 (N,N'-비스 (3,5-디-부틸-4-히드록실-페닐프로피오닐)히드라진), 살살레이트(salsalate), 쿠마린산(Coumaric acid), 도파민(Dopamine), 히드로퀴논(Hydroquinone), 페놀프탈레인(Phenolphthalein) 등을 포함할 수 있다.
상기 금속계 산화방지 물질은 Ce(NO3)3, CeCl3, Ce2(SO4)3 등과 같은 Ce 금속의 염; Mn(NO3) 등과 같은 Mn 금속의 염; CeO2, CeSiO2, MnO2, TiO2 등과 같은 금속 산화물; 또는 이들의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 산화방지 물질은 상기 연료전지 시스템(도 1 참조)이 가동될 때 생성되어 막가습기 내부로 고온 다습한 유체와 함께 유입되는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼과 반응하여 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거할 수 있다. 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 막가습기 내의 유기물(예를 들면, 중공사막 다발(10))을 산화, 열화 및/또는 분해시키기 전에, 상기 산화방지 물질이 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거함으로써, 막가습기 내의 유기물의 수명이 개선되고, 연료전지 시스템의 성능이 개선될 수 있다.
일 예를 들면, 연료전지 시스템에서 흐르는 유체 내의 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 산화방지 물질을 함유한 하우징에 접촉 또는 근접하는 경우 반응이 진행되어 과산화물 및/또는 수산화 라디칼이 제거될 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 산화방지 물질의 녹는점 이상의 온도에서 상기 산화방지 물질이 상기 하우징으로부터 용출됨으로써, 유체 내의 산화방지 물질은 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 연료전지 시스템이 고출력될 때 연료전지 스택(도 1 참조)에서 발생된 열에 의해 온도가 약 80℃ 이상(예를 들면, 약 90℃ 내지 약 100℃)으로 증가할 수 있다. 즉, 연료전지의 출력 온도는 100℃ 이하, 상온(약 25℃) 내지 100℃, 50℃ 내지 100℃, 60℃ 내지 100℃, 70℃ 내지 100℃, 80℃ 내지 100℃, 또는 90℃ 내지 100℃일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 녹는점은 연료전지의 출력 온도보다 같거나 낮을 수 있다. 일 예를 들면, 연료전지 시스템의 출력 온도가 약 90℃인 경우, 산화방지 물질로서 녹는점이 약 81℃ 내지 85℃인 tinuvin 770이 사용될 수 있다. 다른 예를 들면, 연료전지 시스템의 출력 온도가 약 100℃인 경우, 산화방지 물질로서 녹는점이 약 95℃인 Irganox 5057이 사용될 수 있다. 이로 인해, 상기 연료전지 시스템(도 1 참조)이 가동될 때 상기 산화방지 물질은 상기 하우징으로부터 보다 용이하게 용출될 수 있다. 따라서, 연료전지 시스템 출력 시 상기 산화방지 물질은 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 효과적으로 제거할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 녹는점은 50℃ 내지 140℃일 수 있다. 예를 들면, 상기 산화방지 물질의 녹는점은 50℃ 내지 100℃, 60℃ 내지 100℃, 또는 70℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 산화방지 물질의 녹는점이 상술한 범위보다 높은 경우, 연료전지가 출력될 때 하우징으로부터 산화방지 물질의 용출량이 상대적으로 적을 수 있다. 상기 산화방지 물질의 녹는점이 상술한 범위보다 낮은 경우, 연료전지가 미출력되는 등 과산화물 및/또는 수산화 라디칼의 제거가 불필요한 동안에 산화방지 물질이 용출되어 소모될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징은 가교제를 비포함할 수 있다. 따라서, 상기 고분자 물질 및 상기 산화방지 물질은 서로 가교되지 않을 수 있어서, 연료전지의 출력 온도가 상기 산화방지 물질의 녹는점까지 도달하지 않더라도 상기 산화방지 물질의 일부가 상기 하우징으로부터 용출될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질의 함량은 총 100 중량부의 상기 고분자 물질에 대해 0.05 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 예를 들면, 상기 산화방지 물질의 함량은 총 100 중량부의 상기 고분자 물질에 대해 1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 산화방지 물질의 함량이 0.05 중량부 미만인 경우, 상기 하우징으로부터 상기 산화방지 물질의 용출량이 상대적으로 적을 수 있고, 이로 인해 상기 과산화물 및/또는 수산화 라디칼의 제거 효과가 미미할 수 있다. 상기 산화방지 물질의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우, 상기 하우징의 물성이 변형될 수 있고, 이로 인해 연료전지 시스템이 가동되는 고온고압 조건에서 상기 하우징의 내구성이 저하될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 막가습기에 대한 단면도이다.
도 4를 참고하면, 상기 하우징은 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 중 적어도 하나에 도포된 코팅층(400)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 하우징은 미들 케이스(100), 캡 케이스(200), 이너 케이스(300) 및 코팅층(400)을 포함할 수 있다. 코팅층(400)은 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거하는 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다. 즉, 상기 하우징 중 코팅층(400)이 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다. 상기 산화방지 물질은 코팅층(400)에 존재할 수 있다. 도 3에서 설명한 내용과 중복될 수 있는 구성에 대한 설명은 생략한다.
일 구현예에 따르면, 상기 산화방지 물질 중 일부는 코팅층(400)에 포함되고, 상기 산화방지 물질 중 다른 일부는 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 중 적어도 하나에 분산되어 존재할 수 있다. 즉, 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 중 적어도 하나와 코팅층(400)이 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다. 예를 들면, 상기 산화방지 물질은 미들 케이스(100), 캡 케이스(200), 이너 케이스(300) 및 코팅층(400) 모두에 존재할 수 있다.
코팅층(400)은 상기 하우징의 표면에서 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 포함한 유체가 흐르는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 코팅층은 상기 하우징의 내면(IS, 도 3 참조)에 배치되거나, 외면(OS, 도 3 참조)에 배치되거나 또는 상기 하우징의 내면(IS) 및 외면(OS) 모두에 배치될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 코팅층(400)은 제1코팅층(410), 제2코팅층(420) 및 제3코팅층(430)을 포함할 수 있다. 제1코팅층(410), 제2코팅층(420) 및 제3코팅층(430) 각각은 상기 산화방지 물질을 함유할 수 있다.
제1코팅층(410)은 미들 케이스(100)의 적어도 일면에 도포될 수 있다. 제1코팅층(410)은 미들 케이스(100)의 제1내면(도 3의 IS1 참조)에 도포된 제1-1코팅층(411) 및 미들 케이스(100)의 제1외면(도 3의 OS1 참조)에 도포된 제1-2코팅층(412)을 포함할 수 있다.
제2코팅층(420)은 캡 케이스(200)의 적어도 일면에 도포될 수 있다. 제2코팅층(420)은 캡 케이스(200)의 제2내면(도 3의 IS2 참조)에 도포된 제2-1코팅층(421) 및 캡 케이스(200)의 제2외면(도 3의 OS2 참조)에 도포된 제2-2코팅층(422)을 포함할 수 있다.
제3코팅층(430)은 이너 케이스(300)의 적어도 일면에 도포될 수 있다. 제3코팅층(430)은 이너 케이스(300)의 제3내면(도 3의 IS3 참조)에 도포된 제3-1코팅층(431) 및 이너 케이스(300)의 제3외면(도 3의 OS3 참조)에 도포된 제3-2코팅층(432)을 포함할 수 있다.
코팅층(400)은 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 각각에 산화방지 물질을 포함한 조성물을 도포하여 형성되거나, 산화방지 물질을 포함한 조성물에 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 각각을 침지시켜 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 층을 형성하는 임의의 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
코팅층(400)에 함유된 산화방지 물질과 미들 케이스(100), 캡 케이스(200) 및 이너 케이스(300) 중 적어도 하나에 함유된 산화방지 물질은 상기 연료전지 시스템(도 1 참조)이 가동될 때 생성되어 막가습기 내부로 고온 다습한 유체와 함께 유입되는 과산화물 및/또는 수산화 라디칼과 반응하여 과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거할 수 있다.
이하에서, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 연료전지용 막가습기에 대하여 보다 구체적으로 설명하며, 본 발명의 권리범위를 실시예로 한정하려는 의도는 아니다.
실시예 1 (사출 방식)
폴리아미드 66(PA66) 및 녹는점이 약 81℃ 내지 85℃인 Tinuvin 770을 포함한 조성물을 제조하였다. Tinuvin 770의 함량은 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 1 중량부이었다. 상기 조성물을 270℃ 내지 300℃에서 사출하여 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스를 제조하였다. 상기 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스를 결합하여 하우징을 제작하였다. 상기 하우징 내에 가습막을 설치하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
실시예 2
Tinuvin 770의 함량이 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 3 중량부이었다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
실시예 3
Tinuvin 770의 함량이 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 5 중량부이었다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
실시예 4
산화방지 물질로서 녹는점이 약 81℃ 내지 85℃인 Tinuvin 770 대신에 녹는점이 약 -30℃ 이하인 Tinuvin PA 123을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다. 즉, Tinuvin PA 123의 함량은 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 3 중량부이었다.
실시예 5
산화방지 물질로서 녹는점이 약 81℃ 내지 85℃인 Tinuvin 770 대신에 녹는점이 약 20℃ 이하인 Tinuvin 765를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다. 즉, Tinuvin 765의 함량은 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 3 중량부이었다.
실시예 6 (코팅 방식)
폴리아미드 66(PA66)을 포함한 조성물을 270℃ 내지 300℃에서 사출하여 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스를 제조하였다.
폴리아미드 66(PA66)을 포함한 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스 각각의 표면을 Tinuvin PA 123을 포함한 코팅액으로 자외선(UV) 경화형 코팅 방식으로 코팅하였다.
상기 코팅액은 27 중량부의 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)에 3 중량부의 Tinuvin PA 123을 혼합하여 용해시킨 후, 65 중량부의 폴리우레탄 아크릴레이트 수지를 추가로 혼합하고, 광개시제로 5 중량부의 Irgacure 184 (1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤)를 더 혼합하여 제조하였다. 제조된 상기 코팅액은 진공 탈포를 진행하여 기공을 제거하였고, 코팅을 진행하기 이전에는 안정성 유지를 위해 갈색병에 보관된 후, 코팅에 사용되었다.
코팅된 각각의 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스를 결합하여 하우징을 제작하였다. 하우징 내부를 이소프로필 알코올(IPA)로 세척하고, 제조한 상기 코팅액을 하우징 내부에 채웠다가 중력 방향으로 1분간 천천히 배출하였다. 하우징 내부에 남은 코팅액을 UV 경화기를 사용하여 경화시켰다. 접착력 향상을 위하여 100℃에서 1시간 동안 추가로 경화하였다. 상기 하우징 내에 가습막을 설치하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
비교예 1
Tinuvin 770을 비포함하고 폴리아미드 66(PA66)을 포함한 조성물을 이용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
비교예 2
Tinuvin 770의 함량이 100 중량부의 상기 폴리아미드 66에 대하여 6 중량부이었다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 연료전지용 막가습기를 제조하였다.
평가예 1 (하우징 강성 평가)
실시예 1 내지 6과 비교예 1 및 2 각각에서 제작한 하우징을 활용하여, 고온압력방치 테스트를 진행하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 고온압력방치 테스트는 120 ℃의 온도에서 내부에 280 kPa_a의 압력(absolute pressure)을 가한 상태로 72 hr간 방치한 후, 하우징의 기밀성이 유지되는지를 확인하는 테스트이다.
방치가 끝난 이후에는 연료전지용 막가습기의 모든 포트를 막은 후, 상온에서 300 kPa_a의 압력을 가한 후 200초간 감소하는 압력을 측정하였다. 감소한 압력이 2kPa 이내에 위치해야 해당 하우징이 연료전지용 막가습기로서 사용하기 충분하다.
External leak 측정 (ΔkPa)
(최초압력 - 200초 후 압력)
실시예 1 0.3 kPa
실시예 2 0.8 kPa
실시예 3 1.6 kPa
실시예 4 1.6 kPa
실시예 5 1.3 kPa
실시예 6 0.1 kPa
비교예 1 0.1 kPa
비교예 2 2.6 kPa
상기 표 1로부터, 비교예 2에 따른 연료전지용 막가습기는 상대적으로 강성이 저하된 하우징을 포함하여 고온고압 조건에서 리크가 과도하게 발생할 것이기에 연료전지 시스템에 적용하기 어려워, 이하 평가예에서는 평가하지 아니하였다.
평가예 2
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 각각의 연료전지용 막가습기 내부에 제2유입구를 통하여 공급되는 습공기(RH95%, 1000 slpm(standard liter per minute), 80℃)에 3% H2O2, 2ppm FeSO4 용액(펜톤 용액)을 10cc/min의 속도로 함께 유입시켰다. 72시간 후 연료전지용 막가습기를 분해하여 가습막의 분자량 감소 비율을 하기 식 1에 따라 계산하여, 하기 표 2에 나타내었다.
<식 1>
분자량 감소 비율 = [(초기 가습막 분자량 - 용액 유입 후 가습막 분자량) / 초기 가습막 분자량] × 100
72시간 후 가습막의 분자량 감소량
실시예 1 7%
실시예 2 4%
실시예 3 3%
실시예 4 3%
실시예 5 4%
실시예 6 4%
비교예 1 8%
평가예 3
상기 평가예 2에 따른 평가 종료 이후, 가습막의 열화 및 파손을 확인하기 위해 가습막의 일면에 0.5barg의 건조 공기를 100 slpm의 속도로 유입시키고, 가습막의 타면에서 가습막을 통과한 기체의 유량을 측정하여, 하기 표 3에 나타내었다.
가습막을 통과한 기체 유량
실시예 1 13.3 slpm
실시예 2 8.8 slpm
실시예 3 6.5 slpm
실시예 4 5.3 slpm
실시예 5 7.2 slpm
실시예 6 8.5 slpm
비교예 1 17.8 slpm
상기 표 2 및 3으로부터, 산화방지 물질이 포함된 조성물로 형성된 하우징을 이용하는 경우, 과산화물 및/또는 수산화 라디칼에 의한 가습막의 열화 및 분해가 방지 또는 감소됨을 확인할 수 있다. 따라서, 미들 케이스, 캡 케이스 및 이너 케이스에 함유된 산화방지 물질에 의해 과산화물 및/또는 수산화 라디칼로부터 가습막을 보호할 수 있다.
또한, 실시예 2, 4 및 5의 평가 결과를 참조하면, 산화방지 물질의 녹는점이 낮을수록 하우징으로부터 용출되는 산화방지 물질의 양이 증가하여 가습막의 열화 및 분해가 보다 효과적으로 방지 또는 감소됨을 확인할 수 있다.
사출 방식으로 산화방지 물질을 적용한 실시예 4 및 코팅 방식으로 산화방지 물질을 적용한 실시예 6은 모두 산화방지 물질을 적용하지 아니한 비교예 1 보다 가습막의 열화 및 분해를 방지 또는 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 양 말단들이 개방된 미들 케이스;
    상기 미들 케이스의 양 말단들에 결합된 캡 케이스; 및
    상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스로 형성된 공간에 배치되며 중공사막 다발을 수용하는 이너 케이스를 포함한 하우징을 포함하고,
    상기 하우징은,
    고분자 물질; 및
    과산화물 및/또는 수산화 라디칼을 제거하는 산화방지 물질을 함유한, 연료전지용 막가습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지 물질은 상기 하우징 내에 분산되어 존재하는, 연료전지용 막가습기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 내면 및 상기 내면에 대향된 외면을 갖고,
    상기 산화방지 물질은 상기 하우징의 내면에 분산되어 존재하는, 연료전지용 막가습기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 도포된 코팅층을 더 포함하고,
    상기 코팅층이 상기 산화방지 물질을 함유한, 연료전지용 막가습기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코팅층은,
    상기 미들 케이스의 적어도 일면에 도포된 제1코팅층;
    상기 캡 케이스의 적어도 일면에 도포된 제2코팅층; 및
    상기 이너 케이스의 적어도 일면에 도포된 제3코팅층을 포함하고,
    상기 제1코팅층, 상기 제2코팅층 및 상기 제3코팅층 각각은 상기 산화방지 물질을 함유한, 연료전지용 막가습기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미들 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제1내면 및 상기 제1내면에 대향된 제1외면을 갖고,
    상기 제1코팅층은 상기 미들 케이스의 제1내면에 도포된, 연료전지용 막가습기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 캡 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제2내면 및 상기 제2내면에 대향된 제2외면을 갖고,
    상기 제2코팅층은 상기 캡 케이스의 제2내면에 도포된, 연료전지용 막가습기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이너 케이스의 표면은 상기 중공사막 다발을 향하는 제3내면 및 상기 제3내면에 대향된 제3외면을 갖고,
    상기 제3코팅층은 상기 이너 케이스의 제3내면에 도포된, 연료전지용 막가습기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 도포된 코팅층을 더 포함하고,
    상기 산화방지 물질 중 일부는 상기 코팅층에 포함되고,
    상기 산화방지 물질 중 다른 일부는 상기 미들 케이스, 상기 캡 케이스 및 상기 이너 케이스 중 적어도 하나에 분산되어 존재하는, 연료전지용 막가습기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지 물질의 함량은 100 중량부의 상기 고분자 물질에 대해 0.05 중량부 내지 5 중량부인, 연료전지용 막가습기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드, 폴리아릴레이트, 폴리프탈아미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 또는 이의 임의의 조합을 포함한, 연료전지용 막가습기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지 물질은 아민계 산화방지 물질, 힌더드아민계 산화방지 물질, 페놀계 산화방지 물질 및 금속계 산화방지 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 연료전지용 막가습기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지 물질의 착화점은 상기 고분자 물질의 착화점 보다 같거나 낮은, 연료전지용 막가습기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지 물질의 녹는점은 연료전지의 출력 온도보다 같거나 낮은, 연료전지용 막가습기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 가교제를 비포함한, 연료전지용 막가습기.
PCT/KR2025/095401 2024-06-14 2025-06-12 연료전지용 막가습기 Pending WO2025259089A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2024-0077763 2024-06-14
KR20240077763 2024-06-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025259089A1 true WO2025259089A1 (ko) 2025-12-18

Family

ID=98050959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2025/095401 Pending WO2025259089A1 (ko) 2024-06-14 2025-06-12 연료전지용 막가습기

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20250177364A (ko)
WO (1) WO2025259089A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007162176A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 中空糸及び燃料電池用加湿器
KR20150078240A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 코오롱플라스틱 주식회사 폴리아미드 수지 조성물
KR20190138528A (ko) * 2018-06-05 2019-12-13 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
KR20210148119A (ko) * 2019-03-29 2021-12-07 도레이 카부시키가이샤 폴리올레핀 미다공막, 전지용 세퍼레이터, 이차전지 및 폴리올레핀 미다공막의 제조 방법
KR20220111227A (ko) * 2018-12-28 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007162176A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 中空糸及び燃料電池用加湿器
KR20150078240A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 코오롱플라스틱 주식회사 폴리아미드 수지 조성물
KR20190138528A (ko) * 2018-06-05 2019-12-13 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
KR20210069614A (ko) * 2018-06-05 2021-06-11 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
KR20220111227A (ko) * 2018-12-28 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
KR20210148119A (ko) * 2019-03-29 2021-12-07 도레이 카부시키가이샤 폴리올레핀 미다공막, 전지용 세퍼레이터, 이차전지 및 폴리올레핀 미다공막의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20250177364A (ko) 2025-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019240481A1 (ko) 복합 중공사막, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 중공사막 카트리지 및 연료 전지 막가습기
WO2019004711A1 (ko) 탄소 나노 섬유 방사층을 포함하는 연료전지용 기체확산층
WO2015080475A1 (ko) 고분자 전해질막, 고분자 전해질막을 포함하는 막 전극 접합체 및 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지
WO2014119976A1 (ko) 중공사막 및 이를 포함하는 중공사막 모듈
WO2025014318A1 (ko) 연료전지 가습기용 중공사막, 이를 포함하는 가습기 및 연료전지 시스템
WO2021006496A1 (ko) 고분자 전해질막, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 전기화학 장치
WO2014178620A1 (ko) 고분자 전해질막, 고분자 전해질막을 포함하는 막전극 접합체 및 막 전극 접합체를 포함하는 연료전지
WO2021066544A1 (ko) 높은 분산 안정성을 갖는 이오노머 분산액, 그 제조방법, 및 그것을 이용하여 제조된 고분자 전해질막
WO2017171471A1 (ko) 강화막, 이를 포함하는 전기화학 전지 및 연료 전지, 및 상기 강화막의 제조방법
WO2019139320A1 (ko) 강화 분리막 제조방법, 이에 의하여 제조된 강화 분리막 및 레독스 흐름 전지
WO2021133045A1 (ko) 고분자 전해질막, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 전기화학 장치
WO2021006551A1 (ko) 고분자 전해질막, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 전기화학 장치
WO2015102377A1 (ko) 유체교환막 모듈
KR101064225B1 (ko) 보강 개스킷을 포함하는 막-전극 접합체
KR101923374B1 (ko) 연료전지용 막-전극 어셈블리
WO2022071684A1 (ko) 고분자 전해질막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료 전지
KR20250177364A (ko) 연료전지용 막가습기
WO2019139415A1 (ko) 연료전지용 기체확산층, 이를 포함하는 막-전극 접합체, 이를 포함하는 연료 전지 및 연료전지용 기체확산층의 제조방법
WO2021137517A1 (ko) 연료전지의 역전압 내구성을 향상시킬 수 있는 막-전극 어셈블리, 그 제조방법, 및 그것을 포함하는 연료전지
WO2023101266A1 (ko) 고분자 전해질막, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 화학 장치
WO2024232730A1 (ko) 연료전지 시스템
WO2025084802A1 (ko) 연료전지 막가습기용 중공사막, 이를 포함하는 연료전지 막가습기 및 상기 중공사막의 제조방법
WO2024014741A1 (ko) 고분자 전해질막 및 이를 포함하는 막-전극 어셈블리
WO2023101310A1 (ko) 연료전지용 강화복합막, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 연료전지용 막-전극 어셈블리
WO2025264051A1 (ko) 막가습기용 카트리지 및 이를 포함한 연료전지용 막가습기

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25822688

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1