KR20110019586A - Fuel cells sharing anode flowfield and fuel cell power generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지 및 이를 구비하는 연료전지 발전 장치에 관한 것이다. 좀 더 자세히는 본 발명은 한 개의 연료극 플레이트와 두 개의 공기극 플레이트를 포함하여 수소 유로를 공유하는 연료전지와 이를 구비하는 연료전지 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell generator having the same. More specifically, the present invention relates to a fuel cell including a fuel cell plate including one anode plate and two cathode plates, and a fuel cell power generation apparatus including the same.
일반적으로, 연료전지 발전 장치는 메탄올 등의 수소함유연료와 공기 등의 산화제 가스를 가스확산전극에서 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생성하는 발전 장치다. 이는 전력수요 증가에 따른 전원확보의 어려움과 화석 에너지의 사용에 따른 지구환경문제를 해결하기 위한 미래의 청정 에너지원으로서 각광을 받고 있다.In general, a fuel cell generator is a generator that generates electricity by electrochemically reacting a hydrogen-containing fuel such as methanol and an oxidant gas such as air at a gas diffusion electrode. This is in the spotlight as a future clean energy source to solve the difficulty of securing power due to the increase of electric power demand and the global environmental problem caused by the use of fossil energy.
도 1은 일반전인 연료전지 스택의 구조를 나타내는 개략도이다. 단위전지의 전압이 낮기 때문에 전체 전압을 높이기 위해서, 연료전지 발전 장치는 일반적으로 전기를 생성하기 위한 단위전지가 복수 개 적층되어 있는 스택을 갖고 있다. 단위 전지는 전해질막의 양 측면에 연료극(애노드, anode)과 공기극(캐소드, cathode)이 각각 제공되어 있는 막전극 접합체(10, MEA)와, 막전극 접합체(110)의 양측에 각각 위치하고 유체유동용 채널이 형성되어 있는 연료극 플레이트(160)와 공기극 플레이트(150)로 이루어진다. 연료극 플레이트(160)와 공기극 플레이트(150)는 연료극과 공기극에 수소함유 연료와 산소함유 공기를 각각 공급하면서 연료극과 공기극에서 각각 생성되는 이산화탄소, 물 그리고 반응에 참여하지 않는 연료와 공기를 외부로 배출시키도록 작용한다. 한편 단위전지에는 막전극 접합체(110)에서 발생되는 전기를 집전하기 위한 전류 집전체(130, 140)가 제공된다. 집전체(130, 140)는 전기를 집전하는 기능뿐만 아니라 볼트와 너트의 체결 시 플레이트의 취성을 보강하기 위하여 제공된다.1 is a schematic diagram showing the structure of a fuel cell stack in general. Since the voltage of the unit cell is low, in order to increase the total voltage, the fuel cell generator generally has a stack in which a plurality of unit cells for generating electricity are stacked. The unit cell is located at both sides of the membrane electrode assembly 10 (MEA) and the cathode electrode (anode) and the cathode (cathode, cathode) provided on both sides of the electrolyte membrane, respectively, and the channel for fluid flow The
여기서 연료극 플레이트(160)에는 유로가 형성되어 유로에 흐르는 연료(또는 수소)가 공기극 플레이트(150)에 공급되는 공기(또는 산소)와 반응하여 전기를 발생하게 된다. 원활한 생성물의 배출을 위해 연료는 과량이 주입되고, 유로에 흐르는 연료는 연료극 플레이트(160)의 한쪽 면에서만 산소와 반응하게 되므로, 상당수의 연료가 산소와 반응하지 못 하고 유로를 흐르기만 한 후 배출되는 현상이 발생한다.Here, a flow path is formed in the
본 발명의 목적은 한 개의 연료극 플레이트의 양 면에 두 개의 공기극 플레이트가 각각 접하도록 하여 연료극 플레이트의 유로를 흐르는 연료가 양 쪽에서 산소와 반응할 수 있는 연료전지 및 이를 구비하는 연료전지 발전 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell and a fuel cell power generation apparatus including the fuel cell capable of reacting oxygen on both sides of the fuel flowing through the flow path of the anode plate so that two cathode plates are in contact with both surfaces of one anode plate. It is.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은, 연료가 흐르도록 하는 유로를 구비하는 연료극 플레이트와, 상기 연료극 플레이트의 양 면에 각각 부착되며 전해질막 및 전극을 구비하는 한 쌍의 막전극 접합체와, 상기 한 쌍의 막전극 접합체의 다른 면에 각각 부착되며 외부 공기가 상기 막전극 접합체와 접할 수 있도록 하는 한 쌍의 공기극 플레이트를 포함하는 연료전지를 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention, a fuel electrode plate having a flow path through which the fuel flows, a pair of membrane electrode assembly attached to both sides of the anode plate and having an electrolyte membrane and an electrode, Provided is a fuel cell comprising a pair of cathode plates attached to the other side of the pair of membrane electrode assemblies and allowing external air to contact the membrane electrode assembly.
상기 유로는 상기 연료극 플레이트를 관통하는 슬릿 구조로 형성될 수 있다. 또는 상기 유로는 흐르는 연료가 상기 연료극 플레이트의 양 면에서 반응 가능한 구조로 형성될 수 있다.The flow path may have a slit structure penetrating the anode plate. Alternatively, the flow path may have a structure in which flowing fuel reacts on both sides of the anode plate.
본 발명에 따른 연료전지는, 상기 막전극 접합체와 상기 공기극 플레이트 사이에 형성된 공기극 집전체, 및 상기 막전극 접합체와 상기 연료극 플레이트 사이에 각각 형성된 연료극 집전체를 더 포함할 수 있다. 상기 공기극 집전체 및 상기 연료극 집전체는 각각, 절연성 필름, 상기 절연성 필름과 상기 막전극 접합체 사이에 개재되는 도전성 접착층, 및 상기 절연성 필름과 상기 도전성 접착층 사이에 개재되는 금속패드를 포함할 수 있다. 상기 전극은 각각 복수의 단위전극으로 구성되 어 있고, 상기 금속패드는 상기 단위전극의 형상에 상응하여 복수의 단위금속패드로 구성될 수 있다. 상기 단위금속패드에는 상기 공기극 집전체 및 상기 연료극 집전체의 바깥쪽으로 돌출된 단자가 형성되고, 상기 단자 중 하나 이상은 상기 막전극 접합체를 사이에 두고 대응하는 단위금속패드에 이웃하는 단위금속패드의 단자와 연결될 수 있다.The fuel cell according to the present invention may further include a cathode current collector formed between the membrane electrode assembly and the cathode plate, and a cathode current collector respectively formed between the membrane electrode assembly and the anode plate. The cathode current collector and the anode current collector may each include an insulating film, a conductive adhesive layer interposed between the insulating film and the membrane electrode assembly, and a metal pad interposed between the insulating film and the conductive adhesive layer. Each of the electrodes may include a plurality of unit electrodes, and the metal pad may include a plurality of unit metal pads corresponding to the shape of the unit electrode. The unit metal pad may include a terminal protruding outward from the cathode current collector and the anode current collector, and at least one of the terminals may be disposed adjacent to a corresponding unit metal pad with the membrane electrode assembly therebetween. Can be connected to the terminal.
한편, 상기 공기극 집전체 및 상기 연료극 집전체에는 복수의 개구부가 형성될 수 있다. 상기 공기극 플레이트는 공기가 통과할 수 있는 에어홀이 형성되어 있고, 상기 공기극 집전체의 개구부는 상기 에어홀에 상응하는 형상이며, 상기 연료극 집전체의 개구부는 상기 유로에 상응하는 형상일 수 있다.Meanwhile, a plurality of openings may be formed in the cathode current collector and the anode current collector. The cathode plate may have an air hole through which air may pass, an opening of the cathode current collector may have a shape corresponding to the air hole, and an opening of the anode collector may have a shape corresponding to the flow path.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 상기에서 기술한 연료전지와, 상기 연료전지에 수소를 포함한 연료를 공급하는 연료 공급부와, 상기 연료전지에 공기를 공급하는 공기 공급부를 포함하는 연료전지 발전 장치를 제공한다. 상기 연료 공급부는 수소저장합금이 구비된 메탈 하이드라이드 카트리지를 포함할 수 있다.According to another aspect of the invention, the present invention, the fuel cell including the fuel cell described above, a fuel supply unit for supplying a fuel containing hydrogen to the fuel cell, and an air supply unit for supplying air to the fuel cell Provides a power generation device. The fuel supply unit may include a metal hydride cartridge having a hydrogen storage alloy.
본 발명에 따른 연료전지에 의하면, 한 개의 연료극 플레이트의 양 면에 두 개의 공기극 플레이트가 각각 접하도록 하여 연료극 플레이트의 유로를 흐르는 연료가 양 쪽에서 산소와 반응할 수 있게 되어, 연료전지의 부피가 크게 증가되지 않 고서도 연료전지의 출력이 크게 향상된다.According to the fuel cell according to the present invention, two cathode plates are in contact with both surfaces of one anode plate, so that fuel flowing through the flow path of the anode plate can react with oxygen at both sides, thereby increasing the volume of the fuel cell. The fuel cell output is greatly improved without increasing it.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or functions may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 연료전지 및 이를 구비하는 연료전지 발전 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a fuel cell and a fuel cell power generation apparatus including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. And duplicate description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구조를 나타내는 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지는 연료가 흐르도록 하는 유로를 구비하는 연료극 플레이트(60)와, 그 양 면에 각각 부착되며 전해질막과 연료극 및 공기극을 구비하는 한 쌍의 막전극 접합체(10)와, 막전극 접합체(10)의 다른 면에 각각 접하는 한 쌍의 공기극 플레이트(50), 그리고 공기극 집전체(30) 및 연료극 집전체(40)를 포함하여 구성된다.2 is a schematic view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. A fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구조를 나타내는 분해도이다. 도 3을 참조하면, 막전극 접합체(10), 가스켓(20), 집전체(30, 40) 및 플레이트(50, 60)가 도시되어 있다.3 is an exploded view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
막전극 접합체(10)를 중심으로 양측에 각각 가스켓(20), 공기극 집전체(30)와 연료극 집전체(40), 공기극 플레이트(50)와 연료극 플레이트(60)가 순차적으로 위치한다. 막전극 접합체(10)는 실질적으로 연료를 이용하여 전기를 발생시키고, 가스켓(20)은 연료 및 공기의 누출을 방지해주는 역할을 하며, 집전체(30, 40)는 막전극 접합체(10)에서 생성된 전기를 집전하는 역할을 한다. 플레이트(50, 60)는 안쪽으로 압력을 가해 연료전지의 적층 구조를 완성한다.The
한 개의 연료극 플레이트(60)의 양 면에 두 개의 공기극 플레이트(50)가 각각 접하도록 하여 연료극 플레이트(60)의 유로를 흐르는 연료가 양 쪽에서 공기극 플레이트(50)를 통해 공급되는 산소와 반응할 수 있게 되어, 연료전지의 부피를 크게 증가시키지 않고서도 연료전지의 출력과 효율이 크게 향상되는 효과를 가진다. 즉, 공기극 플레이트가 한 개인 경우와 비교하여, 최대 파워(W), 단위 면적 당 파워(W/Cm2) 또는 단위 부피 당 파워(W/cc) 등이 증가될 수 있다.Two
각각의 구성요소와 관련하여 상세한 설명은 이하 도 4 내지 도 9를 참고하여 설명하도록 한다.Detailed description of each component will be described below with reference to FIGS. 4 to 9.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 막전극 접합체(10)의 구조를 도시하는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 막전극 접합체(10)의 구조를 도시하는 측면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 막전극 접합체(10)에는 전해질막(12)과 단위전극(14, 16) 및 단위셀(18)이 도시되어 있다. 막전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)(10)는 연료를 촉매와 반응시켜 실질적으로 전기를 발생시키는 역할을 수행하며, 선택적 수소이온 투과특성을 갖는 전해질막(12)과 전해질 층의 양 측에 제공된 한 쌍의 단위전극, 즉 연료극(산화전극, 애노드, anode)(16)과 공기극(환원전극, 캐소드, cathode)(14)으로 이루어진다. 4 is a plan view illustrating a structure of a
수소를 연료로 이용하는 고체산화물연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 연료전지의 경우를 예로 들어 각 전극에서 일어나는 화학반응을 설명하면 다음과 같다.Taking the example of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) fuel cell using hydrogen as a fuel, the chemical reaction occurring at each electrode is described as follows.
<반응식 1> 연료극: H2 → 2H+ + 2e- <Reaction Scheme 1> anode: H 2 → 2H + + 2e -
<반응식 2> 공기극: (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O<Reaction formula 2> air electrode: (1/2) O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O
<반응식 3> 전체 반응: H2 + (1/2)O2 → H2OScheme 3 Total Reaction: H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O
이상의 반응을 통하여 전기를 발생시키고, 공기극(14)에서는 물이 발생된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이상의 화학반응은 수소를 연료로 이용한 고체산화물 연료전지의 경우에 일어나는 반응의 일 예를 든 것이며, 연료전지의 유형에 따라 각 전극에서 발생하는 화학반응이 다양할 수 있음은 물론이다.Electricity is generated through the above reaction, and water is generated in the
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 연료극(16), 공기극(14) 및 전해질막(12)으로 구성된 단위셀(18)은 독립된 전지의 역할을 할 수 있다. 평판형 연료전지에서는 한 평면을 여러 개의 단위셀(18)로 나누어 각 단위셀(18)을 직렬로 연결하여 전체 연료전지의 전위차를 높일 수 있다. 이러한 단위셀(18) 구조는 전체 스택 구조에 영향을 미쳐, 도 3에 도시된 바와 같이 단위셀(18)의 모양에 따라, 집전체(30,40), 가스켓(20), 플레이트(50, 60)의 형상이 결정된다. As shown in FIGS. 4 and 5, the
다음으로 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 집전체(30) 또는 연료극 집전체(40)를 도시하는 평면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 집전체(30) 또는 연료극 집전체(40)의 구조를 도시하는 측면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 집전체(30, 40)에는 절연성 필름(32, 42), 금속패드(34, 44), 단자(35, 45), 도전성 접착층(36, 46) 및 개구부(38, 48)가 도시되어 있다.Next, FIG. 6 is a plan view illustrating a cathode
집전체(30, 40)는 막전극 접합체(10)에서 생성된 전기에너지를 모으는 장치로서, 막전극 접합체(10)의 단위전극(14, 16) 각각에 결합하여 적층 구조를 형성한다.The
집전체(30, 40)는 도 6에 도시된 바와 같은 층상 구조를 가지며, 절연성 필름(32, 42)을 기저층으로 하여, 금속패드(34, 44)가 코팅되고 그 위에 도전성 접착층(36, 46)이 형성된다.The
절연성 필름(32, 42)은 폴리머와 같은 전기가 통하지 않고 플렉서블(flexible)한 재질이 이용될 수 있는데, 예를 들면 폴리이미드(polyimide)와 같이 내화학성이 좋고 내열온도가 상대적으로 높은 폴리머 필름이 있다.The insulating
도전성 접착층(36, 46)은 금속 파우더(metal powder) 또는 금속 와이어(metal wire)가 접착성 에폭시와 섞인 도전성 접착제(conductive adhesive)를 도포하여 형성할 수 있다. 금속 파우더나 금속 와이어는 니켈(Ni)이나 은(Ag)을 포함할 수 있고, 접착력과 전기 전도성을 고려하여 다양한 비율로 에폭시와 조합할 수 있다.The conductive
도전성 접착층(36, 46) 자체만으로도 전류가 흐를 수 있으므로, 집전체(30, 40)의 기능을 할 수 있으나, 보다 더 신뢰도 있는 집전체(30, 40)의 구현을 위해 도 5에 도시된 바와 같이 절연성 필름(32, 42) 위에 전기 전도성이 높은 금속패드(34, 44)를 형성하고 그 위에 도전성 접착층(36, 46)을 형성할 수 있다.Since the current may flow only by the conductive
금속패드(34, 44)는 금(Au)과 같이 전기 전도성이 높은 물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 금속패드(34, 44)는 도면에 도시된 것과 같이 복수개의 단위금속패 드(31, 41)로 구성할 수 있다. 각 단위금속패드(31, 41) 간은 절연성 필름(32, 42)으로 구획 된다.The
단위금속패드(31, 41)간에 연결하는 단자(35, 45)를 돌출되는 모양으로 형성할 수 있다. 연료극 집전체(30)와 공기극 집전체(40)를 막전극 접합체(10)를 개재하여 마주보고 적층하면, 공기극 측 단위금속패드(31)의 단자(35) 각각은 해당 공기극과 함께 단위셀(18)을 구성하며 대응하는 연료극이 아닌 그와 이웃하는 연료극 측 단위금속패드(41)의 단자(45)와 서로 겹치게 되어, 이웃하는 단위셀(18) 간에 직렬로 연결이 된다. 다만, 단자(35, 45) 중 하나는 외부의 회로와 연결되어 전류가 흐를 수 있도록 다른 단자와 겹치지 않게 한다.
공기극 집전체(30)는 막전극 접합체(10)에 공기를 공급할 수 있도록 개구부(38)가 형성될 수 있다. 개구부(38)의 크기와 모양은 공기극 플레이트(50)의 에어홀(58)의 크기와 관련이 있으므로, 이후 설명할 공기극 플레이트(50)에서 구체적으로 살펴보기로 한다.The cathode
연료극 집전체(40)는 막전극 접합체(10)에 연료인 수소를 공급할 수 있도록 개구부(48)가 형성되어 있어야 한다. 개구부(48)의 크기와 모양은 연료극 플레이트(60)의 유로(68)의 형상과 관련이 있으므로, 이후 설명할 연료극 플레이트(60)에서 구체적으로 살펴보기로 한다.The anode
다음으로 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 플레이트(50)를 나타낸 평면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 연료극 플레이트(60)를 나타낸 평면도이다.Next, FIG. 8 is a plan view showing the
플레이트(50, 60)는 집전체(30,40)의 바깥쪽에 즉, 스택 구조의 최외각에서 스택의 적층 구조에 적절한 압력으로 눌러주는 역할을 하므로, 휨이 적어야 하고, 전기적인 쇼트 현상을 방지하기 위해 절연 처리될 수 있다. 따라서, 플레이트(50, 60)는 알루미늄과 같은 가벼운 금속을 이용할 수 있으나 쇼트를 막기 위해 산화막을 형성하거나 테플론 코팅 등으로 전기적인 절연 처리를 할 수 있다.
도 8을 참조하면 공기극 플레이트(50)에 형성되어 있는 에어홀(58)이 도시되어 있다. 상기 막전극 접합체에서 산소가 필요하므로 산소를 제공하기 위해 공기극에 공기를 주입하는데 인공적인 펌프를 이용하는 방법은 연료전지의 부피가 커지게 되고, 소음이 발생하는 문제점이 있었다.Referring to FIG. 8, an
이에 평판형 스택 구조에서는 적절한 에어홀(58)을 형성하여 대기중의 공기가 주입될 수 있도록 하여 산소를 공급하는 방법을 이용한다. 에어홀(58)은 대기중의 공기를 공기극에 제공하는 역할을 하므로, 적정한 형상과, 개구율로 형성할 필요가 있다. 개구율이란, 막전극 접합체의 공기극(14)의 크기 대비 에어홀(58)의 크기를 의미한다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 공기극 집전체(30)의 개구부(38)도 에어홀(58)의 형상과 크기에 상응하도록 형성할 수 있다.In the flat stack structure, an
도 9를 참조하면, 연료극 플레이트(60)에는 서펜타인(serpentine) 형상의 슬릿과 같은 유로(68)가 형성될 수 있다. 서펜타인 형상이란, 도면에 도시된 바와 같이 구불구불하게 꺾여 있는 형상을 의미한다. 서펜타인 형상 슬릿의 유로(68)를 이용하면, 연료 공급구(64)를 통해 공급되는 연료를 단위셀(18) 각각에 균일하게 공 급할 수 있다.Referring to FIG. 9, the
이러한 유로(68)를 따라 연료가 이동하므로 그에 상응하는 위치에 연료극 집전체(40)의 개구부(48)가 형성될 수 있다. 개구부(48)의 형상은 유로(68)와 같이 서펜타인 형상일 수 있으나, 플렉서블한(flexible) 재질로 형성된 공기극 집전체(40)의 경우 고정의 문제가 있으므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 꺾이는 부분은 개구부를 형성하지 아니하고 긴 개구부(48)를 평행하게 여러 개 형성하는 것도 가능하다.Since the fuel moves along the
다음으로, 가스켓(20)은 스택 구조에 있어서 필수 구성요소는 아니나, 효율적인 전기발생을 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 막전극 접합체(10)와 전류 집전체(30, 40) 사이에 개재할 수 있다.Next, the
가스켓(20)은 연료전지에서 연료나 공기가 새지 않도록 밀폐하는 역할을 하므로 탄성을 가지고 있는 소재, 예를 들면 테프론(Teflon), PFA (perfluoroalkoxy) 과 같은 내화학성이 좋으면서 탄성을 가지는 재료가 적당하다. 가스켓(20)은 완벽한 밀폐구조를 위해서 전류 집전체(30, 40)의 금속패드가 형성되지 아니한 부분(도 2 참조)은 전부 가스켓(20)으로 가릴 수 있는 형상으로 하여 단차에 의한 틈이 생기는 것을 방지할 수 있다.Since the
도 2 내지 도 9를 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스택의 각 층상 구조를 살펴보았다. 공기극 플레이트(50)의 에어홀(58)을 통해서 공기가 들어가 공기 극에 산소가 공급되고, 연료극 플레이트(60)의 연료 공급구(64)를 통해 주입된 연료가 유로(68)를 따라 이동하며 연료극에 수소가 공급되어, 전극막 접합체(10)에서 전기에너지가 생산된다. 생성된 전기에너지는 전류 집전체(30, 40)를 통해 집전될 수 있고, 이동이 끝난 수소는 연료 배출구(66)를 통해 배출된다.2 to 9, each layer structure of the stack according to an embodiment of the present invention has been described. Air enters through the
이상에서 설명한 스택을 이용하여, 이를 구비하는 연료전지 발전 장치를 제공할 수 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전 장치의 개략도이다. 연료 공급부(200)는 연료전지(100)에 수소를 포함한 연료를 공급하고, 공기 공급부(300)는 연료전지(100)에 산소를 공급하는 기능을 수행한다. 연료전지 발전 장치에 이용되는 연료전지(100)의 구조는 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.By using the stack described above, it is possible to provide a fuel cell generator having the same. 10 is a schematic diagram of a fuel cell generator according to an embodiment of the present invention. The
연료 공급부(200)는 연료전지의 연료가 되는 수소를 공급하는 역할을 하며, 수조 저장탱크와 같이 직접적으로 수소를 공급하는 것도 가능하나, 수소발생장치일 수 있다. 수소발생장치는 이온화 경향이 다른 전극과 전해질 수용액을 구비하며, 금속의 산화반응을 통해 얻은 전자를 이용해 물로부터 수소를 발생시킨다. 수소발생장치는 수소저장합금을 구비하는 메탈 하이드라이드 카트리지를 포함하여 소형화를 도모할 수 있다.The
공기 공급부(300)는 연료전지에 산소를 공급하는 역할을 하므로 공기를 스택에 주입하는 펌프 등이 이용될 수 있다. 다만 공기 공급부(300)는 별도의 구조 없이 공기가 공급되는 어떠한 구성이든 관계없으며, 극단적으로는 생략될 수도 있다. 본 실시예에서는 별도의 공기 공급장치가 없더라도 자연대류를 이용하여 산소가 공급될 수 있으므로, 생략 가능하다.Since the
이상 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 명백하다.As mentioned above, although specific embodiment of this invention was described, this is only an illustration and this invention is not limited to this, It should be interpreted that it has the broadest range based on the basic idea disclosed in this specification. Those skilled in the art can change the material, size, etc. of each component according to the application field, it is possible to implement a pattern of the shape not shown by combining or replacing the disclosed embodiments, but this is also not departing from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, it is apparent that such changes or modifications are included in the scope of the present invention.
도 1은 일반전인 연료전지의 구조를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a fuel cell as a general warfare.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구조를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 구조를 나타내는 분해도이다.3 is an exploded view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 막전극 접합체(10)의 구조를 도시하는 평면도이고,4 is a plan view showing the structure of the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 막전극 접합체(10)의 구조를 도시하는 측면도이다.FIG. 5 is a side view showing the structure of the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 집전체(30) 또는 연료극 집전체(40)를 도시하는 평면도이며,6 is a plan view illustrating a cathode
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 집전체(30) 또는 연료극 집전체(40)의 구조를 도시하는 측면도이다.7 is a side view illustrating the structure of the cathode
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 공기극 플레이트(50)를 나타낸 평면도이고,8 is a plan view showing a
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지에 있어서, 연료극 플레이트(60)를 나타낸 평면도이다.9 is a plan view of the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전 장치의 개략도이다.10 is a schematic diagram of a fuel cell generator according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 막전극 접합체 12: 전해질막10: membrane electrode assembly 12: electrolyte membrane
14, 16: 단위전극 18: 단위셀14, 16: unit electrode 18: unit cell
20: 가스켓(gasket)20: gasket
30: 공기극 집전체 31, 41: 단위금속패드30: air cathode
32, 42: 절연성 필름 34, 44: 금속패드32, 42: insulating
35, 45: 단자 36, 46: 도전성 접착층35, 45:
38, 48: 개구부 40: 연료극 집전체38 and 48: opening 40: fuel electrode current collector
50: 공기극 플레이트 58: 에어홀50: air electrode plate 58: air hole
60: 연료극 플레이트 64: 연료 공급구60: anode plate 64: fuel supply port
66: 연료 배출구 68: 유로66: fuel outlet 68: euro
100: 연료전지100: fuel cell
200: 연료 공급부 300: 공기 공급부200: fuel supply unit 300: air supply unit
Claims (12)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090077187A KR20110019586A (en) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Fuel cells sharing anode flowfield and fuel cell power generation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090077187A KR20110019586A (en) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Fuel cells sharing anode flowfield and fuel cell power generation apparatus |
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ID=43776860
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KR1020090077187A KR20110019586A (en) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | Fuel cells sharing anode flowfield and fuel cell power generation apparatus |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101534553B1 (en) * | 2013-08-13 | 2015-07-10 | 주식회사 포스코 | Fuel cell |
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2009
- 2009-08-20 KR KR1020090077187A patent/KR20110019586A/en not_active Application Discontinuation
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