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KR101684115B1 - 연료전지용 다공성 분리판 - Google Patents

연료전지용 다공성 분리판 Download PDF

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KR101684115B1
KR101684115B1 KR1020150069072A KR20150069072A KR101684115B1 KR 101684115 B1 KR101684115 B1 KR 101684115B1 KR 1020150069072 A KR1020150069072 A KR 1020150069072A KR 20150069072 A KR20150069072 A KR 20150069072A KR 101684115 B1 KR101684115 B1 KR 101684115B1
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gas diffusion
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진상문
한국일
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 다공성 분리판에 형성된 유로홀의 형상을 변경하여 응력 집중으로 인한 기체확산층 또는 전극막 접합체의 구조 파괴를 최소화하도록 한 연료전지용 다공성 분리판에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는, 기체확산층 또는 전극막 접합체 측에 접촉이 이루어지는 제1접촉부와 냉각수 유로 측에 접촉이 이루어지는 제2접촉부가 길이방향을 따라 교번하여 접촉이 이루어지도록 제1접촉부와 제2접촉부를 연결부에 의해 연결하고, 상기 연결부 상에 유로홀을 형성하며, 상기 유로홀의 내면 일부를 유로홀의 중심을 향하여 돌출되게 형성한 유로판;을 포함하여 구성되는 연료전지용 다공성 분리판이 소개된다.

Description

연료전지용 다공성 분리판{SEPERATOR HAVING HOLES FOR FUEL CELL}
본 발명은 다공성 분리판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 분리판에 형성된 유로홀의 형상을 변경하여 응력 집중으로 인한 기체확산층 또는 전극막 접합체의 구조 파괴를 최소화하도록 한 연료전지용 다공성 분리판에 관한 것이다.
차량용 연료전지 스택은 다수의 셀이 연결되는 구조로, 공기, 연료 및 냉각수가 스택의 한쪽 끝에서 공급 및 배출되는 구조를 갖는다.
셀은 가스확산층이 양면에 접합된 전극막 접합체(MEA)의 양면에 분리판이 각각 배치되고, 개개의 단위 셀이 반복 적층되어 스택을 구성한다.
조금 더 구체적으로 설명하면, 수소 양이온을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 공기극과 연료극이 도포되어 구성된 전극막 접합체(MEA)가 셀의 중심에 위치하고, 공기극 및 연료극의 외면에는 기체확산층 GDL)이 적층되며, 기체확산층의 바깥에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 가스켓을 사이에 두고 위치한다.
그리고, 분리판은 가스확산층에 밀착 지지되는 랜드와, 유체의 흐름 경로가 되는 채널(유로)이 반복 형성된 구조로 제작되는 것이 일반적이고, 랜드와 채널(유로)이 반복적으로 굴곡된 구조로 되어 있기 때문에 기체확산층과 마주보는 일면의 채널은 수소 또는 공기와 같은 반응기체가 흐르는 공간으로 활용되고, 반대면의 채널은 냉각수가 흐르는 공간으로 활용된다.
이에, 연료전지 스택은 연료극에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 공기극으로 이동하게 되며, 공기극에서는 연료극으로부터 이동된 수소이온과 전자, 공기 중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하는 동시에 전자의 흐름으로부터 전기에너지를 생성하게 된다.
이 같은 구조는 애노드 분리판 및 캐소드 분리판을 적층하여 반응기체 및 냉각수 통로를 형성함으로써 연료전지의 셀 구조를 간소화할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 유로 형성을 위한 채널 및 랜드의 형상으로 인해 면압 불균일이 발생하게 되어 전기 저항이 증가할 뿐만 아니라, 특히 랜드부에서는 과도한 응력 집중으로 인해 기체확산층의 구조가 파괴되어 반응기체의 확산성이 저하되는 단점이 있다.
한편, 기존의 채널 형상의 유로 대신 Metal/Carbon foam, Wire mesh 등과 같은 미세 기공 구조를 반응면에 삽입하게 되면, 반응 기체 및 생성수의 이동을 용이하게 하고, 기체확산층을 균일하게 압축시켜 면압을 분산시킴으로써, 전기 저항을 최소화하여 연료전지 성능 향상을 극대화할 수 있다. 하지만 기존의 미세 유로 다공 구조체는 제작 비용이 높을 뿐만 아니라, 중량 및 부피가 증대 되기 때문에 양산성이 떨어진다.
도 1은 상기한 기공 구조를 갖는 종래의 다공성 분리판을 나타낸 것으로, 유로판(40)의 길이 방향(가스 흐름 방향)을 따라 좌우 경사면에 다수의 유로홀(43) 들이 일정 간격으로 반복하여 형성된다.
이러한, 요철 형상을 길이 방향으로 반복하여 형성함으로써, 반응면 내의 연료 확산을 증대시킬 수 있고, 특히 연료의 소모가 많은 고전류 구간대에서는 유량의 세기가 증대되어 다공체 형상에 의한 유동 저항 효과가 커지기 때문에 다공체의 효과가 극대화된다.
더욱이, 유로판의 일측 경사면의 유로홀을 통과한 반응기체는 타측 경사면에 막히게 되기 때문에 다음 채널로 넘어가기 위해서는 인접 홀이 위치한 폭 방향으로 유동이 발생된다. 따라서 이러한 지그재그 형식의 유동이 반복됨으로써 반응기체의 확산성을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 미세 다공 유로는 연료전지의 셀 내에서 기체확산층(GDL)과 인접해 있으며, 다공 유로를 통해 유입된 반응기체는 기체확산층을 통해 균일하게 실제 화학 반응이 일어나는 전극막 접합체(MEA)에 도달하게 된다.
기체확산층은 미세한 Carbon fiber들이 결합되어 있는 미세 기공층으로서, 반응기체의 확산과 화학 반응에 의해 발생된 생성수 배출이 원활하게 이루어지기 위해서는 스택 체결력에 의한 기체확산층의 미세 다공 구조가 파괴되는 것을 최소화해야 한다. 다른 한편으로는 이들은 반응기체의 통로뿐만 아니라 화학 반응에 의해 발생된 전기의 이동 통로 역할도 수행하기 때문에 스택 체결력을 향상시켜 이들의 계면에서 발생하는 접촉저항을 최소화 하는 것이 좋다.
하지만, 도 2 및 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 요철의 경사면에 유로홀이 형성되어 있는 다공체의 구조적인 특성으로 인해 유로홀(43)의 절단부가 기체확산층(GDL)과 밀접되고, 이와 같이 밀접된 부분에서 응력 집중이 발생하여 기체확산층(GDL)을 이루는 Carbon fiber들이 파괴되는 문제가 발생된다.
즉, 다공체의 구조적 특성상, 유로홀의 절단면이 기체확산층에 밀접되기 때문에 응력 집중이 발생하게 되어 기체확산층의 구조 파괴가 과도하게 발생하는 원인이 된다. 따라서, 이 부분의 반응기체 확산성 저하 및 물 배출성 저하 야기 및 전극막 접합체에 물리적 손상 위험이 증가하는 문제가 발생되는 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0066795 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 다공성 분리판에 형성된 유로홀의 형상을 변경하여 응력 집중으로 인한 기체확산층 또는 전극막 접합체의 구조 파괴를 최소화하도록 한 연료전지용 다공성 분리판을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 기체확산층 또는 전극막 접합체 측에 접촉이 이루어지는 제1접촉부와 냉각수 유로 측에 접촉이 이루어지는 제2접촉부가 길이방향을 따라 교번하여 접촉이 이루어지도록 제1접촉부와 제2접촉부를 연결부에 의해 연결하고, 상기 연결부 상에 유로홀을 형성하며, 상기 유로홀의 내면 일부를 유로홀의 중심을 향하여 돌출되게 형성한 유로판;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유로홀의 최대 폭을 이루는 길이의 중심에서 유로홀의 길이방향을 향하여 이어지도록 형성된 가상의 유로홀중심선을 확보하되, 상기 유로홀의 내면 일부에는 상기 유로홀중심선을 향하여 돌출부를 형성할 수 있다.
상기 돌출부는 제1접촉부에 상대적으로 가깝게 위치한 유로홀의 내측 일면에 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 유로홀중심선을 침범하지 않는 범위 내에 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 유로홀의 내측 일면의 중심 부분에 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 유로홀의 내측 일면에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면을 따라 면 접촉되도록 구성될 수 있다.
상기 돌출부는, 기체확산층 또는 전극막 접합체와 면 접촉이 이루어지는 가상의 평면을 기준으로 기체확산층 또는 전극막 접합체를 향해 소정 각도 절곡된 형상으로 형성할 수 있다.
상기 돌출부와 가상의 평면이 이루는 각도는 1~45°일 수 있다.
상기 돌출부의 굽힘강성은 기체확산층 및 전극막 접합체의 압축강성보다 작게 형성함으로써, 스택 체결시에 상기 돌출부가 기체확산층 또는 전극막 접합체의 가압에 의해 가상의 평면과 이루는 각도가 점차 작아지는 방향으로 굽혀지면서 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면을 따라 면 접촉될 수 있다.
상기 돌출부의 단부는 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면으로부터 냉각수 유로 측을 향해 상승하는 방향으로 형성하여, 돌출부와 제1접촉부와 연결부로 이어지는 부분에 물이 고일 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
상기 돌출부의 일단이 제1접촉부와 이어지고, 돌출부의 타단은 제2접촉부를 향해 상승하는 연결부의 형성 방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 제2접촉부에 상대적으로 가깝게 위치한 유로홀의 내측 타면에 형성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 유로홀에 형성된 돌출부를 통해 기체확산층 또는 전극막 접합체의 응력집중 현상을 방지함으로써, 기체확산층 또는 전극막 접합체 구조 파괴를 최소화하여 반응기체의 확산성을 향상시키고, 반응면의 과도한 응력 집중을 완화하여 기체확산층 또는 전극막 접합체의 물리적 손상을 최소화하는바, 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
더불어, 스택을 체결하는 과정에서 돌출부가 굽혀져 기체확산층 또는 전극막 접합체와 평탄면을 이루도록 함으로써, 스택의 체결 후에도 다공성 분리판은 지속적으로 탄성력을 유지할 수 있기 때문에, 스택 장기 운전에 의한 면압 저하를 방지하게 되어 스택의 내구성을 향상시키는 효과도 있다.
또한, 돌출부가 유로판의 형상을 따라 곡률 형상으로 형성됨으로써, 과도한 응력 집중을 피할 수 있을 뿐만 아니라, 곡률 부분을 통해 스택 내부에 응축수를 보관할 수 있는 공간을 확보하여 연료전지 저온 운전 시의 물 배출성을 향상시키는 것은 물론, 고온 작동시 드라이 아웃(Dry-out)되는 것을 방지하는 효과도 있다.
그리고, 돌출부를 통해 냉각수 유로와 접촉하는 접촉 면적을 증대함으로써, 연료전지 내부의 열전달을 향상시켜, 스택의 성능 및 내구성을 향상시키는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 다공성 분리판의 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 다공성 분리판의 평면 형상을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 A - A선 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 다공성 분리판을 이루는 유로판의 단면 형상 및 유로홀의 형상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 유로홀에 형성된 돌출부의 제1실시예 구성을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 유로홀에 형성된 돌출부의 제2실시예 구성을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명에 의한 유로판의 체결에 따른 돌출부의 단면 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 의한 유로판의 체결에 따른 돌출부의 다른 단면 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 유로판의 체결에 따라 돌출부가 냉각수 유로 측에 접촉되는 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 유로판을 제조하는 장치를 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유로판(100)에 형성된 유로홀(110)의 내면을, 그 중심을 향하여 돌출 형성한 것에 그 특징이 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 다공성 분리판은 유로판(100) 및 평판(200)을 포함하여 구성할 수 있다.
유로판(100)의 일면은 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면에 마주하도록 배치되어, 유로판(100)의 일면이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)에 밀착될 수 있다. 즉, 셀에 기체확산층(300)이 포함된 경우에는, 유로판(100)이 기체확산층(300)에 밀착될 수 있지만, 셀에 기체확산층(300)이 불포함된 경우에는 유로판(100)이 전극막 접합체(400)에 밀착될 수 있다.
그리고, 상기 유로판(100)의 타면에는 평판(200)의 안쪽면이 마주하도록 배치되어, 유로판(100)의 타면이 평판(200)의 안쪽면이 밀착될 수 있다. 이때에, 상기 평판(200)의 바깥면에는 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(210)(냉각수 채널)가 마련될 수 있다.
이러한, 유로판(100)은 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400) 측에 접촉이 이루어지는 제1접촉부(100a)와 냉각수 유로(210) 측에 접촉이 이루어지는 제2접촉부(100b)가 연결부(100c)에 의해 연결될 수 있다.
즉, 상기 유로판(100)은 제1접촉부(100a)와 연결부(100c)와 제2접촉부(100b)가 그 길이방향을 따라 반복적으로 이어진 요철 형상으로 형성될 수 있는 것으로, 상기 제1접촉부(100a) 및 제2접촉부(100b)가 상기 유로판(100)의 길이방향을 따라 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400) 측과, 냉각수 유로(210) 측에 각각 교번하여 접촉이 이루어질 수 있게 된다.
예컨대, 상기 제1접촉부(100a) 및 제2접촉부(100b)는 도 4에 도시한 바와 같이, 연결부(100c)와 이웃하는 연결부(100c) 사이의 경계영역에 위치한 제1구간(S1) 부분이거나 혹은 연결부(100c)와 이웃하는 연결부(100c) 사이의 경계선 부분일 수 있고, 연결부(100c)는 제1접촉부(100a)와 이웃하는 제2접촉부(100b) 사이에 위치한 제2구간(S2) 부분일 수 있다.
그리고, 상기 연결부(100c) 상에 유로홀(110)을 형성할 수 있는데, 상기 유로홀(110)은 제1접촉부(100a) 또는 제2접촉부(100b)를 침범하지 않도록 형성할 수 있다.
이때에, 상기 유로홀(110)은 유로판(100)의 폭 방향을 따라 등간격으로 다수 형성할 수 있고, 원형, 타워형, 직사각형 등의 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 서로 마주하는 위치에 형성된 유로홀(110)은 교번하여 배치될 수 있다.
즉, 어느 하나의 연결부(100c)에 형성된 두 개의 유로홀(110) 사이에, 이와 마주하는 다른 연결부(100c)에 형성된 유로홀(110)이 배치됨으로써, 어느 하나의 유로홀(110)을 통과한 반응기체가 다음 채널의 유로홀(110)을 통과하여 넘어가기 위해서는 폭 방향으로 유동이 발생할 수 밖에 없고, 이에 반응기체의 유동을 발생시켜 확산성을 증대시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명은 상기 유로홀(110)의 내면 일부를 유로홀(110)의 중심을 향하여 돌출되게 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 유로홀(110)의 최대 폭을 이루는 길이의 중심에서 유로홀(110)의 길이방향을 향하여 이어지도록 형성된 가상의 유로홀중심선(CL)을 확보할 수 있는데, 상기 유로홀(110)의 내면 일부에는 상기 유로홀중심선(CL)을 향하여 돌출부(120)를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 돌출부(120)는 제1접촉부(100a)에 상대적으로 가깝게 위치한, 즉 스택 체결시에 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 밀접되는 부분에 인접한 유로홀(110)의 내측 일면에 형성될 수 있다.
이 같은 구성에 따르면, 본 발명은 유로홀(110)의 중심을 향해 돌출 형성된 부분의 일면이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면에 밀접됨으로써, 유로홀(110)의 내면을 이루는 절단부분이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)에 밀접되는 영역을 최소화시키고, 이에 유로판(100)에 의한 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 응력집중 현상을 방지하게 된다. 따라서, 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 구조 파괴를 최소화하여 반응기체의 확산성을 향상시키고, 또한 반응면의 과도한 응력 집중을 완화하여 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 물리적 손상을 최소화하게 되는바, 결국 연료전지 스택의 내구성을 향상시키는 것이다.
아울러, 본 발명에서 상기 돌출부(120)는 유로홀중심선(CL)을 침범하지 않는 범위 내에서 형성될 수 있다.
예컨대, 도 5와 같이 상기 돌출부(120)는 유로홀(110)의 내측 일면의 중심 부분에 형성될 수 있다. 즉, 응력 집중이 가장 심하게 발생할 수 있는 유로홀(110) 내측의 중심 부분에 집중하여 돌출부(120)를 형성할 수 있다.
그리고, 도 6과 같이 상기 돌출부(120)는 유로홀(110)의 내측 일면에 전체적으로 형성될 수 있다. 즉, 제1접촉부(100a)에 가까운 유로홀(110)의 내측 일면 전체에 돌출부(120)를 형성할 수 있는데, 이 경우 도 5에 도시한 돌출부(120)와 동일한 응력집중 방지 효과를 구현하면서도 유로홀(110)의 형상을 단순화하여 유로판(100)의 제조 편의성을 증대시키게 된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서 상기 돌출부(120)는 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면을 따라 면 접촉되도록 설치하여, 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 평탄면을 이룰 수 있다.
이는, 유로판(100)을 가공하는 과정에서 돌출부(120)가 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 평탄면을 이루도록 돌출부(120)를 형성할 수도 있지만, 스택 체결 과정에서 돌출부(120)가 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)에 눌려져 굽혀지도록 돌출부(120)를 형성할 수도 있다.
이를 위해, 상기 돌출부(120)는, 도 7의 상부에 도시된 바와 같이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 면 접촉이 이루어지는 가상의 평면을 기준으로 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)를 향해 소정 각도 절곡된 형상으로 형성할 수 있다.
이때에, 상기 돌출부(120)와 가상의 평면이 이루는 각도는 1~45°일 수 있다. 그 이유는 각도가 45°를 초과하는 경우에는 평면과 이루는 각도가 너무 커져서 스택 체결시 돌출부(120)가 탄성을 받아 굽혀지기 전에 그 형상 자체에 의해 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)를 찍어 손상을 일으킬 수 있는 문제가 있기 때문이다.
또한, 스택 체결시, 상기한 돌출부(120)의 굽힘작용을 위해서는, 상기 돌출부(120)의 굽힘강성은 기체확산층(300) 및 전극막 접합체(400)의 압축강성보다 작게 형성할 수 있다.
이에, 도 7의 하부에 도시된 바와 같이, 스택 체결시에 상기 돌출부(120)가 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 가압에 의해 가상의 평면과 이루는 각도가 점차 작아지는 방향으로 굽혀지면서 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면을 따라 면 접촉될 수 있게 되는바, 상기 돌출부(120)는 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 평탄면을 이루게 된다.
따라서, 스택의 체결 후에도 다공성 분리판(10)은 지속적으로 탄성력을 유지할 수 있기 때문에, 스택 장기 운전에 의한 면압 저하를 방지하게 되어 스택의 내구성을 향상시키게 되는 것이다.
더불어, 도 8을 참조하면, 본 발명에서 상기 돌출부(120)의 단부는 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면으로부터 냉각수 유로(210) 측을 향해 상승하여 들어 올려지는 방향으로 형성함으로써, 돌출부(120)와 제1접촉부(100a)와 연결부(100c)로 이어지는 부분에 물이 고일 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
예컨대, 상기 돌출부(120)의 일단이 제1접촉부(100a)와 이어지고, 돌출부(120)의 타단은 제2접촉부(100b)를 향해 상승하는 연결부(100c)의 형성 방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
즉, 돌출부(120)가 유로판(100)의 형상을 따라 곡률 형상으로 기체확산층(300)에 접촉되더라도, 과도한 응력 집중을 피할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 곡률 부분을 통해 스택 내부에 응축수를 보관할 수 있는 공간을 확보함으로써, 연료전지 저온 운전 시의 물 배출성을 향상시키는 것은 물론, 고온 작동시 드라이 아웃(Dry-out)되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 도 9를 참조하면, 본 발명에서 상기 유로홀중심선(CL)을 향하여 형성된 돌출부(120)는, 제2접촉부(100b)에 상대적으로 가깝게 위치한, 즉 평판(200)과 밀접된 부분과 인접한 유로홀(110)의 내측 타면에 형성될 수 있다.
즉, 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 접촉하는 일면과 반대되는 유로판(100)의 타면은 화학 반응에 의해 발생되는 열을 방출하기 위한 냉각수 유로(210)와 접촉하는 부분으로서, 이 부분의 접촉 면적을 증대시켜 연료전지 내부 열전달을 향상시키고, 이에 스택의 성능 및 내구성을 향상시키게 된다.
특히, 이 같은 구조는 스택의 운전 조건이 고온에서 대부분 이루어지는 경우와 같이 열전달 문제가 중요한 경우에 더욱 효과적이라 할 것이다.
한편, 도 10의 (a)(b)(c)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 제시된 다양한 유로홀(110) 형상은 프레스를 이용한 타공 또는 에칭 공법이나 롤 공법 등을 활용하여 간단히 구현 및 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 유로홀(110)의 중심을 향해 돌출 형성된 부분의 일면이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 바깥면에 밀접됨으로써, 유로홀(110)의 내면을 이루는 절단부분이 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)와 밀접되는 영역을 최소화시키고, 이에 유로판(100)에 의한 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 응력집중 현상을 방지한다. 따라서, 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 구조 파괴를 최소화하여 반응기체의 확산성을 향상시키고, 또한 반응면의 과도한 응력 집중을 완화하여 기체확산층(300) 또는 전극막 접합체(400)의 물리적 손상을 최소화하게 되는바, 연료전지 스택의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 분리판 100 : 유로판
100a : 제1접촉부 100b : 제2접촉부
100c : 연결부 110 : 유로홀
120 : 돌출부 200 : 평판
210 : 냉각수 유로 300 : 기체확산층
400 : 전극막 접합체
S1 : 제1구간 S2 : 제2구간
CL : 유로홀중심선

Claims (13)

  1. 기체확산층 또는 전극막 접합체 측에 접촉이 이루어지는 제1접촉부와 냉각수 유로 측에 접촉이 이루어지는 제2접촉부가 길이방향을 따라 교번하여 접촉이 이루어지도록 제1접촉부와 제2접촉부를 연결부에 의해 연결하고, 상기 연결부 상에 유로홀을 형성하며, 상기 유로홀의 내면 일부에 유로홀의 중심을 향하여 돌출부를 돌출되게 형성한 유로판;을 포함하고,
    상기 돌출부는, 기체확산층 또는 전극막 접합체와 면 접촉이 이루어지는 가상의 평면을 기준으로 기체확산층 또는 전극막 접합체를 향해 소정 각도 절곡된 형상으로 형성하며,
    상기 돌출부의 굽힘강성은 기체확산층 및 전극막 접합체의 압축강성보다 작게 형성함으로써, 스택 체결시에 상기 돌출부가 기체확산층 또는 전극막 접합체의 가압에 의해 가상의 평면과 이루는 각도가 점차 작아지는 방향으로 굽혀지면서 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면을 따라 면 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로홀의 최대 폭을 이루는 길이의 중심에서 유로홀의 길이방향을 향하여 이어지도록 형성된 가상의 유로홀중심선을 확보하되, 상기 유로홀의 내면 일부에는 상기 유로홀중심선을 향하여 돌출부를 형성한 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 제1접촉부에 상대적으로 가깝게 위치한 유로홀의 내측 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 유로홀중심선을 침범하지 않는 범위 내에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 유로홀의 내측 일면의 중심 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 유로홀의 내측 일면에 전체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면을 따라 면 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부와 가상의 평면이 이루는 각도는 1~45°인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  10. 삭제
  11. 기체확산층 또는 전극막 접합체 측에 접촉이 이루어지는 제1접촉부와 냉각수 유로 측에 접촉이 이루어지는 제2접촉부가 길이방향을 따라 교번하여 접촉이 이루어지도록 제1접촉부와 제2접촉부를 연결부에 의해 연결하고, 상기 연결부 상에 유로홀을 형성하며, 상기 유로홀의 내면 일부에 유로홀의 중심을 향하여 돌출부를 돌출되게 형성한 유로판;을 포함하고,
    상기 돌출부의 단부는 기체확산층 또는 전극막 접합체의 바깥면으로부터 냉각수 유로 측을 향해 상승하는 방향으로 형성하여, 돌출부와 제1접촉부와 연결부로 이어지는 부분에 물이 고일 수 있는 공간을 형성한 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 돌출부의 일단이 제1접촉부와 이어지고, 돌출부의 타단은 제2접촉부를 향해 상승하는 연결부의 형성 방향과 동일한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 제2접촉부에 상대적으로 가깝게 위치한 유로홀의 내측 타면에 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 분리판.
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