KR20200029707A - 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리판과의 접촉면 전체에 반응가스가 유동되는 양을 균일하게 유도할 수 있는 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 기체확산층은 막전극접합체(MEA)와 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 기체확산층으로서, 상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 기체확산층은 막전극접합체(MEA)와 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 기체확산층으로서, 상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리판과의 접촉면 전체에 반응가스가 유동되는 양을 균일하게 유도할 수 있는 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 일반적인 연료전지의 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(10, MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체(10)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 막전극집합체(10)의 일면과 타면, 즉 공기극 및 연료극이 위치한 바깥 부분에는 기체확산층(20, GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층되고, 상기 기체확산층(20)의 외면에는 반응가스를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하는 분리판(30)이 위치한다.
이때 기체확산층(20)은 일반적으로 다공질 탄소막으로 이루어지는 기재(21)와, 기재의 일면으로 미세기공층(22, MPL: Micro Porous Layer)으로 이루어진다.
기재(21)는 일반적으로 탄소섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌 계열의 소수성 물질로 구성되는데, 예를 들어 탄소섬유 천(Cloth), 탄소섬유 펠트(Felt) 및 탄소섬유 종이(Paper) 등이 사용될 수 있고, 미세기공층(22)는 아세틸렌 블랙 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소 분말과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 혼합하여 제조한 후, 용도에 따라 기재(21)의 일면에 도포되어 형성된다.
또한, 분리판(30)은 기체확산층(20) 방향으로 돌출된 복수의 랜드부(31)와, 랜드부(31) 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부(32)로 이루어진다.
그래서, 단위셀의 형성시 기체확산층(20)의 기재(21)가 분리판(30)의 랜드부(31) 및 채널부(32)에 대면되고, 스택의 형성시 상호 간에 밀착 또는 압착된다.
한편, 도 2 및 도 3은 일반적인 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면으로서, 분리판(30)의 채널부(32)를 통하여 유입되는 반응가스는 기체확산층(20)의 기재(21) 및 미세기공층(22)을 차례로 통과하면서 확산되어 막전극접합체(10)로 유동된다.
이때 기체확산층(20)과 분리판(30)은 밀착 또는 압착된 상태로 단위셀을 구성하기 때문에 분리판(30)에 형성된 랜드부(31)와 채널부(32)의 형상에 의해 기체확산층(20)은 해당 영역별로 기재(21) 및 미세기공층(22)을 형성하는 재료의 밀도가 달라진다. 부연하자면, 분리판(30)의 랜드부(31)는 기체확산층(20)에 직접적으로 접촉되면서 기체확산층(20)을 가압하기 때문에 분리판(30)의 랜드부(31)에 해당되는 기체확산층(20)의 제 1 영역(21a)은 분리판(30)에 직접적으로 접촉되지 않는 분리판(30)의 채널부(32)에 해당되는 기체확산층(20)의 제 2 영역(21b)보다 소재의 밀도가 높아진다.
이러한 이유로 인해 상대적으로 분리판(30)의 랜드부(31)에 해당되는 기체확산층(20)의 제 1 영역(21a)에서 반응가스의 유동 및 생성수의 배출이 분리판(30)의 채널부(32)에 해당되는 기체확산층(20)의 제 2 영역(21b) 보다 원활하지 않게 되고, 이에 따라 기체확산층(20) 전체적으로 반응가스의 유동 및 생성수의 배출이 균일하지 않은 현상이 발생되었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 분리판(30)의 랜드부(31) 폭을 좁게 하는 방안이 제안되었지만, 분리판(30)과 막전극접합체(10) 및 기체확산층(20)으로 이루어지는 반응면(전기발생부)의 접촉면적이 감소하면서 전기 전도성이 증가하고 연료전지 성능이 저하되는 또 다른 문제가 발생되었다.
본 발명은 스택의 구성시 분리판과 기체확산층이 밀착 또는 압착되는 상황에서도 분리판과의 접촉면 전체에 반응가스가 유동되는 양을 균일하게 유도할 수 있는 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 기체확산층은 막전극접합체(MEA)와 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 기체확산층으로서, 상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 기체확산층은 기재에 미세기공층(MPL)이 형성되고, 상기 유로는 기재에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유로는 기재에 오목하게 형성되는 홈의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유로의 깊이는 상기 기재 두께의 1/2 이하인 것이 바람직하다.
상기 다수개의 유로는 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 단위셀은 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 일면과 타면에 각각 접촉되는 한 쌍의 기체확산층과; 상기 기체확산층의 외면에 접촉되는 한 쌍의 분리판을 포함하고, 상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 기체확산층은 기재에 미세기공층(MPL)이 형성되고, 상기 유로는 기재에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유로는 기재에 오목하게 형성되는 홈의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유로의 깊이는 상기 기재 두께의 1/2 이하인 것이 바람직하다.
상기 다수개의 유로는 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 평행하게 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 소정의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 수직방향으로 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 분리판의 일측 단부에는 반응가스가 인입되는 반응가스 입구부가 형성되고, 타측 단부에는 반응가스가 배출되는 반응가스 출구부가 형성되며, 상기 기체확산층에 형성되는 유로 사이의 간격은 상기 반응가스 입구부에서 반응가스 출구부 방향으로 점점 좁아지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 상기 기체확산층에 형성되는 유로의 폭은 상기 채널부의 폭보다 작거나 같은 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 분리판 중 어느 하나의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 다른 하나의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 배치되어 반응가스가 유동되는 다공체와 상기 다공체를 지지하는 평판으로 구성될 수 있다.
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 상기 기체확산층은 상기 기체확산층 중 상기 분리판의 랜드부에 대향되면서 유로가 형성되지 않은 제 3 영역과, 상기 기체확산층 중 분리판의 채널부에 대향되는 영역과 기체확산층 중 유로가 형성된 영역인 제 4 영역으로 구분되며, 단위셀 형성을 위하여 기체확산층과 분리판이 압착되면, 상기 제 3 영역의 소재 압착정도 보다 상기 제 4 영역의 소재 압착 정도가 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분리판와 접촉되는 기체확산층의 기재에 분리판의 채널부를 통하여 유동되는 반응가스가 기체확산층으로 원활하게 유동될 수 있도록 다수의 유로를 형성함에 따라 기체확산층 전체에 반응가스가 유동되는 양을 비교적 균일하게 유도할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 이에 따라 반응면에서의 반응효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기체확산층을 통하여 분리판으로 배출되는 생성수의 배출을 원활하게 하여 플러딩을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이고,
도 2 및 도 3은 일반적인 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면이며,
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기체확산층의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3은 일반적인 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면이며,
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기체확산층의 변형예를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀을 보여주는 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀에서 반응가스가 유동되는 경향을 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 단위셀은 막전극접합체(100, MEA)와; 상기 막전극접합체(100)의 일면과 타면에 각각 접촉되는 한 쌍의 기체확산층(200)과; 상기 기체확산층(200)의 외면에 접촉되는 한 쌍의 분리판(300)을 포함한다.
막전극접합체(100)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되는 일반적인 막전극접합체로 구현된다.
기체확산층(200)은 분리판()을 통하여 유동되는 반응가스를 막전극접합체로 확산시키면서 통과시키는 수단으로서, 기재(210) 단독으로 이루어지거나 기재(210)와, 기재(210)의 일면으로 형성되는 미세기공층(220, MPL)으로 이루어진다. 기재(210) 및 미세기공층(220)의 소재는 일반적인 기체확산층에 적용되는 소재가 사용되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 기체확산층(200)으로 기재(210)와 기재의 일면에 미세기공층(220)이 형성된 기체확산층(200)을 예로 하여 설명하였다.
예를 들어 기재(210)는 탄소섬유 및 폴리테트라플루오로에틸렌 계열의 소수성 물질로 구성되는데, 탄소섬유 천(Cloth), 탄소섬유 펠트(Felt) 및 탄소섬유 종이(Paper) 등이 사용될 수 있고, 미세기공층(220)는 아세틸렌 블랙 카본(Acetylene Black Carbon), 블랙 펄 카본(Black Pearls Carbon) 등의 탄소 분말과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 계열의 소수성 물질(Hydrophobic Agent)을 혼합하여 제조한 후, 용도에 따라 기재(210)의 일면에 도포되어 형성된다. 다만, 기재는 후술되는 유로의 형성에 따른 강도 저하를 방지하기 위하여 탄소섬유 중 상대적으로 길이가 긴 장섬유가 보강될 수 있다.
한편, 기재(210)에는 분리판(300)과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로(211)가 형성된다. 이렇게 기재(210)의 표면에 다수의 유로(211)를 형성함에 따라 분리판(300)을 통하여 유동되는 반응가스가 기체확산층(200)으로 유동되는 동안 기체확산층(200)의 전체면으로 균일하게 유동될 수 있도록 유도할 수 있다.
부연하자면, 기재(210)에 형성되는 유로(211)는 기재(210)에 오목하게 형성되는 홈의 형태로 형성될 수 있다. 특히 다수개의 유로(211)는 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 기재(210)에 형성되는 유로는 기체확산층(200)에 요구되는 강도, 특히 굽힘강도를 유지하기 위하여, 유로(211)의 깊이를 기재(210) 두께의 1/2 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
유로(211)의 깊이가 너무 깊으면 상대적으로 기재(210)에서 유로(211)를 제외한 영역의 두께가 너무 얇아져서 해당 영역에서 강도가 취약해지는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
분리판(300)은 기체확산층(200) 방향으로 돌출된 복수의 랜드부(310)와, 랜드부(310) 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부(320)로 구성된다. 이때 채널부(320)는 반응가스의 이동방향을 따라 길게 형성되되 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.
그래서, 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성되는 유로(211)도 분리판(300)에 형성되는 채널부(320)와 평행하게 형성되는 것이 바람직하다. 이때 기체확산층(200)에 형성되는 유로(211)의 폭은 채널부(320)의 폭보다 작거나 같게 형성하는 것이 바람직하다.
이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 분리판(300)의 채널부(320)를 통하여 유동되는 반응가스가 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성된 유로(211)를 통하여 기재(210)로 유입됨에 따라 반응가스가 기재의 전체적인 면에 비교적 균일하게 유입되도록 한다.
특히, 도 6에 도시된 바와 같이 단위셀의 형성을 위하여 유로(211)가 형성된 기체확산층(200)이 분리판(300)의 랜드부(310) 및 채널부(320)에 대면되어 상호 간에 밀착 또는 압착되는 경우에, 분리판(300)의 분리판(300)의 랜드부(310)는 기체확산층(200)에 직접적으로 접촉되지만, 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성된 유로(211)를 제외한 부분에서만 직접적으로 접촉되면서 기체확산층(200)을 가압하기 때문에 분리판(300)의 랜드부(310)에 대향되는 기체확산층(200) 중 유로(211)가 형성되지 않은 제 3 영역(210a)만 소재의 압착정도가 커져서 해당 영역의 소재 밀도가 높고, 분리판(300)에 직접적으로 접촉되지 않는 분리판(300)의 채널부(320)에 대향되는 영역과 기체확산층(200) 중 유로(211)가 형성된 영역인 제 4 영역(210b)은 상대적으로 소재의 압착정도가 작아져서 해당 영역의 소재 밀도가 상대적으로 낮다. 이렇게 종래의 일반적인 단위셀에서보다 제 3 영역(210a)이 좁아지고, 제 4 영역(210b)이 넓어짐에 따라 반응가스가 기재의 전체적인 면에 비교적 균일하게 유입될 수 있는 것이다.
이렇게 기재(210)에서 소재의 밀도가 상대적으로 낮은 제 4 영역(210b)이 종래의 일반적인 단위셀에서의 제 2 영역(도 3의 21b)보다 광범위하게 분포됨에 따라 본 실시예에 따른 단위셀이 종래의 일반적인 단위셀보다 반응기체의 공급 및 생성수의 배출이 기재(210)의 전체적인 면에 비교적 균일하게 이루어질 수 있다.
한편, 기재에 형성되는 유로는 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기체확산층의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8에 따른 기체확산층의 변형예는 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성되는 유로(211)가 분리판(300)의 채널부(320)와 소정의 각도로 경사지게 형성된다.
일반적으로 분리판(300)에는 일측 단부에는 반응가스가 인입되는 반응가스 입구부(400a)가 형성되고, 타측 단부에는 반응가스가 배출되는 반응가스 출구부(500a)가 형성된다. 이때 분리판(300)에 형성되는 반응가스 입구부(400a)와 반응가스 출구부(500a)는 서로 대각선 방향으로 배치되어 반응가스가 반응면에서 유동되는 동안 충분히 확산되어 유동될 수 있도록 유도한다.
이렇게 반응가스 입구부(400a)와 반응가스 출구부(500a)는 서로 대각선 방향으로 배치되는 것에 대응하여 기재(210)에 형성되는 유로(211)의 형성 각도를 경사지게 형성하는 것이다.
특히, 도 7에 따른 기체확산층의 변형예는 기체확산층(200)의 유로(211) 형성방향이 반응가스 입구부(400a)에서 반응가스 출구부(500a)를 향상하는 대각선 방향에 대응하게 사선으로 형성된다. 이런 경우 생성수를 효과적으로 배출할 수 있어 플러딩을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 도 8에 따른 기체확산층의 변형예는 기체확산층(200)의 유로(211) 형성방향이 반응가스 입구부(400a)에서 반응가스 출구부(500a)를 향상하는 대각선의 수직 방향에 대응하게 사선으로 형성된다. 이런 경우 반응가스의 유동 교란이 극대화되고 반응가스가 반응면에서 유지되는 시간이 길어지면서 많은 양의 반응가스가 반응에 참여하여 연료효율을 높이는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 도 9에 따른 기체확산층의 변형예는 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성되는 유로(211)가 분리판(300)의 채널부(320)와 수직방향으로 형성된다. 이런 경우도 도 8의 변형예와 마찬가지로 반응가스의 유동 교란이 극대화되고 반응가스가 반응면에서 유지되는 시간이 길어지면서 많은 양의 반응가스가 반응에 참여하여 연료효율을 높이는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 도 10에 따른 기체확산층의 변형예는 도 9에 따른 변형예와 마찬가지로 기체확산층(200)의 기재(210)에 형성되는 유로(211)가 분리판(300)의 채널부(320)와 수직방향으로 형성된다. 다만, 기체확산층(200)에 형성되는 유로(211) 사이의 간격이 반응가스 입구부(400a)에서 반응가스 출구부(500a) 방향으로 점점 좁아지게 형성된다. 이런 경우 반응가스 출구부(500a)에 가까워질수록 반응가스 및 생성수의 유동 속도가 낮아지는 현상을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 7 내지 도 10에 도시되었지만 설명되지 않은 도면 부호 400b, 400c, 500b, 500c는 각각 냉각수 출구부, 반응가스(공기) 입구부, 냉각수 입구부 및 반응가스(공기) 출구부를 지칭한다.
한편, 실시예 및 변형예에서는 랜드부와 채널부가 형성된 한 쌍의 분리판을 사용한 것을 예로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 한 쌍의 분리판 중 어느 하나의 분리판은 전술된 실시예 및 변형예와 마찬가지로 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고, 다른 하나의 분리판은 일반적인 연료전지에 사용되는 다공체 타입의 분리판, 즉 기체확산층 방향으로 배치되어 반응가스가 유동되는 다공체와 상기 다공체를 지지하는 평판으로 구성되는 분리판을 적용할 수 있을 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10, 100: 막전극 접합체(MEA)
20, 200: 기체확산층(GDL)
21, 210: 기재
211: 유로
22, 220: 미세기공층(MPL)
30, 300: 분리판
31, 310: 랜드부
32, 320: 채널부
20, 200: 기체확산층(GDL)
21, 210: 기재
211: 유로
22, 220: 미세기공층(MPL)
30, 300: 분리판
31, 310: 랜드부
32, 320: 채널부
Claims (17)
- 막전극접합체(MEA)와 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 기체확산층으로서,
상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기체확산층은 기재에 미세기공층(MPL)이 형성되고, 상기 유로는 기재에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층.
- 청구항 2에 있어서,
상기 유로는 기재에 오목하게 형성되는 홈의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층.
- 청구항 3에 있어서,
상기 유로의 깊이는 상기 기재 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층.
- 청구항 1에 있어서,
상기 다수개의 유로는 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 기체확산층.
- 막전극접합체(MEA)와;
상기 막전극접합체의 일면과 타면에 각각 접촉되는 한 쌍의 기체확산층과;
상기 기체확산층의 외면에 접촉되는 한 쌍의 분리판을 포함하고,
상기 기체확산층에는 상기 분리판과 대면되는 면에 반응가스의 흐름을 유도하는 다수개의 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 기체확산층은 기재에 미세기공층(MPL)이 형성되고, 상기 유로는 기재에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 7에 있어서,
상기 유로는 기재에 오목하게 형성되는 홈의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 7에 있어서,
상기 유로의 깊이는 상기 기재 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 다수개의 유로는 상호 간에 소정 간격 이격되어 서로 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 소정의 각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
상기 기체확산층에 형성되는 유로는 상기 채널부와 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 13에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판의 일측 단부에는 반응가스가 인입되는 반응가스 입구부가 형성되고, 타측 단부에는 반응가스가 배출되는 반응가스 출구부가 형성되며,
상기 기체확산층에 형성되는 유로 사이의 간격은 상기 반응가스 입구부에서 반응가스 출구부 방향으로 점점 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
상기 기체확산층에 형성되는 유로의 폭은 상기 채널부의 폭보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판 중 어느 하나의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
다른 하나의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 배치되어 반응가스가 유동되는 다공체와 상기 다공체를 지지하는 평판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 분리판은 상기 기체확산층 방향으로 돌출된 복수의 랜드부와 상기 랜드부 사이에 형성되어 반응가스의 흐름을 유도하는 채널부로 구성되고,
상기 기체확산층은 상기 기체확산층 중 상기 분리판의 랜드부에 대향되면서 유로가 형성되지 않은 제 3 영역과, 상기 기체확산층 중 분리판의 채널부에 대향되는 영역과 기체확산층 중 유로가 형성된 영역인 제 4 영역으로 구분되며,
단위셀 형성을 위하여 기체확산층과 분리판이 압착되면, 상기 제 3 영역의 소재 압착정도 보다 상기 제 4 영역의 소재 압착 정도가 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 연료전지 단위셀.
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| KR1020180108060A KR102639709B1 (ko) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 연료전지용 기체확산층 및 이를 포함하는 연료전지 단위셀 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2023023093A1 (en) * | 2021-08-16 | 2023-02-23 | University Of Tennessee Research Foundation | Novel-architecture electrodes with enhanced mass transport for high-efficiency and low-cost hydrogen energy |
| KR20230084814A (ko) | 2021-12-06 | 2023-06-13 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 기체확산층 유닛 및 이를 포함하는 연료전지용 단위셀 |
| WO2024101686A1 (ko) * | 2022-11-08 | 2024-05-16 | 테라릭스 주식회사 | 점접촉 채널구조를 갖는 연료전지 분리판 |
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| JP2008198516A (ja) | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2012069260A (ja) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
-
2018
- 2018-09-11 KR KR1020180108060A patent/KR102639709B1/ko active IP Right Grant
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