KR100699450B1 - Electrolyte membrane-electrode assembly structure for fuel cell and fuel cell stack using the structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 망사형 금속 집전체를 전해질막의 양측에 압착하고 그 망사형 금속 집전체의 양측에 배치되어 공기(산소)와 연료의 유로가 형성된 유로형성플레이트를 비전도성 재질로 형성한 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조와, 그 구조를 적용한 연료전지셀 모듈을 직렬/병렬로 연결하여 구성되는 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention is a fuel cell electrolyte membrane in which a mesh-type current collector is pressed on both sides of an electrolyte membrane and disposed on both sides of the mesh-type current collector, and a flow path-forming plate having air (oxygen) and a flow path formed of a fuel is formed of a non-conductive material. A fuel cell stack comprising an electrode assembly structure and a fuel cell module in which the structure is applied are connected in series / parallel.
바람직한 실시예에 따른 전해질막-전극집합체 구조는 전해질막과, 표면에 촉매잉크가 도포 및 코팅되고 상기 전해질막의 양측에 압착되어 형성되는 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체를 포함하게 되고, 상기 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체의 일측에는 그 집전체와 동일한 재질 또는 전도성 재질로 형성된 전극리드패드가 일체로 형성된다.An electrolyte membrane-electrode assembly structure according to a preferred embodiment includes an electrolyte membrane and first and second mesh type metal current collectors formed by coating and coating a catalyst ink on a surface of the electrolyte membrane and pressing the two sides of the electrolyte membrane. On one side of the first and second mesh type metal current collectors, electrode lead pads formed of the same material or conductive material as that current collector are integrally formed.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2망사형 금속 집전체의 외측에는 공기(산소)와 연료의 유로가 형성된 제 1 및 제 2의 비전도성 플레이트를 포함하여 단위 연료전지셀이 형성되고, 그 비전도성 플레이트로는 내열성 플라스틱계가 포함된다. Preferably, a unit fuel cell is formed on the outside of the first and second mesh type metal current collectors, including first and second non-conductive plates in which air (oxygen) and a flow path of fuel are formed. Plates include heat-resistant plastics.
Description
도 1은 종래의 일예에 따른 연료전지스택의 구조를 설명하기 위한 개략적인 분해도,1 is a schematic exploded view for explaining the structure of a fuel cell stack according to a conventional example;
도 2는 도 1에 도시된 전해질막-전극집합체의 구조를 나타낸 도면,2 is a view showing the structure of an electrolyte membrane-electrode assembly shown in FIG. 1;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조를 나타낸 도면,3 is a view showing a structure of an electrolyte membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조에 의한 단위 연료전지셀을 설명하는 모식도,4 is a schematic diagram illustrating a unit fuel cell with a fuel cell electrolyte membrane-electrode assembly structure according to the present invention shown in FIG.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 전해질막-전극집합체를 채용한 공기호흡형 8-셀 연료전지스택 구조를 나타낸 도면이다. 5 is a view showing an air breathing 8-cell fuel cell stack structure employing an electrolyte membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *
10A,10B: 제 1 및 제 2커버부재, 12A,12B: 제 1 및 제 2집전체,10A, 10B: first and second cover members, 12A, 12B: first and second current collectors,
14A: 공기공급부, 14B: 연료공급부,14A: air supply section, 14B: fuel supply section,
16A,16B: 제 1 및 제 2유로형성부재,16A, 16B: first and second flow path forming members,
18: MEA(전해질막-전극집합체),18: MEA (electrolyte film-electrode assembly),
18-1, 18-2 : 제 1, 제 2 카본페이퍼18-1, 18-2: 1st, 2nd carbon paper
20: 전해질막-전극집합체, 20A: 전해질막,20: electrolyte membrane-electrode assembly, 20A: electrolyte membrane,
20B: 제 1 및 제 2 망사형 금속 집전체,20B: first and second mesh type metal current collectors,
20C: 전극리드패드, 22A,22B: 유로형성플레이트,20C: electrode lead pad, 22A, 22B: flow path forming plate,
30A,20B,30C,30D: 연료전지 셀모듈,30A, 20B, 30C, 30D: fuel cell module
32: 셀모듈분리부재.32: Cell module separating member.
본 발명은 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조와 그 구조를 채용한 공기호흡형 연료전지스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC) 또는 고분자 연료전지에 적합하게 적용 가능하면서 촉매잉크가 도포 및 코팅된 망사형 금속 집전체를 이용한 전해질막-전극집합체 구조와, 그 전해질막-전극집합체 구조를 채용한 연료전지스택에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolyte membrane-electrode assembly structure for fuel cells and an air breathing fuel cell stack employing the structure, and more particularly, to a direct methanol fuel cell (DMFC) or a polymer fuel cell. The present invention relates to an electrolyte membrane-electrode assembly structure using a mesh type metal current collector coated with and coated with a catalyst ink, and to a fuel cell stack employing the electrolyte membrane-electrode assembly structure.
최근에, 연료의 화학반응에 의해 전기에너지를 얻는 연료전지(Fuel Cell)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 바, 그 연료전지는 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 방식이기 때문에 높은 에너지변환효율을 나타낼 뿐만 아니라 환경오염을 유발하는 공해물질을 거의 배출하지 않기 때문에 친환경적인 발전시스템으로 주목되고 있다. Recently, researches on fuel cells that obtain electrical energy by chemical reaction of fuel have been actively conducted. Since the fuel cell converts chemical energy of fuel directly into electrical energy, it has high energy. As it shows conversion efficiency and emits little pollutants that cause environmental pollution, it is attracting attention as an eco-friendly power generation system.
그 연료전지에는 메탄올을 연료로 사용하는 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC)와 고분자 연료전지 등이 포함되는 바, 그 DMFC는 연료인 메탄올과 산화제로서의 산소와의 반응에 의해 전기를 생성하기 때문에 에너지밀도와 전력밀도가 상당히 높으며 특정의 주변장치(예컨대 연료개질기(Reformer))가 필요하지 않고 연료의 저장 및 공급이 용이하다는 장점을 갖는 발전장치이다.The fuel cell includes a direct methanol fuel cell (DMFC) that uses methanol as a fuel and a polymer fuel cell. The DMFC generates electricity by reaction between methanol as a fuel and oxygen as an oxidant. As a result, the energy density and power density are considerably high, and there is no need for a specific peripheral device (eg, a reformer), and a power generation device has an advantage of easy storage and supply of fuel.
도 1은 일반적인 직접메탄올 연료전지의 스택구조를 나타낸다.1 shows a stack structure of a typical direct methanol fuel cell.
도면에 도시된 연료전지스택에 따르면, 해당하는 연료전지의 물리적인 형상을 유지하기 위한 엔드플레이트(End plate)로서의 제 1 및 제 2커버부재(10A,10B)가 갖추어지게 된다.According to the fuel cell stack shown in the drawing, the first and
또, 제 1 및 제 2커버부재(10A,10B)의 내측면에는 전류의 포집을 위한 집전체(Current Collector)(12A,12B)가 배치되는 바, 그 집전체(12A,12B)는 연료로서의 메탄올과 공기(산소)의 공급에 의해 발전을 행하는 MEA(Membrane Electrode Assembly;전해질막-전극집합체)(18)의 양측에 제 1 및 제 2유로형성부재(즉, Graphite plate)(16A,16B)를 개재하여 대면된다.In addition,
여기서, 예컨대 상기 제 1커버부재(10A)상에는 공기(산소)의 주입을 위한 공기(산소)공급부(14A)와 연료의 공급을 위한 연료공급부(14B)가 마련되고, 제 2커버부재(10B)에는 잔여의 공기와 연료의 배출을 위한 공기/연료배출부(도시는 생략)가 제공된다. Here, for example, an air (oxygen)
또, 해당하는 연료전지 셀팩의 각 구성요소의 외주변에는 상기 제 1커버부재(10A)와 상기 제 2커버부재(10B)의 외주변에 형성된 나사체결공(10a)에 대응하는 위치마다 나사체결공이 형성되어 나사에 의한 결합이 이루어지게 된다.In addition, screwing is performed on the outer periphery of each component of the corresponding fuel cell cell pack at positions corresponding to the
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2집전체(12A,12B)의 내측에는 유체의 실링(Sealing)을 위한 집전체실링부재(12a,12b)가 취부되고, 상기 MEA(18)의 양측에도 유체의 실링을 위한 MEA실링부재(18A,18B)가 제공되며, 그러한 실링구조는 각 구성요소에 대한 실링이 필요한 경우에 배치된다.Preferably, current
상기 MEA(18)는 전해질막(Membrane)의 양측에 촉매잉크가 코팅되거나 도포된 제 1 및 제 2의 카본페이퍼(Carbon Paper)가 열간압착되고, 그 제 1 및 제 2카본페이퍼의 외측면에 대면되는 상기 제 1 및 제 2유로형성부재(16A,16B)는 대응하는 카본페이퍼에 공기(즉, 산소)와 연료가 균일하게 공급되도록 하기 위해 공기 및 연료의 공급을 위한 유로가 형성된 예컨대 '탄소계 플레이트'로 형성된다.The
여기서, 해당하는 연료전지 스택에 다수의 연료전지셀이 집적되는 경우 각 셀은 직렬 또는 병렬적인 연결이 필요하기 때문에 유로형성이 필요한 구성요소는 전도성 재질로 형성되어야만 되고, 그러한 전도성 재질로서는 탄소계 재질 또는 금속계 재질로 한정된다. In this case, when a plurality of fuel cell cells are integrated in a corresponding fuel cell stack, each cell needs to be connected in series or in parallel, and thus, a component requiring flow paths must be formed of a conductive material. Or metal-based materials.
즉, 도 2를 참조하면, 상기 전해질막-전극집합체(18)의 일예에 따른 구조는 전해질막(Membrane)(18-1)의 양측에 촉매잉크가 코팅되거나 도포된 제 1 및 제 2의 카본페이퍼(Carbon Paper)(18-2.18-2)가 열간압착에 의해 형성된다.That is, referring to FIG. 2, the structure according to an example of the electrolyte membrane-
여기서, 상기 전해질막-전극집합체(18)를 포함하는 연료전지셀의 양극과 음극에는 각각 산소와 연료가 공급되어야 하고, 그 때문에 상기 카본페이퍼(18-2,18-2)에 산소와 연료가 균일하게 공급되도록 하기 위해 상기 산소 및 연료의 공급을 위한 유로는 그 카본페이퍼(18-2,18-2)에 대면적으로 배치되는 전도성 플레이트( 즉, 탄소계 플레이트; 도시는 생략)에 형성된다.Here, oxygen and fuel must be supplied to the anode and the cathode of the fuel cell including the electrolyte membrane-
여기서, 해당하는 연료전지 스택에 다수의 연료전지셀이 집적되는 경우 각 셀은 직렬 또는 병렬적인 연결이 필요하기 때문에 유로형성이 필요한 구성요소는 전도성 재질로 형성되어야만 되고, 그러한 전도성 재질로서는 탄소계 재질 또는 금속계 재질로 한정된다. In this case, when a plurality of fuel cell cells are integrated in a corresponding fuel cell stack, each cell needs to be connected in series or in parallel, and thus, a component requiring flow paths must be formed of a conductive material. Or metal-based materials.
바람직하게, 상기한 연료전지 스택구조는 상기 제 1 및 제 2커버부재(10A,10B)에 대표적으로 표시된 나사체결공(10a)에 나사를 체결함으로써 일체화된다.Preferably, the fuel cell stack structure is integrated by fastening screws to screw
그런데, 상기한 종래의 연료전지 스택구조에서는 상기 전해질막-전극집합체(18)의 카본페이퍼(18-2)에 산소와 연료가 균일하게 공급되도록 하는 유로가 탄소계 플레이트에 형성되어야만 함과 더불어 다수의 연료전지셀이 구성되는 경우 각 셀의 직렬 또는 병렬 연결이 이루어져야만 되기 때문에 탄소계 재질 또는 금속계 재질의 전도성 플레이트가 필요하게 된다.However, in the above-described conventional fuel cell stack structure, a flow path for uniformly supplying oxygen and fuel to the carbon paper 18-2 of the electrolyte membrane-
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 망사형 금속 집전체에 직접 촉매잉크를 도포 및 코팅하여 전해질막을 개재시켜 열간압착함으로써 카본페이퍼의 사용을 배제함과 더불어 그 양측에 비전도성 재질(예컨대 플라스틱)의 적용이 가능하도록 한 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조를 제공함과 더불어 그 구조를 채용한 연료전지 스택을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described prior art, and the catalyst ink is directly applied to and coated on a mesh-type metal current collector to hot press through an electrolyte membrane, thereby eliminating the use of carbon paper. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack including the electrolyte membrane-electrode assembly structure for fuel cells, which enables the application of a non-conductive material (for example, plastic).
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면 다공 성의 제 1 및 제 2커버부재 내측에 배치되는 전해질막-전극집합체(MEA)와 연료공급부를 갖추어서 구성된 연료전지에 있어서, 상기 전해질막-전극집합체는 전해질막과, 표면에 촉매잉크가 도포 및 코팅되고 상기 전해질막의 양측에 압착되어 형성되는 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체를 포함하여 구성된 연료전지용 전해질막-전극집합체가 제공된다.In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, in a fuel cell comprising an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) and a fuel supply unit disposed inside the porous first and second cover members, The electrolyte membrane-electrode assembly is an electrolyte membrane-electrode assembly for a fuel cell including an electrolyte membrane and first and second mesh type metal current collectors formed by coating and coating a catalyst ink on the surface and pressing the two sides of the electrolyte membrane. Is provided.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체의 일측에는 그 집전체와 동일한 재질 또는 전도성 재질로 형성된 전극리드패드가 일체로 형성된다.According to the present invention, an electrode lead pad formed of the same material or conductive material as that of the current collector is integrally formed on one side of the first and second mesh type metal current collectors.
또, 본 발명에 따르면, 다공성의 제 1 및 제 2커버부재 내측에 배치되는 전해질막-전극집합체에 의해 형성되는 단위연료전지셀과, 연료공급부를 갖추어서 구성된 연료전지에서, 상기 전해질막-전극집합체는 전해질막과, 표면에 촉매잉크가 도포 및 코팅되고 상기 전해질막의 양측에 압착되어 형성되는 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2망사형 금속 집전체의 외측에 배치되어 공기(산소)와 연료의 유로가 형성된 제 1 및 제 2의 비전도성 플레이트를 포함하여 구성된 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조를 채용한 연료전지 스택이 제공된다.In addition, according to the present invention, in a fuel cell comprising a unit fuel battery cell formed by an electrolyte membrane-electrode assembly disposed inside the porous first and second cover members and a fuel supply unit, the electrolyte membrane-electrode The aggregate is composed of an electrolyte membrane and first and second mesh type metal current collectors formed by coating and coating a catalyst ink on the surface and pressing the both sides of the electrolyte membrane, wherein the first and second mesh type metal current collectors are formed. There is provided a fuel cell stack employing an electrolyte membrane-electrode assembly structure for a fuel cell, which is disposed on the outside and includes first and second non-conductive plates in which air (oxygen) and a flow path of fuel are formed.
바람직하게, 상기 비전도성 플레이트는 내열성 플라스틱계가 포함된다.Preferably, the non-conductive plate includes a heat-resistant plastic system.
본 발명의 또다른 실시양태에 따르면, 다공성의 제 1 및 제 2커버부재 내측에 배치되는 전해질막-전극집합체에 의해 형성되는 연료전지셀모듈과, 연료공급부를 갖추어서 구성된 연료전지 스택에 있어서, 상기 연료전지 셀모듈은 표면에 촉매 잉크가 도포 및 코팅되어 전해질막의 양측에 압착되어 형성되는 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체와, 그 제 1 및 제 2망사형 금속 집전체의 외측에 배치되어 공기(산소)와 연료의 유로가 형성된 제 1 및 제 2의 비전도성 플레이트를 포함하여 구성되고, 상기 다수의 연료전지 셀모듈의 사이에는 각 면에 통기공이 형성된 셀모듈분리부재가 배치된 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조를 채용한 연료전지 스택이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, in a fuel cell stack comprising a fuel cell module formed by an electrolyte membrane-electrode assembly disposed inside the porous first and second cover members and a fuel supply unit, The fuel cell module includes a first and second mesh type metal current collectors formed by pressing and coating catalyst ink on a surface of the fuel cell cell and being pressed on both sides of the electrolyte membrane, and on the outside of the first and second mesh type metal current collectors. And a first and a second non-conductive plate disposed to form a flow path of air (oxygen) and a fuel, and a cell module separation member having ventilation holes formed on each surface between the plurality of fuel cell cell modules. A fuel cell stack employing the electrolyte membrane-electrode assembly structure for a fuel cell is provided.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 연료전지 셀모듈의 직렬/병렬 연결을 위해 상기 상기 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체의 일측에는 그 집전체와 동일한 재질 또는 전도성 재질로 형성된 전극리드패드가 일체로 형성된다.According to the present invention, an electrode lead pad formed of the same material or conductive material as that of the current collector is provided on one side of the first and second mesh type metal current collectors for serial / parallel connection of the plurality of fuel cell modules. It is formed integrally.
또, 상기 비전도성 플레이트는 내열성 플라스틱계가 포함된다.In addition, the non-conductive plate includes a heat-resistant plastic system.
이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a structure of an electrolyte membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전해질막-전극집합체(20)는 전해질막(20A)의 양측에 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체(20B,20B)가 열간 압착되어 형성되고, 그 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체(20B,20B)의 상단 소정위치에는 해당하는 금속 집전체의 일부를 연장하여 형성되거나 별도의 부재를 이용하여 일체로 형성된 전극리드패드(Electrode lead pad)(20C)가 갖추어지게 된다.Referring to the drawings, the electrolyte membrane-
바람직하게, 상기 전해질막-전극집합체(20)는 상기 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체(20B,20B)가 상기 전해질막(20A)에 압착되는 경우 상기 제 1 및 제 2의 망사형 금속 집전체(20B,20B)는 어느 일측이 공기와 접촉되는 공기극으로 설정되는 경우 다른 일측은 연료와의 접촉을 위한 연료극으로서 기능하게 되고, 그에 따라 상기 전극리드패드(20C)가 엇갈리도록 상기 제 1 및 제 2망사형 금속 집전체(20B,20B)를 배치하면 다수의 연료전지셀의 직렬 또는 병렬적인 연결은 각 전극리드패드(20C)의 전기적인 접속만으로 달성된다.Preferably, the electrolyte membrane-
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 단전극방식의 전해질막-전극집합체를 체용한 단위연료전지셀을 설명하는 모식도이다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a unit fuel battery cell using a single-electrode electrolyte membrane-electrode assembly according to the present invention shown in FIG. 3.
도면을 참조하면, 상기한 전해질막-전극집합체(20)를 채용한 연료전지셀의 경우에는 상기 망사형 금속 집전체(20B)가 전기적인 전도성을 갖기 때문에 산소 또는 연료의 유로가 형성되는 유로형성플레이트(22A,22B)는 도 1에서의 탄소계 재질 또는 금속계 재질의 전도성 플레이트와는 달리 비전도성 재질로 형성되어도 되는 바, 바람직하게 비전도성 재질로는 플라스틱계가 대표적으로 고려된다.Referring to the drawings, in the case of the fuel cell cell employing the electrolyte membrane-
여기서, 상기 플라스틱계 재질로서는 통상적으로 연료전지의 작동온도는 상온에서 대략 80℃이기 때문에 PC(Polycarbonate)나 PC/ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 또는 PBT(Polybutylene Terephthalate)와 같은 내열성 재질이 바람직하게 된다.Here, as the plastic material, since the operating temperature of the fuel cell is generally about 80 ° C. at room temperature, a heat resistant material such as PC (Polycarbonate), PC / ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), or PBT (Polybutylene Terephthalate) is preferable.
더욱이, 그러한 플라스틱 재질을 사용하는 경우에는 탄소계 재질 또는 금속계 재질에 비해 저가이면서 경량이기 때문에 유리할 뿐만 아니라, 그 탄소계 플레이트 또는 금속계 플레이트의 경우에 비해 유로의 형성이 용이하게 된다.Moreover, the use of such plastic material is advantageous because it is cheaper and lighter than carbon-based or metal-based materials, and the flow path can be easily formed as compared with the carbon-based or metal-based plates.
도 5는 본 발명에 따른 전해질막-전극집합체를 채용한 공기호흡형 8-셀 연료전지스택을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating an air breathing 8-cell fuel cell stack employing an electrolyte membrane-electrode assembly according to the present invention.
통상적으로, 연료전지스택은 공기(산소)와 연료의 공급 방법에 따라 액티브방식(Active type)과 패시브 방식(Passive type)으로 대별되는 바, 본 발명에 따른 전해질막-전극집합체(도 3의 20)의 구조를 채용하는 경우에는 산소와 연료가 모두 액티브 방식으로 공급되도록 하는 방법과, 산소는 패시브 방식으로 공급하고 연료는 액티브 방식으로 공급되도록 하는 방법, 산소는 액티브 방식으로 공급하고 연료는 패시브 방식으로 공급하는 방법 및, 산소와 연료가 모두 패시브 방식으로 공급되도록 하는 방법의 적용이 가능하게 된다.Typically, the fuel cell stack is roughly classified into an active type and a passive type according to a method of supplying air (oxygen) and fuel. The electrolyte membrane electrode assembly according to the present invention (20 in FIG. 3). In the case of adopting the structure of), both oxygen and fuel are supplied in an active manner, oxygen is supplied in a passive manner, fuel is supplied in an active manner, oxygen is supplied in an active manner, and fuel is passive. It is possible to apply the method of supplying the gas and the method of supplying oxygen and fuel in a passive manner.
즉, 도 1에 도시된 종래의 연료전지시스템의 경우는 산소와 연료가 모두 액티브방식으로 공급되는 방식인 반면, 본 발명의 경우는 상기한 4가지 방식의 선택적인 적용이 가능하게 되는 바, 도 5에 도시된 구성은 산소와 연료가 모두 패시브 방식으로 공급되도록 하는 8셀 구조로의 적용 예이다.That is, in the case of the conventional fuel cell system illustrated in FIG. 1, both oxygen and fuel are supplied in an active manner, whereas in the present invention, the above four types of selective application are possible. The configuration shown in Fig. 5 is an example of application to an eight-cell structure in which both oxygen and fuel are supplied in a passive manner.
도 5를 참조하면 상기한 도 3의 전해질막-전극집합체에 의한 연료전지(20, 20)의 중간에 연료공급부(30A)가 개재되어 하나의 셀모듈이 형성되는 바, 그 연료공급부(30A)에는 육면체 하우징(30a)의 내측에 연료통(30b)이 구비되고 그 소정위치에는 연료주입을 위한 연료주입구(30c)가 형성된다.Referring to FIG. 5, a cell module is formed with a
상기한 구성의 셀모듈(30A,30B,30C,30D)이 다수개 갖추어지는 경우 각 셀모듈(30A,30B,30C,30D)의 사이에는 4-면에 다수의 통기공(32a)이 형성된 다수의 셀모듈분리부재(32)가 배치되고, 최외측의 셀모듈(30B, 30D)의 타측에는 다수의 통기공 (34a)이 형성된 제 1 및 제 2커버부재(34A,30B)가 배치된다.When a plurality of
따라서, 각 셀모듈(30A,30B,30C,30D)을 형성하는 망사형 금속 집전체(도 2에서 20B)의 어느 일측에는 상기 셀모듈분리부재(32)의 통기공(32a)을 통행하는 공기와 접촉이 이루어짐과 더불어 그 타측에는 연료가 공급되도록 함으로써 연료의 화학반응이 유발되어 전기의 발전이 이루어지게 된다.Therefore, the air passing through the
여기서, 각 셀모듈(30A,30B,30C,30D)의 직렬 또는 병렬의 연결은 상기 망사형 금속 집전체(20B)의 전극리드패드(20C)의 연결에 의해 달성되게 된다.Here, the series or parallel connection of each
한편, 본 발명은 상기한 예로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above examples and various changes and modifications can be carried out within the scope not departing from the technical gist and gist of the invention.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 전해질막-전극집합체 구조와 그 구조를 채용한 연료전지스택에 의하면, 상기 전해질막-전극집합체(MEA)가 전해질막을 개재하여 표면에 촉매잉크가 코팅 및 도포된 망사형 금속 집전체의 열간압착에 형성되기 때문에 공기(산소)와 연료의 유로가 형성되는 유로형성플레이트가 반드시 금속계 또는 탄소계의 전도성 재질로 형성될 필요가 없게 되면서 유로의 형성이 용이하게 되어 전체적인 중량과 제조원가의 절감이 달성된다.As described above, according to the fuel cell electrolyte membrane-electrode assembly structure and the fuel cell stack employing the structure according to the present invention, the electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) is coated with a catalyst ink on the surface of the electrolyte membrane and Since it is formed by hot pressing of the coated mesh metal current collector, the flow path forming plate on which the air (oxygen) and fuel flow paths are formed does not necessarily need to be formed of a conductive material of metal or carbon, and the flow path is easily formed. The overall weight and manufacturing cost savings are achieved.
또, 다수의 연료전지셀의 직렬 또는 병렬의 연결은 망사형 금속 집전체에 일체로 형성되는 전극리드패드의 직렬 또는 병렬 연결에 의해 달성된다.In addition, the series or parallel connection of a plurality of fuel cell cells is achieved by series or parallel connection of electrode lead pads integrally formed in a mesh metal current collector.
더욱이, 망사형 금속 집전체를 전해질막이 개재되도록 구성된 연료전지 셀모듈을 다수개 배치하고 각 셀모듈의 사이에는 각 면에 통기공이 형성된 셀모듈분리 부재를 개재시켜 공기호흡형 연료전지 스택의 형성도 가능하게 된다. Furthermore, a plurality of fuel cell cell modules configured to interpose the mesh metal current collector with an electrolyte membrane are disposed, and an air breathing fuel cell stack is formed by interposing a cell module separation member having vent holes formed on each side between each cell module. It is also possible.
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