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KR100718113B1 - 연료전지의 바이폴라 플레이트 및 연료전지 - Google Patents

연료전지의 바이폴라 플레이트 및 연료전지 Download PDF

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KR100718113B1
KR100718113B1 KR1020060009008A KR20060009008A KR100718113B1 KR 100718113 B1 KR100718113 B1 KR 100718113B1 KR 1020060009008 A KR1020060009008 A KR 1020060009008A KR 20060009008 A KR20060009008 A KR 20060009008A KR 100718113 B1 KR100718113 B1 KR 100718113B1
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KR
South Korea
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fuel
section
channel
bipolar plate
flow channel
Prior art date
Application number
KR1020060009008A
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English (en)
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지에 팽
이승재
송태원
신재영
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Priority to US11/513,254 priority patent/US8329358B2/en
Priority to JP2006326520A priority patent/JP4755574B2/ja
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Abstract

본 발명은 연료전지의 바이폴라 플레이트 및 그를 구비한 연료전지에 관하여 개시한다. 개시된 연료전지의 바이폴라 플레이트는: 연료가 유동하는 복수의 유로채널을 구비하며, 상기 연료의 흐르는 방향에 있어서, 상기 유로채널은 복수의 구간으로 구분되어서 형성된다. 상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총단면적은 감소되며, 상기 구간들 사이에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 유로채널을 통과한 상기 연료들을 혼합한다.

Description

연료전지의 바이폴라 플레이트 및 연료전지{Bipolar plate for fuel cell and fuel cell}
도 1은 일반적인 연료전지의 단위 셀 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래의 PEMFC 용 바이폴라 플레이트의 일면을 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일면을 보여주는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 종래 및 제1실시예의 바이폴라 플레이트에서 공기가 흐르는 유로채널에서의 산소농도(mol/m3)를 모사한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일부분을 보여주는 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일부분을 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일면을 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트가 적용된 연료전지의 단면도이다.
미국특허번호 6,663,997호, 미국특허공개번호 2004-0151973호
본 발명은 연료전지의 바이폴라 플레이트에 관한 것으로서 보다 상세하게는 연료전지에 사용되는 바이폴라 플레이트의 구조에 관한 것이다.
연료전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
프로톤 교환막 연료전지(PEMFC: proton exchange membrane fuel cell)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용범위가 넓은 장점을 가진다.
종래의 PEMFC는, 주로 100 ℃ 이하의 온도에서, 예를 들면 약 80 ℃에서, 작동되어 왔다. 그러나, 약 100 ℃ 이하의 낮은 작동온도로 인하여, 다음과 같은 문제점이 발생하는 것으로 알려져 있다. 즉, PEMFC의 대표적인 연료인 수소부화가스(hydrogen-rich gas)는 천연가스 또는 메탄올과 같은 유기연료를 개질하여 얻는데, 이러한 수소부화가스는 부산물로서 이산화탄소뿐만 아니라 일산화탄소를 함유한다. 일산화탄소는 캐소드와 애노드에 함유되어 있는 촉매를 피독시키는 경향이 있다. 일산화탄소로 피독된 촉매의 전기화학적 활성은 크게 저하되고 그에 따라 PEMFC의 작동효율 및 수명도 심각하게 감소된다. 주목할 점은, 일산화탄소가 촉매를 피독시키는 경향은 PEMFC의 작동온도가 낮을 수록 심화된다는 것이다.
PEMFC의 작동온도를 약 150 ℃ 이상으로 상승시키면, 일산화탄소에 의한 촉매 피독을 줄일 수 있으며, PEMFC의 온도 제어도 매우 용이하게 되므로, 연료개질기의 소형화 및 냉각장치의 단순화가 가능해지고, 그에 따라, PEMFC 발전 시스템 전체를 소형화할 수 있다.
PEMFC의 단위 셀은 도 1에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3) 사이에 전해질막(1)이 개재되어 멤브레인 전극 어셈블리(membrane electrode assembly: MEA) 구조를 형성한다. 각 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)의 구조는 연료와 산화제의 공급 및 확산을 위한 연료확산층(diffusion layer, 22, 32)과 연료와 산화제의 산화/환원 반응이 일어나는 촉매층(21, 31), 그리고 전극 지지체(23, 33)을 구비한다. 연료전지의 단위 셀의 발생전압은 이론적으로는 1.2 V 정도이지만 상온, 상압 조건에서 개회로 전압(open circuit voltage)은 1 V 이하가 되며, 실제 작동전압은 0.4 ~ 0.7 V 정도가 된다. 따라서 원하는 용량의 전압을 얻기 위해서는 여러 장의 단위 셀을 직렬로 연결하여야 한다.
스택 전지는 여러 장의 단위 셀이 적층된 것이며, 적층된 단위 셀들은 전기적으로 직렬 연결된 것이다. 단위 셀들 간에는 도전성 플레이트인 바이폴라 플레이트(bipolar plate)(4)가 개재되어 인접한 단위 셀 들을 전기적으로 상호 연결한다.
바이폴라 플레이트(4)로서 전기전도성과 기계적 강도가 우수하고 가공성이 좋은 흑연블록(graphite block)이 주로 적용되며, 메탈 또는 전도성 고분자가 함유된 복합(composite) 재료들에 의한 블록도 적용된다. 바이폴라 플레이트(4)의 양면에는 접촉되는 애노드(2)와 캐소드(3)에 각각 연료(수소)와 공기를 독립적으로 공급하기 위한 유로 채널(41, 42)이 형성되어 있다. 스택의 중간에 위치하는 바이폴라플레이트(4)의 양면에 공기채널(42) 및 연료채널(41)이 각각 형성되어 있고, 스택의 종단에는 각각 접촉되는 전극(2, 3)에 연료 또는 산소를 공급하는 모노폴라 플레이트(monopolar plate)인 엔드 플레이트(미도시)가 배치된다. 엔드 플레이트에는 접촉되는 단위 셀에 공기 또는 연료를 공급하는 채널(도 1의 41, 42 참조)이 형성되어 있다.
도 2는 종래의 PEMFC 용 바이폴라 플레이트의 일면, 예컨대 캐소드 전극용 연료채널이 형성된 면을 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 바이폴라 플레이트(4)에는 MEA 가 배치되는 전극영역(47)에 복수의 유로채널(41)이 상부가 개방되게 형성되어 있다. 전극영역(47) 밖에는 연료채널(41)의 입,출구와 연결되는 매니폴드(46)와, 상기 매니폴드(46)에 연통되어서 수소연료 또는 산화제 연료를 공급 또는 배출하는 통로로서 바이폴라 플레이트(4)를 관통하는 연료통로홀(43a,43b,44a,44b)이 형성되어 있다. 상기 연료통로홀(43a,43b,44a,44b)은 수소 연료의 입구(43a) 및 출구(43b)와, 산화제의 입구(44a) 및 출구(44b)를 형성한다. 참조번호 42는 MEA와 접촉되는 랜드(land)를 가리킨다.
도 2의 유로채널들(41)은 동일한 단면적을 가진 단순한 구조로 이루어질 수 있으며, 이러한 유로채널(41)을 구비한 바이폴라 플레이트(4)에서는 유로를 흐르는 기체(공기 또는 개질된 수소개스)의 산소농도 또는 수소농도가 개스의 흐름에 따라서 낮아진다. 이에 따라서 연료전지의 전류밀도가 균일하지 못하며, 국부적으로 반응열이 증가할 수 있다. 또한, 유로채널(41)의 수직 단면에서 멤브레인(도 1의 1)과 접촉하는 표면 부분의 산소농도(애노드 전극에서는 수소농도)가 유로채널(41)의 바닥부분의 산소농도 보다 낮게 되어서 연료전지의 효율이 낮아진다.
본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 바이폴라 플레이트의 유로채널에서 흐르는 유체의 농도 구배의 균일성을 향상시키는 연료전지의 바이폴라 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 바이폴라 플레이트를 구비한 연료전지를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 연료전지용 바이폴라 플레이트는,
연료가 유동하는 복수의 유로채널이 형성된 연료전지의 바이폴라 플레이트에 있어서,
상기 연료의 흐르는 방향에 있어서, 상기 유로채널은 복수의 구간으로 구분되어서 형성되며,
상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총단면적은 감소되며,
상기 구간들 사이에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 유로채널을 통과한 상기 연료들을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 유로채널은 대략 직선적으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총개구면적률은 증가된다.
또한, 상기 구간은 두 개 또는 세 개의 구간으로 형성된다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 연료전지는:
전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재된 연료전지에 있어서,
상기 바이폴라 플레이트는, 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 각각 수소연료 또는 산화제 연료를 공급하는 복수의 유로채널을 구비하며,
상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에 상기 연료를 공급하는 상기 유로채널은 상기 연료의 흐르는 방향에 있어서, 복수의 구간으로 구분되어서 형성되며, 상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총단면적은 감소되며,
상기 구간들 사이에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 유로채널을 통과한 상기 연료들을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료전지 바이폴라 플레이트의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 플레이트의 일면, 예컨대 공기가 공급되는 면을 보여주는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 바이폴라 플레이트(100)의 일면에는 산화제(공기)가 유동하는 유로채널(121,122)이 형성되어 있으며 다른 면에는 연료가 유동하는 유로채널(미도시)이 형성되어 있다. 상기 유로채널(121,122)은 MEA와 접촉되는 전극영역(110) 내에 형성되어 있다. 상기 유로채널은 제1구간(111) 및 제2구간(112)으로 구분되어 있으며, 제1구간(111) 및 제2구간(112) 사이에는 MEA와 접촉되지 않는 혼합공간(114)이 형성되어 있다. 상기 유로채널(121,122)과 상기 혼합공간(114)은 상부가 개방되게 형성되어 있다.
전극영역(110) 밖에는 제1구간(111)의 입구와 제2구간(112)의 출구와 연결되는 매니폴드(130)와, 상기 매니폴드(130)에 연통되어서 산화제 연료(공기)를 공급 또는 배출하는 통로로서 바이폴라 플레이트(100)를 관통하는 연료통로홀(141~144)이 형성되어 있다. 상기 연료통로홀(141,142)은 산화제의 입구(141) 및 출구(142)를 형성한다. 참조번호 143, 144는 각각 수소연료 통로홀을 가리키며, 참조번호 121,122는 MEA와 접촉되는 랜드(land)를 가리킨다.
제1구간(111)의 유로채널(121)과 제2구간(112)의 유로채널(122)은 다른 크기로 형성된다. 표 1은 제1구간(111) 및 제2구간(112)의 유로채널(131,132)의 디자인 값의 비(ratio)를 보여준다.
Figure 112006006921378-pat00001
표 1을 참조하면, 제1구간(111)에서의 유로채널들(121)의 총단면적(폭 X 깊이 X 연료채널수)은 1.4 인 데 비해서, 제2구간(112)에서의 유로채널들의 총단면적은 1.26 으로 작아지며, 따라서 제2구간(112)에서의 유속의 증가가 있다. 또한, 제1구간(111)에서의 유로채널들(121)의 총 개구면적률(폭 x 채널수)(MEA와 접촉하는 면적률)은 1 이며, 제2구간(112)에서의 유로채널들(122)의 총 개구면적률은 1.2 이며, 따라서 제2구간(112)에서의 MEA 접촉면적률은 증가한다. 이러한 설계는 제1구간(111)에서의 산소의 농도 보다 낮은 제2구간(112)에서의 산소농도를 보상하기 위해서 제2구간(112)에서의 유속을 증가시키고 MEA 접촉면적률을 증가시킨 것이다.
도 4 및 도 5는 각각 종래 및 제1실시예의 바이폴라 플레이트(100)에서 공기가 흐르는 유로채널(121,122)에서의 산소농도(mol/m3)을 모사한 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 공기가 흐르는 화살표 방향에서 제1실시예의 바이폴라 플레이트(100)를 기준으로 제1구간(111)에서의 산소농도의 감소 분포는 종래의 경우와 제1실시예의 경우, 거의 같으나, 제2구간(112)에서 종래의 경우에 비해 제1실시예의 경우 산소 농도의 감소폭이 적은 것을 알 수 있었다. 이는 제2구간(112)에서의 유로채널(122)의 깊이가 상대적으로 낮아서 결국 유로채널(122)의 수직단면에서의 산소농도의 차가 낮아진 때문으로 해석된다.
표 2는 종래의 바이폴라 플레이트(4)와 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100)를 채용한 연료전지에서의 성능을 비교한 데이터이다.
Figure 112006006921378-pat00002
표 3은 연료전지의 작동조건을 보여준다.
Figure 112006006921378-pat00003
표 2 및 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(100)를 사용한 연료전지에서 평균 전류밀도가 증가된 것을 볼 수 있다. 캐소드 전극과 접촉되는 유로채널(121,122)에서의 압력손실의 증가는 제2구간(112)에서의 유로채널(122)의 총단면적 감소에 따른 유속의 증가 때문이다. 이러한 제2구간(112)에서의 유속의 증가, MEA 와의 접촉면적 증가, 유로채널(122)의 수직단면에서의 농도의 균일화가 제2구간(112)에서의 산소 공급을 도와주며, 따라서 양호한 전류특성을 가져온 것으로 보인다. 한편, 애노드 전극과 접촉되는 면에서의 압력손실은 차이가 없었으며, 이는 동일한 바이폴라 플레이트를 사용하였기 때문이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100')의 일부분을 보여주는 부분 사시도이며, 상기 제1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제1구간(111) 및 제2구간(112) 사이의 혼합공간(114)에 돌출부인 장벽(obstacle)(150)이 형성되어 있다. 제1구간(111)의 유로채널(121)을 통과한 유체는 상기 장벽(150)을 통과하여 제2구간(112)의 유로채널(122)로 진입하며, 이때 유체는 혼합되며, 따라서 연료 농도가 균일해진다. 상기 장벽(150)은 제1구간(111)의 유로채널(121)의 출구와 대향되게 설치되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100'')의 일부분을 보여주는 사시도이며, 상기 제1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제1구간(111) 및 제2구간(112) 사이의 혼합공간(114)에 돌출부인 분배부(disturber)(160)가 형성되어 있다. 상기 분배부(160)는 원기둥 형상인 것이 바람직하다. 제1구간(111)의 유로채널(121)을 통과한 유체는 상기 분배부(160)을 통과하여 제2구간(112)의 유로채널(122)로 진입하며, 이때 유체는 혼합되며, 따라서 연료 농도가 균일해진다.
표 4는 종래 기술의 바이폴라 플레이트(100)와 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100',100'')를 채용한 연료전지에서의 성능을 비교한 데이터이다. 연료전지의 운전조건은 표 3과 동일하였다.
Figure 112006006921378-pat00004
표 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(100',100'')를 사용한 연료전지에서 평균 전류밀도가 증가된 것을 볼 수 있다. 특히, 분배부(160)를 채용한 제3실시예의 바이폴라 플레이트(100'')를 구비한 연료전지의 전류밀도 향상이 크다. 캐소드 전극과 접촉되는 유로채널(121,122)에서의 압력손실의 증가는 제2구간(112)에서의 유로채널(122)의 총단면적의 감소와 돌출부(150,160)에 의한 것이며, 이에 따라 제2구간(112)에서의 유속이 증가되었다. 이러한 제2구간(112)에서의 유속의 증가, MEA 와의 접촉면적률 증가, 유로채널의 수직단면에서의 농도의 균일화가 제2구간(112)에서의 산소 공급을 도와주며, 따라서 양호한 전류특성을 가져온 것으로 보인다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(200)의 일면, 예컨대 공기가 공급되는 면을 보여주는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 바이폴라 플레이트(200)의 일면에는 산화제(공기)가 유동하는 유로채널(221,222,223)이 형성되어 있으며 다른 면에는 연료가 유동하는 유로채널(미도시)이 형성되어 있다. 상기 유로채널(221,222,223)은 MEA와 접촉되는 전극영역(210) 내에 형성되어 있다. 전극영역(210)은 제1 ~ 제3구간(211,212,213)으로 구분되어 있으며, 제1구간(211) 및 제2구간(212) 사이와, 제2구간(212) 및 제3구간(213) 사이에는 MEA와 접촉되지 않는 혼합공간(214,215)이 형성되어 있다. 상기 유로채널(221,222,223)과 상기 혼합공간(214,215)은 상부가 개방되게 형성되어서 유로의 역할을 한다. 상기 혼합공간(214,215)에는 돌출부인 분배부(도 7의 160)가 형성될 수 있다.
전극영역(210) 밖에는 제1구간(211)의 입구와 제3구간(213)의 출구와 연결되는 매니폴드(230)와, 상기 매니폴드(230)에 연통되어서 산화제 연료(공기)를 공급 또는 배출하는 통로로서 바이폴라 플레이트(200)를 관통하는 연료통로홀(241~244)이 형성되어 있다. 상기 연료통로홀(241,242)은 산화제의 입구(241) 및 출구(242)를 형성한다. 참조번호 243,244는 각각 수소연료 통로홀을 가리키며, 참조번호 231,232,233는 MEA와 접촉되는 랜드(land)를 가리킨다.
표 5는 제1구간(211)~제3구간(213)의 유로채널의 디자인 값의 비(ratio)를 보여준다.
Figure 112006006921378-pat00005
표 5를 참조하면, 제1구간(211)~제3구간(213)에서의 유로채널들(221,222,223)의 각각의 총단면적은 1.4 : 1.32 : 1.2 이다. 따라서 제1구간(211)에서 제3구간(213)으로 갈수록 유속이 증가된다.
또한, 제1구간(211)~제3구간(213)에서의 유로채널들(221,222,223)의 총 개구면적률(폭 x 채널수)(MEA와 접촉하는 면적률)은 2 : 2.1 : 2.4 이며, 따라서 제1구간(211) 보다 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 MEA 접촉면적률은 증가한다. 이러한 설계는 제1구간(211)에서의 산소의 농도 보다 낮은 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 산소농도를 보상하기 위해서 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 유속을 증가시키고 MEA 접촉면적률을 증가시킨 것이다.
표 6은 제4 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(200)를 채용한 연료전지에서의 성능을 나타낸 데이터이다. 운전조건은 표 2에 나타난 조건과 같다.
Figure 112006006921378-pat00006
표 6을 참조하면, 제4 실시예에 따른 바이폴라 플레이트(200)를 사용한 연료전지에서 평균 전류밀도가 종래기술 보다 증가된 것을 볼 수 있다. 캐소드 전극과 접촉되는 유로채널에서의 압력손실의 증가는 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 단면적 감소에 의한 것이며, 이에 따라 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 유속이 증가되었다. 이러한 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 유속의 증가, MEA 와의 접촉면적률 증가, 유로채널의 수직단면에서의 농도의 균일화가 제2구간(212) 및 제3구간(213)에서의 산소 공급을 도와주며, 따라서 양호한 전류특성을 가져온 것으로 보인다. 한편, 애노드 전극과 접촉되는 면에서의 압력손실은 차이가 없었으며, 이는 동일한 애노드 바이폴라 플레이트를 사용하였기 때문이다.
도 9는 본 발명에 따른 바이폴라 플레이트(100)가 적용된 연료전지의 단면도이며, 제1실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 연료전지에는 다수의 MEA가 적층되어 있으며, MEA 사이에는 도전성 플레이트인 바이폴라 플레이트(100)가 배치되어 있다. 각 MEA는 멤브레인(170)을 중앙으로 하여 그 양측에 애노드 전극(172) 및 캐소드 전극(174)이 배치되어 있다. 상기 연료전지의 상하에 종단 도전성 플레이트(180a,180b)가 배치되어 있다. 이 종단 도전성 플레이트(180a,180b)는 그 일면 만이 MEA 와 접촉되므로 바이폴라 플레이트(100)의 일면의 형상을 가지며 그 작용은 바이폴라 플레이트(100)와 동일하다. 상기 종단 도전성 플레이트(180a, 180a)의 바깥측 표면에 전류 집전판(190a, 190b)이 위치한다. MEA 및 이들 사이의 바이폴라 플레이트(100) 및 종단 도전성 플레이트(180a,180b), 전류집전판(190a,190b)은 양 고정용 엔드 플레이트(195a,195b)에 의해 나사결합되어 고정될 수 있다.
참조번호 150은 실링제, 예컨대 가스캣이며, 연료통과홀(141~144)로부터의 수소연료 또는 산화제(공기)가 애노드 전극(172) 또는 캐소드 전극(174)과 연통되는 것을 방지한다.
상기한 바와 같이, 본원 발명에 따른 바이폴라 플레이트는 산소농도가 낮아 지는 구간에서의 유체의 속도를 증가시키며, 유로채널의 수직 높이를 낮추고, 유로채널의 총 폭을 넓혀서 MEA로 산소공급을 증가시킨다.
본 발명에 따른 프로톤 교환막 연료전지 스택은 상기 바이폴라 플레이트를 장착함으로써 연료의 공급이 용이해지며, 따라서 전류밀도가 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 연료가 유동하는 복수의 유로채널이 형성된 연료전지의 바이폴라 플레이트에 있어서,
    상기 연료의 흐르는 방향에 있어서, 상기 유로채널은 복수의 구간으로 구분되어서 형성되며,
    상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총단면적은 감소되며,
    상기 구간들 사이에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 유로채널을 통과한 상기 연료들을 혼합하는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로채널은 직선적으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총개구면적률은 증가되는 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구간은 두 개 또는 세 개의 구간으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이폴라 플레이트.
  5. 전해질막의 양면에 각각 마련되는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 구비하는 멤브레인 전극 어셈블리(MEA)가 적층된 복수의 바이폴라 플레이트 사이에 개재된 연료전지에 있어서,
    상기 바이폴라 플레이트는, 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극에 각각 수소연료 또는 산화제 연료를 공급하는 복수의 유로채널을 구비하며,
    상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에 상기 연료를 공급하는 상기 유로채널은 상기 연료의 흐르는 방향에 있어서, 복수의 구간으로 구분되어서 형성되며, 상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총단면적은 감소되며,
    상기 구간들 사이에는 복수의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부는 상기 유로채널을 통과한 상기 연료들을 혼합하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유로채널은 직선적으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료가 인입되는 구간으로부터 상기 연료가 배출되는 구간으로 갈수록 상기 유로채널들의 총개구면적률은 증가되는 것을 특징으로 하는 연료전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 구간은 두 개 또는 세 개의 구간으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지.
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