KR20190079312A - 연료전지용 일체형 셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MEA와 GDL간 계면 접합력을 향상시키면서 일체화할 수 있는 연료전지용 일체형 셀에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고, 상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고, 상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 연료전지용 일체형 셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 MEA와 GDL간 계면 접합력을 향상시키면서 일체화할 수 있는 연료전지용 일체형 셀에 관한 것이다.
최근, 석유 자원의 사용으로 인한 환경 오염 문제 해결은 물론, 석유 자원의 고갈에 당면하여 이를 대체 가능한 신재생 에너지원의 연구 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.
연료전지(Fuel Cell)란, 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 외부로부터 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 장치를 말한다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 등으로 분류된다.
한편, 고분자 전해질막 연료전지는 기타의 연료전지에 비하여 출력밀도(Power Density) 및 효율이 높고, 낮은 운전 온도에서 작동되며, 빠른 시동 및 응답 특성을 갖는다는 장점이 있다. 이러한 연유로, 고분자 전해질막 연료전지는 자동차 등의 수송용 전원, 주거환경에 필요한 분산용 전원은 물론, 각종 휴대용 장치의 이동용 전원으로도 다양하게 활용될 수 있다.
연료전지 단위 셀은 전해질막과, 전극(즉, 연료극, 공기극), 기체확산층(Gas Diffusion Layer, GDL) 및 분리판(Separator)을 포함한다. 그리고 이러한 연료전지 단위 셀들이 적층되어 연료전지 스택을 형성한다.
특히 전해질막에 전극이 부착된 것을 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)라 한다. 막전극접합체(MEA)는 그 형상이 초박형(현재, 50㎛ 이내) 구조로 이루어짐에 따라 운반 과정에서 훼손 및 손상이 발생될 수 있고, 특히, GDL과의 적층 과정에서 정렬도(Alignment)가 좋지 않을 경우 적층 품질이 나빠질 수 있다. 현재 대부분의 GDL과 MEA는 열압착 방식으로 단순 접합하고 있다.
이러한 MEA와 GDL 간의 적층 품질 불량은, 연료전지의 양호한 성능을 저해하며, 심지어 불량 제품으로 분류되어 사용 및 공급이 제한되기도 한다. 따라서, 이에 대한 문제점을 해결하기 위하여 막전극접합체(MEA)과 기체확산층(GDL)을 적층한 다음 그 테두리에 프레임을 일체로 사출하여 막전극접합체(MEA)과 기체확산층(GDL)을 일체화시킨 일체형 셀 기술이 제안되었다.
하지만, 종래의 일체형 셀 기술은 계면 접합력, 사출성형 불량률, 계면에서의 크로스오버 등의 여러 물성 인자들의 기체확산층(GDL)의 가장자리로 사출되는 고분자 수지의 함침정도에만 의존하고 있는 한계가 있었다.
본 발명은 MEA와 GDL간 계면 접합력을 향상시키면서 일체화할 수 있는 연료전지용 일체형 셀을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA)와; 상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과; 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고, 상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며, 상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 연통홀은 제 1 기체확산층에 형성되는 제 1 연통홀과 제 2 기체확산층에 형성되는 제 2 연통홀로 구분되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀, 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀 중 어느 하나는 상기 관통홀과 같은 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 같은 직경으로 형성되고, 서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 상기 관통홀 보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 막전극접합체를 사이에 두고 양 측면에 배치되는 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에 형성되어 서로 연통되는 연통홀의 직경을 서로 다르게 형성함에 따라 프레임의 사출시 고분자 수지가 연통홀을 충진하여 계면 접합력을 향상하여 크로스 오버를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 서로 연통되는 연통홀의 직경이 서로 달라 내경의 위치가 다르게 정렬되기 때문에 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 접촉에 의한 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
그리고 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에 서로 연통되는 홀을 형성함에 따라 적층 및 사출 공정시 보다 효과적으로 서로를 정렬할 수 있기 때문에 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층과 막전극접합체를 구성하는 애노드 및 캐소드를 구분하여 제조하기 때문에 품질 관리 및 작업성의 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀의 정면을 보여주는 모식도이고,
도 2는 도 1의 A-A선의 단면을 보여주는 단면도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 요부인 연통홀의 변경예를 보여주는 모식도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 요부인 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 단부 정렬의 변경예를 보여주는 모식도이다.
도 2는 도 1의 A-A선의 단면을 보여주는 단면도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 요부인 연통홀의 변경예를 보여주는 모식도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 요부인 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 단부 정렬의 변경예를 보여주는 모식도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀의 정면을 보여주는 모식도이고, 도 2는 도 1의 A-A선의 단면을 보여주는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA, 100)와; 상기 막전극접합체(100)의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL, 200)과; 상기 막전극접합체(100)의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL, 300)과; 상기 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리를 일체화시키는 프레임(400)을 포함한다.
막전극접합체(100)는 전해질막을 기준으로 양면에 각각 애노드 및 캐소드가 배치되어 이루어진다. 이때 애노드 및 캐소드는 전해질막의 테두리를 제외한 중앙영역에 배치되고, 이에 따라 막전극접합체(100)는 테두리를 제외한 중앙영역에 반응영역(A)이 형성된다.
한편, 막전극접합체(100)에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀(110)이 서로 이격되어 형성된다. 바람직하게는 복수의 관통홀(110)이 반응영역을 나란하게 정렬되어 둘러싸는 형태로 배치되는 것이 좋을 것이다. 이때 관통홀(110)은 막전극접합체(100)의 양면을 연통하도록 관통되어 형성된다.
제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)은 막전극접합체(100)를 기준으로 양면에 서로 대향되도록 배치된다. 그래서 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에도 막전극접합체(100)의 반응영역에 대응되는 영역에 반응영역이 형성된다. 바람직하게는 막전극접합체(100)의 반응영역(A)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 반응영역(A)은 동일한 영역을 의미한다.
한편, 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에는 각각 반응영역(A)의 가장자리를 따라 막전극접합체(100)에 형성된 관통홀(110)에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된다. 이때 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 연통홀을 제 1 연통홍(210)로 구분하고, 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 연통홀을 제 2 연통홍(310)로 구분한다.
막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 대응되는 위치에 형성되어 상호간에 연통된다. 이때 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성된다. 하지만, 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 그 중심축선이 동일 선상에 있는 것이 바람직하다.
부연하자면, 도 2에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 관통홀(110) 및 제 1 연통홍(210)보다 큰 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
그래서, 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)의 내주면이 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단되어 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 제 1 연통홍(210)과 제 2 연통홍(310)을 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홍(210) 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고, 서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홍(310) 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성될 수 있다.
예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 입구측 매니폴드(410) 방향에 형성된 관통홀(111), 제 1 연통홀(211) 및 제 2 연통홀(311)의 직경이 각각 출구측 매니폴드(420) 방향에 형성된 관통홀(112), 제 1 연통홀(212) 및 제 2 연통홀(312)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
그래서, 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)을 각각 생산한 이후에 막전극접합체(100)와의 접합을 위하여 적층시킬 때 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 정렬을 용이하게 시킬 수 있다.
그리고 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부는 서로 그 끝단을 일치시켜 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 정렬을 용이하게 시킬 수 있다.
프레임(400)은 사출 공정에 의해 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리에 성형되어 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)을 일체화시키는 수단으로서, 고분자 수지를 이용하여 형성한다. 물론 프레임(400)을 형성하는 재료는 고분자 수지에 한정되지 않고, 절연성을 가지면서 사출 공정이 가능한 다양한 재료가 적용될 수 있을 것이다.
한편, 프레임(400)은 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 테두리에 사출되면서, 프레임(400)을 형성하는 사출소재가 막전극접합체(100)의 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)에 함께 충진되면서 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 계면간 접합력을 향상시킨다.
이때 프레임(400)은 사출 금형의 형상에 따라 일측에는 입구측 매니폴드(410)가 형성되고, 타측에는 출구측 매니폴드(420)가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)의 직경을 다양하게 변경하여 구현될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 요부인 연통홀의 변경예를 보여주는 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 변경예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전술된 실시예와 마찬가지로 복수의 관통홀(110)이 형성된 막전극접합체(100)와, 복수의 제 1 연통홍(210)이 형성된 제 1 기체확산층(200)과, 복수의 제 2 연통홍(310)이 형성된 제 2 기체확산층(300)과, 상기 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)이 형성된 영역에 사출되어 형성되는 프레임(400)을 포함한다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210) 및 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 대응되는 위치에 형성되어 상호 간에 연통된다. 이때 서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성된다.
부연하자면, 도 3에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)은 관통홀 및 제 2 연통홍(310)보다 큰 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 기체확산층(200)에 형성되는 제 1 연통홍(210)과 제 2 기체확산층(300)에 형성되는 제 2 연통홍(310)은 서로 같은 직경으로 형성되고, 제 1 연통홍(210)과 제 2 연통홍(310)의 직경이 막전극접합체(100)에 형성되는 관통홀(110)의 직경보다 크게 형성된다.
한편, 본 발명은 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부의 정렬을 다양하게 변경하여 구현될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 요부인 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 단부 정렬의 변경예를 보여주는 모식도이다.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이 본 발명의 변경예에 따른 연료전지용 일체형 셀은 전술된 실시예와 마찬가지로 복수의 관통홀(110)이 형성된 막전극접합체(100)와, 복수의 제 1 연통홍(210)이 형성된 제 1 기체확산층(200)과, 복수의 제 2 연통홍(310)이 형성된 제 2 기체확산층(300)과, 상기 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)이 형성된 영역에 사출되어 형성되는 프레임(400)을 포함한다.
이때, 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬된다. 바람직하게는 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300) 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 막전극접합체(100)의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되고, 이때 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300) 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 막전극접합체(100)의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
여기서, 일측 단부는 프레임(400)에 형성되는 입구측 매니폴드(410) 방향을 의미하고, 타측 단부는 프레임(400)에 형성되는 출구측 매니폴드(420) 방향을 의미한다.
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단되어 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 단부를 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.
또한, 도 5d에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 1 기체확산층(200)의 일측 단부는 막전극접합체(100)의 일측 단부와 제 2 기체확산층(300)의 일측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그리고 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부는 서로 동일한 위치에서 정렬되고, 제 2 기체확산층(300)의 타측 단부는 막전극접합체(100)의 타측 단부와 제 1 기체확산층(200)의 타측 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬된다.
그래서, 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300)의 가장자리 단부의 정렬을 다양하게 변경하여 구현하면서 제 1 기체확산층(200)의 단부와 제 2 기체확산층(300)의 단부가 막전극접합체(100)에 의해 일렬로 정렬되는 것이 차단하여 제 1 기체확산층(200)과 제 2 기체확산층(300)이 단부를 통하여 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제시된 실시예 및 변경예에 한정되는 것이 아니라 관통홀(110), 제 1 연통홍(210) 및 제 2 연통홍(310)의 직경 변경에 따른 예들과 막전극접합체(100), 제 1 기체확산층(200) 및 제 2 기체확산층(300) 가장자리 단부의 정렬 변경에 따른 예들의 조합에 의해 더 다양한 구현될 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.
100: 막전극접합체(MEA)
110, 111, 112: 관통홀
200: 제 1 기체확산층(GDL) 210, 211, 212: 제 1 연통홀
300: 제 2 기체확산층(GDL) 310, 311, 312: 제 2 연통홀
400: 프레임 410: 입구측 매니폴드
420: 출구측 매니폴드
200: 제 1 기체확산층(GDL) 210, 211, 212: 제 1 연통홀
300: 제 2 기체확산층(GDL) 310, 311, 312: 제 2 연통홀
400: 프레임 410: 입구측 매니폴드
420: 출구측 매니폴드
Claims (8)
- 전해질막, 애노드 및 캐소드를 포함하는 막전극접합체(MEA)와;
상기 막전극접합체의 일면에 배치되는 제 1 기체확산층(GDL)과;
상기 막전극접합체의 타면에 배치되는 제 2 기체확산층(GDL)과;
상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층의 테두리에 사출 성형되어 상기 막전극접합체, 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층을 일체화하는 프레임을 포함하고,
상기 막전극접합체에는 반응영역의 가장자리를 따라 복수의 관통홀이 서로 이격되어 형성되며,
상기 제 1 기체확산층 및 제 2 기체확산층에는 각각 반응영역의 가장자리를 따라 상기 관통홀에 각각 연통되는 복수의 연통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 연통홀은 제 1 기체확산층에 형성되는 제 1 연통홀과 제 2 기체확산층에 형성되는 제 2 연통홀로 구분되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 관통홀, 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은 적어도 어느 하나가 나머지 것과 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 2에 있어서,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 다른 직경으로 형성되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀 중 어느 하나는 상기 관통홀과 같은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 2에 있어서,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀의 직경은 서로 같은 직경으로 형성되고,
서로 연통되는 위치에 형성되는 상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 상기 관통홀 보다 큰 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 2에 있어서,
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 1 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되고,
서로 다른 위치에 형성되는 복수의 제 2 연통홀 중 적어도 어느 하나는 서로 다른 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층의 양측 단부 중 적어도 어느 하나의 일측 가장자리 단부가 서로 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부와 다른 위치에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 기체확산층과 제 2 기체확산층 중 어느 하나의 일측 가장자리 단부는 상기 막전극접합체의 일측 가장자리 단부보다 중심방향으로 편중되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 일체형 셀.
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