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Abstract

本发明涉及一种燃料电池和包括该燃料电池的燃料电池堆。根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池，该燃料电池包括：膜电极组件，膜电极组件具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，并且阳极电极和阴极电极分别设置在第一表面上；端板，端板设置为在第二表面上与第二表面隔开预定间隔；第一气体扩散层，第一气体扩散层设置在阳极电极上；第二气体扩散层，第二气体扩散层设置在阴极电极上；第一分隔板，第一分隔板设置在第一气体扩散层上并且具有多个流动通道；以及第二分隔板，第二分隔板设置在第二气体扩散层上并且具有多个流动通道。

Description

燃料电池和包括该燃料电池的燃料电池堆
技术领域
本发明涉及一种燃料电池和包括该燃料电池的燃料电池堆。
本申请要求基于2018年2月22日提交的韩国专利申请第10-2018-0020840号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用合并于本文中。
背景技术
通常，燃料电池是通过氧化剂(燃料)和还原剂之间的电化学反应产生电能的能量转换装置，其优点在于，只要连续地供应燃料，就可以连续地产生电力。
图1和图2是示出常规燃料电池堆1的示意图。
燃料电池堆1包括多个燃料电池10，并且将多个燃料电池层叠以形成堆。
燃料电池堆1可以包括：膜电极组件(MEA)11，膜电极组件11配备有通过在由聚合物材料构成的电解质膜周围分别涂覆阳极11a和阴极11b而形成的电极层；塑料膜材料的热压敏粘性保护膜17(子垫片)，热压敏粘性保护膜17位于电极层区域的外周上；气体扩散层12(GDL)，气体扩散层12用于将反应气体均匀地散布于整个反应区域，并朝向阴极电极传输由阳极电极的氧化反应产生的电子；石墨和金属材料的分隔板13(双极板)，分隔板13用于将反应气体供应到气体扩散层，并且具有相同的功能；以及弹性橡胶材料的垫片18，垫片18设置在分隔板或膜电极组件的反应区域的***以防止反应气体和冷却水泄漏。
分隔板13包括与气体扩散层12接触的多个肋14和用于引导反应气体流动的多个通道15。另外，分隔板13具有冷却水通道16，冷却水通道16用于引导冷却水在其中流动。
此外，离子移动方向沿着膜厚度方向F形成。
特别是，聚合物电解质燃料电池需要加湿燃料以确保聚合物电解质的离子传导性。具体而言，氢燃料电池是通过氢气和氧气(空气)的氧化还原反应而转换为电能的装置，并且对于离子传导而言，作为反应表面的催化剂层以及作为离子传导介质的电解质膜需要水(加湿)以用于电化学反应。
由于这个原因，作为反应物的氢气和空气的反应需要加湿，并且为了降低加湿器容量并降低***成本，需要由低加湿或非加湿驱动的燃料电池技术。因此，已经开发出用于在低加湿环境中确保加湿量的各种自加湿方法的技术。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种燃料电池堆，其在反应燃料的低加湿或非加湿下被驱动。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池，其包括：膜电极组件，膜电极组件具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中阳极电极和阴极电极各自设置在第一表面上；端板，端板设置为在第二表面上与第二表面隔开预定间隔；第一气体扩散层，第一气体扩散层设置在阳极电极上；第二气体扩散层，第二气体扩散层设置在阴极电极上；第一分隔板，第一分隔板设置在第一气体扩散层上并且具有多个流动通道；以及第二分隔板，第二分隔板设置在第二气体扩散层上并且具有多个流动通道。
有益效果
如上所述，与本发明的一个示例有关的燃料电池堆具有以下效果。
它可以在低加湿或非加湿的情况下运行，并且在驱动燃料电池时可以使用非加湿的反应物(氢气、氧气(空气))。
特别是，它具有这样的结构：其中，反应物以非加湿状态(干燥气体)注入，并且可以使用基本上供应给燃料电池堆并在其中操作的冷却水来加湿膜电极组件(MEA)。
此时，反应物以非加湿状态被供应，但是由于膜电极组件的一侧暴露于冷却水，因此膜电极组件可以在不像现有技术中那样借助反应物的情况下被加湿。
常规上，气体渗透已经沿着膜的薄厚度方向进行，从而影响了耐久性，但是在本发明的情况下，气体渗透沿着膜的表面方向进行，从而增加了距离和阻力，并通过降低气体渗透率提高了OCV和耐久性。
附图说明
图1和图2是示出与本发明的一个示例有关的燃料电池堆的示意图。
图3是示出与本发明的一个示例有关的燃料电池堆的示意图。
图4是示出图3中所示的膜电极组件的视图。
图5是与本发明的一个示例有关的燃料电池的分解透视图。
图6是示出膜电极组件的各示例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的一个示例的燃料电池和包括该燃料电池的燃料电池堆。
另外，无论附图标记如何，相同或相似的附图标记被赋予相同或相应的部件，将省略对附图标记的冗余说明，并且为了便于说明，所示的每个构成构件的尺寸和形状可能被夸大或缩小。
图3是示出与本发明的一个示例有关的燃料电池堆100的示意图，图4是示出图3中所示的膜电极组件210的视图，并且图5是与本发明的一个示例有关的燃料电池200的分解透视图。
另外，图6是示出膜电极组件的各示例的示意图。
参考图3至图5，燃料电池堆100包括多个燃料电池200。
燃料电池200包括膜电极组件210、端板240、第一气体扩散层221、第二气体扩散层222、第一分隔板231和第二分隔板232。
具体地，燃料电池200包括膜电极组件210，膜电极组件210具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中，阳极电极211和阴极电极212各自设置在第一表面上。另外，燃料电池200包括端板240，端板240设置为在膜电极组件210的第二表面上与该第二表面隔开预定间隔。通过用于防止冷却水泄漏的垫片260在端板240和膜电极组件210的第二表面之间形成预定的空间部S，其中膜电极组件210的第二表面暴露于空间部S。
另外，燃料电池200包括设置在阳极电极211上的第一气体扩散层221和设置在阴极电极212上的第二气体扩散层222。也就是说，第一气体扩散层221和第二气体扩散层222均设置在膜电极组件210的第一表面上。
此外，燃料电池200包括设置在第一气体扩散层221上并具有多个流动通道的第一分隔板231，以及设置在第二气体扩散层222上并具有多个流动通道的第二分隔板232。第一分隔板231和第二分隔板232具有与各个气体扩散层接触的多个肋以及供反应气体流过的多个流动通道。另外，第一分隔板231和第二分隔板232可以具有冷却水通道，冷却水通道用于引导冷却水在其中流动。
在该结构中，离子移动方向是膜电极组件210的平面方向F。
另外，可以将冷却水供应到端板240和膜电极组件210的第二表面之间的空间中。因此，膜电极组件210的第二表面暴露于冷却水并被加湿。此外，任何一个燃料电池200的端板240与相邻层叠的另一个燃料电池的第一分隔板和第二分隔板接触。此时，相邻的燃料电池的第一分隔板和第二分隔板经由端板240冷却。
也就是说，通过将冷却水供应到膜电极组件210的第二表面和端板240之间的空间，燃料电池200的冷却和膜电极组件的加湿可以同时进行。
另外，用于引导冷却水流动的通道构件可以设置在端板240和膜电极组件210的第二表面之间的空间中。此时，通道构件可以包括网状构件250。另外，通道构件可以包括通道和多孔网状构件。
此外，燃料电池200可以包括至少一个第一垫片270，用于分别密封第一气体扩散层221和第二气体扩散层222。例如，为了分别密封第一气体扩散层221和第二气体扩散层222，第一垫片270可以包括第一开口271和第二开口272，第一气体扩散层221容纳在第一开口271中，第二气体扩散层222容纳在第二开口272中。
第一分隔板231和第二分隔板232具有导电性，并且为了使第一分隔板231和第二分隔板232电绝缘，燃料电池200还可以包括设置在第一分隔板231和第二分隔板232之间的绝缘构件280。绝缘构件280可以包括诸如丙烯酸(acrylic)、聚碳酸酯、特氟隆(Teflon)和聚氯乙烯的塑料材料，并且绝缘构件280也可以由与端板240相同的材料一体地形成。
另外，燃料电池200还可以包括第二垫片260，第二垫片260设置在端板240和膜电极组件210的第二表面之间。第二垫片260可以在中心区域中具有开口，并且上述网状构件250可以***到该开口中。
另外，端板240是可以具有电绝缘性的绝缘端板。端板240可以由电绝缘材料形成。例如，端板240可以由诸如丙烯酸、聚碳酸酯、特氟隆和聚氯乙烯的塑料材料形成，并且，端板240可以由与绝缘构件280相同的材料形成并且也可以与绝缘构件280一体地形成。
参考图6，在膜电极组件210、210’、210”中，阳极电极211、211’、211”和阴极电极221、221’、221”可以具有各种形状和尺寸。
本发明的如上所述的优选示例是出于示例性目的而公开的，其中，本领域中具有普通知识的技术人员可以在本发明的思想和范围内对本发明做出各种修正、修改和增加，并且这种修正、修改和增加应被认为落入所附权利要求的范围之内。
工业适用性
根据本发明的一个示例的燃料电池堆可以在低加湿或非加湿的情况下被驱动，并且具有在驱动燃料电池时能够使用非加湿的反应物(氢气、氧气(空气))的结构。

Claims (7)

1.一种燃料电池，包括：
膜电极组件，所述膜电极组件具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中，阳极电极和阴极电极各自设置在所述第一表面上；
端板，所述端板设置为在所述第二表面上与所述第二表面隔开预定间隔；
第一气体扩散层，所述第一气体扩散层设置在所述阳极电极上；
第二气体扩散层，所述第二气体扩散层设置在所述阴极电极上；
第一分隔板，所述第一分隔板设置在所述第一气体扩散层上并且具有多个流动通道；以及
第二分隔板，所述第二分隔板设置在所述第二气体扩散层上并且具有多个流动通道，
其中，通过第二垫片在所述端板和所述膜电极组件的所述第二表面之间形成预定的空间部，其中所述膜电极组件的所述第二表面暴露于所述空间部，
其中，冷却水被供应到所述端板和所述膜电极组件的所述第二表面之间的所述空间部中，
其中，所述燃料电池还包括绝缘构件，所述绝缘构件设置在所述第一分隔板和所述第二分隔板之间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，
其中，用于引导所述冷却水流动的通道构件设置在所述端板和所述膜电极组件的所述第二表面之间的所述空间中。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，
其中，所述通道构件包括网状构件。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，
包括至少一个第一垫片，用于分别密封所述第一气体扩散层和所述第二气体扩散层。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，
包括第一垫片，所述第一垫片包括第一开口和第二开口，所述第一气体扩散层被容纳在所述第一开口中，所述第二气体扩散层被容纳在所述第二开口中。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，
其中，所述端板具有电绝缘性。
7.一种燃料电池堆，包括根据权利要求1所述的燃料电池。
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