KR101271871B1 - 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 가능한, 연료 전지를 제공한다. 막 전극 구조체(4)와, 상기 막 전극 구조체(4)를 끼움 지지하도록 배치되는 한 쌍의 가스 분리판(7, 8)을 구비하고, 적어도 한쪽의 가스 분리판(7, 8)은, 유체의 투과를 방지할 수 있는 치밀층(7c, 8c)과, 유체를 통과시킬 수 있는 다공질층(7d, 8d)을 갖고, 다공질층(7d, 8d)에, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가 함침되어 있는, 연료 전지(10)로 한다.

Description

연료 전지 {FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지에 관한 것이다.
연료 전지는, 전해질층(이하 「전해질막」이라고 함.)과, 전해질막의 양면측에 각각 배치되는 전극(애노드 촉매층 및 캐소드 촉매층)을 구비하는 막 전극 구조체(이하 「MEA」라고 하는 경우가 있음.)에서 전기 화학 반응을 일으키고, 당해 전기 화학 반응에 의해 발생한 전기 에너지를 외부에 취출하는 장치이다. 연료 전지 중에서도, 가정용 코제너레이션 시스템이나 자동차 등에 사용되는 고체 고분자형 연료 전지(이하 「PEFC」라고 하는 경우가 있음.)는, 저온 영역에서 운전할 수 있다. 이 PEFC는, 높은 에너지 변환 효율을 나타내고, 기동 시간이 짧고, 또한 시스템이 소형 경량이기 때문에, 전기 자동차의 동력원이나 휴대용 전원으로서 주목받고 있다.
PEFC의 단셀은, MEA와, 당해 MEA를 끼움 지지하는 한 쌍의 집전체를 구비하고, MEA에는, 함수 상태로 유지됨으로써 프로톤 전도 성능을 발현하는 프로톤 전도성 폴리머가 함유된다. PEFC의 운전시에는, 애노드에 수소 함유 가스(이하 「 수소」라고 함.)가, 캐소드에 산소 함유 가스(이하 「공기」라고 함.)가, 각각 공급된다. 애노드로 공급된 수소는, 애노드의 촉매층(이하 「애노드 촉매층」이라고 하는 경우가 있음.)에 포함되는 촉매의 작용 하에서 프로톤과 전자로 분리되고, 수소로부터 발생된 프로톤은, 애노드 촉매층 및 전해질막을 통해 캐소드의 촉매층(이하 「캐소드 촉매층」이라고 하는 경우가 있음.)으로 도달한다. 한편, 전자는, 외부 회로를 통해 캐소드 촉매층으로 도달하고, 이러한 과정을 거침으로써, 전기 에너지를 취출하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 캐소드 촉매층으로 도달한 프로톤 및 전자와, 캐소드 촉매층으로 공급된 공기에 함유되어 있는 산소가 반응함으로써, 물이 생성된다.
PEFC의 운전 중에, 단셀 내의 수량 분포는 불균일해지는 경우가 있다. 단셀 내의 수량 분포가 불균일해지면, 물이 적은 건조 부위에서는 전해질막의 프로톤 전도 저항이 증대하여 발전 성능이 저하되기 쉽고, 물이 저류된 습윤 부위에서는 잉여수에 의해 가스의 확산이 방해되어 발전 성능이 저하되기 쉽다. 그로 인해, 발전 성능을 향상시키기 위해서는, 단셀 내의 수량 분포를 균일화하는 것이 기대되고 있다.
단셀 내의 수량 분포를 균일화하는 것 등을 목적으로 한 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 치밀층과 다공부로 구성되는 가스 분리판을 갖고, 가스 분리판의 다공부에 공공부(空孔部)를 남겨 전해액을 저장하도록 한 연료 전지가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 반응물 유로와 액체 유로가 다공질 재료에 의해 격리되어 있는 판을 갖고, 반응물 유로의 상류 부분과 하류 부분의 사이에 압력차가 제공되어, 반응물 유로의 상류 부분에서 반응물이 가습되고, 반응물 유로의 하류 부분에서 액체수가 제거되는 연료 전지 시스템이 개시되어 있다.
일본 공고 특허 평8-1803호 공보 국제 공개 제2004／51818호 팜플릿
특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 다공부에 전해액이 저장되고, 다공부를 통해 단셀 내에서 물을 이동시키는 것이 가능해지므로, 단셀 내의 수량 분포를 균일화하는 것이 가능해진다고 생각된다. 그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 연료 전지를 고온에서 운전하면, 증발한 다량의 물이 단셀로부터 사라져, 단셀 내의 수량 분포를 균일화하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에는, 고온 운전시의 발전 성능이 저하되기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술과 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술을 조합하였다고 해도, 해결하는 것이 곤란하였다.
따라서 본 발명은, 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 가능한 연료 전지를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 취한다. 즉,
본 발명은, 막 전극 구조체와, 상기 막 전극 구조체를 끼움 지지하도록 배치되는 한 쌍의 가스 분리판을 구비하고, 적어도 한쪽의 가스 분리판은, 유체의 투과를 방지 가능한 치밀층과, 유체를 통과시킬 수 있는 다공질층을 갖고, 다공질층에, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가 함침되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 전지이다.
또한, 상기 본 발명에 있어서, 치밀층과 다공질층의 계면 및／또는, 다공질층에, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체를 유통시키는 액체 유로가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명에 있어서, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가, 희황산인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가 다공질층에 함침되어 있으므로, 고온 운전시라도 물의 증발을 억제할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 고온 운전시라도, 다공질층을 통해, 단셀에 포함되는 물을 이동시킬 수 있고, 단셀 내의 수량 분포를 균일화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 가능한 연료 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 치밀층과 다공질층의 계면 및／또는, 다공질층에 액체 유로가 구비됨으로써, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체를 다공질층으로 함침시키는 것이 용이해진다.
또한, 본 발명에 있어서, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가 희황산임으로써, 상기 효과에 더하여, 또한, 막 전극 구조체에 함유되는 촉매의 피독을 억제할 수 있으므로, 연료 전지의 발전 성능을 향상시키는 것이 용이해진다.
도1은 본 발명의 연료 전지의 형태예를 도시하는 도면이다.
PEFC에서는, 운전 중에 물이 생성된다. 프로톤 전도 성능의 저하를 억제하는 것 등을 목적으로 하여, 단셀에는 가습된 반응 가스가 공급된다. 그런데, 생성된 물은 반응 가스와 함께 이동할 수 있으므로, 예를 들어 반응 가스의 입구 근방에서는 MEA가 건조되기 쉽고, 예를 들어 반응 가스의 출구 근방에서는 생성된 물이 저류되기 쉽다. MEA가 건조되면 프로톤 전도 저항이 증대하므로, PEFC의 발전 성능이 저하된다. 또한, 생성된 물이 저류되면 반응 가스의 확산이 저해되므로, 전기 화학 반응의 발생 빈도가 저하되고, PEFC의 발전 성능이 저하된다. 그로 인해, PEFC의 발전 성능을 향상시키기 위해서는, 단셀 내에 있어서의 수량 분포를 균일화하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 가스 분리판(이하에 있어서 「세퍼레이터」라고 하는 경우가 있음.)의 다공질부에 물을 함침시키도록 한 연료 전지가 개시되어 있다. 그런데, 지금까지의 기술에서는, 고온 운전시에 다량의 물이 증발하기 때문에, 단셀 내에 있어서의 수량 분포를 균일화하는 것이 곤란하고, 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 곤란하였다. 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키기 위해서는, 고온 운전시에 있어서의 물의 증발을 방지하는 것이 필요하다고 생각된다.
본 발명은, 이와 같은 지식에 기초하여 이루어진 것이다. 본 발명은, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체를 세퍼레이터의 다공질부에 함침시킴으로써, 고온 운전시라도 물의 증발을 억제하고, 단셀 내의 수분량을 균일화함으로써 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 가능한 연료 전지를 제공하는 것을, 주된 요지로 한다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 형태는 본 발명의 예시이며, 본 발명은 이하에 나타내는 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 연료 전지(10)의 형태예를 도시하는 도면이다. 도 1에서는, 본 발명의 연료 전지(10)에 구비되는 단셀의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지(10)(이하에 있어서 「단셀(10)」이라고 하는 경우가 있음.)는, 전해질막(1) 및 상기 전해질막(1)의 일면측에 배치된 촉매층(2) 및 다른 면측에 배치된 촉매층(3)을 갖는 막 전극 구조체(4)(이하에 있어서 「MEA(4)」라고 함.)와, 촉매층(2)측에 배치된 가스 확산층(5)과, 촉매층(3)측에 배치된 가스 확산층(6)과, 가스 확산층(5)의 외측에 배치된 세퍼레이터(7)와, 가스 확산층(6)의 외측에 배치된 세퍼레이터(8)를 갖고 있다. 전해질막(1), 촉매층(2) 및 촉매층(3)에는, 프로톤 전도 성능을 갖는 폴리머가 함유되고, 또한, 촉매층(2) 및 촉매층(3)에는, 연료 전지(10)의 운전시에 발생하는 전기 화학 반응의 촉매로서 기능하는 물질(이하에 있어서 「촉매」라고 함.)이 함유되어 있다. 연료 전지(10)에 있어서, 세퍼레이터(7)는, 유체를 투과시키지 않는 치밀 재료에 의해 구성된 고체 유로판(7a)과 냉각수 유로판(7b)을 맞대어 구성된 치밀층(7c)과, 상기 치밀층(7c)의 오목부에 배치된 다공질층(7d)을 갖는다. 고체 유로판(7a)과 냉각수 유로판(7b)의 계면에는 냉각수 유로(7e)가, 치밀층(7c)과 다공질층(7d)의 계면에는 액체 유로(7f)가 각각 형성되어 있다. 또한, 가스 확산층(5)과 마주 보는 세퍼레이터(7)의 면[다공질층(7d)의 가스 확산층(5)측의 면을 포함하는]에는, 반응 가스가 유통하는 가스 유로(7g)가 형성되어 있다. 한편, 세퍼레이터(8)는, 유체를 투과시키지 않는 치밀 재료에 의해 구성된 고체 유로판(8a)과 냉각수 유로판(8b)을 맞대어 구성된 치밀층(8c)과, 상기 치밀층(8c)의 오목부에 배치된 다공질층(8d)을 갖는다. 고체 유로판(8a)과 냉각수 유로판(8b)의 계면에는 냉각수 유로(8e)가, 치밀층(8c)과 다공질층(8d)의 계면에는 액체 유로(8f)가 각각 형성되어 있다. 또한, 가스 확산층(6)과 마주 보는 세퍼레이터(8)의 면[다공질층(8d)의 가스 확산층(6)측의 면을 포함하는]에는, 반응 가스가 유통하는 가스 유로(8g)가 형성되어 있다. 당해 구성에 더하여, 본 발명의 연료 전지(10)는, 액체 유로(7f) 및 액체 유로(8f)로 공급되는 희황산을 저류하는 액체 탱크(9)를 갖는다. 액체 유로(7f) 및 액체 유로(8f)와 액체 탱크(9)는, 액체 통로(9x)를 통해 접속되어 있고, 이 액체 통로(9x)에는, 액체 탱크(9)에 저류된 희황산을 액체 통로(9x)로 보낼 때에 사용되는 펌프(9y)가 접속되어 있다.
연료 전지(10)의 운전시에는, 예를 들어, 가스 유로(7g) 및 가스 확산층(5)을 통해, 가습된 수소가 촉매층(2)으로 공급되는 동시에, 가스 유로(8g) 및 가스 확산층(6)을 통하여, 가습된 공기가 촉매층(3)으로 공급된다. 촉매층(2)으로 공급된 수소는, 촉매층(2)에 함유되는 촉매(예를 들어, 백금 등. 이하에 있어서 동일.)의 작용 하에서 프로톤과 전자로 분리되고, 촉매층(2)에서 생성된 프로톤은, 촉매층(2), 전해질막(1) 및 촉매층(3)에 함유되는 프로톤 전도성 폴리머를 타고, 촉매층(3)으로 이동한다. 이에 대해, 촉매층(2)에서 생성된 전자는, 외부 회로를 경유하여, 촉매층(3)으로 이동한다. 그리고, 촉매층(3)으로 공급된 공기에 함유되어 있는 산소와, 촉매층(2)로부터 촉매층(3)으로 이동해 온 프로톤 및 전자가, 촉매층(3)에 함유되는 촉매의 작용 하에서 반응함으로써, 물이 생성된다.
이와 같이, 연료 전지(10)의 운전시에는, 가습된 수소 및 공기(이하에 있어서, 이들을 통합하여 「반응 가스」라고 함.)가 공급된다. 여기서, 운전시에 생성된 물은 반응 가스와 함께, 가스 유로(7g) 및 가스 유로(8g)의 출구측으로 이동하기 쉽다. 그로 인해, 예를 들어, MEA(4)이나 가스 확산층(5) 등의 적층 방향을 법선 방향으로 하는 단셀(10)의 면 내에서는, 가스 유로(7g) 및 가스 유로(8g)의 입구측에서 물이 부족되기 쉽고, 가스 유로(7g) 및 가스 유로(8g)의 출구측 등에 물이 저류되기 쉽다. 이와 같이 하여, 단셀(10)의 면 내에서 물의 분포에 치우침이 발생하면, 물이 부족한 건조 부위에서는 프로톤 전도 저항이 증대하기 쉬워져, 그 결과, 발전 성능이 저하된다. 이에 대해, 물이 저류된 습윤 부위에서는, 물에 의해 반응 가스의 확산이 방해되고, 그 결과, 발전 성능이 저하된다. 특히, 연료 전지를 고온(예를 들어, 85℃ 이상. 이하에 있어서 동일.)에서 운전하면, 물이 증발되기 쉬워지므로, 건조 부위가 증대되어, 발전 성능이 저하되기 쉬워진다고 생각된다. 그로 인해, 고온 운전시에 있어서의 발전 성능을 향상시키기 위해서는, 단셀(10)의 면 내에 있어서의 물의 분포를 균일화하는 것 및 물의 증발을 저감하는 것이 필요해진다고 생각된다.
이러한 관점으로부터, 본 발명의 연료 전지(10)에서는, 세퍼레이터(7)에 다공질층(7d)을, 세퍼레이터(8)에 다공질층(8d)을 각각 배치하고 있다. 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)을 배치함으로써, 단셀(10)에 존재하는 물은, 이들의 층에 포함되는 세공을 통과할 수 있으므로, 습윤 부위로부터 건조 부위로 물을 이동시킬 수 있다. 이와 같이, 습윤 부위로부터 건조 부위로 물을 이동 가능한 형태로 함으로써, 본 발명의 연료 전지(10)에 따르면, 단셀(10)의 면 내에 있어서의 물의 분포를 균일화할 수 있다. 당해 구성에 더하여, 본 발명의 연료 전지(10)에서는, 액체 통로(9x)를 통해, 액체 유로(7f) 및 액체 유로(8f)로 희황산을 공급함으로써, 다공질층(7d)에 구비되는 다수의 세공 및 다공질층(8d)에 구비되는 다수의 세공에, 희황산이 보유 지지되는 형태로 하고 있다. 여기서, 30℃에 있어서의 물의 포화 증기압은 4.25kPa인 것에 대해, 30℃에 있어서의 60％ 희황산의 포화 증기압은 0.721kPa이며, 30℃에 있어서의 80％ 희황산의 포화 증기압은 0.024kPa이다. 그로 인해, 다공질층(7d)의 세공 및 다공질층(8d)의 세공으로 희황산을 보유 지지시키면[다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산을 함침시키면], 물이 희황산과 혼합되지 않는 경우와 비교하여, 희황산과 혼합된 물의 포화 증기압을 저감할 수 있다. 그로 인해, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산을 함침시킴으로써, 고온 운전시에 있어서의 물의 증발을 억제할 수 있다. 즉, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산을 함침시키는 연료 전지(10)에 따르면, 고온 운전시에 있어서도, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)의 세공으로, 증발이 억제된 물을 유통시킬 수 있다. 그러므로, 이러한 형태로 함으로써, 고온 운전시에 있어서도 단셀(10)의 면 내에 있어서의 수량 분포를 균일화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 세퍼레이터(7) 및 세퍼레이터(8)의 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산을 함침시킴으로써, 고온 운전시의 발전 성능을 향상시키는 것이 가능한, 연료 전지(10)를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 연료 전지(10)에 따르면, 물의 증발을 억제하는 것이 가능하게 되지만, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산을 함침시켜도, 희황산 및 물의 일부는, 반응 가스와 함께 단셀(10)의 밖으로 배출될 수 있다. 희황산이 단셀(10)의 밖으로 배출되면, 다공질층(7d)이나 다공질층(8d)에 함침시킨 희황산의 양이 감소하여, 물의 증발을 억제하는 효과가 저감될 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 연료 전지(10)에서는, 액체 통로(9x)를 통해, 액체 유로(7f) 및 액체 유로(8f)와 액체 탱크(9)를 접속하고 있다. 이러한 형태로 함으로써, 다공질층(7d)이나 다공질층(8d)에 함침시킨 희황산의 양이 감소한 경우에는, 액체 통로(9x)를 통해, 액체 탱크(9)로부터 희황산을 공급하는 것이 가능해져, 그 결과, 고온 운전시에 있어서의 발전 성능 향상 효과를 장기간에 걸쳐 유지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 가스 유로(7g)로 통하는 배관(도시하지 않음) 및 가스 유로(8g)로 통하는 배관(도시하지 않음)의 구성 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 희황산에 의한 부식을 방지 가능한 형태로 하는 등의 관점에서는, 유체와 접촉하는 면을 공지의 수지에 의해 피복해 두는 것이 바람직하다. 또한, 액체 통로(9x)의 구성 재료도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 희황산에 의한 부식을 방지 가능한 형태로 하는 등의 관점에서는, 희황산과 접촉하는 면을 공지의 수지에 의해 피복해 두는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 액체 통로(9x)를 통해 액체 탱크(9)로부터 다공질층(7d)이나 다공질층(8d)으로 희황산을 공급하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 희황산의 공급 방법으로서는, 예를 들어, 액체 유로(7f)의 압력이나 액체 유로(8f)의 압력과 액체 탱크(9)의 압력의 차를 이용하여, 액체 탱크(9)로부터 다공질층(7d)이나 다공질층(8d)으로 희황산을 공급하는 방법을 들 수 있다. 이 외에, 연료 전지(10)의 운전 모드와 희황산의 배출량의 관계를 미리 조사해 두고, 운전 모드와 연동하여 펌프(9y)를 작동시키도록 펌프(9y)의 동작을 제어함으로써, 액체 탱크(9)로부터 다공질층(7d)이나 다공질층(8d)으로 희황산을 공급하는 방법 등을 채용하는 것도 가능하다.
본 발명에 관한 상기 설명에서는, 치밀층(7c)과 다공질층(7d)의 계면에 형성된 액체 유로(7f) 및 치밀층(8c)과 다공질층(8d)의 계면에 형성된 액체 유로(8f)를 갖는 형태의 연료 전지(10)를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 연료 전지에 액체 유로가 구비되는 경우, 액체 유로가 구비되는 장소는, 치밀층과 다공질층의 계면에 한정되는 것은 아니고, 다공질층에 액체 유로가 구비되는 형태로 하는 것도 가능하다. 이 외에, 본 발명의 연료 전지는, 액체 유로를 갖지 않는 형태로 하는 것도 가능하다. 단, 다공질층으로 희황산을 충전하기 쉬운 형태로 하는 등의 관점에서는, 액체 유로가 구비되는 형태로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연료 전지에 액체 유로가 구비되는 형태로 하는 경우, 액체 유로를 갖는 세퍼레이터의 제작 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 액체 유로를 갖는 세퍼레이터의 제작 방법으로서는, 치밀층의 오목부와 마주 보는 다공질층의 면 및／또는 치밀층의 오목부에 액체 유로를 형성한, 치밀층과 다공질층을 끼워 맞춤으로써, 치밀층과 다공질층의 계면에 액체 유로를 형성한 세퍼레이터를 제작하는 방법을 예시할 수 있다. 이 외에, 치밀층의 오목부와 다공질층 사이에 간극(＝액체 유로)이 형성되도록 치밀층의 오목부로 다공질층을 끼워 넣음으로써, 치밀층과 다공질층의 계면에 액체 유로를 형성한 세퍼레이터를 제작할 수도 있다. 또한, 다공질층의 내부에 형성된 액체 유로의 단부와, 치밀층에 형성된 액체 통로의 단부가 접속되도록 치밀층과 다공질층을 끼워 맞춤으로써, 다공질층의 내부에 형성된 액체 유로를 갖는 세퍼레이터를 제작하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 세퍼레이터(7)에 구비되는 다공질층(7d)은, 가스 유로(7g)의 전체 길이에 걸쳐 존재하도록 배치되어 있어도 좋고, 가스 유로(7g)의 일부 영역에만 존재하도록 배치되어 있어도 좋다. 마찬가지로, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 세퍼레이터(8)에 구비되는 다공질층(8d)은, 가스 유로(8g)의 전체 길이에 걸쳐 존재하도록 배치되어 있어도 좋고, 가스 유로(8g)의 일부 영역에만 존재하도록 배치되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 상기 설명에서는, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)에 희황산이 함침되는 형태를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 세퍼레이터의 다공질층에 함침시키는 액체는, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체이면 좋고, 촉매의 기능 저하나 기능 정지를 초래하지 않는 액체인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 세퍼레이터의 다공질층에 함침시키는 것이 가능한 액체로서는, 60％ 희황산이나 80％ 희황산 등의 희황산 이외, 전해질막을 구성할 수 있는 프로톤 전도성 폴리머를 용제에 녹여서 얻어지는 전해질 용액과 희황산의 혼합 용액 등을 예시할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 전해질막(1), 촉매층(2) 및 촉매층(3)에 함유되는 프로톤 전도성 폴리머는, 특별히 한정되는 것은 아니고, PEFC에서 사용 가능한 공지의 프로톤 전도성 폴리머를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 촉매층(2) 및 촉매층(3)에 함유되는 촉매는, 특별히 한정되는 것은 아니고, PEFC에서 사용 가능한 공지의 촉매를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 상기 설명에서는, 촉매층(2) 및 촉매층(3)에 프로톤 전도성 폴리머가 함유되는 형태를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니고, 촉매층(2) 및／또는 촉매층(3)에 프로톤 전도성 폴리머가 함유되지 않는 형태로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 치밀층(7c) 및 치밀층(8c)을 구성하는 재료는, 유체의 투과를 방지 가능하고, PEFC의 세퍼레이터를 구성하는 재료로서 사용가능한 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 연료 전지(10)에 있어서, 다공질층(7d) 및 다공질층(8d)을 구성하는 재료는, 유체를 통과시킬 수 있고, PEFC의 세퍼레이터를 구성하는 재료로서 사용 가능한 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 다공질 재료를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 상기 설명에서는, 고체 유로판(7a)과 냉각수 유로판(7b)을 맞대어 구성된 치밀층(7c) 및 고체 유로판(8a)과 냉각수 유로판(8b)을 맞대어 구성된 치밀층(8c)이 구비되는 형태를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 형태의 치밀층을, 일체 성형하는 것이 가능하면, 하나의 부재로 이루어지는 치밀층이 구비되는 형태로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 상기 설명에서는, 다공질층(7d)을 구비하는 세퍼레이터(7) 및, 다공질층(8d)을 구비하는 세퍼레이터(8)를 갖는 형태의 연료 전지(10)를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 연료 전지는, 다공질층을 구비하는 세퍼레이터가 MEA의 한쪽 측에만 배치되고, MEA의 다른 쪽 측에는 다공질층이 구비되지 않는 세퍼레이터가 배치되는 형태로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 상기 설명에서는, 가스 확산층(5) 및 가스 확산층(6)이 구비되는 형태를 예시했지만, 본 발명의 연료 전지는 당해 형태에 한정되는 것은 아니고, 어느 한쪽 또는 양쪽의 가스 확산층이 구비되지 않는 형태로 하는 것도 가능하다. 단, 촉매층(2) 및 촉매층(3)으로 기체를 균일하게 공급할 수 있는 형태로 하는 등의 관점에서는, 가스 확산층(5) 및 가스 확산층(6)이 구비되는 형태로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 연료 전지에 가스 확산층이 구비되는 경우, 당해 가스 확산층의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니고, PEFC에서 사용 가능한 것을 사용할 수 있다.
이상, 현 시점에 있어서, 무엇보다, 실천적이고, 또한, 바람직하다고 생각되는 실시 형태에 관련하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은, 본원 명세서 중에 개시된 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 청구의 범위 및 명세서 전체로부터 읽어낼 수 있는 발명의 요지 혹은 사상에 반하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하고, 그와 같은 변경을 수반하는 연료 전지도 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로서 이해되어야만 한다.
본 발명의 연료 전지는, 고온 운전시에 있어서의 발전 성능을 향상시킬 수 있으므로, 85℃ 이상 등의 환경에서 운전될 수 있는 전기 자동차의 동력원이나 휴대용 전원 등으로서 이용할 수 있다.
1 : 전해질막
2 : 촉매층
3 : 촉매층
4 : MEA(막 전극 구조체)
5 : 가스 확산층
6 : 가스 확산층
7 : 세퍼레이터(가스 분리판)
7a : 고체 유로판
7b : 냉각수 유로판
7c : 치밀층
7d : 다공질층
7e : 냉각수 유로
7f : 액체 유로
7g : 가스 유로
8 : 세퍼레이터
8a : 고체 유로판
8b : 냉각수 유로판
8c : 치밀층
8d : 다공질층
8e : 냉각수 유로
8f : 액체 유로
8g : 가스 유로
9 : 액체 탱크
9x : 액체 통로
9y : 펌프
10 : 연료 전지

Claims (3)

  1. 막 전극 구조체와, 상기 막 전극 구조체를 끼움 지지하도록 배치되는 한 쌍의 가스 분리판을 구비하고,
    적어도 한쪽의 상기 가스 분리판은, 유체의 투과를 방지할 수 있는 치밀층과, 유체를 통과시킬 수 있는 다공질층을 갖고,
    상기 다공질층에, 물보다도 비점이 높은 수용성의 액체가 함침되어 있고,
    물보다도 비점이 높은 수용성의 상기 액체가, 희황산, 또는 상기 막 전극 구조체를 구성할 수 있는 프로톤 전도 성능을 갖는 폴리머를 용제에 녹여서 얻어지는 전해질 용액과 희황산의 혼합 용액인 것을 특징으로 하는, 연료 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 치밀층과 상기 다공질층의 계면 및／또는, 상기 다공질층에, 물보다도 비점이 높은 수용성의 상기 액체를 유통시키는 액체 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지.
  3. 삭제
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