KR101655480B1 - Fuel cell having heating gas diffusion layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열성 기체확산층을 갖는 연료전지에 관한 것으로서, 운전 중 발열되는 전도성 고분자층이 코팅된 기체확산층을 사용하여 구성됨으로써, 전도성 고분자층의 발열에 의해 기체확산층의 기공 내에서 이동하는 수분의 응축을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 고분자 전해질막 및 그 양면에 접합된 촉매전극층으로 이루어진 막전극접합체와, 상기 막전극접합체의 바깥쪽 양면에 적층된 기체확산층과, 상기 기체확산층의 바깥면에 적층된 분리판을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 기체확산층의 표면 중 기공을 형성하는 부위에 기공을 막지 않도록 전도성 고분자층이 코팅 형성되어, 연료전지의 발전시 상기 촉매층의 캐소드와 애노드 간 전위차가 형성으로 상기 전도성 고분자층이 발열하도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fuel cell having a pyrogenic gas diffusion layer, and is constructed using a gas diffusion layer coated with a conductive polymer layer that generates heat during operation, thereby reducing the amount of moisture moving in the pores of the gas diffusion layer due to heat generation of the conductive polymer layer. To a fuel cell capable of effectively preventing condensation. The present invention provides a membrane electrode assembly comprising a membrane electrode assembly composed of a polymer electrolyte membrane and catalytic electrode layers bonded to both surfaces thereof, a gas diffusion layer laminated on both outer sides of the membrane electrode assembly, and a separator laminated on the outer surface of the gas diffusion layer Wherein a conductive polymer layer is formed on the surface of the gas diffusion layer so as not to block pores in the surface of the gas diffusion layer to form a potential difference between the cathode and the anode of the catalyst layer during power generation of the fuel cell, Layer is configured to generate heat.

Description

발열성 기체확산층을 갖는 연료전지{Fuel cell having heating gas diffusion layer} [0001] The present invention relates to a fuel cell having a heating gas diffusion layer,

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기체확산층에서 수분 응축을 효과적으로 방지할 수 있고 이에 물이 수소 및 공기의 이동 통로를 막아 전기화학 반응을 방해하는 종래의 문제점이 해소될 수 있는 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell capable of effectively preventing moisture condensation in a gas diffusion layer and capable of eliminating the conventional problem that water blocks the passage of hydrogen and air, Battery.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다. Fuel cells are a kind of power generation system that converts chemical energy of fuel into electrical energy by reacting electrochemically in the fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It is not only supplying power for industrial, household and vehicle driving, It can also be applied to the electric power supply of electric / electronic products, especially portable devices.

이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학 반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.As an example of such a fuel cell, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), which has been most studied as a power source for driving a vehicle, has an electrochemical reaction on both sides of an electrolyte membrane, A membrane electrode assembly (MEA) with a catalytic electrode layer formed thereon, a gas diffusion layer (GDL) acting to distribute the generated gas evenly and to transmit the generated electric energy, reaction gases and cooling water A gasket and a fastening mechanism for maintaining airtightness and proper tightening pressure, and a bipolar plate for moving reaction gases and cooling water.

이 중에서 기체확산층은 연료전지의 고분자 전해질막의 표면에 산화극 및 환원극을 위해 도포된 촉매층의 외표면에 접착되어, 반응기체인 수소 및 공기(산소)의 공급, 전기화학 반응에 의해 생성된 전자의 이동, 반응생성수를 배출시켜 연료전지 셀(Cell) 내 플러딩(Flooding) 현상을 최소화시키는 등 다양한 기능을 한다.Among them, the gas diffusion layer is adhered to the outer surface of the catalyst layer applied for the oxidizing electrode and the reducing electrode on the surface of the polymer electrolyte membrane of the fuel cell, and the supply of hydrogen and air (oxygen) Thereby minimizing the flooding phenomenon in the fuel cell, and discharging the generated water.

연료전지의 막전극접합체에서 전기화학 반응이 일어나면 캐소드에서 물이 발생하고, 이 물은 애노드로 역확산(Back Diffusuion)되어 이동하거나 외부로 배출되는데, 이때 배출되는 통로로 기체확산층을 거치게 된다.When an electrochemical reaction occurs in the membrane electrode assembly of the fuel cell, water is generated in the cathode, and the water is back diffused to the anode or is discharged to the outside, where the gas passes through the gas diffusion layer.

그러나, 높은 전류 범위에서 물의 발생량이 많아지면 물이 기체확산층의 기공을 막아 전극에서 반응에 필요한 수소 및 공기의 이동을 막게 되고, 이는 전기화학 반응을 방해하는 요소로 작용한다.However, when the amount of water generated in a high current range increases, water blocks the pores of the gas diffusion layer to prevent hydrogen and air movement necessary for the reaction at the electrode, which acts as an obstacle to the electrochemical reaction.

이에 따라 기체확산층에서 물이 잘 배출되도록 기공의 조절이나 발수 코팅 등의 방법이 적용되고 있는데, 이 경우 물이 응축되는 것을 방지하는 것에 대해 한계가 있는 것이 사실이다.
As a result, pore control or water repellent coating is applied so that water can be discharged from the gas diffusion layer. In this case, there is a limitation in preventing water from condensing.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 기체확산층의 기공 내에서 수분의 응축을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of effectively preventing condensation of water in pores of a gas diffusion layer.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 고분자 전해질막 및 그 양면에 접합된 촉매전극층으로 이루어진 막전극접합체와, 상기 막전극접합체의 바깥쪽 양면에 적층된 기체확산층과, 상기 기체확산층의 바깥면에 적층된 분리판을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 기체확산층의 표면 중 기공을 형성하는 부위에 기공을 막지 않도록 전도성 고분자층이 코팅 형성되어, 연료전지의 발전시 상기 촉매층의 캐소드와 애노드 간 전위차가 형성으로 상기 전도성 고분자층이 발열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발열성 기체확산층을 갖는 연료전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a membrane electrode assembly comprising a membrane electrode assembly composed of a polymer electrolyte membrane and catalyst electrode layers bonded to both sides thereof, a gas diffusion layer laminated on both outer sides of the membrane electrode assembly, A conductive polymer layer is formed on the surface of the gas diffusion layer so as not to block pores in the pore forming region so that the cathode of the catalyst layer and the anode And the conductive polymer layer is configured to generate heat by the formation of a potential difference, thereby providing a fuel cell having a pyroelectric gas diffusion layer.

여기서, 상기 전도성 고분자층은 막전극접합체의 양면에 적층된 각 기체확산층의 양면 또는 어느 한 면에 형성된 것을 특징으로 한다.Here, the conductive polymer layer is formed on both surfaces or one surface of each of the gas diffusion layers stacked on both surfaces of the membrane electrode assembly.

또한 상기 전도성 고분자층은 막전극접합체의 양면에 적층된 각 기체확산층에서 분리판이 접합되는 바깥면에 형성된 것을 특징으로 한다.
The conductive polymer layer is formed on an outer surface of each of the gas diffusion layers stacked on both surfaces of the membrane electrode assembly, to which the separator is joined.

이에 따라, 본 발명에 따른 발열성 기체확산층을 갖는 연료전지에 의하면, 운전 중 셀 내의 캐소드와 애노드 간 전위차에 의해 기체확산층에 분포시킨 전도성 고분자층이 발열하게 되고, 결국 기체확산층의 온도를 상승시킬 수 있는 바, 기체확산층의 기공 내에서 이동하는 수분의 응축을 효과적으로 방지하면서, 전기화학 반응에 의해 캐소드에서 발생하는 물 및 캐소드에서 전해질막을 통해 역확산되어 애노드로 넘어가는 물의 응축을 방지할 수 있고, 애노드 채널에서 퍼지시에 물의 제거를 보다 쉽게 할 수 있으며, 퍼지 후 셀 내에 잔존하는 물의 양을 감소시키는 효과가 있다.
Accordingly, in the fuel cell having the exothermic gas diffusion layer according to the present invention, the conductive polymer layer distributed in the gas diffusion layer is heated by the potential difference between the cathode and the anode in the cell during operation, and eventually the temperature of the gas diffusion layer It is possible to effectively prevent condensation of water moving in the pores of the gas diffusion layer while preventing condensation of water that is generated at the cathode by the electrochemical reaction and water that is despread through the electrolyte membrane at the cathode and passed to the anode , It is possible to more easily remove the water at the time of purging in the anode channel and to reduce the amount of water remaining in the cell after purging.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지의 적층상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 대한 참고도면으로서 발열시트의 원리를 보여주는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a stacked state of a fuel cell according to the present invention.
2 is a view showing the principle of a heat generating sheet as a reference drawing for the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.

본 발명은 기공이 형성된 기체확산층(GDL)의 표면 부위에 전압 인가시 발열하는 성질을 갖는 전도성 고분자를 분포시켜 스택 내에 응축되는 물의 양을 감소시킨 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell in which a conductive polymer having a property of generating heat upon application of a voltage to a surface portion of a gas diffusion layer (GDL) having pores is distributed to reduce the amount of water condensed in the stack.

알려진 바와 같이, 연료전지용 기체확산층으로는 탄소섬유 천, 탄소섬유 펠트, 탄소섬유 종이 등 탄소 소재를 사용한 다공체나, 익스팬디드 메탈(Expanded Metal), 금속 메시(Metal Mesh) 등과 같은 그물 구조의 얇은 금속판으로 이루어진 금속 다공체가 사용되고 있다.As known, the gas diffusion layer for a fuel cell may be a porous material using a carbon material such as a carbon fiber cloth, a carbon fiber felt, or a carbon fiber paper, a thin material having a net structure such as an expanded metal, a metal mesh, A metal porous body made of a metal plate is used.

이러한 기공을 갖는 다공체의 표면 부위에 전압 인가시 발열하게 되는 전도성 고분자를 고정하여 분포시킨 기체확산층을 제조하고, 이를 막전극접합체(MEA) 및 분리판과 적층하여 연료전지를 구성하게 된다.A gas diffusion layer is prepared by fixing and distributing a conductive polymer that generates heat when a voltage is applied to a surface portion of a porous article having such pores, and the membrane diffusion electrode is laminated with a membrane electrode assembly (MEA) and a separator.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지의 적층상태를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 고분자 전해질막(11) 및 그 양면에 접합된 촉매전극층(12)으로 이루어진 막전극접합체(MEA)(10)와, 상기 막전극접합체(10)의 바깥쪽 양면에 각각 적층된 기체확산층(GDL)(13)과, 각 기체확산층(13)의 바깥면에 적층된 분리판(15)을 보여주고 있다.1 is a cross-sectional view showing a laminated state of a fuel cell according to the present invention. As shown in the figure, a membrane electrode assembly (MEA) 10 (10) composed of a polymer electrolyte membrane 11 and a catalyst electrode layer 12 bonded to both surfaces thereof A gas diffusion layer (GDL) 13 laminated on both outer surfaces of the membrane electrode assembly 10 and a separation plate 15 laminated on the outer surface of each gas diffusion layer 13.

특히, 전도성 고분자층(14)이 기체확산층(13)의 표면 부위에 분포되어 발열층을 형성한 구조를 보여주고 있는 바, 본 발명의 일 실시예로서 전도성 고분자가 분포되어 이루어진 발열층(14)이 스택 내에서 분리판(15)이 접합되는 기체확산층(13)의 바깥면에 형성된 예를 보여주고 있다. Particularly, the structure in which the conductive polymer layer 14 is distributed on the surface portion of the gas diffusion layer 13 to form a heating layer is shown. In an embodiment of the present invention, the heating layer 14, in which the conductive polymer is distributed, And the separator 15 is formed on the outer surface of the gas diffusion layer 13 to which the separator 15 is bonded in this stack.

전도성 고분자를 이용한 기체확산층의 발열은 발열시트의 원리를 응용한 것으로, 도 2는 본 발명에 대한 참고도면으로서 발열시트의 원리를 보여주는 도면이다. The heat generation of the gas diffusion layer using the conductive polymer is based on the principle of the heat generating sheet, and FIG. 2 is a view showing the principle of the heat generating sheet as a reference drawing of the present invention.

도시된 바와 같이, 발열 특성의 소재인 고저항의 물질층을 개재한 상태로 양측에 전도 특성의 소재인 저저항의 물질층이 접합되고, 이 상태에서 고저항의 발열층 양면에 접합된 저저항의 전도층에 전압이 인가될 경우 중간 개재층인 고저항의 물질층에서는 발열이 일어나게 된다.As shown in the figure, a low-resistance material layer, which is a material of a conductive property, is bonded to both sides with a high-resistance material layer as a material of a heat generation property. In this state, When a voltage is applied to the conductive layer of the intermediate layer, heat is generated in the high-resistance material layer.

여기서, 발열 성질을 갖는 고저항의 물질층(발열층)은 전도성 고분자층이 될 수 있으며, 상기 저저항의 물질층은 전도성 고분자층에 전압을 인가하기 위한 일종의 전극층 역할을 하게 된다.Here, the high-resistance material layer (heat-generating layer) having a heat-generating property may be a conductive polymer layer, and the low-resistance material layer serves as a kind of electrode layer for applying a voltage to the conductive polymer layer.

본 발명에서 표면 부위에 전도성 고분자를 분포시켜 발열층(14)을 형성한 기체확산층(13)을 사용하여 연료전지를 구성할 경우, 연료전지의 발전시 셀 내 촉매전극층(12)의 캐소드와 애노드 사이에 전위차가 형성되므로, 별도의 추가적인 전극 없이도 발열층이 되는 전도성 고분자층(14)에 전압을 인가하는 것이 가능해진다. In the present invention, when the fuel cell is constructed using the gas diffusion layer 13 having the heating layer 14 formed by distributing the conductive polymer on the surface, the cathode of the catalyst electrode layer 12 in the cell and the anode A voltage can be applied to the conductive polymer layer 14, which is a heat generating layer, without a separate additional electrode.

본 발명에서 전도성 고분자를 기체확산층(13)을 이루는 다공체의 표면 부위에 고정하여 분포시킬 때 전도성 고분자가 기공을 막지 않도록 다공체 표면 중 기공을 형성하는 부위에 전도성 고분자가 코팅된 형태가 되도록 한다.In the present invention, when the conductive polymer is fixed and distributed on the surface of the porous body constituting the gas diffusion layer 13, the conductive polymer is coated on the surface of the porous body to form pores so that the conductive polymer does not block the pores.

또한 기체확산층(13)이 되는 다공체가 기공을 가지면서 소정 두께를 갖는 판 상의 구조일 경우, 전도성 고분자를 다공체의 한쪽 표면 또는 양면에 코팅하는 것이 가능하며, 연료전지 내 반응활성영역(Active Area)인 막전극접합체(10)의 촉매전극층(12)에 접합되는 표면 부위에 전도성 고분자를 코팅할 수 있으나, 바람직하게는 도 1에 나타낸 바와 같이 분리판(15)이 접합되는 쪽의 표면 부위에 전도성 고분자를 코팅하는 것이 좋다.When the porous body to be the gas diffusion layer 13 has a pore structure and has a plate-like structure having a predetermined thickness, it is possible to coat the conductive polymer on one surface or both surfaces of the porous body, The conductive polymer may be coated on the surface portion of the membrane electrode assembly 10 which is bonded to the catalytic electrode layer 12, but preferably, as shown in Fig. 1, It is better to coat the polymer.

이는 전도성 고분자가 코팅된 기체확산층(13)이 막전극접합체(10) 및 분리판(15)과 적층되어 연료전지를 구성할 때, 연료전지 운전시 분리판(15)이 접합되는 표면에서 수분이 주로 응축됨을 고려한 것으로, 이 부분에서 응축된 물이 기체확산층(13)의 기공을 막게 될 경우 수소 및 공기 이동을 막게 되어 전기화학 반응을 방해하는 요소로 작용하고, 연료전지의 성능을 저하시키게 된다. This is because when the gas diffusion layer 13 coated with the conductive polymer is stacked with the membrane electrode assembly 10 and the separator 15 to constitute the fuel cell, When the condensed water in this portion blocks the pores of the gas diffusion layer 13, it blocks hydrogen and air movement, which acts as an element that hinders the electrochemical reaction, and degrades the performance of the fuel cell .

상기와 같이 전도성 고분자를 기체확산층(13)의 표면 부위에 고정하여 발열층(14)을 형성하게 되면, 기체확산층이 막전극접합체(10) 및 분리판(15)과 적층된 연료전지 내에서 캐소드와 애노드의 전위차로 인해 발열층을 이루는 전도성 고분자가 발열하게 되면서 기체확산층의 발열이 가능해진다.When the conductive polymer is fixed to the surface portion of the gas diffusion layer 13 to form the heating layer 14 as described above, the gas diffusion layer is formed in the fuel cell stacked with the membrane electrode assembly 10 and the separation plate 15, The potential difference between the anode and the anode causes the conductive polymer forming the heat generating layer to generate heat, and the gas diffusion layer can generate heat.

즉, 연료전지 운전 중 인가되는 전압에 의해 전도성 고분자의 발열층(14)이 발열하게 되면서, 기체확산층(13)의 온도가 상승하게 되는 것이며, 결국 기체확산층(13)의 기공 내에서 상대습도(RH:Relative Humidity)가 높아지므로 응축되는 물의 양을 최소화할 수 있다. That is, the heating layer 14 of the conductive polymer is heated by the voltage applied during the operation of the fuel cell so that the temperature of the gas diffusion layer 13 rises. As a result, the relative humidity in the pores of the gas diffusion layer 13 RH: Relative Humidity), so that the amount of water to be condensed can be minimized.

본 발명에서와 같이 연료전지의 기체확산층(13)에 전도성 고분자를 분포시킬 경우, 셀 내에서 애노드와 캐소드 간의 전위차를 이용하여 기체확산층에 분포된 전도성 고분자에 전압을 인가할 수 있는 바, 전압을 인가하기 위한 추가적인 부품이 불필요하다.When the conductive polymer is distributed in the gas diffusion layer 13 of the fuel cell as in the present invention, the voltage can be applied to the conductive polymer distributed in the gas diffusion layer using the potential difference between the anode and the cathode in the cell. No additional parts to apply are required.

상기 기체확산층(13)의 표면 부위에 발열층(14)이 되는 전도성 고분자를 코팅하는 방법으로는 전도성 고분자 분말을 알코올 등의 유기용제 및 바인더 물질과 혼합하여 액상의 페이스트로 제조한 뒤 기체확산층의 표면 부위에 분무하여 건조시키는 분무법(Spray Method)의 이용이 가능하다.As a method of coating the conductive polymer which becomes the heat generating layer 14 on the surface portion of the gas diffusion layer 13, the conductive polymer powder is mixed with an organic solvent such as alcohol and a binder material to prepare a liquid paste, It is possible to use a spray method in which the surface is dried by spraying.

본 발명에서 전도성 고분자 물질로는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오펜 중에 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.As the conductive polymer material in the present invention, one or more of polyaniline, polypyrrole and polythiophene may be used.

또한 상기 유기용제로는 메틸 알코올, 에틸 알코올, 이소프로필알콜 중에 선택된 하나 이상이 사용될 수 있고, 분말 간의 결합력 및 기재가 되는 기체확산층에 대한 부착력을 제공하기 위한 상기 바인더로는 우레탄계, 아크릴계, 우레탄-아크릴계 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. The binder may be at least one selected from the group consisting of methyl alcohol, ethyl alcohol and isopropyl alcohol. The binder for providing a bonding force between powders and an adhesive force to a substrate diffusion layer to be a base may be a urethane, acrylic, urethane- Acrylic type can be used.

분무법 대신 상기한 액상의 페이스트를 제조한 뒤 촘촘한 그물망 구조를 갖는 메시망과 같은 마스크(Mask)를 이용하여 코팅하는 방법, 또는 스퍼터링 방법 등이 이용될 수 있으며, 이러한 방법들은 기체확산층의 지지체에 탄소 나노 입자를 기공을 막지 않고 코팅하는데 이용되고 있으므로, 당업자 수준에서 본 발명에 따른 전도성 고분자를 코팅하는데 응용하는 것이 가능하다.Instead of the spraying method, a coating method using a mask such as a mesh network having a fine mesh structure after preparing the liquid paste described above, a sputtering method, or the like can be used. Since the nanoparticles are used for coating without blocking the pores, it is possible to apply them to the conductive polymer according to the present invention at the level of those skilled in the art.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 발열층이 되는 전도성 고분자층(14)을 분포시킨 기체확산층(13)을 사용하여 연료전지를 구성함으로써, 연료전지의 셀에서 발생하는 캐소드와 애노드 간의 전위차에 의해 전도성 고분자층(14)에 전압이 형성될 경우, 전도성 고분자층이 발열하게 되면서 기체확산층(13)의 온도가 상승하게 되고, 기체확산층에서 발열이 이루어지면서 응축되는 물의 양을 줄일 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the fuel cell is constituted by using the gas diffusion layer 13 in which the conductive polymer layer 14 serving as the heat generating layer is distributed. By the potential difference between the cathode and the anode generated in the cell of the fuel cell, When a voltage is generated in the layer 14, the conductive polymer layer is heated, the temperature of the gas diffusion layer 13 is increased, and the amount of water to be condensed can be reduced while generating heat in the gas diffusion layer.

특히, 기체확산층(13)의 기공 내에서 이동하는 수분의 응축을 방지하면서, 기체확산층의 발열에 의해 전기화학 반응에 의해 캐소드에서 발생하는 물, 및 캐소드에서 전해질막(11)을 통해 역확산되어 애노드로 넘어가는 물의 응축을 방지할 수 있는 바, 애노드 채널에서 퍼지(애노드 수소배기라인의 퍼지 밸브를 이용한 퍼지)시에 물의 제거를 보다 쉽게 할 수 있고, 퍼지 후 셀 내에 잔존하는 물의 양을 감소시킬 수 있게 된다.Particularly, water generated in the cathode by the electrochemical reaction due to heat generation of the gas diffusion layer, and water desorbed from the cathode through the electrolyte membrane 11 while preventing condensation of water moving in the pores of the gas diffusion layer 13 It is possible to prevent condensation of the water flowing into the anode, and it is possible to more easily remove water during purging (purging using an anode hydrogen exhaust line purge valve) in the anode channel, and to reduce the amount of water remaining in the cell after purging .

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상술하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. Various modifications and alterations by those skilled in the art And are included in the scope of the invention.

10 : 막전극접합체 11 : 고분자 전해질막
12 : 촉매전극층 13 : 기체확산층
14 : 전도성 고분자층(발열층) 15 : 분리판10: membrane electrode assembly 11: polymer electrolyte membrane
12: catalyst electrode layer 13: gas diffusion layer
14: conductive polymer layer (heating layer) 15: separator plate

Claims (3)

고분자 전해질막 및 그 양면에 접합된 촉매전극층으로 이루어진 막전극접합체와, 상기 막전극접합체의 바깥쪽 양면에 적층된 기체확산층과, 상기 기체확산층의 바깥면에 적층된 분리판을 포함하는 연료전지에 있어서,
상기 기체확산층의 분리판이 접합되는 바깥면에 기공을 막지 않도록 전도성 고분자층이 코팅 형성되어, 연료전지의 발전 시 셀 내 촉매전극층의 캐소드와 애노드 간에 형성되는 전위차로 전도성 고분자층에 전압을 인가하여, 상기 전도성 고분자층이 발열되도록 함으로써 기체확산층의 기공 내에서 상대습도가 높아지면서 수분의 응축이 방지되도록 한 것을 특징으로 하는 발열성 기체확산층을 갖는 연료전지.A membrane electrode assembly comprising a polymer electrolyte membrane and a catalyst electrode layer joined to both surfaces of the membrane electrode assembly; a gas diffusion layer laminated on both outer sides of the membrane electrode assembly; and a separator laminated on the outer surface of the gas diffusion layer, As a result,
A conductive polymer layer is coated on the outer surface of the diffusion layer of the gas diffusion layer so as not to block the pores so that a voltage is applied to the conductive polymer layer by a potential difference formed between the cathode and the anode of the catalyst electrode layer in the cell, Wherein the conductive polymer layer is heated to prevent condensation of water as the relative humidity increases in the pores of the gas diffusion layer. 삭제delete 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6633127B2 (en) * 2018-04-27 2020-01-22 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack, dummy cell for fuel cell stack, and method of manufacturing dummy cell
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KR102556458B1 (en) * 2021-05-13 2023-07-18 비나텍주식회사 Separator for fuel cell with improved efficiency in discharging condensate

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041517A (en) * 2006-08-09 2008-02-21 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2009170202A (en) * 2008-01-15 2009-07-30 Toyota Motor Corp Method of manufacturing membrane-electrode assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041517A (en) * 2006-08-09 2008-02-21 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2009170202A (en) * 2008-01-15 2009-07-30 Toyota Motor Corp Method of manufacturing membrane-electrode assembly

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