KR101934525B1 - Stack for Dry type Metal Air Fuel Cell - Google Patents

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이종찬
박정태
손동언
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(주) 엠파워
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Abstract

The present invention relates to a metal air fuel cell which uses a metal for a cathode and an air electrode for an anode and more specifically, to a dry metal air fuel cell stack which comprises a cell unit including a dry electrolyte in a unit cell composed of a cathode and an air electrode, wherein the unit cell and a medium are usually arranged to be separated from each other, and water or a water-soluble liquid is supplied to the dry electrolyte to dissolve the electrolyte if necessary so as to allow the dissolved electrolyte to react with the unit cell, thereby instantly generating electric power.

Description

건식 금속 공기 연료전지 스택{Stack for Dry type Metal Air Fuel Cell}[0001] The present invention relates to a dry metal air fuel cell stack,

본 발명은 음극에 금속을 사용하고 양극에 공기극을 사용한 금속 공기 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극과 공기극으로 구성된 단위 전지에 건식 전해질을 포함하는 셀 유닛을 구성하여 평상시에는 단위 전지와 매질이 격리 배치되며, 필요 시 물 또는 수용성 액체를 건식 전해질에 공급하여 전해질이 용해되도록 하고, 용해된 전해질을 단위 전지와 반응하도록 하여 즉시 전력 생산이 가능한 건식 금속 공기 연료전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a metal air fuel cell using a metal as a cathode and an air electrode as an anode, and more particularly, to a cell unit comprising a cathode and an air electrode and a dry electrolyte in a unit cell, The present invention relates to a dry metal air fuel cell stack in which water or an aqueous liquid is supplied to a dry electrolyte to dissolve the electrolyte and react the dissolved electrolyte with the unit cell to enable immediate power generation.

금속 공기 연료전지는 금속을 음극 활물질로 하고 공기를 양극 활물질로 하는 신개념의 전지로서 매우 높은 전기적 퍼텐셜을 갖고 있다. 또한, 다른 수소연료전지와 달리 귀금속 촉매를 사용하지 않으면서 값싼 전해질을 매질로 사용하기 때문에 제작비가 저렴하고 환경적으로 깨끗하며 유해가스의 발생이 없는 청정 에너지원으로 알려져 있다. 금속 공기 연료전지의 성능은 공기극(양극)의 에너지밀도 및 금속극(음극)과 전해질의 반응특성에 따라서 크게 영향을 받게 되므로 음극의 금속종류와 전해질과의 상관관계를 고려한 금속재료들이 사용되고 있다.Metal-air fuel cells have a very high electrical potential as a new concept of a battery, which uses metal as an anode active material and air as a cathode active material. In addition, unlike other hydrogen fuel cells, it is known as a clean energy source because it is cheap and environmentally clean and does not generate harmful gas because it uses a cheap electrolyte as a medium without using a noble metal catalyst. Since the performance of the metal air fuel cell is greatly influenced by the energy density of the air electrode (anode) and the reaction characteristics of the metal electrode (cathode) and the electrolyte, metal materials considering the correlation between the metal type of the anode and the electrolyte are used.

특히, 알루미늄-공기연료전지, 마그네슘-공기연료전지, 아연-공기연료전지는 에너지밀도가 높아 고용량 전지 제조가 가능하고 반응물질인 알루미늄, 마그네슘, 및 아연과 전해질 용액인 수산화나트륨용액, 소금물, 및 수산화칼륨용액은 가격이 저렴하고 친환경적인 장점이 있어서 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 등을 위한 대용량 전지로 사용 가능할 것으로 예상되고 있다.In particular, aluminum-air fuel cells, magnesium-air fuel cells, and zinc-air fuel cells have high energy density and are capable of manufacturing high capacity batteries and are made of aluminum, magnesium, and zinc, and electrolyte solutions such as sodium hydroxide solution, The potassium hydroxide solution is expected to be used as a large-capacity battery for electric vehicles, energy storage systems and the like because it is cheap and eco-friendly.

한편, 금속 공기 연료전지는 다수의 셀 유닛을 적층하고, 직렬 및 병렬로 연결하여 사용하게 되며, 공기와 접촉되는 공기극의 전극면적이 크고 셀 유닛의 적층 수가 많을수록 고용량으로 구성이 가능하나, 수용성 액체 전해질을 사용하는 금속 공기 연료전지는 어셈블리 형태로 적층 시 수용성 전해질 누수 및 전해질을 포함할 수 있는 공간이 필요하여, 중량 및 부피 등이 증가하고, 수용성 전해질을 순환시키기 위해 주변기기(BOP)인 펌프, 솔 밸브 등의 사용과 주변기기를 제어할 수 있는 제어기가 필요하여 실용적이지 못하기 때문에 금속 공기 연료전지의 구성이 어려운 문제가 있다.On the other hand, a metal-air fuel cell stacks a plurality of cell units and connects them in series and in parallel. The larger the electrode area of the air electrode in contact with air and the larger the number of stacked cell units, A metal air fuel cell using an electrolyte requires a space capable of containing a water-soluble electrolyte leakage and an electrolyte during stacking in the form of an assembly, thereby increasing the weight and volume, and the like. In order to circulate the aqueous electrolyte, A solenoid valve, etc., and a controller capable of controlling peripheral devices are required, which is not practical, so that the configuration of the metal air fuel cell is difficult.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 셀 유닛을 다수 개 적층하는 형태의 금속 공기 연료전지 스택을 구성하되, 수용성 전해질을 사용하지 않고, 건식 전해질을 사용함으로써 금속 공기 연료전지의 셀 유닛의 적층 구성이 단순하며 누수가 없고, 주변기기를 사용하지 않아 중량 및 부피 등을 단순화한, 건식 금속 공기 연료전지 스택을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a metal-air fuel cell stack in which a plurality of cell units are stacked, wherein a dry electrolyte is used instead of a water- The present invention provides a dry metal air fuel cell stack in which the stacking structure of the cell units of the metal air fuel cell is simple, there is no leakage, and peripheral equipment is not used to simplify the weight and volume.

또한, 셀 유닛과 이웃하는 셀 유닛 사이에 구비된 공기극이 공기와 접촉이 잘 되고 셀 유닛 간 합선(Short Circuit)을 방지할 수 있도록 셀 유닛 적층 시 셀 유닛 사이에 비 전도성 망(Mesh)이 구비된 건식 금속 공기 연료전지 스택을 제공함에 있다. In addition, a non-conductive mesh is provided between the cell units in the stacking of the cell units so that the air electrodes provided between the cell units and adjacent cell units are in contact with the air and short circuits between the cell units are prevented Lt; RTI ID = 0.0 > air / air < / RTI > fuel cell stack.

본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기 연료전지 스택은, 금속극인 음극과, 음극의 일면과 타면에 각각 배치되는 한 쌍의 공기극인 양극과, 상기 음극과 양극 사이에 구비되며 물 또는 수용성 용액의 공급 시 전해질이 용해되는 한 쌍의 건식 전해질로 구성된 셀 유닛을 포함하며, 상기 셀 유닛이 다단으로 적층되어 이루어지되, 상기 건식 전해질은, 두께만큼 상기 음극과 양극을 이격시키고, 물 또는 수용성 용액의 공급 시 용해된 전해질과 상기 음극 및 양극이 반응하도록 상기 음극 및 양극과 대응되는 판상으로 소정 두께를 갖고, 전해질 용액을 함침하여 건조시킨 것을 특징으로 한다.A dry metal air fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode that is a metal electrode, a positive electrode that is a pair of air electrodes disposed on one surface and the other surface of the negative electrode, Wherein the cell unit is stacked in a multi-stage structure, wherein the dry electrolyte separates the cathode and the anode by a thickness, and the water or the aqueous solution And has a predetermined thickness in a plate shape corresponding to the cathode and the anode so that the dissolved electrolyte reacts with the cathode and the anode, and the electrolyte solution is impregnated and dried.

이때, 상기 건식 전해질은, 상기 음극 및 양극과 대응되는 판상의 멤브레인 또는 부직포에 전해질 용액을 함침 하여 건조시킨 것을 특징으로 한다. At this time, the dry electrolyte is characterized in that the membrane or non-woven fabric corresponding to the negative electrode and the positive electrode is impregnated with an electrolyte solution and dried.

또한, 상기 스택은, 적층되는 셀 유닛과 셀 유닛 사이에 비 전도성 재질의 셀 프레임이 구비된다. Also, the stack is provided with a cell frame of a non-conductive material between the cell unit and the cell unit to be stacked.

또한, 상기 셀 프레임은, 셀 유닛과 셀 유닛 사이에 배치된 양극과, 스택의 외부를 연통하기 위한 공기 유로가 형성된다. In the cell frame, an anode disposed between the cell unit and the cell unit, and an air flow path for communicating the outside of the stack are formed.

또한, 상기 셀 프레임은, 소정의 두께를 갖고, 셀 유닛의 둘레를 따라 형성되며, 셀 유닛과 셀 유닛 사이에 배치된 각각의 양극이 연통되는 중공부가 형성된 사각 프레임을 포함하고, 상기 공기 유로는, 상기 중공부와 외부를 연통하도록 상기 셀 유닛이 맞닿는 단부에서 내측으로 함몰 형성된 제1 홈을 포함한다. The cell frame includes a rectangular frame having a predetermined thickness and formed along the periphery of the cell unit and having a hollow portion communicating with each anode disposed between the cell unit and the cell unit, And a first groove recessed inward at an end portion of the hollow portion communicating with the outside of the cell unit.

또한, 상기 셀 프레임은, 상기 중공부를 구획하도록 상기 사각 프레임에서 연장 형성된 격자 프레임을 포함하며, 상기 공기 유로는, 구획된 중공부 각각을 연통하도록 상기 격자 프레임 상에 형성된 제2 홈을 포함한다. Further, the cell frame includes a grid frame extending from the square frame to partition the hollow portion, and the air flow path includes a second groove formed on the grid frame so as to communicate each of the partitioned hollow portions.

또한, 상기 양극은, 양극판과 상기 양극판과 전기적으로 연결되고, 양극판 외부로 돌출되는 양극탭으로 구성되며, 상기 음극은, 음극판과 상기 음극판과 전기적으로 연결되고, 음극판 외부로 돌출되는 음극탭으로 구성되고, 상기 스택은, 복수의 셀 유닛을 직렬 또는 병렬로 연결하도록 상기 각각의 양극탭 또는 상기 각각의 음극탭 또는 상기 양극탭과 음극탭을 전기적으로 연결하는 단자를 포함한다. The positive electrode is composed of a positive electrode tab and a positive electrode tab electrically connected to the positive electrode plate and protruding from the positive electrode plate. The negative electrode is electrically connected to the negative electrode plate and the negative electrode plate, And the stack includes a terminal for electrically connecting each of the positive electrode taps or each of the negative electrode tabs or the positive electrode tab and the negative electrode tab to connect the plurality of cell units in series or in parallel.

또한, 상기 스택은, 알루미늄-공기 연료전지, 마그네슘-공기 연료전지 또는 아연-공기 연료전지 중 선택되는 어느 하나에 적용된다. The stack may also be applied to any selected one of an aluminum-air fuel cell, a magnesium-air fuel cell, or a zinc-air fuel cell.

아울러, 상기 전해질 용액은, 수산화나트륨 용액, 소금물 및 수산화칼륨 용액 중 선택되는 어느 하나이다. In addition, the electrolyte solution is any one selected from sodium hydroxide solution, brine solution and potassium hydroxide solution.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 건식 금속 공기 연료전지 스택은 셀 유닛이 양극, 건식 전해질 및 음극이 적층된 형태로 이루어져 간단한 조립을 통해 구성이 가능하고 별도의 전해질 용액 공급부가 필요치 않아 구성이 단순하고, 생산 비용 및 시간이 절감되는 효과가 있다.In the dry metal air fuel cell stack of the present invention having the above structure, the cell unit is formed by stacking the anode, the dry electrolyte, and the cathode so that the dry cell air fuel cell stack can be constructed through simple assembly and a separate electrolytic solution supply unit is not required. And the production cost and time are reduced.

또한, 기존 수용성 금속 공기 연료전지의 수용성 전해질을 사용하지 않기 때문에 누수와 중량 및 부피 등을 줄일 수 있으며, 수용성 전해질을 순환하기 위해 필요한 펌프, 솔 밸브, 제어기 등이 필요 없어 저가격 및 소형화 할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the water-soluble electrolyte of the conventional water-soluble metal air fuel cell is not used, leakage, weight and volume can be reduced, and a pump, a solenoid valve, and a controller required for circulating the water- There are advantages.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 건식 금속 공기 연료전지 스택은 장기간 성능 저하 없이 보관이 가능하고 필요시에 간편하게 구할 수 있는 물 또는 수용성 용액을 스택에 공급하여 즉시 전력 발생이 가능한 효과가 있다. The dry metal air fuel cell stack of the present invention constructed as described above is capable of storing power without deteriorating performance for a long period of time and supplying water or an aqueous solution, which can be easily obtained when necessary, to the stack to generate electric power immediately.

아울러 본 발명의 스택을 이용한 건식 금속 공기 연료전지는 통상의 1차전지 및 2차전지에 비해 친환경적이라, 환경오염을 방지하고, 가격이 저렴한 효과가 있다. In addition, the dry metal air fuel cell using the stack of the present invention is more environmentally friendly than conventional primary batteries and secondary batteries, and is effective in preventing environmental pollution and being inexpensive.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기연료 전지의 스택 전체사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 스택의 구성단위인 셀 유닛과, 셀 프레임의 분해사시도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 셀 유닛의 분해사시도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 셀 프레임 사시도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기연료 전지의 스택 평면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기연료 전지의 스택 단면도 (도 5의 AA')
도 7은 도 6의 부분확대 단면도1 is a perspective view of an entire stack of a dry metal air fuel cell according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view of a cell unit, which is a structural unit of a stack according to an embodiment of the present invention,
3 is an exploded perspective view of a cell unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a cell frame according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a stack top view of a dry metal air fuel cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a stack cross-sectional view (AA 'in FIG. 5) of a dry metal air fuel cell according to an embodiment of the present invention;
7 is a partial enlarged cross-sectional view of Fig. 6

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기 연료전지 스택(S, 이하 "스택")이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 스택(S)의 구성단위인 셀 유닛(100)과 셀 프레임(200)의 분해사시도가 도시되어 있다. 1 shows a dry metal air fuel cell stack S (hereinafter "stack") according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, An exploded perspective view of the unit 100 and the cell frame 200 is shown.

도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 스택(S)은 음극(금속극)과 양극(공기극)을 포함하는 셀 유닛(100)이 다수 개 적층된 형태로 이루어지며, 다수 의 셀 유닛을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위해 셀 유닛(100)의 양극탭과 음극탭에 용접되는 단자(T)를 포함하여 구성된다. As shown in the figure, the stack S according to an embodiment of the present invention is formed by stacking a plurality of cell units 100 including a negative electrode (metal electrode) and an anode (air electrode) And a terminal T welded to the positive and negative electrode tabs of the cell unit 100 for connecting in series or in parallel.

또한, 스택(S)은 셀 유닛(100)과 이웃하는 셀 유닛(100) 사이에 배치된 양극(공기극)에 공기를 원활하게 공급하고, 셀 유닛(100) 간 합선(Short Circuit)을 방지하도록 셀 프레임(200)이 구비된다. The stack S can also supply air smoothly to the anode (air electrode) disposed between the cell unit 100 and the neighboring cell unit 100 to prevent short circuit between the cell units 100 A cell frame 200 is provided.

도 2를 참조하면 셀 프레임(200)은 한 쌍의 셀 유닛(100) 사이에 배치된다. 또한, 셀 프레임(200)은 양극에 공기를 공급하도록 스택(S)의 외부와 양극을 연통하는 공기유로(211, 221, 250, 도 4 참조)가 형성된다.Referring to FIG. 2, a cell frame 200 is disposed between a pair of cell units 100. In addition, the cell frame 200 is formed with air flow paths 211, 221, 250 (see FIG. 4) for communicating the outside of the stack S with the anode so as to supply air to the anode.

아울러 스택(S)의 적층 방향 양 단부에는 셀 프레임(200)이 형성되지 않을 수 있다. 이는 스택(S)의 적층 방향 양 단부에 위치한 셀 유닛(100)의 양극은 외부와 노출되어 공기 공급이 원활하고, 이웃하는 셀 유닛(100)과의 합선을 고려하지 않아도 되기 때문이다. In addition, the cell frame 200 may not be formed at both ends of the stack S in the stacking direction. This is because the anode of the cell unit 100 located at both ends in the stacking direction of the stack S is exposed to the outside so that the air supply is smooth and the short circuit with the neighboring cell unit 100 is not considered.

도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 셀 유닛(100)의 분해사시도가 도시되어 있다. 3 is an exploded perspective view of a cell unit 100 according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 셀 유닛(100)은 중앙에 구비된 금속 재질의 음극(110)과, 음극(110)의 적층방향 일면과 타면에 각각 배치되는 한 쌍의 양극(120)을 포함한다. 또한 음극(110)은 음극판(111)과, 음극판(111)에서 외부로 돌출되며, 음극판(111)과 전기적으로 연결된 음극탭(112)으로 구성되고, 양극(120)은 양극판(121)과, 양극판(121)에서 외부로 돌출되며, 양극판(121)과 전기적으로 연결된 양극탭(122)으로 구성된다. As shown in the figure, the cell unit 100 includes a cathode 110 made of metal and a pair of anodes 120 disposed on one surface and the other surface in the stacking direction of the cathode 110, respectively. The cathode 110 is composed of a cathode plate 111 and a cathode tab 112 protruding outward from the anode plate 111 and electrically connected to the cathode plate 111. The anode 120 is composed of a cathode plate 121, And a positive electrode tab 122 protruding outward from the positive electrode plate 121 and electrically connected to the positive electrode plate 121.

이때, 셀 유닛(100)은 음극(110)과 양극(120) 사이에 구비되어 음극(110)과 양극(120)에 전해질을 공급하기 위한 건식 전해질(150)이 구비된다. 건식 전해질(150)은 판상의 소정 두께를 갖는 멤브레인으로 이루어진다. 또한 건식 전해질(150)은 멤브레인에 전해질 용액을 함침 시킨 상태에서 이를 건조하여 이루어질 수 있다. 전해질 용액으로는 수산화나트륨 용액, 소금물 및 수산화칼륨 용액 등을 적용할 수 있고, 위 전해질 용액을 부직포 내에 함침 시켜 건조 후 사용할 수 있다.The cell unit 100 is provided between the cathode 110 and the anode 120 and includes a cathode 110 and a dry electrolyte 150 for supplying an electrolyte to the anode 120. The dry electrolyte 150 is made of a membrane having a plate-like predetermined thickness. The dry electrolyte 150 may be formed by impregnating a membrane with an electrolyte solution and drying the membrane. As the electrolyte solution, sodium hydroxide solution, brine solution, and potassium hydroxide solution can be applied, and the electrolyte solution can be used after impregnation into the nonwoven fabric.

따라서 건식 전해질(150)에는 전해질이 포함되되 건조된 상태이기 때문에 평상시에는 음극(110)과 양극(120)에 맞닿아 있어도 전해질 반응이 이루어지지 않아 전력 생산이 되지 않고 장시간 보관이 가능한 장점이 있다.Accordingly, since the dry electrolyte 150 contains an electrolyte and is in a dried state, the electrolyte does not react even when it is in contact with the cathode 110 and the anode 120, so that the power can not be produced and can be stored for a long time.

또한, 전력 생산이 필요한 경우 건식 전해질(150)이 포함된 스택(S)에 물이나 수용성 액체를 공급하게 되면, 건식 전해질(150)에 수분이 공급되어 전해질이 용해되고, 용해된 전해질과, 음극(110) 및 양극(120)이 반응하여 전력을 생산하게 된다. In addition, when water or an aqueous liquid is supplied to the stack S containing the dry electrolyte 150 when power production is required, water is supplied to the dry electrolyte 150 to dissolve the electrolyte, The anode 110 and the anode 120 react to produce electric power.

위 셀 유닛(100)은 일예로, 알루미늄-공기 연료전지, 마그네슘-공기 연료전지, 아연-공기 연료전지 등으로 이루어질 수 있다.The upper cell unit 100 may be, for example, an aluminum-air fuel cell, a magnesium-air fuel cell, a zinc-air fuel cell, or the like.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 셀 프레임(200)의 사시도가 도시되어 있다. 셀 프레임(200)은 셀 유닛(100) 사이에 위치한 양극(120)에 공기를 공급하고, 셀 유닛(100) 사이에 발생할 수 있는 합선을 방지하도록 구성된다. 따라서 셀 프레임(200)은 비 전도성 재질로 이루어지며, 외부와 양극(120)을 연통하는 공기 유로(211, 221, 250)가 형성된다. 4 is a perspective view of a cell frame 200 according to an embodiment of the present invention. The cell frame 200 is configured to supply air to the anode 120 positioned between the cell units 100 and to prevent a short circuit that may occur between the cell units 100. Therefore, the cell frame 200 is made of a non-conductive material, and air flow paths 211, 221, and 250 that communicate the outside and the anode 120 are formed.

보다 구체적으로 셀 프레임(200)은 소정의 두께를 갖고 내부에 중공부(250)가 형성된 사각 프레임(210)과, 사각 프레임(210) 내부 중공부(250)에 형성된 격자 프레임(221)을 포함한다. 또한, 셀 프레임(200)은 셀 유닛(100) 사이에 결합되었을 때, 중공부(250)와 외부를 연통하도록 사각 프레임(210) 상에 형성된 제1 홈(211)과, 격자 프레임(221)으로 인해 구획된 중공부(250)를 연통하도록 격자 프레임(221) 상에 형성된 제2 홈(221)을 포함한다. 즉 셀 프레임(200)은 제1 홈(211)과 제2 홈(221)과 중공부(250)로 이루어진 공기 유로(211, 221, 250)를 통해 셀 유닛(100)의 적층면 사이에 위치한 각각의 양극(120)에 공기를 원활히 공급하도록 구성된다. More specifically, the cell frame 200 includes a rectangular frame 210 having a predetermined thickness and a hollow portion 250 formed therein, and a grid frame 221 formed on the hollow portion 250 of the rectangular frame 210 do. The cell frame 200 includes a first groove 211 formed on the rectangular frame 210 to communicate with the hollow portion 250 when the cell frame 100 is coupled between the cell units 100, And a second groove 221 formed on the grid frame 221 so as to communicate with the hollow portion 250 partitioned by the first groove 221. That is, the cell frame 200 is positioned between the stacked surfaces of the cell unit 100 through the air channels 211, 221, and 250 including the first grooves 211, the second grooves 221, And is configured to smoothly supply air to each of the anodes 120.

도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기연료 전지 스택(S)의 평면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 건식 금속 공기연료 전지 스택(S)의 단면도(도 5의 AA')가 도시되어 있고, 도 7에는 스택(S)의 부분확대단면도가 도시되어 있다. 5 is a top view of a dry metal air fuel cell stack S in accordance with an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a dry metal air fuel cell stack S according to an embodiment of the present invention AA 'of FIG. 5 is shown, and a partially enlarged cross-sectional view of the stack S is shown in FIG.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 스택(S)은 다수의 셀 유닛(100)이 적층되어 구성되며, 셀 유닛(100) 사이에는 셀 프레임(200)이 배치되어 셀 프레임(200)을 통해 셀 유닛(100)과 셀 유닛(100) 사이에 위치한 양극(120)에 공기를 원활하게 공급하고, 셀 유닛(100)과 셀 유닛(1000이 직접 맞닿아 발생할 수 있는 합선을 방지하게 된다. 5 to 7, a stack S according to an embodiment of the present invention includes a plurality of cell units 100 stacked, and a cell frame 200 is disposed between the cell units 100 The air is smoothly supplied to the anode 120 positioned between the cell unit 100 and the cell unit 100 through the cell frame 200 and the cell unit 100 can be brought into direct contact with the cell unit 1000 Thereby preventing a short circuit.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 셀 유닛(100)은 음극(110)과 음극(110)의 적층 방향 일면과 타면에 각각 결합되는 한 쌍의 건식 전해질(150)과, 한 쌍의 건식 전해질(150)의 적층 방향 외측에 각각 결합되는 한 쌍의 양극(120)을 포함하여 구성된다. 즉 음극(110)의 적층방향 양면에는 각각 건식 전해질(150)이 맞닿아 건식 전해질(150)에 물이나 수용성 액체가 공급되면, 건식 전해질(150)에서 용해된 전해질과 반응하게 된다. 또한, 양극(120)의 적층방향 어느 한 면은 건식 전해질(150)이 맞닿아 건식 전해질(150)에 물이나 수용성 액체가 공급되면, 건식 전해질(150)에서 용해된 전해질과 반응하게 되고, 다른 한 면은, 공기와 접촉하도록 구성된다. 7, the cell unit 100 includes a pair of dry electrolytes 150 coupled to one surface and the other surface in the stacking direction of the cathode 110 and the cathode 110, and a pair of dry electrolytes And a pair of anodes 120 which are respectively coupled to the outside of the stacking direction of the electrodes 120 and 150. That is, when the dry electrolyte 150 is in contact with both sides of the cathode 110 in the stacking direction, water or a water-soluble liquid is supplied to the dry electrolyte 150 to react with the electrolyte dissolved in the dry electrolyte 150. When one side of the positive electrode 120 is in contact with the dry electrolyte 150 and water or a water-soluble liquid is supplied to the dry electrolyte 150, the one side of the positive electrode 120 reacts with the electrolyte dissolved in the dry electrolyte 150, One side is configured to contact air.

이때, 셀 유닛(100)과 셀 유닛(100) 사이에 배치된 양극(120)에는 셀 프레임(200)이 결합되도록 하여 셀 프레임(200)에 형성된 제1 홈(211), 제2 홈(221) 및 중공부(250)를 통해 공기를 공급받도록 구성된다. At this time, the cell frame 200 is coupled to the anode 120 disposed between the cell unit 100 and the cell unit 100 to form a first groove 211, a second groove 221 And the hollow portion 250. [0041] As shown in FIG.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be construed as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

S : 건식 금속 공기 연료전지 스택
100 : 셀 유닛
110 : 음극 111 : 음극탭
120 : 양극 121 : 양극탭
150 : 건식 전해질
200 : 셀 프레임
210 : 사각 프레임 211 : 제1 홈
220 : 격자 프레임 221 : 제2 홈
250 : 중공부
T : 단자S: dry metal air fuel cell stack
100: cell unit
110: cathode 111: cathode tab
120: positive electrode 121: positive electrode tab
150: dry electrolyte
200: cell frame
210: square frame 211: first groove
220: Grid frame 221: Second groove
250: hollow
T: terminal

Claims (10)

금속극인 음극과, 음극의 일면과 타면에 각각 배치되는 한 쌍의 공기극인 양극과, 상기 음극과 양극 사이에 구비되며 물 또는 수용성 용액의 공급 시 전해질이 용해되는 한 쌍의 건식 전해질로 구성된 셀 유닛을 포함하고,
상기 셀 유닛이 다단으로 적층되어 이루어지며, 적층되는 셀 유닛과 셀 유닛 사이에 비 전도성 재질의 셀 프레임이 구비되고,
상기 셀 프레임은,
소정의 두께를 갖고, 셀 유닛의 둘레를 따라 형성되며, 셀 유닛과 셀 유닛 사이에 배치된 각각의 양극이 연통되는 중공부가 형성되고,
셀 유닛과 셀 유닛 사이에 배치된 양극과, 스택의 외부를 연통하기 위한 공기 유로가 형성되되, 상기 공기 유로는, 상기 중공부와 외부를 연통하도록 상기 셀 유닛이 맞닿는 단부에서 내측으로 함몰 형성된 제1 홈을 포함하는, 건식 금속 공기 연료전지 스택.
And a pair of dry electrolytes that are provided between the cathode and the anode and dissolve the electrolyte when water or an aqueous solution is supplied. The cathode unit includes a negative electrode that is a metal electrode, a positive electrode that is a pair of air electrodes disposed on one surface and the other surface of the negative electrode, / RTI >
A plurality of cell units stacked in a plurality of stages, a cell frame of a nonconductive material is provided between the stacked cell units and the cell units,
The cell frame includes:
A hollow portion having a predetermined thickness and formed along the periphery of the cell unit and communicating with the respective anodes disposed between the cell unit and the cell unit,
An anode disposed between the cell unit and the cell unit, and an air flow path for communicating the outside of the stack, wherein the air flow path includes a hollow portion formed inwardly of the end portion of the cell unit, 1 < / RTI > grooves.
제 1항에 있어서,
상기 건식 전해질은,
상기 음극 및 양극과 대응되는 판상의 멤브레인 또는 부직포에 전해질 용액을 함침 하여 건조시킨 것을 특징으로 하는, 건식 금속 공기 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The dry-
Wherein the plate-like membrane or nonwoven fabric corresponding to the negative electrode and the positive electrode is impregnated with an electrolyte solution and dried.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 셀 프레임은,
상기 중공부를 구획하도록 사각 프레임에서 연장 형성된 격자 프레임을 포함하며,
상기 공기 유로는,
구획된 중공부 각각을 연통하도록 상기 격자 프레임 상에 형성된 제2 홈을 포함하는, 건식 금속 공기 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The cell frame includes:
And a grid frame extending from the square frame to define the hollow portion,
Wherein,
And a second groove formed on the grid frame to communicate each of the partitioned hollow portions.
제 1항에 있어서,
상기 양극은, 양극판과 상기 양극판과 전기적으로 연결되고, 양극판 외부로 돌출되는 양극탭으로 구성되며,
상기 음극은, 음극판과 상기 음극판과 전기적으로 연결되고, 음극판 외부로 돌출되는 음극탭으로 구성되고,
상기 스택은, 복수의 셀 유닛을 직렬 또는 병렬로 연결하도록 상기 각각의 양극탭 또는 상기 각각의 음극탭 또는 상기 양극탭과 음극탭을 전기적으로 연결하는 단자를 포함하는, 건식 금속 공기 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The positive electrode is composed of a positive electrode plate and a positive electrode tab electrically connected to the positive electrode plate and protruding to the outside of the positive electrode plate,
Wherein the negative electrode is composed of a negative electrode plate and a negative electrode tab electrically connected to the negative electrode plate and protruding to the outside of the negative electrode plate,
Wherein the stack comprises a terminal for electrically connecting each of the anode tabs or each of the cathode tabs or the anode tab to the cathode tabs to connect the plurality of cell units in series or in parallel.
제 1항에 있어서,
상기 스택은,
알루미늄-공기 연료전지, 마그네슘-공기 연료전지 또는 아연-공기 연료전지 중 선택되는 어느 하나에 적용되는, 건식 금속 공기 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The stack may include:
A dry metal air fuel cell stack applied to any one of an aluminum-air fuel cell, a magnesium-air fuel cell, or a zinc-air fuel cell.
제 2항에 있어서,
상기 전해질 용액은,
수산화나트륨 용액, 소금물 및 수산화칼륨 용액 중 선택되는 어느 하나인 건식 금속 공기 연료전지 스택.3. The method of claim 2,
The electrolyte solution may contain,
A sodium hydroxide solution, a brine solution, and a potassium hydroxide solution.
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