KR102143266B1 - 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택 - Google Patents

연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택 Download PDF

Info

Publication number
KR102143266B1
KR102143266B1 KR1020170104785A KR20170104785A KR102143266B1 KR 102143266 B1 KR102143266 B1 KR 102143266B1 KR 1020170104785 A KR1020170104785 A KR 1020170104785A KR 20170104785 A KR20170104785 A KR 20170104785A KR 102143266 B1 KR102143266 B1 KR 102143266B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
flow path
cathode
anode
unit
Prior art date
Application number
KR1020170104785A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190019613A (ko
Inventor
한원상
김영태
임예훈
홍유식
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020170104785A priority Critical patent/KR102143266B1/ko
Publication of KR20190019613A publication Critical patent/KR20190019613A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102143266B1 publication Critical patent/KR102143266B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 공기극 및 연료극 인터커넥트에 단차부를 제공하고 스페이서를 생략하여 연료전지에 전달되는 하중을 각 구성에 균일하게 전달할 수 있는 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것이다.

Description

연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택{UNIT CELL FOR FUEL CELL AND FUEL CELL STACK HAVING THE SAME}
본 발명은 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 공기극 및 연료극 인터커넥트에 단차부를 제공하고 스페이서를 생략하여 연료전지에 전달되는 하중을 각 구성에 균일하게 전달할 수 있는 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
예를 들어, 고체 산화물 연료 전지는 수소와 산소의 산화/환원 반응을 통해 전기를 발생시키는 단위 전지와 인터커넥트로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 위치하는 양극(공기극)과, 전해질막의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다.
이에 양극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 양극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 음극에서 생성된 전자가 양극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다.
도 1을 참고하면, 종래 고체 산화물 연료 전지는 단위셀, 인터커넥트, 윈도우 프레임 및 스페이서가 포함된다. 이때, 각 구성들을 접착하기 위해 각 구성들 사이 밀봉재(sealant)가 포함된다. 따라서, 인터커넥트와 윈도우 프레임 사이 공간에 스페이서 및 밀봉재가 위치되게 된다.
아울러, 상술한 고체 산화물 연료 전지가 복수개 적층될 경우, 예를 들어, 2개의 단위 전지를 적층하기 위해서는 인터커넥트, 단위 전지, 윈도우 프레임, 스페이서, 집전체가 각각 2개씩 구성되고, 두 개의 단위 전지 사이 하나의 분리판이 더 포함되는 구성으로 제공되었다.
따라서, 종래 고체 산화물 연료 전지는 실링 온도에서 외부 하중이 가해졌을 때, 인터커넥트의 유로를 통해 하중이 전달됨으로써, 하중이 연료 전지의 중심부로 전달되어 하중 전달 불균형이 발생하였다. 또한, 종래 고체 산화물 연료 전지는 인터커넥터와 윈도우 프레임 사이 하중을 전달하는 구성인 스페이서가 더 포함될 수 있는데, 기둥 형태로 제공되는 스페이서를 통해 하중이 전달되면 스페이서와 접촉되는 면에 하중이 집중되어 윈도우 프레임이 변형이 일어날 수 있는 문제점이 발생하였다.
이에, 스페이서가 생략되고 연료 전지 가장자리에 하중이 전달될 수 있는 구성이 제공되어 하중 불균형을 방지하는 연료 전지가 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1603449호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 외부에서 가해지는 압력을 연료전지의 면적에 균형되게 분배하기 위해 인터커넥트 일면에 단차부가 제공된 연료전지용 단위 모듈 및 스택을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 인터커넥트 일면에 단차부를 형성하여, 인터커넥트와 윈도우 프레임 사이 위치되는 스페이서를 생략함으로써 구성 요소가 감소된 연료전지용 단위 모듈 및 스택을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위 모듈은 단위셀; 상기 단위셀의 가장자리에 위치되고, 공기 및 연료를 분배하는 윈도우 프레임; 상기 단위셀 상부에 위치되고, 상기 공기를 상기 단위셀로 유동시키는 공기극 유로가 형성된 공기극 인터커넥트; 및 상기 단위셀 하부에 위치되고, 상기 연료를 상기 단위셀로 유동시키는 연료극 유로가 형성된 연료극 인터커넥트;를 포함하고, 상기 공기극 인터커넥트 및 상기 연료극 인터커넥트 중 어느 하나 이상은, 상기 유로 가장자리에 이격되어 제공되는 단차부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 단차부는, 높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 낮은 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 단차부는, 높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 높은 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 단차부는, 상기 공기극 및 연료극 인터커넥트의 세로 방향을 따라 길이를 가지는 바 형태로 제공되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 단차부는, 일정한 패턴으로 제공되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 윈도우 프레임은, 상기 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 양쪽 가장자리에 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택은 연료전지용 단위 모듈이 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 연료전지용 스택은, 하나 이상의 상기 단위 모듈 사이 분리판;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 분리막은, 양 면에 각각 유로 및 단차부가 제공되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 분리막은, 상측 면에 연료극 유로 및 하측 면에 공기극 유로가 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 인터커넥트의 단차부가 윈도우 프레임과 대응되는 위치에 제공됨으로써, 외부에서 가해지는 압력이 단차부 및 인터커넥트 유로를 통해 연료전지에 균일하게 분포되는 효과가 발생하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 인터커넥트의 단차부에 의해 연료전지용 단위 모듈의 구성 중 스페이서가 생략가능하고, 따라서, 연료전지에 하중 전달 시 윈도우 프레임이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 발생하게 된다.
도 1은 종래 고체 산화물 연료전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 단위 모듈을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택을 도시한 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<연료전지용 단위 모듈>
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 단위 모듈을 도시한 단면도이고, 도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이다.
본 발명에 따른 연료전지용 단위 모듈은 단위셀(도시되지 않음), 윈도우 프레임(20), 공기극 인터커넥트(30), 연료극 인터커넥트(40) 및 실란트(50)를 포함할 수 있다.
단위셀은 공기극(양극, cathode, 11), 전해질(12) 및 연료극(음극, anode, 13)을 포함할 수 있고, 단위 모듈 및 고체 산화물 연료전지 스택에 전기를 발생시키는 역할을 할 수 있다. 연료극(13)에 연료를 공급해주면 연료가 산화되어 전자가 외부회로를 통하여 방출되고, 공기극(11)에 산소를 공급해주면 외부회로로부터 전자를 받아서 산소이온으로 환원된다. 환원된 산소이온은 전해질을 통해 연료극(13)으로 이동하여 산화된 연료와 반응하여 물을 생성한다. 이때, 연료극(13)에서 공기극(11)으로의 전자 흐름으로 직류 전기를 생산하게 된다. 단위셀(10)은 전해질 자립막식, 음극 지지체식 및 다공성지지체 세 가지 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 단위셀(10)은 음극 지지체식 구조로 형성될 수 있다. 공기극(11)은 공기극(11)에서 생성되는 산소 이온과 전해질층(12)을 접촉시켜 전해질층(12)의 환원을 억제하는 역할을 하므로, 면적이 넓을수록 연료전지의 효율이 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 음극(11)은 공기극 인터커넥트(20)와 접촉되지 않는 범위 내에서 넓게 형성될 수 있다.
윈도우 프레임(20)은 단위셀(10)의 측면에 위치되어, 단위셀(10)을 지지하고, 연료전지 외부에서 공급되는 연료 및 공기가 서로 섞이지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 연료전지의 상부 및 하부 중 어느 한 방향에서 공급되는 연료 및 공기 중 연료가 단위셀로 공급되는 것을 방지하고, 공기는 단위셀의 공기극(11)으로 공급해 주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 윈도우 프레임(20)은 외부에서 유입된 공기가 단위셀로 유동될 수 있게 일면에 유로가 형성될 수 있다. 이때, 유로는 후술되는 안착홈의 양쪽 가장자리에 형성될 수 있고, 후술되는 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로가 동일한 형태로 제공되는 것을 유의한다.
그리고, 윈도우 프레임(20)은 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성될 수 있고, 공기극(11)과 접촉되지 않을 만큼 가장자리에 일정 넓이를 가지는 프레임 형태로 제공될 수 있다. 단위셀을 연료극 인터커넥트(40)와 접촉 및 고정시키기 위해 윈도우 프레임(20) 상부 프레임과 하부 프레임의 폭이 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 윈도우 프레임(20)은 단위셀과 접촉되는 부분의 두께보다 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40) 사이에 적층되는 부분의 두께가 더 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 윈도우 프레임(20)의 단면이 '┌'의 형태로 제공될 수 있다.
윈도우 프레임(20)의 일부와 실란트(50)의 상부가 접합되는 형태로 제조되어 실란트(50)에 수직 면압을 가함으로써, 실란트(50)를 균일한 두께로 수축하고, 단위셀과 윈도우 프레임(20)을 견고하게 접합시킬 수 있다.
윈도우 프레임(20)은 단위셀 및 인터커넥트(30, 40)가 휘거나 처지지 않도록 강도를 보강하기 위해 금속제로 제조될 수 있다. 윈도우 프레임(20)은 단위셀이 작동하는 약 600 내지 1000의 고온에서 견딜 수 있도록 열에 상대적으로 강한 크롬(Cr) 물질을 일부 포함할 수 있다. 또한, 윈도우 프레임(20)은 니켈(Ni) 및 철(Fe) 추가로 포함하는 금속 혼합 물질로 이루어질 수 있다.
윈도우 프레임(20)은 연료전지의 상부 및 하부 중 어느 한 방향에서 공급되는 연료 및 공기의 흐름에 따라 하나 이상의 연료홀 및 공기홀(도시되지 않음)이 형성될 수 있고, 연료홀 및 공기홀은 대향되는 방향에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 윈도우 프레임(20) 가장자리에 하나 이상의 홀이 형성되어 있는데, 예를 들어, 우측 및 좌측의 홀이 단위 모듈에 유입되는 공기를 유동시키는 공기홀 역할을 할 경우, 상측 및 하측에 형성된 홀은 연료홀 역할을 할 수 있다.
공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)는 단위셀 상부 및 하부에 각각 위치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 공기극 인터커넥트(30)는 공기극(11) 상부에 위치되고 단위셀에 공급되는 공기를 공기극(11)으로 유동시킬 수 있고, 연료극 인터커넥트(40)는 연료극(13) 하부에 위치되고 외부에서 공급된 연료를 단위셀의 연료극(13)으로 유동시킬 수 있다. 따라서, 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)는 공기 및 연료가 공급되고 유동되기 위해 각각 공기극 유로(32) 및 연료극 유로(42)가 형성될 수 있다. 공기극 및 연료극 유로(32, 42)는 유로부(32a, 42a) 및 유로 형성부(32b, 42b)를 포함할 수 있다. 유로부(32a, 42a)는 공기 및 수소 중 어느 하나의 기체가 공급 및 유동되는 길의 역할을 할 수 있고, 유로 형성부(32b, 42b)는 유로부(32a, 42a)를 형성하기 위한 것으로, 일정한 높이를 가지고 있는 기둥형상으로 제공될 수 있다. 그리고, 유로 형성부(32b, 42b)는 유로부(32a, 42a) 양 옆에 형성되어 공기 및 수소가 다른 유로(32, 42)로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)에 형성된 유로(32, 42)는 요철 구조로써 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 형성될 수 있다. 또한, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 공기극 유로(32)와 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 연료극 유로(42)는 수직한 방향으로 형성되어 서로 연통되지 않는 것을 유의한다. 즉, 공기극 유로 형성부(32b)와 연료극 유로 형성부(42b)는 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 공기극 인터커넥터(30)에 단차부(31)가 제공될 수 있다. 단차부(31)는 공기극 유로(32)의 가장자리와 이격되어 제공될 수 있고, 높이는 변형가능하나, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로 형성부(32b)의 높이와 같거나 낮은 것이 바람직하다.
아울러, 단차부(32)는 바 형태 혹은 일정한 패턴으로 제공될 수 있다. 도 4(a)를 참고하면, 바 형태로 제공될 경우, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로 형성부(32b)와 동일한 형태로 제공될 수 있다. 즉, 유로 형성부(32b) 중 짧은 폭을 가지는 방향이 가로, 긴 폭을 가지는 방향이 세로를 의미할 경우, 단차부(32)는 가로 보다 세로가 길게 제공될 수 있다. 따라서, 단차부(32)는 가장자리에 위치된 유로 형성부(32b)와 일정거리 이격되어 형성될 수 있다. 도 4(b)를 참고하면, 공기극 인터커넥터(30)에 형성된 단차부(31)가 일정한 패턴으로 제공될 경우, 하나 이상의 단차부(31)는 유로 형성부(32b)의 세로 방향으로 이격되어 제공될 수 있다.
따라서, 실링 온도에서 연료전지에 가해지는 압력이 공기극 유로(32) 및 단차부(31) 분산됨으로써, 공기극 인터커넥트(20)에서 윈도우 프레임(20)으로 하중이 균일하게 전달될 수 있다.
일 실시 예에 따른 단위 모듈은 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 스페이서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 스페이서는 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 간격을 유지하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 스페이서(30)는 단면 및 평면이 원형, 타원형, 꼭지점이 곡률을 갖도록 처리된 곡률각형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형으로 형성된 군에서 선택된 어느 하나의 모양으로 형성될 수 있으며, 도체 및 절연체 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
나아가, 단위 모듈은 실링재(60)를 더 포함할 수 있다. 실링재(60)는 윈도우 프레임(20)과 단위셀, 공기극 인터커넥트(30) 및 연료극 인터커넥트(40) 각각의 사이에 위치되어 단위 모듈의 각 구성을 접합시키는 역할을 할 수 있다. 그리고, 단위셀에 주어지는 충격을 완화하는 완충제로써 역할도 수행할 수 있다. 실링재(60)는 유리 및 결정화 유리 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 고온에서 유동성을 가지는 성질을 가지고 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 연료극 인터커넥트(40)에 단차부(41)가 제공될 수 있다. 단차부(41)는 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 유로 형성부(42b)의 양측 단면과 이격되어 제공될 수 있고, 단차부(41)의 높이는 제한하지 않으나, 유로 형성부(42b) 높이와 같거나 높은 것이 바람직하다. 그리고, 단차부(41)는 유로 형성부(42b)와 바 형태 혹은 일정한 패턴으로 제공될 수 있다. 도 5(a)를 참고하면, 단차부(41)가 바 형태로 제공될 경우, 하나의 단차부(41)가 유로 형성부의 짧은 양 측 단면을 따라 길이를 가지는 형태로 제공될 수 있다. 그리고, 도 5(b)를 참고하면, 연료극 인터커넥트(40) 일면에 형성된 단차부(41)가 일정한 패턴으로 제공될 경우, 연료극 유로(32)와 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 단차부(41)는 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 유로부(42a)만큼 이격되어 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 단위 모듈은 연료극 인터커넥트(40) 일면에 단차부(41)를 제공함으로써, 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 스페이서 구성이 생략가능하고, 윈도우 프레임(20) 및 단위셀로부터 받는 하중이 단차부(41)와 연료극 유로(42)를 통해 전달되어 윈도우 프레임(20)의 변형을 방지하고, 하중이 연료전지의 전면으로 균일하게 분배될 수 있는 효과가 발생할 수 있다.
여기서, 단위 모듈은 윈도우 프레임(20)과 공기극 인터커넥트(30) 사이 스페이서를 더 포함할 수 있고, 윈도우 프레임(20)과 단위셀, 윈도우 프레임(20)과 공기극 인터커넥트(30), 공기극 인터커넥트(30)와 연료극 인터커넥트(40) 사이 실링재(60)를 더 포함할 수 있다. 스페이서 및 실링재(60)는 상술한 일 실시 예에 따른 단위 모듈 설명과 동일하여 생략하기로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40) 일면에 단차부(31, 41)가 제공될 수 있다. 그리고, 단위 모듈은 각 구성의 사이에 실링재(60)가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단차부(31, 41) 및 실링재(60)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 단위모둘과 동일하여 생략하기로 한다.
<연료전지용 스택>
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택을 도시한 단면도이다.
연료전지용 스택은 상술된 단위 모듈을 적층하여 제공할 수 있다. 이때, 하나 이상의 단위 모듈 사이 분리판(50)이 더 포함될 수 있다. 즉, 상측 단위셀의 연료극(13)과 하측 단위셀의 공기극(11) 사이 분리판(50)이 위치될 수 있고, 이때, 분리판(50)은 일면에 공기극 유로(32) 및 단차부(31), 타면에 연료극 유로(42) 및 단차부(41)가 형성될 수 있다. 일면 및 타면에 형성된 단차부(31, 41)는 바 형태 및 일정한 패턴 중 어느 하나로 제공될 수 있는데, 예를 들어, 일면에 형성된 단차부(31)가 바 형태로 제공되면, 타면에 형성된 단차부(41)는 연료극 유로(42)와 동일한 패턴으로 제공될 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택의 단위 모듈은 앞서 설명한 본 발명에 따른 단위 모듈과 동일하기 때문에 생략하기로 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11: 공기극
12: 전해질
13: 연료극
20: 윈도우 프레임
30: 공기극 인터커넥트
31: 공기극 단차부
32: 공기극 유로
32a: 유로부
32b: 유로 형성부
40: 연료극 인터커넥트
41: 연료극 단차부
42a: 유로부
42b: 유로 형성부
42: 연료극 유로
50: 분리판
60: 실링재

Claims (10)

  1. 단위셀;
    상기 단위셀의 가장자리에 위치되고, 공기 및 연료를 분배하는 윈도우 프레임;
    상기 단위셀 상부에 위치되고, 상기 공기를 상기 단위셀로 유동시키는 공기극 유로가 형성된 공기극 인터커넥트; 및
    상기 단위셀 하부에 위치되고, 상기 연료를 상기 단위셀로 유동시키는 연료극 유로가 형성된 연료극 인터커넥트;를 포함하고,
    상기 공기극 및 연료극 인터커넥트는,
    상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 가장자리와 이격되게 일정한 패턴으로 형성되는 단차부;를 더 포함하고,
    상기 공기극 인터커넥트에 형성된 상기 단차부는 상기 공기극 유로보다 높이가 낮고, 상기 연료극 인터커넥트에 형성된 상기 단차부는 상기 연료극 유로보다 높이가 높은 것을 특징으로 하는,
    연료전지용 단위 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우 프레임은,
    상기 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 양쪽 가장자리에 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
  7. 제1항 및 제6항 중 어느 한 항의 연료전지용 단위 모듈이 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료전지용 스택은,
    하나 이상의 상기 단위 모듈 사이 분리판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분리판은,
    양 면에 각각 유로 및 단차부가 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분리판은,
    상측 면에 연료극 유로 및 하측 면에 공기극 유로가 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
KR1020170104785A 2017-08-18 2017-08-18 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택 KR102143266B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170104785A KR102143266B1 (ko) 2017-08-18 2017-08-18 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170104785A KR102143266B1 (ko) 2017-08-18 2017-08-18 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190019613A KR20190019613A (ko) 2019-02-27
KR102143266B1 true KR102143266B1 (ko) 2020-08-10

Family

ID=65560971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170104785A KR102143266B1 (ko) 2017-08-18 2017-08-18 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102143266B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220070694A (ko) * 2020-11-23 2022-05-31 한국에너지기술연구원 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162669B1 (ko) * 2010-12-28 2012-07-05 주식회사 포스코 고체산화물 연료전지

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5330577B2 (ja) 2011-08-09 2013-10-30 日本特殊陶業株式会社 燃料電池セル及び燃料電池スタック

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162669B1 (ko) * 2010-12-28 2012-07-05 주식회사 포스코 고체산화물 연료전지

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220070694A (ko) * 2020-11-23 2022-05-31 한국에너지기술연구원 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택
KR102499211B1 (ko) * 2020-11-23 2023-02-13 한국에너지기술연구원 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190019613A (ko) 2019-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5227543B2 (ja) 燃料電池
JP6461545B2 (ja) 燃料電池
EP2991148B1 (en) Insulating structure, fuel cell and fuel cell stack
JP2015015218A (ja) 燃料電池のガス流路形成部材及び燃料電池
KR101796356B1 (ko) 연료 전지
US9496574B2 (en) Fuel cell
JP2015072757A (ja) セパレータおよび燃料電池
US10727523B2 (en) Fuel cell stack
KR102143266B1 (ko) 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택
JP5054080B2 (ja) 燃料電池スタック
JP6769300B2 (ja) 燃料電池スタック及びダミーセル
JP6472737B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2009043665A (ja) 燃料電池
WO2012137773A1 (ja) 燃料電池セル
KR20150017402A (ko) 냉각 성능이 우수한 연료전지 스택
JP5016228B2 (ja) 燃料電池
US9496568B2 (en) Fuel cell
JP2011113785A (ja) 燃料電池
JP5714432B2 (ja) 燃料電池スタック
JP5216391B2 (ja) 燃料電池セパレータ
JP2013098154A (ja) 燃料電池スタック
JP5700152B1 (ja) 燃料電池及びセパレータ
JP2017016827A (ja) 燃料電池
KR20190019610A (ko) 고체 산화물 연료전지 스택
JP2013189159A (ja) 燃料電池車両

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant