KR102144191B1 - 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조방법 - Google Patents

교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 제공된다. 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame), 상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되고, 상기 금속 프레임의 일 측에 배치되는 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치된 연료전지용 단전지(unit cell), 상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치되는 제2 밀봉 가스켓, 상기 제1 밀봉 가스켓의 일 측에 배치되는 제1 가스 분리판, 상기 제2 밀봉 가스켓의 타 측에 배치되는 제2 가스 분리판, 상기 제1 및 제2 빈 공간에 배치되는 제1 전류 집전체, 및 상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 제2 전류 집전체를 포함할 수 있다.

Description

교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조방법 {Fuel cell stack unit with easy replacement and manufacturing method of the same}
본 발명은 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 금속 프레임의 내부 엣지와 단전지의 적어도 일부가 중첩되도록 배치되는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조방법에 관련된 것이다.
고체산화물 연료전지의 스택은 수소(혹은 탄화수소연료)와 산소의 화학적반응을 이용하여 바로 전기로 전환할 수 있는 시스템이다. 연료전지의 반응은 공기극으로부터 산소이온의 전해질을 통해 연료극으로 전달되어 전해질과 연료극의 계면에 존재하는 촉매 반응점에서 연료와 반응하며 전자를 내어놓아 외부로 이동시키게 하여 전기를 발생하게 된다.
산소이온의 공기극으로부터 연료극으로 전달하게 하는 힘은 공기극과 연료극의 산소농도의 차이에 의해 결정된다. 따라서 산소와 수소(혹은 연료)가 스택 내에서 가스의 누설등에 의해 섞이게 되면, 연료극으로 사용되는 재료의 성분 중 Ni이 산화가 일어나게 되어 단전지의 불량이 발생하게 된다. 또한 연료극과 공기극의 산소분압의 차이는 산소이온이 전해질을 통해 공기극에서 연료극으로 흐르게 하는 원동력이나, 가스의 누설에 의해 서로 섞이게 되면 이 산소분압 차이가 낮아지게 되며 이에 의한 단전지 특성이 떨어지게 된다. 이에 따라, 고온에서 작동하는 고체산화물 연료전지의 산소공급이 이루어지는 유도로와 수소(혹은 연료)가 흐르도록 고안된 유도로로부터 반대의 극으로 흐르지 않게 유지하기 위해 가스분리판과 단전지, 그리고 스택유닛들과의 사이에 가스의 누설을 방지하게 위한 밀봉재를 사용한다.
고온용의 고체산화물 연료전지의 밀봉재는 고온에서 사용가능한 유리밀봉재와 MICA혹은 질석(Vermiculite)을 사용하여 만든 가스켓형태의 밀봉재를 사용한다. 이러한 밀봉가스켓은 MICA 혹은 질석의 판상구조의 특성상 많은 가압이 이루어지지 않으면 그 내부 혹은 밀봉가스켓과 가스분리판 혹은 단전지와의 접촉되는 계면에서의 가스의 누설이 존재하게 된다. 이러한 밀봉용가스켓의 특성 때문에 고온에서 작도하는 고체산화물 연료전지는 더욱 치밀한 밀봉의 특성을 보여주는 유리밀봉재를 주로 사용하고 있다. 그러나, 유리밀봉재에 의한 밀봉법은 유리의 연화에 의해 부피의 수축이 되는 특성에 의해 연료전지 스택을 형성하는 열처리 및 음극의 환원공정후의 검사방법에 제한성을 가지고 있다. 반면 가스켓에 의한 밀봉법은 스택형성 공정을 다양화할 수 있으며, 또한 열처리 및 환원 후의 검사공정을 도입할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 누설 가스로 인한 연료전지의 불량 문제를 감소시키는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 신뢰성이 향상된 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 교체가 용이한 연료전지 스택유닛 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 교체가 용이한 연료전지 스택유닛을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame), 상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되고, 상기 금속 프레임의 일 측에 배치되는 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치된 연료전지용 단전지(unit cell), 상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치되는 제2 밀봉 가스켓, 상기 제1 밀봉 가스켓의 일 측에 배치되는 제1 가스 분리판, 상기 제2 밀봉 가스켓의 타 측에 배치되는 제2 가스 분리판, 상기 제1 및 제2 빈 공간에 배치되는 제1 전류 집전체, 및 상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 제2 전류 집전체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지의 일 변과 타 변 사이의 거리는, 상기 금속 프레임 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리보다 길 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지 및 상기 금속 프레임이 중첩되는 영역에는 글래스 프릿(glass frit)이 제공된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임, 상기 연료전지용 단전지, 및 상기 제2 밀봉 가스켓은 하나의 유닛(unit)으로 교체될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전류 집전체중 적어도 하나는 금속 폼(foam)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전류 집전체 중 적어도 하나는 니켈 폼(foam)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지의 두께는, 상기 제2 밀봉 가스켓의 두께와 서로 다른 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 밀봉 가스켓, 및 상기 제2 밀봉 가스켓은 판상 구조(sheet structure)를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전류 집전체는 상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에서 압착된 형태로 제공될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 제1 가스 분리판, 및 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 유닛 플레이트(unit plate)에 있어서, 상기 유닛 플레이트는, 내부에 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame), 상기 금속 프레임을 사이에 두고, 상기 금속 프레임의 일 측 및 타 측에 배치되는 제1 및 제2 밀봉 가스켓, 및 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임 타 측에 배치되는 연료전지용 단전지를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법은, 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame)을 준비하는 단계, 및 상기 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임에 연료전지용 단전지를 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법은, 상기 금속 프레임의 일 측에 상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되는 제1 밀봉 가스켓을 배치하는 단계, 및 상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 제2 밀봉 가스켓을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 프레임을 준비하는 단계, 상기 연료전지용 단전지를 접합시키는 단계, 상기 제1 밀봉 가스켓을 배치하는 단계, 및 상기 제2 밀봉 가스켓을 배치하는 단계는 유닛 공정(unit process)을 이룰 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법은 상기 연료전지용 단전지의 일 측, 상기 제1 빈 공간, 및 상기 제2 빈 공간이 이루는 공간에 제1 전류 집전체를 제공하는 단계, 상기 제1 전류 집전체의 일 측에 제1 가스 분리판을 제공하는 단계, 상기 연료전지용 단전지의 타 측에 제2 전류 집전체를 제공하는 단계, 및 상기 제2 전류 집전체의 타 측에 제2 가스 분리판을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 두께를 갖는 상기 제2 전류 집전체를 압착하여, 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 변형시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지들을 가지는 금속 프레임, 상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되고, 상기 금속 프레임의 일 측에 배치되는 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치된 연료전지용 단전지, 상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치되는 제2 밀봉 가스켓, 상기 제1 밀봉 가스켓의 일 측에 배치되는 제1 가스 분리판, 상기 제2 밀봉 가스켓의 타 측에 배치되는 제2 가스 분리판, 상기 제1 및 제2 빈 공간에 배치되는 제1 전류 집전체, 및 상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 제2 전류 집전체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 종래의 연료전지 스택유닛과 비교하여 밀봉 효율이 향상된 연료전지 스택유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 연료전지 스택유닛은 상기 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임, 및 상기 연료전지용 단전지, 및 상기 제2 밀봉 가스켓이 하나의 유닛 플레이트로 교체될 수 있다. 이에 따라, 교체 효율이 향상된 연료전지 스택유닛이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 T-T' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 각 구성의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 단전지, 금속 프레임, 및 제2 밀봉 가스켓의 크기를 비교하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 제2 전류 집전체의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 유닛 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 연료전지 스택유닛 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8은 종래의 연료전지 스택유닛이 포함하는 단전지 및 금속 프레임을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 T-T' 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 각 구성의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 단전지, 금속 프레임, 및 제2 밀봉 가스켓의 크기를 비교하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 금속 프레임(100), 연료전지용 단전지(200), 제1 밀봉 가스켓(310), 제2 밀봉 가스켓(320), 제1 가스 분리판(410), 제2 가스 분리판(420), 제1 전류 집전체(510), 및 제2 전류 집전체(520)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
상기 금속 프레임(frame, 100)은 내부에 제1 빈 공간(100s)을 정의하는 내부 엣지(edge, 100e)들을 가질 수 있다. 즉, 상기 금속 프레임(100)은 내부에 상기 제1 빈 공간(100s)을 포함하고, 상기 제1 빈 공간(100s)은 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)들에 의하여 정의될 수 있다.
상기 금속 프레임(100)의 일 측에는 상기 제1 밀봉 가스켓(sealing gasket, 310)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 프레임(100)의 일 측은 상기 금속 프레임(100)의 상부일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 밀봉 가스켓(310)은 내부에 제2 빈 공간(310s)이 제공될 수 있다. 상기 제2 빈 공간(310s)은 상기 제1 빈 공간(100s)과 연통될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 빈 공간(100s) 및 제2 빈 공간(310s)은 상기 제1 밀봉 가스켓(310) 및 상기 금속 프레임(100)이 적층된 방향으로 연통될 수 있다.
상기 금속 프레임(100)의 타 측에는 연료전지용 단전지(unit cell, 200)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 프레임(100)의 타 측은 상기 금속 프레임(200)의 하부일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지(200)는 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 구체적으로, 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면이 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 중첩될 수 있다. 즉, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)는, 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면이 중첩되도록, 서로 적층된 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면은 밀봉 부재(210)로 코팅될 수 있다. 즉, 상기 연료전지용 단전지(200)는 상기 밀봉 부재(210)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면 및 상기 밀봉 부재(210)가, 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 중첩될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료전지용 단전지(200)는 연료극(미도시), 전해질(미도시), 및 공기극(미도시)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질(미도시)을 사이에 두고, 상기 공기극(미도시)은 상기 연료전지용 단전지(200)의 일 측에 배치되고, 상기 연료극(미도시)은 상기 연료전지용 단전지(200)의 타 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지용 단전지(200)의 일 측은 상부이고, 타 측은 하부일 수 있다.
상기 금속 프레임(100)의 타 측에는, 상기 연료전지용 단전지(200)뿐만 아니라, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 내부에 제3 빈 공간(320s)이 제공될 수 있다. 상기 제3 빈 공간(320s)에는 상기 연료전지용 단전지(200)가 수용될 수 있다. 즉, 상기 금속 프레임(100)의 타 측에는, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 제2 밀봉 가스켓(320)에 수용된 상태로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 밀봉 가스켓(310) 및 제2 밀봉 가스켓(320)은 모두 세라믹 소재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 밀봉 가스켓(310) 및 제2 밀봉 가스켓(320)은 모두 판상 구조(sheet structure)를 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 제2 밀봉 가스켓(320)에 수용된 상태로, 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩된 구조를 갖기 위하여, 상기 단전지의 일 변과 타 변 사이의 거리(d1), 상기 금속 프레임(100) 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리(d2), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320) 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리(d3)가 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 단전지(200)의 일 변과 타 변 사이의 거리(d1)은, 상기 금속 프레임(100) 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리(d2)보다 길 수 있다. 또한, 상기 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리(d3)는, 상기 단전지(200)의 일 변과 타 변 사이의 거리(d1)보다 길 수 있다. 즉, 상기 단전지(200)의 면적은, 상기 제1 빈 공간(100s)의 면적보다 넓고, 상기 제3 빈 공간(320s)의 면적보다는 좁을 수 있다. 이에 따라, 상기 단전지(200)는 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 상기 제3 빈 공간(320s) 내에 수용된 상태로, 상기 금속 프레임(100)과 접합될 수 있다. 결과적으로, 상기 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 모두 상기 금속 프레임(100)의 타 측에 배치되되, 상기 단전지(200)는 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩되고, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 상기 단전지(200)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단전지(200) 및 상기 금속 프레임(100)이 중첩되는 영역(A1, A2)에는 글래스 프릿(glass frit)이 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 단전지(200) 및 상기 금속 프레임(100)이 서로 적층된 구조를 갖는 경우, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 단전지(200) 사이로 가스가 누설되는 현상이 방지될 수 있다.
상기 제1 가스 분리판(410) 및 상기 제2 가스 분리판(420)은 각각, 상기 제1 밀봉 가스켓(310)의 일 측 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 타 측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 가스 분리판(410)은 상기 제1 밀봉 가스켓(310)의 상부에 배치되고, 상기 제2 가스 분리판(420)은 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 상기 제1 가스 분리판(410), 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 상기 금속 프레임(100), 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320), 및 상기 제2 가스 분리판(420)이 두께 방향으로 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 포함하는 제2 전류 집전체의 제조공정(제2 전류 집전체를 제2 가스 분리판에 삽입하는 공정)을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 전류 집전체(510)는 상기 제1 빈 공간(100s) 및 상기 제2 빈 공간(310s) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 전류 집전체(520)는 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전류 집전체(510) 및 제2 전류 집전체(520) 중 적어도 하나는 금속 폼(foam)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전류 집전체(510) 및 상기 제2 전류 집전체(520) 중 적어도 하나는 니켈 폼(foam)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전류 집전체(510) 및 상기 제2 전류 집전체(520) 중 적어도 하나가 금속 폼을 포함함에 따라, 상기 제1 전류 집전체(510) 및 제2 전류 집전체(520)는 상기 연료전지용 단전지(200)에 가해지는 충격을 흡수할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전류 집전체(520)는 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에서 압착된 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전류 집전체(520)는 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에 배치된 이후, 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 가스 분리판(420)에 압력이 가해질 수 있다. 이에 따라, 제1 두께(t3)를 갖던 상기 제2 전류 집전체(520)는, 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 가스 분리판(420)에 의하여 압착되어, 상기 제1 두께(t3)보다 얇은 제2 두께(t4)로 변형될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제2 전류 집전체(520)가 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에서 압착된 형태로 제공되고, 상기 제2 전류 집전체(520)가 금속 폼을 포함함에 따라, 상기 연료전지용 단전지(200)의 두께(t1) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 두께(t2)가 다른 경우에도, 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 제2 밀봉 가스켓(320), 및 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에서 가스가 누설되는 현상의 발생이 감소될 수 있다.
즉, 상기 연료전지용 단전지(200)의 두께(t1) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 두께(t2)가 다른 경우에도, 상기 금속 프레임(100), 상기 제2 가스 분리판(420)은 상기 제2 전류 집전체(520)의 상기 단전지(200)에 의해 가해지는 압력에 의해 눌려지게 되어 밀봉될 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 전류 집전체(520)가 압착된 형태로 제공되지 않거나, 금속 폼이 아닌 다른 형태의 물질을 포함하는 경우, 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 제2 밀봉 가스켓(320), 및 상기 제2 가스 분리판(420) 사이를 밀봉하기 위하여, 동일한 두께를 갖는 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)을 준비해야되는 문제점이 있을 수 있다. 고온의 환경에서 사용되는 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 경우, 세라믹 소재로 구성될 수 있다. 이러한 세라믹 소재는, 상술된 바와 같이 판상 구조를 갖게 되고, 판상 구조의 경우, 제조공정의 특성에 의해 일정한 두께로 제조하기기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)에 동일한 두께가 요구되는 경우, 연료전지 스택유닛이 제조되기 위한 공정상의 어려움이 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 다른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 경우, 상술된 바와 같이, 상기 연료전지용 단전지(200), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 두께가 서로 다르게 준비될 수 있음에도 불구하고, 연료전지 스택유닛이 제조되기 위한 공정이 간편해지는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 유닛 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 상기 금속 프레임(100), 상기 연료전지용 단전지(200), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 하나의 유닛 플레이트(unit plate, UT)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 연료전지 스택유닛에 결함이 발생된 경우, 상기 유닛 플레이트(UT), 제1 및 제2 가스 분리판(410, 420)을 분리시킨 후, 상기 유닛 플레이트(UT)만을 교체하는 간단한 방법으로, 상기 연료전지 스택유닛에 발생한 결함을 해결할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 내부에 상기 제1 빈 공간(100s)을 정의하는 내부 엣지(100e)들을 가지는 상기 금속 프레임(100),
상기 제1 빈 공간(100s)과 연통되는 상기 제2 빈 공간(310s)이 내부에 제공되고, 상기 금속 프레임(100)의 일 측에 배치되는 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임(100)의 타 측에 배치된 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임(100)의 타 측에 배치되는 상기 제2 밀봉 가스켓(320), 상기 제1 밀봉 가스켓(310)의 일 측에 배치되는 제1 가스 분리판(410), 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 타 측에 배치되는 상기 제2 가스 분리판(420), 상기 제1 및 제2 빈 공간(100s, 310s)에 배치되는 상기 제1 전류 집전체(510), 및 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 제2 가스 분리판(420) 사이에 배치되는 제2 전류 집전체(520)를 포함할 수 있다. 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 상기 금속 프레임(100), 및 상기 연료전지용 단전지(200), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 하나의 유닛 플레이트(UT)로 교체될 수 있다. 이에 따라, 교체 효율이 향상된 연료전지 스택유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 종래의 연료전지 스택유닛과 비교하여, 밀봉 효율이 향상될 수 있다. 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 밀봉 효율 향상 효과를 구체적으로 설명하기 위하여, 종래의 연료전지 스택유닛을 나타내는 도 7 및 도 8이 도 2와 비교되어 설명된다.
도 7은 종래의 연료전지 스택유닛 구조를 나타내는 단면도이고, 도 8은 종래의 연료전지 스택유닛이 포함하는 단전지 및 금속 프레임을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 종래의 연료전지 스택유닛은 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛과 같이, 상기 제1 및 제2 가스 분리판(410, 420), 상기 제1 및 제2 밀봉 가스켓(310, 320), 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 금속 프레임(100), 및 상기 제1 및 제2 전류 집전체(510, 520)를 포함할 수 있다. 다만, 종래의 연료전지 스택유닛이 포함하는 각 구성들의 배치는, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛과 다를 수 있다.
구체적으로, 종래의 연료전지 스택유닛의 경우, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 금속 프레임(100)의 제1 빈 공간(100s)에 수용될 수 있다. 이후, 상기 단전지(200)가 수용된 상기 금속 프레임(100)의 일 측에 상기 제1 밀봉 가스켓(310)이 배치되고, 상기 금속 프레임(100)의 타 측에 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 밀봉 가스켓(310)의 일 측에는 상기 제1 가스 분리판(410)이 배치되고, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 타 측에는 상기 제2 가스 분리판(420)이 배치될 수 있다. 상기 제1 전류 집전체(510)는 상기 제1 밀봉 가스켓(310)이 포함하는 제2 빈 공간(310s)에 수용되고, 상기 제2 전류 집전체(520)는 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 포함하는 제3 빈 공간(320s)에 수용될 수 있다.
즉, 종래의 연료전지 스택유닛의 경우, 상기 제1 밀봉 가스켓(310)의 내부 엣지와 상기 연료전지용 단전지(200)의 일 측 중 적어도 일부가 중첩되고, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 내부 엣지와 상기 연료전지용 단전지(200)의 타 측 중 적어도 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다.
상술된 구조를 갖는 종래의 연료전지 스택유닛은, 상기 제1 밀봉 가스켓(310) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 중접되는 영역(B1, B2)과 상기 제2 밀봉 가스켓(320) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 중첩되는 영역(B3, B4)에 공간이 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 종래의 연료전지 스택유닛 역시, 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 세라믹 소재로 구성됨에 따라, 두께를 일정하게 형성하기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 상기 제1 밀봉 가스켓(310) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 중접되는 영역(B1, B2)과 상기 제2 밀봉 가스켓(320) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 중첩되는 영역(B3, B4) 사이에 공간이 발생하여 가스가 새어나가는 문제가 발생될 수 있다.
이와 달리, 도 2를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 경우, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩되도록 배치됨에 따라, 종래의 연료전지 스택유닛과 비교하여 밀봉 효율이 향상될 수 있다. 즉, 상기 금속 프레임(100)의 경우, 세라믹 소재로 이루어진 상기 제1 및 제2 밀봉 가스켓(310, 320)과 비교하여 두께가 일정할 수 있다. 이에 따라, 두께가 일정한 상기 금속 프레임(100)과 상기 연료전지용 단전지(200)는 밀접하게 접합되어, 상기 금속 프레임(100)과 상기 연료전지용 단전지(200) 사이의 빈 공간 형성이 억제될 수 있다. 결과적으로, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 밀봉 효율이 향상될 수 있다.
또한, 종래의 연료전지 스택유닛의 경우, 밀봉 효율을 향상시키기 위하여 상기 연료전지용 단전지(200)의 두께(t1)와 상기 금속 프레임(100)의 두께(t5)를 동일하게 준비되야 한다. 하지만, 상기 연료전지용 단전지(200)의 경우, 세라믹 소재로 이루어짐에 따라, 상기 금속 프레임(100)의 두께(t5)와 동일한 두께를 갖도록 제조하거나, 균일한 두께를 갖도록 제조하는 것이 어려운 문제점이 있다.
이와 달리, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 경우, 도 2 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 제2 밀봉 가스켓(320) 내부의 상기 제3 빈 공간(320s)에 수용되지만, 상기 연료전지용 단전지(200)의 두께(t1)와 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 두께(t5)가 서로 달라도 되기 때문에, 연료전지 스택유닛의 제조공정이 간편해지는 장점이 있다.
또한, 종래의 연료전지 스택유닛이 고온에서 동작되는 경우, 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 금속 프레임(100)의 열팽창률 차이로 인하여, 상기 금속 프레임(100), 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320) 사이에 빈 공간이 형성되어 밀봉이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 경우, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 상기 제3 빈 공간(320s)에 수용됨에 따라, 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 금속 프레임(100), 상기 제2 밀봉 가스켓(320)의 열팽창률 차이가 발생하는 경우에도, 밀봉이 유지되는 구조를 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛은, 상기 연료전지용 단전지(200)가 상기 금속 프레임(100)의 내부 엣지(100e)와 적어도 일부가 중첩되도록 배치됨에 따라, 종래의 연료전지 스택유닛이 갖는 세라믹 소재 구성들(예를 들어, 제1 및 제2 밀봉 가스켓, 연료전지용 단전지)의 두께가 일정하지 않음에 따라 발생하는 밀봉 효율 저하 문제, 및 상기 연료전지용 단전지(200)와 상기 금속 프레임(100)의 열팽창률이 다름에 따라 발생하는 상기 단전지(200)의 크랙(crack)발생 문제와 밀봉 효율 저하 문제가 해결될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법이 설명된다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법을 설명하는 순서도이다. 이하, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법을 설명함에 있어, 금속 프레임, 연료전지용 단전지, 제1 및 제2 밀봉 가스켓, 제1 및 제2 가스 분리판, 제1 및 제2 전류 집전체는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 각 구성과 같을 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 금속 프레임(100)이 준비될 수 있다(S110). 상기 금속 프레임(100)은 내부에 제1 빈 공간(100s)을 정의하는 내부 엣지(100e)들을 가질 수 있다. 상기 금속 프레임(100)은, 연료전지용 단전지(200)와 접합될 수 있다(S120). 구체적으로, 상기 금속 프레임(100)의 상기 내부 엣지(100e)와 상기 연료전지용 단전지(200)의 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 접합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 접합되기 전, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 중첩되는 영역에 글래스 프릿(glass frit)이 제공될 수 있다. 즉, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200) 사이에 글래스 프릿이 제공된 이후, 상기 금속 프레임(100)과 상기 연료전지용 단전지(200)가 접합될 수 있다. 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)가 접합된 이후, 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200)는 열처리될 수 있다. 이 경우, 상기 글래스 프릿에 의하여 상기 금속 프레임(100) 및 상기 연료전지용 단전지(200) 사이의 접합력이 향상될 수 있다.
계속해서, 상기 금속 프레임(100)의 일 측에는 제1 밀봉 가스켓(310)이 배치될 수 있다(S130). 상기 제1 밀봉 가스켓(310)은 내부에 제2 빈 공간(310s)이 제공될 수 있다. 상기 제1 밀봉 가스켓(310)은 상기 제2 빈 공간(310s)이 상기 금속 프레임(100)의 상기 제1 빈 공간(100s)과 연통되도록 배치될 수 있다.
상기 금속 프레임(200)의 타 측에는 제2 밀봉 가스켓(320)이 배치될 수 있다(S140). 예를 들어, 상기 금속 프레임(200)의 타 측은 상기 연료전지용 단전지가 배치된 측일 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 프레임(200)의 타 측에는 상기 연료전지용 단전지(200) 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 내부에 제3 빈 공간(320s)이 제공될 수 있다. 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 상기 금속 프레임(100)의 타 측에 배치되는 경우, 상기 제3 빈 공간(320s) 내에 상기 연료전지용 단전지(200)가 수용되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 밀봉 가스켓(320)은 상기 연료전지용 단전지(200)의 외주면을 둘러쌀 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 프레임(100)을 준비하는 단계(S110), 상기 연료전지용 단전지(200)를 접합시키는 단계(S120), 상기 제1 밀봉 가스켓(310)을 배치하는 단계(S130), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)을 배치하는 단계(S140)는 유닛 공정(unit process, S100)를 이룰 수 있다. 상기 유닛 공정(S100)을 통하여 상기 금속 프레임(100), 상기 연료전지용 단전지(200), 상기 제1 밀봉 가스켓(310), 및 상기 제2 밀봉 가스켓(320)이 적층된 유닛 플레이트(UT)가 준비될 수 있다.
상기 유닛 공정(S100)이 수행된 이후, 상기 연료전지용 단전지(200)의 일 측, 상기 제1 빈 공간(100s), 및 상기 제2 빈 공간(310s)이 이루는 공간에 제1 전류 집전체(510)가 제공될 수 있다(S200). 또한, 상기 제1 전류 집전체(510)의 일 측에는 제1 가스 분리판(410)이 제공될 수 있다(S300). 반면, 상기 연료전지용 단전지(200)의 타 측에는 제2 전류 집전체(520)가 제공될 수 있다(S400). 또한, 상기 제2 전류 집전체(520)의 타 측에는 제2 가스 분리판(420)이 제공될 수 있다(S500). 이후, 제1 두께를 갖는 상기 제2 전류 집전체(520)를 압착하여, 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 변환시킬 수 있다(S600). 구체적으로, 상기 제1 가스 분리판(410) 및 상기 제2 가스 분리판(420)을 압착시키는 방법을 통하여, 상기 제2 전류 집전체(520)를 압착시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 교체가 용이한 연료전지 스택유닛이 제조될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 금속 프레임
200: 연료전지용 단전지
310: 제1 밀봉 가스켓
320: 제2 밀봉 가스켓
410: 제1 가스 분리판
420: 제2 가스 분리판
510: 제1 전류 집전체
520: 제2 전류 집전체

Claims (15)

  1. 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame);
    상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되고, 상기 금속 프레임의 일 측에 배치되는 제1 밀봉 가스켓;
    상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치된 연료전지용 단전지(unit cell);
    상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 배치되는 제2 밀봉 가스켓;
    상기 제1 밀봉 가스켓의 일 측에 배치되는 제1 가스 분리판;
    상기 제2 밀봉 가스켓의 타 측에 배치되는 제2 가스 분리판;
    상기 제1 및 제2 빈 공간에 배치되는 제1 전류 집전체;
    상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 제2 전류 집전체; 및
    상기 단전지의 외주면 및 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 중첩되는 밀봉 부재;를 포함하되,
    상기 제1 밀봉 가스켓, 상기 금속 프레임, 상기 연료전지용 단전지, 및 상기 제2 밀봉 가스켓은 하나의 유닛(unit)으로 교체되는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지용 단전지의 일 변과 타 변 사이의 거리는, 상기 금속 프레임 일 내부 엣지와 타 내부 엣지 사이의 거리보다 긴, 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지용 단전지 및 상기 금속 프레임이 중첩되는 영역에는 글래스 프릿(glass frit)이 제공된 것을 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전류 집전체중 적어도 하나는 금속 폼(foam)을 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전류 집전체 중 적어도 하나는 니켈 폼(foam)을 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지용 단전지의 두께는, 상기 제2 밀봉 가스켓의 두께와 서로 다른 것을 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 가스켓, 및 상기 제2 밀봉 가스켓은 판상 구조(sheet structure)를 갖으며, 상기 제1 가스 분리판, 또는 상기 제2 가스 분리판과는 압착된 형태로 제공되는, 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전류 집전체는 상기 연료전지용 단전지와 상기 제2 가스 분리판 사이에서 압착된 형태로 제공되는, 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  10. 제1 가스 분리판, 및 제2 가스 분리판 사이에 배치되는 연료전지용 유닛 플레이트(unit plate)에 있어서, 상기 유닛 플레이트는,
    내부에 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame);
    상기 금속 프레임을 사이에 두고, 상기 금속 프레임의 일 측 및 타 측에 배치되는 제1 및 제2 밀봉 가스켓;
    상기 금속 프레임의 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임 타 측에 배치되는 연료전지용 단전지; 및
    상기 단전지의 외주면 및 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 중첩되는 밀봉 부재;를 포함하되,
    상기 유닛 플레이트는, 하나의 유닛(unit)으로 교체되는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛.
  11. 내부에 제1 빈 공간을 정의하는 내부 엣지(edge)들을 가지는, 금속 프레임(frame)을 준비하는 단계;
    상기 내부 엣지와 적어도 일부가 중첩되도록, 상기 금속 프레임에 연료전지용 단전지를 접합시키는 단계;
    상기 금속 프레임의 일 측에 상기 제1 빈 공간과 연통되는 제2 빈 공간이 내부에 제공되는 제1 밀봉 가스켓을 배치하는 단계; 및
    상기 연료전지용 단전지의 외주면을 둘러싸도록, 상기 금속 프레임의 타 측에 제2 밀봉 가스켓을 배치하는 단계;를 포함하되,
    상기 연료전지용 단전지를 접합시키는 단계는, 상기 단전지의 외주면과 상기 금속 프레임의 내부 엣지와 중첩되도록 밀봉 부재를 배치하는 것을 포함하고,
    상기 금속 프레임을 준비하는 단계, 상기 연료전지용 단전지를 접합시키는 단계, 상기 제1 밀봉 가스켓을 배치하는 단계, 및 상기 제2 밀봉 가스켓을 배치하는 단계는 유닛 공정(unit process)을 이루는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 연료전지용 단전지의 일 측, 상기 제1 빈 공간, 및 상기 제2 빈 공간이 이루는 공간에 제1 전류 집전체를 제공하는 단계;
    상기 제1 전류 집전체의 일 측에 제1 가스 분리판을 제공하는 단계;
    상기 연료전지용 단전지의 타 측에 제2 전류 집전체를 제공하는 단계; 및
    상기 제2 전류 집전체의 타 측에 제2 가스 분리판을 제공하는 단계를 더 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    제1 두께를 갖는 상기 제2 전류 집전체를 압착하여, 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 변형시키는 단계를 더 포함하는 교체가 용이한 연료전지 스택유닛의 제조방법.
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