KR20060110650A - Stack and fuel cell system with the same - Google Patents

Abstract

Provided is a stack for a fuel cell system, which allows the use of a separator made of a metallic material to reduce the volume of a stack and to reduce the manufacturing cost, and prevents the degradation of the quality and lifespan of a fuel cell system. The stack(10) for a fuel cell system comprises at least one electricity generating unit(11) for generating electricity via electrochemical reactions between hydrogen and oxygen, wherein the electricity generating unit comprises a membrane electrode assembly(12) and separators(13) disposed on both surfaces of the membrane electrode assembly, and further comprises a terminal portion(20), which is disposed so that each separator is surrounded with the terminal portion and allows the flow of the electrons generated from the membrane electrode assembly.

Description

스택 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템 {STACK AND FUEL CELL SYSTEM WITH THE SAME}STACK AND FUEL CELL SYSTEM WITH THE SAME

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing the structure of a stack for a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional view of FIG. 2.

도 4는 도 3에 도시한 단자부의 전개도이다.4 is an exploded view of the terminal unit illustrated in FIG. 3.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 단면 구성도이다.5 is a cross-sectional view showing the structure of a stack for a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지용 스택 구조를 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system having an improved stack structure for a fuel cell.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that directly converts chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based fuel such as methanol, ethanol, and natural gas into oxygen directly.

이러한 연료 전지에 있어, 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.In such fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (PEMFC, hereinafter called PEMFC for convenience), which have been recently developed, have superior output characteristics than other fuel cells, have a low operating temperature, fast startup and It has responsive characteristics and has a wide range of applications such as mobile power supplies such as automobiles, as well as distributed power supplies such as homes and public buildings, and small power supplies such as electronic devices.

이러한 PEMFC 방식의 연료 전지 시스템은 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 "스택" 이라 한다)와, 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 이 수소를 스택으로 공급하는 개질기(reformer)와, 산소를 스택으로 공급하기 위한 공기펌프 또는 팬을 구비한다. 따라서 스택에서는 개질기로부터 공급되는 수소와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 산소의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.The PEMFC type fuel cell system includes a fuel cell body (hereinafter referred to as a "stack" for convenience) called a stack, a reformer that generates hydrogen by reforming fuel and supplies the hydrogen to the stack, An air pump or fan for supplying oxygen to the stack is provided. Thus, the stack generates electrical energy by electrochemical reaction of hydrogen supplied from the reformer and oxygen supplied by the operation of the air pump or fan.

한편, PEMFC와 다른 방식의 연료 전지 시스템은 연료를 직접 스택으로 공급하여 이 연료와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC, 이하 DMFC라 한다)를 채용할 수 있다. 이러한 DMFC 방식의 연료 전지 시스템은, PEMFC의 시스템과 달리, 개질기를 필요로 하지 않는다.On the other hand, PEMFC and other fuel cell system is a direct methanol fuel cell (DMFC), which supplies the fuel directly to the stack to generate electrical energy through the electrochemical reaction of the fuel and oxygen. Can be employed. Such a DMFC type fuel cell system, unlike the PEMFC system, does not require a reformer.

상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어, 스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly : MEA, 이하 MEA라 한다)와, 세퍼레이터(separator)(당업계에 서는 '바이폴라 플레이트' 라고도 한다.)로 이루어진 단위의 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조로 이루어진다. MEA는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조로 이루어진다. 그리고 세퍼레이터는 MEA를 사이에 두고 양측에 배치되어, 수소 또는 연료와 산소를 MEA로 공급하는 통로의 역할과, 각 MEA의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다.In such a fuel cell system, the stack is a unit consisting of a membrane electrode assembly (MEA, hereinafter referred to as MEA) and a separator (also referred to in the art as a bipolar plate). It consists of a structure in which cells are stacked to several tens. The MEA has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode are attached with an electrolyte membrane interposed therebetween. The separator is disposed on both sides with the MEA interposed therebetween, and simultaneously serves as a path for supplying hydrogen or fuel and oxygen to the MEA, and a conductor for connecting the anode and cathode electrodes of each MEA in series.

따라서 MEA의 애노드 전극에는 세퍼레이터에 의해 수소 또는 연료가 공급되는 반면, MEA의 캐소드 전극에는 세퍼레이터에 의해 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소의 전기 화학적인 산화가 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 전기 화학적인 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 스택에서는 전기 에너지를 발생시키게 된다.Therefore, hydrogen or fuel is supplied to the anode electrode of the MEA by the separator, while oxygen is supplied to the cathode electrode of the MEA by the separator. In this process, the electrochemical oxidation of hydrogen occurs at the anode electrode, the electrochemical reduction of oxygen occurs at the cathode electrode, the electrical energy generated in the stack due to the movement of the generated electrons.

상기 전자의 이동을 가능케 하는 종래의 연료 전지용 스택은 일본 특허공개 공보 제1994-60905호, 일본 특허공개 공보 제1996-138699호, 일본 특허공개 공보 제2000-58074호, 일본 특허공개 공보 제2000-164234호, 일본 특허공개 공보 제2001-6702호 등에 개시된 바 있다. 상기한 종래 기술들은 별도의 단자를 이용하여 각 단위의 셀을 전기적으로 연결함으로써 소정 전위차를 갖는 전기 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.Conventional fuel cell stacks that allow the movement of electrons are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1994-60905, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1996-138699, Japanese Patent Publication No. 2000-58074, and Japanese Patent Publication No. 2000- 164234, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6702, and the like. The above-described prior arts have a structure of generating electrical energy having a predetermined potential difference by electrically connecting cells of each unit by using separate terminals.

그런데, 종래의 연료 전지에 있어 공통적으로 구비하는 세퍼레이터가 통상적인 그라파이트 또는 카본 합성물로 형성되기 때문에, 제조하기가 복잡하고, 가격이 비싸 경제적인 부담을 가중시키는 문제점이 있었다.However, since a separator commonly provided in a conventional fuel cell is formed of a conventional graphite or carbon composite material, there is a problem that it is complicated to manufacture and the cost is high and the economic burden is added.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 제조하기가 용이하고 가격이 저렴한 금속 소재의 세퍼레이터 또는 비도전성 세퍼레이터를 사용하여 연료 전지를 구성하고, 이 연료 전지의 전기적인 연결 구조를 개선하여 연료 전지의 성능 및 수명을 연장시킬 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to construct a fuel cell by using a metal material separator or a non-conductive separator which is easy to manufacture and inexpensive, and the electrical connection structure of the fuel cell It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of improving the performance and life of a fuel cell.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 스택은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 1의 전기 발생부를 포함하며,In order to achieve the above object, a stack for a fuel cell system according to the present invention includes at least one electricity generating unit for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen,

상기 전기 발생부는, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)의 양면에 세퍼레이터(Separator)를 배치하여 구성되고, 상기 각 세퍼레이터를 감싸도록 배치되어 상기 막-전극 어셈블리에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 하는 단자부를 포함한다.The electricity generating unit is configured by disposing a separator on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA), and is arranged to surround each separator to flow the electrons generated in the membrane-electrode assembly. It includes a terminal portion to enable.

상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하고 이들 전기 발생부에 의한 집합체 구조로 이루어지며, 상기 단자부가 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)으로서 구성되고, 이 기체 확산층을 통한 상기 전기 발생부 간의 전기적인 연결이 가능하도록 구성될 수 있다.The fuel cell system stack includes a plurality of the electric generators, and has an aggregate structure formed by these electric generators, and the terminal portion is configured as a gas diffusion layer (GDL), and the gas is passed through the gas diffusion layer. It may be configured to enable electrical connection between the electricity generating section.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 단자부는 카본 합성물(composite) 또는 카본 페이퍼(carbon paper) 또는 카본 클로스(carbon cloth) 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다.In the stack for the fuel cell system, the terminal portion is preferably made of one of carbon composite, carbon paper, and carbon cloth.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 단자부는 상기 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되는 제1 부분과, 상기 다른 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되는 제2 부분과, 상기 세퍼레이터의 어느 한 쪽 가장자리 외측에 위치하면서 상기 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분으로 구성될 수 있다.In the stack for the fuel cell system, the terminal portion is in close contact with one side of the membrane-electrode assembly of the one side of the electrical generating portion, and the other side of the membrane-electrode assembly of the other side of the electrical generating portion It may be composed of a second portion and a third portion which is located outside the one edge of the separator connecting the first portion and the second portion.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 부분은 상기 연료 및/또는 산소가 막-전극 어셈블리의 외측으로 확산되는 것을 저지하기 위한 실링부재를 구비하고 있다. 이 경우 상기 실링부재는 상기 막-전극 어셈블리의 가장자리단에 상응하는 제1 및 제2 부분의 가장자리 부분에 형성되고, 폴리머 또는 고무 소재로서 형성될 수 있다.In the stack for the fuel cell system, the first and second portions are provided with sealing members for preventing the fuel and / or oxygen from diffusing out of the membrane-electrode assembly. In this case, the sealing member is formed at the edges of the first and second portions corresponding to the edges of the membrane electrode assembly, and may be formed as a polymer or rubber material.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 단자부는 상기 제1,2 부분과 제3 부분의 연결 부위에 형성되어 상기 제1 및 제2 부분의 밴딩을 가능케 하는 밴딩부재를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 밴딩부재는 폴리머, 고무 또는 금속 소재로서 형성될 수 있다.In the stack for the fuel cell system, the terminal portion may include a bending member formed at a connection portion between the first and second portions and the third portion to allow bending of the first and second portions. In this case, the banding member may be formed as a polymer, rubber or metal material.

상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하며, 서로 이웃하는 상기 단자부를 실질적으로 절연시키는 제1 절연부를 포함한다.The stack for the fuel cell system includes a plurality of the electricity generating units, and includes a first insulating unit that substantially insulates the terminal units adjacent to each other.

상기 연료 전지 시스템용 스택은, 최외곽에 위치하는 상기 단자부에 밀착 배치되는 집전 플레이트를 구비할 수도 있다. 이 경우 상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 최외곽의 단자부와 세퍼레이터 사이에 개재되어 이 단자부와 세퍼레이터 를 실질적으로 절연시키는 제2 절연부를 포함할 수 있다.The fuel cell system stack may include a current collector plate disposed in close contact with the terminal portion located at the outermost portion. In this case, the fuel cell system stack may include a second insulating portion interposed between the outermost terminal portion and the separator to substantially insulate the terminal portion and the separator.

상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어짐이 바람직하다.In the stack for the fuel cell system, the separator is preferably made of a metal material.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 일측의 기체 확산층에 밀착되어 연료 통로를 형성하고, 상기 다른 일측의 기체 확산층에 밀착되어 산소 통로를 형성할 수 있다. 이 경우 상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 각각의 전기 발생부를 실질적으로 절연시키는 제3 절연부가 서로 이웃하는 상기 전기 발생부의 세퍼레이터 사이에 개재되어 구성될 수 있다.In the stack for the fuel cell system, the separator may be in close contact with the gas diffusion layer on one side to form a fuel passage, and may be in close contact with the gas diffusion layer on the other side to form an oxygen passage. In this case, the stack for the fuel cell system may be configured to be interposed between separators of the electricity generation unit adjacent to each other, the third insulator which substantially insulates each of the electricity generation units.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성할 수 있다.In the fuel cell system stack, the separator may press-form a plate-like metal to form the passage.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는 코발트 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 소재 또는 둘 이상의 합금 소재로서 형성될 수 있다.In the stack for the fuel cell system, the separator may be formed as any one metal material selected from aluminum, copper, iron, nickel or cobalt or two or more alloy materials.

상기 연료 전지 시스템용 스택은, 상기 하나의 세퍼레이터에 대하여 상기 연료 통로를 일면에 형성하고 다른 일면에 산소 통로를 형성할 수도 있다.In the fuel cell system stack, the fuel passage may be formed on one surface of the separator, and an oxygen passage may be formed on the other surface of the separator.

상기 연료 전지 시스템용 스택에 있어서, 상기 세퍼레이터는 세라믹, 폴리머 또는 합성수지 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로서 형성될 수도 있다.In the stack for the fuel cell system, the separator may be formed as any one material selected from ceramic, polymer or synthetic resin material.

또한, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 1의 전기 발생부와, 상기 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급원과, 상기 산소를 상기 전기 발 생부로 공급하는 산소 공급원을 포함하며,In addition, the fuel cell system according to the present invention, at least one electricity generating unit for generating electrical energy through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, a fuel supply source for supplying the hydrogen-containing fuel to the electricity generating unit; And an oxygen source for supplying the oxygen to the electric generator,

상기 전기 발생부는, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)의 양면에 세퍼레이터(Separator)를 배치하여 구성되고, 상기 막-전극 어셈블리와 상기 세퍼레이터 사이에 형성되며 상기 각 세퍼레이터를 감싸도록 배치되어 상기 막-전극 어셈블리에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 하는 단자부를 포함한다.The electricity generating unit is configured by disposing a separator on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA), formed between the membrane-electrode assembly and the separator, and disposed to surround each separator. And a terminal portion to enable the flow of electrons generated in the membrane-electrode assembly.

상기 연료 전지 시스템은, 상기 단자부가 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)으로서 구성되고, 이 기체 확산층을 통한 상기 전기 발생부 간의 전기적인 연결이 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우 상기 단자부는 카본 합성물(composite) 또는 카본 페이퍼(carbon paper) 또는 카본 클로스(carbon cloth) 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.The fuel cell system may be configured such that the terminal portion is configured as a gas diffusion layer (GDL), and enables electrical connection between the electricity generation portions through the gas diffusion layer. In this case, the terminal portion may be formed of any one material of carbon composite, carbon paper, or carbon cloth.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 단자부는 상기 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되는 제1 부분과, 상기 다른 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되는 제2 부분과, 상기 세퍼레이터의 어느 한 쪽 가장자리 외측에 위치하면서 상기 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분으로 구성될 수 있다.In the fuel cell system, the terminal portion may include a first portion closely disposed on one surface of the membrane-electrode assembly of the one side electrical generator and a second portion closely disposed on the other surface of the membrane electrode assembly of the other one electrical generator. And a third portion positioned outside one edge of the separator and connecting the first portion and the second portion.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제1 및 제2 부분은 상기 연료와 산소가 막-전극 어셈블리의 외측으로 확산되는 것을 저지하기 위한 실링부재를 구비하고 있다. 이 경우 상기 실링부재는 상기 막-전극 어셈블리의 가장자리단에 상응하는 상기 제1 및 제2 부분의 가장자리 부분에 형성되고, 폴리머 또는 고무 소재로서 형성될 수 있다.In the fuel cell system, the first and second portions have sealing members for preventing the fuel and oxygen from diffusing out of the membrane-electrode assembly. In this case, the sealing member may be formed at edge portions of the first and second portions corresponding to edge portions of the membrane-electrode assembly, and may be formed of a polymer or rubber material.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 단자부는 상기 제1,2 부분과 제3 부분의 연결 부위에 형성되어 상기 제1 및 제2 부분의 밴딩을 가능하게 하는 밴딩부재를 포함한다. 이 경우 상기 밴딩부재는 폴리머, 고무 또는 금속 소재로서 형성될 수 있다.In the fuel cell system, the terminal portion includes a bending member formed at a connection portion between the first and second portions and the third portion to enable bending of the first and second portions. In this case, the banding member may be formed as a polymer, rubber or metal material.

상기 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하며 이들 전기 발생부들의 적층 구조에 의한 스택을 형성하고, 서로 이웃하는 상기 단자부를 실질적으로 절연시키는 제1 절연부를 포함한다.The fuel cell system includes a plurality of electricity generating portions, and includes a first insulating portion which forms a stack by a stack structure of these electricity generating portions and substantially insulates the terminal portions adjacent to each other.

상기 연료 전지 시스템은, 상기 스택의 최외곽에 위치하는 상기 단자부에 밀착 배치되는 집전 플레이트를 구비할 수도 있다. 이 경우 상기 연료 전지 시스템은 상기 최외곽의 단자부와 세퍼레이터 사이에 개재되어 이 단자부와 세퍼레이터를 실질적으로 절연시키는 제2 절연부를 포함할 수 있다.The fuel cell system may include a current collector plate disposed in close contact with the terminal portion positioned at the outermost portion of the stack. In this case, the fuel cell system may include a second insulating portion interposed between the outermost terminal portion and the separator to substantially insulate the terminal portion and the separator.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 금속 소재로 이루어짐이 바람직하다.In the fuel cell system, the separator is preferably made of a metal material.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상기 일측의 기체 확산층에 밀착되어 연료 통로를 형성하고, 상기 다른 일측의 기체 확산층에 밀착되어 산소 통로를 형성할 수 있다. 이 경우 상기 연료 전지 시스템은, 상기 각각의 전기 발생부를 실질적으로 절연시키는 제3 절연부가 서로 이웃하는 상기 전기 발생부의 세퍼레이터 사이에 개재되어 구성될 수 있다.In the fuel cell system, the separator may be in close contact with the gas diffusion layer on one side to form a fuel passage, and may be in close contact with the gas diffusion layer on the other side to form an oxygen passage. In this case, the fuel cell system may be configured to be interposed between separators of the electricity generation unit adjacent to each other, the third insulator which substantially insulates the respective electricity generation units.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성할 수 있다.In the fuel cell system, the separator may press-form the plate-like metal to form the passage.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는 코발트 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 소재 또는 둘 이상의 합금 소재로서 형성될 수 있다.In the fuel cell system, the separator may be formed as any one metal material selected from aluminum, copper, iron, nickel or cobalt or two or more alloy materials.

상기 연료 전지 시스템은, 상기 하나의 세퍼레이터에 대하여 상기 연료 통로를 일면에 형성하고 다른 일면에 산소 통로를 형성할 수도 있다.The fuel cell system may form the fuel passage on one surface of the separator and an oxygen passage on the other surface of the separator.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 세퍼레이터는 세라믹, 폴리머 또는 합성수지 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로서 형성될 수도 있다.In the fuel cell system, the separator may be formed as any one material selected from ceramic, polymer or synthetic resin material.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 상기 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다.In the fuel cell system, the fuel supply source may include a fuel tank for storing the fuel and a fuel pump connected to the fuel tank.

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은 상기 연료 탱크와 전기 발생부 사이에 배치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소를 발생시키고, 이 수소를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 더욱 포함할 수도 있다.In the fuel cell system, the fuel supply source may further include a reformer disposed between the fuel tank and the electricity generating unit to receive fuel from the fuel tank to generate hydrogen, and supply the hydrogen to the electricity generating unit. .

상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프를 포함할 수 있다.In the fuel cell system, the oxygen supply source may include at least one air pump that sucks air and supplies the air to the electricity generator.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은 연료를 개질하여 수소를 발생시키고, 이 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식으로 구성된다.Referring to the fuel cell system 100 according to the present invention with reference to the drawings, the fuel cell system 100 reforms the fuel to generate hydrogen, and the hydrogen and oxygen electrochemically reacts to generate electrical energy The polymer electrolyte fuel cell (Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) method.

이러한 연료 전지 시스템(100)에 사용되는 연료는 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액체 또는 기체의 연료를 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예에서 설명하는 이하의 연료는 편의상 액체로 이루어진 연료로 정의한다.The fuel used in the fuel cell system 100 may include a liquid or gaseous fuel containing hydrogen such as methanol, ethanol or natural gas. However, the following fuels described in this embodiment are defined as fuels made of liquid for convenience.

그리고 본 시스템(100)은 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.In addition, the system 100 may use pure oxygen stored in a separate storage means as oxygen to react with hydrogen, and may use air containing oxygen as it is. However, hereinafter, the latter will be described as an example.

이와 같은 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 스택(10)과, 상기한 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 스택(10)으로 공급하는 연료 공급원(30)과, 공기를 스택(10)으로 공급하는 산소 공급원(40)을 포함한다.The fuel cell system 100 basically includes a stack 10 that generates electric energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and generates hydrogen from the fuel and supplies the hydrogen to the stack 10. And a fuel supply source 30 for supplying air to the stack 10.

스택(10)은 연료 공급원(30)과 산소 공급원(40)에 연결 설치되어 이 연료 공급원(30)으로부터 상기 수소를 공급받고, 산소 공급원(40)으로부터 공기를 공급받아 상기 수소와 공기 중에 함유된 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지(fuel cell)를 구성한다.The stack 10 is connected to a fuel supply source 30 and an oxygen supply source 40 to receive the hydrogen from the fuel supply source 30 and to receive air from the oxygen supply source 40 to be contained in the hydrogen and air. The fuel cell is configured to generate electrical energy by reacting oxygen electrochemically.

연료 공급원(30)은 전술한 바 있는 연료를 저장하는 연료 탱크(31)와, 이 연료 탱크(31)에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프(33)와, 상기 연료 탱크(31)로 부터 연료를 공급받아 이 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 스택(10)으로 공급하는 개질기(35)를 포함한다.The fuel supply source 30 includes a fuel tank 31 for storing fuel as described above, a fuel pump 33 for discharging the fuel stored in the fuel tank 31, and fuel from the fuel tank 31. A reformer 35 is supplied to generate hydrogen from the fuel and supply the hydrogen to the stack 10.

그리고 산소 공급원(40)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 스택(10)으로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프(41)를 포함한다. 여기서 산소 공급원(40)은 위와 같은 공기 펌프(41)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 통상적인 구조의 팬(fan)을 구비할 수도 있다.In addition, the oxygen source 40 includes at least one air pump 41 that sucks air with a predetermined pumping force and supplies the air to the stack 10. Here, the oxygen source 40 is not limited to having the air pump 41 as described above, and may have a fan having a conventional structure.

상기 연료 공급원(30)에 있어 개질기(35)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소를 발생시키고, 이 수소에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 통상적인 개질기 구조를 갖는다. 부연 설명하면, 개질기(35)는 일 례로서, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소를 발생시킨다. 그리고 개질기(35)는 일 례로서, 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 상기 수소에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.In the fuel source 30, reformer 35 has a conventional reformer structure that generates hydrogen from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy and reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen. In detail, the reformer 35 generates hydrogen from the fuel as described above through catalytic reaction such as steam reforming, partial oxidation, or autothermal reaction. As an example, the reformer 35 reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen by a method such as a catalytic reaction such as a water gas conversion method, a selective oxidation method, or purification of hydrogen using a separator.

대안으로서, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)은 연료를 직접 스택(10)으로 공급하여 이 연료와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 방식을 채용할 수도 있다. 이러한 직접 메탄올형 연료 전지 방식의 시스템은 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 시스템 달리, 개질기(35)를 필요로 하지 않는다.As an alternative, the fuel cell system 100 according to the present invention is a direct methanol fuel cell (DMFC) which supplies fuel directly to the stack 10 to generate electrical energy by reaction of the fuel and oxygen. It is also possible to employ a scheme. Such a direct methanol fuel cell system does not require a reformer 35, unlike a polymer electrolyte fuel cell system.

이하에서는 고분자 전해질 형 연료 전지 방식을 적용한 연료 전지 시스템(100)을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니 다.Hereinafter, the fuel cell system 100 using the polymer electrolyte fuel cell method will be described as an example. However, the present invention is not necessarily limited thereto.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 연료 공급원(30)의 개질기(35)를 통해 발생되는 수소와 공기 펌프(41)에 의해 흡입되는 공기를 스택(10)으로 공급하게 되면, 스택(10)에서는 상기 수소와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.In operation of the fuel cell system 100 according to the present invention configured as described above, hydrogen generated through the reformer 35 of the fuel supply source 30 and air sucked by the air pump 41 to the stack 10. When supplied, the stack 10 generates electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen contained in the air.

본 발명에 있어 상기한 스택(10)을 구성하는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.In the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings an embodiment constituting the stack 10 as follows.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면 구성도이다.2 is a perspective view illustrating a structure of a stack for a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2.

도면을 참고하면, 본 시스템(100)에 적용되는 스택(10)은 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode assembly: MEA)(이하, 'MEA'라고 한다.)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(당업계에서는 '바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)'라고도 한다.)(13)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(11)를 포함하여 이루어진다. 따라서 본 실시예에서는 위와 같은 복수의 전기 발생부(11)를 연속적으로 적층 배치함으로써 본 실시예에 의한 전기 발생부(11)의 집합체 구조에 의한 스택(10)을 형성할 수 있다.Referring to the drawings, the stack 10 applied to the present system 100 has a membrane-electrode assembly (MEA) (hereinafter referred to as 'MEA') 12 on both sides thereof. A separator (also referred to in the art as a 'bipolar plate') is disposed to include an electric generator 11 having a minimum unit for generating electricity. Therefore, in the present embodiment, by stacking the plurality of electricity generating units 11 as described above, the stack 10 having the aggregate structure of the electricity generating units 11 according to the present embodiment can be formed.

상기한 세퍼레이터(13) 사이에 개재되는 MEA(12)는 이의 양면에 애노드 전극과 캐소드 전극(도시하지 않음)이 위치하고, 상기 두 전극 사이에 전해질막(도시하지 않음)을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 여기서 애노드 전극은 수소를 전자와 수소 이온으로 분리시키며, 전해질막은 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키고, 캐소드 전극은 애노드 전극측으로부터 받은 전자, 수소 이온 및 공기 중에 함유된 산소를 반응시켜 물을 생성하는 기능을 하게 된다.The MEA 12 interposed between the separators 13 has an anode electrode and a cathode electrode (not shown) disposed on both surfaces thereof, and an electrolyte membrane (not shown) is provided between the two electrodes. . Here, the anode electrode separates hydrogen into electrons and hydrogen ions, the electrolyte membrane moves hydrogen ions to the cathode electrode, and the cathode electrode reacts with electrons, hydrogen ions, and oxygen contained in the air from the anode electrode side to generate water. It will function.

그리고 세퍼레이터(13)는 MEA(12)를 사이에 두고 서로 밀착 배치되어, MEA(12)의 양측에 각각 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성한다. 여기서 수소 통로(13a)는 연료 통로로서, MEA(12)의 애노드 전극 측에 위치하여 개질기(35: 도 1)로부터 공급되는 수소를 애노드 전극으로 공급하는 기능을 하게 된다. 그리고 공기 통로(13b)는 산소 통로서, MEA(12)의 캐소드 전극 측에 위치하여 공기 펌프(41: 도 1)로부터 공급되는 공기 중의 산소를 캐소드 전극으로 공급하는 기능을 하게 된다.The separators 13 are arranged in close contact with each other with the MEA 12 interposed therebetween to form hydrogen passages 13a and air passages 13b on both sides of the MEA 12, respectively. Here, the hydrogen passage 13a is a fuel passage, which is located on the anode electrode side of the MEA 12 and functions to supply hydrogen supplied from the reformer 35 (FIG. 1) to the anode electrode. The air passage 13b is an oxygen cylinder, which is positioned on the cathode electrode side of the MEA 12 to supply oxygen in the air supplied from the air pump 41 (FIG. 1) to the cathode electrode.

본 발명에 있어 상기한 세퍼레이터(13)는 도면에 도시한 바와 같이, 상기 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)가 서로 평행하게 배치되며, 하나의 세퍼레이터(13)에 대해 일면에 수소 통로(13a)를 형성하고 다른 일면에 공기 통로(13b)를 형성하고 있다. 즉, 상기 세퍼레이터(13)는 다음에 설명하는 단자부(20)에 각각 밀착 배치되어 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성한다.In the present invention, the separator 13 has the hydrogen passage 13a and the air passage 13b disposed in parallel with each other, as shown in the drawing, and the hydrogen passage 13 is disposed on one surface of the separator 13. 13a) is formed, and the air passage 13b is formed in the other surface. In other words, the separator 13 is arranged in close contact with each of the terminal portions 20 to be described later to form a hydrogen passage 13a and an air passage 13b.

이와 같은 세퍼레이터(13)는 도면에서 수소와 공기가 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)에 대하여 어떻게 공급 순환되는지에 대한 구체적인 구성을 생략하고 있으며, 이에 대한 구성은 수소 통로(13a) 및 공기 통로(13b)로 수소와 공기를 공급하여 순환시키고, MEA(12)의 애노드 전극 및 캐소드 전극에서 반응하고 남은 미반응 수소와 공기를 배출시키는 통상적인 것이 적용될 수 있다.The separator 13 omits a specific configuration of how hydrogen and air are supplied to and circulated from the hydrogen passage 13a and the air passage 13b in the drawing, and the configuration of the separator 13 is the hydrogen passage 13a and the air. A conventional method of circulating by supplying hydrogen and air to the passage 13b and releasing the remaining unreacted hydrogen and air after reacting at the anode electrode and the cathode electrode of the MEA 12 may be applied.

본 발명에 있어 상기 세퍼레이터(13)는 그라파이트(graphite) 또는 카본 합 성물(carbon composite)로 성형하여 상기 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성할 수 있다. 그리고 상기 세퍼레이터(13)는 금속 소재 예컨대, 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는 코발트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 소재 또는 둘 이상의 합금 소재로 이루어진 금속 플레이트를 프레스 성형하여 상기 수소 통로(13a)와 공기 통로(13b)를 형성할 수도 있다. 그러나 본 발명에서는 상기한 세퍼레이터(13)가 금속 소재로 이루어지는 예를 설명한다.In the present invention, the separator 13 may be formed of graphite or carbon composite to form the hydrogen passage 13a and the air passage 13b. The separator 13 press-forms a metal plate made of at least one metal material selected from a metal material such as aluminum, copper, iron, nickel, or cobalt or two or more alloy materials to press the hydrogen passage 13a and air. The passage 13b may be formed. However, in the present invention, an example in which the separator 13 is made of a metal material will be described.

바람직하게, 본 실시예에 따른 세퍼레이터(13)는 전체의 형상에 대응하는 한 쌍의 프레스 기구를 이용하여 금속 플레이트를 프레스 성형하는 방식으로 제작될 수 있다. 그리고 상기 세퍼레이터(13)는 금속 소재의 사출 성형 또는 다이캐스팅에 의하여 제작될 수도 있다.Preferably, the separator 13 according to the present embodiment may be manufactured by press molding a metal plate using a pair of press mechanisms corresponding to the overall shape. The separator 13 may be manufactured by injection molding or die casting of a metal material.

대안으로서, 본 실시예에 의한 상기 세퍼레이터(13)는 통상적인 카본 소재 보다 상대적으로 전도성이 작은 소재 또는 비도전성 소재 예컨대, 세라믹, 폴리머, 합성수지, 고무 소재 등의 사출 또는 압출 성형에 의하여 제작될 수도 있다.As an alternative, the separator 13 according to the present embodiment may be manufactured by injection or extrusion molding of a material having a relatively lower conductivity than a conventional carbon material or a non-conductive material such as ceramic, polymer, synthetic resin, and rubber material. have.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)의 작용시 세퍼레이터(13)에 의해 MEA(12)의 애노드 전극으로 수소가 공급되는 반면, 세퍼레이터(13)에 의해 MEA(12)의 캐소드 전극으로 산소를 함유한 공기가 공급된다. 따라서 애노드 전극에서는 수소의 산화 반응을 통해 수소를 전자와 수소 이온(프로톤)으로 분해한다. 이 때 상기한 수소 이온은 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동되고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터(13)를 통해 이웃하는 MEA(12)의 캐소드 전극으로 이동하게 되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시 키고, 부수적으로 열과 수분을 발생시킨다.While the hydrogen is supplied to the anode electrode of the MEA 12 by the separator 13 when the fuel cell system 100 according to the present invention is configured as described above, the cathode of the MEA 12 is separated by the separator 13. Oxygen-containing air is supplied to the electrode. Therefore, the anode decomposes hydrogen into electrons and hydrogen ions (protons) through an oxidation reaction of hydrogen. At this time, the hydrogen ions are moved to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and the electrons are not moved through the electrolyte membrane, but are moved to the cathode electrode of the neighboring MEA 12 through the separator 13, at which time the current flows through the electrons. Generate heat and consequently generate heat and moisture.

이러는 과정을 거치는 동안, 본 발명에 의한 스택(10)은 세퍼레이터(13)가 금속 소재로 이루어져 있기 때문에, 상기 세퍼레이터(13)는 본 시스템(100)을 가동시키자 마자 상기한 수분, 열 및 산소에 의해 산화되어 부식되게 된다. 따라서 상기한 세퍼레이터(13)의 부식은 세퍼레이터(13) 자체에 전자의 흐름을 방해하는 저항을 증대시킴으로써 세퍼레이터(13)의 전도체 기능을 상실케 하고 전체적인 스택(10)의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.During this process, since the stack 10 according to the present invention is made of a separator 13 made of a metallic material, the separator 13 is exposed to the moisture, heat and oxygen as soon as the system 100 is operated. Is oxidized and corroded. Therefore, the corrosion of the separator 13 increases the resistance that interrupts the flow of electrons to the separator 13 itself, thereby causing a loss of the conductor function of the separator 13 and lowering the performance of the overall stack 10. Done.

이에 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)에 있어 스택(10)을 구성하는 전기 발생부(11)는 세퍼레이터(13)를 실질적으로 감싸도록 구비되어, MEA(12)에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 하는 단자부(20)를 포함하고 있다.Accordingly, in the fuel cell system 100 according to the present invention, the electricity generating unit 11 constituting the stack 10 is provided to substantially surround the separator 13 to prevent the flow of electrons generated in the MEA 12. It includes a terminal portion 20 to enable.

본 실시예에 따르면, 상기 단자부(20)는 각각의 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에 밀착 배치되고, 이 밀착 부분이 일체로 연결되어 세퍼레이터(13)를 실질적으로 감싸는 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)(21)으로서 구성된다. 이러한 단자부(20)는 이 기체 확산층(21)을 통하여 서로 이웃하는 전기 발생부(11) 간의 전기적인 연결이 가능하도록 구비된다. 즉, 상기 단자부(20)는 기체 확산층(21)을 통한 전기적인 연결에 의하여 MEA(12)에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 한다.According to the present exemplary embodiment, the terminal portion 20 is closely disposed between each separator 13 and the MEA 12, and the contact portions are integrally connected to substantially surround the separator 13. Layer: GDL) 21 is configured. The terminal unit 20 is provided to enable electrical connection between the neighboring electricity generating units 11 through the gas diffusion layer 21. That is, the terminal portion 20 enables the flow of electrons generated in the MEA 12 by electrical connection through the gas diffusion layer 21.

구체적으로, 본 실시예에 의한 단자부(20)를 구성하는 기체 확산층(21)은 일부분이 일측 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에 위치하고, 다른 일부분이 타측 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에 위치하면서 각 세퍼레이터(13)를 감싸도록 일체로 연결된 구조로 이루어진다.Specifically, a portion of the gas diffusion layer 21 constituting the terminal portion 20 according to the present embodiment is located between the one side separator 13 and the MEA 12, and the other part is the other separator 13 and the MEA 12. It is made of a structure that is integrally connected to surround each separator 13 while being positioned between.

따라서 상기 기체 확산층(21)은 각각의 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에서 MEA(12)의 양쪽 전극으로 수소와 공기를 확산시켜 주고, 애노드 전극에서 생성되는 전자를 이웃하는 전기 발생부(11)로 원활히 이동시켜 주는 기능을 동시에 하게 된다.Accordingly, the gas diffusion layer 21 diffuses hydrogen and air to both electrodes of the MEA 12 between each separator 13 and the MEA 12, and generates electricity adjacent to electrons generated from the anode electrode. 11) will move smoothly to the function at the same time.

도 4는 도 3에 도시한 단자부(20)의 전개도로서, 상기와 같이 기체 확산층(21)으로 구성되는 단자부(20)는, 일측 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에 밀착 배치되는 제1 부분(21a)과, 타측 세퍼레이터(13)와 MEA(12) 사이에 밀착 배치되는 제2 부분(21b)과, 양 세퍼레이터(13)의 어느 한 쪽 가장자리 외측에 위치하면서 상기 제1 부분(21a)과 제2 부분(21b)을 일체로 연결하는 제3 부분(21c)을 구비하고 있다.FIG. 4 is an exploded view of the terminal portion 20 shown in FIG. 3, wherein the terminal portion 20 constituted of the gas diffusion layer 21 as described above is disposed in close contact between the one side separator 13 and the MEA 12. The first portion 21a while being positioned outside the edges of either the portion 21a, the second portion 21b closely disposed between the other side separator 13 and the MEA 12, and both separators 13. And a third portion 21c which integrally connects the second portion 21b to each other.

이러한 기체 확산층(21)은 최초 소정 폭과 길이를 갖는 시트(sheet) 형태에서 제3 부분(21c)을 중심으로 이의 양측에 제1 부분(21a)과 제2 부분(21b)을 구획 형성하고, 상기 제3 부분(21c)에 대하여 제1,2 부분(21a, 21b)을 접어 대략 "??"자 형상으로 형성되고 있다.The gas diffusion layer 21 partitions the first portion 21a and the second portion 21b on both sides of the gas diffusion layer 21 around the third portion 21c in the form of a sheet having an initial predetermined width and length. The first and second portions 21a and 21b are folded with respect to the third portion 21c and are formed in a substantially "??" shape.

여기서 상기 기체 확산층(21)은 종래와 같은 기체 확산층 구조로 이루어지며, 카본 합성물(composite), 카본 페이퍼(carbon paper) 또는 카본 클로스(carbon cloth) 형태를 취한다.Here, the gas diffusion layer 21 has a gas diffusion layer structure as in the prior art, and takes the form of a carbon composite, carbon paper, or carbon cloth.

그리고 위와 같은 제1,2 부분(21a, 21b)에는 MEA(12) 가장자리단에 대응하는 위치에 실링부재(19)를 형성하고 있다. 이 실링부재(19)는 세퍼레이터(13)의 수소 통로(13a)를 통해 제1 부분(21a)으로 공급되는 수소와 세퍼레이터(13)의 공기 통로 (13b)를 통해 제2 부분(21b)으로 공급되는 공기가 이 제1,2 부분(21a, 21b)을 통해 확산되는 경우, 상기 수소와 공기가 MEA(12)의 외측으로 확산되면서 전기 발생부(11)의 외부로 새어 나가는 것을 저지하고, 또한 제3 부분(21c)으로 확산되는 것을 저지하는 기능을 하게 된다. 이에 더하여, 상기 실링부재(19)는 제1,2 부분(21a, 21b)의 전체 영역에 대해 MEA(12)에 상응하는 부분을 구획하는 기능도 하게 된다. 이러한 실링부재(19)는 MEA(12)의 가장자리단에 상응하는 위치에 형성되고, 테프론, 폴리이미드 등과 같은 폴리머 소재 또는 고무 소재로 이루어지며, 상기한 소재가 제1,2 부분(21a, 21b)에 함침 형성되는 것이 바람직하다.In the first and second portions 21a and 21b as described above, the sealing member 19 is formed at a position corresponding to the edge end of the MEA 12. The sealing member 19 is supplied to the second portion 21b through the hydrogen passage 13a of the separator 13 and the air passage 13b of the separator 13 and the hydrogen supplied to the first portion 21a. When the air to be diffused through the first and second portions 21a and 21b, the hydrogen and air are prevented from leaking to the outside of the electricity generating unit 11 while being diffused to the outside of the MEA 12, It serves to prevent diffusion to the third portion 21c. In addition, the sealing member 19 also functions to partition a portion corresponding to the MEA 12 with respect to the entire area of the first and second portions 21a and 21b. The sealing member 19 is formed at a position corresponding to the edge of the MEA 12, and is made of a polymer material or rubber material such as Teflon, polyimide, and the like, and the material may be the first and second parts 21a and 21b. It is preferable to form impregnation at

본 발명의 실시예에 의한 상기 기체 확산층(21)에 있어, 제1,2 부분(21a, 21b)과 제3 부분(21c)의 연결 부위에는 제1,2 부분(21a, 21b)의 밴딩을 가능하게 하는 밴딩부재(22)를 형성하고 있다. 상기 밴딩부재(22)는 제1,2 부분(21a, 21b)과 제3 부분(21c)의 각 연결 부위에 폴리머 소재 또는 고무 소재 또는 금속 소재가 함침 형성되는 것이 바람직하다.In the gas diffusion layer 21 according to an embodiment of the present invention, the first and second portions 21a and 21b and the third portion 21c are connected to each other by bending the first and second portions 21a and 21b. The bending member 22 which enables this is formed. Preferably, the bending member 22 is formed by impregnating a polymer material, a rubber material, or a metal material at each connection portion between the first and second parts 21a and 21b and the third part 21c.

위와 같은 구조를 갖는 전기 발생부(11)의 적층 구조에 의한 본 발명에 따른 스택(10)은 각각의 전기 발생부(11)에 대하여 상기한 단자부(20)를 실질적으로 절연시키는 제1 절연부(23)를 구비하고 있다. 바람직하게, 상기 제1 절연부(23)는 각각의 전기 발생부(11)에 대해 기체 확산층(21)의 제3 부분(21c) 사이에 형성될 수 있다. 이는 하나의 전기 발생부(11)에 대하여 일측 세퍼레이터(13)를 감싸는 단자부(20)와 다른 일측 세퍼레이터(13)를 감싸는 단자부(20)가 소정 전위차를 갖는 (+), (-)의 단자 역할을 하기 때문에, 이러한 단자의 쇼트를 방지하기 위함이다. 여기서 상기 제1 절연부(23)는 절연 테잎 또는 절연 시트 형태로 이루어지며, 페놀수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드, 아크릴, 우레아/메라민 수지, 실리콘 수지와 같은 통상의 합성 고분자 화합물을 포함할 수 있으며, 절연 니스와 같은 니스 계열의 절연물을 포함할 수도 있다.The stack 10 according to the present invention having the stacked structure of the electricity generating unit 11 having the above structure has a first insulating unit which substantially insulates the terminal unit 20 with respect to each of the electricity generating units 11. (23) is provided. Preferably, the first insulating portion 23 may be formed between the third portion 21c of the gas diffusion layer 21 with respect to each of the electricity generating portions 11. This is a terminal part (20) surrounding one separator (13) with respect to one electricity generating unit (11) and a terminal part (20) surrounding the other separator (13) serve as terminals of positive and negative values having a predetermined potential difference. In order to prevent such a short circuit of the terminal. Wherein the first insulating portion 23 is made of an insulating tape or an insulating sheet form, and a conventional synthetic polymer compound, such as phenolic resin, polyurethane, polyester resin, polyamide, acrylic, urea / melamine resin, silicone resin It may also include a varnish-based insulation, such as insulation varnish.

그리고 본 실시예에 의한 스택(10)의 최외곽에는 이 스택(10)에서 발생하는 전기를 집전하는 집전 플레이트(24)를 배치하고 있다. 이러한 집전 플레이트(24)는 상기 스택(10)의 최외곽에 위치하는 단자부(20)에 밀착 배치되면서 복수의 전기 발생부(11)를 가압 밀착시키는 구조로 이루어진다. 이에 상기 집전 플레이트(24)는 별도의 체결부재(도시하지 않음) 예컨대, 볼트와 너트 또는 리벳 등에 의해 체결됨으로써, 상기 복수의 전기 발생부(11)를 가압 밀착시킬 수 있다.In the outermost part of the stack 10 according to the present embodiment, a current collecting plate 24 for collecting current generated in the stack 10 is disposed. The current collector plate 24 has a structure in which the plurality of electricity generating units 11 are pressed in close contact with each other while being disposed in close contact with the terminal unit 20 positioned at the outermost part of the stack 10. Accordingly, the current collector plate 24 may be pressed by a separate fastening member (not shown), for example, a bolt, a nut, a rivet, or the like, so that the plurality of electricity generating units 11 may be pressed in close contact with each other.

이에 더하여 상기 스택(10)의 최외곽 단자부(20)와 세퍼레이터(13)의 통로 반대 쪽 면 사이에는 이 단자부(20)와 세퍼레이터(13)를 실질적으로 절연시키는 제2 절연부(25)를 형성하고 있다. 이는 세퍼레이터(13)가 금속 소재로 형성되고 전기 발생부(11)의 전기 발생시 수분, 열 및 산소에 의해 산화 부식되어 전기 저항이 증대되기 때문에, 상기 최외곽의 단자부(20)를 통해 집전 플레이트(24)로 집전되는 전류가 세퍼레이터(13)로 통하는 것을 차단하기 위함이다.In addition, a second insulating portion 25 is formed between the outermost terminal portion 20 of the stack 10 and the surface opposite the passage of the separator 13 to substantially insulate the terminal portion 20 and the separator 13. Doing. This is because the separator 13 is formed of a metal material and is oxidized and corroded by moisture, heat, and oxygen when electricity is generated by the electricity generating unit 11, thereby increasing electrical resistance. This is to block current flowing through the separator 24 from passing through the separator 13.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system 100 according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail as follows.

우선, 연료 펌프(33)를 가동시켜 연료 탱크(31)에 저장된 연료를 개질기(35)로 공급한다. 그러면 개질기(35)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소를 발생시키고, 이 수소에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.First, the fuel pump 33 is operated to supply fuel stored in the fuel tank 31 to the reformer 35. The reformer 35 then generates hydrogen from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy and reduces the concentration of carbon monoxide contained in this hydrogen.

이어서, 연료 펌프(33)의 펌핑력을 이용하여 상기 수소를 스택(10)의 전기 발생부(11)로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(41)를 가동시켜 공기를 상기 전기 발생부(11)로 공급한다.Subsequently, the hydrogen is supplied to the electricity generating unit 11 of the stack 10 using the pumping force of the fuel pump 33. At the same time, the air pump 41 is operated to supply air to the electric generator 11.

따라서 상기 수소는 세퍼레이터(13)의 수소 통로(13a)를 통해 단자부(20)의 제1 부분(21a)로 공급되며, 이 제1 부분(21a)을 통해 MEA(12)의 애노드 전극으로 확산되게 된다. 그리고 상기 공기는 세퍼레이터(13)의 공기 통로(13b)를 통해 단자부(20)의 제2 부분(21b)로 공급되며, 이 제2 부분(21b)을 통해 MEA(12)의 캐소드 전극으로 확산되게 된다.Therefore, the hydrogen is supplied to the first portion 21a of the terminal portion 20 through the hydrogen passage 13a of the separator 13 and diffuses to the anode electrode of the MEA 12 through the first portion 21a. do. The air is supplied to the second portion 21b of the terminal portion 20 through the air passage 13b of the separator 13 and diffuses to the cathode electrode of the MEA 12 through the second portion 21b. do.

이로써 상기 MEA(12)의 애노드 전극에서는 수소의 산화 반응을 통해 이 수소를 전자와 수소 이온(프로톤)으로 분해한다. 여기서 상기 수소 이온은 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동되고, 전자는 단자부(20) 즉, 기체 확산층(21)을 통하여 이웃하는 MEA(12)의 캐소드 전극으로 이동되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시킨다. 그리고 MEA(12)의 캐소드 전극에서는 상기 이동된 수소 이온과 산소의 환원 반응을 통해 소정 온도의 열과 수분을 발생시킨다.As a result, the anode of the MEA 12 decomposes the hydrogen into electrons and hydrogen ions (protons) through an oxidation reaction of hydrogen. Here, the hydrogen ions are moved to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and the electrons are moved to the cathode electrode of the neighboring MEA 12 through the terminal portion 20, that is, the gas diffusion layer 21, at which time current is generated by the flow of electrons. Let's do it. The cathode electrode of the MEA 12 generates heat and moisture at a predetermined temperature through a reduction reaction of the transferred hydrogen ions and oxygen.

이와 같은 작용을 더욱 구체적으로 설명하면, 각각의 전기 발생부(11)에 대해 기체 확산층(21)으로 구성된 단자부(20)가 서로 절연된 상태를 유지하고, 이웃하는 전기 발생부(11)가 단자부(20)를 통해 직렬로 연결되어 있기 때문에, 각각의 전기 발생부(11)에서 발생하는 전자가 상기한 단자부(20)를 통해 이동하게 된다.In more detail, the operation of the terminal portions 20 constituted by the gas diffusion layers 21 with respect to each of the electricity generating units 11 is maintained insulated from each other, and the neighboring electricity generating units 11 are connected to the terminal portions. Since they are connected in series via 20, electrons generated from each of the electricity generating units 11 are moved through the terminal unit 20 described above.

이러는 과정을 거치면서 스택(10)에서는 상기한 전자의 이동으로 인해 전류를 발생시키게 되고, 이 스택(10)의 최외곽에 위치하는 집전 플레이트(27)를 통해 소정 전위차를 갖는 전기 에너지를 로드 예컨대, 노트북 PC, PDA와 같은 휴대용 전자기기로 인가할 수 있게 된다.During this process, the stack 10 generates current due to the movement of electrons, and loads electrical energy having a predetermined potential difference through a current collector plate 27 located at the outermost part of the stack 10. It can be applied to portable electronic devices such as notebook PCs and PDAs.

따라서 본 발명에 의한 연료 전지 시스템(100)은 전기 발생부(11)를 구성하는 금속 소재의 세퍼레이터(13)가 열, 수분 및 산소에 의해 산화 부식되어 전자의 흐름을 방해하는 전기 저항이 증대되더라도 상술한 바와 같이 각각의 전기 발생부(11)에 대하여 세퍼레이터(13)를 감싸고 있는 기체 확산층(21) 구조의 단자부(20)을 통해 전자의 흐름을 가능하게 할 수 있다.Therefore, in the fuel cell system 100 according to the present invention, even if the separator 13 of the metal material constituting the electricity generating unit 11 is oxidized and corroded by heat, moisture, and oxygen, the electrical resistance to block the flow of electrons is increased. As described above, the flow of electrons may be enabled through the terminal portion 20 of the gas diffusion layer 21 structure surrounding the separator 13 with respect to each of the electricity generating units 11.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 스택의 구조를 도시한 단면 구성도이다. 도 3에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재로서 이하에서 자세한 설명은 생략한다.5 is a cross-sectional view showing the structure of a stack for a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. The same components as those described in FIG. 3 are the same members having the same functions, and detailed descriptions thereof will be omitted below.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 스택(10)은, 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서 단일의 전기 발생부(11)에 대하여 일측 세퍼레이터(43)의 일면에 수소 통로(43a)를 형성하고 이에 대향 밀착되는 타측 세퍼레이터(43)의 일면에 공기 통로(43b)를 형성하고 있는 구조로 이루어진다.Referring to the drawings, the stack 10 according to the present embodiment is based on the structure of the first embodiment, and the hydrogen passage 43a is provided on one surface of the one side separator 43 with respect to the single electricity generating unit 11. The air passage 43b is formed on one surface of the other separator 43 which is formed to be in close contact with the opposite side.

구체적으로, 상기 세퍼레이터(43)는 하나의 전기 발생부(11)에 대하여 일측 기체 확산층(14a)에 밀착되는 일면에 수소 통로(43a)를 형성하고, 다른 기체 확산층(14b)에 밀착되는 일면에 공기 통로(43b)를 형성한다. 이에 따라 상기 세퍼레이터(43)의 다른 일면은 이웃하는 전기 발생부(11)의 세퍼레이터(43)의 다른 일면과 서로 밀착되게 된다.Specifically, the separator 43 forms a hydrogen passage 43a on one surface in close contact with one gas diffusion layer 14a with respect to one electricity generator 11, and on one surface in close contact with another gas diffusion layer 14b. An air passage 43b is formed. Accordingly, the other surface of the separator 43 is in close contact with the other surface of the separator 43 of the neighboring electricity generating unit 11.

그리고 상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 스택(10)은 서로 이웃하는 각각의 전기 발생부(11)를 실질적으로 절연시키기 위한 제3 절연부(26)를 구비하고 있다. 이 때 상기 제3 절연부(26)는 서로 이웃하는 전기 발생부(11)의 세퍼레이터(43) 사이에 개재되며, 절연 테잎 또는 절연 시트 형태로 이루어진다.In addition, the stack 10 according to the present embodiment configured as described above includes a third insulator 26 for substantially insulating each of the electric generators 11 adjacent to each other. In this case, the third insulating part 26 is interposed between the separators 43 of the electricity generating parts 11 adjacent to each other, and is formed in the form of an insulating tape or an insulating sheet.

상기한 제3 절연부(26)는, 세퍼레이터(43)가 금속 소재로 형성되고 전기 발생부(11)의 전기 발생시 수분, 열 및 산소에 의해 산화 부식되어 전기 저항이 증대되기 때문에, 각각의 전기 발생부(11)에서 발생하는 일부의 전류가 단자부(20)로 통하지 않고 세퍼레이터(43)를 통해 이웃하는 전기 발생부(11)의 세퍼레이터(43)로 통하는 것을 차단하여 스택(10)의 전기적인 출력 성능을 향상시키기 위한 것이다. 이 때 상기 제3 절연부(26)는 페놀수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드, 아크릴, 우레아/메라민 수지, 실리콘 수지와 같은 통상의 합성 고분자 화합물을 포함할 수 있으며, 절연 니스와 같은 니스 계열의 절연물을 포함할 수도 있다.The third insulation portion 26 is formed of a metallic material, and the electrical resistance is increased because the separator 43 is formed of a metal material and is oxidized and corroded by moisture, heat, and oxygen when electricity is generated by the electricity generating portion 11. Some of the current generated by the generator 11 does not pass through the terminal portion 20 but through the separator 43 to the separator 43 of the neighboring electricity generator 11 to prevent the electrical current of the stack 10. This is to improve the output performance. In this case, the third insulating portion 26 may include a conventional synthetic polymer compound such as phenol resin, polyurethane, polyester resin, polyamide, acrylic, urea / meramine resin, silicone resin, and the like It may also include varnish-based insulation.

그리고 스택(10)의 집전 플레이트(24)에 근접하는 최외곽의 단자부(20)와 세퍼레이터(43)의 통로 반대 쪽 면 사이에는 도 2에서와 같은 제2 절연부(25)를 형성하고 있다.A second insulating portion 25 as shown in FIG. 2 is formed between the outermost terminal portion 20 adjacent to the current collector plate 24 of the stack 10 and the opposite surface of the passage of the separator 43.

본 실시예에 의한 나머지 구성은 전기 제1 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The rest of the configuration according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 각각의 전기 발생부에 대하여 세퍼레이터를 감싸는 기체 확산층 구조의 단자부를 통하여 전기 발생부 간의 전기적인 연결이 가능한 스택을 구비하므로, 금속 소재로 이루어지는 세퍼레이터를 사용할 수 있기 때문에 전체적인 스택의 부피를 저감시키고, 프레스 성형이 가능한 금속 소재의 고유한 특성으로 인해 스택의 제조 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the fuel cell system according to the present invention, a separator made of a metallic material is provided because a stack capable of electrical connection between the electricity generating units is provided through a terminal portion of the gas diffusion layer structure surrounding the separator for each of the electricity generating units. Since it can be used to reduce the overall stack volume, and due to the unique characteristics of the metal material capable of press molding, there is an effect that can reduce the manufacturing cost of the stack.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 금속으로 이루어지는 세퍼레이터가 스택의 전기 발생시 열, 수분 및 산소에 의해 부식되더라도 기체 확산층을 통해 전자의 흐름이 가능하므로, 전체적인 스택의 성능이 저하되거나 수명이 단축되는 등의 염려가 없다.In addition, according to the fuel cell system according to the present invention, even if the separator made of metal is corroded by heat, moisture, and oxygen during generation of electricity of the stack, electrons can flow through the gas diffusion layer, so that the performance of the overall stack is reduced or the life is shortened. There is no worry of being.

Claims (39)

수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 1의 전기 발생부At least one electricity generating unit for generating electrical energy through the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen 를 포함하며,Including; 상기 전기 발생부는,The electricity generating unit, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)의 양면에 세퍼레이터(Separator)를 배치하여 구성되고,It is configured by placing a separator on both sides of the membrane-electrode assembly (MEA), 상기 각 세퍼레이터를 감싸도록 배치되어 상기 막-전극 어셈블리에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 하는 단자부를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.And a terminal portion disposed to surround each of the separators to enable flow of electrons generated in the membrane-electrode assembly. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하고 이들 전기 발생부에 의한 집합체 구조로 이루어지며,It is provided with a plurality of said electricity generating part and consists of an aggregate structure by these electricity generating parts, 상기 단자부가 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)으로서 구성되고, 이 기체 확산층을 통한 상기 전기 발생부 간의 전기적인 연결이 가능하도록 구비되는 연료 전지 시스템용 스택.And the terminal portion is configured as a gas diffusion layer (GDL), and is configured to enable electrical connection between the electricity generation portions through the gas diffusion layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단자부는 카본 합성물(composite) 또는 카본 페이퍼(carbon paper) 또 는 카본 클로스(carbon cloth) 중 어느 하나로 이루어지는 연료 전지 시스템용 스택.And the terminal portion is made of any one of carbon composite, carbon paper or carbon cloth. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 단자부가 상기 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되는 제1 부분과, 상기 다른 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되는 제2 부분과, 상기 세퍼레이터의 어느 한 쪽 가장자리 외측에 위치하면서 상기 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분으로 구성되는 연료 전지 시스템용 스택.A first portion in which the terminal portion is closely disposed on one surface of the membrane-electrode assembly of the one side electrical generator, a second portion in close contact with the other surface of the membrane-electrode assembly of the other one electrical generator, and one of the separators A stack for a fuel cell system, the fuel cell system comprising a third portion located outside the side edge and connecting the first portion and the second portion. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 및 제2 부분은 상기 연료 및/또는 산소가 막-전극 어셈블리의 외측으로 확산되는 것을 저지하기 위한 실링부재를 구비하는 연료 전지 시스템용 스택.Wherein the first and second portions have a sealing member to prevent diffusion of the fuel and / or oxygen out of the membrane-electrode assembly. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 실링부재는 상기 막-전극 어셈블리의 가장자리단에 상응하는 제1 및 제2 부분의 가장자리 부분에 형성되고, 폴리머 또는 고무 소재로서 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.And the sealing member is formed at edge portions of the first and second portions corresponding to edge edges of the membrane-electrode assembly and is formed as a polymer or rubber material. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 단자부는 상기 제1,2 부분과 제3 부분의 연결 부위에 형성되어 상기 제1 및 제2 부분의 밴딩을 가능케 하는 밴딩부재를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.And the terminal portion includes a bending member formed at a connection portion between the first and second portions and the third portion to allow bending of the first and second portions. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 밴딩부재는 폴리머, 고무 또는 금속 소재로서 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.And said banding member is formed of a polymer, rubber or metal material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하며, 서로 이웃하는 상기 단자부를 실질적으로 절연시키는 제1 절연부를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.And a first insulating portion having a plurality of said electricity generating portions and substantially insulating said terminal portions adjacent to each other. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 최외곽에 위치하는 상기 단자부에 밀착 배치되는 집전 플레이트를 구비하는 연료 전지 시스템용 스택.A stack for a fuel cell system having a current collector plate disposed in close contact with the terminal unit located at the outermost portion. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 최외곽의 단자부와 세퍼레이터 사이에 개재되어 이 단자부와 세퍼레이터를 실질적으로 절연시키는 제2 절연부를 포함하는 연료 전지 시스템용 스택.And a second insulating portion interposed between the outermost terminal portion and the separator to substantially insulate the terminal portion and the separator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템용 스택.A stack for a fuel cell system, wherein the separator is made of a metal material. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 세퍼레이터는 상기 일측의 기체 확산층에 밀착되어 연료 통로를 형성하고, 상기 다른 일측의 기체 확산층에 밀착되어 산소 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.The separator is in close contact with the gas diffusion layer on one side to form a fuel passage, and the fuel cell system stack in close contact with the gas diffusion layer on the other side to form an oxygen passage. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 각각의 전기 발생부를 실질적으로 절연시키는 제3 절연부가 서로 이웃하는 상기 전기 발생부의 세퍼레이터 사이에 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.And a third insulator that substantially insulates each of the electricity generators is formed between the separators of the electricity generators adjacent to each other. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.The separator is a stack for a fuel cell system that press-processes a plate-like metal to form the passage. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 세퍼레이터가 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는 코발트 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 소재 또는 둘 이상의 합금 소재로 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.And the separator is formed of any one metal material selected from aluminum, copper, iron, nickel or cobalt or two or more alloy materials. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 하나의 세퍼레이터에 대하여 상기 연료 통로를 일면에 형성하고 다른 일면에 산소 통로를 형성하는 연료 전지 시스템용 스택.And a fuel passage formed on one surface of the separator and an oxygen passage formed on the other side of the separator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세퍼레이터가 세라믹, 폴리머 또는 합성수지 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 형성되는 연료 전지 시스템용 스택.And the separator is formed of any one material selected from ceramic, polymer, and synthetic resin materials. 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 1의 전기 발생부;At least one electricity generating unit generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen; 상기 수소를 함유한 연료를 상기 전기 발생부로 공급하는 연료 공급원; 및A fuel supply source supplying the hydrogen-containing fuel to the electricity generation unit; And 상기 산소를 상기 전기 발생부로 공급하는 산소 공급원An oxygen supply source for supplying the oxygen to the electricity generator 을 포함하며,Including; 상기 전기 발생부는,The electricity generating unit, 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)의 양면에 세퍼레이터(Separator)를 배치하여 구성되고,It is configured by placing a separator on both sides of the membrane-electrode assembly (MEA), 상기 막-전극 어셈블리와 상기 세퍼레이터 사이에 형성되며, 상기 각 세퍼레이터를 감싸도록 배치되어 상기 막-전극 어셈블리에서 발생하는 전자의 흐름을 가능케 하는 단자부를 포함하는 연료 전지 시스템.And a terminal portion formed between the membrane-electrode assembly and the separator and disposed to surround each of the separators to enable the flow of electrons generated in the membrane-electrode assembly. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 단자부는 기체 확산층(Gas Diffusion Layer: GDL)으로서 구성되고, 이 기체 확산층을 통한 상기 전기 발생부 간의 전기적인 연결이 가능하도록 구비되는 연료 전지 시스템.And the terminal portion is configured as a gas diffusion layer (GDL), and is configured to enable electrical connection between the electricity generation portions through the gas diffusion layer. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,The method of claim 19 or 20, 상기 단자부는 카본 합성물(composite) 또는 카본 페이퍼(carbon paper) 또는 카본 클로스(carbon cloth) 중 어느 하나로 이루어지는 연료 전지 시스템.And the terminal portion is made of any one of carbon composite, carbon paper, and carbon cloth. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,The method of claim 19 or 20, 상기 단자부가 상기 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 일면에 밀착 배치되는 제1 부분과, 상기 다른 일측 전기 발생부의 막-전극 어셈블리의 다른 일면에 밀착 배치되는 제2 부분과, 상기 세퍼레이터의 어느 한 쪽 가장자리 외측에 위치하면서 상기 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분으로 구성되는 연료 전지 시스템.A first portion in which the terminal portion is closely disposed on one surface of the membrane-electrode assembly of the one side electrical generator, a second portion in close contact with the other surface of the membrane-electrode assembly of the other one electrical generator, and one of the separators And a third portion located outside the side edge and connecting the first portion and the second portion. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제1 및 제2 부분은 상기 연료와 산소가 막-전극 어셈블리의 외측으로 확산되는 것을 저지하기 위한 실링부재를 구비하는 연료 전지 시스템.And the first and second portions have a sealing member for preventing the fuel and oxygen from diffusing out of the membrane-electrode assembly. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 실링부재는 상기 막-전극 어셈블리의 가장자리단에 상응하는 상기 제1 및 제2 부분의 가장자리 부분에 형성되고, 폴리머 또는 고무 소재로서 형성되는 연료 전지 시스템.And the sealing member is formed at edge portions of the first and second portions corresponding to edge edges of the membrane-electrode assembly and is formed of a polymer or rubber material. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 단자부는 상기 제1,2 부분과 제3 부분의 연결 부위에 형성되어 상기 제1 및 제2 부분의 밴딩을 가능하게 하는 밴딩부재를 포함하는 연료 전지 시스템.And the terminal portion includes a bending member formed at a connection portion between the first and second portions and the third portion to enable bending of the first and second portions. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 밴딩부재는 폴리머, 고무 또는 금속 소재로 형성되는 연료 전지 시스템.The bending member is formed of a polymer, rubber or metal material fuel cell system. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 전기 발생부를 복수로 구비하며, 이들 전기 발생부들의 적층 구조에 의한 스택을 형성하고,A plurality of electricity generating units, forming a stack by a stacked structure of these electricity generating units, 서로 이웃하는 상기 단자부를 실질적으로 절연시키는 제1 절연부를 포함하는 연료 전지 시스템.And a first insulator which substantially insulates the terminal portions adjacent to each other. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 스택의 최외곽에 위치하는 상기 단자부에 밀착 배치되는 집전 플레이트를 구비하는 연료 전지 시스템.And a current collector plate disposed in close contact with the terminal unit positioned at the outermost part of the stack. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 최외곽의 단자부와 세퍼레이터 사이에 개재되어 이 단자부와 세퍼레이터를 실질적으로 절연시키는 제2 절연부를 포함하는 연료 전지 시스템.And a second insulating portion interposed between the outermost terminal portion and the separator to substantially insulate the terminal portion and the separator. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 세퍼레이터가 금속 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the separator is made of a metal material. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 세퍼레이터는 상기 일측의 기체 확산층에 밀착되어 연료 통로를 형성하고, 상기 다른 일측의 기체 확산층에 밀착되어 산소 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.The separator is in close contact with the gas diffusion layer on the one side to form a fuel passage, and the fuel cell system in close contact with the gas diffusion layer on the other side to form an oxygen passage. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 각각의 전기 발생부를 실질적으로 절연시키는 제3 절연부가 서로 이웃하는 상기 전기 발생부의 세퍼레이터 사이에 개재되는 연료 전지 시스템.And a third insulator that substantially insulates each of the electricity generators is interposed between separators of the electricity generators adjacent to each other. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 세퍼레이터는 판상의 금속을 프레스 가공하여 상기한 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.The separator is a fuel cell system for forming the passage by pressing the plate-like metal. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 세퍼레이터가 알루미늄, 구리, 철, 니켈 또는 코발트 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 소재 또는 둘 이상의 합금 소재로 형성되는 연료 전지 시스템.And the separator is formed of any one metal material selected from aluminum, copper, iron, nickel or cobalt, or two or more alloy materials. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 하나의 세퍼레이터에 대하여 상기 연료 통로를 일면에 형성하고 다른 일면에 산소 통로를 형성하는 연료 전지 시스템.And a fuel passage formed on one surface of the separator and an oxygen passage formed on the other side of the separator. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 세퍼레이터가 세라믹, 폴리머 또는 합성수지 소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 형성되는 연료 전지 시스템.And the separator is formed of any one material selected from ceramic, polymer, and synthetic resin materials. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 연료 공급원은,The fuel supply source, 상기 연료를 저장하는 연료 탱크; 및A fuel tank for storing the fuel; And 상기 연료 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.A fuel cell system comprising a fuel pump connected to the fuel tank. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 연료 공급원은,The fuel supply source, 상기 연료 탱크와 전기 발생부 사이에 배치되어 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받아 수소를 발생시키고, 이 수소를 전기 발생부로 공급하는 개질기를 포함하는 연료 전지 시스템.And a reformer disposed between the fuel tank and the electricity generating unit to receive fuel from the fuel tank to generate hydrogen, and to supply the hydrogen to the electricity generating unit. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부로 공급하는 적어도 하나의 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.And the oxygen source includes at least one air pump that sucks air and supplies the air to the electricity generator.

Images