KR20100114887A - 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

막 전극 어셈블리(MEA), 애노드 전류 컬렉터/다공성 전달층(PTL), 양극 분리판(BSP), 주름 또는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조, 캐소드 전류 컬렉터/PTL 및 애노드 프레임을 포함하는 모듈형 유닛 연료전지가 개시된다. 이러한 실시예에 있어서, 공기는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조를 통해 통과하고, 그 공기는 캐소드 반응물 및 냉각제 모두로 작용한다.

Description

모듈형 유닛 연료전지 어셈블리{MODULAR UNIT FUEL CELL ASSEMBLY}
본 출원은 전체적으로 참조에 의해 여기에 반영된 2007년 12월 28일자로 출원된 미국 특허출원 제11/966,887호의 계속 출원이다.
본 발명은 고분자 전해질막 연료전지 및 그 구성요소를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 생산 비용이 보다 낮은 모듈형 유닛 연료전지의 디자인 및 구성에 관한 것이다.
고분자 전해질막(PEM; polymer electrolyte membrane) 연료전지는 애노드 전극, 캐소드 전극 및 상기 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 배치된 박막 고분자막 형태의 전해질을 포함하는 전기화학 소자이다. 각 개별의 고분자 전해질막 연료전지 또는 연료전지 유닛들은 고분자 전해질막 연료전지를 생산하기 위해 어느 하나의 연료전지 유닛의 애노드 전극을 인접한 연료전지 유닛의 캐소드 전극으로부터 분리하는 양극 분리판(bipolar separator plate)과 함께 스택된다.
고분자 전해질막을 포함하는 전기화학 전지는 연료전지로 작동하며, 전력을 생성하기 위해 전지 전극, 또는 전해조에서 연료 및 산화제가 전기화학적으로 변환되고, 외부 전류는 통상 전지 각각의 전극에서 수소 및 산소를 발생시키는 물을 통해 전지 전극들 사이를 통과한다. 연료전지는 연소 없이 그리고 해로운 물질의 방출 없이 화학변환 공정을 통해 전기를 생성하기 위해 보통 공기로부터 수소 및 산소를 이용하는 에너지 변환장치이다. 전압 및 전류 출력은 도 1에 나타낸 바와 같이 그 스택에서의 전지의 수에 달려 있다.
도 2, 3 및 4에 나타낸 통상의 연료전지 스택은 함께 스택된 많은 개별 셀(20)들로 이루어져 있다. 통상 그와 같은 연료전지는 인조 흑연으로 이루어진 양극 분리판(12; BSP), 막 전극 어셈블리(14; MEA(membrane electrode assembly)), 가스캣(16, 18), 연료 매니폴드(24)를 갖추고, 산화제 및 냉각제 매니폴드를 갖춘다(도 3 및 4 참조).
연료전지의 적절한 작동을 위해, 수소 가스는 전지 내부에 밀봉되어 가스 산화제(공기 또는 산소)로부터 분리되어야 한다. 몇몇 연료전지에 있어서는, 정상동작 동안 생성된 열 때문에 냉각이 필요하다. 통상 이러한 열은 보통 냉각제로서 물을 사용하는 액체 냉각에 의해 연료전지 스택으로부터 제거된다.
또한, BSP(12)가 MEA(14)와 긴밀하게 연속적으로 전기 접촉되어 있다는 것이 좋지 않은 것으로 평가되고 있다.
도 2 및 4에 나타낸 바와 같이, 연료전지는 통상 "필터 프레스(filter press)" 구조를 사용했으며, 두껍고 무거운 "단부판(end plate)"(32, 34)은 각 연료전지 스택(10)의 단부에 배치되어 무거운 타이-로드(tie-rod), 또는 볼트(38)와 너트(40), 또는 기타 체결구(fastener)에 의해 함께 유지고정된다.
상기 "필터 프레스" 구조는 이하의 2가지 목적을 제공한다: (i) 사용될 경우 수소, 산화물, 냉각액을 밀봉; 및 (ii) BSP(12)와 MEA(14)간 긴밀한 전기 접촉을 유지(도 2 및 4 참조). 기존의 방법에 의해 구성된 연료전지 스택의 분석에 따르면, "필터 프레스" 장치가 아주 잘 기능하지도 실행되지도 못한다는 것이 드러나고 있다. 그와 같은 분석에서는 BSP(12)와 MEA(14)간 전기 접촉이 불완전하여 좋지 않은 전기 전도 및 낮은 전지 성능을 초래하는 증거를 나타내고 있다. 그 분석은 또한 가스 및 액체 누설의 증거를 나타낸다.
본 발명은 생산 비용이 보다 낮은 모듈형 유닛 연료전지의 디자인 및 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 형태는, 애노드측 및 캐소드측을 갖는 막 전극 어셈블리(MEA); 제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 애노드 다공성 전달층(PTL; porous transport layer)(애노드 PTL의 제1측은 MEA의 애노드측과 나란하면서 전기 접촉됨); 제1 및 제2측을 갖는 전도성 양극 분리판(전도성 양극 분리판의 제1측은 애노드 가스 유동부의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨); 제1 및 제2측을 갖는 스프링 핀 열 전달 구조(spring fin heat transfer structure: 스프링 핀 열 전달 구조의 제1측은 전도성 양극 분리판의 제2측과 나란함); 및 제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 캐소드 PTL(캐소드 PTL의 제1측은 스프링 핀 열 전달 구조의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨)을 포함하는 PEM 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리이다.
본 발명의 다른 형태는 애노드측 및 캐소드측을 갖는 막 전극 어셈블리(MEA); 제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 애노드 다공성 전달층(PTL: 애노드 PTL의 제1측은 MEA의 애노드측과 나란하면서 전기 접촉됨); 제1 및 제2측을 갖는 전도성 양극 분리판(전도성 양극 분리판의 제1측은 애노드 가스 유동부의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨); 제1 및 제2측을 갖는 스프링 핀 열 전달 구조(스프링 핀 열 전달 구조의 제1측은 전도성 양극 분리판의 제2측과 나란함); 및 제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 캐소드 PTL(캐소드 PTL의 제2측은 MEA의 캐소드측과 나란하면서 전기 접촉됨)을 포함하는 PEM 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리이다.
본 발명의 또 다른 형태는 제1단부판과 이 제1단부판과 정렬된 제2단부판; 상기 제1단부판과 제2단부판 사이에 개재된(interposed) 청구항 1 또는 청구항 2 중 적어도 하나의 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리; 및 압축 구조를 포함하는 연료전지 스택 어셈블리이다.
본 발명의 또 다른 형태는 이하의 명세서 부분에 의해 이루어지며, 한정하지 않고 본 발명의 바람직한 실시예들의 충분한 설명을 위해 상세히 기술한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 생산 비용이 보다 낮은 모듈형 유닛 연료전지의 디자인 및 구성을 제공할수 있다.
본 발명은 설명의 목적만을 위한 도면들을 참조함으로써 좀더 잘 이해될 수 있을 것이다:
도 1은 기본적인 기존의 연료전지 프로세스의 종래기술 개략도이며, 전력을 생산하기 위해 PEM 막을 가로지르는 산소와 결합하는 추출된 수소 이온을 나타낸다.
도 2는 무거운 단부판 및 타이 로드 볼트와 함께 압축된 기존 종래기술의 전극들의 PEM 연료전지 스택을 나타낸다.
도 3은 연료전지 어셈블리의 기존 종래기술의 PEM 단일 전지의 분해도이다.
도 4는 내부 및 외부 부분들의 배열을 나타내는 기존 종래기술의 전극들의 PEM 연료전지 스택의 분해도이다.
도 5는 개구의 3차원 그물형 망 구조 또는 형태의 확대도이다.
도 6은 주름 또는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조의 확대도이다.
도 7은 본 발명 모듈형 유닛 전지의 구성요소들의 분해된 횡단면도를 나타낸다.
도 8은 모듈형 유닛 전지로서 조립된 도 7의 구성요소들의 횡단면도를 나타낸다.
도 9는 연료전지 스택으로서 배열된 단부판 및 종단 구조와 함께 도 8의 모듈형 유닛 전지의 횡단면도를 나타낸다.
도 10은 도 9의 스택 구성요소의 분해된 횡단면도를 나타낸다.
설명의 목적을 위한 도면들을 좀더 구체적으로 참조하여, 도 1 내지 도 10에 나타낸 장치가 실시된다. 여기에 기술된 기본적인 개념들로부터 벗어나지 않고, 부품들의 구성 및 세부항목에 따라 장치가 변경될 수 있고, 특정 단계 및 순서에 따라 방법이 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 7 및 8은 본 발명의 모듈형 유닛 연료전지(45)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 7의 분해도는 명확성을 위해 나타냈다. 모듈형 유닛 연료전지(45)는 애노드 전류 컬렉터/다공성 전달층(PTL; 70)과 나란하면서 전기 접촉하는 애노드측을 갖는 막 전극 어셈블리(MEA; 62)로 구성되며, 상기 애노드 전류 컬렉터/다공성 전달층(70)은 양극 분리판(BSP; 50)과 나란하면서 전기 접촉하고, 상기 양극 분리판(50)은 주름 또는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(CTS; 85)와 나란하면서 전기 접촉하고, 상기 스프링 냉각 및 전달 구조(85)는 캐소드 전류 컬렉터/다공성 전달층(75) 및 애노드 프레임(80; 명확성을 위해 도 8에는 도시하지 않음)과 나란하다. 모든 실시예에서, 공기는 도 6에 방향 화살표(64)로 나타낸 바와 같이 시야에 수직인 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)를 통과하여, 캐소드 반응물 및 냉각제 모두로 작용한다.
모듈형 유닛 연료전지의 제1의 다른 실시예(도시하지 않음)에 있어서, 캐소드 PTL(75)은 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)와 나란하면서 전기 접촉되기 보다는 오히려 MEA(62)의 캐소드측과 나란하면서 전기 접촉하고, MEA(62)는 애노드 PTL(70)과 나란하면서 전기 접촉하고, 애노드 PTL(70)은 BSP(50)와 나란하면서 전기 접촉하며, BSP(50)는 CTS(85)와 나란하면서 전기접촉한다.
제2의 다른 실시예(도시하지 않음)에 있어서, CTS(85)는 BSP(50)와 나란하면서 전기 접촉되기 보다는 오히려 캐소드 PTL(75)의 제1측과 나란하면서 전기 접촉하며, 캐소드 PTL(75)은 MEA(62)의 캐소드측과 나란하면서 전기 접촉하는 제2측을 갖고, MEA(62)는 애노드 PTL(70)과 나란하면서 전기 접촉하고, 애노드 PTL(70)은 BSP(50)와 나란하면서 전기 접촉한다. 모든 실시예는 도 9 및 10의 연료전지 스택(100)으로 더 조립되기 전에 조립될 수 있는 모듈형 유닛 연료전지를 생성한다.
유사한 기술로 잘 알려진 몇가지 방식으로 구성될 수 있는 도 7 및 8의 MEA(62)는 애노드 전극(도시하지 않음) 및 캐소드 전극(도시하지 않음) 뿐만 아니라 프로톤 교환막(55; PEM(proton exchange membrane)), 애노드 가스 확산(GDL)층(60) 및 캐소드 가스 확산층(65)으로 이루어진다. 조립된 MEA는 보강되거나 되지 않은 둘레 주변에 보더(border)를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 통상 MEA는 유사한 기술로 잘 알려진 한가지 또는 두가지 방법으로 구성된다.
그 제1방법은 촉매 애노드 전극이 PEM(55)의 제1측에 제공되고 촉매 캐소드 전극이 PEM(55)의 제2측에 제공된 후, 애노드 및 캐소드 GDL(60, 65)이 MEA(62)를 형성하는 CCM의 각각의 측에 제공되는 촉매 코팅 막(CCM) 접근방식이다.
MEA 구성의 제2방법은 촉매 애노드 전극이 애노드 GDE를 형성하는 애노드 GDL(60)의 제1측에 제공되고 촉매 캐소드 전극이 캐소드 GDE를 형성하는 캐소드 GDL(65)의 제1측에 제공되는 가스 확산 전극(GDE) 접근방식이다. 애노드 GDE의 촉매 애노드 전극측은 PEM(55)의 제1측에 제공되고 캐소드 GDE의 촉매 캐소드 전극측은 MEA(62)를 형성하는 PEM(55)의 대향측에 인가된다.
상기 제1 및 제2방법 모두에 있어서, 그 구성요소들은 본 발명의 모듈형 유닛 연료전지(45)에 MEA(62)로서 조립되기 전에 미리 조립되고, 또 본 발명의 모듈형 유닛 연료전지(45)의 조립 동안에 MEA(62)에 조립될 것이다. MEA들 및 MEA 구성요소들은 다수의 공급사, 예컨대 3M, DuPont, W.A.Gore, SGL Carbon, Ballard, Freudenberg 등으로부터 이용가능하다.
BSP(50)는 스탬핑(stamping), 블랭킹(blanking), 쉐어링(shearing) 및 펀칭(punching) 또는 공지의 다른 시트 금속 가공 기술에 의해 저렴하게 생산될 수 있는 박막 시트 금속 구성요소이다. 양극판들은 스테인레스 스틸, 티타늄, 니켈 또는 합금들과 같은 다양한 금속 및 금속 합금으로 만들어질 수 있다. 비용을 고려하여 장점적으로 그리고 바람직하게 선호되는 재료는 300 시리즈 스테인레스 스틸이다.
애노드 전류 컬렉터/다공성 전달층(70; PTL) 및 캐소드 전류 컬렉터/다공성 전달층(75)은, 촉매 전극으로 반응물의 전달을 허용하고, 전극으로부터의 반응 생성물의 제거를 허용하며, 막으로부터의 열 전송에 도움이 되고, 전기 전도체이며, 모듈형 유닛 연료전지가 연료전지 스택으로 압축될 때 균일하게 압축 스트레스를 분배한다. PTL들은 폼(form), 부직 메쉬(woven mesh) 또는 직물, 비부직 펠트(nonwoven felt) 또는 종이, 소성 재료, 확장 재료로 불리우는 그물형 구조 또는 기타 다공성 구조들일 수 있다. PTL은 알루미늄, 니켈 또는 합금, 티타늄 또는 합금, 스테인레스 스틸, 카본 또는 그레파이트(graphite), 또는 기타 전기 전도성 재료로 이루어질 수 있고, ERG, SGL, Toray INCO Special Products, RECEMAT 및 기타 공급사에 의해 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서는 0.1 내지 3mm 두께의 0.040과 1.0mm 사이의 전지 크기를 갖는 도 5에 나타낸 금속 폼이 사용된다. PTL들은 동일한 재료로 이루어지거나 동일한 재료로 이루어지지 않으며, 여러 조합들이 채용될 수 있다. 예를 제한하지 않는 바와 같이, 애노드 PTL은 금속 폼으로 이루어지고, 캐소드 PTL은 금속 메쉬 또는 직물에 의해 지원된 종이 또는 펠트로 이루어질 수 있다.
주름 또는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)는 캐소드 반응을 위한 산소를 포함하는 캐소드 공기의 전달을 허용하고, 반응 생성물의 제거를 허용할 뿐만 아니라, 핀들을 통한 반응물의 통과/냉각에 의해 연료전지의 작동 동안 열을 제거하도록 구조를 냉각시킨다. 또한, 전지들이 함께 스택 및 압축될 때 연료전지 스택의 어느정도의 스프링 유연성을 제공한다. 또한, 바람직한 실시예에 있어서, 스프링 핀형 냉각 구조(85)는 알루미늄, 니켈, 티타늄 또는 그들의 합금이나 스테인레스 스틸(바람직하게는 300 시리즈)로 이루어지는 0.05 내지 0.25mm 두께 재료로 구성된다. 높이는 0.25 내지 3mm의 주름 피치를 갖는 0.5 내지 5mm의 높이가 된다. 그와 같은 핀형 구조의 소스는 Robinson Fin Machines, Inc에 있다.
애노드 프레임(80)은 애노드 PTL을 포함하며, 애노드에 포함된 초과 응축수의 제거 및 수소 연료의 퍼징(purging)을 허용하는 전기화학적 작용영역 및 채널에 수소 연료를 공급하기 위한 채널을 통합한다. 애노드 프레임(80)을 위해 선택된 재료는 PVC, 폴리카보네이트, ABS, 실리콘, 우레탄 등과 같은 중합성 또는 탄성 재료를 포함한다.
도 8의 실시예는 완전한 어셈블리로서 본 발명의 모듈형 유닛 연료전지(45)를 나타낸다. 도 8에서, 애노드 프레임(80)은 명확성을 위해 생략되었다. 조립에 있어서, 금속 구성요소들, 즉 애노드 PTL(70), BSP(50), 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)와 캐소드 PTL은 모듈형 유닛 연료전지(45)의 나머지와 동시에 결합되거나, 또는 금속 구조가 브레이징(brazing) 또는 웰딩(welding)과 같은 야금 수단에 의해 또는 공지의 다른 수단에 의해 완전한 유닛으로서 미리 조립될 수 있다.
모듈형 유닛 연료전지(45)는 도 9의 연료전지 스택(100)으로 조립된다. 그 어셈블리의 구성요소들을 나타내는 연료전지 스택(100)의 분해도가 명확성을 위해 도 10에 나타나 있다. 상기 연료전지 스택(100)은 하나 또는 그 이상의 모듈형 유닛 연료전지(45), 2개의 단부판, 캐소드 단부판(90) 및 애노드 단부판(92) 뿐만 아니라 캐소드 종단 구조(95)로 구성된다. 또한, 캐소드 단부 전지(96), 애노드 단부 전지(98) 및 중심 스택 전지(94)로 나타냈다. 하나의 스택은 중심 스택 전지(94)를 제외한 캐소드 단부 전지(96) 및 애노드 단부 전지(98)와 같은 단일의 전지 서버들을 케이싱하는 단일의 모듈형 유닛 연료전지(45)를 포함할 수 있다. 2개의 전지 스택은 중심 스택 전지(94)를 제외한 각 개별 캐소드 단부 전지(96) 및 각 개별 애노드 단부 전지(98)를 포함한다. 2개 이상의 전지 스택은 각 개별 캐소드 단부 전지(96) 및 각 개별 애노드 단부 전지(98) 및 하나 또는 다수의 중심 스택 전지(94)를 포함한다.
캐소드 종단 구조(95)는 캐소드 단부판(90) 및 캐소드 단부 전지(96)와 나란하면서 전기 접촉한다. 상기 캐소드 종단 구조(95)는 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)로 구성되고, 캐소드 전류 컬렉터/다공성 전달층(75)과 나란하면서 전기 접촉한다. 캐소드 종단 구조(95)는 브레이징 또는 웰딩과 같은 야금 수단에 의해 또는 공지의 다른 수단에 의해 조립될 수 있으며, 완전한 단부판 종단 어셈블리(99)를 형성하기 위해 캐소드 단부판(90)과 야금 결합되거나 결합되지 않을 수 있다.
모듈형 유닛 연료전지의 제1의 다른 실시예(도시하지 않음)에 있어서, 캐소드 종단 구조(95)는 캐소드 PTL(75)을 포함하지 않고, 핀형 스프링 냉각 및 전달 구조(85)만이 캐소드 단부판(90)과 나란하고 캐소드 단부판(90)과 야금 결합되거나 결합되지 않으며, 캐소드 PTL은 다른 실시예의 모듈형 유닛 연료전지와 통합된다.
모듈형 유닛 연료전지의 제1의 다른 실시예에 있어서, 캐소드 PTL(75)은 애노드 단부판(92) 및 애노드 단부 전지(98) 모두와 나란하면서 전기 접촉되고, 애노드 단부판(92) 및 애노드 단부 전지(98) 모두와 야금 결합되거나 결합되지 않고, 또 제1의 다른 실시예의 모듈형 유닛 연료전지 또는 애노드 단부판(92) 어느 쪽이든 야금 결합되거나 어느 쪽도 야금 결합되지 않을 수 있다.
모듈형 유닛 연료전지의 제2의 다른 실시예(도시하지 않음)에 있어서, 캐소드 종단 구조(95)가 채용되는 것이 아니라 오히려 애노드 종단 구조가 사용된다. 냉각 및 전달 구조(85)의 제1측이 애노드 단부 전지(98)의 BSP와 나란하면서 전기 접촉되고, 또한 제2측이 애노드 단부판(92)과 나란하면서 전기 접촉된다. 이러한 애노드 종단 구조는 애노드 단부판(92) 및 애노드 단부 전지(98) 모두와 야금 결합되거나 결합되지 않고, 또 제2의 다른 실시예의 모듈형 유닛 연료전지 또는 애노드 단부판(92) 어느 쪽이든 야금 결합되거나 어느 쪽도 야금 결합되지 않을 수 있다.
조립에 있어서, 그 스택 구성요소들은 보통 2.5 내지 50kg/cm2 범위의 압축 스트레스로 공지의 수단에 의해 함께 클램프된다. 애노드 단부판(92) 및 캐소드 단부판(90)은 외부 전기 로드(external electrical load)에 전기적으로 연결된다.
여기에 본 발명의 일부 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 모듈형 유닛 연료전지(45)의 제조에 있어 여러 변형 및 변경이 이루어질 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 완전하게 기능하는 연료전지 소자를 구성하도록 연료전지 스택으로 통합될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 더욱이, 여기에 나타낸 치수, 재료 및 공정들은 설명의 목적을 위한 것이며, 다른 치수, 재료 또는 공정들의 사용을 배제하려는 것은 아니다.
상기의 설명이 많은 상세한 설명들을 포함하고 있지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 구성되지 않으며 단지 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예들의 설명을 위해 제공될 뿐이다. 따라서, 본 발명의 범위가 당업자에게 자명한 다른 실시예들을 충분히 포함하기 때문에, 본 발명의 범위가 부가된 청구항들로만 한정되고, 구성요소와 관련하여 각 개별이라는 것은 하나 또는 오직 하나라고 명확히 기술하지 않는 한 "하나 또는 오직 하나"를 의미하는 것이 아니라, "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것이다. 당업자들에게 공지된 상술한 바람직한 실시예의 구성요소들에 대한 모든 구조적, 화학적, 및 기능적 대체물들은 참조에 의해 여기에 명확히 반영되고, 본 청구항들에 포함된다. 또한, 그것은 본 발명에 의해 해결하려는 각각의 그리고 모든 문제를 처리하기 위한 장치 또는 방법에 반드시 필요한 것은 아니다. 더욱이, 본 발명 개시의 요소, 구성요소, 또는 방법 단계는 그 요소, 구성요소, 또는 방법 단계가 청구항에 명확히 기술되는지의 여부와 상관없이 공용으로 제공될 것이다. 표현 "~을 의미하는"을 이용하여 그 요소가 명확히 기술되지 않는 한, 본 발명의 청구항 요소는 조항 35 U.S.C 112조, 6항 하에 해석되지 않는다.
45 : 모듈형 유닛 연료전지, 50 : 양극 분리판,
55 : 프로톤 교환막, 60 : 애노드 가스 확산층,
62 : 막 전극 어셈블리, 65 : 캐소드 가스 확산층,
70 : 애노드 전류 컬렉터/다공성 전달층,
75 : 캐소드 전류 컬렉터/다공성 전달층,
80 : 애노드 프레임, 90 : 캐소드 단부판,
94 : 중심 스택 전지, 95 : 캐소드 종단 구조,
96 : 캐소드 단부 전지, 100 : 연료전지 스택.

Claims (3)

  1. 애노드측 및 캐소드측을 갖는 막 전극 어셈블리(MEA);
    제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 애노드 다공성 전달층(PTL; 애노드 PTL의 제1측은 MEA의 애노드측과 나란하면서 전기 접촉됨);
    제1 및 제2측을 갖는 전도성 양극 분리판(전도성 양극 분리판의 제1측은 애노드 가스 유동부의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨);
    제1 및 제2측을 갖는 스프링 핀 열 전달 구조(스프링 핀 열 전달 구조의 제1측은 전도성 양극 분리판의 제2측과 나란함); 및
    제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 캐소드 PTL(캐소드 PTL의 제1측은 스프링 핀 열 전달 구조의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PEM 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리.
  2. 애노드측 및 캐소드측을 갖는 막 전극 어셈블리(MEA);
    제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 애노드 다공성 전달층(PTL: 애노드 PTL의 제1측은 MEA의 애노드측과 나란하면서 전기 접촉됨);
    제1 및 제2측을 갖는 전도성 양극 분리판(전도성 양극 분리판의 제1측은 애노드 가스 유동부의 제2측과 나란하면서 전기 접촉됨);
    제1 및 제2측을 갖는 스프링 핀 열 전달 구조(스프링 핀 열 전달 구조의 제1측은 전도성 양극 분리판의 제2측과 나란함); 및
    제1 및 제2측을 갖고, 전기 및 열 전도 뿐만 아니라 가스 확산에 적합한 3차원 개구 구조를 포함하는 캐소드 PTL(캐소드 PTL의 제2측은 MEA의 캐소드측과 나란하면서 전기 접촉됨)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PEM 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리.
  3. 제1단부판과 이 제1단부판과 정렬된 제2단부판;
    상기 제1단부판과 제2단부판 사이에 개재된 청구항 1 또는 청구항 2 중 적어도 하나의 모듈형 유닛 연료전지 어셈블리; 및
    압축 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택 어셈블리.
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