KR20130057716A - Separator for proton exchange membrane fuel cell and proton exchange membrane fuel cell using the same - Google Patents

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KR20130057716A
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이대길
임준우
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Abstract

PURPOSE: A separator for proton exchange membranes is provided to improve productivity and sealability by aligning two neighboring separators by a self-alignment structure. CONSTITUTION: In a polymer electrolyte fuel cell which includes a membrane-electrode assembly(20) having a positive electrode, negative electrode, and polymer electrolyte(26), and gas diffusion layers(30, 32) located in both sides of the membrane-electrode assembly, a separator has uneven parts in peripheral parts thereof to align the gas diffusion layers by insertion. The peripheral parts of the polymer electrolyte membrane are inserted into the uneven parts.

Description

고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지{SEPARATOR FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL AND PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL USING THE SAME}Separator for polyelectrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell using same {SEPARATOR FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL AND PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL USING THE SAME}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리판을 자기정렬구조(Self-alignment structure)에 의하여 정렬시켜 생산성과 밀폐성을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a separator plate for a polymer electrolyte fuel cell that can improve productivity and sealing by aligning the separator plate by a self-alignment structure, and a polymer fuel cell using the same. It is about.

연료전지는 연료의 산화에 의하여 발생되는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 에너지 변환장치이다. 연료전지는 전지에 이용되는 연료의 종류에 따라 다양한 형태와 구조로 개발되어 있다. 고분자 전해질 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하며, SPEFC(Solid polymer electrolyte fuel cell), SPFC(Solid polymer fuel cell), PEFC(polymer electrolyte fuel cell) 등으로 부르고도 있다. 이러한 고분자 전해질 연료전지는 효율이 높고, 전류밀도 및 출력밀도가 크며, 시동 시간이 짧고, 부하 변화에 빠른 응답 특성을 갖는 장점으로 인하여 무공해 차량의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용하고자 하는 시도가 활발하게 이루어지고 있다. A fuel cell is an energy converter that directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy. Fuel cells have been developed in various forms and structures depending on the type of fuel used in the cell. Polymer electrolyte fuel cells use polymer membranes with hydrogen ion exchange properties as electrolytes and are also called solid polymer electrolyte fuel cell (SPEFC), solid polymer fuel cell (SPFC), and polymer electrolyte fuel cell (PEFC). These polymer electrolyte fuel cells have high efficiency, high current density and power density, short start-up time, and fast response characteristics to load changes. As a result, they can be used in a variety of fields such as power source for automobiles, mobile power generation, And the like.

고분자 전해질 연료전지는 미국 특허 제7,862,922호, 제7,901,836호의 특허 문헌들에 개시되어 있다. 이 특허 문헌들에 개시되어 있는 고분자 전해질 연료전지의 스택(Stack)은 기본적으로 복수의 단위전지(Unit cell/Single cell)들과 두 개의 엔드플레이트(End plate)들로 구성되어 있다. Polymer electrolyte fuel cells are disclosed in U.S. Patent Nos. 7,862,922 and 7,901,836. The stack of a polymer electrolyte fuel cell disclosed in these patent documents is basically composed of a plurality of unit cells (single cells) and two end plates (end plates).

고분자 전해질 연료전지의 단위전지는 양극(Anode), 음극(Cathode), 고분자 전해질막(Polymer electrolyte membrane), 두 개의 가스확산층(Gas diffusion layer, GDL)들, 복수의 개스킷(Gasket)들과 두 개의 분리판들로 구성되어 있다. 고분자 전해질막은 양극과 음극 사이에서 수소이온의 전달체 역할을 하는 동시에 산소와 수소의 접촉을 막는 역할도 한다. 양극과 음극의 두 전극들이 고분자 전해질막에 핫프레싱(Hot-pressing)에 의하여 접합되어 있는 것을 막-전극 어셈블리(Membrane-electrode assembly, MEA)라 한다.A unit cell of a polymer electrolyte fuel cell includes an anode, a cathode, a polymer electrolyte membrane, two gas diffusion layers (GDLs), a plurality of gaskets, And separators. The polymer electrolyte membrane acts as a carrier of hydrogen ions between the anode and the cathode, and also serves to prevent contact between oxygen and hydrogen. A membrane-electrode assembly (MEA) in which two electrodes, an anode and a cathode, are bonded to a polymer electrolyte membrane by hot-pressing, is called a membrane-electrode assembly (MEA).

분리판은 단위전지의 양쪽에 배치되어 있고, 양극판(Bipolar plate) 또는 유로판(Flow field plate)으로 부르고도 있는 전기전도성 판이다. 분리판의 한쪽 면에는 양극측 채널이 형성되어 있고, 다른쪽 면에는 음극측 채널이 형성되어 있다. 엔드플레이트들은 구성요소 사이의 접촉저항을 줄이기 위하여 타이로드(Tie rod)나 공기압으로 체결하게 되어 있으며, 반응기체의 출구, 입구, 냉각수 순환구, 전력의 출력을 위한 커넥터를 갖는다. The separator is disposed on both sides of the unit cell, and is an electrically conductive plate, also referred to as a bipolar plate or a flow field plate. An anode side channel is formed on one side of the separator plate, and a cathode side channel is formed on the other side. The end plates are fastened with a tie rod or air pressure to reduce the contact resistance between the components, and have connectors for the outlet, inlet, cooling water circulation hole, and power output of the reaction gas.

개스킷은 분리판에 부착되어 단위전지를 분리하는 동시에 수소, 냉각수, 공기의 유로를 밀폐하므로, 연료전지의 스택 조립 시에 분리판과 분리판 사이에 들어가는 가스확산층 및 막-전극 어셈블리의 정확한 정렬이 이루어져야 한다. 한편, 흑연 또는 탄소복합재료 분리판의 경우, 개스킷으로 얇은 고무패드를 분리판의 모서리에 맞게 잘라내어 접착제로 분리판에 접착시키고 있다. 금속 분리판의 경우, 금형에 분리판을 장착하고, 분리판이 모서리를 따라 높은 온도에서 고무를 사출하여 개스킷을 제작하고 있다. The gasket is attached to the separator to separate the unit cells and at the same time seals the flow paths of hydrogen, cooling water and air. Should be done. On the other hand, in the case of the graphite or carbon composite material separator, a thin rubber pad is cut to fit the edge of the separator plate with a gasket and bonded to the separator plate with an adhesive. In the case of a metal separator plate, a separator plate is mounted on a mold, and the separator plate is injected with rubber at a high temperature along an edge to produce a gasket.

상기한 바와 같은 고분자 전해질 연료전지에 있어서 각 부품들이 압착되어 밀폐되는 구조로 제작되므로, 흑연 또는 탄소복합재료 분리판의 경우, 개스킷을 접착제에 의하여 분리판에 접착하는 공정이 번거로워 시간이 많이 소요되는 문제가 있다. In the polymer electrolyte fuel cell as described above, since each component is manufactured by being compressed and sealed, in the case of the graphite or carbon composite material separator, the process of attaching the gasket to the separator plate using an adhesive is time consuming and time consuming. there is a problem.

한편, 연료전지의 스택을 적층할 때 각 부품들간의 밀폐성을 높이기 위하여 분리판 가이드 등을 이용하여 분리판들 사이에 배치되는 가스확산층 및 막-전극 어셈블리를 정확하게 정렬해야 하므로, 생산성이 크게 저하되는 문제가 있다. 또한, 연료전지의 효율을 높이기 위하여 높은 체결력을 가할 때, 스택의 개수가 많을 경우에는 한쪽으로 불거져 나오는 팽출(Bulging), 좌굴(Buckling) 현상이 발생되어 연료전지의 정렬이 쉽게 흐트러지게 된다. On the other hand, when stacking a stack of fuel cells, the gas diffusion layer and the membrane-electrode assembly disposed between the separation plates must be accurately aligned using a separation plate guide, etc., in order to increase the sealing property between the components, thereby greatly reducing productivity. there is a problem. In addition, when a high clamping force is applied to increase the efficiency of the fuel cell, when the number of stacks is large, bulging and buckling occur on one side, and the alignment of the fuel cell is easily disturbed.

본 발명은 상기와 같은 종래 고분자 전해질 연료전지의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 분리판들의 자기정렬구조에 의하여 생산성과 밀폐성을 향상시킬 수 있는 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지를 제공하는 것이다. The present invention is to solve various problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell as described above. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a separator plate for a polymer electrolyte fuel cell which can improve productivity and sealability by a self-aligning structure of separator plates, and a polymer electrolyte fuel cell using the same.

본 발명의 다른 목적은, 별도의 개스킷이 불필요하여 생산비를 절감할 수 있는 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a separator plate for a polymer electrolyte fuel cell which can reduce the production cost by eliminating a separate gasket and a polymer electrolyte fuel cell using the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자 전해질 연료전지용 분리판이 제공된다. 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 분리판은, 양극, 음극과 고분자 전해질막을 구비하는 막-전극 어셈블리와, 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되어 있는 두 개의 가스확산층들을 포함하는 고분자 전해질 연료전지에 있어서, 두 개의 가스확산층들의 바깥쪽에 배치되는 것으로 이웃하는 두 개를 끼워맞춤에 의하여 정렬시킬 수 있도록 요철이 가장자리에 구비되어 있다. According to one aspect of the invention, a separator for a polymer electrolyte fuel cell is provided. A separator for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention includes a membrane-electrode assembly including an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane, and two gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane-electrode assembly. It is arranged on the outside of the two gas diffusion layers, and the irregularities are provided at the edges so as to align the two neighboring parts by fitting.

본 발명의 다른 측면에 따른 고분자 전해질 연료전지는, 양극, 음극과 고분자 전해질막을 구비하는 막-전극 어셈블리와, 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되어 있는 두 개의 가스확산층들과, 두 개의 가스확산층들 중 어느 하나의 일측에 배치되어 있는 제1 분리판과, 두 개의 가스확산층들 중 다른 하나의 타측에 배치되어 있는 제2 분리판을 구비하며, 적층되어 있는 복수의 단위전지들과; 복수의 단위전지들의 양측에 배치되어 있는 두 개의 엔드플레이트들과; 엔드플레이트들을 체결하고 있는 체결수단을 포함하고, 제1 및 제2 분리판 각각의 가장자리에 이웃하는 것끼리 끼워맞춤에 의하여 정렬시킬 수 있도록 요철이 구비되어 있다. According to another aspect of the present invention, a polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly including an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane, two gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly, and two gas diffusion layers. A plurality of unit cells stacked with a first separator disposed on one side of the one side, and a second separator disposed on the other side of the two gas diffusion layers; Two end plates disposed on both sides of the plurality of unit cells; It includes a fastening means for fastening the end plates, and is provided with concave-convex so that the neighboring to each of the edges of each of the first and second separation plate can be aligned by fitting.

본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지는 이웃하는 두 개의 분리판들을 자기정렬구조에 의하여 정렬시켜 생산성과 밀폐성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분리판들이 요철들의 끼워맞춤에 의하여 별도의 개스킷이 불필요하여 생산비를 절감할 수 있는 효과가 있다.The separator for a polymer electrolyte fuel cell and the polymer electrolyte fuel cell using the same according to the present invention can improve productivity and sealability by aligning two adjacent separator plates by a self-aligning structure. In addition, there is no need for a separate gasket by fitting the unevenness of the separator plate, thereby reducing the production cost.

도 1은 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 막-전극 어셈블리, 제1 및 제2 분리판이 조립되어 있는 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 막-전극 어셈블리, 제1 및 제2 분리판이 분리되어 있는 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 제1 분리판의 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 제1 및 제2 분리판의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 제1 및 제2 분리판의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
2 is a view showing a configuration in which the membrane-electrode assembly, the first and second separators are assembled in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
3 is a view showing a configuration in which the membrane-electrode assembly, the first and second separators are separated in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
4 is a view showing the configuration of a first separator in a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention;
5 is a view showing another embodiment of the first and second separator plates in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention;
6 is a view showing another embodiment of the first and second separator plates in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지용 분리판 및 이것을 이용한 고분자 전해질 연료전지에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a separator for a polymer electrolyte fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지는 적층되어 있는 복수의 단위전지(10)들, 두 개의 엔드플레이트(12)들과 체결수단으로 복수의 타이로드(14)들로 구성되어 있다. 엔드플레이트(12)들은 적층되어 있는 복수의 단위전지(10)들의 양측에 배치되어 있다. 타이로드(14)들은 엔드플레이트(12)들에 결합되어 단위전지(10)들에 체결력을 부여한다. 단위전지(10)들에 부여되는 체결력은 공기압으로 대체될 수 있다. First, referring to FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention includes a plurality of unit cells 10, two end plates 12, and a plurality of tie rods 14 as fastening means. Consists of. The end plates 12 are disposed on both sides of the plurality of unit cells 10 that are stacked. The tie rods 14 are coupled to the end plates 12 to impart a clamping force to the unit cells 10. The tightening force applied to the unit cells 10 can be replaced with air pressure.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 단위전지(10)들은 막-전극 어셈블리(20), 막-전극 어셈블리(20)의 양측에 배치되어 가스를 균일하게 확산시키는 두 개의 가스확산층(30, 32)들과, 가스확산층(30, 32)들의 바깥쪽에 배치되어 있는 제1 분리판(100)과 제2 분리판(200)으로 구성되어 있다. 막-전극 어셈블리(20)는 연료로 수소의 전기화학적 산화를 발생시키기 위한 양극(22), 산화제로 산소의 전기화학적 환원을 발생시키기 위한 음극(24), 양극(22)과 음극(24) 사이에 배치되어 있는 고분자 전해질막(26)으로 구성되어 있다. 양극(22), 음극(24)과 고분자 전해질막(26)은 일체형으로 접합되어 있다. 두 개의 가스확산층(30, 32)들 중 제1 가스확산층(30)은 양극(22)과 제1 분리판(100) 사이에 배치되고, 제2 가스확산층(32)은 음극(24)과 제2 분리판(200) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 분리판(100, 200) 각각은 흑연, 알루미늄, 스테인리스스틸(Stainless steel)로 구성되거나 고분자 기지(Polymer matrix)에 탄소입자, 흑연입자를 첨가한 고분자 기지 복합재료(Polymer matrix composite)로 구성될 수 있다.1 to 3, the unit cells 10 are disposed on both sides of the membrane-electrode assembly 20 and the membrane-electrode assembly 20, and two gas diffusion layers 30 and 32 uniformly diffuse gas. And the first separation plate 100 and the second separation plate 200 which are disposed outside the gas diffusion layers 30 and 32. The membrane-electrode assembly 20 includes an anode 22 for generating electrochemical oxidation of hydrogen with fuel, a cathode 24 for generating electrochemical reduction of oxygen with an oxidizing agent, And the polymer electrolyte membrane 26 disposed in the polymer electrolyte membrane. The positive electrode 22, the negative electrode 24, and the polymer electrolyte membrane 26 are integrally joined to each other. Among the two gas diffusion layers 30 and 32, the first gas diffusion layer 30 is disposed between the anode 22 and the first separation plate 100, and the second gas diffusion layer 32 includes the cathode 24 and the first gas diffusion layer 32. 2 is disposed between the separation plate (200). Each of the first and second separators 100 and 200 is composed of graphite, aluminum, stainless steel, or a polymer matrix composite in which carbon particles and graphite particles are added to a polymer matrix. It can be composed of).

제1 및 제2 분리판(100, 200) 각각은 그 양쪽 면에 복수의 제1 채널(102, 202)들, 복수의 제2 채널(104, 204)들, 복수의 제1 산마루(Ridge: 106, 206)들과 복수의 제2 산마루(108, 208)들을 형성하는 주름(110, 210)을 구비한다. 도 2와 도 3에 주름(110, 210)은 마름모형으로 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 주름(110, 210)은 사각형, 반원형, 타원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.Each of the first and second separator plates 100 and 200 has a plurality of first channels 102 and 202, a plurality of second channels 104 and 204, and a plurality of first ridges on both sides thereof. 106, 206 and corrugations 110, 210 forming a plurality of second ridges 108, 208. 2 and 3, the wrinkles (110, 210) is shown that is formed in a rhombus, this is an example, the wrinkles (110, 210) may be formed in a variety of shapes, such as rectangular, semi-circular, elliptical.

제1 분리판(100)의 제1 채널(102)들은 양극(22)과 이웃하도록 배치되어 있다. 제1 채널(102)들은 제1 가스확산층(30)에 제1 산마루(106)들이 밀접되는 것에 의하여 복수의 양극측 채널(112)들로 된다. 제2 분리판(200)의 제2 채널(202)들은 음극(24)과 이웃하도록 배치되어 있다. 제2 채널(204)들은 제2 가스확산층(30)에 제2 산마루(208)들이 밀접되는 것에 의하여 복수의 음극측 채널(212)들로 된다. The first channels 102 of the first separator plate 100 are disposed to be adjacent to the anode 22. The first channels 102 become a plurality of anode side channels 112 by the first ridge 106 being in close contact with the first gas diffusion layer 30. The second channels 202 of the second separator 200 are disposed to be adjacent to the cathode 24. The second channels 204 become a plurality of cathode side channels 212 by bringing the second ridge 208 into close contact with the second gas diffusion layer 30.

두 단위전지(10)들의 적층 시 이웃하는 제1 분리판(100)의 제2 산마루(108)들과 제2 분리판(200)의 제1 산마루(206)들이 접촉되어 전류 통로를 형성하는 복수의 접촉부(230)들로 된다. 접촉부(230)들은 타이로드(14)들의 체결에 의한 체결력을 부여받아 접촉된 상태를 유지한다.When the two unit cells 10 are stacked, a plurality of second ridges 108 of the adjacent first separator plate 100 and first ridges 206 of the second separator plate 200 contact each other to form a current path. Of contacts 230. The contact parts 230 are provided with a fastening force by the fastening of the tie rods 14 to maintain a contact state.

제1 분리판(100)의 제2 채널(104)들과 제2 분리판(200)의 제1 채널(202)들은 접촉부(230)들에 의하여 폐쇄되어 냉각수의 공급을 위한 복수의 유로(232)들을 형성한다. 이와 같이 유로(232)들이 주름 구조의 제1 및 제2 분리판(100, 200) 사이에 형성되는 것에 의하여 유로(232)들의 설계자유도를 높일 수 있고, 제1 및 제2 분리판(100, 200)을 간편하게 제조할 수 있다. The second channels 104 of the first separator plate 100 and the first channels 202 of the second separator plate 200 are closed by the contact parts 230 to provide a plurality of flow paths 232 for supply of cooling water. ). As such, the flow paths 232 are formed between the first and second separation plates 100 and 200 having a corrugated structure, thereby increasing the design freedom of the flow paths 232, and the first and second separation plates 100 and 100. 200) can be manufactured easily.

제1 및 제2 분리판(100, 200) 각각의 가장자리에 이웃하는 두 개의 분리판들의 정렬을 위하여 요철(120, 220)들이 형성되어 있다. 요철(120, 220)들은 대응하는 관계로 끼워맞춤되는 돌기(122, 222)와 홈(124, 224)으로 구성되어 있다. 막-전극 어셈블리(20)의 양측에 배치되어 있는 제2 분리판(200)의 돌기(222)는 제1 분리판(100)의 홈(124)에 끼워맞춤된다. 고분자 전해질막(26)은 양극(22)과 음극(24)으로부터 노출되어 있는 가장자리(26a)를 구비한다. 노출되어 있는 고분자 전해질막(26)의 가장자리(26a)는 홈(124)과 돌기(222) 사이에 끼워진다. 홈(124)과 돌기(222) 사이에 끼워지는 가장자리(26a)는 절연 및 밀봉 기능을 수행한다. 요철(120, 220)들은 홈(124, 224)의 단면적이 점진적으로 좁아지는 마름모 형태로 형성되어 스택의 적층 시 체결력을 받으면, 돌기(122, 222)와 홈(124, 224)의 끼워맞춤에 의하여 제1 및 제2 분리판(100, 200)이 자체적으로 정렬된다. Concavities and convexities 120 and 220 are formed to align two separation plates adjacent to edges of the first and second separation plates 100 and 200, respectively. The unevenness 120 and 220 may include protrusions 122 and 222 and grooves 124 and 224 that are fitted in a corresponding relationship. The protrusions 222 of the second separator 200 disposed on both sides of the membrane electrode assembly 20 are fitted into the grooves 124 of the first separator plate 100. The polymer electrolyte membrane 26 has an edge 26a exposed from the positive electrode 22 and the negative electrode 24. The exposed edge 26a of the polymer electrolyte membrane 26 is sandwiched between the groove 124 and the protrusion 222. The edge 26a that fits between the groove 124 and the protrusion 222 performs an insulating and sealing function. The irregularities 120 and 220 are formed in a rhombus shape in which the cross-sectional areas of the grooves 124 and 224 are gradually narrowed, so that the protrusions 122 and 222 are fitted to the protrusions 122 and 222 and the grooves 124 and 224 when the stack is stacked. The first and second separation plates 100 and 200 are aligned by themselves.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 요철(120, 220)들의 표면에 밀봉성을 향상시키기 위한 밀봉수단으로 밀봉층(Sealing layer: 240)이 추가로 구성되어 있다. 도 2 내지 도 4에 밀봉층(240)은 홈(124)의 내면에 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 밀봉층(240)은 요철(120, 220)들 표면 전체, 즉 돌기(122, 222)의 외면과 홈(224)의 내면 모두에 형성될 수 있다. 밀봉층(240)은 흑연, 테플론(Teflon), 고분자 수지, 고무 등 밀봉 기능을 갖는 다양한 재료로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 분리판(100, 200)이 금속, 예를 들어 알루미늄으로 구성되는 경우, 밀봉층(240)은 테플론의 코팅에 의하여 구성될 수 있다. 1 to 4, a sealing layer 240 is further configured as a sealing means for improving the sealing property on the surfaces of the uneven parts 120 and 220. 2 to 4 show that the sealing layer 240 is formed on the inner surface of the groove 124, but this is illustrative and the sealing layer 240 is the entire surface of the uneven (120, 220), that is, the projection ( It may be formed on both the outer surface of the 122 and 222 and the inner surface of the groove 224. The sealing layer 240 may be made of various materials having a sealing function, such as graphite, Teflon, polymer resin, and rubber. When the first and second separator plates 100 and 200 are made of metal, for example, aluminum, the sealing layer 240 may be formed by coating of Teflon.

도 5에 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 제1 및 제2 분리판의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 분리판(100, 200) 각각은 그 가장자리에 제1 및 제2 분리판(100, 200)의 정렬을 위한 요철(120a, 220a)들을 구비한다. 요철(120a, 220a)들은 대응하는 관계로 끼워맞춤되는 돌기(122a, 222a)와 홈(124a, 224a)으로 구성되어 있다. 요철(120a, 220a)들은 계단 형상으로 형성되어 스택의 적층 시 체결력이 지속적으로 가해지지 않아도 요철(120a, 220a)들의 끼워맞춤이 유지된다. 5 shows another embodiment of the first and second separator plates in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. Referring to FIG. 5, each of the first and second separators 100 and 200 has irregularities 120a and 220a at the edge thereof for aligning the first and second separators 100 and 200. The unevenness 120a and 220a is composed of the protrusions 122a and 222a and the grooves 124a and 224a that are fitted in a corresponding relationship. Concave-convex (120a, 220a) is formed in a step shape so that the fitting of the concave-convex (120a, 220a) is maintained even if the fastening force is not continuously applied when the stack of the stack.

도 6에 본 발명에 따른 고분자 전해질 연료전지에서 제1 및 제2 분리판의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 분리판(100, 200) 각각은 그 가장자리에 제1 및 제2 분리판(100, 200)의 정렬을 위한 요철(120b, 220b)들을 구비한다. 요철(120b, 220b)들은 대응하는 관계로 끼워맞춤되는 돌기(122b, 222b)와 홈(124b, 224b)으로 구성되어 있다. 요철(120b, 220b)들은 사각 형상으로 형성되어 있다. 사각 형상의 요철(120b, 220b)들은 우수한 체결력을 보유한다. 6 illustrates another embodiment of the first and second separator plates in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. Referring to FIG. 6, each of the first and second separators 100 and 200 has irregularities 120b and 220b at the edge thereof for aligning the first and second separators 100 and 200. The unevenness 120b and 220b is composed of the protrusions 122b and 222b and the grooves 124b and 224b that are fitted in a corresponding relationship. Unevenness (120b, 220b) is formed in a rectangular shape. Square irregularities 120b and 220b have excellent fastening force.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described above are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

10: 단위전지 20: 막-전극 어셈블리
22: 양극 22: 음극
26: 고분자 전해질막 30: 제1 가스확산층
32: 제2 가스확산층 100: 제1 분리판
110, 210: 주름
120, 120a, 120b, 220, 220a, 220b: 요철
230: 접촉부 240: 밀봉층 10: unit cell 20: membrane-electrode assembly
22: anode 22: cathode
26: polymer electrolyte membrane 30: the first gas diffusion layer
32: second gas diffusion layer 100: first separation plate
110, 210: wrinkles
120, 120a, 120b, 220, 220a, 220b: unevenness
230: contact portion 240: sealing layer

Claims (10)

양극, 음극과 고분자 전해질막을 구비하는 막-전극 어셈블리와, 상기 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되어 있는 두 개의 가스확산층들을 포함하는 고분자 전해질 연료전지에 있어서,
상기 두 개의 가스확산층들의 바깥쪽에 배치되는 것으로 이웃하는 두 개를 끼워맞춤에 의하여 정렬시킬 수 있도록 요철이 가장자리에 구비되어 있는 고분자 전해질 연료전지의 분리판. In the polymer electrolyte fuel cell comprising a membrane-electrode assembly having an anode, a cathode and a polymer electrolyte membrane, and two gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane-electrode assembly,
Separating plate of the polymer electrolyte fuel cell which is disposed on the outer side of the two gas diffusion layers and the concave-convex is provided at the edge to align the two neighboring by fitting. 제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 가장자리가 상기 요철에 끼워져 있는 고분자 전해질 연료전지의 분리판. The method of claim 1,
A separator of a polymer electrolyte fuel cell in which edges of the polymer electrolyte membrane are sandwiched in the unevenness. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 요철에 밀봉수단이 더 구비되어 있는 고분자 전해질 연료전지의 분리판. The method according to claim 1 or 2,
Separation plate of the polymer electrolyte fuel cell further comprises a sealing means in the concave-convex. 제3항에 있어서,
상기 밀봉수단은 상기 요철에 형성되어 있는 밀봉층으로 이루어지는 고분자 전해질 연료전지의 분리판. The method of claim 3,
The sealing means is a separation plate of a polymer electrolyte fuel cell consisting of a sealing layer formed in the uneven. 제1항 또는 제2항에 있어서,
양쪽 면에 복수의 제1 채널들과 복수의 제2 채널들을 형성하는 주름을 구비하며, 상기 주름의 양쪽 면에 이웃하는 두 개의 접촉에 의하여 전기 통로를 형성하는 복수의 제1 산마루들과 복수의 제2 산마루들을 구비하고, 상기 복수의 제1 산마루들과 상기 복수의 제2 산마루들 사이에 복수의 유로들이 형성되어 있는 고분자 전해질 연료전지의 분리판. The method according to claim 1 or 2,
A plurality of first ridges and a plurality of first ridges having a plurality of first channels and a plurality of second channels formed on both sides, and forming an electrical passage by two contacts adjacent to both sides of the pleat; And a plurality of flow paths formed between the plurality of first ridges and the plurality of second ridges. 양극, 음극과 고분자 전해질막을 구비하는 막-전극 어셈블리와, 상기 막-전극 어셈블리의 양측에 배치되어 있는 두 개의 가스확산층들과, 상기 두 개의 가스확산층들 중 어느 하나의 일측에 배치되어 있는 제1 분리판과, 상기 두 개의 가스확산층들 중 다른 하나의 타측에 배치되어 있는 제2 분리판을 구비하며, 적층되어 있는 복수의 단위전지들과;
상기 복수의 단위전지들의 양측에 배치되어 있는 두 개의 엔드플레이트들과;
상기 엔드플레이트들을 체결하고 있는 체결수단을 포함하고,
상기 제1 및 제2 분리판 각각의 가장자리에 이웃하는 것끼리 끼워맞춤에 의하여 정렬시킬 수 있도록 요철이 구비되어 있는 고분자 전해질 연료전지. A membrane-electrode assembly including an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane, two gas diffusion layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly, and a first electrode disposed on one side of the two gas diffusion layers. A plurality of unit cells including a separator plate and a second separator plate disposed on the other side of the other one of the two gas diffusion layers and stacked;
Two end plates disposed on both sides of the plurality of unit cells;
And fastening means for fastening the end plates,
The polymer electrolyte fuel cell is provided with irregularities so that the neighboring to each of the edges of each of the first and second separation plates can be aligned by fitting. 제6항에 있어서,
상기 고분자 전해질막의 가장자리가 상기 요철에 끼워져 있는 고분자 전해질 연료전지. The method according to claim 6,
A polymer electrolyte fuel cell in which edges of the polymer electrolyte membrane are sandwiched in the irregularities. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 요철에 밀봉수단이 더 구비되어 있는 고분자 전해질 연료전지.8. The method according to claim 6 or 7,
A polymer electrolyte fuel cell, wherein the unevenness is further provided with a sealing means. 제8항에 있어서,
상기 밀봉수단은 상기 요철에 형성되어 있는 밀봉층으로 이루어지는 고분자 전해질 연료전지. 9. The method of claim 8,
The sealing means is a polymer electrolyte fuel cell comprising a sealing layer formed on the unevenness. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 분리판과 상기 제2 분리판 각각은 양쪽 면에 복수의 제1 채널들과 복수의 제2 채널들을 형성하는 주름을 구비하며, 상기 주름은 이웃하는 두 개의 접촉에 의하여 상기 제1 분리판과 상기 제2 분리판의 전기 통로를 형성하는 복수의 제1 산마루들과 복수의 제2 산마루들을 구비하고, 이웃하는 상기 복수의 제1 산마루들과 상기 복수의 제2 산마루들 사이에 복수의 유로들이 형성되어 있는 고분자 전해질 연료전지 고분자 전해질 연료전지.8. The method according to claim 6 or 7,
Each of the first separator plate and the second separator plate has a pleat forming a plurality of first channels and a plurality of second channels on both sides, and the pleat is separated by the two neighboring contacts. A plurality of first ridges and a plurality of second ridges forming an electrical passage between the plate and the second separating plate, the plurality of first ridges and a plurality of second ridges between the plurality of neighboring first ridges and the plurality of second ridges Polymer electrolyte fuel cell having flow paths formed.
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