KR20190019613A

KR20190019613A - Unit cell for fuel cell and fuel cell stack having the same

Info

Publication number: KR20190019613A
Application number: KR1020170104785A
Authority: KR
Inventors: 한원상; 김영태; 임예훈; 홍유식
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-02-27
Also published as: KR102143266B1

Abstract

The present invention relates to a unit module for a fuel cell and a stack for a fuel cell comprising the same. More particularly, the present invention relates to a unit module for a fuel cell and a stack for a fuel cell comprising the same, which can provide a stepped portion to an air electrode and a fuel electrode interconnect and remove a spacer to uniformly transfer the load transferred to the fuel cell to each configuration.

Description

연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택{UNIT CELL FOR FUEL CELL AND FUEL CELL STACK HAVING THE SAME} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a unit module for a fuel cell,

본 발명은 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 공기극 및 연료극 인터커넥트에 단차부를 제공하고 스페이서를 생략하여 연료전지에 전달되는 하중을 각 구성에 균일하게 전달할 수 있는 연료전지용 단위 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것이다. The present invention relates to a unit module for a fuel cell and a stack for a fuel cell including the fuel cell, and more particularly, to a fuel cell stack including a fuel cell stack having a stepped portion provided on the air electrode and the fuel electrode interconnect and omitting a spacer to uniformly transfer a load And a fuel cell stack including the unit module.

일반적으로, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.Generally, a fuel cell is a power generation system that converts the chemical reaction energy of hydrogen, oxygen, or air containing oxygen contained in a hydrocarbon-based material directly into electric energy.

예를 들어, 고체 산화물 연료 전지는 수소와 산소의 산화/환원 반응을 통해 전기를 발생시키는 단위 전지와 인터커넥트로 이루어진 전기 생성 유닛이 복수개 적층된 구조로 이루어진다. 단위 전지는 전해질막과, 전해질막의 일면에 위치하는 양극(공기극)과, 전해질막의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다.For example, a solid oxide fuel cell has a structure in which a plurality of electricity generating units each consisting of a unit cell and an interconnect that generate electricity through oxidation / reduction reaction of hydrogen and oxygen are stacked. The unit cell includes an electrolyte membrane, an anode (air electrode) located on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode (anode electrode) located on the other surface of the electrolyte membrane.

이에 양극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 양극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 음극으로 이동한 후 음극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때 음극에서 생성된 전자가 양극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. When oxygen is supplied to the anode and hydrogen is supplied to the cathode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the anode move to the cathode through the electrolyte membrane, and then water reacts with hydrogen supplied to the cathode. At this time, the electrons generated in the cathode are transferred to the anode and consumed, and electrons flow to the external circuit, and the unit cell generates electric energy by using the electron flow.

도 1을 참고하면, 종래 고체 산화물 연료 전지는 단위셀, 인터커넥트, 윈도우 프레임 및 스페이서가 포함된다. 이때, 각 구성들을 접착하기 위해 각 구성들 사이 밀봉재(sealant)가 포함된다. 따라서, 인터커넥트와 윈도우 프레임 사이 공간에 스페이서 및 밀봉재가 위치되게 된다. Referring to FIG. 1, a conventional solid oxide fuel cell includes a unit cell, an interconnect, a window frame, and a spacer. At this time, a sealant is included between the respective components to adhere the respective components. Thus, the spacer and the sealing material are placed in the space between the interconnect and the window frame.

아울러, 상술한 고체 산화물 연료 전지가 복수개 적층될 경우, 예를 들어, 2개의 단위 전지를 적층하기 위해서는 인터커넥트, 단위 전지, 윈도우 프레임, 스페이서, 집전체가 각각 2개씩 구성되고, 두 개의 단위 전지 사이 하나의 분리판이 더 포함되는 구성으로 제공되었다. In addition, when a plurality of the solid oxide fuel cells described above are stacked, for example, two stacked unit cells are formed by two interconnects, a unit cell, a window frame, a spacer, and a current collector, And one separator plate was further included.

따라서, 종래 고체 산화물 연료 전지는 실링 온도에서 외부 하중이 가해졌을 때, 인터커넥트의 유로를 통해 하중이 전달됨으로써, 하중이 연료 전지의 중심부로 전달되어 하중 전달 불균형이 발생하였다. 또한, 종래 고체 산화물 연료 전지는 인터커넥터와 윈도우 프레임 사이 하중을 전달하는 구성인 스페이서가 더 포함될 수 있는데, 기둥 형태로 제공되는 스페이서를 통해 하중이 전달되면 스페이서와 접촉되는 면에 하중이 집중되어 윈도우 프레임이 변형이 일어날 수 있는 문제점이 발생하였다. Therefore, when the external load is applied at the sealing temperature, the load of the conventional solid oxide fuel cell is transferred through the flow path of the interconnect, and the load is transferred to the center of the fuel cell, resulting in unbalanced load transmission. In addition, the conventional solid oxide fuel cell may further include a spacer that transmits a load between the interconnector and the window frame. When a load is transmitted through the spacer provided in the form of a column, a load is concentrated on the surface contacting the spacer, There is a problem that the frame may be deformed.

이에, 스페이서가 생략되고 연료 전지 가장자리에 하중이 전달될 수 있는 구성이 제공되어 하중 불균형을 방지하는 연료 전지가 필요한 실정이다. Accordingly, there is a need for a fuel cell in which a spacer is omitted and a load can be transmitted to the edge of the fuel cell, thereby preventing load imbalance.

한국등록특허 제10-1603449호Korean Patent No. 10-1603449

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 외부에서 가해지는 압력을 연료전지의 면적에 균형되게 분배하기 위해 인터커넥트 일면에 단차부가 제공된 연료전지용 단위 모듈 및 스택을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a unit module and stack for a fuel cell in which a step is provided on one surface of an interconnect in order to distribute the pressure externally applied to the area of the fuel cell in a balanced manner. .

또한, 본 발명의 목적은, 인터커넥트 일면에 단차부를 형성하여, 인터커넥트와 윈도우 프레임 사이 위치되는 스페이서를 생략함으로써 구성 요소가 감소된 연료전지용 단위 모듈 및 스택을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a unit module and a stack for a fuel cell in which a component is reduced by forming a step on one surface of the interconnect and omitting a spacer positioned between the interconnect and the window frame.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위 모듈은 단위셀; 상기 단위셀의 가장자리에 위치되고, 공기 및 연료를 분배하는 윈도우 프레임; 상기 단위셀 상부에 위치되고, 상기 공기를 상기 단위셀로 유동시키는 공기극 유로가 형성된 공기극 인터커넥트; 및 상기 단위셀 하부에 위치되고, 상기 연료를 상기 단위셀로 유동시키는 연료극 유로가 형성된 연료극 인터커넥트;를 포함하고, 상기 공기극 인터커넥트 및 상기 연료극 인터커넥트 중 어느 하나 이상은, 상기 유로 가장자리에 이격되어 제공되는 단차부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. A unit module for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a unit cell; A window frame positioned at an edge of the unit cell and distributing air and fuel; An air electrode interconnect disposed on the unit cell and having a cathode flow path for flowing the air into the unit cells; And a fuel electrode interconnect disposed under the unit cell and having a fuel electrode flow path for flowing the fuel to the unit cell, wherein at least one of the cathode electrode interconnect and the fuel electrode interconnect is provided apart from the flow path edge And a stepped portion.

일 실시예에서, 상기 단차부는, 높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 낮은 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the stepped portion is characterized in that its height is equal to or lower than any one of the air electrode flow path and the fuel electrode flow path.

일 실시예에서, 상기 단차부는, 높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 높은 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the stepped portion is characterized in that its height is equal to or higher than any one of the air electrode flow path and the fuel electrode flow path.

일 실시예에서, 상기 단차부는, 상기 공기극 및 연료극 인터커넥트의 세로 방향을 따라 길이를 가지는 바 형태로 제공되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the stepped portion is provided in the shape of a bar having a length along the longitudinal direction of the air electrode and the fuel electrode interconnect.

일 실시예에서, 상기 단차부는, 일정한 패턴으로 제공되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the step portion is characterized by being provided in a constant pattern.

일 실시예에서, 상기 윈도우 프레임은, 상기 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 양쪽 가장자리에 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the window frame is formed with a seating groove on which the unit cell is seated, and a channel is formed on both edges of the seating groove.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택은 연료전지용 단위 모듈이 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 한다. The stack for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is characterized in that at least one unit module for a fuel cell is stacked.

일 실시예에서, 상기 연료전지용 스택은, 하나 이상의 상기 단위 모듈 사이 분리판;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the fuel cell stack further includes a separator between at least one of the unit modules.

일 실시예에서, 상기 분리막은, 양 면에 각각 유로 및 단차부가 제공되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the separation membrane is characterized in that a flow path and a stepped portion are provided on both surfaces, respectively.

일 실시예에서, 상기 분리막은, 상측 면에 연료극 유로 및 하측 면에 공기극 유로가 제공되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the separation membrane is characterized in that an anode channel is provided on the upper surface and a cathode channel is provided on the lower surface.

본 발명에 따르면, 인터커넥트의 단차부가 윈도우 프레임과 대응되는 위치에 제공됨으로써, 외부에서 가해지는 압력이 단차부 및 인터커넥트 유로를 통해 연료전지에 균일하게 분포되는 효과가 발생하게 된다. According to the present invention, since the stepped portion of the interconnect is provided at the position corresponding to the window frame, the effect that the pressure externally applied is uniformly distributed to the fuel cell through the stepped portion and the interconnect flow path occurs.

또한, 본 발명에 따르면, 인터커넥트의 단차부에 의해 연료전지용 단위 모듈의 구성 중 스페이서가 생략가능하고, 따라서, 연료전지에 하중 전달 시 윈도우 프레임이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 발생하게 된다. In addition, according to the present invention, spacers of the unit module for a fuel cell can be omitted owing to the stepped portion of the interconnect, and thus the window frame can be prevented from being deformed when a load is transmitted to the fuel cell.

도 1은 종래 고체 산화물 연료전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 단위 모듈을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택을 도시한 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이다. 1 is a cross-sectional view of a conventional solid oxide fuel cell.
2 is a cross-sectional view illustrating a unit module for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 (a) is an air electrode interconnect according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 (b) is a cathode electrode interconnect according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 (a) is an anode electrode interconnect according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 (b) is an anode electrode interconnect according to another embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다. The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted. The embodiments of the present invention are provided to fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the better understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

<연료전지용 단위 모듈>&Lt; Unit module for fuel cell >

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 단위 모듈을 도시한 단면도이고, 도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 4(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기극 인터커넥트이고, 도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료극 인터커넥트이다. FIG. 2 is a sectional view showing a unit module for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is an air electrode interconnect according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5A is an anode electrode interconnect according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is an anode electrode interconnect according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 연료전지용 단위 모듈은 단위셀(도시되지 않음), 윈도우 프레임(20), 공기극 인터커넥트(30), 연료극 인터커넥트(40) 및 실란트(50)를 포함할 수 있다. The unit module for a fuel cell according to the present invention may include a unit cell (not shown), a window frame 20, a cathode electrode interconnect 30, an anode electrode interconnect 40 and a sealant 50.

단위셀은 공기극(양극, cathode, 11), 전해질(12) 및 연료극(음극, anode, 13)을 포함할 수 있고, 단위 모듈 및 고체 산화물 연료전지 스택에 전기를 발생시키는 역할을 할 수 있다. 연료극(13)에 연료를 공급해주면 연료가 산화되어 전자가 외부회로를 통하여 방출되고, 공기극(11)에 산소를 공급해주면 외부회로로부터 전자를 받아서 산소이온으로 환원된다. 환원된 산소이온은 전해질을 통해 연료극(13)으로 이동하여 산화된 연료와 반응하여 물을 생성한다. 이때, 연료극(13)에서 공기극(11)으로의 전자 흐름으로 직류 전기를 생산하게 된다. 단위셀(10)은 전해질 자립막식, 음극 지지체식 및 다공성지지체 세 가지 구조를 가질 수 있다. The unit cell may include an air electrode (cathode) 11, an electrolyte 12, and a fuel electrode (anode) 13, and may serve to generate electricity in the unit module and the solid oxide fuel cell stack. When the fuel is supplied to the fuel electrode 13, the fuel is oxidized and the electrons are discharged through the external circuit. When the oxygen is supplied to the air electrode 11, electrons are received from the external circuit and reduced to oxygen ions. The reduced oxygen ions move to the fuel electrode 13 through the electrolyte and react with the oxidized fuel to generate water. At this time, DC electricity is produced by the flow of electrons from the fuel electrode 13 to the air electrode 11. The unit cell 10 may have three structures: an electrolyte self-assembled membrane type, a cathode support type, and a porous support.

본 발명에 따른 단위셀(10)은 음극 지지체식 구조로 형성될 수 있다. 공기극(11)은 공기극(11)에서 생성되는 산소 이온과 전해질층(12)을 접촉시켜 전해질층(12)의 환원을 억제하는 역할을 하므로, 면적이 넓을수록 연료전지의 효율이 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 음극(11)은 공기극 인터커넥트(20)와 접촉되지 않는 범위 내에서 넓게 형성될 수 있다. The unit cell 10 according to the present invention may be formed in a negative electrode support structure. Since the air electrode 11 functions to reduce the reduction of the electrolyte layer 12 by contacting the electrolyte layer 12 with the oxygen ions generated in the air electrode 11, the efficiency of the fuel cell can be increased as the area is wider . Therefore, the cathode 11 according to the present invention can be formed to be wide within a range that does not contact the cathode electrode interconnect 20.

윈도우 프레임(20)은 단위셀(10)의 측면에 위치되어, 단위셀(10)을 지지하고, 연료전지 외부에서 공급되는 연료 및 공기가 서로 섞이지 않도록 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 연료전지의 상부 및 하부 중 어느 한 방향에서 공급되는 연료 및 공기 중 연료가 단위셀로 공급되는 것을 방지하고, 공기는 단위셀의 공기극(11)으로 공급해 주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 윈도우 프레임(20)은 외부에서 유입된 공기가 단위셀로 유동될 수 있게 일면에 유로가 형성될 수 있다. 이때, 유로는 후술되는 안착홈의 양쪽 가장자리에 형성될 수 있고, 후술되는 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로가 동일한 형태로 제공되는 것을 유의한다. The window frame 20 is positioned on the side surface of the unit cell 10 to support the unit cell 10 and prevent the fuel and air supplied from the outside of the fuel cell from being mixed with each other. That is, fuel in the fuel and air supplied in either the upper or lower direction of the fuel cell is prevented from being supplied to the unit cells, and air can be supplied to the air electrode 11 of the unit cell. Accordingly, the window frame 20 can be formed with a flow path on one side thereof so that the air introduced from the outside flows into the unit cells. Note that, at this time, the flow path may be formed at both edges of the mounting groove described later, and the flow path formed in the air electrode interconnect 30 described later is provided in the same form.

그리고, 윈도우 프레임(20)은 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성될 수 있고, 공기극(11)과 접촉되지 않을 만큼 가장자리에 일정 넓이를 가지는 프레임 형태로 제공될 수 있다. 단위셀을 연료극 인터커넥트(40)와 접촉 및 고정시키기 위해 윈도우 프레임(20) 상부 프레임과 하부 프레임의 폭이 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 윈도우 프레임(20)은 단위셀과 접촉되는 부분의 두께보다 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40) 사이에 적층되는 부분의 두께가 더 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 윈도우 프레임(20)의 단면이 '┌'의 형태로 제공될 수 있다. In addition, the window frame 20 may be provided with a mounting groove on which the unit cell is seated, and may be provided in the form of a frame having a certain width on the edge so as not to be in contact with the air electrode 11. The widths of the upper frame and the lower frame of the window frame 20 may be different from each other to contact and fix the unit cell with the fuel electrode interconnect 40. [ That is, the thickness of the portion of the window frame 20, which is laminated between the air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40, may be thicker than the thickness of the portion of the window frame 20 that contacts the unit cells. Accordingly, the cross section of the window frame 20 can be provided in the form of '?'.

윈도우 프레임(20)의 일부와 실란트(50)의 상부가 접합되는 형태로 제조되어 실란트(50)에 수직 면압을 가함으로써, 실란트(50)를 균일한 두께로 수축하고, 단위셀과 윈도우 프레임(20)을 견고하게 접합시킬 수 있다. A portion of the window frame 20 and the upper portion of the sealant 50 are bonded to each other and a vertical pressure is applied to the sealant 50 to shrink the sealant 50 to a uniform thickness, 20 can be firmly bonded.

윈도우 프레임(20)은 단위셀 및 인터커넥트(30, 40)가 휘거나 처지지 않도록 강도를 보강하기 위해 금속제로 제조될 수 있다. 윈도우 프레임(20)은 단위셀이 작동하는 약 600 내지 1000의 고온에서 견딜 수 있도록 열에 상대적으로 강한 크롬(Cr) 물질을 일부 포함할 수 있다. 또한, 윈도우 프레임(20)은 니켈(Ni) 및 철(Fe) 추가로 포함하는 금속 혼합 물질로 이루어질 수 있다. The window frame 20 may be made of metal to reinforce the strength so that the unit cells and interconnects 30 and 40 are not bent or sagged. The window frame 20 may include a portion of a relatively strong chromium (Cr) material in order to withstand a high temperature of about 600 to 1000 where the unit cell operates. In addition, the window frame 20 may be made of a metal mixed material including nickel (Ni) and iron (Fe).

윈도우 프레임(20)은 연료전지의 상부 및 하부 중 어느 한 방향에서 공급되는 연료 및 공기의 흐름에 따라 하나 이상의 연료홀 및 공기홀(도시되지 않음)이 형성될 수 있고, 연료홀 및 공기홀은 대향되는 방향에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 윈도우 프레임(20) 가장자리에 하나 이상의 홀이 형성되어 있는데, 예를 들어, 우측 및 좌측의 홀이 단위 모듈에 유입되는 공기를 유동시키는 공기홀 역할을 할 경우, 상측 및 하측에 형성된 홀은 연료홀 역할을 할 수 있다. The window frame 20 may be formed with one or more fuel holes and air holes (not shown) according to the flow of fuel and air supplied in either the upper or lower direction of the fuel cell, They may be formed in pairs in opposite directions. More specifically, one or more holes are formed at the edge of the window frame 20. For example, when the right and left holes serve as air holes for flowing air flowing into the unit module, Holes can serve as fuel holes.

공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)는 단위셀 상부 및 하부에 각각 위치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 공기극 인터커넥트(30)는 공기극(11) 상부에 위치되고 단위셀에 공급되는 공기를 공기극(11)으로 유동시킬 수 있고, 연료극 인터커넥트(40)는 연료극(13) 하부에 위치되고 외부에서 공급된 연료를 단위셀의 연료극(13)으로 유동시킬 수 있다. 따라서, 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)는 공기 및 연료가 공급되고 유동되기 위해 각각 공기극 유로(32) 및 연료극 유로(42)가 형성될 수 있다. 공기극 및 연료극 유로(32, 42)는 유로부(32a, 42a) 및 유로 형성부(32b, 42b)를 포함할 수 있다. 유로부(32a, 42a)는 공기 및 수소 중 어느 하나의 기체가 공급 및 유동되는 길의 역할을 할 수 있고, 유로 형성부(32b, 42b)는 유로부(32a, 42a)를 형성하기 위한 것으로, 일정한 높이를 가지고 있는 기둥형상으로 제공될 수 있다. 그리고, 유로 형성부(32b, 42b)는 유로부(32a, 42a) 양 옆에 형성되어 공기 및 수소가 다른 유로(32, 42)로 유출되는 것을 방지할 수 있다. The air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40 may be positioned above and below the unit cell, respectively. More specifically, the cathode electrode interconnect 30 is located above the cathode electrode 11 and allows the air supplied to the unit cells to flow to the cathode electrode 11, while the anode electrode interconnect 40 is located below the anode electrode 13 And the fuel supplied from the outside can be flowed to the fuel electrode 13 of the unit cell. Therefore, the air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40 may be formed with the air electrode path 32 and the fuel electrode path 42, respectively, in order to supply and flow air and fuel. The air electrode and the fuel electrode flow paths 32 and 42 may include flow path portions 32a and 42a and flow path forming portions 32b and 42b. The flow paths 32a and 42a can serve as a path for supplying and flow of any one of air and hydrogen and the flow path forming parts 32b and 42b are for forming the flow paths 32a and 42a , And can be provided in a columnar shape having a constant height. The flow path forming portions 32b and 42b are formed on both sides of the flow path portions 32a and 42a to prevent air and hydrogen from flowing out to other flow paths 32 and 42. [

공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)에 형성된 유로(32, 42)는 요철 구조로써 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40)의 상면 및 하면 중 어느 한 면에 형성될 수 있다. 또한, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 공기극 유로(32)와 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 연료극 유로(42)는 수직한 방향으로 형성되어 서로 연통되지 않는 것을 유의한다. 즉, 공기극 유로 형성부(32b)와 연료극 유로 형성부(42b)는 수직한 방향으로 형성될 수 있다. The flow paths 32 and 42 formed in the air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40 may be formed on either one of the upper surface and the lower surface of the air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40 as a concave and convex structure. Note that the cathode path 32 formed in the cathode electrode interconnect 30 and the anode path 42 formed in the fuel electrode interconnect 40 are formed in a vertical direction and are not in communication with each other. That is, the cathode path forming portion 32b and the anode path forming portion 42b may be formed in a perpendicular direction.

본 발명의 일 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 공기극 인터커넥터(30)에 단차부(31)가 제공될 수 있다. 단차부(31)는 공기극 유로(32)의 가장자리와 이격되어 제공될 수 있고, 높이는 변형가능하나, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로 형성부(32b)의 높이와 같거나 낮은 것이 바람직하다. In an embodiment of the present invention, the unit module may be provided with the stepped portion 31 in the air electrode inter connector 30. The stepped portion 31 may be provided at a distance from the edge of the air electrode flow path 32 and may be deformed but is preferably equal to or lower than the height of the flow path forming portion 32b formed in the air electrode interconnect 30.

아울러, 단차부(32)는 바 형태 혹은 일정한 패턴으로 제공될 수 있다. 도 4(a)를 참고하면, 바 형태로 제공될 경우, 공기극 인터커넥트(30)에 형성된 유로 형성부(32b)와 동일한 형태로 제공될 수 있다. 즉, 유로 형성부(32b) 중 짧은 폭을 가지는 방향이 가로, 긴 폭을 가지는 방향이 세로를 의미할 경우, 단차부(32)는 가로 보다 세로가 길게 제공될 수 있다. 따라서, 단차부(32)는 가장자리에 위치된 유로 형성부(32b)와 일정거리 이격되어 형성될 수 있다. 도 4(b)를 참고하면, 공기극 인터커넥터(30)에 형성된 단차부(31)가 일정한 패턴으로 제공될 경우, 하나 이상의 단차부(31)는 유로 형성부(32b)의 세로 방향으로 이격되어 제공될 수 있다. In addition, the step portion 32 may be provided in a bar shape or a constant pattern. Referring to FIG. 4 (a), when provided in the form of a bar, it may be provided in the same form as the flow path forming portion 32b formed in the cathode electrode interconnect 30. That is, in the case where the direction in which the short widths of the flow path forming portions 32b are transverse and the direction in which the long widths are vertical means the step portions 32 may be provided longer than the width. Therefore, the stepped portion 32 can be formed at a distance from the flow path forming portion 32b located at the edge. 4B, when the stepped portions 31 formed on the air electrode interconnector 30 are provided in a predetermined pattern, the at least one stepped portion 31 is spaced apart in the longitudinal direction of the flow path forming portion 32b Can be provided.

따라서, 실링 온도에서 연료전지에 가해지는 압력이 공기극 유로(32) 및 단차부(31) 분산됨으로써, 공기극 인터커넥트(20)에서 윈도우 프레임(20)으로 하중이 균일하게 전달될 수 있다. Therefore, the load applied to the fuel cell at the sealing temperature is dispersed in the cathode current path 32 and the step portion 31, so that the load can be uniformly transferred from the cathode electrode interconnect 20 to the window frame 20. [

일 실시 예에 따른 단위 모듈은 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 스페이서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 스페이서는 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 간격을 유지하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 스페이서(30)는 단면 및 평면이 원형, 타원형, 꼭지점이 곡률을 갖도록 처리된 곡률각형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형으로 형성된 군에서 선택된 어느 하나의 모양으로 형성될 수 있으며, 도체 및 절연체 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. The unit module according to one embodiment may further include a spacer (not shown) between the window frame 20 and the fuel electrode interconnect 40. The spacers may serve to maintain a gap between the window frame 20 and the fuel electrode interconnect 40. The spacer 30 may be formed in any shape selected from the group consisting of a circular, oval, and curved square, triangle, square, pentagon, and hexagon processed to have a vertex curvature, And the like.

나아가, 단위 모듈은 실링재(60)를 더 포함할 수 있다. 실링재(60)는 윈도우 프레임(20)과 단위셀, 공기극 인터커넥트(30) 및 연료극 인터커넥트(40) 각각의 사이에 위치되어 단위 모듈의 각 구성을 접합시키는 역할을 할 수 있다. 그리고, 단위셀에 주어지는 충격을 완화하는 완충제로써 역할도 수행할 수 있다. 실링재(60)는 유리 및 결정화 유리 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 고온에서 유동성을 가지는 성질을 가지고 있다. Furthermore, the unit module may further include a sealing material 60. [ The sealing member 60 may be positioned between the window frame 20 and the unit cell, the cathode electrode interconnect 30, and the anode electrode interconnect 40, respectively, and may serve to bond the respective components of the unit module. It can also serve as a buffer to mitigate the impact on the unit cell. The sealing material 60 may be formed of any one of glass and crystallized glass, and has a property of being fluid at high temperature.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 연료극 인터커넥트(40)에 단차부(41)가 제공될 수 있다. 단차부(41)는 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 유로 형성부(42b)의 양측 단면과 이격되어 제공될 수 있고, 단차부(41)의 높이는 제한하지 않으나, 유로 형성부(42b) 높이와 같거나 높은 것이 바람직하다. 그리고, 단차부(41)는 유로 형성부(42b)와 바 형태 혹은 일정한 패턴으로 제공될 수 있다. 도 5(a)를 참고하면, 단차부(41)가 바 형태로 제공될 경우, 하나의 단차부(41)가 유로 형성부의 짧은 양 측 단면을 따라 길이를 가지는 형태로 제공될 수 있다. 그리고, 도 5(b)를 참고하면, 연료극 인터커넥트(40) 일면에 형성된 단차부(41)가 일정한 패턴으로 제공될 경우, 연료극 유로(32)와 동일한 패턴으로 형성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 단차부(41)는 연료극 인터커넥트(40)에 형성된 유로부(42a)만큼 이격되어 형성될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the unit module may be provided with a step 41 in the fuel electrode interconnect 40. The stepped portion 41 may be provided to be spaced apart from both end surfaces of the flow path forming portion 42b formed in the fuel electrode interconnect 40. The height of the stepped portion 41 is not limited but may be the same as the height of the flow path forming portion 42b Or higher. The stepped portion 41 may be provided in a bar shape or a constant pattern with the flow path forming portion 42b. Referring to Fig. 5 (a), when the step 41 is provided in the form of a bar, one step 41 can be provided in a shape having a length along the short both side surfaces of the flow path forming portion. 5 (b), when the step 41 formed on one surface of the anode electrode interconnect 40 is provided in a certain pattern, it may be formed in the same pattern as the anode path 32. In other words, the at least one stepped portion 41 may be spaced apart from the flow path portion 42a formed in the fuel electrode interconnect 40.

다른 실시 예에 따른 단위 모듈은 연료극 인터커넥트(40) 일면에 단차부(41)를 제공함으로써, 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥트(40) 사이 스페이서 구성이 생략가능하고, 윈도우 프레임(20) 및 단위셀로부터 받는 하중이 단차부(41)와 연료극 유로(42)를 통해 전달되어 윈도우 프레임(20)의 변형을 방지하고, 하중이 연료전지의 전면으로 균일하게 분배될 수 있는 효과가 발생할 수 있다. The unit module according to another embodiment provides a step 41 on one side of the anode electrode interconnect 40 so that the spacer structure between the window frame 20 and the anode electrode interconnect 40 can be omitted and the window frame 20 and unit The load received from the cell is transmitted through the stepped portion 41 and the fuel electrode flow path 42 to prevent the window frame 20 from being deformed and the load can be uniformly distributed to the front surface of the fuel cell.

여기서, 단위 모듈은 윈도우 프레임(20)과 공기극 인터커넥트(30) 사이 스페이서를 더 포함할 수 있고, 윈도우 프레임(20)과 단위셀, 윈도우 프레임(20)과 공기극 인터커넥트(30), 공기극 인터커넥트(30)와 연료극 인터커넥트(40) 사이 실링재(60)를 더 포함할 수 있다. 스페이서 및 실링재(60)는 상술한 일 실시 예에 따른 단위 모듈 설명과 동일하여 생략하기로 한다. The unit module may further include a spacer between the window frame 20 and the cathode electrode interconnect 30 and may include a window frame 20 and a unit cell, a window frame 20 and a cathode electrode interconnect 30, a cathode electrode interconnect 30 And the sealing material 60 between the anode electrode 40 and the anode electrode 40. The spacer and the sealing material 60 are the same as those of the unit module according to the embodiment described above.

본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 단위 모듈은 공기극 및 연료극 인터커넥트(30, 40) 일면에 단차부(31, 41)가 제공될 수 있다. 그리고, 단위 모듈은 각 구성의 사이에 실링재(60)가 제공될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the unit module may be provided with step portions 31 and 41 on one side of the air electrode and the fuel electrode interconnects 30 and 40. Further, the unit module may be provided with a sealing material 60 between the respective units.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단차부(31, 41) 및 실링재(60)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 단위모둘과 동일하여 생략하기로 한다. The step portions 31 and 41 and the sealing material 60 according to still another embodiment of the present invention are the same as the unit modules according to the embodiment of the present invention and the other embodiments described above.

<연료전지용 스택><Fuel cell stack>

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택을 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

연료전지용 스택은 상술된 단위 모듈을 적층하여 제공할 수 있다. 이때, 하나 이상의 단위 모듈 사이 분리판(50)이 더 포함될 수 있다. 즉, 상측 단위셀의 연료극(13)과 하측 단위셀의 공기극(11) 사이 분리판(50)이 위치될 수 있고, 이때, 분리판(50)은 일면에 공기극 유로(32) 및 단차부(31), 타면에 연료극 유로(42) 및 단차부(41)가 형성될 수 있다. 일면 및 타면에 형성된 단차부(31, 41)는 바 형태 및 일정한 패턴 중 어느 하나로 제공될 수 있는데, 예를 들어, 일면에 형성된 단차부(31)가 바 형태로 제공되면, 타면에 형성된 단차부(41)는 연료극 유로(42)와 동일한 패턴으로 제공될 수 있다. The stack for a fuel cell can be provided by laminating the unit modules described above. At this time, a separator plate 50 may be further included between one or more unit modules. That is, the separator plate 50 may be positioned between the fuel electrode 13 of the upper unit cell and the air electrode 11 of the lower unit cell. At this time, the separator plate 50 may have the cathode- 31, and a fuel electrode flow path 42 and a stepped portion 41 may be formed on the other surface. The stepped portions 31 and 41 formed on one surface and the other surface may be provided in any one of a bar shape and a constant pattern. For example, when the stepped portion 31 formed on one surface is provided in the form of a bar, (41) may be provided in the same pattern as the fuel electrode flow path (42).

아울러, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 스택의 단위 모듈은 앞서 설명한 본 발명에 따른 단위 모듈과 동일하기 때문에 생략하기로 한다. In addition, since the unit module of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention is the same as the unit module according to the present invention described above, it will be omitted.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

11: 공기극
12: 전해질
13: 연료극
20: 윈도우 프레임
30: 공기극 인터커넥트
31: 공기극 단차부
32: 공기극 유로
32a: 유로부
32b: 유로 형성부
40: 연료극 인터커넥트
41: 연료극 단차부
42a: 유로부
42b: 유로 형성부
42: 연료극 유로
50: 분리판
60: 실링재 11: air electrode
12: electrolyte
13: anode
20: window frame
30: cathode pole interconnect
31: cathode pole step
32:
32a:
32b:
40: fuel electrode interconnect
41: fuel electrode step portion
42a:
42b:
42:
50: separation plate
60: sealing material

Claims

단위셀;
상기 단위셀의 가장자리에 위치되고, 공기 및 연료를 분배하는 윈도우 프레임;
상기 단위셀 상부에 위치되고, 상기 공기를 상기 단위셀로 유동시키는 공기극 유로가 형성된 공기극 인터커넥트; 및
상기 단위셀 하부에 위치되고, 상기 연료를 상기 단위셀로 유동시키는 연료극 유로가 형성된 연료극 인터커넥트;를 포함하고,
상기 공기극 인터커넥트 및 상기 연료극 인터커넥트 중 어느 하나 이상은,
상기 공기극 및 상기 연료극 유로 가장자리에 이격되어 제공되는 단차부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
연료전지용 단위 모듈.
Unit cell;
A window frame positioned at an edge of the unit cell and distributing air and fuel;
An air electrode interconnect disposed on the unit cell and having a cathode flow path for flowing the air into the unit cells; And
And a fuel electrode interconnect disposed below the unit cell and having a fuel electrode flow path for flowing the fuel to the unit cell,
At least one of the cathode electrode interconnect and the fuel electrode interconnect,
And a stepped portion provided to be spaced apart from the air electrode and the fuel electrode flow passage edge.
Unit module for fuel cell.

제1항에 있어서,
상기 단차부는,
높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 낮은 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
The method according to claim 1,
The stepped portion includes:
Wherein the height of the fuel cell module is equal to or lower than any one of the cathode flow path and the fuel flow path.

제1항에 있어서,
상기 단차부는,
높이가 상기 공기극 유로 및 상기 연료극 유로 중 어느 하나와 같거나 높은 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
The method according to claim 1,
The stepped portion includes:
Wherein the height of the unit cell is equal to or higher than any one of the cathode flow path and the fuel flow path.

제1항에 있어서,
상기 단차부는,
상기 공기극 및 연료극 인터커넥트의 세로 방향을 따라 길이를 가지는 바 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
The method according to claim 1,
The stepped portion includes:
Wherein the fuel cell module is provided in the shape of a bar having a length along the longitudinal direction of the air electrode and the fuel electrode interconnect.

제1항에 있어서,
상기 단차부는,
일정한 패턴으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
The method according to claim 1,
The stepped portion includes:
Wherein the fuel cell module is provided with a predetermined pattern.

제1항에 있어서,
상기 윈도우 프레임은,
상기 단위셀이 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈의 양쪽 가장자리에 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 단위 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the window frame comprises:
Wherein a seating groove on which the unit cell is seated is formed, and a channel is formed on both edges of the seating groove.

제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 연료전지용 단위 모듈이 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
A stack for a fuel cell, characterized in that one or more unit modules for fuel cells according to any one of claims 1 to 6 are laminated.

제7항에 있어서,
상기 연료전지용 스택은,
하나 이상의 상기 단위 모듈 사이 분리판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
8. The method of claim 7,
The stack for a fuel cell includes:
And a separator between at least one of said unit modules.

제8항에 있어서,
상기 분리막은,
양 면에 각각 유로 및 단차부가 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
9. The method of claim 8,
The separation membrane includes:
Wherein a flow path and a stepped portion are provided on both sides, respectively.

제9항에 있어서,
상기 분리막은,
상측 면에 연료극 유로 및 하측 면에 공기극 유로가 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 스택.
10. The method of claim 9,
The separation membrane includes:
Wherein a fuel electrode flow path is provided on the upper surface and a cathode flow path is provided on the lower surface.