KR20200040976A - 연료전지 스택 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 인접하는 분리판의 접착방식을 개선하여 열충격 환경하에서 구조 안정성 및 기밀성을 유지시킬 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서, 각각의 단위 셀은 금속소재의 제 1 분리판과; 막전극 접합체를 사이에 두고 상기 제 1 분리판과 대향배치 되면서 상기 제 1 분리판과 열팽창계수가 다른 금속소재로 이루어지는 제 2 분리판을 포함하고, 서로 인접하는 단위 셀의 제 1 분리판과 제 2 분리판은 서로 맞닿도록 배치되어 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서, 각각의 단위 셀은 금속소재의 제 1 분리판과; 막전극 접합체를 사이에 두고 상기 제 1 분리판과 대향배치 되면서 상기 제 1 분리판과 열팽창계수가 다른 금속소재로 이루어지는 제 2 분리판을 포함하고, 서로 인접하는 단위 셀의 제 1 분리판과 제 2 분리판은 서로 맞닿도록 배치되어 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 연료전지 스택에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 인접하는 분리판의 접착방식을 개선하여 열충격 환경하에서 구조 안정성 및 기밀성을 유지시킬 수 있는 연료전지 스택에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.
일반적인 연료전지의 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막과, 이 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 공기극(cathode) 및 연료극(anode)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 막전극접합체의 일면과 타면, 즉 공기극 및 연료극이 위치한 바깥 부분에는 반응가스를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하는 한 쌍의 분리판이 배치된다. 이때 막전극접합체와 분리판 사이에는 반응가스 및 생성수의 유동을 확산시키거나 원활하게 하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 개재될 수 있다. 이때 한 쌍의 분리판은 연료극(anode)에 배치되는 애노드 분리판과 공기극(cathode)에 배치되는 캐소드 분리판으로 구분된다.
한편, 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는데, 이때 어느 하나의 단위 셀에 배치되는 애노드 분리판은 상기 어느 하나의 단위 셀에 인접배치되는 단위 셀의 캐소드 분리판과 맞대어지도록 배치되어 적층된다.
이에 따라 단위 셀의 적층 공정을 원활하게 실시하고, 각 단위 셀들의 정렬을 유지하기 위하여 서로 맞대어지도록 배치되는 서로 인접되는 단위 셀의 캐소드 분리판과 애노드 분리판을 일체화하여 단위 셀을 적층시킨다.
도 1은 용접에 의해 일체화된 종래의 분리판을 보여주는 도면으로서, 일반적으로 서로 인접되는 단위 셀의 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)을 일체화시키는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 맞대어진 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)의 가장 자리 중 소정 지점을 스팟 용접(W)시키는 방법을 채택하였다.
한편, 분리판은 일반적으로 300계 스테인리스강을 사용하여 제작하였지만, 최근에는 연료전지 스택의 운전 중 발생되는 생성수에 의해 분리판이 부식되는 것을 억제하고자 상대적으로 생성수에 많이 노출되는 캐소드 분리판(20)을 내부식성이 좋은 금속소재, 예를 들어 400계 스테인리스강을 사용하여 제작하고 있다.
이렇게 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)을 서로 다른 종류의 금속소재를 사용하여 제작한 다음 서로 용접하여 사용한 경우, 연료전지 스택의 운전시에 부식성능은 향상되었지만, 연료전지 스택의 운전 시 변화되는 온도에 의해 서로 맞대어진 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)이 휘어지는 문제가 발생하였다.
도 2는 용접에 의해 일체화된 종래의 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동 보여주는 도면으로서, 도 2의 (a)와 같이 단위 셀의 적층을 위하여 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)의 가장자리 중 소정의 위치를 용접(W)하여 일체화시킨다.
이렇게 일체화된 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)을 포함하는 다수 개의 단위 셀이 적층되어 구성된 연료전지 스택은 운전 중 고온 분위기가 조성되고, 운전이 종료되면 상온 분위기가 조성되며, 동절기에는 저온 분위기도 조성된다.
이렇게 스택의 운전 여부 및 주위 환경 변화에 따라 연료전지 스택의 분위기 온도가 저하되는 분위기 하에서는 도 2의 (b)와 같이 소정 지점이 용접(W)에 의해 고정된 상태에서 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)을 형성하는 금속소재의 열팽창계수 차이에 의해 상대적으로 열팽창계수가 큰 금속소재로 이루어진 애노드 분리판(10) 방향으로 휘어지는 현상이 발생된다.
그리고 이렇게 분위기 온도가 변화되는 환경에 지속적으로 노출된 종래의 애노드 분리판(10)과 캐소드 분리판(20)은 도 2의 (c)와 같이 소정 지점이 용접에 의해 고정된 상태에서 팽창과 수축을 반복하면서 길이의 변화(d1)가 발생하고, 용접부위가 변형되면서 연료전지 스택의 구조가 불안정하게 되어 반응가스의 누출(leak)이 발생되는 문제가 있었다.
본 발명은 서로 다른 소재로 제작되어 서로 맞대어지도록 배치되는 분리판의 접착방식을 개선하여 반복되는 열충격 환경하에서 구조 안정성 및 기밀성을 유지시킬 수 있는 연료전지 스택을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서, 각각의 단위 셀은 금속소재의 제 1 분리판과; 막전극 접합체를 사이에 두고 상기 제 1 분리판과 대향배치 되는 제 2 분리판을 포함하고, 서로 인접하는 단위 셀의 제 1 분리판과 제 2 분리판은 서로 맞닿도록 배치되어 연료전지 스택의 운전 온도보다 낮은 온도에서 접착력이 유지되고, 연료전지 스택의 운전 온도에서 접착력이 해제되도록 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 분리판과 제 2 분리판은 열팽창계수가 다른 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 접착제는 열가소성 접착제인 것이 바람직하다.
상기 접착제는 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 계열의 접착제인 것이 바람직하다.
상기 접착제는 제 1 분리판과 제 2 분리판의 가장자리 중 소정 지점의 서로 대면되는 계면에 도포될 수 있다.
상기 접착제는 제 1 분리판과 제 2 분리판의 가장자리 중 소정 지점의 단부를 둘러싸도록 도포될 수 있다.
상기 제 1 분리판의 가장자리는 제 2 분리판과 이격되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에서 연장되면서 절곡되어 제 2 분리판과 상기 접착제에 의해 접촉되는 제 2 영역으로 구분되되, 상기 제 1 영역이 제 1 분리판의 중심부 방향으로 형성되고, 제 2 영역이 제 1 분리판의 외측 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 분리판의 제 2 영역은 상기 제 2 분리판과 이격되도록 성형되어 탄성변형된 상태로 구부러져서 상기 접착제에 의해 상기 제 2 분리판에 접착된 것을 특징으로 하는 한다.
상기 제 1 분리판의 제 2 영역에는 관통홀이 형성되고, 상기 접착제가 상기 관통홀에 충진되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 분리판은 상기 제 2 분리판보다 열팽창계수가 작은 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 다른 소재로 제작되어 서로 맞대어지도록 배치되는 분리판을 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제를 사용하여 접착하여 일체화시킴으로써, 적층 공정 중에는 접착력이 유지되어 적층 공정을 원활하게 수행할 수 있고, 스택의 운전 및 주변 환경 변화에 의해 열충격이 발생하는 경우에는 접착력이 해제되어 분리판의 팽창 및 수축이 상호 간에 간섭없이 이루어지도록 하여 분리판이 원하지 않게 변형되는 것을 방지하여 기밀성을 유지할 수 있다.
도 1은 용접에 의해 일체화된 종래의 분리판을 보여주는 도면이고,
도 2는 용접에 의해 일체화된 종래의 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이며,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이다.
도 2는 용접에 의해 일체화된 종래의 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이며,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판을 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 구성은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서, 일반적인 단위 셀의 구성을 유지한다.
예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 구성하는 단위 셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하고, 막전극접합체의 일면과 타면에는 반응가스를 공급하고 반응에 의해 발생된 생성수를 배출하는 한 쌍의 분리판이 배치된다. 이때 막전극접합체와 분리판 사이에는 반응가스 및 생성수의 유동을 확산시키거나 원활하게 하는 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 개재될 수 있다. 이때 한 쌍의 분리판은 연료극(anode)에 배치되는 애노드 분리판과 공기극(cathode)에 배치되는 캐소드 분리판으로 구분될 수 있다. 본 실시예에서는 한 쌍의 분리판을 제 1 분리판과 제 2 분리판으로 구분하여 설명한다.
한편, 연료전지 스택은 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는데, 도 3과 같이 어느 하나의 단위 셀에 배치되는 제 1 분리판(100)은 상기 어느 하나의 단위 셀에 인접배치되는 단위 셀의 제 2 분리판(200)과 맞대어지도록 배치되어 적층된다. 도 3은 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 가장자리 부분의 단면을 보여주는 도면이다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택을 구성하는 분리판은 서로 인접되는 단위 셀의 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 서로 맞대어지도록 배치하고, 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제(300)로 접착하여 이루어진다. 이때 접착제(300)를 사용하여 접착되는 지점은 특정 위치에 한정되지 않고 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 접착할 수 있는 다양한 지점이 될 수 있다. 예를들어 접착제(300)는 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 가장자리 중 소정 지점의 서로 대면되는 계면에 도포될 수 있다. 이때 소정의 지점은 종래에 서로 인접되는 한 쌍의 분리판을 일체화하기 위하여 스팟 용접되는 부위에 대응되는 위치일 수 있다.
또한, 접착제(300)는 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 가장자리 중 소정 지점의 단부를 둘러싸도록 도포될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 연료전지 스택을 구성하는 단위 셀의 구성은 종래의 일반적인 단위 셀의 구성을 유지하지만, 단위 셀을 구성하는 한 쌍의 분리판, 즉 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속소재를 사용하여 제작된다. 예를 들어 제 1 분리판(100)은 300계 스테인리스강을 사용하여 제작되고, 제 2 분리판(200)은 400계 스테인리스강을 사용하여 제작된다.
본 발명에서 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 접착하는데 사용되는 접착제(300)는 연료전지 스택의 운전 온도보다 낮은 온도에서 접착력이 유지되고, 연료전지 스택의 운전 온도에서 접착력이 해제되는 특성을 갖는 접착제(300)를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 위하여 접착제(300)는 열가소성 접착제를 사용할 수 있다. 예를 들어 연료전지 스택의 운전 온도가 60 ~ 70℃ 정도인 것을 고려하여 접착제(300)는 녹는점이 약 60℃인 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 계열의 접착제를 사용할 수 있다.
상기와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제(300)에 의해 접착되어 일체화된 연료전지 스택이 운전 중에 발생되는 각 분리판의 거동에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 제 1 분리판(100)은 제 2 분리판(200)보다 상대적으로 열팽창계수가 작은 금속소재로 이루어진 분리판이고, 제 2 분리판(200)은 제 1 분리판보다 상대적으로 열팽창계수가 큰 금속소재로 이루어진 분리판이다.
이때, 도 4의 (a)와 같이 제 1 분리판(100)의 가장자리는 제 2 분리판(200)과 이격되는 제 1 영역(111)과, 상기 제 1 영역(111)에서 연장되면서 절곡되어 제 2 분리판(200)과 접착제(300a)에 의해 접촉되는 제 2 영역(112)으로 구분된다. 그래서, 제 1 영역(111)이 제 1 분리판(100)의 중심부 방향으로 형성되고, 제 2 영역(112)이 제 1 분리판(100)의 외측 방향으로 형성된다.
그리고, 제 2 분리판(200)의 가장자리, 즉 제 1 분리판(100)의 제 1 영역(111)과 제 2 영역(112)이 형성된 영역은 평판 형태로 형성된다.
그래서, 도 4의 (b)와 같이 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(112)과 제 2 분리판(200)이 서로 맞대어지고, 그 계면에 접착제(300a)가 도포되어 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 접착된다.
제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 도 4의 (b)와 같은 형태를 유지한 상태에서 단위 셀을 적층하여 연료전지 스택을 구성하는 경우에 접착에 의한 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 일체화가 유지되기 때문에 스택의 정렬도가 유지된다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전 및 주변 환경의 변화에 의해 연료전지 스택에 열충격, 예를 들어 연료전지 스택의 운전에 의해서 연료전지 스택의 분위기 온도가 상온에서 고온으로 변화하는 경우에, 도 4의 (c)와 같이 상대적으로 열팽창계수가 큰 제 2 분리판(200)이 제 1 분리판(100)보다 더 많이 팽창하면서 제 1 분리판(100)과의 길이 변화 차이(d2)가 발생된다. 다만, 이 경우 접착제(300a)는 연료전지 스택의 운전 온도에 영향을 받아 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)가 되고, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면이 분리되면서 상호 간에 팽창이 일어나더라도 서로 간섭되지 않아 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 휘어지는 현상이 발생되지 않는다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전이 종료되면 연료전지 스택의 분위기 온도가 고온에서 상온으로 변화되면서 도 4의 (d)와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)은 상호 간섭없이 수축이 발생된다. 이때 접착제(300a)는 분위기 온도가 녹는점 이하로 낮아짐에 따라 접착력이 다시 발생되어 수축된 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 다시 접착시켜서 일체화 시키게 된다.
이렇게 연료전지 스택의 적층시에는 접착제(300a)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착력이 유지되면서 정렬도를 유지할 수 있고, 연료전지 스택의 운전 중에는 고온으로 변화되는 분위기 온도에 의해 접착제(300b)의 접착력이 해제되면서 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 각각 다른 비율로 팽창 및 수축이 이루어진다고 하더라도 서로 분리되어 있기 때문에 상호 간의 팽창 및 수축에 간섭이 발생하지 않아 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 원하지 않게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제 1 분리판의 제 2 영역 형상 및 접착제의 도포 위치를 변경하여 분리판의 정렬도 및 구조 안정성을 유지할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택에서 일체화된 분리판이 연료전지 스택의 운전 중에 발생되는 거동을 보여주는 도면이다.
도 5는 전술된 실시예와 마찬가지로 제 1 분리판(100)은 제 2 분리판(200)보다 상대적으로 열팽창계수가 작은 금속소재로 이루어진 분리판이고, 제 2 분리판(200)은 제 1 분리판(100)보다 상대적으로 열팽창계수가 큰 금속소재로 이루어진 분리판이다.
이때, 도 5의 (a)와 같이 제 1 분리판(100)의 가장자리는 제 2 분리판(200)과 이격되는 제 1 영역(121)과, 상기 제 1 영역(121)에서 연장되면서 절곡되어 제 2 분리판(200)과 상기 접착제(300a)에 의해 접촉되는 제 2 영역(122)으로 구분된다. 다만, 이때 제 2 영역(122)은 제 2 분리판(200)에 맞대어지도록 대면되는 형상이 아니라 제 2 분리판(200)에서 이격되도록 절곡된 형상으로 제작된다.
다만, 도 5의 (b)와 같이 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(122)과 제 2 분리판(200)을 접착시키는 경우에는 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(122)이 제 2 분리판(200)에 맞대어지도록 대면되는 형상이 되도록 구부려서 탄성변형 시킨 상태로 서로 맞댄 다음 그 계면에 접착제(300a)를 도포하여 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 접착시킨다.
제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 도 5의 (b)와 같은 형태를 유지한 상태에서 단위 셀을 적층하여 연료전지 스택을 구성하는 경우에 접착에 의한 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 일체화가 유지되기 때문에 스택의 정렬도가 유지된다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전에 의해서 연료전지 스택의 분위기 온도가 상온에서 고온으로 변화하는 경우에, 도 5의 (c)와 같이 접착제(300a)는 연료전지 스택의 운전 온도에 영향을 받아 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)가 되고, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면이 분리되면서 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(122)은 탄성력에 의해 제 2 분리판(200)에서 이격되도록 절곡된 형상으로 복원된다. 또한, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면이 분리되면서 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 상호 간에 팽창이 일어나더라도 서로 간섭되지 않아 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 휘어지는 현상이 발생되지 않는다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전이 종료되면 연료전지 스택의 분위기 온도가 고온에서 상온으로 변화되면서 도 5의 (d)와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)은 상호 간섭없이 수축이 발생된다. 이때 접착제(300a)는 분위기 온도가 녹는점 이하로 낮아짐에 따라 접착력이 다시 발생되지만, 탄성력에 의해 복원된 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(122)과 제 2 분리판(200)은 이격된 상태가 유지되어 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 재접착되는 것을 방지한다. 이렇게 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 재접착되는 것이 방지됨에 따라 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 원하지 않는 자세로 일체화되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 도 5에서 설명된 실시예와 유사한 구성 및 거동이 이루어진다.
다만, 도 6의 (a)와 같이 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(132)에 관통홀(133)을 형성하여, 도 6의 (b)와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 접착제(300a)에 의해 접착하는 경우에 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(132)과 제 2 분리판(200)의 계면 사이에 도포되는 접착제가 제 1 분리판(100)의 관통홀(133)에도 충진되고, 계면의 반대면까지 도포되면서 접착력을 강화시켜 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(132)이 탄성변형되어 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착력이 약화되는 것을 방지할 수 있다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전에 의해서 연료전지 스택의 분위기 온도가 상온에서 고온으로 변화하는 경우에, 도 6의 (c)와 같이 접착제(300a)는 연료전지 스택의 운전 온도에 영향을 받아 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)가 되고, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면 및 관통홀(133)에 충진된 접착제(300b)가 분리되면서 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(132)은 탄성력에 의해 제 2 분리판(200)에서 이격되도록 절곡된 형상으로 복원된다. 또한, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면이 분리되면서 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 상호 간에 팽창이 일어나더라도 서로 간섭되지 않아 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 휘어지는 현상이 발생되지 않는다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전이 종료되면 연료전지 스택의 분위기 온도가 고온에서 상온으로 변화되면서 도 6의 (d)와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)은 상호 간섭없이 수축이 발생된다. 이때 접착제(300a)는 분위기 온도가 녹는점 이하로 낮아짐에 따라 접착력이 다시 발생되지만, 탄성력에 의해 복원된 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(132)과 제 2 분리판(200)은 이격된 상태가 유지되어 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 재접착되는 것을 방지한다.
도 7은 도 5에서 설명된 실시예와 유사한 구성 및 거동이 이루어진다.
다만, 도 7의 (b)와 같이 접착제(300a)를 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(142)과 제 2 분리판(200)의 단부를 둘러싸도록 도포하여 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)을 일체화 시킨다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전에 의해서 연료전지 스택의 분위기 온도가 상온에서 고온으로 변화하는 경우에, 도 7의 (c)와 같이 접착제(300a)는 연료전지 스택의 운전 온도에 영향을 받아 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)가 되고, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면에 도포된 접착제가 분리되면서 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(142)은 탄성력에 의해 제 2 분리판(200)에서 이격되도록 절곡된 형상으로 복원된다. 또한, 접착력이 해제된 상태의 접착제(300b)에 의해 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)의 접착계면이 분리되면서 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 상호 간에 팽창이 일어나더라도 서로 간섭되지 않아 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 휘어지는 현상이 발생되지 않는다.
이 상태에서 연료전지 스택의 운전이 종료되면 연료전지 스택의 분위기 온도가 고온에서 상온으로 변화되면서 도 7의 (d)와 같이 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)은 상호 간섭없이 수축이 발생된다. 이때 접착제(300a)는 분위기 온도가 녹는점 이하로 낮아짐에 따라 접착력이 다시 발생되지만, 탄성력에 의해 복원된 제 1 분리판(100)의 제 2 영역(142)과 제 2 분리판(200)은 이격된 상태가 유지되어 제 1 분리판(100)과 제 2 분리판(200)이 재접착되는 것을 방지한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 애노드 분리판
20: 캐소드 분리판
W: 용접
100: 제 1 분리판
111, 121, 131, 141: 제 1 영역
112, 122, 132, 142: 제 2 영역
133: 관통홀
200: 제 2 분리판
300, 300a, 300b: 접착제
20: 캐소드 분리판
W: 용접
100: 제 1 분리판
111, 121, 131, 141: 제 1 영역
112, 122, 132, 142: 제 2 영역
133: 관통홀
200: 제 2 분리판
300, 300a, 300b: 접착제
Claims (10)
- 다수의 단위 셀이 적층되어 이루어지는 연료전지 스택으로서,
각각의 단위 셀은 금속소재의 제 1 분리판과; 막전극 접합체를 사이에 두고 상기 제 1 분리판과 대향배치 되는 제 2 분리판을 포함하고,
서로 인접하는 단위 셀의 제 1 분리판과 제 2 분리판은 서로 맞닿도록 배치되어 연료전지 스택의 운전 온도보다 낮은 온도에서 접착력이 유지되고, 연료전지 스택의 운전 온도에서 접착력이 해제되도록 온도변화에 의해 접착성이 가변되는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 분리판과 제 2 분리판은 열팽창계수가 다른 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 1에 있어서,
상기 접착제는 열가소성 접착제인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 3에 있어서,
상기 접착제는 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 계열의 접착제인 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 1에 있어서,
상기 접착제는 제 1 분리판과 제 2 분리판의 가장자리 중 소정 지점의 서로 대면되는 계면에 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 1에 있어서,
상기 접착제는 제 1 분리판과 제 2 분리판의 가장자리 중 소정 지점의 단부를 둘러싸도록 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 분리판의 가장자리는 제 2 분리판과 이격되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역에서 연장되면서 절곡되어 제 2 분리판과 상기 접착제에 의해 접촉되는 제 2 영역으로 구분되되, 상기 제 1 영역이 제 1 분리판의 중심부 방향으로 형성되고, 제 2 영역이 제 1 분리판의 외측 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 분리판의 제 2 영역은 상기 제 2 분리판과 이격되도록 성형되어 탄성변형된 상태로 구부러져서 상기 접착제에 의해 상기 제 2 분리판에 접착된 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 분리판의 제 2 영역에는 관통홀이 형성되고, 상기 접착제가 상기 관통홀에 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 분리판은 상기 제 2 분리판보다 열팽창계수가 작은 금속소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
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2018
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