KR20060033521A - Fuel cell stack assembly - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 스택에 있어서, 수소, 공기 및 냉각수관로내에 테프론관을 삽입함으로써 방식성이 우수하고 제조비용이 절감될 수 있는 연료전지스택 조립체에 관한 것으로서, 막-전극 접합체(MEA), 가스켓, 분리판을 기본 단위로 하는 단전지를 번갈아 수백장 이상 적층하고 양면에 집전판과 엔드 플레이트를 각각 놓은 후, 타이로드 또는 밴드 등을 이용하여 체결하는 구조로 된 고분자 전해질 연료전지 스택에 있어서, 수소관로, 공기관로 및 냉각수관로 내에 내식성이 우수한 방식용 튜브를 삽입하여 이중관로를 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fuel cell stack assembly in which a teflon tube is inserted into a hydrogen, air, and cooling water pipe line in a fuel cell stack, which is excellent in corrosion resistance and can reduce manufacturing costs, and includes a membrane-electrode assembly (MEA) and a gasket. In a polymer electrolyte fuel cell stack having a structure in which a plurality of unit cells each having a separator as a base unit are stacked over hundreds, and a current collector plate and an end plate are placed on both sides, and fastened using tie rods or bands, respectively, Furnace, by inserting the anticorrosive tube excellent in corrosion resistance in the air pipe and the cooling water pipe, characterized in that to form a double pipe.
본 발명에 의하면, 연료전지스택의 내식성이 매우 향상되고 반영구적으로 사용할 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, the corrosion resistance of the fuel cell stack is greatly improved and can be used semipermanently.
연료전지스택, 가스관로, 방식용 튜브, 이중관로, 테프론관Fuel cell stack, gas pipe, anticorrosive tube, double pipe, Teflon pipe
Description
도 1은 종래의 연료전지스택 조립체를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional fuel cell stack assembly;
도 2는 본 발명에 따른 연료전지스택 조립체를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell stack assembly according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10: 연료전지스택 11: 연료극10: fuel cell stack 11: anode
12: 공기극 13: 고분자 전해질막12: air electrode 13: polymer electrolyte membrane
14: 공기유로 15: 수소유로14: air channel 15: hydrogen channel
20: 분리판 22: 냉각수유로20: Separator 22: Cooling water flow path
24: 가스켓 26: 집전판24: gasket 26: current collector
30: 엔드 플레이트 32: 공기관로30: end plate 32: air line
34: 냉각수관로 36: 수소관로 34: cooling water pipe 36: hydrogen pipe
33, 35, 37: 패킹부재 42, 44, 46: 테프론관33, 35, 37:
본 발명은 연료전지스택 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 스택에 있어서, 수소관로, 공기관로 및 냉각수 관로내에 테프론관을 삽입함으로써 방식성이 우수하고 제조비용이 절감될 수 있는 연료전지스택 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell stack assembly, and more particularly, to a fuel cell stack, by inserting a teflon tube into a hydrogen pipe, an air pipe, and a cooling water pipe, a fuel cell having excellent corrosion resistance and a reduced manufacturing cost. Relates to a stack assembly.
종래의 내연기관 자동차가 화석연료와 공기중의 산소를 엔진 내에서 폭발시킴으로써, 화석연료의 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 구동되는 것과 달리, 연료전지 자동차는 종래의 내연기관의 엔진 역할을 하는 연료전지스택에 수소와 대기중의 산소를 공급하여 생성된 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하여 자동차를 구동하게 된다.Unlike conventional internal combustion engine cars, which are driven by exploding fossil fuel and oxygen in the air in the engine, converting the chemical energy of the fossil fuel into mechanical energy, the fuel cell vehicle serves as the engine of the conventional internal combustion engine. Hydrogen and oxygen in the air are supplied to the battery stack to convert electrical energy generated into mechanical energy to drive a car.
근래에는, 연료전지가 내연기관보다 효율이 높고 공해 배출량이 적으므로, 종래의 내연기관을 대체할 유망한 대체수단으로 각광받고 있다.In recent years, fuel cells have higher efficiency and lower pollution emissions than internal combustion engines, and thus have been spotlighted as promising alternative means for replacing conventional internal combustion engines.
특히, 전해질막을 사용한 연료전지스택은, 도 1에 도시된 바와 같이, 수소이온을 선택적으로 수송하는 고분자 전해질막(13)과 이 고분자 전해질막(13)의 양면에 형성된 한 쌍의 전극, 즉 연료극(11)과 공기극(12)으로 구성된다.In particular, a fuel cell stack using an electrolyte membrane, as shown in FIG. 1, has a
상기 양 전극은, 통상적으로 백금족 금속촉매를 담지한 카본분말을 주성분으로 하고, 고분자 전해질막(13)의 표면에 형성된 촉매층, 및 이 촉매층의 바깥면에 형성되고 통풍성과 전자전도성을 함께 가진 확산층(diffusionlayer)으로 이루어진다.The positive electrode is usually composed of a carbon powder carrying a platinum group metal catalyst as a main component, a catalyst layer formed on the surface of the
또한, 전극에 공급되는 연료가스 및 산화제가스가 외부로 누설되거나, 2종류의 가스가 서로 혼합되지 않도록 전극의 주위에는 고분자 전해질막을 끼우고 고정되는 가스켓(gasket)(24)이 배치된다. 이 가스켓(24)은 일반적으로 EPDM 고무, 실리콘 탄성중합체, 불소 탄성중합체 등의 내(耐)약품성이 높은 고무 또는 탄성중합 체가 사용된다. In addition, a
그리고 가스켓(24)은 전극 및 고분자 전해질막과 일체화하여 미리 조립된다. 이것을 MEA(전해질막-전극접합체)라고 한다. 이 MEA의 바깥측에는, 이것을 기계적으로 고정함과 동시에, 인접한 MEA를 서로 전기적으로 직렬로, 경우에 따라서는 병렬로 접속하기 위한 도전성의 분리판(separator plate)(20)이 배치된다. 상기 분리판(20)의 MEA와 접촉하는 부분에는, 전극면에 반응가스를 공급하여 생성가스나 잉여가스를 운반하기 위한 공기유로(14) 및 수소유로(15)가 형성된다.The
상기 공기유로(14) 및 수소유로(15)는 분리판(20)과 별도로 설치할 수도 있지만, 분리판(20)의 표면에 홈을 형성하여 그 홈을 가스유로로 하는 방식이 일반적이다.The
또한, 이들 홈에 수소가스 및 공기를 공급하기 위해, 수소관로(36) 및 공기관로(32)가 별도로 구비되어 형성된다. 즉 가스유로를 형성하는 분리판(20)에 관통구멍을 뚫어 상기 수소관로(36) 및 공기관로(32)가 양극에 접촉된 수소유로(15) 및 공기유로(14)에 연결되도록 함으로써, 연료전지의 연료극(11) 및 공기극(12)에 직접 수소가스 및 공기를 공급하는 것이다.In addition, in order to supply hydrogen gas and air to these grooves, a
다시 한번 설명하면, 연료전지 자동차의 동력원인 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)스택(10)은 전해질막-전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 가스켓(24), 그리고 분리판(20)을 기본 단위로 하는 단전지를 번갈아 수백장 이상 적층하고 양면에 집전판(current collector)(26)과 엔드 플레이트(end plate)(30)를 각각 놓은 후 타이로드(tie rod) 또는 금속 밴드(band) 등으로 체결하여 제작된다.Once again, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
그리고, 고분자 전해질 연료전지스택의 경우 가습된 수소, 공기 및 냉각수를 스택내에 공급하여 온도는 상온~90??, 압력은 대기압~5 bar, 전압은 0.5~0.9 V/cell 의 온도범위에서 운전된다.In the case of the polymer electrolyte fuel cell stack, humidified hydrogen, air, and cooling water are supplied into the stack to operate at a temperature ranging from room temperature to 90 °, pressure from atmospheric pressure to 5 bar, and voltage from 0.5 to 0.9 V / cell. .
연료전지스택의 각 구성요소들을 자세히 살펴보면, 첫 번째로 전해질막-전극 접합체의 경우 애노드와 캐소드의 두 전극을 고분자 전해질막 양면에 각각 접합한 구조를 가지고 있으며, 애노드와 캐소드에 각각 가습된 수소와 공기를 공급하여 수소의 산화반응과 산소의 환원반응에 의해 전기, 물, 열을 발생시키는 역할을 한다.Looking at each of the components of the fuel cell stack in detail, first, the electrolyte membrane-electrode assembly has a structure in which two electrodes, the anode and the cathode, are bonded to both sides of the polymer electrolyte membrane, and the hydrogen and the humidified hydrogen in the anode and the cathode, respectively, It supplies air to generate electricity, water and heat by oxidation of hydrogen and reduction of oxygen.
두 번째로, 가스켓의 경우 애노드와 캐소드에 각각 공급되는 수소와 공기 및 냉각수의 기밀성을 유지하는 역할을 하며, 실리콘 재질로서 판형 또는 오링(O-ring) 형태로 사용된다.Secondly, the gasket serves to maintain the airtightness of hydrogen, air and cooling water supplied to the anode and the cathode, respectively, and is used in the form of a plate or O-ring as a silicon material.
세 번째로, 분리판은 전해질막-전극 접합체에 가습된 반응기체를 공급하고 생성된 물을 배수하며, 전기화학반응 중에 생성된 전자를 애노드에서 캐소드로 운반하는 역할을 한다.Thirdly, the separator serves to supply a humidified reactor to the electrolyte membrane-electrode assembly, drain the generated water, and transport electrons generated during the electrochemical reaction from the anode to the cathode.
종래의 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)스택은 막-전극 접합체(MEA), 가스켓, 분리판을 기본 단위로 하는 단전지를 번갈아 수백장 이상 적층하고 양면에 집전판과 엔드 플레이트를 각각 놓은 후, 타이로드 또는 밴드 등을 이용하여 단순히 체결하는 구조로 되어 있었다.Conventional polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) stacks consist of hundreds or more of alternating single cells based on membrane-electrode assemblies (MEAs), gaskets, and separators, and the current collector plate and end plate on each side, and then tie rods or It was designed to be simply fastened using a band or the like.
고분자 전해질 연료전지스택은 일반적으로 가습된 수소와 공기 및 냉각수를 스택내부로 공급하여 상온 이상의 온도 및 대기압 이상의 압력에서 운전되는데, 이 조건은 고분자 전해질 연료전지스택의 구성요소 중 금속제인 집전판과 엔드 플레이트에 대하여 가혹한 전기화학적 부식조건을 제공하기 때문에 내식성 처리, 즉 금 도금 또는 애노다이징 처리 등을 해야 하며, 이로 인하여 제조공정의 증가와 제조비용의 증가가 발생하고 반영구적 사용이 불가능해지는 문제점이 있다.The polymer electrolyte fuel cell stack generally supplies humidified hydrogen, air, and coolant into the stack to operate at temperatures above room temperature and pressure above atmospheric pressure. This condition is the current collector plate and the end of the metal electrolyte fuel cell stack. Corrosion resistance treatment, that is, gold plating or anodizing treatment, must be performed because it provides severe electrochemical corrosion conditions for the plate, which causes an increase in the manufacturing process and an increase in the manufacturing cost and makes it impossible to use semi-permanently. .
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연료전지스택 내부의 수소관로, 공기관로 및 냉각수관로내에 테프론관을 삽입함으로써 방식성이 우수하고 제조비용이 절감될 수 있는 연료전지스택 조립체을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by inserting the Teflon tube into the hydrogen pipe, the air pipe and the cooling water pipe inside the fuel cell stack fuel excellent corrosion resistance and manufacturing cost can be reduced It is an object to provide a battery stack assembly.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 막-전극 접합체(MEA), 가스켓, 분리판을 기본 단위로 하는 단전지를 번갈아 수백장 이상 적층하고 양면에 집전판과 엔드 플레이트를 각각 놓은 후, 타이로드 또는 밴드 등을 이용하여 체결하는 구조로 된 고분자 전해질 연료전지 스택에 있어서, 수소관로, 공기관로 및 냉각수관로 내에 내식성이 우수한 방식용 튜브를 삽입하여 이중관로를 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, after stacking hundreds or more of alternating unit cells based on the membrane-electrode assembly (MEA), gaskets, separator plates and the current collector plate and end plate on each side, tie rod or A polymer electrolyte fuel cell stack having a structure fastened by using a band or the like, characterized in that a double pipe is formed by inserting an anticorrosive tube having excellent corrosion resistance into a hydrogen pipe, an air pipe, and a cooling water pipe.
본 발명의 다른 특징은, 상기 내식성이 우수한 방식용 튜브로는, 테프론계의 고분자 튜브를 사용하고, 상기 테프론관은 오링에 의해 엔드 플레이트에 고정되는 것이다.Another feature of the present invention is that the Teflon-based polymer tube is used as the anticorrosion tube having excellent corrosion resistance, and the Teflon tube is fixed to the end plate by an O-ring.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지스택 조립체를 도시한 단면도로서, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 인용된다.Figure 2 is a cross-sectional view of a fuel cell stack assembly according to the present invention, some of which are referred to by reference numerals used in the description of the prior art.
본 발명에 따른 연료전지스택 조립체은, 연료전지의 양극에 직접 수소가스 및 공기를 공급하기 위해 분리판(20)에 관통구멍을 뚫어 형성된, 수소관로(36), 공기관로(32) 및 냉각수관로(34)에 테프론관(42,44,46)을 삽입하여 설치하고, 상기 테프론관(42,44,46)은 오링에 의해 엔드 플레이트(30)에 고정된다.The fuel cell stack assembly according to the present invention includes a
먼저, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)스택의 조립구조를 설명하면, 연료극(11)과 공기극(12)의 사이에는 고분자 전해질막(13)을 끼우고, 이 전해질막을 고정하는 가스켓(gasket)(24)이 배치된다. 이 가스켓(24)은 일반적으로 EPDM 고무, 실리콘 탄성중합체, 불소 탄성중합체 등의 내(耐)약품성이 높은 고무 또는 탄성중합체가 사용된다. First, the assembling structure of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) stack will be described. A
그리고 가스켓(24)은 전극(11,12) 및 고분자 전해질막(13)과 일체화하여 미리 조립되는데, 이것을 전해질막-전극접합체라고 하며, 이 전해질막-전극접합체는 도전성의 분리판(separator plate)(20) 및 가스켓(24)에 의해 기계적으로 고정되고, 상기 분리판(20)의 표면에는 공급되는 수소 및 공기의 운반을 위한 공기유로(14) 및 수소유로(15)가 형성된다.The
상기와 같이 1차로 조립된, 전해질막-전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 가스켓, 그리고 분리판을 기본 단위로 하는 단전지를 번갈아 수백장 이상 적층하고 양면에 집전판(current collector)(26)과 엔드 플레이트(end plate)(30)를 각각 놓은 후, 분리판(20)으로부터 집전판(26)을 거쳐 엔드 플레이트(30)까지의 수소관로(36), 공기관로(32) 및 냉각수관로(34)의 입출구 관내에 내식성이 우수한 방식용 튜브를 삽입하여 이중관로를 형성한다.As described above, hundreds of alternating single cells based on an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly), a gasket, and a separator as a basic unit are alternately stacked, and a
상기 방식용 튜브를 사용하는 구체적 실시예로서는, 테플론계의 고분자 튜브인 테프론관(42,44,46)을 가스관로 및 냉각수관로(34)에 삽입하여 설치할 수 있다. As a specific embodiment using the above-described anticorrosive tube, Teflon
이어서, 상기 방식용 튜브인 테프론관(42,44,46)을 엔드 플레이트(30)에 오링(O-ring)으로 고정한 후, 타이로드(tie rod) 또는 금속 밴드(band) 등을 이용하여 연료전지스택을 조립, 체결한다.Subsequently, the Teflon
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited to the above embodiment.
본 발명에 의한 구조로 된 연료전지스택 조립체는, 운전시 가습된 수소가스 및 공기와 냉각수가 금속제인 집전판 및 엔드 플레이트에 직접 접촉하지 않도록 하면서, 테프론관을 통하여 수소가스 및 공기와 냉각수가 직접 분리판으로 공급되고 분리판에서 외부로 배출되므로, 연료전지스택의 내식성이 매우 향상되고 반영구적으로 사용할 수 있는 효과를 갖는다.The fuel cell stack assembly according to the present invention has a structure in which the hydrogen gas, air, and coolant are directly supplied through a Teflon tube while preventing the humidified hydrogen gas, air, and coolant from directly contacting the metal current collector plate and end plate. Since supplied to the separator plate and discharged to the outside from the separator plate, the corrosion resistance of the fuel cell stack is greatly improved and can be used semi-permanently.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040082681A KR20060033521A (en) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Fuel cell stack assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040082681A KR20060033521A (en) | 2004-10-15 | 2004-10-15 | Fuel cell stack assembly |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20060033521A true KR20060033521A (en) | 2006-04-19 |
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ID=37142637
Family Applications (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20060033521A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101447345B1 (en) * | 2013-01-03 | 2014-10-06 | 현대하이스코 주식회사 | Fuel cell having docking plate |
-
2004
- 2004-10-15 KR KR1020040082681A patent/KR20060033521A/en not_active Abandoned
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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