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KR20080090861A - Modular fuel cell stack and method of modularizing fuel cell stack - Google Patents

Modular fuel cell stack and method of modularizing fuel cell stack Download PDF

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KR20080090861A
KR20080090861A KR1020070034242A KR20070034242A KR20080090861A KR 20080090861 A KR20080090861 A KR 20080090861A KR 1020070034242 A KR1020070034242 A KR 1020070034242A KR 20070034242 A KR20070034242 A KR 20070034242A KR 20080090861 A KR20080090861 A KR 20080090861A
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KR
South Korea
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unit
stack
fuel cell
cell stack
fastening
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Ceased
Application number
KR1020070034242A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정성욱
이상현
박진남
이원호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020070034242A priority Critical patent/KR20080090861A/en
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Abstract

본 발명은 모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 모듈화된 연료전지스택은, 전해질 막의 양측에 연료극인 양극과 공기극인 음극이 접착되어 이루어진 막-전극 접합체와, 막-전극 접합체의 양측에 설치되어 바이폴라 및 내측벽 기능을 수행하는 플레이트를 구비하는 복수의 단위스택; 복수의 단위스택의 최외각 단위스택의 외측면에 배치되어 전기를 집전하는 집전판; 상기 집전판을 사이에 두고 단위스택의 면압이 일정하도록 지지하는 외측벽; 상기 복수의 단위스택 및 집전판과 외측벽에 각각 형성된 체결공; 및 상기 체결공에 삽입되어 각각의 단위스택을 동시에 체결하는 체결부재;를 구비한다.The present invention relates to a modular fuel cell stack and a method of modularizing a fuel cell stack. The modular fuel cell stack of the present invention includes a membrane-electrode assembly formed by bonding an anode of a cathode and an anode of an air electrode to both sides of an electrolyte membrane, and a plate installed on both sides of the membrane-electrode assembly to perform bipolar and inner wall functions. A plurality of unit stacks to be provided; A current collecting plate disposed on an outer surface of the outermost unit stack of the plurality of unit stacks for collecting current; An outer wall supporting the unit stack so that the surface pressure of the unit stack is constant; Fastening holes formed in the plurality of unit stacks and current collector plates and outer walls, respectively; And a fastening member inserted into the fastening hole and simultaneously fastening each unit stack.

Description

모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법{Fuel cell stack for module and module method of fuel cell stack}Fuel cell stack for module and module method of fuel cell stack

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to

도 1은 종래의 연료전지의 스택을 개략적으로 나타내는 측면도.1 is a side view schematically showing a stack of a conventional fuel cell;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈화된 연료전지스택의 단위스택을 나타내는 사시도2 is a perspective view illustrating a unit stack of a modular fuel cell stack according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈화된 연료전지스택을 나타내는 측면도.3 is a side view showing a modular fuel cell stack in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈화된 연료전지스택의 체결부재를 간략하게 나타내는 사시도.4 is a perspective view briefly showing a fastening member of a modular fuel cell stack according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 연료전지스택의 조립방법을 나타내는 플로우 차트.5 is a flowchart illustrating a method of assembling a fuel cell stack according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 연료전지스택의 조립방법을 설명하기 위해 나타내는 조립 단면도.6 is an assembly cross-sectional view illustrating a method of assembling a fuel cell stack according to another exemplary embodiment of the present invention.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 연료전지스택 110 : 단위스택100: fuel cell stack 110: unit stack

111 : 전해질 막 112 : 양극111 electrolyte membrane 112 positive electrode

113 : 음극 114 : 막-전지 접합체113 negative electrode 114 membrane-cell assembly

115 : 플레이트 120 : 집전판115: plate 120: current collector

130 : 외측벽 140 : 체결공130: outer wall 140: fastening hole

150 : 체결부재 156 : 속이 빈 볼트150: fastening member 156: hollow bolt

157 : 막대 볼트157: Rod Bolt

본 발명은 모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지스택의 보수 및 적층방법이 용이하고, 스택내의 면압을 균일하게 할 수 있는 모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a modular fuel cell stack and a method of modularizing a fuel cell stack, and more particularly, a modular fuel cell stack capable of easily repairing and stacking fuel cell stacks and making surface pressure in a stack uniform. A method of modularizing a fuel cell stack.

일반적으로, 연료전지는 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변화하는 장치로서 연료전지에 관한 기술이 공지되어 있다. 여기서, 연료전지는 전해질의 종류에 따라 구분되는데, 연료전지를 전해질의 유형에 따라 분류하면, 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 60 ~ 110℃에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지, 상온 ~ 80℃에서 작동하는 고분자 전해질 연료전지, 약 500 ~ 700℃의 고온에서 작동하는 용융탄 산염 전해질형 연료전지, 그리고 1000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화물 연료전지 등으로 구분할 수 있다.In general, a fuel cell is known as a device for directly changing the energy of a fuel into electrical energy. Here, the fuel cells are classified according to the type of electrolyte. If the fuel cells are classified according to the type of electrolyte, the phosphoric acid fuel cell operates at around 200 ° C., the alkaline electrolyte fuel cell operates at 60 to 110 ° C., and the room temperature. Polymer electrolyte fuel cells operating at 80 ℃, molten carbonate electrolyte fuel cells operating at a high temperature of about 500 ~ 700 ℃, and solid oxide fuel cells operating at a high temperature of 1000 ℃ or more.

이러한 종래의 연료전지를 도 1을 참조하여 간단히 설명한다. 연료전지(10)는 단일셀(16) 또는 단일셀(16)을 적층한 스택 형태로 이루어진다. 적층형 스택연료전지(10)는 전해질 막(11)의 양측에 가스를 확산시키기 위한 양극(12)과 음극(13)이 접합되어 이루어진 막-전극 접합체(14)(MEA : Membrane electrode assembly)와, 그 막-전극 접합체(14)의 양측에 밀착되도록 조립되어 양극(12)과 음극(13)에서 연료가스 및 산소함유가스의 유로를 형성하는 바이폴라 플레이트(15)와, 최외각 바이폴라 플레이트(15)의 양측에 각각 배치되어 양극(12)과 음극(13)의 집전극이 되는 집전판(20)으로 구성되어 있다. 여기서, 양극(12)(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(13)(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되고, 발생되는 전기를 집전판(20)에서 집전하여 에너지원으로 사용하게 된다.Such a conventional fuel cell will be briefly described with reference to FIG. The fuel cell 10 has a single cell 16 or a stacked stack of single cells 16. The stacked stack fuel cell 10 includes a membrane-electrode assembly 14 (MEA: Membrane electrode assembly) formed by bonding the anode 12 and the cathode 13 to diffuse gas on both sides of the electrolyte membrane 11, A bipolar plate 15 and an outermost bipolar plate 15 which are assembled to be in close contact with both sides of the membrane-electrode assembly 14 to form a flow path of fuel gas and oxygen-containing gas at the anode 12 and the cathode 13. And a current collector plate 20 arranged on both sides of the current collector plate 20 to serve as collector electrodes of the anode 12 and the cathode 13. Here, the electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel occurs at the anode 12 (anode or anode), and the electrochemical reduction of oxygen as an oxidant occurs at the cathode 13 (reduction electrode or cathode), and the movement of electrons generated at this time occurs. As a result, electricity is generated, and the generated electricity is collected at the current collector plate 20 to be used as an energy source.

이와 같은 원리를 이용한 연료전지에 있어서, 연료전지의 스택은 많은 단일셀이 적층되어 사용된다. 여기서, 연료전지스택내의 단일셀의 적층시 단일셀의 면압 분포가 균일하도록 적층하는 것이 스택의 성능을 좌우하기 때문에 단일셀의 면압 분포가 균일하도록 적층되어야 한다.In a fuel cell using this principle, a stack of fuel cells is used in which many single cells are stacked. Here, when stacking a single cell in a fuel cell stack so that the surface pressure distribution of a single cell is uniform depends on the performance of the stack, it should be stacked so that the surface pressure distribution of a single cell is uniform.

그러나, 한번 적층된 스택의 경우, 한 개의 단일셀에 불량이 발생할 경우 모든 스택을 풀어 다시 적층해야 한다. 또한, 적층되는 단일셀의 개수가 많아질수록 면압을 일정하게 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.However, in the case of a stack stacked once, if a single cell fails, all the stacks must be released and stacked again. In addition, as the number of single cells stacked is increased, it is difficult to maintain a constant surface pressure.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 단위스택으로 구분하고, 볼트를 이용하여 단위스택들을 체결함으로써 스택의 보수와 수리를 용이하게 할 수 있으며, 단위스택마다 면압을 균일하게 분포시킬 수 있는 모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and can be divided into a plurality of unit stacks, and can be easily repaired and repaired by stacking unit stacks using bolts, and uniform surface pressure for each unit stack. It is an object of the present invention to provide a modular fuel cell stack and a method for modularizing a fuel cell stack that can be distributed in a smooth manner.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 모듈화된 연료전지스택은 전해질 막의 양측에 양극과 음극이 접착되어 이루어진 막-전극 접합체와, 막-전극 접합체의 양측에 설치되어 바이폴라 및 내측벽 기능을 수행하는 플레이트를 구비하는 복수의 단위스택; 복수의 단위스택의 최외각 단위스택의 외측면에 배치되어 전기를 집전하는 집전판; 상기 집전판을 사이에 두고 단위스택의 면압이 일정하도록 지지하는 외측벽; 상기 복수의 단위스택 및 집전판과 외측벽에 각각 형성된 체결공; 및 상기 체결공에 삽입되어 각각의 단위스택을 동시에 체결하는 체결부재;를 포함한다.In order to achieve the above object, the modular fuel cell stack according to the present invention has a membrane-electrode assembly formed by bonding an anode and a cathode to both sides of an electrolyte membrane, and is installed on both sides of the membrane-electrode assembly to provide bipolar and inner wall functions. A plurality of unit stacks having a plate to perform; A current collecting plate disposed on an outer surface of the outermost unit stack of the plurality of unit stacks for collecting current; An outer wall supporting the unit stack so that the surface pressure of the unit stack is constant; Fastening holes formed in the plurality of unit stacks and current collector plates and outer walls, respectively; And a fastening member inserted into the fastening hole to fasten each unit stack simultaneously.

바람직하게, 상기 체결부재는, 내주면에 나사산이 형성된 속이 빈 볼트; 및 상기 속이 빈 볼트와 체결되도록 외주면에 나사산이 형성된 막대 볼트;를 구비한다.Preferably, the fastening member, the hollow bolt formed with a thread on the inner peripheral surface; And a rod bolt having a thread formed on an outer circumferential surface thereof so as to be engaged with the hollow bolt.

여기서, 상기 플레이트는 전도성이 강한 에폭시수지가 도포되어 형성된 것이 바람직하다.Here, the plate is preferably formed by applying a strong conductive epoxy resin.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 양극과 음극 사이에 전해질 막이 접착되어 이루어진 막-전극 접합체의 양측에 바이폴라 및 내부벽 기능을 수행하는 플레이트를 접착하여 복수의 단위스택을 제작하는 단계; (b) 상기 복수의 단위스택에 각각 체결공을 형성하는 단계; (c) 상기 복수의 단위스택의 체결공에 속이 빈 볼트를 삽입하여 체결하는 단계; 및 (d) 상기 속이 빈 볼트에 막대 볼트를 삽입하여 체결하는 단계;를 포함하는 연료전지스택의 모듈화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) a step of manufacturing a plurality of unit stack by adhering a plate for performing the bipolar and inner wall functions on both sides of the membrane-electrode assembly formed by bonding the electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode; (b) forming fastening holes in the plurality of unit stacks, respectively; (c) inserting and fastening hollow bolts into the fastening holes of the plurality of unit stacks; And (d) inserting a rod bolt into the hollow bolt and fastening the rod bolt to provide the modularization method of the fuel cell stack.

상기 복수의 단위스택의 최외각 단위스택의 외측면에 전기를 집전하는 집전판을 배치하고, 상기 집전판을 사이에 두고 각각의 단위스택의 면압이 일정하도록 지지하는 외측벽을 배치하여 상기 볼트들에 의해 단위스택들과 함께 체결되는 것이 바람직하다.A current collector plate for collecting electricity is disposed on an outer surface of the outermost unit stack of the plurality of unit stacks, and an outer wall that supports the unit pressure so that the surface pressure of each unit stack is constant is disposed on the bolts. It is preferable to be fastened together with the unit stacks.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈화된 연료전지스택의 단위스택을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 모듈화된 연료전지스택을 나타내는 측면도이다.2 is a perspective view showing a unit stack of a modular fuel cell stack according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a side view showing a modular fuel cell stack according to the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 모듈화된 연료전지스택(100)은, 막-전극 접합체(114)와, 막-전극 접합체(114)의 양측에 형성된 플레이트(115)를 구비하는 복수의 단위스택(110)과, 단위스택(110)의 최외각 외측면에 순차적으로 배치되는 집전판(120) 및 외부벽(130)과, 이들을 체결하는 체결부재(150)를 구비한다.2 and 3, the modular fuel cell stack 100 includes a plurality of units including a membrane-electrode assembly 114 and a plate 115 formed on both sides of the membrane-electrode assembly 114. The stack 110, a current collector plate 120 and an outer wall 130 sequentially disposed on the outermost outer surface of the unit stack 110, and a fastening member 150 for fastening them.

상기 각각의 단위스택(110)은 막-전극 접합체(114)의 양측에 플레이트(115)가 접착되어 구성된다. Each unit stack 110 is formed by adhering the plates 115 to both sides of the membrane-electrode assembly 114.

상기 막-전극 접합체(114)는 전해질 막(111)의 양측으로 양극(112)과 음극(113)이 접착되어 이루어진 것이다. 여기서, 막-전극 접합체(114)는 단일 또는 복수개로 구성될 수 있다.The membrane-electrode assembly 114 is formed by bonding the anode 112 and the cathode 113 to both sides of the electrolyte membrane 111. Here, the membrane-electrode assembly 114 may be composed of a single or a plurality.

상기 플레이트(115)는 종래의 바이폴라(bipolar) 플레이트의 기능과 동일한 기능을 하며, 각각의 단위스택(110)으로 구분하기 위한 내부벽으로서의 기능을 한다. 즉, 막-전극 접합체(114)의 양측에 플레이트(115)가 접착되어 하나의 단위스택(110)으로 이루어지게 된다. 이와 같은 단위스택(110)이 복수개 적층되어 하나의 연료전지스택(100)이 되는 것이다. 한편, 플레이트(115)는 전도성이 강한 에폭시 수지 등이 도포되어 형성된 것이 바람직하다.The plate 115 has the same function as that of the conventional bipolar plate, and serves as an inner wall for dividing into each unit stack 110. That is, the plate 115 is bonded to both sides of the membrane-electrode assembly 114 to form one unit stack 110. A plurality of such unit stacks 110 are stacked to form one fuel cell stack 100. On the other hand, the plate 115 is preferably formed by applying a strong epoxy resin or the like.

상기 집전판(120)은 상기 복수의 단위스택(110)의 최외각의 외측면에 배치된다. 즉, 집전판(120)은 최상층의 단위스택(110)의 플레이트(115) 상단과, 최하층의 단위스택(110)의 플레이트(115) 하단에 배치된다. 상기 집전판(120)의 역할 및 기능은 전술하였으므로 상세한 설명은 생략한다.The current collector plate 120 is disposed on the outermost surfaces of the outermost units of the plurality of unit stacks 110. That is, the current collector plate 120 is disposed at the upper end of the plate 115 of the unit stack 110 of the uppermost layer and the lower end of the plate 115 of the unit stack 110 of the lowermost layer. Since the role and function of the current collector plate 120 have been described above, a detailed description thereof will be omitted.

상기 외측벽(130)은 집전판(120)의 외측면에 각각 배치된다. 한편, 외측벽(130)은 가벼운 플라스틱 재질로 성형되는 것이 바람직하다.The outer wall 130 is disposed on the outer surface of the current collector plate 120, respectively. On the other hand, the outer wall 130 is preferably molded of a light plastic material.

여기서, 상기 단위스택(110), 집전판(120) 및 외측벽(130) 각각 에는 후술할 체결부재(150)에 의해 체결되는 체결공(140)이 형성된다. 바람직하게, 체결공(140)은 각 모서리에 형성될 수 있으나, 단위스택(110), 집전판(120) 및 외측벽(130)이 움직이지 못하도록 체결될 수 있다면 체결공(140)의 위치 및 그 개수에 관계없이 형성될 수 있다.Here, each of the unit stack 110, the current collector plate 120 and the outer wall 130 is formed with a fastening hole 140 is fastened by a fastening member 150 to be described later. Preferably, the fastening hole 140 may be formed at each corner, but if the unit stack 110, the current collector plate 120 and the outer wall 130 can be fastened so as not to move the position of the fastening hole 140 and its It can be formed regardless of the number.

상기 체결부재(150)는 상기 체결공(140)에 삽입되어 복수의 단위스택(110)과 집전판(120) 및 외측벽(130)을 체결한다. 체결부재(150)는 속이 빈 볼트(156)와 막대 볼트(157)로 이루어진다(도 4참조).The fastening member 150 is inserted into the fastening hole 140 to fasten the plurality of unit stacks 110, the current collector plate 120, and the outer wall 130. The fastening member 150 is composed of a hollow bolt 156 and a rod bolt 157 (see FIG. 4).

상기 속이 빈 볼트(156)의 내주면에는 나사산(156a)이 형성되고, 소정의 길이를 갖도록 형성된다. 상기 막대 볼트(157)는 속이 빈 볼트(156)의 내주면에 삽입되어 체결되도록 그 외주면에 나사산(157a)이 형성된다. 막대 볼트(157)는 속이 빈 볼트(156)의 길이와 대응되거나 짧도록 형성되는 것이 바람직하다.A thread 156a is formed on the inner circumferential surface of the hollow bolt 156 and is formed to have a predetermined length. The rod bolt 157 is formed with a thread 157a on its outer circumferential surface so as to be inserted into and fastened to the inner circumferential surface of the hollow bolt 156. The rod bolt 157 is preferably formed to correspond to or shorten the length of the hollow bolt 156.

이와 같은 볼트(156),(157)들을 이용하여 복수의 단위스택(110)과 집전판(120) 및 외측벽(130)을 체결함으로써 하나의 완성된 연료전지스택(100)이 제조되는 것이다.One complete fuel cell stack 100 is manufactured by coupling the plurality of unit stacks 110, the current collector plate 120, and the outer wall 130 using the bolts 156 and 157 as described above.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 연료전지스택의 조립방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 연료전지스택의 조립방법을 설명하기 위해 나타내는 조립 단면도이다.5 is a flowchart illustrating a method of assembling a fuel cell stack according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an assembly cross-sectional view illustrating a method of assembling a fuel cell stack according to another exemplary embodiment of the present invention. .

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 연료전지스택의 모듈화 방법은, 막-전극 접합체(114)의 양측에 플레이트(115)를 접착하여 복수의 단위스택(110)을 제조하는 단계(S10)와, 단위스택(110)의 최상단 및 최하단에 집전판(120)과 외측벽(130)을 순차적으로 배치하는 단계(S20)와, 복수의 단위스택(110)과 집전판(120) 및 외측벽(130)에 체결공(140)을 형성하는 단계(S30)와, 체결공(140)에 속이 빈 볼트(156)를 삽입하여 체결하는 단계(S40) 및 속이 빈 볼트(156)에 막대 볼트(157)를 삽입하여 체결하는 단계(S50)를 포함한다.5 and 6, the method of modularizing the fuel cell stack may include attaching the plates 115 to both sides of the membrane-electrode assembly 114 to manufacture a plurality of unit stacks 110 (S10); In step S20, the current collector plate 120 and the outer wall 130 are sequentially disposed at the top and the bottom of the unit stack 110, and the plurality of unit stacks 110, the current collector plate 120, and the outer wall 130 are disposed. Forming a fastening hole 140 in the step S30, and inserting the hollow bolt 156 into the fastening hole 140 and fastening the bar bolt 157 to the fastening bolt 140 and the hollow bolt 156. Inserting and fastening (S50).

먼저, 복수의 단위스택(110)을 제조하는 단계(S10)는 전해질 막(111)의 양측에 양극(112)과 음극(113)을 접착하여 이루어진 막-전극 접합체(114)에 플레이트(115)를 접착하여 제조한다. 상기 막-전극 접합체(114)는 복수개로 이루어질 수 있으며, 플레이트(115)는 막-전극 접합체(114)의 양측에 접착된다. 여기서, 플레이트(115)는 통상적으로 사용되는 바이폴라 플레이트의 기능과 내측벽의 기능을 갖도록 형성된다. 즉, 막-전극 접합체(114)의 양측에 플레이트(115)가 형성된 하나의 단위스택(110)으로 구성된다. 이와 같은 단위스택(110)을 복수개 제조한다.First, in operation S10 of manufacturing the plurality of unit stacks 110, the plate 115 is attached to the membrane-electrode assembly 114 formed by adhering the anode 112 and the cathode 113 to both sides of the electrolyte membrane 111. It is prepared by adhering. The membrane-electrode assembly 114 may be formed in plural, and the plate 115 is adhered to both sides of the membrane-electrode assembly 114. Here, the plate 115 is formed to have the function of the bipolar plate and the inner wall of the commonly used. That is, the unit stack 110 includes a plate 115 formed on both sides of the membrane-electrode assembly 114. A plurality of such unit stack 110 is manufactured.

다음으로, 단위스택(110)의 최상층과 최하층에 집전판(120)과 외측벽(130)을 순차적으로 배치(S20)한다. 보다 구체적으로, 집전판(120)은 복수의 단위스택(110)이 적층된 최상층 및 최하층의 플레이트(115) 외측면에 각각 배치하고, 외측벽(130)은 집전판(120)을 사이로 두고 각각 배치한다. 여기서, 외측벽(130)은 플라 스틱 재질로 성형되는 것이 바람직하다.Next, the current collector plate 120 and the outer wall 130 are sequentially disposed on the uppermost layer and the lowermost layer of the unit stack 110 (S20). More specifically, the collector plate 120 is disposed on the outer surface of the plate 115 of the uppermost layer and the lower layer on which the plurality of unit stacks 110 are stacked, and the outer wall 130 is disposed with the collector plate 120 interposed therebetween. do. Here, the outer wall 130 is preferably molded of a plastic material.

이어서, 복수의 단위스택(110)과 집전판(120) 및 외측벽(130)에 체결공(140)을 형성(S30)한다. 상기 체결공(140)은 단위스택(110), 집전판(120) 및 외측벽(130)에 동일선상에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 체결공(140)은 단위스택(110)의 제조시 미리 형성되어 제조될 수 있으며, 집접판(120) 및 외측벽(130) 또한 각각의 공정으로 미리 형성되어 성형될 수 있다. 즉, 체결공(140)이 형성된 복수의 단위스택(110), 집전판(120) 및 외측벽(130)을 이용하여 상기 단계 (S20)와 같은 구조로 배치시킬 수 있다.Subsequently, a fastening hole 140 is formed in the plurality of unit stacks 110, the current collector plate 120, and the outer wall 130 (S30). The fastening hole 140 may be formed on the unit stack 110, the current collector plate 120, and the outer wall 130 in the same line. The fastening hole 140 may be pre-formed and manufactured at the time of manufacturing the unit stack 110, and the collecting plate 120 and the outer wall 130 may also be pre-formed and molded in each process. That is, the plurality of unit stacks 110, the collector plate 120, and the outer wall 130 having the fastening holes 140 may be disposed in the same structure as in the step S20.

체결공(140)이 형성되면, 상기 체결공(140)에 속이 빈 볼트(156)를 삽입한다(S40). 상기 속이 빈 볼트(156)는 그 내주면에 나사산(156a)이 형성되어 있으며, 체결공(140)에 압착끼움 되도록 체결공(140)의 직경과 대응되는 직경을 갖는 것이 바람직하다.When the fastening hole 140 is formed, the hollow bolt 156 is inserted into the fastening hole 140 (S40). The hollow bolt 156 has a thread 156a formed on an inner circumferential surface thereof, and preferably has a diameter corresponding to the diameter of the fastening hole 140 to be crimped to the fastening hole 140.

마지막으로, 상기 속이 빈 볼트(156)에 막대 볼트(157)를 삽입하여 체결한다(S50). 상기 막대 볼트(157)는 그 외주면에 나사산(157a)이 형성되어 속이 빈 볼트(156)의 나사산(156a)과 나사결합시킴으로써 최종적으로 체결된다.Finally, the bar bolt 157 is inserted into the hollow bolt 156 and fastened (S50). The rod bolt 157 is finally fastened by threaded thread 157a formed on the outer circumferential surface thereof and screwed with the threaded thread 156a of the hollow bolt 156.

상기와 같은 구조로 이루어진 연료전지스택(100)은 단위스택(110) 끝부분의 전압을 측정하여 이상 유무를 판단할 수 있다. 이때, 복수의 단위스택(110) 중 어느 하나의 단위스택(100)에 이상이 발생되면 볼트(157)를 풀어 이상이 발생된 단위스택(110)을 보수, 제거 또는 교체한다. 결과적으로, 이상이 발생된 스택을 제거, 보수 및 교체하기 위해 모든 스택을 풀어 다시 적층해야하는 번거러움이 없으며, 이로 인한 막-전지 접합체(114)의 치밀도를 유지할 수 있게 된다.The fuel cell stack 100 having the structure as described above may determine the abnormality by measuring the voltage at the end of the unit stack 110. In this case, when an abnormality occurs in any one of the unit stacks 110 of the plurality of unit stacks 110, the bolts 157 are released to repair, remove or replace the unit stacks 110 in which the abnormality occurs. As a result, there is no need to unload and re-stack all the stacks in order to remove, repair, and replace the faulty stack, thereby maintaining the density of the membrane-cell assembly 114.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모듈화된 연료전지스택 및 연료전지스택의 모듈화 방법은 종래의 연료전지스택에 비해 보수 및 교체가 용이하다. 즉, 종래의 연료전지스택 내에 이상전압이 측정되면 모든 스택을 풀어 이상이 발생된 단일셀을 제거하거나 보수한 후 다시 적층해야되는 반면, 본 발명의 연료전지스택은 각각의 단위스택으로 이루어져 있으므로 볼트를 풀어 이상이 발생된 단위스택만을 보수하거나 교체하게 된다. 아울러, 종래의 연료전지스택은 막-전지 접합체 및 바이폴라 프레이트의 적층시 균일한 면압을 갖도록 치밀도를 유지해야 하지만, 본 발명의 연료전지스택은 치밀도를 낮추지 않으며 스택내의 막-전지 접합체를 접촉 유지시킬 수 있게 된다.As described above, the modular fuel cell stack and the method of modularizing the fuel cell stack according to the present invention are easier to repair and replace than the conventional fuel cell stack. In other words, when the abnormal voltage is measured in the conventional fuel cell stack, all the stacks must be released to remove or repair the single cell in which the abnormality is generated, and then stacked again, whereas the fuel cell stack of the present invention is composed of unit stacks. Loosen to repair or replace only the faulty unit stack. In addition, while the conventional fuel cell stack must maintain the density to have a uniform surface pressure when the membrane-cell assembly and the bipolar plate are laminated, the fuel cell stack of the present invention does not lower the density and contacts the membrane-cell assembly in the stack. It can be maintained.

Claims (5)

전해질 막의 양측에 양극과 음극이 접착되어 이루어진 막-전극 접합체와, 막-전극 접합체의 양측에 설치되어 바이폴라 및 내측벽 기능을 수행하는 플레이트를 구비하는 복수의 단위스택;A plurality of unit stacks including a membrane-electrode assembly formed by bonding an anode and a cathode to both sides of the electrolyte membrane, and plates provided on both sides of the membrane-electrode assembly to perform bipolar and inner wall functions; 복수의 단위스택의 최외각 단위스택의 외측면에 배치되어 전기를 집전하는 집전판;A current collecting plate disposed on an outer surface of the outermost unit stack of the plurality of unit stacks for collecting current; 상기 집전판을 사이에 두고 단위스택의 면압이 일정하도록 지지하는 외측벽;An outer wall supporting the unit stack so that the surface pressure of the unit stack is constant; 상기 복수의 단위스택 및 집전판과 외측벽에 각각 형성된 체결공; 및Fastening holes formed in the plurality of unit stacks and current collector plates and outer walls, respectively; And 상기 체결공에 삽입되어 각각의 단위스택을 동시에 체결하는 체결부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 연료전지스택.And a fastening member inserted into the fastening hole to fasten the respective unit stacks at the same time. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 체결부재는,The fastening member, 내주면에 나사산이 형성된 속이 빈 볼트; 및A hollow bolt having a thread formed on an inner circumferential surface thereof; And 상기 속이 빈 볼트와 체결되도록 외주면에 나사산이 형성된 막대 볼트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 연료전지스택.And a rod bolt having a screw thread formed on an outer circumferential surface thereof so as to be engaged with the hollow bolt. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 플레이트는 전도성이 강한 에폭시수지가 도포되어 형성된 것을 특징으 로 하는 모듈화된 연료전지스택.The plate is a modular fuel cell stack, characterized in that formed by coating a strong epoxy resin. (a) 양극과 음극 사이에 전해질 막이 접착되어 이루어진 막-전극 접합체의 양측에 바이폴라 및 내부벽 기능을 수행하는 플레이트를 접착하여 복수의 단위스택을 제작하는 단계;(a) bonding a plate performing a bipolar and inner wall function to both sides of a membrane-electrode assembly formed by bonding an electrolyte membrane between an anode and a cathode to produce a plurality of unit stacks; (b) 상기 복수의 단위스택에 각각 체결공을 형성하는 단계;(b) forming fastening holes in the plurality of unit stacks, respectively; (c) 상기 복수의 단위스택의 체결공에 속이 빈 볼트를 삽입하여 체결하는 단계; 및(c) inserting and fastening hollow bolts into the fastening holes of the plurality of unit stacks; And (d) 상기 속이 빈 볼트에 막대 볼트를 삽입하여 체결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 모듈화 방법.and (d) inserting a rod bolt into the hollow bolt and fastening the rod bolt to the hollow bolt. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 복수의 단위스택의 최외각 단위스택의 외측면에 전기를 집전하는 집전판을 배치하고, 상기 집전판을 사이에 두고 각각의 단위스택의 면압이 일정하도록 지지하는 외측벽을 배치하여 상기 볼트들에 의해 단위스택들과 함께 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 모듈화 방법.A current collector plate for collecting electricity is disposed on an outer surface of the outermost unit stack of the plurality of unit stacks, and an outer wall that supports the unit pressure so that the surface pressure of each unit stack is constant is disposed on the bolts. The method of modularizing the fuel cell stack, characterized in that coupled with the unit stack by.
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