연료 전지 분리기 판 document_id A220623068462

스택은 각 연료 전지를 밀봉된 방식으로 분리하는 평면형 금속 요소(planar metal elements)를 통하여 서로 직렬로 전기적으로 연결된 각각의 연료 전지의 세트(set)로 구성된다. 이러한 구성 부품은 대개 분리기 판 또는 쌍극 판(bipolar plate)이라 불리며 그 모서리 부분에서 적절한 형상을 갖는 사각형 평면 금속 시트(sheet)로 구성되고, 전극 및 매트릭스(matrix)와 결합하여, 몇 가지 기능을 갖는다: ● 분리기 판은 상기 음극(anode) 영역을 상기 양극(cathode) 영역과 분리하여 반응 기체가 서로 혼합되는 것을 방지하고; ● 분리기 판은 상기 모서리의 형상과 상기 전해질 매트릭스와 결합에 의하여 상기 반응 기체를 외부에 대하여 기밀시키며; ● 분리기 판은 그 내부에 활성 구성요소와 상기 전지 코어(cell core)를 구성하는 반복적인 금속 구성요소를 포함하고; ● 집전기(current collector)와 결합하여, 분리기 판은 상기 반응 기체가 상기 전지 평면 위에 적절하게 분포되게 하며; ● 분리기 판은 상기 전지 내부에서 일어나는 반응으로 생산된 전자를 잘 전도시킨다. 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)의 스택은 연료 기체에 대한 처리 유형과 전지 공급물(cell feed)의 유형(typology)에 따라 분류될 수 있다. 첫 번째 경우, 상기 스택은 "내부 개질(internal reforming)" 또는 "외부 개질(external reforming)"에 의해 특징 지워 질 수 있다. 상기 "개질"은 유기 기체(CH4과 같은)가 수소로 거의 완전히 바뀌는 과정이고; "내부 개질"의 경우, 이 과정이 상기 스택 내에서, 그리고 보다 정확하게는 상기 분리기 판 내에서 일어나지만, 이에 반해 "외부 개질"의 경우에는 상기 전지로 들어가는 유기 기체가 이미 변환되어 있는 상태이다. "내부 기질"이 일어나는 스택의 예는 미 합중국 특허 제5,084,364호에서 찾아 볼 수 있다. 상기 MCFC스택 중, 또 다른 특유한 구성요소는 상기 전지에 상기 연료 기체(일반적으로 H2 또는 CH4) 및 산화제(일반적으로 공기 또는 O2)를 공급하는 유형으로서, "내부 또는 외부 다기관부"에 의하여 수행될 수 있다. “외부 다기관부(external manifolding)"를 갖춘 MCFC 스택용 분리기 판은 일반적으로 상기 전지 활성 영역만큼 큰 평면형 금속 시트로부터, 그리고 반대 방향으로 접힌, 상기 시트의 네 면의 모서리를 제공함으로써 현재 제조된다. 이러한 모서리는 상기 시트의 반대 면으로 접힌 방향이 동일하지만, 인접한 면을 따라서 반대 방향을 향하는, 상기 시트의 안쪽 면을 향하는, 개방된 플랜지(open flanges) 형태를 취한다. 일반적으로, 이러한 플랜지는 상기 분리기 판을 구성하는 동일한 시트로부터 얻어진다. 이러한 분리기 판의 예는 미합중국 특허 제4,514,475호에서 찾아 볼 수 있다. 선택적으로, 상기 플랜지는, 이를테면 상기 판에 부착시키기 위해 필요한 평면형 영역을 확보하기 위해 접힌 더 작은 금속 시트를 단순히 사용함으로써 상기 분리기 판과 독립적으로 만들어진다. 이러한 형태의 플랜지의 예는 미합중국 특허 제4,609,595호에서 찾아 볼 수 있다. 두 경우 모두에서, 상기 플랜지는, 그 전체 길이에 대하여 받는 축하중(axial load)을 견디기 위해 플랜지 내부가 적당하게 보강되어야 한다. 이러한 보강은 대개 부하저항(load resistance)을 견디기 위해 고안된, 적절한 금속 요소를 상기 플랜지 내부로 삽입함으로써 수행된다. 이러한 종류의 구성 요소는 스프링과 같은 역할을 하는, 어느 정도의 강도를 제공하는 스트립(strips) 형태의 물질과 유사할 수 있다. 상기 플랜지는, 상기 집전기(current collectors)가 위치해 있는 상기 분리기 판의 내부 영역을 한정함으로써 반응 기체가 그 내부 영역을 통해 정확히 통과하게 할 뿐만 아니라, 플랜지 위에 위치한 매트릭스의 밀봉 작용을 이용하여 외부로 유출되는 기체를 기밀(tight seal)하는 이중 역할을 한다. 결국, 상기 외부 영역을 따라서 상기 매트릭스와 접촉하기 때문에, 이러한 플랜지는, 상기 분리기 시트 또는 분리된 평면 금속 시트로부터 직접 얻어지든지, 상기 전해질(electrolyte)에 의해 야기되는 부식으로부터 그들을 보호하는 코팅을 필요로 한다. 상기 분리기 시트를 구성하는 동일한 시트로부터 얻어진 플랜지를 이용하는데 있어서 불리한 점은 상기 플랜지에 의해 덮힌 영역이 최소일 때에도 상기 보호 코팅을 제공하는 동안 부피가 큰 구성요소가 조작되어야 한다는 점이다. 이것은 상기 제작 과정의 비용을 더 높이고, 가능한 조작 손상의 위험을 더 증가시키며, 취급을 더 어렵게 하는 결과를 낳는다. 또 다른 불리한 점은 상기 분리기 판의 전기적으로 활성이 있고 평면 부분 그리고 상기 플랜지 모두에 대해서 동일한 물질을 사용하는 것에 관한 것이다. 상기 플랜지에 동일한 충분한 부식 저항을 주기 위해서, 전도성 물질을 선택하고 적합한 보호 코팅을 제공하는 것이 필요하고; 이것은 제작 비용의 증가를 의미한다. 상기 분리기 판과 독립적으로 제공된 선행 기술의 플랜지는 단지 양쪽 접촉 표면 사이의 마찰에 의해 상기 분리기 판에 고정되는 단점이 있고; 이것은 모든 조작과 조립 단계 동안 상기 요소들 사이에서 상대적인 이동이 일어나게 한다. 그로 인해, 상기 전지를 쌓는데 요구되는 정밀함이 보장되지 못하고, 그러므로 상기 스택에 다른 형상(profile) 및 결과적으로 상기 스택 면의 평면성(planarity)에 관한 문제점을 제공할 수 있다. 더욱이, 요구되는 기계적인 강도 및 강성(mechanical strength and rigidity)을 제공하기 위해 스트립 형태의 물질이 종래 기술의 플랜지의 길이 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 이러한 작동은 조립 단계 도중, 주로 밀폐된 형상 및 매우 긴 길이(003e#600mm)를 갖는 플랜지에서 문제가 된다.