습식 밀봉 영역에 배플을 갖는 연료전지 판 구조물 document_id A220623108839

연료전지는 전기화학적 반응에 의해 탄화수소 연료에 저장된 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 변환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전해질에 의해 분리되는 아노드 및 캐소드를 포함한다. 용융 탄산염 연료전지는 산화 가스가 캐소드를 통과할 동안, 반응물 연료 가스를 아노드를 통과시키므로써 작동된다. 유용한 전력 레벨을 생산하기 위해, 다수의 연료전지가 직렬로 적층되어 연료전지 스택을 형성한다. 용융 탄산염 연료전지 스택에서의 연료전지는 전지를 통과하는 가스 흐름 채널을 설정하는 판 구조물을 사용한다. 판 구조물은 인접한 전지들 사이에 전형적으로 쌍극 분리기 판이라 불리워지는 도전성 분리기 판을 포함한다. 특히, 쌍극 분리기 판은 이러한 전지들 사이에서 전류 콜렉터와의 전기접촉을 제공하기 위해, 제1전지의 아노드 소자와 제2전지의 캐소드 소자를 분리시키는데 사용된다. 종래의 쌍극 분리기 판은 인접한 전지와 대면하는 캐소드 표면과 또 다른 인접한 전지와 대면하는 아노드 표면이 구비된, 장방형의 평탄한 불침투성 판 부재를 포함한다. 쌍극 판은 전형적으로 각각의 표면상에 두개의 포켓 영역을 포함한다. 이러한 포켓 영역은 캐소드 표면 위에 판의 두개의 대향 엣지를 절첩하고 또한 아노드 표면 위에 또 다른 두개의 엣지를 절첩하므로써 형성된다. 상기 쌍극 판 배치를 갖는 판 구조물의 실시예는 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제6.372.374호에 개시되어 있다. 아노드 및 캐소드 전류 콜렉터는 판 구조물의 일부이며, 아노드 및 캐소드 표면과 접촉하여 쌍극 분리기의 포켓 영역내로 연장된다. 이어서, 아노드 및 캐소드는 연료 및 옥시던트 가스를 각각의 전극에 분배하기 위해 쌍극 분리기를 따라 아노드 및 캐소드 가스 흐름 채널을 형성하는 아노드 및 캐소드 전류 콜렉터와 접촉한다. 전해질 매트릭스는 아노드 전극에 인접하게 배치되어 쌍극 분리기 판의 아노드 표면에서 두개의 포켓 영역의 외측면 위로 연장되며, 또한 상기 전해질 매트릭스는 캐소드 전극에 인접하게 배치되어 분리기 판의 캐소드 표면에서 또 다른 두개의 포켓 영역의 외측면 위로 연장된다. 매트릭스가 구비된 전류 콜렉터와 쌍극 분리기 판을 갖는 판 구조물은 제1전지의 절반과 제2전지의 절반을 형성한다. 이러한 절반의 전지 유니트들의 스택킹은 스택에 배열된 완전한 연료전지로 나타난다. 이러한 연료전지 스택에 의해, 쌍극 분리기 판의 포켓 영역의 외측면은 전해질 매트릭스로 습식 밀봉영역을 형성하기 위한 레일로 작용한다. 상기 포켓 영역은 전지의 불활성 영역이다. 포켓 영역 사이에서 캐소드 및 아노드 표면에 의해 형성된 쌍극 분리기 판의 중앙 영역은 전지의 활성 영역이다. 전지의 주변 영역에 가스 기밀을 달성하기 위해, 쌍극 판 포켓 영역을 사용하여 습식 밀봉부를 형성하는 것은 실제적이며 비용면에서 효과적인 방법이다. 그러나, 이러한 배치에 관한 공통적인 문제점은 판 구조물에 의해 설정된 가스 흐름 채널에서 활성의 전지 영역으로부터 습식 밀봉영역내로 연료 및 옥시던트 가스의 누설이다. 특히, 연료의 일부와 옥시던트 가스의 일부는 필요로 하는 전기화학적 반응을 실행하지 않고 습식 밀봉영역을 통해 흐르므로써 전형적으로 활성의 전지 영역을 우회한다. 또한, 내부 연료 리포밍을 통해 아노드 활성 영역에 부가의 냉각이 제공되는 내부 리포밍 연료전지에 있어서, 아노드 활성 영역을 우회하는 연료는 리포밍되지 않으며, 따라서 전지의 활성 영역에는 냉각이 적게 제공된다. 그 결과, 연료전지는 과열되고, 연료전지 스택의 효율 및 파워가 감소된다. 따라서, 연료전지 스택 성능 및 효율을 개선하기 위해서는 가스가 습식 밀봉영역으로 흐르는 것을 억제하거나 지연시키는 수단이 필요하다. 또한, 습식 밀봉영역은 전기화학적 분식 및 산화에 특히 취약하다. 따라서, 습식 밀봉영역에 사용되는 물질은 전기화학적 부식 및 산화 조건하에서 안정될 필요가 있다.