阅读说明：本技术 燃料电池堆 (Fuel cell stack ) 是由 朴商贤 崔光郁 任上赫 卢泰敏 朴珖渊 金大焕 于 2018-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种燃料电池堆,更具体地,涉及一种这样的燃料电池堆,其中防护坝形成在定位销的外侧,以便防止在燃料电池的密封温度下具有粘性和流动性的密封材料与定位销接触并粘附至定位销,由此外部压力可以被均匀地施加到燃料电池堆。(The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly, to a fuel cell stack in which a dam is formed outside a positioning pin so as to prevent a sealing material having viscosity and fluidity at a sealing temperature of a fuel cell from contacting and adhering to the positioning pin, whereby external pressure can be uniformly applied to the fuel cell stack.)

燃料电池堆

技术领域

本申请要求于2017年7月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0088978的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种燃料电池堆，更具体地，涉及一种这样的燃料电池堆，其中防护坝形成在定位销的外侧，使得可以防止在燃料电池的密封温度下具有粘性和流动性的密封材料与定位销接触并粘附至定位销，并且可以将从外侧施加的压力均匀地施加到该燃料电池堆。

背景技术

通常，燃料电池是指将由氧或含氧空气与烃基材料中所含的氢之间的化学反应产生的能量直接转换成电能的发电系统。

例如，固体氧化物燃料电池具有这样的结构，其中堆叠多个电力生产单元，所述多个电力生产单元包括单元蓄电池(unit battery)和隔板并通过氢和氧的氧化/还原反应生产电力。单元蓄电池包括电解质膜、位于电解质膜一侧的正电极(空气电极)、以及位于电解质膜另一侧的负电极(燃料电极)。

当将氧供应到正电极并将氢供应到负电极时，由正电极处的氧的还原反应产生的氧离子通过电解质膜移动到负电极，然后与供应到负电极的氢反应，产生水。在这种情况下，在负电极处产生的电子被传递到正电极并被消耗的过程期间，电子流到外部电路，并且单元蓄电池通过使用电子流生产电能。

一个单元蓄电池和位于该单元蓄电池两侧的隔板构成一个单元电池(unitcell)。单元电池的工作电压通常低于1.0V，因此单元电池的工作电压不足以用于工业应用。因此，为了增加燃料电池中的电压，将多个单元电池堆叠，以便多个单元电池彼此串联地电连接，从而形成堆。

这里，堆可以包括一个或多个单元电池、互连件、窗框、以及间隔件，并且各个组成元件可以通过紧固构件耦接。此外，密封材料位于各个组成元件之间(即，单元电池、互连件和窗框之间)，从而将各个组成元件结合。可以在密封温度下向堆施加预定压力，以将各个组成元件结合。

密封材料在密封温度下可以具有粘性和流动性，因此当在密封温度下向现有技术中的堆施加压力时，具有流动性的密封材料通过外部压力被推出堆叠结构并且可能与紧固构件接触并粘附至紧固构件。因此，现有技术中的燃料电池堆具有由于密封材料和紧固构件之间的粘合而不能均匀地施加外部压力的问题，因此存在的问题是，燃料电池堆的体积可能增加，输出可能劣化，并且可能发生损坏。

因此，本发明人开发了一种能够防止定位销和密封材料在密封温度下彼此接触并粘附的燃料电池堆，以解决现有技术中燃料电池堆的上述问题。

发明内容

技术问题

本发明致力于解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种燃料电池堆，其中防护坝形成在定位销的外侧，使得当在密封温度下向燃料电池堆施加压力时，可以防止密封材料和定位销彼此接触并彼此粘附。

本发明的另一个目的是提供一种燃料电池堆，其中密封材料和定位销不会彼此粘附，使得从燃料电池堆外侧施加的压力得以沿着燃料电池堆的表面均匀地施加。

技术方案

根据本发明示例性实施例的燃料电池堆包括：上端板；下端板；堆叠结构，堆叠结构位于上端板和下端板之间，并且包括堆叠的一个或多个端电池(end cell)；定位销，定位销将上端板、下端板和堆叠结构连接；以及防护坝，防护坝围绕定位销的外部，以防止堆叠结构的密封材料和定位销彼此接触。

在示例性实施例中，端电池可以包括：单元电池；窗框，窗框位于单元电池的上侧；互连件，互连件位于窗框的上侧和单元电池的下侧；密封材料，密封材料位于单元电池、窗框和互连件之间，并且将单元电池、窗框和互连件接合；以及间隔件，间隔件位于窗框的上侧并将载荷传递到密封材料，并且，防护坝的高度可以等于间隔件的高度。

在示例性实施例中，在燃料电池堆中，可以在上端板、下端板和堆叠结构的边缘处形成一个或多个孔，并且防护坝的横截面积可以大于孔的横截面积。

在示例性实施例中，防护坝可以由云母或绝缘陶瓷制成。

在示例性实施例中，防护坝可以由金属制成。

在示例性实施例中，防护坝可以具有中空柱形状。

在示例性实施例中，防护坝可以具有横截面和平面，所述横截面和所述平面具有选自由圆形、椭圆形、顶点具有曲率的多边形、三角形、四边形、五边形和六边形组成的组中的任意一种形状。

有益效果

根据本发明，具有中空柱形状的一个或多个防护坝堆叠在定位销的外侧，使得可以防止在密封温度下具有流动性的密封材料和定位销彼此接触并粘附。

另外，根据本发明，由于密封材料和定位销不彼此接触或粘附，因此当在密封温度下将燃料电池堆压缩和结合时，压力被均匀地施加到燃料电池堆上，使得可以提高燃料电池堆的结构的防漏密封性能，并且可以防止燃料电池的输出劣化和对燃料电池的损坏。

附图说明

图1是示出根据本发明示例性实施例的燃料电池堆的透视图。

图2是示出沿图1中所示的线A-A'截取的截面的一部分的横截面图。

图3是示出根据本发明示例性实施例的窗框和防护坝的俯视图，其中，图3(a)是示出在防护坝堆叠在窗框的孔的上部上的状态下的俯视图，图3(b)是示出在防护坝与窗框分离的状态下的俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明。这里，将省略对公知功能和配置的重复描述和详细描述，以避免不必要地模糊本发明的主题。提供本发明的示例性实施例是为了向本领域普通技术人员完整地解释本发明。因此，为了更清楚的描述，可放大附图中所示的元件的形状和尺寸。

除非有明确地相反描述，否则词语“包括”或“包含”和诸如“包括”或“包括”的变型将被理解为暗示包含所述的组成元件但不排除任何其他组成元件。

在下文中，将提出用于帮助理解本发明的优选示例性实施例。然而，提供以下示例性实施例仅是为了更容易地理解本发明，并且本发明的范围不受示例性实施例的限制。

<燃料电池堆>

图1是示出根据本发明示例性实施例的燃料电池堆的透视图，图2是示出沿图1中所示的线A-A'截取的截面的一部分的横截面图，图3是示出根据本发明示例性实施例的窗框和防护坝的俯视图，其中，图3(a)是示出在防护坝堆叠在窗框的孔的上部上的状态下的俯视图，图3(b)是示出在防护坝与窗框分离的状态下的俯视图。

根据本发明的燃料电池堆可以包括上端板10、下端板20、堆叠结构30、定位销40以及防护坝50。

上端板10和下端板20分别位于下面要描述的堆叠结构30的上部和下部上，使得可以向堆叠结构30施加均匀的压力。

下端板20可以具有：燃料入口和空气入口，燃料和空气通过燃料入口和空气入口被供应到堆叠结构30；以及燃料排出口和空气排出口，不与堆叠结构30反应的废燃料和废气通过燃料排出口和空气排出口排出。另外，燃料入口和空气入口可以形成在上端板10中，并且燃料排出口和空气排出口可以形成在下端板20中。

此外，上端板20和下端板30可以具有孔，下面将描述的定位销40置于该孔中，并且在上端板10和下端板20的边缘或拐角处可以形成一个或多个孔。

此外，由于上端板10和下端板20通过使用现有公知技术制造，因此将省略其详细描述。

堆叠结构30可以位于上端板10和下端板20之间，并且可以包括一个或多个端电池(未示出)。

这里，端电池可以包括单元电池31、窗框32、空气电极互连件33、燃料电极互连件34、密封材料35和间隔件36。

首先，单元电池31可以用于在燃料电池堆中发电，并且包括具有氧离子导电性的电解质、以及分别设置在电解质两侧的燃料电极和空气电极。当向燃料电极供应燃料时，燃料被氧化并且电子通过外部电路被排出，并且当向空气电极供应氧时，氧通过接收来自外部电路的电子而被还原成氧离子。还原的氧离子通过电解质移动到燃料电极，与氧化的燃料反应，并产生水。在这种情况下，当电子从燃料电极流到空气电极时产生直流电。

窗框32用于防止通过空气电极互连件33和燃料电极互连件34引入的氧和氢被引入单元电池31中，并且窗框32用于在燃料电池堆的工作期间防止氧和氢彼此混合。另外，可以形成流动路径，使得通过空气电极互连件33和燃料电极互连件34引入的氧和氢可以在燃料电池堆中流动。

互连件33和34可以包括空气电极互连件33(通过其供应空气)和燃料电极互连件34(通过其供应燃料)。此外，在根据本发明的堆叠有两个以上单元电池31的堆叠结构30中，互连件33和34可以用于将堆叠的两个以上单元电池31电连接并且可以具有流动路径，使得向燃料电极和空气电极供应的两种类型的气体可以被均匀地供应到单元电池31而不彼此混合。

形成在空气电极互连件33和燃料电极互连件34中的流动路径可以具有凹凸结构，并且可以形成在空气电极互连件33和燃料电极互连件34的上表面和下表面中的任意一者中。此外，应注意，形成在空气电极互连件33中的流动路径和形成在燃料电极互连件34中的流动路径形成为彼此垂直并且彼此不连通。

例如，在沿垂直方向形成空气流动路径的情况下，通过空气电极互连件33供应的氧可以在空气电极的垂直方向上移动，并且在沿水平方向形成燃料流动路径的情况下，通过燃料电极互连件34供应的氢可以在燃料电极的水平方向上移动。

在通过堆叠一个或多个单元电池31形成的燃料电池堆中，位于单元电池31之间的互连件33和34可以用作隔板。

密封材料35可以位于窗框32的上部和下部中的一者或多者上。更详细地，密封材料35可以位于窗框32的边缘和互连件33和34之间以及窗框32的内下部和电解质之间。因此，密封材料35可以用于将单元电池31连接到窗框32，并且还可以用作减轻施加到单元电池31的冲击的减震构件。密封材料35可以由玻璃和结晶玻璃中的任何一种制成，并且在高温下具有流动性。另外，密封材料35可以像窗框32那样以框架的形式设置，并且可以位于窗框32的边缘处。

间隔件36位于形成在窗框32内部的流动路径上方，并且可以用于将施加到燃料电池堆的外部压力传递到单元电池31和窗框32。此外，间隔件36可以调节位于窗框32与互连件33和34之间的密封材料35的高度。更详细地，间隔件36可以设置在与位于窗框32的外侧与互连件33和34之间的密封材料35相对应的位置处，并且在密封材料35于高温下经受热处理之后，间隔件36的高度可以等于或低于密封材料35的高度。

此外，根据本发明的端电池还可以包括集电器，但是因为间隔件和集电器是通过使用现有公知技术来制造的，所以将省略其详细描述。

定位销40可以用于将上端板10和下端板20以及堆叠结构30对准。更详细地，在上端板10、下端板20以及堆叠结构30的边缘或拐角处设置一个或多个孔，并且定位销40***孔中，使得上端板10、下端板20以及堆叠结构30可以对准并固定，从而使上端板10、下端板20以及堆叠结构30不会垂直移动和水平移动。

定位销40可以具有柱形形状，并且在横截面图和平面图中具有从包括圆形、椭圆形、顶点具有曲率的多边形、三角形、四边形、五边形和六边形的形状的组中选择的任意一种形状。此外，定位销40的高度可以等于或大于通过堆叠上端板10、下端板20以及堆叠结构30而形成的堆叠高度。

另外，还可以分别在定位销40的上部和下部设置螺母41。螺母41可以用于防止定位销40垂直移动。定位销40和螺母41可以通过螺纹接合而耦接或者彼此配合。

防护坝50位于定位销40的外侧，并且可以用于防止密封材料35和定位销40在密封温度下彼此接触并粘附。

防护坝50可以堆叠成在定位销40的高度方向上彼此间隔开。在这种情况下，防护坝50可以在与间隔件36对应的位置处形成在堆叠结构30中。防护坝50的高度可以等于间隔件36的高度。

在防护坝50的高度大于间隔件36的高度的情况下，当在密封温度下压缩燃料电池堆时，防护坝50用作间隔件36。也就是说，可能存在的问题是密封材料35未被压缩成具有等于或小于防护坝50的高度的高度，从而无法实施密封，并且增加了燃料电池堆的高度。

此外，在防护坝50的高度小于间隔件36的高度的情况下，可能存在的问题是，在密封温度下具有流动性的密封材料35可能通过防护坝50的上侧和下侧与定位销40彼此接触并粘附。更详细地，在密封温度下具有流动性和粘性的密封材料35可以通过加载到位于密封材料35上部的互连件33和34的压力在垂直于压力的方向上流动。在垂直于压力的方向上流动的密封材料35可能流到高度小于密封材料35的高度的防护坝50的上部和下部，使得密封材料35可能与未设置防护坝50处的定位销40接触并粘附。

此外，防护坝50的横截面积大于形成在上端板10、下端板20以及堆叠结构30中的一个或多个孔的横截面积，使得防护坝50可以位于窗框32与互连件33和34之间。

另外，防护坝50可以具有中空柱形状，并且在横截面图和平面图中具有从包括圆形、椭圆形、顶点具有曲率的多边形、三角形、四边形、五边形和六边形的形状的组中选择的任意一种形状。此外，防护坝50的横截面形状和平面形状可以与定位销40的横截面形状和平面形状相同或不同。例如，如果定位销40具有圆柱形状，则防护坝50可以具有中空圆柱形状。另外，如果定位销40具有四边形柱形状，则防护坝50可以具有中空圆柱形状。也就是说，防护坝50的形状不受限制，只要防护坝50可以容纳定位销40即可。

在根据本发明的燃料电池堆中，单元电池31和窗框32彼此不接触，并且互连件33和34之间的部分通过单元电池31的电解质绝缘，结果是，窗框32、间隔件36和空气电极互连件33可以电连接。也就是说，如果互连件33和34之间的部分是绝缘的，则在燃料电池堆中不会发生导电。因此，根据本发明的防护坝50可以由绝缘或非绝缘材料制成。

在示例性实施例中，防护坝50可以由绝缘材料制成，因为防护坝50位于由金属制成的互连件33和34与窗框32之间。因此，应注意的是，防护坝50可以由云母和绝缘陶瓷中的任意一种制成，或者在防护坝50由金属制成的情况下，防护坝50的上部和下部涂覆有绝缘材料。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。