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전기생성 반응이 일어나는 애노드, 이온전도막 및 캐소드를 포함하는 멤브레인-전극 어셈블리와, 상기 멤브레인-전극 어셈블리의 양측에 구비되는 바이폴라 플레이트를 포함하는 전기발생부;상기 전기발생부에 수소(H2)를 포함하는 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 상기 연료공급부로부터 공급되는 상기 연료를 상기 전기발생부에 선택적으로 공급하기 위한 연료공급제어부; 상기 전기발생부의 외부에서 상기 전기발생부에서 발생된 열을 식히기 위한 냉각팬;상기 전기발생부의 압력이 기준 압력 보다 높아지면 상기 전기발생부 내의 가스를 퍼지하여 압력을 낮추기 위한 압력제어밸브; 및 상기 냉각팬과 상기 연료공급제어부의 구동을 제어하기 위한 연료전지제어부를 포함하며, 상기 바이폴라 플레이트의 제1면에 복수의 리브와 복수의 채널이 구비되고, 제2면은 평평한 플레이트 구조로 이루어지며, 상기 바이폴라 플레이트의 제2면이 상기 애노드에 접촉되게 적층되고, 복수의 리브와 복수의 채널을 구비하는 상기 바이폴라 플레이트의 제1면이 상기 캐소드에 접촉되게 적층되며, 상기 리브와 상기 캐소드가 접촉되고, 외부 공기가 상기 리브 사이의 공간인 채널을 통해 자유롭게 드나들 수 있고 상기 리브 사이의 상기 채널을 통해 유입된 상기 외부 공기가 상기 캐소드와 접촉되는 구조를 이루며,상기 냉각팬에 의해 외부의 찬 공기를 전기발생부에 불어넣어 줌으로써 상기 전기발생부 내의 열을 냉각하는 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 캐소드의 촉매층에서 생성된 물이 외부로 방출되는 것이 억제되어 상기 애노드로 전달되고, 상기 물이 상기 애노드로 전달되는 과정에서 상기 이온전도막의 수화(hydration) 및 수소 가습이 진행됨으로써 자가가습이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 캐소드는 소수성 확산층과 촉매층을 포함하며, 상기 소수성 확산층은 제1 소수성 확산층 및 제2 소수성 확산층을 포함하는 복수의 소수성 확산층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제3항에 있어서, 상기 제1 소수성 확산층은 카본 페이퍼 또는 카본 시트에 소수성을 띠는 폴리테트라플루오로에틸렌이 복합화된 소재로 이루어지고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 카본 페이퍼 또는 카본 시트 100중량부에 대하여 10∼20중량부 함유되며, 제2 소수성 확산층은 카본 페이퍼 또는 카본 시트에 소수성을 띠는 폴리테트라플루오로에틸렌이 복합화된 소재로 이루어지고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 카본 페이터 또는 카본 시트 100중량부에 대하여 30∼40중량부 함유되며, 상기 제1 소수성 확산층이 상기 캐소드의 촉매층과 이웃하게 배치되고, 상기 제2 소수성 확산층은 상기 제1 소수성 확산층과 이웃하면서 상기 바이폴라 플레이트의 채널과 이웃하게 배치되며,상기 캐소드는 전체 기공율이 30∼50% 범위인 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제3항에 있어서, 상기 애노드는 소수성 확산층과 촉매층을 포함하며, 상기 애노드의 소수성 확산층은 카본 페이퍼 또는 카본 시트에 소수성을 띠는 폴리테트라플루오로에틸렌이 복합화된 소재로 이루어지고, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 카본 페이퍼 또는 카본 시트 100중량부에 대하여 2∼5중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 리브는 상기 바이폴라 플레이트의 제1면에 일정한 간격을 두고 직선 상태로 돌출되게 구비되고, 상기 리브는 폭이 1
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제1항에 있어서, 상기 연료공급부는 상기 전기발생부에 수소(H2)를 포함하는 원료를 공급하기 위해 상온에서 수소(H2) 흡방출이 가능한 TiMn2계 수소저장합금 카트리지를 이용하며,상기 TiMn2계 수소저장합금 카트리지는 (Ti1-xZrx)(Mn2-y(V,Ni,Fe,Cr)y)2 (여기서, x는 0 이거나 1보다 작은 실수이고 y는 0 이거나 2보다 작은 실수) 수소저장합금으로 이루어지며,상기 TiMn2계 수소저장합금 카트리지의 평형수소압은 2≤PH2≤10기압 범위인 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 냉각팬을 통해 공급된 공기는 상기 바이폴라 플레이트의 채널을 통해 멤브레인-전극 어셈블리에 도달하게 되고, 상기 멤브레인-전극 어셈블리를 냉각시킨 후 데워진 공기는 상기 바이폴라 플레이트의 채널을 통해 외부로 배출되게 구성되는 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템
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제1항에 기재된 공기호흡형 연료전지 시스템을 구동하기 위한 운영방법에 있어서,연료공급부로부터 공급되는 수소(H2)를 포함하는 연료의 압력이 8∼10기압인 경우에 연료공급제어부의 오프 시간을 5∼7분 간격으로 조절하고,상기 연료공급부로부터 공급되는 수소(H2)를 포함하는 연료의 압력이 4기압 이상이고 8기압 미만인 경우에 상기 연료공급제어부의 오프 시간을 2∼4분 간격으로 조절하며,상기 연료공급부로부터 공급되는 수소(H2)를 포함하는 연료의 압력이 4기압 보다 작은 경우에 상기 연료공급제어부의 오프 시간을 1∼2분 간격으로 조절하고,압력제어밸브의 개방 압력을 3∼4기압으로 조절하며,냉각팬의 제어를 통해 전기발생부의 온도를 30∼50℃로 조절하는 것을 특징으로 하는 공기호흡형 연료전지 시스템의 운영방법
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