JP2021122025A - 固体酸化物燃料電池 - Google Patents

固体酸化物燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2021122025A
JP2021122025A JP2021084198A JP2021084198A JP2021122025A JP 2021122025 A JP2021122025 A JP 2021122025A JP 2021084198 A JP2021084198 A JP 2021084198A JP 2021084198 A JP2021084198 A JP 2021084198A JP 2021122025 A JP2021122025 A JP 2021122025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
separation membrane
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2021084198A
Other languages
English (en)
Inventor
イム、サンヒョク
Sang Hyeok Im
チョイ、クァンウク
Kwang Wook Choi
ミ チョイ、ジョン
Jeong Mi Choi
ミ チョイ、ジョン
ホ、ヨンヒョク
Yeon Hyuk Heo
ミン ノ、タイ
Tai Min Noh
ミン ノ、タイ
パク、クァンギョン
Kwang Yeon Park
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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 LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Publication of JP2021122025A publication Critical patent/JP2021122025A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0236Glass; Ceramics; Cermets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241Composites
    • H01M8/0245Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0269Separators, collectors or interconnectors including a printed circuit board
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池セルと分離板との接触電気抵抗を低減した固体酸化物型燃料電池を提供する。【解決手段】空気極、燃料極、および前記空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セル100と、前記電解質層が備えられた前記空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターン210と突出パターン230とを有する流路パターン250が備えられた第1分離膜200と、前記電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターン310と突出パターン330とを有する流路パターン350が備えられた第2分離膜300と、前記燃料極のうち第2分離膜300と対向する面上に、第2分離膜300の溝部パターン310に沿って備えられた電気伝導性パターン400とを含み、電気伝導性パターン400は、第2分離膜300の溝部パターン310に挿入される。【選択図】図4

Description

本発明は、2016年9月28日付で韓国特許庁に出願された韓国特許出願第10−2016−0124808号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に含まれる。
本明細書は、アノード、カソード、および前記アノードとカソードとの間に備えられた電解質を含む固体酸化物燃料電池に関する。
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予測されるにつれ、これらを代替できるエネルギーに対する関心が高まっている。このような代替エネルギーの一つとして、燃料電池は高効率であり、NOxおよびSOxなどの公害物質を排出せず、使用される燃料が豊富であるなどの利点によって特に注目されている。
燃料電池は、燃料と酸化剤の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させる発電システムであって、燃料としては水素とメタノール、ブタンなどのような炭化水素が、酸化剤としては酸素が代表的に使用される。
燃料電池には、高分子電解質型燃料電池(PEMFC)、直接メタノール型燃料電池(DMFC)、リン酸型燃料電池(PAFC)、アルカリ型燃料電池(AFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体酸化物型燃料電池(SOFC)などがある。
一方、燃料電池の空気極の原理を応用して、金属二次電池のカソードを空気極として製造する金属空気二次電池に対する研究も必要である。
本明細書は、アノード、カソード、および前記アノードとカソードとの間に備えられた電解質を含む固体酸化物燃料電池を提供しようとする。
本明細書は、空気極、燃料極、および前記空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セルと、
前記電解質層が備えられた空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第1分離膜と、
前記電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第2分離膜と、
前記燃料極のうち前記第2分離膜と対向する面上に、前記第2分離膜の溝部パターンに沿って備えられた電気伝導性パターンとを含み、
前記電気伝導性パターンは、前記第2分離膜の溝部パターンに挿入されるものである固体酸化物燃料電池を提供する。
また、本明細書は、前記固体酸化物燃料電池を単位電池として含む電池モジュールを提供する。
本明細書の燃料電池は、電池セルと分離板の電流抵抗が少ないという利点がある。
本明細書の燃料電池は、電池性能が良いという利点がある。
固体酸化物型燃料電池の電気発生原理を示す概略図である。 燃料電池を含む電池モジュールの一実施形態を概略的に示す図である。 比較例の固体酸化物燃料電池の垂直断面図である。 本発明の第1実施態様に係る固体酸化物燃料電池の垂直断面図である。 本発明の第2実施態様に係る固体酸化物燃料電池の垂直断面図である。 比較例の燃料極集電体であるニッケルフォームの表面に対する走査電子顕微鏡イメージである。 実施例の燃料極集電体であるニッケルフォームの表面に対する走査電子顕微鏡イメージである。 本発明の一実施態様により電気伝導性パターンが第2分離膜の溝部パターンに挿入されることを示す結合断面図である。 比較例の面抵抗の測定結果グラフである。 実施例の面抵抗の測定結果グラフである。 実施例および比較例のI−V−Pグラフである。
以下、本明細書について詳細に説明する。
本明細書は、空気極、燃料極、および前記空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セルと、
前記電解質層が備えられた空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第1分離膜と、
前記電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第2分離膜と、
前記燃料極のうち前記第2分離膜と対向する面上に、前記第2分離膜の溝部パターンに沿って備えられた電気伝導性パターンとを含み、
前記電気伝導性パターンは、前記第2分離膜の溝部パターンに挿入されるものである固体酸化物燃料電池を提供する。
図4によれば、本明細書は、空気極、燃料極、および前記空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セル100と、前記電解質層が備えられた空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターン210と突出パターン230とを有する流路パターン250が備えられた第1分離膜200と、前記電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターン310と突出パターン330とを有する流路パターン350が備えられた第2分離膜300と、前記燃料極のうち前記第2分離膜と対向する面上に、前記第2分離膜の溝部パターンに沿って備えられた電気伝導性パターン400とを含み、前記電気伝導性パターンは、前記第2分離膜の溝部パターンに挿入されるものである固体酸化物燃料電池を提供する。
前記燃料極と第2分離膜との間に備えられた燃料極集電体をさらに含み、前記電気伝導性パターンは、前記燃料極集電体のうち前記第2分離膜と対向する面上に形成される。
図4によれば、前記燃料極と第2分離膜300との間に備えられた燃料極集電体500をさらに含み、前記電気伝導性パターン400は、前記燃料極集電体500のうち前記第2分離膜と対向する面上に形成される。
前記第2分離膜の溝部パターンの平均線幅は、前記電気伝導性パターンの平均線幅と同一であるか、狭くてよい。ここで、前記第2分離膜300の溝部パターン310の幅と前記電気伝導性パターン400の幅は、図8に示された通りである。
前記電気伝導性パターンの気孔率は、30%以上であってもよい。前記電気伝導性パターンは、カーボンのような気孔形成剤を含むペーストで製造され、30%以上の気孔率が形成される。
前記電気伝導性パターンの平均高さは、前記第2分離膜の溝部パターンの平均深さの半分以下であってもよい。ここで、前記第2分離膜300の溝部パターン310の深さと前記電気伝導性パターン400の高さは、図8に示された通りである。
前記電気伝導性パターンの電気伝導度は、接触する燃料極より高い電気伝導度を有することが好ましく、具体的には、前記電気伝導性パターンの電気伝導度は、400S/cm以上であってもよい。前記電気伝導性パターンの電気伝導度は高ければ高いほど良いので、電気伝導性パターンの電気伝導度の上限値は限定しない。
前記電気伝導性パターンは、ニッケルまたはニッケル酸化物(NiO)を含むことができる。
前記空気極と第1分離膜との間に備えられた空気極集電体をさらに含んでもよい。図4によれば、前記空気極と第1分離膜200との間に備えられた空気極集電体600をさらに含んでもよい。
前記空気極のうち前記第1分離膜と対向する面上に、前記第1分離膜の突出パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、前記追加の電気伝導性パターンは、前記第1分離膜の突出パターンの端部と接触できる。
図4によれば、前記空気極のうち前記第1分離膜200と対向する面上に、前記第1分離膜200の突出パターン230に沿って形成された追加の電気伝導性パターン700をさらに含み、前記追加の電気伝導性パターン700は、前記第1分離膜200の突出パターン230の端部と接触できる。
前記空気極のうち前記第1分離膜と対向する面上に、前記第1分離膜の溝部パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、前記追加の電気伝導性パターンは、前記第1分離膜の溝部パターンに挿入される。
図5によれば、前記空気極のうち前記第1分離膜200と対向する面上に、前記第1分離膜200の溝部パターン210に沿って形成された追加の電気伝導性パターン700をさらに含み、前記追加の電気伝導性パターン700は、前記第1分離膜200の溝部パターン210に挿入される。
前記追加の電気伝導性パターンは、ランタンストロンチウムコバルト酸化物(LSC)を含むことができる。
前記燃料電池の形態は制限されず、例えば、コイン型、平板型、円筒状、角型、ボタン型、シート型、または積層型であってもよい。
前記燃料電池は、具体的には、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵装置の電源として使用できる。
本明細書は、前記固体酸化物燃料電池を単位電池として含む電池モジュールを提供する。
図2は、燃料電池を含む電池モジュールの一実施形態を概略的に示すもので、燃料電池は、電池モジュール60と、酸化剤供給部70と、燃料供給部80とを含んでなる。
電池モジュール60は、上述した燃料電池を単位電池として1つまたは2つ以上含み、単位電池が2つ以上含まれる場合には、これらの間に介在するセパレータを含む。セパレータは、単位電池が電気的に連結されるのを防止し、外部から供給された燃料および酸化剤を単位電池に伝達する役割を果たす。
酸化剤供給部70は、酸化剤を電池モジュール60に供給する役割を果たす。酸化剤としては酸素が代表的に使用され、酸素または空気を酸化剤供給部70に注入して用いることができる。
燃料供給部80は、燃料を電池モジュール60に供給する役割をし、燃料を貯蔵する燃料タンク81と、燃料タンク81に貯蔵された燃料を電池モジュール60に供給するポンプ82とから構成される。燃料としては、気体または液体状態の水素または炭化水素燃料が使用できる。炭化水素燃料の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、または天然ガスが挙げられる。
以下、実施例を通じて本明細書をより詳細に説明する。しかし、以下の実施例は本明細書を例示するためのものに過ぎず、本明細書を限定するためのものではない。
[実施例]
測定に用いられた固体酸化物燃料電池は、燃料極支持体(ASL、Anode Support Layer)、燃料極機能層(AFL、Anode Functional Layer)、電解質層(EL、Electrolyte Layer)、および空気極(CL、Cathode Layer)で製造した。
ASLスラリー(slurry)は、無機物としてGDC、NiO、およびカーボンブラック(Carbon Black)を用い、この時、GDCとNiOとの比率は50:50vol%であり、スラリーの全重量を基準として、カーボンブラックが10wt%で構成される。
また、前記ASLスラリーは、分散剤、可塑剤、バインダー樹脂を溶媒と共に、スラリーの全重量を基準として、溶媒18.2wt%、分散剤6.2wt%、可塑剤1.2wt%、およびバインダー24.2wt%添加した。前記ASLスラリーをテープキャスティング(Tape Casting)方式で厚さが100μm〜200μmのASLグリーンシート(Green Sheet)を得た。
AFLスラリーは、ASLスラリーと無機物を除いた有機物は同一であるが、GDCとNiOとの構成比が60:40vol%であり、カーボンブラックが含まれないものであり、これを用いてASLより薄い厚さである10μmのAFLグリーンシートをキャスティングした。
ELスラリーは、ASLスラリーと無機物を除いた有機物は同一であるが、NiOおよびカーボンブラックなしにGDCだけで無機物を構成したものであり、これを用いて厚さが20μmのELグリーンシートをキャスティングした。
ASLグリーンシート、AFLグリーンシート、およびELグリーンシートを順次にラミネーション(Lamination)した後、1400℃で焼結してハーフセル(Half Cell)を製造した。この時、焼結後、ASL、AFL、およびELの厚さはそれぞれ800μm、20μm、および20μmであった。
全組成物の総重量を基準として、LSCF6428(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83−δ)を60wt%、バインダー組成物のESL441を40wt%含むLSCF空気極組成物を、3ロールミル(Roll Mill)を用いてペースト(Paste)状にLSCF空気極組成物を製造した。
先に製造されたハーフセルの電解質層上に、LSCF空気極組成物をスクリーンプリンティング(screen printing)法で塗布し、乾燥した後、1000℃で熱処理して空気極を形成した。
製造された燃料電池セルに付着する燃料極集電体のニッケルフォームを、セルに接着剤を用いて固定させた後、製造されたNiOペースト(NiO65%、ESL441バインダー組成物60%)をディスペンシング(Dispensing)により幅1.3mm、高さ0.5mm水準のパターンを塗布し、これは120℃で2時間以上乾燥した。パターンは、分離膜の溝部パターンと対称の形態である。この時、前記燃料極集電体のニッケルフォーム上に形成されたNiOパターンに対する走査電子顕微鏡測定をして、図7に示した。
製造された燃料電池セルの空気極側に空気極集電体の銀メッシュパターンを形成し、分離膜として、図4に示されるように、空気極側に接触する分離膜の突出パターンの端部にLSCペーストで形成された追加の電気伝導性パターンが備えられたものを使用した。
[比較例]
測定に用いられた固体酸化物燃料電池は、燃料極支持体(ASL、Anode Support Layer)、燃料極機能層(AFL、Anode Functional Layer)、電解質層(EL、Electrolyte Layer)、および空気極(CL、Cathode Layer)で製造した。
ASLスラリー(slurry)は、無機物としてGDC、NiO、およびカーボンブラックを用い、この時、GDCとNiOとの比率は50:50vol%であり、スラリーの全重量を基準として、カーボンブラックが10wt%で構成される。
また、前記ASLスラリーは、分散剤、可塑剤、バインダー樹脂を溶媒と共に、スラリーの全重量を基準として、溶媒18.2wt%、分散剤6.2wt%、可塑剤1.2wt%、およびバインダー24.2wt%添加した。前記ASLスラリーをテープキャスティング(Tape Casting)方式で厚さが100μm〜200μmのASLグリーンシート(Green Sheet)を得た。
AFLスラリーは、ASLスラリーと無機物を除いた有機物は同一であるが、GDCとNiOとの構成比が60:40vol%であり、カーボンブラックが含まれないものであり、これを用いてASLより薄い厚さである厚さ10μmのAFLグリーンシートをキャスティングした。
ELスラリーは、ASLスラリーと無機物を除いた有機物は同一であるが、NiOおよびカーボンブラックなしにGDCだけで無機物を構成したものであり、これを用いて厚さが20μmのELグリーンシートをキャスティングした。
ASLグリーンシート、AFLグリーンシート、およびELグリーンシートを順次にラミネーション(Lamination)した後、1400℃で焼結してハーフセルを製造した。この時、焼結後、ASL、AFL、およびELの厚さはそれぞれ800μm、20μm、および20μmであった。
全組成物の総重量を基準として、LSCF6428(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83−δ)を60wt%、バインダー組成物のESL441を40wt%含むLSCF空気極組成物を、3ロールミル(Roll Mill)を用いてペースト(Paste)状にLSCF空気極組成物を製造した。
先に製造されたHalf Cellの電解質層上に、LSCF空気極組成物をスクリーンプリンティング(screen printing)法で塗布し、乾燥した後、1000℃で熱処理して空気極を形成した。
製造された燃料電池セルに付着する燃料極集電体のニッケルフォームを、セルに接着剤を用いて固定させた。
この時、NiOパターンのないニッケルフォームに対する走査電子顕微鏡測定をして、図6に示した。
製造された燃料電池Cellの空気極側に空気極集電体の銀メッシュパターンを形成し、分離膜として、図4に示されるように、空気極側に接触する分離膜の突出パターンの端部にLSCペーストで形成された追加の電気伝導性パターンが備えられたものを使用した。
[実験例1]
面抵抗の測定は、燃料電池セルそれぞれの電極にインコネルワイヤを連結して電気炉装備の外部に位置した面抵抗測定装備に接合させた後、4プローブ2ワイヤ(4probe 2wire)方法を利用して面抵抗を測定した。この時用いられた測定装備はsolartron1287と1260を用いた。その結果を、図9(比較例)と図10(実施例)および下記の表1に示した。
これにより、実施例と比較例は、電気伝導性パターンの有無を除いてすべての変数が同一であるので、コンタクト水準の差によって面抵抗の差が現れたことが分かる。
Figure 2021122025
[実験例2]
実施例および比較例の電池性能を、600℃で、空気極に燃料電池セルあたり2000ccの空気(Air)を流し、燃料極に水素を500ccを流して、ポテンショスタット(Potentiostat)でCurrent Sweepにより性能を測定して、その結果を表2および図11に示した。図11は、一般的に燃料電池の性能を示すI−V−P曲線である。
Figure 2021122025
*OCV(Open−circuit voltage):開放回路電圧
*OPD:Operation Power density(0.5A、600℃)
60:電池モジュール
70:酸化剤供給部
80:燃料供給部
81:燃料タンク
82:ポンプ
100:電池セル
200:第1分離膜
210:第1分離膜の溝部パターン
230:第1分離膜の突出パターン
250:第1分離膜の流路パターン
300:第2分離膜
310:第2分離膜の溝部パターン
330:第2分離膜の突出パターン
350:第2分離膜の流路パターン
400:電気伝導性パターン
500:燃料極集電体
600:空気極集電体
700:追加の電気伝導性パターン
[実験例2]
実施例および比較例の電池性能を、600℃で、空気極に燃料電池セルあたり2000ccの空気(Air)を流し、燃料極に水素を500ccを流して、ポテンショスタット(Potentiostat)でCurrent Sweepにより性能を測定して、その結果を表2および図11に示した。図11は、一般的に燃料電池の性能を示すI−V−P曲線である。
Figure 2021122025
*OCV(Open−circuit voltage):開放回路電圧
*OPD:Operation Power density(0.5A、600℃)
[項目1]
空気極、燃料極、および空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セルと、
電解質層が備えられた空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第1分離膜と、
電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第2分離膜と、
燃料極のうち第2分離膜と対向する面上に、第2分離膜の溝部パターンに沿って備えられた電気伝導性パターンとを含み、
電気伝導性パターンは、第2分離膜の溝部パターンに挿入されるものである固体酸化物燃料電池。
[項目2]
燃料極と第2分離膜との間に備えられた燃料極集電体をさらに含み、
電気伝導性パターンは、燃料極集電体のうち第2分離膜と対向する面上に形成されたものである、項目1に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目3]
第2分離膜の溝部パターンの平均線幅は、電気伝導性パターンの平均線幅と同一であるか、狭いものである、項目1または2に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目4]
電気伝導性パターンの気孔率は、30%以上である、項目1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目5]
電気伝導性パターンの平均高さは、第2分離膜の溝部パターンの平均深さの半分以下である、項目1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目6]
電気伝導性パターンの電気伝導度は、400S/cm以上である、項目1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目7]
電気伝導性パターンは、ニッケルまたはニッケル酸化物を含むものである、項目1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目8]
空気極と第1分離膜との間に備えられた空気極集電体をさらに含む、項目1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目9]
空気極のうち第1分離膜と対向する面上に、第1分離膜の突出パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、
追加の電気伝導性パターンは、第1分離膜の突出パターンの端部と接触するものである、項目1〜8のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目10]
空気極のうち第1分離膜と対向する面上に、第1分離膜の溝部パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、
追加の電気伝導性パターンは、第1分離膜の溝部パターンに挿入されるものである、項目1〜9のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
[項目11]
項目1〜10のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池を単位電池として含む電池モジュール。

Claims (11)

  1. 空気極、燃料極、および前記空気極と燃料極との間に備えられた電解質層を含む電池セルと、
    前記電解質層が備えられた空気極の面の反対面上に位置し、空気が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第1分離膜と、
    前記電解質層が備えられた燃料極の面の反対面上に位置し、燃料が供給され、溝部パターンと突出パターンとを有する流路パターンが備えられた第2分離膜と、
    前記燃料極のうち前記第2分離膜と対向する面上に、前記第2分離膜の溝部パターンに沿って備えられた電気伝導性パターンとを含み、
    前記電気伝導性パターンは、前記第2分離膜の溝部パターンに挿入されるものである固体酸化物燃料電池。
  2. 前記燃料極と第2分離膜との間に備えられた燃料極集電体をさらに含み、
    前記電気伝導性パターンは、前記燃料極集電体のうち前記第2分離膜と対向する面上に形成されたものである、請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  3. 前記第2分離膜の溝部パターンの平均線幅は、前記電気伝導性パターンの平均線幅と同一であるか、狭いものである、請求項1または2に記載の固体酸化物燃料電池。
  4. 前記電気伝導性パターンの気孔率は、30%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  5. 前記電気伝導性パターンの平均高さは、前記第2分離膜の溝部パターンの平均深さの半分以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  6. 前記電気伝導性パターンの電気伝導度は、400S/cm以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  7. 前記電気伝導性パターンは、ニッケルまたはニッケル酸化物を含むものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  8. 前記空気極と第1分離膜との間に備えられた空気極集電体をさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  9. 前記空気極のうち前記第1分離膜と対向する面上に、前記第1分離膜の突出パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、
    前記追加の電気伝導性パターンは、前記第1分離膜の突出パターンの端部と接触するものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  10. 前記空気極のうち前記第1分離膜と対向する面上に、前記第1分離膜の溝部パターンに沿って形成された追加の電気伝導性パターンをさらに含み、
    前記追加の電気伝導性パターンは、前記第1分離膜の溝部パターンに挿入されるものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体酸化物燃料電池を単位電池として含む電池モジュール。
JP2021084198A 2016-09-28 2021-05-18 固体酸化物燃料電池 Pending JP2021122025A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160124808A KR102111830B1 (ko) 2016-09-28 2016-09-28 고체 산화물 연료전지
KR10-2016-0124808 2016-09-28
JP2018558241A JP6927547B2 (ja) 2016-09-28 2017-08-24 固体酸化物燃料電池

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018558241A Division JP6927547B2 (ja) 2016-09-28 2017-08-24 固体酸化物燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021122025A true JP2021122025A (ja) 2021-08-26

Family

ID=61762831

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018558241A Active JP6927547B2 (ja) 2016-09-28 2017-08-24 固体酸化物燃料電池
JP2021084198A Pending JP2021122025A (ja) 2016-09-28 2021-05-18 固体酸化物燃料電池

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018558241A Active JP6927547B2 (ja) 2016-09-28 2017-08-24 固体酸化物燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10811699B2 (ja)
EP (1) EP3451427B1 (ja)
JP (2) JP6927547B2 (ja)
KR (1) KR102111830B1 (ja)
CN (1) CN109314254B (ja)
WO (1) WO2018062692A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102111830B1 (ko) * 2016-09-28 2020-05-15 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
CN113725468A (zh) * 2021-08-13 2021-11-30 南京晓庄学院 锂镧锆钽氧作为固体氧化物燃料电池电解质材料的应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010015977A (ja) * 2008-06-03 2010-01-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池及びその製造方法
JP6927547B2 (ja) * 2016-09-28 2021-09-01 エルジー・ケム・リミテッド 固体酸化物燃料電池

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6653009B2 (en) * 2001-10-19 2003-11-25 Sarnoff Corporation Solid oxide fuel cells and interconnectors
JP3985714B2 (ja) 2003-04-02 2007-10-03 セイコーエプソン株式会社 燃料電池の製造方法
US8021795B2 (en) 2005-04-07 2011-09-20 General Electric Company Method for manufacturing solid oxide electrochemical devices
US20070072046A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 General Electric Company Electrochemcial cell structures and methods of making the same
KR100727684B1 (ko) 2005-12-08 2007-06-13 학교법인 포항공과대학교 고체산화물 연료전지 모듈, 이를 이용한 연료전지 및 그제작방법
JP5234878B2 (ja) * 2006-02-22 2013-07-10 独立行政法人産業技術総合研究所 燃料電池
JP2008123842A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Mitsubishi Electric Corp 固体高分子型燃料電池
JP5117821B2 (ja) 2007-11-07 2013-01-16 日本電信電話株式会社 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法
US20090317705A1 (en) * 2008-06-20 2009-12-24 General Electric Company Fuel cell interconnect structures, and related devices and processes
KR100999092B1 (ko) * 2008-06-24 2010-12-08 삼성전기주식회사 전류 집전체, 그 제조방법과 스택 및 연료전지 시스템
KR101008212B1 (ko) 2008-09-08 2011-01-17 한국과학기술원 고체산화물 연료전지
JP2010192169A (ja) 2009-02-16 2010-09-02 Toyota Motor Corp 燃料電池構成部材およびその製造方法
KR101161991B1 (ko) 2010-12-28 2012-07-04 주식회사 포스코 전기 전도성이 우수한 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 그 제조방법
JP5215443B2 (ja) * 2011-10-07 2013-06-19 大阪瓦斯株式会社 固体酸化物形燃料電池
WO2013151019A1 (ja) * 2012-04-06 2013-10-10 日産自動車株式会社 燃料電池
KR101454081B1 (ko) 2012-12-26 2014-10-22 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지
CN107078328B (zh) 2014-11-18 2021-05-04 株式会社Lg化学 用于制造固体氧化物燃料电池的方法
KR101698829B1 (ko) 2014-12-22 2017-01-24 주식회사 포스코 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010015977A (ja) * 2008-06-03 2010-01-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池及びその製造方法
JP6927547B2 (ja) * 2016-09-28 2021-09-01 エルジー・ケム・リミテッド 固体酸化物燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180034942A (ko) 2018-04-05
JP6927547B2 (ja) 2021-09-01
JP2019519069A (ja) 2019-07-04
EP3451427B1 (en) 2020-12-09
EP3451427A1 (en) 2019-03-06
EP3451427A4 (en) 2019-05-15
US20190221860A1 (en) 2019-07-18
US10811699B2 (en) 2020-10-20
KR102111830B1 (ko) 2020-05-15
CN109314254A (zh) 2019-02-05
CN109314254B (zh) 2021-09-07
WO2018062692A1 (ko) 2018-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2021166192A (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および電気化学素子の製造方法
JP2021122025A (ja) 固体酸化物燃料電池
JP6900623B2 (ja) 固体酸化物燃料電池の電解質、これを含む固体酸化物燃料電池、前記電解質用組成物および前記電解質の製造方法
JP6717531B2 (ja) 固体酸化物燃料電池
US10483561B2 (en) Flat plate-shaped solid oxide fuel cell and cell module comprising same
US20120141906A1 (en) Electrode material for fuel cell, fuel cell comprising the same and method of manufacturing the fuel cell
US10658677B2 (en) Solid oxide fuel cell manufacturing method, solid oxide fuel cell and cell module comprising same
JP6780712B2 (ja) 固体酸化物燃料電池の運転方法
KR20180033826A (ko) 고체 산화물 연료전지 및 이의 제조방법
KR102123721B1 (ko) 애노드, 전극 구조체, 이를 포함하는 연료 전지 및 이의 제조방법
KR102103053B1 (ko) 평판형 고체 산화물 연료전지
KR102110671B1 (ko) 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
KR102110672B1 (ko) 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
CN107534175B (zh) 固体氧化物燃料电池和包含其的电池模块
KR20190089324A (ko) 고체 산화물 연료전지 및 이의 제조방법
KR20170004194A (ko) 고체산화물 연료전지 및 이를 포함하는 연료전지모듈

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210528

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210528

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220425

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220517

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220914

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20220914

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20221011

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20221018

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20221104

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20221108

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20221206

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20230328

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20230411