JP5596734B2 - 固体酸化物燃料電池及びその集電方法 - Google Patents

固体酸化物燃料電池及びその集電方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5596734B2
JP5596734B2 JP2012068909A JP2012068909A JP5596734B2 JP 5596734 B2 JP5596734 B2 JP 5596734B2 JP 2012068909 A JP2012068909 A JP 2012068909A JP 2012068909 A JP2012068909 A JP 2012068909A JP 5596734 B2 JP5596734 B2 JP 5596734B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
cylindrical
mesh structure
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012068909A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013134984A (ja
Inventor
ホ ジョン,ジョン
ヒュン ギル,ゼ
ボック ミン,キョン
シック ヨン,ジョン
ス リ,ウン
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.)
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electro Mechanics Co 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 Samsung Electro Mechanics Co Ltd filed Critical Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Publication of JP2013134984A publication Critical patent/JP2013134984A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5596734B2 publication Critical patent/JP5596734B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 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
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0252Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form tubular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/004Cylindrical, tubular or wound
    • 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
    • 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
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/025Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form semicylindrical
    • 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

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

Description

本発明は、固体酸化物燃料電池及びその集電方法に関する。
再生可能エネルギーが国家的、社会的に大きく注目されており、その一つである燃料電池は、石油、LNG、LPG燃料だけでなく、水素などの代替エネルギー源から電気などのエネルギーを発生させることができるため、関心が高まっている。
燃料の化学エネルギを電気化学反応によって直接電気エネルギーに変換させる燃料電池のうち理論上効率が高く、様々な燃料を改質機なしに使用できる長所を有する固体酸化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)が、ガス会社及び電力会社を中心に家庭用あるいは発電用に商用化するための研究が活発に進められている。
しかし、固体酸化物燃料電池は、約800℃程度の高温で作動するため、耐久性を有する適した材料の開発や安定して高出力を出すことができる構造に対する問題、熱及び水の管理、電力変換、制御、システム運転などの技術的な課題だけでなく、低価の材料や構造などのコストの面においても解決しなければならない問題がある。
固体酸化物燃料電池は、既存の高分子電解質燃料電池が水素イオン導電体を使用するものと異なり、酸素イオンのみを導電する酸素イオン導電体を使用する。固体酸化物燃料電池は、酸素イオン電解質を隔膜とし、一方には炭素や水素を含む燃料を流し、他方には空気を流す。この際に、空気中の酸素が電解質膜を介して燃料極に移動し、燃料と反応して二酸化炭素または水を生成するが、固体酸化物燃料電池は、このような燃料の酸化反応の際に発生する化学反応エネルギーをすぐに電気エネルギーに変換して電気を発生させる。
このような固体酸化物燃料電池の特徴は、既存の高分子電解質燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell;PEMFC)と異なり、炭素またはハイドロカーボン系の何れの燃料でも全て活用することができるため、燃料選択の自由度が高いという長所があり、水素(H)が燃料として使用される場合の化学反応式は下記のように示される。
既存の円筒形の燃料電池のセル間の連結や外部電極による集電方式には、代表的に電極外部を高導電性電線で巻いて集電し、この集電線を延長してセルとセルとを連結するワイヤワインディング(wire winding)方式と、フォーム(foam)構造を用いて集電する方式などがある。
例えば、特許文献1では、集電のために電極外部をワインディング(winding)する方法を開示しており、この方法は、セルの大きさに応じて集電するワイヤ(wire)の長さもともに増加するため、これによる抵抗増加を伴い、最終的には、集電抵抗の増加によってセル性能が減少し、全体システムの性能減少をもたらす。
また、特許文献2では、金属フォーム構造を用いて集電する方法を開示しており、この方法は、フォームの間にセルを挿入すれば良い構造で、巻く方式に比べて集電が簡単であり、スタック集積の際にも構造的に安定している。但し、フォームに銀(Ag)メッキを施さなければならないため、フォーム自体のコストも高く、銀メッキに費用がかかるという問題点がある。
韓国公開特許第2011−0085848号公報 韓国公開特許第2003−0066042号公報
従って、本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、金属板とメッシュ構造体からなる集電体を一つの単位モジュールとし、燃料電池セル間の直列及び並列連結を自由に構築できる固体酸化物燃料電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、材料と構造が簡単であり、材料及び工程コストの面において経済的に燃料電池の集電を行うことができる固体酸化物燃料電池の集電方法を提供することを目的とする。
前記観点を果たすために、本発明の固体酸化物燃料電池は、円筒形燃料極、前記円筒形燃料極の外周面に形成された電解質膜、前記電解質膜の外周面に形成された空気極、及び前記円筒形燃料極の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて前記空気極の外周面の外部に突出され、前記空気極とは離隔した連結材を備えた円筒形の固体酸化物燃料電池セルと、半円筒形のメッシュ(mesh)構造体を備えた集電体と、を含み、ここで、前記集電体は、前記円筒形燃料電池セルが挿入される半円筒形のメッシュ(mesh)構造体及び前記メッシュ構造体の開放部の両端に連結され、内面が前記メッシュ構造体の下部に接触する少なくとも一つの金属板で構成される。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記連結材は、前記電解質膜の一部分が除去された部位に形成された保護層及び前記保護層上に導電性物質を塗布して形成された導電層で構成されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記保護層は、ステンレススチール製であることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記メッシュ構造体は、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属であることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記導電性メッシュは、10−80メッシュを有することを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記導電性メッシュまたは金属は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記メッシュ構造体は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記金属板は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択された物質で製造されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池において、前記金属板は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする。
一方、前記他の観点を果たすための本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法は、円筒形燃料極、前記円筒形燃料極の外周面に形成された電解質膜、前記電解質膜の外周面に形成された空気極、及び前記円筒形燃料極の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて前記空気極の外周面の外部に突出され、前記空気極とは離隔した導電性連結材を備えた円筒形燃料電池セルを提供する段階と、上部が開放された半円筒形のメッシュ構造体及び前記半円筒形のメッシュ構造体の開放部の両端に連結され、内面が前記メッシュ構造体の下部に接触する少なくとも一つの金属板で構成された集電体を提供する段階と、前記円筒形燃料電池セルの空気極の外周面前記メッシュ構造体と接触し、かつ前記導電性連結材が前記メッシュ構造体の開放部を通じて外側方向に突出されるように、前記円筒形燃料電池セルを前記半円筒形のメッシュ構造体に挿入する段階と、前記円筒形燃料電池セルが挿入された集電体を互いが電気的に連通されるように複数配列する段階と、を含む。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記配列は、直列、並列、または直列及び並列であることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記連結材は、前記電解質膜の一部分が除去された部位に形成された保護層及び前記保護層上に導電性物質を塗布して形成された導電層で構成されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記保護層は、ステンレススチール製であることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記メッシュ構造体は、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属であることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記導電性メッシュは、10−80メッシュを有することを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記導電性メッシュまたは金属は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記メッシュ構造体は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記金属板は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択された物質で製造されることを特徴とする。
本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法において、前記金属板は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする。
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
このように、本発明は、金属板とメッシュ構造体からなる集電体を一つの単位モジュールとし、燃料電池セル間の直列及び並列連結を自由に構築することができる。また、本発明は、材料と構造が簡単であり、材料及び工程コストの面において経済的に燃料電池の集電を行うことができる。
本発明の好ましい一実施例による円筒形燃料電池セルの断面図である。 本発明の好ましい一実施例による燃料電池セルが挿入された集電体(単位モジュール)の断面図である。 本発明の好ましい一実施例による集電体の写真である。 本発明の好ましい一実施例による燃料電池の集電のための燃料電池スタックの断面図である。
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい一実施例による円筒形燃料電池セルの断面図である。
図1に図示されたように、本発明の好ましい一実施例による円筒形燃料電池セル100は、円筒形燃料極110、電解質膜120、空気極130、及び連結材140で構成される。より詳細に、前記円筒形燃料電池セル100は、円筒形燃料極110、前記円筒形燃料極110の外周面に形成された電解質膜120、前記電解質膜120の外周面に形成された空気極130、及び前記円筒形燃料極110の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて前記空気極130の外周面の外部に突出され、前記空気極130とは離隔した連結材140を含んで構成される。
前記円筒形燃料極110は、燃料電池セル100を支持する機能を行い、NiO−YSZ(Yttria stabilized Zirconia)を1200℃〜1300℃で加熱して形成することができる。
前記電解質膜120は、前記円筒形燃料極110の外部に、YSZ(Yttria stabilized Zirconia)またはScSZ(Scandium stabilized Zirconia)、GDC、LDCなどをスリップコーティングやプラズマスプレーコーティング法などを利用してコーティングした後、1300℃〜1500℃で焼結して形成することができる。
前記空気極130は、LSM(Strontium doped Lanthanum manganite)、LSCF((La、Sr)(CO、Fe)O)などの組成をスリップコーティングやプラズマスプレーコーティング法などを利用して前記電解質膜120の外周面にコーティングした後、1200℃〜1300℃で焼結して形成することができる。
前記連結材140は、円筒形燃料極110、電解質膜120、及び空気極130の順に積層した後に形成され、後述する集電体20に接触して、円筒形燃料極110から発生した電流を集電体200に伝達する機能を行う。
また、前記連結材140は、円筒形燃料極110の外周面の一側から前記円筒形燃料極110の外部方向に突出されて集電体の金属板220に接触する。具体的に、連結材140は、図1及び図2に示したように、燃料極110の露出した外周面の一側に直接連結されて燃料極で生成された流を燃料電池セル100の外部に配置された集電体200に伝達する。このため、連結材140は、燃料極110の集電のための部材なので、導電性を備えるべきである。また、空気極130との短絡(short)を防止するために、連結材140を空気極130から所定間隔離隔したり、空気極130と連結材140との間に絶縁層(不図示)を形成することができ、後述する集電体の金属板220(図2参照)との接触を考慮して、連結材140は、全て上向きに突出されるように形成することが好ましい。
ここで、前記連結材140は、前記電解質膜120の一部分を除去し、電解質が除去された部分にステンレススチール(SUS;Steel Use Stainless)のような高密度(dense)の膜を取り付けて水素燃料の反応ガスが、電解質が除去された部分に漏れる(leak)ことを防止するための導電性素材で製作された保護層(barrier layer)141を設けることができる。
前記保護層141上に導電層142を形成するが、前記導電層142は、導電性に優れた物質、特に導電性セラミック物質を塗布して集電損失を低下することができる。例えば、前記導電性セラミック物質は、(La、Sr)MnO(LSM)、(La、Ca)CrO(LCC)、(La、Sr)FeO(LSF)、(La、Sr)CoO(LSCo)、(La、Sr)CrO(LSC)、(La、Sr)(Co、Fe)O(LSCF)、(Sm、Sr)CoO(SSC)、(Ba、Sr)(Co、Fe)O(BSCF)から選択された1種以上またはこれらの混合物であることが好ましい。
以下、燃料電池セルが挿入されて一つの単位モジュールを形成する集電体について説明する。
図2及び図3は、本発明の好ましい一実施例による集電体の断面図及び写真である。
図2に図示されたように、集電体200は、上部が開放された半円筒形のメッシュ(mesh)構造体210及び前記メッシュ構造体210の両端に連結され、内面が前記メッシュ構造体210の下部に選択的に接触する少なくとも一つの金属板220で構成される。
本発明は、既存の銀ワイヤ(silver wire)で電極周りを巻いたり、ニッケル(Ni)フェルト(felt)/メッシュ(mesh)などを燃料電池外部に重ねるなどの方法により、空気極または燃料極の電流を集電し、それぞれの燃料電池セルを連結してスタックを形成した既存の方式に代えて、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属を用いて製作したメッシュ構造体及び金属板で構成された集電体を単位モジュールとし、これを自由に並列及び直列連結することで、集電及びセル間の連結を容易にする。
この際に使用される導電性メッシュは、空気の供給と集電効率を考慮して、10〜80メッシュを有することが好ましく、メッシュ自体に存在する気孔を介して空気を燃料電池セル100の表面まで供給する。また、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属は、燃料電池セル100の形状に丸く巻いて連結材140(図1参照)の部分が露出されるように半円筒形に加工されてメッシュ構造体210を形成する。
このように加工されたメッシュ構造体210及びこれに連結された金属板220で構成された集電体200に、燃料電池セル100を挿入して、単位モジュールを形成(図2参照)した後、これを直列及び並列に配列することで、セル外部で電流を集電することができる。
図2及び図3を参照すると、前記金属板220は、前記メッシュ構造体210の両端に連結され、その内面が前記メッシュ構造体210の下部に接触するように配置される。
ここで、前記金属板220は、一つ以上であってもよく、上部が開放された四角形状で、その両端が前記半円筒形のメッシュ構造体210の両端に連結されて、前記メッシュ構造体210を連結及び支持する機能を行う。
また、燃料電池の効率、必要強度などを考慮して、前記金属板0は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、これらの合金及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、高温での耐久性を維持するために、銀(Ag)または導電性セラミック(MnCO、NiCl、LSC、LSCF)などで耐酸化コーティングを施すことが好ましい。
また、電流を生成するためには、空気極130に空気が伝達されなければならず、本発明による集電体200は、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属で形成されたメッシュ構造体210から空気を供給されて空気極130にこれを伝達する。
従って、メッシュ構造体210は、気体透過性を有するとともに、燃料電池セル100との連結が容易な導電性メッシュまたは気孔が形成された金属で構成されることが好ましい。
この際、前記導電性メッシュは、空気の供給と集電効率を考慮して10〜80メッシュを有することが好ましく、前記気孔が形成された金属は、メタルフォーム(metal foam)、プレート(plate)またはメタルファイバー(metal fiber)などを含み、より好ましくは、燃料電池の効率、必要強度などを考慮して、前記導電性メッシュ及び金属は鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、これらの合金及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、高温での耐久性を維持するために、銀(Ag)または導電性セラミック(MnCO、NiCl、LSC、LSCF)などで耐酸化コーティングを施すことが好ましい。
図4を参照すると、このような形態の集電体200は、燃料電池セル100が挿入されて単位モジュール(図2参照)を形成し、これを前記それぞれの金属板220の側面が接触するように並列に配置したり、前記単位モジュール(図2参照)を積層して前記連結材140(図1参照)と金属板220とを接触させ、燃料電池セル100間の直/並列連結を有するスタックを形成すると、単位セルごとに集電のために高価の貴金属を巻き、このように巻いて集電したセルを個々に連結して直列と並列の連結を形成した既存の複雑な形態のスタック内部連結を代替することができる。
一方、本発明の固体酸化物燃料電池の集電方法は、円筒形燃料電池セル100を集電体200のメッシュ構造体210に挿入して単位モジュールを形成(図2参照)した後、このように形成された単位モジュールを電気的に連結する段階からなる。
具体的に、円筒形燃料極110、円筒形燃料極110の外周面に形成された電解質膜120、電解質膜120の外周面に形成された空気極130、及び円筒形燃料極110の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて空気極130の外周面の外部に突出され、空気極130とは離隔した連結材140を備えた円筒形燃料電池セル100を提供(図1参照)し、半円筒形のメッシュ構造体210の両端に連結され、内面が前記メッシュ構造体210の下部と選択的に接触する少なくとも一つの金属板220を提供して集電体200を形成した後、燃料電池セル100を半円筒のメッシュ構造体210内部に挿入して単位モジュールを形成する(図2参照)。
ここで、前記単位モジュール(図2参照)をそれぞれの金属板220の側面が接触するように並列に配列したり、前記単位モジュールを積層して前記連結材140(図1参照)と金属板220とを接触して燃料電池セル100間の直/並列連結を有するスタックを製作する(図4参照)ことができ、これにより、燃料電池セル間の直列及び並列連結を自由に構築して燃料電池の集電をより経済的に行うことができる。
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による固体酸化物燃料電池及びその集電方法は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明は、固体酸化物燃料電池及びその集電方法に適用可能である。
100 円筒形燃料電池セル(燃料電池セル)
110 円筒形燃料極(燃料極)
120 電解質膜
130 空気極
140 連結材
141 保護層
142 導電
200 集電体
210 メッシュ構造体
220 金属板

Claims (19)

  1. 円筒形燃料極、前記円筒形燃料極の外周面に形成された電解質膜、前記電解質膜の外周面に形成された空気極、及び前記円筒形燃料極の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて前記空気極の外周面の外部に突出され、前記空気極とは離隔した導電性連結材を備えた円筒形燃料電池セルと、
    前記円筒形燃料電池セルを収容する上部が開放された半円筒形のメッシュ(mesh)構造体及び、前記メッシュ構造体の開放部の両端と連結されて、内面をメッシュ構造体の下部と接触されるように形成された少なくとも一つの金属板を備えた集電体と、を含み、
    ここで、前記導電性連結材は、前記メッシュ構造体の開放部を通じて外側方向に突出されて、前記円筒形燃料電池セルの空気極の外周面は前記メッシュ構造体と接触される固体酸化物燃料電池。
  2. 前記連結材は、前記電解質膜の一部分が除去された部位に形成された導電性素材で製作された保護層及び前記保護層上に導電性物質を塗布して形成された導電層で構成されることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  3. 前記保護層は、ステンレススチール製であることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物燃料電池。
  4. 前記メッシュ構造体は、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属であることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  5. 前記導電性メッシュは、10−80メッシュを有することを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物燃料電池。
  6. 前記導電性メッシュまたは金属は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物燃料電池。
  7. 前記メッシュ構造体は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  8. 前記金属板は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択された物質で製造されることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  9. 前記金属板は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池。
  10. 円筒形燃料極、前記円筒形燃料極の外周面に形成された電解質膜、前記電解質膜の外周面に形成された空気極、及び前記円筒形燃料極の外周面の一側で長さ方向に帯状に形成されて前記空気極の外周面の外部に突出され、前記空気極とは離隔した導電性連結材を備えた円筒形燃料電池セルを提供する段階と、
    上部が開放された半円筒形のメッシュ構造体及び前記半円筒形のメッシュ構造体の開放部の両端に連結され、内面が前記メッシュ構造体の下部に接触する少なくとも一つの金属板で構成された集電体を提供する段階と、
    前記円筒形燃料電池セルの空気極の外周面前記メッシュ構造体と接触し、かつ前記導電性連結材が前記メッシュ構造体の開放部を通じて外側方向に突出されるように、前記円筒形燃料電池セルを前記半円筒形のメッシュ構造体に挿入する段階と、
    前記円筒形燃料電池セルが挿入された集電体を互いが電気的に連通されるように複数配列する段階と、を含む固体酸化物燃料電池の集電方法。
  11. 前記配列は、直列、並列、または直列及び並列であることを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  12. 前記連結材は、前記電解質膜の一部分が除去された部位に形成された導電性素材で製作された保護層及び前記保護層上に導電性物質を塗布して形成された導電層で構成されることを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  13. 前記保護層は、ステンレススチール製であることを特徴とする請求項12に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  14. 前記メッシュ構造体は、導電性メッシュまたは気孔が形成された金属であることを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  15. 前記導電性メッシュは、10−80メッシュを有することを特徴とする請求項14に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  16. 前記導電性メッシュまたは金属は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項14に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  17. 前記メッシュ構造体は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  18. 前記金属板は、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはこれらの合金からなる群から選択された物質で製造されることを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
  19. 前記金属板は、耐酸化コーティングが施されたことを特徴とする請求項10に記載の固体酸化物燃料電池の集電方法。
JP2012068909A 2011-12-22 2012-03-26 固体酸化物燃料電池及びその集電方法 Expired - Fee Related JP5596734B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2011-0139904 2011-12-22
KR1020110139904A KR101301396B1 (ko) 2011-12-22 2011-12-22 고체산화물 연료전지 및 이의 집전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013134984A JP2013134984A (ja) 2013-07-08
JP5596734B2 true JP5596734B2 (ja) 2014-09-24

Family

ID=48654880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012068909A Expired - Fee Related JP5596734B2 (ja) 2011-12-22 2012-03-26 固体酸化物燃料電池及びその集電方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130164651A1 (ja)
JP (1) JP5596734B2 (ja)
KR (1) KR101301396B1 (ja)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1078409T3 (da) * 1998-05-16 2002-04-08 Qinetiq Ltd Brændselscellesystem med flere elementer
US6379831B1 (en) * 2000-08-02 2002-04-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Expanded nickel screen electrical connection supports for solid oxide fuel cells
JP4683742B2 (ja) * 2001-02-27 2011-05-18 京セラ株式会社 燃料電池
KR100437498B1 (ko) * 2002-02-04 2004-06-25 한국에너지기술연구원 연료극 지지체식 원통형 고체산화물 연료전지 스택과 그제조 방법
US6793544B2 (en) * 2003-02-05 2004-09-21 General Motors Corporation Corrosion resistant fuel cell terminal plates
US7157172B2 (en) * 2003-05-23 2007-01-02 Siemens Power Generation, Inc. Combination nickel foam expanded nickel screen electrical connection supports for solid oxide fuel cells
DE102004013791B4 (de) * 2004-03-20 2009-09-24 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrisch leitfähiger Stahl-Keramik-Verbund sowie dessen Herstellung und Verwendung
JP4897273B2 (ja) * 2005-11-04 2012-03-14 株式会社日立製作所 燃料電池
JP5188069B2 (ja) * 2007-01-29 2013-04-24 京セラ株式会社 燃料電池セルおよびセルスタックならびに燃料電池
KR101109294B1 (ko) * 2009-07-13 2012-01-31 삼성전기주식회사 일체형지지체를 갖는 연료전지
ES2363294B1 (es) * 2009-10-09 2012-06-04 Ikerlan,S. Coop Pila de combustible de oxido solido

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130072472A (ko) 2013-07-02
JP2013134984A (ja) 2013-07-08
KR101301396B1 (ko) 2013-08-28
US20130164651A1 (en) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singhal Solid oxide fuel cells for stationary, mobile, and military applications
US20070259235A1 (en) Compact Fuel Cell
JP2005513721A (ja) 酸化膜で保護された金属集電部
US20110195334A1 (en) Fuel cell stack including interconnected fuel cell tubes
US20080254335A1 (en) Porous bi-tubular solid state electrochemical device
JP5443325B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池用単セル
KR101278419B1 (ko) 고체산화물 연료전지 및 이의 제조 방법
JP2014038823A (ja) 固体酸化物形燃料電池用の集電体及びこれを適用した固体酸化物形燃料電池
US20140120450A1 (en) Solid oxide fuel cell module
KR20140082400A (ko) 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법
KR101222836B1 (ko) 고체산화물 연료전지 모듈
JP5373668B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池用単セルおよび固体酸化物形燃料電池
JP5596734B2 (ja) 固体酸化物燃料電池及びその集電方法
JP2013140766A (ja) 円筒型固体酸化物燃料電池モジュールおよびその製造方法
KR101301354B1 (ko) 고체 산화물 연료 전지 및 고체 산화물 연료 전지 모듈
US20140178799A1 (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
KR101367068B1 (ko) 바이메탈 집전 부재 및 이를 구비한 연료전지장치
JP2014123541A (ja) 固体酸化物燃料電池
US9005845B2 (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
US11417903B2 (en) Electrode-based reformer for solid oxide electrochemical devices
KR20150010156A (ko) 멀티셀 구조를 가지는 평판형 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법
US8841044B2 (en) Solid oxide fuel cell
KR101731964B1 (ko) 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법
KR101300469B1 (ko) 고체산화물 연료 전지
KR20140036372A (ko) 연료 전지용 연결재 및 이를 포함하는 구조체

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130806

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140318

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140616

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140708

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140807

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5596734

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees