JP5686890B2 - 内部改質型管形固体酸化物燃料電池スタック及びその製作方法 - Google Patents
内部改質型管形固体酸化物燃料電池スタック及びその製作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5686890B2 JP5686890B2 JP2013515259A JP2013515259A JP5686890B2 JP 5686890 B2 JP5686890 B2 JP 5686890B2 JP 2013515259 A JP2013515259 A JP 2013515259A JP 2013515259 A JP2013515259 A JP 2013515259A JP 5686890 B2 JP5686890 B2 JP 5686890B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- cell
- stack
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 92
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 54
- 238000002407 reforming Methods 0.000 title claims description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 135
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 81
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 38
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 36
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims description 32
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 22
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 17
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 15
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 15
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 6
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims 62
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229920006244 ethylene-ethyl acrylate Polymers 0.000 description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018279 LaSrMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000004050 Pentaglottis sempervirens Species 0.000 description 1
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0637—Direct internal reforming at the anode of the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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
セルモジュールを繰り返しユニットで密着して配列し、両端に燃料ガスマニホールドを装着し、チューブ端の電気連結材と連結して上位サイズのセルバンドルが製作され、
セルバンドルを複数配列し、中央にホットボックスが装着されホットボックスの外の両端にマニホールド装着用ラックが設置されたスタックモジュールを製作し、
スタックモジュールの空気マニホールド同士かつ燃料ガスマニホールド同士2次元的に繰り返し連結されたスタックバンドルを製作し、スタックバンドルを上下に積層して最終のスタックを完成する方法により、スタックのサイズが3次元的に無制限に拡張することができる内部改質型大型スタック及びその製作方法を提供する。
まず、内部に燃料ガスチャネルが一つまたは複数形成された多孔性のチューブ型支持体の内外面にセラミック材の緻密膜を被覆及び焼結によって形成するかまたは気孔のない支持体を使用し、内部チャネルに炭化水素改質用触媒を装着し、一端の内部チャネルを塞ぎ、その傍に内部チャネルが外部に貫通する垂直通路を穿孔などの方法で形成した改質器用チューブを完成する段階、及び
支持体の中央部に、陰極層、電解質層、陽極層、電気連結材層を被覆及び研削の工程によって製造し、陽極層は研削された溝に装着されて充分に厚く被覆され、電気連結材層は研削された支持体の垂直壁面に被覆されて、左右単位セル上の陰極層と陽極層を被覆面の垂直方向に連結して電気抵抗が非常に低くなるようにして直列連結された単位セルを繰り返し製作し、また末端セルから電気連結材をチューブの両端まで伸ばして被覆した後、最終に内部チャネルの一側または両側を塞ぎ、その傍に内部チャネルと貫通する垂直通路を形成して、最終的な分割型セル集積チューブ(以下「セルチューブ」という)を完成する段階、及び
改質器チューブ一つ当たり偶数個ずつのセルチューブを上下または上下左右に垂直通路が見合うように配列し、配列方法は、複数のチューブ装着用孔を持つ四角形の支持板(supporting plate)または一つのチューブを装着することができる四角リング(ring)にチューブを挿着し、中央の一部単位セル上の電解質層部分にはチューブ間の機械的強度の補強のためのセラミック材の支持板またはリング、末端単位セルの傍には後に中央に装着されるホットボックスの熱を遮断するための断熱材支持板またはリング、ついで垂直通路の左右にはセラミック、密封材、セラミックの材料で組み合せられた3種支持板またはリング、最終にチューブの両端には金属材料でなった電気連結材支持板またはリングが順に装着され、支持板の場合にはそのまま使うか、あるいは複数をさらに配列して最終のセルモジュールを完成する段階、及び
セルモジュールをさらに上下または上下左右に一定個数密着配列し、チューブの両端に燃料ガスマニホールドを装着し、チューブ端の電気連結材に連結されるようにした後、全体を垂直に立てて高温で密封材を溶かす方法によって、下部セラミック支持板またはリングによって密封材が漏れないで溜まり、チューブの間及びセルバンドルとマニホールド内壁の間に均等に拡散するようにして、最終に垂直通路を含んだ左右密封材部分の間に燃料ガス流動用チャンバーが形成されるようにセルバンドルを完成する段階、及び
単位セルバンドル一定個数を、互いに電気的に接触しないように、一定の距離を置いて上下左右に配列してスタックモジュールを製造し、スタックモジュールの中央反応部はホットボックス内に装着され両端の燃料ガスマニホールドはホットボックスの外のラック上に装着されるようにしてスタックモジュールを完成する段階、及び
スタックモジュール複数を、ホットボックス上の空気マニホールド同士連結した後、これをさらに燃料ガスマニホールド同士連結してスタックバンドルを完成する段階、及び
スタックバンドルをさらに上下に積層して3次元的にサイズが無制限に拡張することができるスタックを完成する段階、を
含む固体酸化物燃料電池用スタック及びその製作方法が提供される。
2 チューブ間の空気流動用チャネル
3 チューブの内部チャネルに装着された改質触媒
4 改質器製作用支持体の内外面に被覆されるセラミック緻密膜層
5 平管形改質器チューブまたはセルチューブが挿着されて固定される孔
6 平管形の改質器及び分割型セルを複数装着するための四角形の支持板
7 改質器または分割型セルを一つ装着するための四角形リング
10 炭化水素含有燃料ガス流入口
11 改質ガスの改質器出口用内部チャネルと連結された垂直通路
12 改質ガスのセルチューブ流入用垂直通路
13 1次反応ガスセルチューブ排出用垂直通路
14 2次反応ガスセルチューブ流入用垂直通路
15 廃燃料ガス排出用内部チャネル
21 改質器チューブの内部チャネルを塞ぐためのセラミックプラグ
22 単位セルに被覆された燃料極(陰極)層
23 単位セルに被覆された電解質層
24 単位セルに被覆された電気連結材層
25 単位セルに被覆された空気極(陽極)層
26 セルチューブ内の単位セル集積部
27 セルチューブ左側末端部の陰極層電気連結部
28 セルチューブ右側末端部の陽極層電気連結部
31 支持体内の凹凸部を形成するために1次に研削される部分
32 燃料極層被覆後、一定部分の陰極層を除去するために2次に研削される部分
33 電解質被覆後、電気連結材層被覆部分を形成するために3次に研削される部分
41 電解質層に位置するセラミック材の四角形リングまたは四角形支持板
42 熱遮断用材料の四角形リングまたは四角形支持板
43 密封材材料の四角形リングまたは四角形支持板
44 密封材支持用セラミック材の四角形リングまたは四角形支持板
45 チューブの末端電極から電気を集電するための電気連結用四角形リングまたは四角形支持板
51 燃料ガスマニホールドに連結された集電用穿孔板
52 燃料ガス流入用マニホールド
53 燃料ガス排出用マニホールド
54 燃料ガス流れ連結用チャンバー
55 セルモジュールの断面上でのチューブ間の間密封材がとけて密封された密封材パッキング部
56 燃料ガスマニホールド間の充填用セラミック板
61 燃料ガスマニホールド装着用オープンボックス
62 ホットボックス
63 オープンボックスの上下面にホットボックスを横切って設置される断熱材板
64 オープンボックスの左右面にホットボックスの壁面まで挿入される断熱材プラグ
65 オープンボックスの外側とマニホールドの間を塞ぐ四角セラミックリング
66 マニホールド冷却用空気チャンバー
67 空気チャンバー内に流入する冷却用空気の流入管
68 空気チャンバーから排出される空気の排出管
69 ホットボックス保護用鉄板
71 ホットボックス空気流入及び排出用穿孔壁面
73 空気分散及び熱遮断用穿孔板
74 空気流入用マニホールド
75 空気排出用マニホールド
81 燃料ガス流入用マニホールド同士統合させた燃料ガス流入用連結チャンバー
82 燃料ガス排出用マニホールド同士統合させた燃料ガス排出用連結チャンバー
83 燃料ガス排出用末端マニホールド
84 空気流入用マニホールド同士統合させた空気流入用連結チャンバー
85 空気排出用マニホールド同士統合させた空気排出用連結チャンバー
86 燃料ガス排出用末端マニホールド
91 電気連結のための電気連結用線
101 チューブ型支持体
102 支持体を用いて製作された内部改質器チューブ
103 支持体を用いて製作された分割型セルチューブ
104a 支持体を1次研削及び燃料極層被覆
104b 2次研削による燃料極層分割
104c 電解質層の全部位被覆
104d 3次研削による電解質層分割
104e 3次研削部電気連結材層被覆
104f 陽極層厚膜被覆
105 セルモジュール
106 セルバンドル
107 スタックモジュール
108 スタックバンドル
110 スタック
Claims (21)
- 内部改質型固体酸化物燃料電池用スタックにおいて、
前記スタックは外面に内部チャネルと連通する少なくとも一つの第1開口が形成されたチューブ型改質器と、
外面に前記内部チャネルと連通する少なくとも一つの第2開口が形成され、単位セルが直列で連結された反応部が形成された少なくとも一つのチューブ型反応器とを含み、
前記チューブ型反応器の外面には空気流路が形成され、
前記第1開口と前記第2開口が連結され、
前記チューブ型改質器で改質されたガスが前記反応器の内部に流入するセルモジュールを集積したことを特徴とする、固体酸化物燃料電池用スタック。 - 前記チューブ型改質器と前記チューブ型反応器は離隔部材で離隔されて積層され、
前記第1開口と前記第2開口は前記離隔部材の間に形成された流路を通じて連通す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用スタック。 - 前記セルモジュールは、前記チューブ型改質器と前記チューブ型反応器が平行に積層され、
前記第1開口と前記第2開口が連結された垂直チャネルが形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用スタック。 - 前記チューブ型改質器は、両側入口の一側が塞がっており、前記第1開口は塞がった側に形成され、
前記チューブ型反応器は、両側入口の少なくとも一側が塞がっており、前記第2開口は塞がった側に形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用スタック。 - 前記単位セル構成要素である陰極層、電解質層、陽極層が少なくとも支持体上の切削された溝に被覆されて上端部の陽極層を厚く被覆することができ、
前記単位セルの間の陽極と陰極を互いに連結する電気連結材層は薄膜の垂直方向に電気が流れるように形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用スタック。 - 前記反応部は、単位セルが突出部間の溝に繰り返し形成され、
前記溝と前記突出部の間の一側垂直面は電気連結材層が隣接した左右単位セルの電解質層と重畳するように被覆され、
前記電気連結材層の片面に単位セル内陰極層が突出部まで伸びて直角に連結され、隣接した単位セルの陽極層が反対面に直角に連結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用スタック。 - 前記反応部は前記チューブ型反応器の外面中央部に形成され、前記反応部の左右末端の陰極及び陽極には電気連結材が連結されてチューブの末端まで被覆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用スタック。
- 前記チューブ型反応器の外面両側の末端の電気連結材層にリング状の電気連結材が形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用スタック。
- 前記セルモジュールを複数集積して、前記チューブ型改質器の入口側に燃料ガス流入用マニホールドが、前記チューブ型反応器の出口に反応ガス排出用マニホールドが結合されたセルバンドルを形成す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用スタック。
- 前記セルバンドルが平行に配置され、チューブ間の前記反応部の前記空気流路部分に空気マニホールドが形成されたスタックモジュールを形成することを特徴とする、請求項9に記載の固体酸化物燃料電池用スタック。
- 内部に長手方向に一つ以上の燃料ガスチャネルを持つ多孔性のチューブ型支持体を形成し、前記支持体の内部チャネルの一端を塞ぎ、その傍に前記内部チャネルからチューブの外に貫通する垂直通路を形成し、内外面に緻密膜のセラミック層を形成した後、前記内部チャネル内に改質触媒を装着して改質器チューブを完成する段階、
前記チューブ型支持体の外面中央に長手方向に単位セルを分割して繰り返し形成し、単位セルの反対極同士を電気的に直列連結し、両側末端の単位セルは陽極及び陰極を電気連結材と連結してチューブの末端まで延びて被覆し、前記内部チャネルは少なくとも一側を塞ぎ、その傍に前記内部チャネルからチューブの外に貫通する垂直通路が形成されたセルチューブを製造する段階、及び
前記改質器チューブ一つ当たり上下または上下左右に偶数のセルチューブを集積してセルモジュールを完成する段階であって、末端単位セルの傍には断熱材を挿入し、垂直通路の左右の位置にはセラミック、密封材、セラミックの三つ組合せでなった密封型離隔部材を挿入し、チューブの両端には金属の電気連結材を挿入する段階、
を含むことを特徴とする、固体酸化物燃料電池用スタックの製造方法。 - 前記セルモジュールをさらに上下左右に複数密着配列してセルバンドルを形成し、前記セルバンドルの両端に燃料ガスの流入用及び反応ガス排出用マニホールドを装着し、チューブ端の電気連結材に連結する段階、及び
前記密封材を溶融させ、垂直通路を含んだ左右密封材部分の間に燃料ガス流動用連結チャンバーが形成されるようにして前記セルバンドルを完成する段階、
をさらに含むことを特徴とする、請求項11に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。 - 複数の前記単位セルバンドルを互いに電気的に接触しないように一定の距離を置いて上下左右に配列してスタックモジュールを製造し、前記スタックモジュールの中央反応部はホットボックス内に装着し、両端の燃料ガスマニホールドはホットボックスの外のラック上に装着してスタックモジュールを完成する段階、
前記スタックモジュール複数をホットボックス上の空気マニホールド同士連結し、さらにチューブ端上の燃料ガスマニホールド同士連結して2次元的に大きさが拡張したスタックバンドルを完成する段階、及び
前記スタックバンドルをさらに上下に密着配列して3次元的に大きさが拡張したスタックを完成する段階、
をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。 - 前記多孔性支持体を使って製作される改質器の内外面に被覆されるセラミック材は炭化水素の改質反応に活性があってはいけなく、支持体の焼結温度以下で焼結して緻密膜を形成するか、または支持体が初めから気孔がないように製作されることを特徴とする、請求項11に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 改質器の内部には触媒が被覆装着され、反応器の長手方向に触媒の組成または量が変わることを特徴とする、請求項11または12に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 単位セルが集積された反応部は、反応器チューブの外面中央部に長手方向に多数の溝を離隔して一定の深みと広さに研削して形成した後、外面に陰極層を被覆し、研削して陰極層の一部を除去し、電解質層を被覆しさらに研削して、電解質層の一部を陰極層が露出するように研削し、その上電気連結材層を被覆し、溝に被覆された陽極層と最終に連結されることを特徴とする、請求項11に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 支持体は、成形または被覆の後、仮焼結の際に最終緻密膜焼結温度より200〜500℃低い温度で焼結されることにより、研削が容易になされることを特徴とする、請求項11または16に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 前記単位セル形成部溝の長さは5〜50mm、溝の深みは0.1〜5mm、溝の間隔は10mm以下に形成されることを特徴とする、請求項16に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 1次研削後、中央セル集積部の全部位に陰極層を充分に厚く被覆し、仮焼結過程を実施した後、1次研削されなかった部位の一部を2次に研削して陰極層の一部を除去し、さらに全部位に電解質層を被覆し仮焼結した後、これまで研削されなかった側部の一部をさらに3次に研削して、陰極層及び支持体が長手方向垂直面に露出するようにし、この露出した部位に電気連結材層を被覆し、電解質とともに緻密膜が形成される高温で焼結した後、最後に1次研削部による陷沒部に陽極材料を側方の電気連結材層に連結されるように充分に充填して焼結し、最後に単位セルが直列連結された集積部を完成することを特徴とする、請求項16に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 陰極層は陰極層より伝導性の高い金属または金属含量の高い高電導性の機能性層を先に被覆し、その上に陰極層を被覆して陰極層の電気抵抗を減らすことを特徴とする、請求項11または16に記載の固体酸化物燃料電池用スタック製造方法。
- 内部に長手方向に一つ以上の内部チャネルを持つ多孔性のチューブ型支持体の前記内部チャネルの一端が塞がっており、その傍に前記内部チャネルからチューブの外に貫通する垂直通路が形成され、内外面に緻密膜のセラミック層が形成され、前記内部チャネル内に改質触媒が装着された改質器チューブ、及び
内部に長手方向に一つ以上の前記内部チャネルを持つ多孔性のチューブ型支持体の外面中央にセル集積部が形成され、セル集積部には長手方向に単位セルが分割されて繰り返し形成され、単位セルの反対極同士電気的に直列連結され、両端の陽極末端部及び陰極末端部は左右末端単位セルの陽極及び陰極を電気連結材と連結してチューブの末端まで伸びて被覆され、前記支持体は前記内部チャネルの一端または両端が塞がっており、その傍に前記内部チャネルからチューブの外に貫通する垂直通路が形成された少なくとも一つのセル集積部を含む反応器チューブ、を含んでなり、
前記改質器チューブ一つ当たり上下または上下左右に偶数個ずつの反応器チューブが、複数のチューブ装着用孔を持つ四角形の支持板に挿入されるかまたはそれぞれのチューブにチューブ装着用四角リングが結合されて密着配列されたセルモジュールが形成され、
ここで、セル集積部上の一部電解質層上にはセラミック材でなった支持板またはリングが挿入され、左右末端の単位セルの傍には断熱材が挿入され、垂直通路の左右の位置にはセラミック、密封材、セラミックの三つ組合せが挿入され、チューブの両端に金属の電気連結材が挿入され、前記密封材部分の間に燃料ガス流動用通路が形成されたセルモジュール、が製作され、
前記セルモジュールを上下左右に複数密着して配列し、両端に燃料ガスの流入用及び排出用マニホールドがチューブ端の電気連結材に連結されるように装着されてセルバンドル、が製作され、
前記セルバンドルは、複数個を互いに電気的接触しないように一定の距離を置いて上下左右に配列してスタックモジュールを形成し、スタックモジュールの中央反応部はホットボックスの内部に装着され、両端の燃料ガスマニホールドはホットボックスの外部ラック上に装着されたスタックモジュール、が製作され、
前記スタックモジュールがホットボックス上の空気マニホールド同士連結され、さらにチューブ端上の燃料ガスマニホールド同士連結されたスタックバンドルを形成し、前記スタックバンドルが上下に密着配列されてスタックが製作されることを特徴とする、固体酸化物燃料電池用スタック。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2010-0055965 | 2010-06-14 | ||
KR1020100055965A KR101237735B1 (ko) | 2010-06-14 | 2010-06-14 | 내부개질형 관형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법 |
PCT/KR2011/004224 WO2011159064A2 (ko) | 2010-06-14 | 2011-06-09 | 내부개질형 관형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013533585A JP2013533585A (ja) | 2013-08-22 |
JP5686890B2 true JP5686890B2 (ja) | 2015-03-18 |
Family
ID=45348720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013515259A Expired - Fee Related JP5686890B2 (ja) | 2010-06-14 | 2011-06-09 | 内部改質型管形固体酸化物燃料電池スタック及びその製作方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8962202B2 (ja) |
JP (1) | JP5686890B2 (ja) |
KR (1) | KR101237735B1 (ja) |
CN (1) | CN102939680B (ja) |
WO (1) | WO2011159064A2 (ja) |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101135367B1 (ko) * | 2010-04-09 | 2012-04-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | 평관형 고체산화물 연료전지용 거대 스택 및 그 제작 방법 |
KR101418071B1 (ko) * | 2012-04-06 | 2014-07-10 | 한국에너지기술연구원 | 평관형 고체산화물 셀 스택 |
WO2014119925A1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | 지브이퓨얼셀 주식회사 | 리포머 통합형 박막 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법 |
KR20150066103A (ko) * | 2013-12-06 | 2015-06-16 | 지브이퓨얼셀 주식회사 | 고체 산화물 연료전지의 챔버 구조 |
KR101660365B1 (ko) | 2014-07-30 | 2016-09-28 | 창원대학교 산학협력단 | 스택 효율과 안정성이 개선된 고체산화물 연료전지의 사용방법 |
GB201420378D0 (en) * | 2014-11-17 | 2014-12-31 | Lg Fuel Cell Systems Inc | Method and components for repairing a ceramic fuel cell stack assembly |
CN105810971B (zh) * | 2014-12-29 | 2018-09-04 | 吉世尔(合肥)能源科技有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池单元组 |
JP6072104B2 (ja) | 2015-02-06 | 2017-02-01 | 三菱重工業株式会社 | セルスタックこれを有する燃料電池モジュール及びセルスタック製造方法 |
JP6522393B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2019-05-29 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料電池装置および燃料電池システム |
US10381669B2 (en) | 2016-07-13 | 2019-08-13 | Lg Fuel Cell Systems Inc. | Steam reformer for in-block fuel cell reforming |
KR102123715B1 (ko) | 2016-08-16 | 2020-06-16 | 주식회사 엘지화학 | 고체 산화물 연료전지 |
US10164277B2 (en) | 2016-10-25 | 2018-12-25 | Lg Fuel Cell Systems Inc. | Steam reformer bypass line and flow controller |
US10158135B2 (en) | 2016-10-25 | 2018-12-18 | Lg Fuel Cell Systems Inc. | Steam reformer bypass plenum and flow controller |
WO2018083911A1 (ja) * | 2016-11-04 | 2018-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学反応セルスタック |
JP6909691B2 (ja) * | 2016-12-02 | 2021-07-28 | 森村Sofcテクノロジー株式会社 | 燃料電池モジュール |
CN108155405B (zh) * | 2016-12-02 | 2021-06-08 | 森村索福克科技股份有限公司 | 燃料电池电堆装置以及燃料电池装置 |
JP6954176B2 (ja) * | 2018-02-21 | 2021-10-27 | トヨタ自動車株式会社 | ユニット |
WO2019189844A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池装置及び燃料電池装置の運転方法 |
KR102533381B1 (ko) * | 2018-05-11 | 2023-05-16 | 주식회사 엘지화학 | 연료전지 스택 |
CN109378488B (zh) * | 2018-10-25 | 2021-12-07 | 深圳市致远动力科技有限公司 | 一种管型固体氧化物燃料电池及其制备方法 |
CN109830729B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-07-28 | 北京理工大学 | 一种热管支撑直接内重整固体氧化物燃料电池装置及方法 |
KR102288572B1 (ko) | 2019-03-27 | 2021-08-11 | (주)에프씨아이 | 고체산화물 연료전지의 스택 모듈 |
US11417903B2 (en) | 2019-11-29 | 2022-08-16 | Nissan North America, Inc. | Electrode-based reformer for solid oxide electrochemical devices |
US11506102B2 (en) | 2020-10-26 | 2022-11-22 | Southwest Research Institute | Exhaust gas electrochemical energy recovery system |
CN113097552B (zh) * | 2021-04-06 | 2023-05-05 | 广东省科学院新材料研究所 | 一种连接板及固体氧化物燃料电池/电解池电堆 |
CN113675421B (zh) * | 2021-07-31 | 2022-09-27 | 华南理工大学 | 一种双重强化对流的质子交换膜燃料电池流道 |
CN113948748A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-18 | 广东省科学院新材料研究所 | 一种连接板和固体氧化物燃料电池/电解池电堆 |
KR102656220B1 (ko) * | 2021-11-12 | 2024-04-12 | 주식회사 이엔코아 | 응력 완화 구조물 |
CN114361505B (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-07 | 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 | 三流道固体氧化物燃料电池单元结构及电池堆 |
CN114937798A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-23 | 上海恒劲动力科技有限公司 | 一种多燃料重整制氢的氢燃料电池快速发电系统 |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5082751A (en) | 1990-10-18 | 1992-01-21 | Westinghouse Electric Corp. | Internal natural gas reformer-dividers for a solid oxide fuel cell generator configuration |
US6416897B1 (en) | 2000-09-01 | 2002-07-09 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Tubular screen electrical connection support for solid oxide fuel cells |
US6501166B2 (en) | 2000-12-29 | 2002-12-31 | Intel Corporation | Stitched plane structure and process for package power delivery and dual referenced stripline I/O performance |
JP3894814B2 (ja) | 2002-03-20 | 2007-03-22 | 京セラ株式会社 | 燃料電池 |
CN100382369C (zh) | 2003-03-14 | 2008-04-16 | 凤凰智囊团有限公司 | 蜂窝型固体电解质燃料电池 |
GB0316504D0 (en) | 2003-07-15 | 2003-08-20 | Rolls Royce Plc | A solid oxide fuel cell |
US7364812B2 (en) * | 2004-03-19 | 2008-04-29 | Pittsburgh Electric Engines, Inc. | Multi-function solid oxide fuel cell bundle and method of making the same |
JP4652041B2 (ja) | 2004-12-16 | 2011-03-16 | 東京瓦斯株式会社 | 横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル |
JP2006332027A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-12-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 改質器一体型燃料電池 |
US7947407B2 (en) * | 2005-04-27 | 2011-05-24 | Lilliputian Systems, Inc. | Fuel cell apparatus having a small package size |
US20070015015A1 (en) * | 2005-07-12 | 2007-01-18 | Koji Hoshino | Solid oxide fuel cell |
KR100727684B1 (ko) * | 2005-12-08 | 2007-06-13 | 학교법인 포항공과대학교 | 고체산화물 연료전지 모듈, 이를 이용한 연료전지 및 그제작방법 |
WO2007075366A2 (en) | 2005-12-15 | 2007-07-05 | Acumentrics Corporation | Interconnection of bundled solid oxide fuel cells |
KR100776299B1 (ko) * | 2006-01-24 | 2007-11-13 | 요업기술원 | 고체 산화물형 연료 전지의 단위 셀을 제조하는 방법 |
JP2007200709A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Nippon Oil Corp | 固体酸化物形燃料電池スタックおよびその運転方法 |
KR100992561B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2010-11-08 | 한국에너지기술연구원 | 튜브형 고체 산화물 연료전지 |
KR101006467B1 (ko) * | 2008-01-31 | 2011-01-06 | 포항공과대학교 산학협력단 | 고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및그 제조 방법 |
KR100976506B1 (ko) | 2008-03-31 | 2010-08-17 | 포항공과대학교 산학협력단 | 고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및이를 이용한 스텍 제작 방법 |
KR101061448B1 (ko) * | 2008-11-11 | 2011-09-02 | 한국전력공사 | 고체 산화물 연료전지 발전시스템용 일체형 열교환 장치 |
US20100183929A1 (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-22 | Adaptive Materials, Inc. | Solid oxide fuel cell system including a water based fuel reformer |
US8409760B2 (en) * | 2009-01-20 | 2013-04-02 | Adaptive Materials, Inc. | Method for controlling a water based fuel reformer |
KR101053227B1 (ko) * | 2009-04-20 | 2011-08-01 | 주식회사 포스비 | 평관형 구조체를 이용한 고체산화물 연료전지용 스택 |
JP5327807B2 (ja) * | 2009-11-02 | 2013-10-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 触媒層を付加したチューブ型電気化学セル及びそれらから構成される電気化学反応システム |
KR101135367B1 (ko) * | 2010-04-09 | 2012-04-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | 평관형 고체산화물 연료전지용 거대 스택 및 그 제작 방법 |
-
2010
- 2010-06-14 KR KR1020100055965A patent/KR101237735B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-06-09 US US13/704,079 patent/US8962202B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-09 CN CN201180029600.5A patent/CN102939680B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-09 JP JP2013515259A patent/JP5686890B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-09 WO PCT/KR2011/004224 patent/WO2011159064A2/ko active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011159064A2 (ko) | 2011-12-22 |
CN102939680B (zh) | 2015-11-25 |
JP2013533585A (ja) | 2013-08-22 |
WO2011159064A3 (ko) | 2012-06-14 |
KR101237735B1 (ko) | 2013-02-26 |
KR20110136148A (ko) | 2011-12-21 |
CN102939680A (zh) | 2013-02-20 |
US8962202B2 (en) | 2015-02-24 |
US20130115537A1 (en) | 2013-05-09 |
WO2011159064A9 (ko) | 2012-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5686890B2 (ja) | 内部改質型管形固体酸化物燃料電池スタック及びその製作方法 | |
JP5518252B2 (ja) | 平管型固体酸化物燃料電池用巨大スタック及びその製造方法 | |
CN1979938B (zh) | 固体氧化物燃料电池组件、使用其的燃料电池系统及其制造方法 | |
US9608285B2 (en) | Stack for a solid oxide fuel cell using a flat tubular structure | |
EP1230706A1 (en) | Radial planar fuel cell stack construction for solid electrolytes | |
US6677069B1 (en) | Sealless radial solid oxide fuel cell stack design | |
WO2009123389A1 (en) | Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and manufacturing methods of stacks using the same | |
WO2009096624A1 (en) | Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods | |
AU2001281220A1 (en) | Sealless radial solid electrolyte fuel cell stack design | |
JP3516325B2 (ja) | ハニカム構造固体電解質型燃料電池 | |
KR20130016140A (ko) | 튜브형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법 | |
KR101346727B1 (ko) | 튜브형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법 | |
JP5388818B2 (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP5042842B2 (ja) | 燃料電池モジュール、その製造方法、及び複数のモジュールを含むユニット | |
KR101053224B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 스텍 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130527 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130527 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140212 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140509 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140516 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140611 |
|
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: 20150106 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150120 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5686890 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |