KR0124874Y1

KR0124874Y1 - Molten carbonate fuel cell

Info

Publication number: KR0124874Y1
Application number: KR2019940015212U
Authority: KR
Inventors: 김현종
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-06-25
Filing date: 1994-06-25
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR960003159U

Abstract

본 발명은 전지요소들이 정확하게 적층되도록 하는 수단이 구비된 용융탄산염 연료전지에 관한 것으로서, 전지의 최하단에 아래 마무리판, 최상단에 윗마무리판, 상기 아래 마무리판 및 윗마무리판의 사이에 양전극, 전해질 매트릭스, 전해질 및음전극이 적층된 복수의 단위전지, 및 상기 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어지는 용융탄산염 연료전지에 있어서, 상기 아래 마무리판, 상기 단위전지의 각 전지요소들, 상기 분리판 및 상기 윗마무판에 봉을 수납하기 수단을 부여하고 이들을 봉으로서 연결한 것을 특징으로 하는 본 발명의 용융탄산염 연료전지는, 각 전지 성분이 정확하게 적층될 수 있으므로 전지의 성능 및 신뢰성이 향상된다.The present invention relates to a molten carbonate fuel cell provided with means for precisely stacking cell elements, the bottom end plate of which is the bottom end of the cell, the top finish plate at the top end, the positive electrode, the electrolyte between the bottom finish plate and the top finish plate. A molten carbonate fuel cell comprising a matrix, a plurality of unit cells in which an electrolyte and a negative electrode are stacked, and a separator plate interposed between the unit cells, wherein the bottom finish plate, each battery element of the unit cell, the The molten carbonate fuel cell of the present invention, which is provided with a means for accommodating rods in the separating plate and the upper end plate and connected them as a rod, improves battery performance and reliability because each battery component can be accurately stacked. do.

Description

Molten Carbonate Fuel Cell

제1도는 종래 용융탄산염 연료전지의 분해사시도이고,1 is an exploded perspective view of a conventional molten carbonate fuel cell,

제2도는 본 고안의 일실시예에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서 전지 요소들을 나타내고,2 shows cell elements in a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention,

제3도는 본 고안의 일실시예에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서 각 성분들의 조립방법을 타나내는 도면이다.3 is a view showing a method of assembling each component in a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1:아래 마무리판 2:양전극1: bottom finish plate 2: positive electrode

3:전해질 매트릭스 4:전해질3: electrolyte matrix 4: electrolyte

5:분리판5: Separator

본 고안은 용융탄산염 연료전지에 관한 것으로서, 상세하게는 각 전지요소들이 정확하게 적층되도록 하는 수단이 마련되어, 전지의 성능 및 신뢰성이 향상된 용융탄산염 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly, to a molten carbonate fuel cell provided with means for accurately stacking each cell element, thereby improving performance and reliability of the cell.

연료전지는 연료가스와 산화제가스를 전기화학적으로 반응시켜 생기는 에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 사용하는 새로운 발전시스템으로, 전력용 발전설비, 항공우주기지의 전원, 해상 또는 해안에 있어서의 무인시설의 전원, 고정 또는 이동무선의 전원, 자동차용 전원, 가정용 전기기구의 전원 또는 레저용 전기기구의 전원 등으로 관심있게 검토되고 있다.A fuel cell is a new power generation system that converts the energy generated by the electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas into electric energy directly. It is used for power generation facilities, power for aerospace stations, and unmanned facilities at sea or coast. It is considered to be of interest as a power source, a fixed or mobile radio source, a vehicle source, a household electric source or a leisure source.

연료전지를 구분하면, 고온 (약 500 내지 700℃)에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 200℃ 근방에서 작동하는 인산전해질형 연료전지, 상온 내지 약 100℃ 이하에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지 또는 산성 전해질형 연료전지가 대표적인 것이다.The fuel cell is classified into a molten carbonate electrolyte fuel cell operating at a high temperature (about 500 to 700 ° C.), a phosphate electrolyte fuel cell operating at a temperature near 200 ° C., and an alkaline electrolyte fuel cell operating at a room temperature to about 100 ° C. or lower. Or an acidic electrolyte type fuel cell.

용융탄산염 연료전지(molten carbonate fuel cell)는 다공성 Ni 양전극(anode), Li-도프된 다공성 Ni 산화물 음전극(cathode), 및 전해질로서 탄산리튬염 및 탄산칼륨염으로 채워진 리튬알루미네이트 매트릭스로 구성된다. 이 전해질은 전지의 작동 온도인 500 내지 700℃에서 용융 이온화되고, 여기에서 생성된 탄산염 이온이 전극 사이에서 전하를 운반하게 된다. 수소는 양전극 영역에서 소모되어 물, 이산화탄소 및 전자를 생성하고, 전자가 외부 회로를 통하여 음전극으로 흐르면서 원하는 전류를 생성한다.A molten carbonate fuel cell consists of a porous Ni anode, a Li-doped porous Ni oxide cathode, and a lithium aluminate matrix filled with lithium carbonate salt and potassium carbonate salt as electrolyte. The electrolyte is melt ionized at the operating temperature of the cell at 500 to 700 ° C., whereby the carbonate ions produced carry charge between the electrodes. Hydrogen is consumed in the positive electrode region to produce water, carbon dioxide and electrons, and electrons flow through the external circuit to the negative electrode to produce the desired current.

이와 같은 용융탄산염 연료전지는 양전극, 전해질 매트릭스, 전해질, 전해질 매트릭스 및 음전극이 차례로 적층된 복수의 단위전지와, 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어진다.Such a molten carbonate fuel cell includes a plurality of unit cells in which a positive electrode, an electrolyte matrix, an electrolyte, an electrolyte matrix, and a negative electrode are sequentially stacked, and a separator plate interposed between the unit cells.

제1도에 종래 용융탄산염 연료전지의 분해사시도를 나타내었는데, 이를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.1 illustrates an exploded perspective view of a conventional molten carbonate fuel cell, which is briefly described as follows.

상기한 바와 같이 용융탄산염 연료전지는 양전극(2)의 상부에 전해질 매트릭스(3), 전해질(4), 전해질 매트릭스(3) 및 음전극을 순차적으로 적층하여 구비하는 복수의 단위전지와, 이 단위전지들 사이에 개재되어 있는 분리판(5)을 포함하여 된 것으로, 양전극(2)과 음전극간의 화학반응에 의하여 전기를 발생시키는 일종의 고효율 발전장치이다.As described above, the molten carbonate fuel cell includes a plurality of unit cells including an electrolyte matrix 3, an electrolyte 4, an electrolyte matrix 3, and a negative electrode sequentially stacked on the positive electrode 2, and the unit cell. It includes a separator 5 interposed between the two, and is a kind of high efficiency power generation device that generates electricity by chemical reaction between the positive electrode 2 and the negative electrode.

이러한 구조를 갖는 연료전지는 양전극(2)의 상부에 전해질 매트릭스(3), 전해질(4), 다시 전해질 매트릭스(3), 음전극 및 분리판(5)을 적층하여 조립한다. 상기 분리판(5)의 상부에는 다시 양전극, 전해질 매트릭스, 전해질, 전해질 매트릭스, 음전극, 분리판의 순서로 계속 반복하여 적층된다. 그리고 상기 연료전지의 최하단에는 아래 마무리판(1)이 구비되고, 최상단에는 윗마무리판이 구비된다.A fuel cell having such a structure is assembled by stacking an electrolyte matrix 3, an electrolyte 4, again an electrolyte matrix 3, a negative electrode and a separator 5 on the positive electrode 2. The separator 5 is repeatedly stacked in the order of the positive electrode, the electrolyte matrix, the electrolyte, the electrolyte matrix, the negative electrode, and the separator. A lower finishing plate 1 is provided at the lower end of the fuel cell, and an upper finishing plate is provided at the upper end.

제1도에는 아래 마무리판(1)과 아래로부터 첫번째 분리판(5)까지 도시되어 있는데, 아래 마무리판(1)의 상부에 배치되는 양전극(2)의 경우는 아래 마무리판(1)에 삽입, 고정되어 있으며, 음전극은 분리판의 하단에 분리판과 접합되어 구비된 관계로 도면에는 도시되지 않았다.FIG. 1 shows the bottom finishing plate 1 and from below to the first separator plate 5. In the case of the positive electrode 2 disposed on the top of the bottom finishing plate 1, the bottom finishing plate 1 is inserted into the bottom finishing plate 1. It is fixed, and the negative electrode is not shown in the drawing because it is bonded to the separator at the bottom of the separator.

그런데 상기한 전지요소들을 적층하여 스택을 조립할 때에는 통상적으로, 전지요소의 테두리 면을 기준으로 하여 적층, 조립하게 된다. 따라서 분리판, 전해질 매트릭스, 전해질 등의 요소들이 정확한 위치에 놓이기가 어렵고, 또한 계속 전지요소를 적층함에 따라 작업이 복잡해지고 밑부분에 놓여있던 전지요소들은 약간의 충격에도 쉽게 제위치에서 벗어나게 되는 문제가 있다. 이 때문에 반응면적이 줄어들게 되고 정확한 가스 흐름이 이루어지지 않으며, 가스의 실링도 완벽하게 이루어지지 않고 전해질 매트릭스에 균일한 압력이 가해지지 않아서 결국은 전지의 성능 및 신뢰성이 저하되는 것이다.However, when assembling the stack by laminating the above battery elements, it is usually laminated and assembled based on the edge surface of the battery element. Therefore, it is difficult for elements such as a separator, an electrolyte matrix, and an electrolyte to be placed in an accurate position, and as the battery elements are continuously stacked, the work becomes complicated and the battery elements that are placed at the bottom easily move out of position even with a slight impact. There is. As a result, the reaction area is reduced, accurate gas flow is not achieved, gas is not completely sealed, and uniform pressure is not applied to the electrolyte matrix, thereby degrading battery performance and reliability.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안자는 1993년 11월 25일 대한민국 특허 출원 제25093호에서, 분리판과 전극을 용이하게 정확히 고정하는 수단을 구비하는 전지를 개시한 바 있다.In order to solve the above problems, the present inventors disclosed a battery having a means for easily and accurately fixing a separator and an electrode in Korean Patent Application No. 25093 on November 25, 1993.

그러나 상기한 기술은 전극과 분리판에만 한정된 것으로서, 다른 전지 성분들과의 또는 다른 성분들간의 정확하고 견고한 적층은 여전히 요구되고 있는 실정이다.However, the above technique is limited to electrodes and separators, and accurate and robust lamination with or between other battery components is still required.

본 고안의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 전지 요소들을 적층할 때 발생되는 각 전지요소들의 유동 문제를 용이하게 방지할 수 있는 수단이 마련된 용융탄산염 연료전지를 제공하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a molten carbonate fuel cell provided with means capable of easily preventing the flow problem of each battery element generated when the battery elements are stacked in view of the above problems.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 전지의 최하단에 아래 마무리판, 최상단에 윗마무리판, 상기 아래 마무리판 및 윗마무리판의 사이에 양전극, 전해질 매트릭스, 전해질 및 음전극이 적층된 보수의 단위전지, 및 상기 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어지는 용융탄산염 연료전지에 있어서, 상기 아래 마무리판, 상기 단위전지의 각 전지요소들, 상기 분리판 및 윗마무리판에 봉을 수납하기 수단을 부여하고 이들을 봉으로서 연결한 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a repair unit cell in which a positive electrode, an electrolyte matrix, an electrolyte, and a negative electrode are stacked between a lower finishing plate, an upper finishing plate, an upper finishing plate, and an upper finishing plate at a lower end of the battery, And a separator plate interposed between the unit cells, the molten carbonate fuel cell comprising: means for accommodating rods in the lower finishing plate, each battery element of the unit cell, the separator plate and the upper finishing plate; Provided is a molten carbonate fuel cell characterized by connecting them as a rod.

특히 상기 봉을 수납하기 위한 수단이 아래 마무리판 및 윗마무리판에서는 홈 및/또는 접착제이고, 상기 각 전지요소들에서는 구멍인 것이 바람직하다.In particular, it is preferred that the means for receiving the rods are grooves and / or adhesives in the lower and upper finishing plates, and holes in the respective battery elements.

본 고안에서는 연료전지의 각 구성 성분들을 정확한 위치에 적층할 수 있도록 봉을 사용하여 각 성분들을 연결하는 것을 의해, 작은 움직임이나 충격에 의해서도 이들이 제 위치로부터 벗어나는 것을 방지하여 전지의 성능 및 신뢰성을 향상시킨 것이다.In the present invention, by connecting each component by using a rod to stack each component of the fuel cell in the correct position, the performance and reliability of the battery can be improved by preventing them from being moved out of position by a small movement or impact. It is.

제2도는 본 고안의 일실시예에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서 전지 요소들을 나타내고, 제3도는 본 고안의 일실시예에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서 각 성분들의 조립방법을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating cell elements in a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a method of assembling each component in a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 상기 제2도 및 제3도를 참고로 하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

제2도에 나타난 본 고안의 일실시예에 의하면, 아래 마무리판(1)에는 봉(6)이 구비되어 있고, 그 상부의 전해질 매트릭스(3), 전해질(4), 전해질 매트릭스(3) 및 분리판에는 상기 봉을 수납할 수 있는 구멍이 각각 구비되어 있다. 봉을 각 성분 요소의 구멍을 통과시켜 적층하면 제3도에 나타난 바와 같이 모든 전지 성분들이 봉에 의해 고정된 위치를 가지며 적층되는 것이다.According to one embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the lower finishing plate 1 is provided with a rod 6, an electrolyte matrix 3, an electrolyte 4, an electrolyte matrix 3 and an upper portion thereof. The separation plate is provided with holes for accommodating the rods, respectively. When the rods are laminated through the holes of each component element, as shown in FIG. 3, all the battery components are stacked with the positions fixed by the rods.

상기 아래 마무리판에 봉을 부착하기 위해서는 간단한게 접착제를 사용하여 고정시킬 수도 있으며, 마무리판에 봉의 단면 직경 크기로 홈을 구비시키고 이에 삽입, 고정시킬 수도 있으며, 그 방법이 특별히 한정적인 것은 아니다.In order to attach the rod to the lower finishing plate, it may be fixed simply by using an adhesive, and the groove may be inserted into and fixed to the cross-sectional diameter of the rod in the finishing plate, and the method is not particularly limited.

또한 상기 봉은 어떠한 재료든지 사용가능하나, 세라믹이 바람직하게 사용되며, 이는 취부후 그대로 둘 수도 있고, 제거할 수도 있다.The rod may be any material, but ceramics are preferably used, which may be left as it is or may be removed after installation.

본 고안에서와 같이 연료전지에 봉과, 이를 통하여 각 전지 성분들을 고정할 수 있는 봉의 수납 수단을 구비시키면 이들을 용이하게 적층, 고정시킬 수 있을 뿐아니라, 적층후에는 어느 정도의 충격에도 거의 영향이 없이 우수한 실링 효과를 갖게 되는 것이다.As in the present invention, if the fuel cell is provided with rods and a means for storing rods through which the battery components can be fixed, the fuel cells can be easily stacked and fixed and have little impact on the impact after lamination. It will have an excellent sealing effect.

이상과 같이 본 고안의 연료전지에 의하면, 각 전지 성분들간의 고정작업이 매우 용이하여 이들을 손쉽게 적층할 수 있을 뿐 아니라, 전극이 전해질 매트릭스의 상부에 정확하게 놓여지므로 전지의 성능 및 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the fuel cell of the present invention, the fixing operation between the battery components is very easy, so that they can be easily stacked, and the electrode is accurately placed on the electrolyte matrix, thereby improving the performance and reliability of the battery. Can be obtained.

Claims

A plurality of unit cells interposed between a lower finishing plate at the bottom of the cell, an upper finishing plate at the top, a lower electrode, an electrolyte matrix, an electrolyte and a negative electrode between the lower finishing plate and the upper finishing plate, and the unit cells In the molten carbonate fuel cell provided with a separator plate, the lower finishing plate, each of the cell elements of the unit cell, the separator plate and the upper finishing plate is provided with a means for accommodating the rod and connected them as a rod Molten carbonate fuel cell, characterized in that.

2. The molten carbonate fuel cell of claim 1, wherein the means for receiving the rods in the lower finish plate and the upper finish plate is at least one of a groove and an adhesive.

3. A molten carbonate fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the means for receiving the rod in each of said cell elements is a hole.