KR100195091B1 - 용융탄산염 연료전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융탄산염 연료전지에 관한 것이다. 전지의 최하단에 아래 마무리판, 최상단에 윗 마무리판, 그 사이에 양전극, 전해질 매트릭스 및 음전극이 적충된 복수의 단위 전지와, 상기 단위 전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어지는 용융탄산염 연료전지에 있어서, 상기 아래 마무리판, 상기 분리판 및 상기 윗 마무리판에 전극을 부착시키는 부위의 높이를 달리하고, 전극에서 적어도 한쪽의 양단부의 코팅부분이 제거되어 제조된 용융탄산염 연료전지는 전극과 분리판 사이의 전기전도성이 개선되어 그 성능이 향상된다.

Description

용융탄산염 연료전지
제1도는 종래 용융탄산염 연료전지의 분해사시도이고,
제2도는 종래의 용융탄산염 연료전지에 있어서, 분리판의 단면도를 나타내고,
제3도는 종래의 용융탄산염 연료전지에 있어서, 전극의 단면도를 나타내고,
제4조는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서, 분리판의 단면도를 나타내고,
제5도는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서, 전극의 단면도를 나타내고 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 단위전지 2 : 양전극
3 : 음전극 4 : 전해질 매트릭스
5 : 분리판 6, 7 : 전극 지지부
8 : 소결된 니켈 9 : 그리드
본 발명은 용융탄산염 연료전지에 관한 것으로서, 상세하게는 연료전지의 전극과 분리판과의 전기 전도성을 향상시켜, 전지의 성능이 향상된 용융탄산염 연료전지에 관한 것이다.
연료전지는 연료가스와 산화제가스를 전기화학적으로 반응시켜 생기는 에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 사용하는 새로은 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.
연료전지를 구분하면, 고온(약 500 내지 700℃)에서 작동하는 용융탄산염형 연료전지, 200℃ 근방에서 작동하는 인산염형 연료전지, 상온 내지 약 100℃ 이하에서 작동하는 알칼리형 연료전지 또는 산성형 연료전지가 대표적인 것이다.
용융탄산염 연료전지(molten carbonate fuel cell)는 다공성 니켈 양전극(anode), 리튬-도포된 다공성 니켈 산화물 음전극(cathode), 및 전해질로서 리튬 및 칼륨탄산염으로 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 운하는 전류를 생성한다.
이와 같은 연료전지는 양전극, 전해질 매트릭스 및 음전극이 적충된 복수의 단위전지와, 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어진 것이다.
제1도에 종래 용융탄산염 연료전지의 분해사시도를 나타내었는데, 이를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
연료전지는 양전극(2)과 전해질 매트릭스(4) 및 음전극(3)을 구비하는 복수의 단위전지(1)와, 이 단위전지(1)들 사이에 개재되어 있는 분리판(5)을 구비하여 된 것으로, 양전극(2)과 음전극(3)간의 화학반응에 의하여 전기를 발생시키는 일종의 고효율 발전장치이다. 이러한 구조를 갖는 연료전지의 조립순서를 살펴보면 양전극(2)의 상부에 전해질 매트릭스(4)를, 전해질 매트릭스(4)의 상부에 음전극(3)과 분리판(5)을 적충한다. 그리고 이 분리판(5)의 상부에 다시 양전극(2), 전해질 매트릭스(4), 음전극(3), 분리판(5)의 순서로 계속 반복하여 적충하게 되는 것이다.
제3도는 종래의 용융탄산염 연료전지에 있어서, 전극판의 구조를 나타내고 있다. 용융탄산염 연료전지의 전극은 가운데에 주성분으로서 니켈을 포함하는 그리드(grid)(9)를 놓고 그 양쪽면에 니켈 등의 금속 분말을 코팅시키고(8), 이것을 소결하여 사용된다.
또한, 분리핀의 구조는 제2에 도시되어 있으며, 단위 전지들 사이에 배치되는 분리판(5)은 전도성 접착제를 이용하여 전극지지부(6)에 전극판(2)을 고정시키도록 되어 있다.
그런데, 상기와 같은 방법으로 전극판(2)을 분리판(5)에 고정시키면 전기 전도성이 떨어지는 문제점이 있다. 이는 분리판에 접촉되는 코팅 부분의 전기 전도성이 그리드의 전기 전도성보다 떨어지기 때문이다.
연료전지에서 상기 접촉부위의 전기 전도성 감소는 내부저항을 크게한다. 이는 하기 식에 의해 나타난 바와 같이 전지의 단자전압을 떨어뜨려 연료전지의 성능이 좋지 않게 한다.
단, 상기 식에서 V는 단자전압, E는 기전력, I는 전류, R은 전지의 내부저항이다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 분리판과 전극판 사이의 전기 전도성을 향상시켜 내부저항이 감소된 용융탄산염 연료전지를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전지의 최하단에 아래 마무리판, 최상단에 윗 마무리판, 그 사이에 양전극, 전해질 매트릭스 및 음전극이 적충된 복수의 단위전지와, 상기 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어지는 용융탄산염 연료전지에 있어서, 상기 아래 마무리판, 상기 분리판 및 상기 윗 마무리판에 전극을 부착시키는 부위의 높이를 달리하고, 전극의 적어도 한쪽 양단부의 코팅부분이 제거된 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료전지를 제공한다.
이하, 상기 제4도 및 제5도를 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제4도는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서, 분리판의 단면도를 나타내고, 제5도는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에 있어서, 전극의 단면을 나타낸다.
제4도에 도시되어 있는 본 발명에 따른 분리판(5)에는 전극을 고정시키기 위한 전극 지지지부가 있다. 이것을 제2도에 도시되어 잇는 종래의 분리판과 비교하면, 종래의 분리판은 전극 지지부(6)의 높이가 모두 같은 반면, 본 발명에서는 양단부의 전극 지지부(7)가 다른 부분의 전극지지부(6)보다 높게 되어 있다.
또한, 제5도에 도시되어 있는 본 발명에 따른 전극(2)과 제3도에 도시되어 있는 종래의 전극을 비교하면, 본 발명에서는 전극의 양단부의 코팅된 부분이 제거되어 있다.
특히, 상기 분리판(5)의 전극 지지부(6)과 (7) 사이의 높이 차이(T1)는 전극(2)에서 코팅이 제거된 부분의 두께와 같게(T1=T2) 하는 것이 바람직하다. 이는 T1과 T2가 다르면 전극의 모든 면이 분리판(5)의 전극 지지부(6, 7)에 지지될 수 없기 때문이다.
본 발명에 따라 상기에서 설명된 바와 같이 제조된 분리판 및 전극의 구조는 상호 접촉하여 고정될 때, 전극의 그리드(9) 부분과 분리판의 전극지지부(7)가 직접 접촉될 수 있도록 한다. 이는 전극의 코팅부분이 분리판에 접촉, 고정됨에 따른 전기 전도성 감소의 문제를 해결하여 전지 내부저항을 감소시키는 역할을 한다.
이상과 같이 본 발명은 전극과 분리판 사이의 전기전도성을 개선시켜 전지의 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 전지의 최하단에 아래 마무리판, 최상단에 윗 마무리판, 그 사이에 양전극, 전해질 매트릭스 및 음전극이 적충된 복수의 단위전지와, 상기 단위전지들 사이에 개재되는 분리판을 구비하여 이루어지는 용융탄산염 연료전지에 있어서, 상기 아래 마무리판, 상기 분리판 및 상기 윗 마무리판에 전극을 부착시키는 부위의 높이를 달리하고, 전극에서 한쪽의 양단부의 코팅부분이 제거된 것을 특징으로 하는 용융탄산염 연료전지
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KR20190052435A (ko) 2017-11-08 2019-05-16 (주)엠티에프씨 타공판을 구비한 일체형 용융탄산염 연료전지 및 그 제조 방법

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