KR101116281B1 - 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 내부에 가스흐름 채널(112)(122)이 길이방향으로 형성되고 서로 적층되어 셀 스택(100)을 이루는 단위 셀 사이에 구비되는 밀봉장치에 있어서, 상기 가스흐름 채널(112)(122)의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀(110)(120)(120')의 가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍(114)(124)이 형성되고, 상기 연결구멍(114)(124)의 외측에는 링형태의 밀봉홈(116)(126)이 형성되며, 상기 밀봉홈(116)(126)에는 밀봉링(150)(150')이 삽입되어, 상기 연결구멍을 통한 가스의 누설을 방지하는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 양 끝단이 밀폐된 평관형 단위 셀에 적용되어, 가스 유동 및 기계적 특성을 고려하여 밀봉면적을 최소화할 수 있고, 밀봉홈에 삽입된 밀봉재(링)를 통해 밀봉효과를 높이는 한편 단위 셀 간격의 단차를 없애며 고온에서 밀봉재의 흐름을 억제할 수 있으며, 매우 작은 단위 셀 간의 가스 채널용 연결구멍과 밀봉부위를 가지고도 평관형 단위 셀을 적층하여 셀 스택을 이룰 수 있다는 효과가 있다..

Description

평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치{apparatus for sealing of flat-tubular solid oxide unit cell}
본 발명은 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 가스흐름 채널이 길이방향으로 형성되고 서로 적층되어 셀 스택을 이루는 단위 셀 사이에 구비되는 밀봉장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기 에너지로 변환시키는 고효율의 청정 발전기술로서, 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알카리형, 인산형, 용융탄산염, 고체산화물 및 고분자 연료전지로 분류된다.
상기 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 구성요소가 모두 고체의 형태로 구성되어 600℃~1000℃ 정도의 고온에서 작동하는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 장점을 지니고 있다. 상기 고체산화물 연료전지는 전기화학 반응을 역으로 진행시켜 고온 수전해장치(Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC)로 이용될 수 있다.
상기 고체산화물 연료전지와 고온 수전해장치 등의 전기화학 반응장치는 그 형태에 따라 평판형과 원통형으로 크게 분류되는데, 상기 평판형은 전력밀도(출력)가 높은 장점이 있으나 가스 밀봉면적이 넓고 적층시 재료들 간의 열팽창계수 차이에 의한 열적 쇼크가 발생하며 대면적화가 어렵다는 단점이 있고, 상기 원통형은 열응력에 대한 저항 및 기계적 강도가 상대적으로 높고 압출성형으로 제조하여 대면적화가 가능하다는 장점이 있으나 전력밀도(출력)가 낮다는 한계점이 있다.
이러한 평판형과 원통형의 전기화학 반응장치가 가지고 있는 장점을 도입한 평관형 전기화학 반응장치(예로 평관형 고체산화물 연료전지)가 한국공개특허 제2005-0021027호, 미국특허 US 7,351487호 등으로 개시되어 있다. 상기 평관형 전기화학 반응장치도 출력을 높이기 위해 셀을 적층한 스택 구조로 되어 있는데, 작동온도가 높아 가스를 밀봉하는 밀봉구조 및 밀봉재의 선정에 어려움이 있다.
본 발명은, 평관형 전기화학 반응장치에서 내부에 가스흐름 채널이 길이방향으로 형성되고 서로 적층되어 셀 스택을 이루는 단위 셀 사이를 효과적으로 밀봉하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치는, 내부에 가스흐름 채널이 길이방향으로 형성되고 서로 적층되어 셀 스택을 이루는 단위 셀 사이에 구비되는 밀봉장치에 있어서, 상기 가스흐름 채널의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍이 형성되고, 상기 연결구멍의 외측에는 링형태의 밀봉홈이 형성되며, 상기 밀봉홈에는 밀봉링이 삽입되어, 상기 연결구멍을 통한 가스의 누설을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 연결구멍은 다수의 구멍이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 가스흐름 채널에 연통하고, 상기 밀봉홈은 상기 다수의 구멍을 감싸는 구조로 되어 있다.
상기 가스흐름 채널은 다수개가 형성되고, 상기 연결구멍은 2개의 상기 가스흐름 채널에 동시에 연통하는 다수의 대구멍과 1개의 상기 가스흐름 채널에 연통하는 다수의 소구멍이 원 또는 반원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 다수의 상기 가스흐름 채널에 연통하며, 상기 밀봉홈은 상기 다수의 대구멍과 다수의 소구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 가스흐름 채널은 다수개가 형성되고, 상기 다수의 가스흐름 채널의 단부에는 연결유로가 형성되어 상기 다수의 가스흐름 채널이 서로 연통되어 있을 수도 있다.
상기 밀봉홈은 서로 인접하는 단위 셀에 서로 마주보게 각각 형성되어 있다.
상기 밀봉링는 세라믹(glass, mica, silica 등) 또는 금속(silver, gold 등) 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있다.
본 발명에 의한 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치에 의하면, 양 끝단이 밀폐된 평관형 단위 셀에 적용되어 가스 유동 및 기계적 특성을 고려하여 밀봉면적을 최소화할 수 있고, 밀봉홈에 삽입된 밀봉재(링)를 통해 밀봉효과를 높이는 한편 단위 셀 간격의 단차를 없애며 고온에서 밀봉재의 흐름을 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의한 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치에 의하면, 양 끝단이 밀폐된 평관형 단위 셀에 적용되는 매우 작은 단위 셀 간의 가스 채널용 연결구멍과 밀봉부위를 가지고도 평관형 단위 셀을 적층하여 셀 스택을 이룰 수 있다.
도1은 본 발명의 밀봉장치가 적용된 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도,
도2는 도1의 셀 스택의 단위 셀을 분리하여 나타낸 분리 구성도,
도3의 (a) 및 (b)는 도2의 제1단위 셀을 나타내는 평면도 및 단면도,
도4의 (a) 및 (b)는 도2의 제2단위 셀을 나타내는 평면도 및 단면도,
도5의 (a) 내지 (i)는 본 발명의 밀봉장치가 적용되는 단위 셀의 연결구멍의 예를 나타내는 도면,
도6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 밀봉장치가 적용되는 인접하는 단위 셀의 연결구멍 부위를 나타내는 단면도,
도7의 (a) 및 (b)는 도2의 제1단위 셀의 다른 예를 나타내는 평면도 및 단면도,
도8는 본 발명의 밀봉장치가 적용된 평관형 고체산화물 셀 스택의 제1가스 흐름을 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 밀봉장치가 적용된 평관형 고체산화물 셀 스택은 연료전지(Fuel Cell) 또는 고온 수전해장치(Electrolyzer Cell)로 사용될 수 있는데, 이하의 설명에서는 연료전지로 사용되는 평관형 고체산화물 셀 스택으로 설명한다.
도1은 본 발명의 밀봉장치가 적용된 평관형 고체산화물 셀 스택을 나타내는 구성도이고, 도2는 도1의 셀 스택의 단위 셀을 분리하여 나타낸 분리 구성이다. 도시한 바와 같이, 연료전지용 평관형 고체산화물 셀 스택(100)은, 다수의 제1단위 셀(110)이 상하방향으로 적층되고, 최하측과 최상측에는 제1가스(수소 또는 탄화수소)가 출입하는 제1가스출입 매니폴드(130 : 제1가스유입 매니폴드, 130' : 제1가스유출 매니폴드)가 설치되는 제2단위 셀(120)(120')이 각각 적층된 구조로 되어 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 상기 제1단위 셀(110)은, 후술하는 제1전극지지체(111a)의 내부에 제1가스가 흐르는 다수의 제1가스흐름 채널(112)이 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1전극지지체(111a)의 일측 외부에는 제2가스(공기 또는 산소)가 흐르는 다수의 제2가스흐름 채널(113)이 상기 제1가스흐름 채널(112)에 교차되는 방향(제1전극지지체의 폭방향)으로 형성되며, 상기 제1가스가 제1단위 셀(110)의 길이방향을 따라 지그재그식으로 흐르도록 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 다수의 제1가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍(114)이 형성되며, 전기를 연결하도록 제2가스흐름 채널(113)이 형성된 면의 반대쪽에는 세라믹 도전체(115)가 후술하는 제1전극중간층에 코팅된 구조이다.
상기 제1단위 셀(110)는, 연료극(음극) 또는 공기극(양극)의 물질을 포함한 다공성의 전도성 재료로 된 제1전극지지체(111a)와, 상기 제1전극지지체(111a)의 외표면 전부분에 피복된 제1전극중간층(111b)와, 상기 세라믹 도전체(115) 부분을 제외하고 상기 제1전극중간층(111b)의 외면에 피복된 전해질층(111c)와, 상기 제2가스흐름 채널(113)이 형성된 부분에 피복된 전해질층(111c)의 외면에 코팅된 제2전극층(111e)를 포함한다.
상기 제1전극지지체(111a)와 제1전극중간층(111b)의 전극재료는 NiO-YSZ재(산화니켈-이트리아 안정화 지르코니아 재)가 사용가능하고, 상기 제2전극층(111e)의 전극재료는 LSM(LaSrMnO3)가 사용가능하며, 전해질층(111c)은 YSZ재가 사용될 수 있으나, 다양한 전극재료가 사용될 수 있다.
상기 제1전극중간층(111b)과 제2전극층(111e)은 가스가 확산가능한 다공성으로 형성되며, 상기 전해질층(111c)와 세라믹 도전체(115)는 제1가스와 제2가스가 상호 혼입되지 않도록 기공이 없는 치밀막으로 형성된다.
상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)은 그 길이방향 양단이 막히고 그 양단부에는 상기 연결구멍(114)이 서로 반대방향으로 형성되고, 상기 다수의 제2가스흐름 채널(113)은 상기 제1단위 셀(111)의 길이방향 중간에 제1단위 셀(111)의 폭방향으로 형성된다.
상기 연결구멍(114)은, 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)과 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있다.
상기 연결구멍(114)은, 도5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 다수의 대구멍(114a)와 다수의 소구멍(114b)이 반원을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 상기 연결구멍(114)은, 도5의 (c)에 도시한 바와 같이 하나의 일체구멍(114c)이 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 상기 연결구멍(114)은, 도5의 (d)에 도시한 바와 같이 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원의 전면적에 걸쳐 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (e)에 도시한 바와 같이 1개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 연통하는 다수의 소구멍(114b)이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
또한, 도5의 (f)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 직선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (g)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 경사직선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (h)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 꺽은선을 이루면서 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하거나, 도5의 (i)에 도시한 바와 같이 2개의 상기 제1가스흐름 채널(112)에 동시에 연통하는 다수의 대구멍(114a)이 사각의 전면적에 걸쳐 배열되어 상기 다수의 제1가스흐름 채널(112)에 연통하게 되어 있을 수도 있다.
그러나, 상기 연결구멍(114)은 도3의 (a)와 같이 배치되거나 도5의 (a) 및 (b)와 같이 배치되는 것이 구조물의 기계적 강도, 밀봉부위 면적 및 가스 유동 등을 고려할 때 바람직하다는 것이 확인되었으며, 그 중에서도 도3의 (a)와 같이 배치되는 것이 가장 바람직한 것이 확인되었다.
도3의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 연결구멍(114)의 외측에는 원주방향을 따라 배열된 상기 연결구멍(114)를 감싸는 링형태의 밀봉홈(116)이 형성되며, 상기 밀봉홈(116)에는 밀봉링(150)이 삽입되어, 상기 연결구멍(114)을 통한 가스의 누설을 방지한다. 상기 링형태의 밀봉홈(116) 및 밀봉링(150)는 밀봉면적을 최소화하는 효과가 있다.
도6의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 밀봉홈(116)은 서로 인접하는 제1단위 셀(110) 또는 제2단위 셀(120 : 도4에 도시)에 서로 마주보게 각각 형성되어 있으나, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 밀봉홈(116)은 서로 인접하는 제1단위 셀(110) 또는 제2단위 셀(120 : 도4에 도시) 중의 하나에만 형성되어 있을 수도 있다. 이때 도6의 (a)의 밀봉홈(116)에 삽입되는 밀봉링(150)은 그 두께를 도6의 (b)의 밀봉홈(116)에 삽입되는 밀봉링(150')의 두께보다 두껍게 하여 서로 마주보는 밀봉홈(116)에 삽입되어 가스의 누설효과를 높이게 된다.
상기 밀봉링(150)(150')은 세라믹(glass, mica, silica 등) 또는 금속(silver, gold 등) 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있으며, 적층되는 단위셀 간격의 단차를 없애며 고온에서 밀봉링의 흐름을 억제하게 된다.
한편, 도7의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 다수의 제1가스흐름 채널(112)은 그 길이방향 양단에 연결유로(112a)가 형성되어 서로 연통되는 구조로 구성될 수도 있다. 이러한 구성은 연결구멍(114')의 크기를 작게 하거나 갯수를 작게 하고 밀봉홈(116') 및 밀봉링(150")의 면적을 작게 하여도 밀봉부위를 더욱 최소화 할 수 있다. 도7의 (a) 및 (b)의 나머지 구성은 도3의 (a) 및 (b)의 구성과 동일하므로 동일한 부호를 붙이고 자세한 설명은 생략한다.
도4의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 제2단위 셀(120))은, 제1전극지지체(121a)의 내부에 제1가스가 흐르는 다수의 제1가스흐름 채널(122)이 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1전극지지체(121)의 일측 외부에는 제2가스(공기 또는 산소)가 흐르는 다수의 제2가스흐름 채널(123)이 상기 제1가스흐름 채널(122)에 교차되는 방향(제1전극지지체의 폭방향)으로 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(122)의 일측 단부에는 인접하는 적층된 상기 제1단위 셀(110)의 다수의 제1가스흐름 채널에 연통하는 다수의 연결구멍(124)이 형성되며, 상기 다수의 제1가스흐름 채널(122)의 타측 단부는 상기 제1가스출입 매니폴드(140 : 제1가스유입 매니폴드)(140' : 제1가스유출 매니폴드)에 연통하도록 길이 방향으로 채널이 트여 있으며, 전기를 집진하거나 연결하도록 제2가스흐름 채널(123)이 형성된 면쪽(또는 그 반대쪽에는 집전체의 역할을 하는 세라믹 도전체(125)(115)가 제2전극층(123)[또는 제1전극중간층(121b)]에 부착된 구조이다.
상기 제2단위 셀(120)(120')의 타측(제1가스출입 매니폴드 측)은 출입 배관을 용이하게 하도록 상기 제1단위 셀(120) 보다 길게 형성되어 있다.
상기 제2단위 셀(120)의 제1전극지지체(121a), 제1전극중간층(121b), 전해질층(121c), 제2전극층(121e), 연결구멍(124), 밀봉홈(126) 및 밀봉링(150)(150')은 제1단위 셀(110)의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 밀봉장치가 적용된 평관형 고체산화물 셀 스택에서, 연료전지로 사용될 경우에는 도8에 도시한 바와 같이 수소(또는 탄화수소)가 제1가스유입 매니폴드(140)를 통해 최하측의 제2단위 셀(120)의 제1가스흐름 채널내에 유입하여 화살표 방향으로 다수의 제1단위 셀(110)의 제1가스흐름 채널 내를 지그재그로 흘러 최상측의 제2단위 셀(120')의 제1가스흐름 채널을 거쳐 제1가스유출 매니폴드(140')를 통해 유출하게 되는데, 이 경로를 흐르는 중에 제1가스(수소 또는 탄화수소)는 상기 제1단위 셀(110)와 제2단위 셀(120)(120')의 제2가스흐름 채널을 통해 흐르는 공기(또는 산소)와 반응하여 전기를 발생하는 한편 발생한 물과 함께 상기 제1가스유출 매니폴드(140')을 통해 유출하게 된다. 전기는 세라믹 도전체(125)를 통해 집전된다.
도5에서 고온 수전해장치로 사용될 경우에는 수증기가 제1가스유입 매니폴드(140)을 통해 유입하여 전기화학 반응(연료전지의 반응의 역반응)을 하여 수소가 발생하고 제1가스유출 매니폴드(140')을 통해 유출하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능함은 물론이고, 본 발명의 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 셀 스택 110 : 제1단위 셀
111a,121a : 제1전극지지체 111b,121b : 제1전극중간층
111c,121c : 전해질층 111e,121e : 제2전극층
112,122 : 제1가스흐름 채널 113,123 : 제2가스흐름 채널
114,124 : 연결구멍 115,125 : 세라믹 도전체
116,126 : 밀봉홈 120 : 제2단위 셀
140 : 제1가스유입 매니폴드 140' : 제1가스유출 매니폴드
150, 150' : 밀봉링

Claims (6)

  1. 내부에 가스흐름 채널이 길이방향으로 형성되고 서로 적층되어 셀 스택을 이루는 단위 셀 사이에 구비되는 밀봉장치에 있어서,
    상기 가스흐름 채널의 단부에는 인접하여 적층된 단위 셀의 가스흐름 채널에 연통하는 연결구멍이 형성되고, 상기 연결구멍의 외측에는 링형태의 밀봉홈이 형성되며, 상기 연결구멍을 통한 가스의 누설을 방지하도록 상기 밀봉홈에는 밀봉링이 삽입된 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결구멍은 다수의 구멍이 원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 상기 가스흐름 채널에 연통하고,
    상기 밀봉홈은 상기 다수의 구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스흐름 채널은 다수개가 형성되고,
    상기 연결구멍은 2개의 상기 가스흐름 채널에 동시에 연통하는 다수의 대구멍과 1개의 상기 가스흐름 채널에 연통하는 다수의 소구멍이 원 또는 반원을 이루면서 원주방향으로 배열되어 다수의 상기 가스흐름 채널에 연통하며,
    상기 밀봉홈은 상기 다수의 대구멍과 다수의 소구멍을 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스흐름 채널은 다수개가 형성되고,
    상기 다수의 가스흐름 채널의 단부에는 연결유로가 형성되어 상기 다수의 가스흐름 채널이 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉홈은 서로 인접하는 단위 셀에 서로 마주보게 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉링는 세라믹 또는 금속 소재를 기반으로 한 페이스트 또는 테이프로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평관형 고체산화물 단위 셀의 밀봉장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009054599A (ja) 2008-11-04 2009-03-12 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池
KR20090084160A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 포항공과대학교 산학협력단 고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및그 제조 방법
KR20100072802A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 한국에너지기술연구원 고체 산화물 연료 전지 스택 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090084160A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 포항공과대학교 산학협력단 고체산화물 연료전지용 전극 지지체와 일체형 단위 셀 및그 제조 방법
JP2009054599A (ja) 2008-11-04 2009-03-12 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池
KR20100072802A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 한국에너지기술연구원 고체 산화물 연료 전지 스택 장치

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