KR101156853B1 - 고체산화물 연료전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고채산화물 연료전지에 관한 것이며, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(100)는 연료극 지지제(110), 연료극 지지제(110)를 관통하는 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)를 포함하는 다수의 채널, 특정 채널의 내측면에 형성된 전해질(160) 및 전해질(160)의 내측면에 형성된 공기극(170)을 포함하는 구성이며, 연료극 지지제(110)의 외부 뿐만 아니라 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널에 연료가 공급되므로 고체산화물 연료전지(100)의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

고체산화물 연료전지{SOLID OXIDE FUEL CELL}
본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
연료전지란 연료(수소, LNG, LPG 등)와 산소(공기)의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전기술이 연료 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 발전기 구동 등의 과정을 거치는 것과 달리 연료전지는 연료 연소나 터빈 구동의 과정이 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다. 이러한 연료전지는 SOX와 NOX 등의 대기오염물질을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이 가능하며, 저소음, 무진동 등의 장점이 존재한다.
연료전지는 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올 연료전지(DMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등 다양한 종류가 있는데, 이 중 고체산화물 연료전지(SOFC)는 활성화 분극을 바탕으로 한 과전압이 낮고, 비가역적 손실이 적으므로 발전효율이 높다. 또한, 전극에서의 반응속도가 빠르기 때문에 전극 촉매로서 값비싼 귀금속을 필요로 하지 않는다. 따라서, 고체산화물 연료전지는 향후 수소 경제 사회로의 진입을 위해서 필수적인 발전기술이다.
도 1은 고체산화물 연료전지의 발전 원리를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하여 고체산화물 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell)의 기본적인 발전 원리를 살펴보면, 연료가 수소(H2) 또는 일산화탄소(CO)인 경우 연료극(1)과 공기극(2)에서는 하기와 같은 전극반응이 진행된다.
연료극: CO + H2O → H2 + CO2
2H2 + 2O2- → 4e- + 2H2O
공기극: O2 + 4e- → 2O2-
전반응: H2 + CO + O2 → CO2 + H2O
즉, 연료극(1)에서 생성된 전자(e-)는 외부회로(4)를 통해서 공기극(2)으로 전달되고, 동시에 공기극(2)에서 발생한 산소이온(O2-)은 전해질(3)을 통해서 연료극(1)으로 전달된다. 또한, 연료극(1)에서는 수소(H2)가 산소이온(O2-)과 결합되어 전자(e-) 및 물(H2O)이 생성된다. 결국, 고체산화물 연료전지의 전반응을 살펴보면, 수소(H2) 또는 일산화탄소(CO)가 연료극(1)에 공급되고 산소가 공기극(2)에 공급되어 최종적으로 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성되는 것을 알 수 있다.
한편, 고체산화물 연료전지는 관형 타입과 평판형 타입으로 구분할 수 있는데, 효과적인 가스밀봉을 위해서 주로 관형 고체산화물 연료전지를 활용하고 있다.
도 2는 종래기술에 따른 관형 고체산화물 연료전지의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 관형 고체산화물 연료전지(10)는 공기극 지지체(11)의 외부에 전해질(13), 연료극(15) 순으로 적층되고, 다른 단위전지와 연결을 위한 연결재(17)가 공기극 지지체(11) 상부에 형성된다. 전술한 바와 같이, 관형 고체산화물 연료전지(10)는 평판형 고체산화물 연료전지와 달리 별도의 가스밀봉이 필요 없어 장기 내구성이 좋고, 열충격에 안정적이다.
하지만, 종래기술에 따른 관형 고체산화물 연료전지는 단위전지를 연결하여 번들(bundle) 형성해야 하므로 상대적으로 부피를 많이 차지하고, 부피 대비 출력밀도가 낮은 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 육각기둥으로 형성된 지지체에 다수의 채널을 관통시켜 단위전지를 구성함으로써, 부피 대비 출력밀도를 높일 수 있는 고체산화물 연료전지을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는 육각기둥으로 형성되어 단면이 정육각형인 연료극 지지체, 상기 연료극 지지체의 중심에 중심이 일치하도록 상기 연료극 지지체를 관통하는 제1 채널, 상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제1 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제1 가상선이 상기 연료극 지지체의 단면을 일정비율로 축소한 동심의 제1 정육각형을 형성하는 6개의 제2 채널, 상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제2 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제2 가상선이 상기 제1 정육각형을 2배로 확대한 동심의 제2 정육각형을 형성하는 12개의 제3 채널, 상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제3 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제3 가상선이 상기 제1 정육각형을 3배로 확대한 동심의 제3 정육각형을 형성하는 18개의 제4 채널, 상기 제2 채널의 내측면, 상기 제4 채널의 내측면 및 중심이 상기 제2 정육각형의 꼭지점를 제외한 모서리를 형성하는 6개의 상기 제3 채널의 내측면에 형성된 전해질 및 상기 전해질의 내측면에 형성된 공기극을 포함하고, 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널 및 상기 제4 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제4 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제4 가상선이 상기 제1 정육각형을 4배로 확대한 동심의 제4 정육각형을 형성하는 24개의 제5 채널 및 상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제5 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제5 가상선이 상기 제1 정육각형을 5배로 확대한 동심의 제5 정육각형을 형성하는 30개의 제6 채널을 더 포함하고, 상기 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널, 상기 제4 채널, 상기 제5 채널 및 상기 제6 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일하며, 상기 전해질은 상기 제6 채널의 내측면 및 중심이 상기 제4 정육각형의 꼭지점 및 인접한 상기 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 상기 제5 채널의 내측에 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 외측면과 상기 연료극 지지체 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 외측면과 상기 연료극 지지체 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 내측면과 상기 공기극의 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 내측면과 상기 공기극의 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는 육각기둥으로 형성되어 단면이 정육각형인 공기극 지지체, 상기 공기극 지지체의 중심에 중심이 일치하도록 상기 공기극 지지체를 관통하는 제1 채널, 상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제1 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제1 가상선이 상기 공기극 지지체의 단면을 일정비율로 축소한 동심의 제1 정육각형을 형성하는 6개의 제2 채널, 상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제2 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제2 가상선이 상기 제1 정육각형을 2배로 확대한 동심의 제2 정육각형을 형성하는 12개의 제3 채널, 상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제3 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제3 가상선이 상기 제1 정육각형을 3배로 확대한 동심의 제3 정육각형을 형성하는 18개의 제4 채널, 상기 제2 채널의 내측면, 상기 제4 채널의 내측면 및 중심이 상기 제2 정육각형의 꼭지점를 제외한 모서리를 형성하는 6개의 상기 제3 채널의 내측면에 형성된 전해질 및 상기 전해질의 내측면에 형성된 연료극을 포함하고, 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널 및 상기 제4 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제4 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제4 가상선이 상기 제1 정육각형을 4배로 확대한 동심의 제4 정육각형을 형성하는 24개의 제5 채널 및 상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제5 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제5 가상선이 상기 제1 정육각형을 5배로 확대한 동심의 제5 정육각형을 형성하는 30개의 제6 채널을 더 포함하고, 상기 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널, 상기 제4 채널, 상기 제5 채널 및 상기 제6 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일하며, 상기 전해질은 상기 제6 채널의 내측면 및 중심이 상기 제4 정육각형의 꼭지점 및 인접한 상기 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 상기 제5 채널의 내측에 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 외측면과 상기 공기극 지지체 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 외측면과 상기 공기극 지지체 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 내측면과 상기 연료극의 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질의 내측면과 상기 연료극의 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법 으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 육각기둥으로 형성된 지지체에 다수의 채널을 관통시켜 단위전지를 구성함으로써, 전기화학반응이 일어나는 전해질의 면적을 늘려 부피 대비 출력밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 채널 중 일부분은 전해질을 형성하지 않고 연료(연료극 지지체인 경우) 또는 공기(공기극 지지체인 경우)를 공급함으로써, 고체산화물 연료전지의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 고체산화물 연료전지의 발전 원리를 도시한 개념도;
도 2는 종래기술에 따른 관형 고체산화물 연료전지의 사시도;
도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도;
도 5 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도;
도 7 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도; 및
도 9 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "제3", "제4" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이다.
도 3 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(100)는 연료극 지지제(110), 연료극 지지제(110)를 관통하는 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)를 포함하는 다수의 채널, 특정 채널의 내측면에 형성된 전해질(160) 및 전해질(160)의 내측면에 형성된 공기극(170)을 포함하는 구성이다.
상기 연료극 지지제(110)는 고체산화물 연료전지(100)의 기초부재가 되어 전해질(160) 및 공기극(170) 등을 지지하고 연료를 공급받아 전극반응을 통해서 음극 역할을 수행하는 것으로, 연료극 지지제(110)는 압출공정 등을 통해서 단면이 정육각형이 되도록 육각기둥으로 형성되고 연료가 효과적으로 확산되도록 다공성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 연료극 지지제(110)는 산화니켈(NiO)과 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 이용하여 형성한다. 연료극 지지제(110)에 연료가 공급되면, 상기 산화니켈은 연료 중 수소에 의해서 금속니켈로 환원되어 전자 전도성을 발휘하고, 상기 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)는 산화물로서 이온 전도성을 발휘하는 것이다.
상기 다수의 채널은 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)로 구분되며, 연료극 지지제(110)를 길이방향으로 관통하여 형성된다. 이때, 제1 채널(120)은 연료극 지지제(110)의 중심(115)에 중심이 일치하도록 배치되고, 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)은 중심을 잇는 가상선이 정육각형을 형성하여 제1 채널(120)을 순서대로 둘러싼다. 또한, 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)은 크기와 모양이 동일하고, 상호간격 역시 동일하다.
상기 다수의 채널을 더욱 구체적으로 살펴보면, 상기 제1 채널(120)은 연료극 지지제(110)의 중심(115)에 중심이 일치하도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 연료극 지지제(110)의 중심(115)은 연료극 지지제(110)의 단면인 정육각형의 마주보는 두개의 꼭지점을 잇는 3개의 선이 교차하는 점을 의미한다. 따라서, 제1 채널(120)은 연료극 지지제(110)의 정중앙에 배치된다.
상기 제2 채널(130)은 제1 채널(120)을 둘러싸도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 제2 채널(130)은 6개이고, 각각의 중심을 잇는 제1 가상선이 연료극 지지제(110)의 단면인 정육각형을 일정비율로 축소한 제1 정육각형(135)을 형성한다. 이때, 제1 정육각형(135)은 정육각형(연료극 지지제(110)의 단면)과 중심이 동일하고(동심), 제1 정육각형(135)의 꼭지점은 연료극 지지제(110)의 중심(115)과 연료극 지지제(110)의 단면상 꼭지점(117)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제3 채널(140)은 제2 채널(130)을 둘러싸도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 제3 채널(140)은 12개이고, 각각의 중심을 잇는 제2 가상선이 제1 정육각형(135)을 2배로 확대한 제2 정육각형(145)을 형성한다. 이때, 제2 정육각형(145)은 제1 정육각형(135)과 중심이 동일하고(동심), 제2 정육각형(145)의 꼭지점은 연료극 지지제(110)의 중심(115)과 연료극 지지제(110)의 단면상 꼭지점(117)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제4 채널(150)은 제3 채널(140)을 둘러싸도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 제4 채널(150)은 18개이고, 각각의 중심을 잇는 제3 가상선이 제1 정육각형(135)을 3배로 확대한 제3 정육각형(155)을 형성한다. 이때, 제3 정육각형(155)은 제1 정육각형(135)과 중심이 동일하고(동심), 제3 정육각형(155)의 꼭지점은 연료극 지지제(110)의 중심(115)과 연료극 지지제(110)의 단면상 꼭지점(117)을 연결하는 선상에 배치된다.
한편, 제1 채널(120)의 단면, 제2 채널(130)의 단면, 제3 채널(140)의 단면 및 제4 채널(150)의 단면은 원형으로 형성할 수 있다(도 3 참조). 채널의 단면을 원형으로 형성함으로써, 채널을 용이하게 가공할 수 있고 채널 내에서의 가스가 유동할 때 발생하는 마찰을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
다만, 제1 채널(120)의 단면, 제2 채널(130)의 단면, 제3 채널(140)의 단면 및 제4 채널(150)의 단면은 반드시 원형으로 형성해야 하는 것은 아니고, 육각형으로도 형성할 수 있다(도 4 참조). 채널의 단면을 육각형으로 형성함으로써, 채널 사이의 간격을 줄일 수 있고 반응면적을 최대화할 수 있는 장점이 있다.
상기 전해질(160)은 공기극(170)에서 발생한 산소이온을 연료극 지지체(110)으로 전달하는 역할을 수행하는 것이다. 여기서, 전해질(160)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 또는 ScSZ(Scandium Stabilized Zirconia), GDC, LDC 등을 플라즈마 스프레이법(plasma spray), 전기화학 증착법, 스퍼터링법(sputtering), 이온빔법, 이온주입법 등의 건식법이나, 테이프 캐스팅법(tape casting), 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 스크린 플린팅법(screen printing), 닥터 블레이드법(doctor blade) 등의 습식법으로 코팅한 후 1300 ℃ 내지 1500 ℃ 로 소결하여 형성할 수 있다. 이때, 이트리아 안정화 지르코니아는 4가 지르코늄 이온의 일부가 3가의 이트리움 이온으로 대치되어 있으므로 이트리움 이온 2개당 1개의 산소이온 구멍이 내부에 발생하고, 고온에서 상기 구멍을 통해서 산소이온이 이동하게 된다. 한편, 전해질(160)은 고체 전해질이므로 수용액이나 용융염과 같은 액체 전해질에 비하여 이온 전도율이 낮아 저항 분극으로 인한 전압 강하가 적게 발생하기 때문에 가급적 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 전해질(160)에 기공이 생기면 연료와 공기가 직접 반응하는 크로스오버(cross over) 현상이 발생하여 효율이 떨어지므로, 흠집이 발생하지 않도록 주의해야 한다.
한편, 전해질(160)은 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)의 내측면에 형성된다. 구체적으로, 제2 채널(130)의 내측면과 제4 채널(150)의 내측면에는 모두 전해질(160)이 형성되지만, 제1 채널(120)의 내측면에는 전해질(160)이 형성되지 않는다. 또한, 제3 채널(140)의 경우 중심이 제2 정육각형(145)의 꼭지점을 제외한 모서리를 형성하는 6개의 제3 채널(140)의 내측면에만 전해질(160)이 형성된다. 즉, 제1 채널(120)의 내측면과 중심이 제2 정육각형(145)의 꼭지점을 형성하는 제3 채널(140)의 내측면에는 전해질(160)이 형성되지 않는 것이다. 따라서, 전체적인 채널의 배치관계를 살펴보면, 전해질(160)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(160)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조가 형성된다. 전술한 배치관계를 통해서 고체산화물 연료전지(100)의 효율을 높일 수 있는데, 이에 관한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
상기 공기극(170)은 공기를 전달받아 전극반응을 통해서 양극 역할을 수행하는 것으로, 전해질(160)의 내측면에 형성된다. 여기서, 공기극(170)은 전자 전도성이 높은 란탄스트론튬 망가나이트((La0.84 Sr0.16) MnO3) 등을 전해질(160)과 유사한 건식법 또는 습식법으로 코팅한 후 1200 ℃ 내지 1300 ℃ 로 소결하여 형성할 수 있다. 한편, 공기극(170)에서는 공기 중 산소가 란탄스트론튬 망가나이트의 촉매작용에 의해서 산소이온으로 전환되어 전해질(160)을 통해서 연료극 지지제(110)에 전달되는 것이다.
전체적인 채널의 배치관계를 다시 살펴보면, 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(160)과 공기극(170)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조이다. 따라서, 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널에 연료가 공급되면, 다공성인 연료극 지지제(110)를 통해서 연료가 상기 채널을 둘러싸는 6개의 채널 방향으로 효과적으로 확산된다. 결국, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(100)는 연료극 지지제(110)의 외부 뿐만 아니라 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널에 연료가 공급되므로 고체산화물 연료전지(100)의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 전해질(160)의 외측면과 연료극 지지제(110) 사이에는 연료극 기능층(165)을 형성할 수 있다. 여기서, 연료극 기능층(165)은 연료극 지지제(110)의 전기화학적인 활성을 보완하는 역할을 수행한다. 따라서, 연료극 기능층(165)은 연료극 지지제(110)와 마찬가지로 산화니켈(NiO)과 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 이용하여 형성할 수 있다. 다만, 전기화학적인 활성을 강화하기 위하여 연료극 기능층(165)은 조대한 이트리아 안정화 지르코니아가 아닌 미세한 이트리아 안정화 지르코니아를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 연료극 기능층(165)은 연료극 지지제(110)에 전해질(160)을 형성하기 위한 완충 역할도 수행하므로, 낮은 기공율을 갖는 동시에 표면거칠기를 최소화하는 것이 바람직하다.
또한, 전해질(160)의 내측면과 공기극(170) 사이에는 공기극 기능층(167)을 형성할 수 있다. 여기서, 공기극 기능층(167)은 공기극(170)의 전기화학적인 활성을 보완하는 역할을 수행한다. 따라서, 공기극 기능층(167)은 공기극(170)을 형성하는 물질과 전해질(160)을 형성하는 물질 사이의 복합체를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공기극 기능층(167)은 공기극(170)을 형성하는 란탄스트론튬 망가나이트과 전해질(160)을 형성하는 이트리아 안정화 지르코니아의 복합체를 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 공기극 기능층(167)은 연료극 기능층(165)과 유사하게 전해질(160)과 공기극(170) 사이의 완충 역할을 수행한다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이다.
도 5 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(200)는 연료극 지지제(110), 연료극 지지제(110)를 관통하는 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140), 제4 채널(150), 제5 채널(180) 및 제6 채널(190)를 포함하는 다수의 채널, 특정 채널의 내측면에 형성된 전해질(160) 및 전해질(160)의 내측면에 형성된 공기극(170)을 포함하는 구성이다.
전술한 제1 실시예와 본 실시예를 비교할 때, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(200)는 제1 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(100)에 제5 채널(180) 및 제6 채널(190)을 추가한 것이다. 따라서, 제5 채널(180) 및 제6 채널(190)에 대하여 구체적으로 설명하도록 하고, 제1 실시예와 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
본 실시예에서 추가된 제5 채널(180) 및 제6 채널(190)은 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)과 크기와 모양이 동일하고, 상호간격 역시 동일하다. 또한, 제5 채널(180)의 단면과 제6 채널(190)의 단면은 제1 채널(120), 제2 채널(130), 제3 채널(140) 및 제4 채널(150)과 마찬가지로 원형(도 5 참조) 또는 육각형(도 6 참조)으로 형성할 수 있다.
상기 제5 채널(180)은 제4 채널(150)을 둘러싸도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 제5 채널(180)은 24개이고, 각각의 중심을 잇는 제4 가상선이 제1 정육각형(135)을 4배로 확대한 제4 정육각형(185)을 형성한다. 이때, 제4 정육각형(185)은 제1 정육각형(135)과 중심이 동일하고(동심), 제4 정육각형(185)의 꼭지점은 연료극 지지제(110)의 중심(115)과 연료극 지지제(110)의 단면상 꼭지점(117)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제6 채널(190)은 제5 채널(180)을 둘러싸도록 연료극 지지제(110)를 관통한다. 여기서, 제5 채널(180)은 30개이고, 각각의 중심을 잇는 제5 가상선이 제1 정육각형(135)을 5배로 확대한 제5 정육각형(195)을 형성한다. 이때, 제5 정육각형(195)은 제1 정육각형(135)과 중심이 동일하고(동심), 제5 정육각형(195)의 꼭지점은 연료극 지지제(110)의 중심(115)과 연료극 지지제(110)의 단면상 꼭지점(117)을 연결하는 선상에 배치된다.
이때, 전해질(160)은 제5 채널(180)과 제6 채널(190)의 내측면에 추가적으로 형성된다. 구체적으로, 제6 채널(190)의 내측면에는 모두 전해질(160)이 형성되지만, 제5 채널(180)의 경우 중심이 제4 정육각형(185)의 꼭지점 및 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 제5 채널(180)의 내측면에만 전해질(160)이 형성된다. 즉, 중심이 제4 정육각형(185)의 꼭지점과 인접한 2개의 꼭지점 중앙을 형성하는 제5 채널(180)의 내측면에는 전해질(160)이 형성되지 않는 것이다. 따라서, 전채적인 채널의 배치관계를 살펴보면, 제1 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(100)와 마찬가지로 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(160)과 공기극(170)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조가 형성된다. 결국, 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널에 연료가 공급되면, 다공성인 연료극 지지제(110)를 통해서 연료는 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널을 둘러싸는 6개의 채널 방향으로 효과적으로 확산된다. 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(200)는 연료극 지지제(110)의 외부 뿐만 아니라 전해질(160)과 공기극(170)이 형성되지 않은 채널에 연료가 공급되므로 고체산화물 연료전지(200)의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 제5 채널(180)과 제6 채널(190)의 내측면에 형성된 전해질(160)의 내측면에는 공기극(170)이 형성된다. 또한, 상기 전해질(160)의 외측면과 연료극 지지제(110) 사이에는 연료극 기능층(165)을 형성할 수 있고, 상기 전해질(160)의 내측면과 공기극(170) 사이에는 공기극 기능층(167)을 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이다.
도 7 내지 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(300)는 공기극 지지체(210), 공기극 지지체(210)를 관통하는 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(150)를 포함하는 다수의 채널, 특정 채널의 내측면에 형성된 전해질(260) 및 전해질(260)의 내측면에 형성된 연료극(270)을 포함하는 구성이다.
전술한 제1 실시예와 본 실시예를 비교할 때, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(300)는 연료극 지지제(110)가 공기극 지지체(210)로 치환되고, 공기극(170)이 연료극(270)으로 치환된 차이점을 알 수 있다. 따라서, 상기 차이점을 중심으로 설명하도록 하고, 제1 실시예와 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
상기 공기극 지지체(210)는 고체산화물 연료전지(300)의 기초부재가 되어 전해질(260) 및 연료극(270) 등을 지지하고 공기를 공급받아 전극반응을 통해서 양극 역할을 수행하는 것으로, 공기극 지지체(210)는 압출공정 등을 통해서 단면이 정육각형이 되도록 육각기둥으로 형성되고 공기가 효과적으로 확산되도록 다공성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 공기극 지지체(210)는 전자 전도성이 높은 란탄스트론튬 망가나이트((La0.84 Sr0.16) MnO3) 등으로 형성할 수 있다. 한편, 공기극 지지체(210)에서는 공기 중 산소가 란탄스트론튬 망가나이트의 촉매작용에 의해서 산소이온으로 전환되어 전해질(260)을 통해서 연료극(270)에 전달되는 것이다.
상기 다수의 채널은 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)로 구분되며, 공기극 지지체(210)를 길이방향으로 관통하여 형성된다. 이때, 제1 채널(220)은 공기극 지지체(210)의 중심(215)에 중심이 일치하도록 배치되고, 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)은 중심을 잇는 가상선이 정육각형을 형성하여 제1 채널(220)을 순서대로 둘러싼다. 또한, 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)은 크기와 모양이 동일하고, 상호간격 역시 동일하다.
상기 다수의 채널을 더욱 구체적으로 살펴보면, 상기 제1 채널(220)은 공기극 지지체(210)의 중심(215)에 중심이 일치하도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 공기극 지지체(210)의 중심(215)은 공기극 지지체(210)의 단면인 정육각형의 마주보는 두개의 꼭지점을 잇는 3개의 선이 교차하는 점을 의미한다. 따라서, 제1 채널(220)은 공기극 지지체(210)의 정중앙에 배치된다.
상기 제2 채널(230)은 제1 채널(220)을 둘러싸도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 제2 채널(230)은 6개이고, 각각의 중심을 잇는 제1 가상선이 공기극 지지체(210)의 단면인 정육각형을 일정비율로 축소한 제1 정육각형(235)을 형성한다. 이때, 제1 정육각형(235)은 정육각형(공기극 지지체(210)의 단면)과 중심이 동일하고(동심), 제1 정육각형(235)의 꼭지점은 공기극 지지체(210)의 중심(215)과 공기극 지지체(210)의 단면상 꼭지점(217)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제3 채널(240)은 제2 채널(230)을 둘러싸도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 제3 채널(240)은 12개이고, 각각의 중심을 잇는 제2 가상선이 제1 정육각형(235)을 2배로 확대한 제2 정육각형(245)을 형성한다. 이때, 제2 정육각형(245)은 제1 정육각형(235)과 중심이 동일하고(동심), 제2 정육각형(245)의 꼭지점은 공기극 지지체(210)의 중심(215)과 공기극 지지체(210)의 단면상 꼭지점(217)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제4 채널(250)은 제3 채널(240)을 둘러싸도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 제4 채널(250)은 18개이고, 각각의 중심을 잇는 제3 가상선이 제1 정육각형(235)을 3배로 확대한 제3 정육각형(255)을 형성한다. 이때, 제3 정육각형(255)은 제1 정육각형(235)과 중심이 동일하고(동심), 제3 정육각형(255)의 꼭지점은 공기극 지지체(210)의 중심(215)과 공기극 지지체(210)의 단면상 꼭지점(217)을 연결하는 선상에 배치된다.
한편, 제1 채널(220)의 단면, 제2 채널(230)의 단면, 제3 채널(240)의 단면 및 제4 채널(250)의 단면은 원형으로 형성할 수 있다(도 7 참조). 채널의 단면을 원형으로 형성함으로써, 채널을 용이하게 가공할 수 있고 채널 내에서의 가스가 유동할 때 발생하는 마찰을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
다만, 제1 채널(220)의 단면, 제2 채널(230)의 단면, 제3 채널(240)의 단면 및 제4 채널(250)의 단면은 반드시 원형으로 형성해야 하는 것은 아니고, 육각형으로도 형성할 수 있다(도 8 참조). 채널의 단면을 육각형으로 형성함으로써, 채널 사이의 간격을 줄일 수 있고 반응면적을 최대화할 수 있는 장점이 있다.
상기 전해질(260)은 공기극 지지체(210)에서 발생한 산소이온을 연료극(270)으로 전달하는 역할을 수행하는 것이다. 여기서, 전해질(260)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 또는 ScSZ(Scandium Stabilized Zirconia), GDC, LDC 등을 플라즈마 스프레이법(plasma spray), 전기화학 증착법, 스퍼터링법(sputtering), 이온빔법, 이온주입법 등의 건식법이나, 테이프 캐스팅법(tape casting), 스프레이 코팅법(spray coating), 딥 코팅법(dip coating), 스크린 플린팅법(screen printing), 닥터 블레이드법(doctor blade) 등의 습식법으로 코팅한 후 1300 ℃ 내지 1500 ℃ 로 소결하여 형성할 수 있다. 이때, 이트리아 안정화 지르코니아는 4가 지르코늄 이온의 일부가 3가의 이트리움 이온으로 대치되어 있으므로 이트리움 이온 2개당 1개의 산소이온 구멍이 내부에 발생하고, 고온에서 상기 구멍을 통해서 산소이온이 이동하게 된다. 한편, 전해질(260)은 고체 전해질이므로 수용액이나 용융염과 같은 액체 전해질에 비하여 이온 전도율이 낮아 저항 분극으로 인한 전압 강하가 적게 발생하기 때문에 가급적 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 전해질(260)에 기공이 생기면 연료와 공기가 직접 반응하는 크로스오버(cross over) 현상이 발생하여 효율이 떨어지므로, 흠집이 발생하지 않도록 주의해야 한다.
한편, 전해질(260)은 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)의 내측면에 형성된다. 구체적으로, 제2 채널(230)의 내측면과 제4 채널(250)의 내측면에는 모두 전해질(260)이 형성되지만, 제1 채널(220)의 내측면에는 전해질(260)이 형성되지 않는다. 또한, 제3 채널(240)의 경우 중심이 제2 정육각형(245)의 꼭지점을 제외한 모서리를 형성하는 6개의 제3 채널(240)의 내측면에만 전해질(260)이 형성된다. 즉, 제1 채널(220)의 내측면과 중심이 제2 정육각형(245)의 꼭지점을 형성하는 제3 채널(240)의 내측면에는 전해질(260)이 형성되지 않는 것이다. 따라서, 전체적인 채널의 배치관계를 살펴보면, 전해질(260)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(260)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조가 형성된다. 전술한 배치관계를 통해서 고체산화물 연료전지(300)의 효율을 높일 수 있는데, 이에 관한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
상기 연료극(270)은 연료를 전달받아 전극반응을 통해서 음극 역할을 수행하는 것으로, 전해질(260)의 내측면에 형성된다. 여기서, 연료극(270)은 전해질(260)과 유사한 건식법이나 습식법으로 코팅한 후 1200 ℃ 내지 1300 ℃ 로 가열하여 형성할 수 있다. 이때, 연료극(270)은 산화니켈(NiO)과 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)을 이용하여 형성하는데, 산화니켈이 연료 중 수소에 의해서 금속니켈로 환원되어 전자 전도성을 발휘하고, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)는 산화물로서 이온 전도성을 발휘한다.
전체적인 채널의 배치관계를 다시 살펴보면, 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(260)과 연료극(270)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조이다. 따라서, 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 채널에 공기가 공급되면, 다공성인 공기극 지지체(210)를 통해서 공기가 상기 채널을 둘러싸는 6개의 채널 방향으로 효과적으로 확산된다. 결국, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(300)는 공기극 지지체(210)의 외부 뿐만 아니라 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 채널에 공기가 공급되므로 고체산화물 연료전지(300)의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 전해질(260)의 외측면과 공기극 지지체(210) 사이에는 공기극 기능층(267)을 형성할 수 있고, 전해질(260)의 내측면과 연료극(270) 사이에는 연료극 기능층(265)을 형성할 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 단면도이다.
도 9 내지 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(400)는 공기극 지지체(210), 공기극 지지체(210)를 관통하는 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240), 제4 채널(250), 제5 채널(280) 및 제6 채널(290)를 포함하는 다수의 채널, 특정 채널의 내측면에 형성된 전해질(260) 및 전해질(260)의 내측면에 형성된 연료극(270)을 포함하는 구성이다.
전술한 제3 실시예와 본 실시예를 비교할 때, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(400)는 제3 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(300)에 제5 채널(280) 및 제6 채널(290)을 추가한 것이다. 따라서, 제5 채널(280) 및 제6 채널(290)에 대하여 구체적으로 설명하도록 하고, 제3 실시예와 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
본 실시예에서 추가된 제5 채널(280) 및 제6 채널(290)은 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)과 크기와 모양이 동일하고, 상호간격 역시 동일하다. 또한, 제5 채널(280)의 단면과 제6 채널(290)의 단면은 제1 채널(220), 제2 채널(230), 제3 채널(240) 및 제4 채널(250)과 마찬가지로 원형(도 9 참조) 또는 육각형(도 10 참조)으로 형성할 수 있다.
상기 제5 채널(280)은 제4 채널(250)을 둘러싸도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 제5 채널(280)은 24개이고, 각각의 중심을 잇는 제4 가상선이 제1 정육각형(235)을 4배로 확대한 제4 정육각형(285)을 형성한다. 이때, 제4 정육각형(285)은 제1 정육각형(235)과 중심이 동일하고(동심), 제4 정육각형(285)의 꼭지점은 공기극 지지체(210)의 중심(215)과 공기극 지지체(210)의 단면상 꼭지점(217)을 연결하는 선상에 배치된다.
상기 제6 채널(290)은 제5 채널(280)을 둘러싸도록 공기극 지지체(210)를 관통한다. 여기서, 제5 채널(280)은 30개이고, 각각의 중심을 잇는 제5 가상선이 제1 정육각형(235)을 5배로 확대한 제5 정육각형(295)을 형성한다. 이때, 제5 정육각형(295)은 제1 정육각형(235)과 중심이 동일하고(동심), 제5 정육각형(295)의 꼭지점은 공기극 지지체(210)의 중심(215)과 공기극 지지체(210)의 단면상 꼭지점(217)을 연결하는 선상에 배치된다.
이때, 전해질(260)은 제5 채널(280)과 제6 채널(290)의 내측면에 추가적으로 형성된다. 구체적으로, 제6 채널(290)의 내측면에는 모두 전해질(260)이 형성되지만, 제5 채널(280)의 경우 중심이 제4 정육각형(285)의 꼭지점 및 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 제5 채널(280)의 내측면에만 전해질(260)이 형성된다. 즉, 중심이 제4 정육각형(285)의 꼭지점과 인접한 2개의 꼭지점 중앙을 형성하는 제5 채널(280)의 내측면에는 전해질(260)이 형성되지 않는 것이다. 따라서, 전채적인 채널의 배치관계를 살펴보면, 제3 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(300)와 마찬가지로 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 1개의 채널을 전해질(260)과 연료극(270)이 형성된 6개의 채널이 둘러싸는 구조가 형성된다. 결국, 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 채널에 공기가 공급되면, 다공성인 공기극 지지체(210)를 통해서 공기는 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 채널을 둘러싸는 6개의 채널 방향으로 효과적으로 확산된다. 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지(400)는 공기극 지지체(210)의 외부 뿐만 아니라 전해질(260)과 연료극(270)이 형성되지 않은 채널에 공기가 공급되므로 고체산화물 연료전지(400)의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 제5 채널(280)과 제6 채널(290)의 내측면에 형성된 전해질(260)의 내측면에는 연료극(270)이 형성된다. 또한, 상기 전해질(260)의 외측면과 공기극 지지체(210) 사이에는 공기극 기능층(267)을 형성할 수 있고, 상기 전해질(260)의 내측면과 연료극(270) 사이에는 연료극 기능층(265)을 형성할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100, 200, 300, 400: 고체산화물 연료전지
110: 연료극 지지체 115: 연료극 지지체의 중심
117: 연료극 지지체의 단면상 꼭지점 120, 220: 제1 채널
130, 230: 제2 채널 135, 235: 제1 정육각형
140, 240: 제3 채널 145, 245: 제2 정육각형
150, 250: 제4 채널 155, 255: 제3 정육각형
160, 260: 전해질 165, 265: 연료극 기능층
167, 267: 공기극 기능층 170: 공기극
180, 280: 제5 채널 185, 285: 제4 정육각형
190, 290: 제6 채널 195, 295: 제5 정육각형
210: 공기극 지지체 215: 공기극 지지체의 중심
217: 공기극 지지체의 단면상 꼭지점 270: 연료극

Claims (20)

  1. 육각기둥으로 형성되어 단면이 정육각형인 연료극 지지체;
    상기 연료극 지지체의 중심에 중심이 일치하도록 상기 연료극 지지체를 관통하는 제1 채널;
    상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제1 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제1 가상선이 상기 연료극 지지체의 단면을 일정비율로 축소한 동심의 제1 정육각형을 형성하는 6개의 제2 채널;
    상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제2 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제2 가상선이 상기 제1 정육각형을 2배로 확대한 동심의 제2 정육각형을 형성하는 12개의 제3 채널;
    상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제3 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제3 가상선이 상기 제1 정육각형을 3배로 확대한 동심의 제3 정육각형을 형성하는 18개의 제4 채널;
    상기 제2 채널의 내측면, 상기 제4 채널의 내측면 및 중심이 상기 제2 정육각형의 꼭지점를 제외한 모서리를 형성하는 6개의 상기 제3 채널의 내측면에 형성된 전해질; 및
    상기 전해질의 내측면에 형성된 공기극을 포함하고,
    상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널 및 상기 제4 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제4 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제4 가상선이 상기 제1 정육각형을 4배로 확대한 동심의 제4 정육각형을 형성하는 24개의 제5 채널; 및
    상기 연료극 지지체를 관통하여 상기 제5 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제5 가상선이 상기 제1 정육각형을 5배로 확대한 동심의 제5 정육각형을 형성하는 30개의 제6 채널;
    을 더 포함하고,
    상기 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널, 상기 제4 채널, 상기 제5 채널 및 상기 제6 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일하며,
    상기 전해질은 상기 제6 채널의 내측면 및 중심이 상기 제4 정육각형의 꼭지점 및 인접한 상기 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 상기 제5 채널의 내측에 더 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해질의 외측면과 상기 연료극 지지체 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 전해질의 외측면과 상기 연료극 지지체 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해질의 내측면과 상기 공기극의 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 전해질의 내측면과 상기 공기극의 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  11. 육각기둥으로 형성되어 단면이 정육각형인 공기극 지지체;
    상기 공기극 지지체의 중심에 중심이 일치하도록 상기 공기극 지지체를 관통하는 제1 채널;
    상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제1 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제1 가상선이 상기 공기극 지지체의 단면을 일정비율로 축소한 동심의 제1 정육각형을 형성하는 6개의 제2 채널;
    상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제2 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제2 가상선이 상기 제1 정육각형을 2배로 확대한 동심의 제2 정육각형을 형성하는 12개의 제3 채널;
    상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제3 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제3 가상선이 상기 제1 정육각형을 3배로 확대한 동심의 제3 정육각형을 형성하는 18개의 제4 채널;
    상기 제2 채널의 내측면, 상기 제4 채널의 내측면 및 중심이 상기 제2 정육각형의 꼭지점를 제외한 모서리를 형성하는 6개의 상기 제3 채널의 내측면에 형성된 전해질; 및
    상기 전해질의 내측면에 형성된 연료극을 포함하고,
    상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널 및 상기 제4 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일한 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제4 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제4 가상선이 상기 제1 정육각형을 4배로 확대한 동심의 제4 정육각형을 형성하는 24개의 제5 채널; 및
    상기 공기극 지지체를 관통하여 상기 제5 채널을 둘러싸도록, 중심을 잇는 제5 가상선이 상기 제1 정육각형을 5배로 확대한 동심의 제5 정육각형을 형성하는 30개의 제6 채널;
    을 더 포함하고,
    상기 상기 제1 채널, 상기 제2 채널, 상기 제3 채널, 상기 제4 채널, 상기 제5 채널 및 상기 제6 채널의 크기와 모양이 동일하고, 상호간격이 동일하며,
    상기 전해질은 상기 제6 채널의 내측면 및 중심이 상기 제4 정육각형의 꼭지점 및 인접한 상기 꼭지점의 중앙을 제외한 모서리를 형성하는 12개의 상기 제5 채널의 내측에 더 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면 및 상기 제4 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 채널의 단면, 상기 제2 채널의 단면, 상기 제3 채널의 단면, 상기 제4 채널의 단면, 상기 제5 채널의 단면 및 상기 제6 채널의 단면은 육각형인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 전해질의 외측면과 상기 공기극 지지체 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 전해질의 외측면과 상기 공기극 지지체 사이에 형성된 공기극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 전해질의 내측면과 상기 연료극의 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 전해질의 내측면과 상기 연료극의 사이에 형성된 연료극 기능층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
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