KR101180844B1 - 접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법 - Google Patents

접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101180844B1
KR101180844B1 KR1020097021662A KR20097021662A KR101180844B1 KR 101180844 B1 KR101180844 B1 KR 101180844B1 KR 1020097021662 A KR1020097021662 A KR 1020097021662A KR 20097021662 A KR20097021662 A KR 20097021662A KR 101180844 B1 KR101180844 B1 KR 101180844B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane electrode
fuel cell
electrode assembly
contact
cell stack
Prior art date
Application number
KR1020097021662A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090121397A (ko
Inventor
안드레아스 라이네르트
Original Assignee
스탁세라 게엠베하
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102007016905A external-priority patent/DE102007016905A1/de
Application filed by 스탁세라 게엠베하 filed Critical 스탁세라 게엠베하
Publication of KR20090121397A publication Critical patent/KR20090121397A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101180844B1 publication Critical patent/KR101180844B1/ko

Links

Images

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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282—Inorganic material
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • 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
    • 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
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료셀스택, 특별히 고체산화물연료셀(SOFC)스택의 접촉구조에 관한 것으로 적어도 하나의 애노드측의 접촉소자(28, 30)와 적어도 하나의 캐소드측의 그런 소자를 통하여 제1막전극접합체(52)의 애노드(12)와 제2막전극접합체(52)의 캐소드(16) 사이를 전기적으로 통하여 연결되도록 배열되는 인터커텍터 배치(10)를 포함하여 이루어진다. 본 발명은 애노드(12) 또는 캐소드(16)에 접하는 인터커넥터 배치(10)측인 단지 인터커넥터 배치(10)의 일측에서 소결되는 적어도 하나의 구성이 제1 또는 제2막전극접합체(52)에 연결되는 방식으로 이루어지는 결과 소결되는 구성(20)의 신터링에 의해 애노드측 또는 캐소드측의 접촉소자(28, 32)를 통하여 전기적으로 통하는 연결이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 그러한 접촉구조를 형성하는 연료셀스택 결합방법에 관한 것이다.
본 발명은 더 나아가 연료셀스택, 특별히 고체산화물연료셀(SOFC)스택에 관한 것으로 상기의 접촉구조를 포함하여 이루어지며 바람직하게는 전술한 방법에 따라 결합되는 연료셀스택에 관한 것이다.
인터커넥터 배치, 막전극접합체, 글라스세라믹실

Description

접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법 {Contact arrangement and method for assembling a fuel cell stack from at least one contact arrangement}
본 발명은 연료셀스택의 접촉구조(contact arrangement)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터커넥터 배치(interconnector arrangement)를 가지는 고체산화물연료셀(SOFC)스택에 관한 것이다.
종래에는, 여러 개별적 연료셀, 및 막전극접합체(membrane electrode assembly)는 하나의 연료셀 자체가 공급하는 것보다 더 강력한 전력을 얻기 위하여 소위 연료셀팩 또는 연료셀스택으로 결합된다. 그렇게 함으로써 연료셀스택에 인접한 연료셀들은 그들을 연결시키는 인터커넥터 배치(interconnector arrangement)로 인하여 전기적으로뿐만 아니라 기계적으로 서로 연결된다. 인터커넥터 배치를 통한 상기의 개별 연료셀의 결합으로 인하여 전기적으로 직렬로 연결되도록 서로서로 쌓이게 되어, 연료셀스택을 형성한다. 일반적으로, 종래 기술에 의하면 인터커넥터 배치에는 가스분배 구조(gas distributor structure)가 형성되고, 가스분배 구조를 통하여 공급가스들은 각각의 막전극접합체에 전달된다. 이를테면 이러한 가스분배 구조는 인터커넥터 배치의 하우징부(housing part)에 의해 일부분이 형성될 수 있 다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 인터커넥터 배치의 하우징부에 통상적으로 가스 채널(channel)의 채널벽을 형성하는 벌지(bulge)나 바(bar)와 같이 연장되는 리세스(recess)가 제공된다. 또 다른 채널벽 부분은 연료셀스택의 인터커넥터 배치가 마운트된(mounted) 상태에서 예를 들면 일부분이 막전극접합체에 의해서, 특히 인접한 막전극접합체의 애노드 또는 캐소드에 의해서 형성되는데, 양쪽 채널벽 부분으부터 하우징부 아래위로 가스 채널을 생성하기 위함이다. 그런 연료셀스택의 가스분배 구조들은 자주 매니폴드라 칭한다. 이러한 매니폴드는 각 막전극접합체에 공급되는 연료가스가 대응되는 전극 공간(space)에 따라 분배되도록 하는 기능을 수행한다.
일반적으로 연료셀스택은 주로 철재(ferritic material)로 만들어진다. 이 철재는 고온에서 기계적 안정성(mechanical stablility)이 저조하여, 플로잉(flowing)이나 크리피지(creepage)를 동반한 변형을 가져올 수 있다. 이는 특별히 얇은 벽의 판금(thin-walled sheet metal)을 프레스한 구조에 의해서 빈 공간이 형성될 때 발생되는 현상이며, 가스 채널을 갖는 위에서 언급한 가스분배 구조도 이런 현상에 해당된다. 그러한 변형을 방지하기 위하여 스페이스(spacer), 및 거리편(distant piece)이 대응하는 빈 공간에 자주 삽입되는데, 인터커넥터 배치의 하우징부와 막전극 사이에 제공되어 연료셀스택의 안정성에 기여하게 된다. 종래에 이미 알려진 인터커넥터 배치의 실시 예에 따르면 연료셀 스택 주위의 가장 자리에서 연장되며 특별히 매니폴드(manifold) 주위의 환상 구조(annular construction) 인 프레임을 제공하는데, 매니폴드는 적어도 일부분은 인터커넥터 결합(assembly)의 하우징부의 판재로부터 직접 생산된다. 텐션(tension) 하에 놓여 있는 연료셀스택에서 힘의 유동(force flow)은 주로 이러한 지역을 통하여 안내되는데, 즉 예를 들면 가장자리 지역의 환상 구조를 통하여 안내된다. 그러한 힘의 유동의 안내, 및 힘의 전달은 대부분 가장자리 지역의 프레임을 통하여 이루어지며, 더 적은 정도로는 연료셀스택의 매니폴드의 중심부위를 통해 이루어지지만, 힘의 유동의 안내 및 힘의 전달은 여러 가지로 심각한 단점을 가져온다. 예를 들면 힘의 유동은 연료셀스택의 가장자리 지역에서 제공되는 실링(sealing) 물질을 통하여 진행되는데, 실링 물질은 개별적인 연료셀이나 막전극접합체와 인터커넥터 배치 사이의 홈(groove)에 각각 배열되며, 대부분 글라스 세라믹(glass ceramic)으로 형성된다. 그러나 글라스 세라믹은 특별히 높은 온도에서 셀스택이 작동되는 동안 크리피지(creepage)나 플로잉(flowing)을 동반하는 경향이 있다. 그러므로 연료셀스택의 가장자리 부분에 있는 실(seal)과 좀 더 내부에 놓여진 연료셀스택의 활성화 영역(active area)의 전기접촉 특히 접촉소자(contact element)는 인터커넥터 배치를 통하여 가장자리에 배열되는 실(seal)과 항상 경쟁하고 있다. 특히 연료셀스택의 결합(assembling)시에 글라스 세라믹 실(seal)을 사용함에 따른 단점이 발생하는데, 이는 도 1과 2를 참조하여 좀 더 자세히 설명될 것이다. 도 1은 종래의 연료셀스택의 결합이 진행되기 전(前) 단면을 개략적으로 보여준다. 반면에 도 2는 결합이 진행된 후 특별히 신터링(sintering) 과정이 수행된 후 도 1의 연료셀스택의 단면을 개략적으로 보여준다.
일반적으로 신터링(sintering), 및 신터(sinter) 과정은 주된 성형생산방법(forming production method)이다. 신터링(sintering)동안 일반적으로 특히 다수의 분말이 같은 방법으로(in such a way) 먼저 성형되는 결과 적어도 분말입자(powder particle), 및 분말그레인(powder grain)의 최소응집력(minimal cohesion)이 주어진다. 먼저 프레스된(pre-pressed) 소위 말하는 그린바디(green body)는 다음 단계로 용해온도 이하에서 열처리(heat treatment)를 이용하여 압축되고 경화된다. 그린바디(green body)의 제조는 다량의 분말을 프레스하거나 성형(forming)후 건조(drying)에 의해서 수행된다. 신터(sinter) 과정은 일반적으로 3가지의 상태(phase)로 진행되며, 각 상태 동안 그린바디(green body)의 다공성(porosity)과 부피(volume)가 실질적으로 감소된다. 첫 번째 상태에서는 단순히 그린바디(green body)의 압축이 발생되는 반면 두 번째 상태에서는 열린 다공성이 상당히 감소한다. 신터바디(sinter body)의 고형성(solidity)은 세 번째 상태에 형성되는 신터넥(sinterneck)에 기반을 두는데, 이는 분말입자 사이의 표면확산(surface diffusion)때문에 발생한다.
그러나 예를 들어 글라스, 및 글라스 세라믹이 소결되도록 결합하는 경우 프레스된 사전성형품(pre-form), 및 사전에 프레스된 그린바디(green body)는 일반적으로 사용되지 않는다. 이런 경우에 바람직한 수단은 필름캐스팅(film casting), 및 테이프캐스팅(tape casting)이나 프린터 가능한 템플레이트(template)나 도포형 페이스트(dispensable paste)를 이용하여 제조되는 필름이다. 이것은 바인더(binder)를 포함하여 이루어지므로 우선 신터(sinter) 과정 전에 바인더의 제거가 수행된다. 특별히 세라믹부(ceramic part), 및 글라스 세라믹의 바인더가 제거된 후 화이트 피스(white piece) 또는 화이트바디(white body)라고 칭하는 것이 얻어진다. 이것은 매우 다공성이며 최소의 고형성을 가진다. 바인더를 제거한 후 화이트바디(white body)는 압축되는 결과 신터링(sintering) 과정 후에 대응하는 고형성을 얻게 된다.
도 1과 2에서 일부 보여지는 연료셀스택, 특히 고체산화물연료셀(SOFC)스택은 바이폴러플레이트(bipolar plate), 및 인터커넥터 배치(10'), 막전극접합체(52')뿐만 아니라 애노드 접촉소자와 캐소드 접촉소자(28', 30')를 포함하여 이루어진다. 더 나아가 도 1과 2에서 보여지는대로 글라스실소자(glass seal element)(20')의 형태로 소결되는 글라스접합부(glass assembling part)가 막전극접합체(52')의 윗부분과 아랫부분에 각각 제공된다. 그러므로 종래기술에 의하면 글라스세라믹실(glass ceramic seal)(20')은 막전극접합체(52')의 양쪽에 배치되는 것이 의도된다. 신터링(sintering) 동안 고려되는 글라스세라믹실(20')의 수축으로 인하여 화이트(white) 상태에서는 막전극접합체(52')의 애노드 전극(12')이나 캐소드 전극(16')과 접촉소자(28', 30') 사이의 사이공간(intermediate space)이 존재하는데, 즉 도 1에 보여지는 상태에서는 접촉소자(28', 30')가 아직 막전극접합체(52')의 대응되는 전극(12', 16')과 접촉되지 못하였기 때문에 대응되는 인커넥 터 배치를 통하여 전기적으로 연결되도록 아직 이루어지지 못한다. 결합(assembling), 및 신터링(sintering) 과정이 수행된 후에야 특히 점성유동(viscous flowing)뿐만 아니라 신터링(sintering)에 의한 글라스세라믹실(20')의 수축 때문에 각각의 인터커넥터 배치(10')의 대응되는 접촉소자(28', 30')를 통하여 전기적으로 연결되도록이 비로소 이루어진다. 이것은 연료셀스택의 영구적인 기계적하중(mechanical load), 및 연료셀스택의 텐션(tension) 하에서 발생하는데, 그렇게 되지 않는다면 글라스세라믹실(20')의 측면수축(lateral shrinkage)이 발생하며, 이것은 누출(leakage)을 일으킨다. 대응되는 인터커넥터 배치(10')를 통하여 전기적으로 연결되도록 제작하는 것은 단지 고온에서의 신터링(sintering)과 점성유동(viscous flowing)에 의한 글라스세라믹실(20')의 증착(deposition) 이후에 일어난다. 그러나 접촉소자(28', 30')의 신터링(sintering)을 수행하기에는 결합온도가 너무 낮다. 그러므로 인터커넥터 배치(10')와 막전극접합체(MEA)의 전기적 연결은 일반적으로 단지 포스클로우저(force closure)에 의해서만 달성된다. 여기서 단지 인터커넥터 배열(10')의 접촉소자(28', 30')의 접촉표면(contact surface)의 제한적인 적응(limited adaptation)이 발생된다. 그러므로 폼클로우저(form closure)뿐만 아니라 접촉소자(28', 30')와 막전극접합체(52') 사이의 접착바운드(adhesive bound)도 존재하지 않는다. 한 걸음 더 나아가 도 1과 2에서 부분적으로 보여지는 연료셀스택(52')의 구조는 극도로 복잡한데, 인터커넥터 배치 내의 가스분배 구조를 위한 실링의 건전성(soundness)을 보장하기 위하여 막전극접합체(52')의 양쪽의 글라스세라믹실(20')에 의해 형성되는 글라스프레임(glass frame)이 제공되기 때문 이다. 게다가 구조 때문에 글라스세라믹실(20')과 접촉표면, 및 막전극접합체(52')의 양쪽의 접촉소자(28', 30')에서 상이한(disparate) 기계적 저항(mechanical resistance)이 막전극접합체(52')에서의 벤딩 모멘트로 이어진다. 이것은 막전극접합체(52')의 파손(breakage)에 이르며, 이것은 일반적으로 매우 부서지기 쉽다. 이는 예를 들면 애노드 접촉소자로 형성되는 니켈폼(nickel foam)(28')은 글라스세라믹실(20')과 캐소드 접촉소자(30'), 및 니켈폼(28')에 대향되는(opposing) 접촉바(contact bar) 보다 부드럽게 형성 되어져 있는 경우이다. 접촉바(30')는 막전극접합체(52')의 가장자리에서 그들 자신을 니켈폼(28') 안으로 밀어낸다. 이것이 막전극접합체(52')의 파손을 유발한다.
본 발명은 연료셀스택의 접촉구조(contact arrangement)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 애노드(anode)측에 배치된 적어도 하나의 접촉소자와 캐소드(cathode)측에 배치된 적어도 하나의 접촉소자를 통하여 제1막전극접합체(first membrane electrode assembly)의 애노드와 제2막전극접합체(second membrane electrode assembly)의 캐소드 사이가 전기적으로 연결되도록 배열되는 인터커넥터배치(interconnector arrangement)를 가지는 고체산화물연료셀(SOFC)스택에 관한 것이다.
덧붙여, 본 발명은 연료셀스택의 결합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 애노드측에 배치된 적어도 하나의 접촉소자와 캐소드측에 배치된 적어도 하나의 접촉소자를 통하여 제1막전극접합체의 애노드와 제2막전극접합체의 캐소드 사이가 전기적으로 연결되도록 배열되는 인터커넥터 배치를 포함하여 이루어지는 적어도 하나의 접촉구조로부터 고체산화물연료셀(solid oxide fuel cell)스택의 결합방법에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 연료셀스택에 관한 것으로, 특히 고체산화물연료셀스택에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 일반적인(generic) 접촉구조와 연료셀스택의 결합방법을 향상시켜 상기에 언급된 문제점이 적어도 부분적으로 극복되고 특별히 연료셀스택의 막전극접합체의 파손 위험을 낮추는 것이다.
이 목적은 독립항의 특징에 의해 해결된다.
발명의 바람직한 실시 예와 전개(development)는 종속항에 나타난다.
본 발명에 의한 접촉구조는 일반적인(generic) 종래기술에 더하여 단지 애노드나 캐소드와 접하는(facing) 인터커넥터 배치측(side of the interconnector arrangement)인 인터커넥터 배치의 단지 한쪽에 배열되며, 적어도 한 구성(component)이 소결되는데 이것은 애노드측 혹은 캐소드측의 접촉소자를 통한 전기적인 연결이 소결되는 구성의 신터링(sintering)을 이용하여 이루어지는 방식으로 제1 혹은 제2막전극접합체와 연결된다. 그러므로 예를 들면 단지 하나의 글라스세라믹실, 및 단지 하나의 글라스세라믹실프레임(glass ceramic seal frame)이 막전극접합체(MEA)의 한 전극측, 및 인터커넥터 배치에서 소결되는데, 특히 애노드 공간(anode space)을 실링(sealing)하기 위해 애노드측에서 소결되어지는 구성(component)으로서 제공되므로 연료셀스택의 구조는 상당히 단순화되며, 소결되는 결과 대응되는 접촉소자(corresponding contact element)가 글라스세라믹실의 수축(shrinkage)과 점성유동(viscous flowing)에 의한 막전극접합체(MEA)와 인터커넥터 배치 사이가 전기적으로 통하도록 연결을 이룬다. 그러므로 신터(sinter) 과정은 대응되는 접촉소자의 접촉형성(contact forming)을 위한 기초(basis)를 제공하는데, 특히 수축 과정과 점성유동 동안 안정화(settling)때문에 대응되는 막전극접합체(corresponding membrane electrode assembly)의 애노드를 가지는 애노드 접촉소자의 접촉형성을 위한 기초를 제공한다. 만약 예를 들면 애노드 접촉소자로 니켈폼(nickel foam)이 부드럽고(soft) 가단성이면(malleable) 폼클로우저(form closure)는 얻어진다. 한층 더 나아가 예들 들면 애노드 접촉소자로 적합한(suitable) 물질(material)과 함께 애노드 접착결합(adhesive bond)이 달성되는데, 이를테면 애노드 접촉소자로 니켈폼(nickel foam)과 대응되는 막전극접합체(MEA)의 니켈애노드가 확산과정(diffusion process)에 의해 결합되는 경우에 접착결합(adhesive bond)은 달성된다. 이러한 연료셀스택 구조에서는 캐소드측의 전기적으로 통하는 연결은 바람직하게도 대응되는 접촉소자를 통하여 이미 상온에서 실현될 수 있고, 인터커넥터 배치는 캐소드측 접촉소자를 통하여 대응되는 막전극접합체(MEA)와 배타적으로(exclusively) 연결되므로, 기계적 결합(mechanical coupling)에 이어 전기적으로 통하는 연결을 제공한다. 여러 개의 그러한 캐소드측 접촉소자가 있는 경우 막전극접합체의 전체표면(complete surface)에 대한 막전극접합체의 균질한(homogeneous) 기계적 프레싱(mechanical pressing)이 가능한데, 특히 캐소드측에 가능하다. 특별히 인터커넥터 배치는 배타적으로 연료셀스택의 활성부위(active region)에서 캐소드측 접촉소자를 통하여 막전극접합체의 캐소드와 연결되는데, 즉 적어도 그 지역에서 인터커넥터 배치와 막전극접합체의 전기적인 접촉이 이루어진다. 바람직하게는 인터커넥터 배치 및 바이폴러플레이트(bipolar plate)는 메탈시트카세트디자인(metal sheet cassette design)이나 소위 원플레이트디자인(one-plate-design)의 형태로 제작되는 연료셀스택의 구조(construction)에 사용되는데, 이는 최종윤곽(final contour), 및 니어넷세이프(near-net shape)에 가까운 제작을 이용하여 행해진다. 이미 언급한 결합부(assembling part)는 특히 소위 내부결합(interior assembly)이나 막전극접합체 결합(assembly), 및 접합(joining)이다. 기정 사실로 연료셀스택에서는 다른 혹은 여분의 결합지점(assembling location)이 제공되는데, 예를 들면 매니폴드실(manifold seal)인데, 매니폴드실의 설계와 제작은 막전극접합체(MEA) 결합에 맞춰져야만 한다. 본 발명의 접촉구조에서는 이미 상온에서 존재하는 막전극접합체(MEA) 캐소드측과의 순간접촉(instantaneous contact)에 의한 캐소드 접촉소자가 상온에서 형성되며 이상적인 경우로는 글라스세라믹실의 신터(sinter) 과정 동안 폼클로우저(form closure) 및/또는 접착본드(adhesive bond)와 캐소드가 결합되는 연료셀스택 구조를 제공한다. 용매(solvent) 또는 모이스트페이스트(moist paste)의 사용은 이런 효과를 향상시키고 지지한다. 특히 연료셀스택의 구조는 단지 하나의 프레임 같은 글라스결합, 및 글라스세라믹실이 애노드측에 형성되기 때문에 이에 의해 실질적으로 단순화된다. 그러므로 이렇게 결합된 연료셀스택은 막전극접합체의 파손을 가능한 피할 수 있다는 점에서 높은 수준의 기계적부하용량(mechanical load capacity)을 보여준다.
본 발명에 따른 접촉구조는 더 나아가 소결되는 구성이 단지 애노드에 접하는 인터커넥터 배치측(side of the interconnector arrangement)에 배열되는 방식으로 유리하게 전개된다. 이미 상기에서 언급한 바와 같이, 바람직하게는 글라스세라믹실이 대응되는 막전극접합체의 애노드와 인터커넥터 배치 사이에 배열되는데, 특히 인터커넥터 배치의 바이폴러플레이트부(bipolar plate part)에 배열되며 소결되는 구성으로 소결된다.
한 걸음 더 나아가 본 발명에 의한 접촉구조는 인터커넥터(interconnector) 배치가 접촉소자를 통하여 캐소드에 접하는 측의 제2막전극접합체에 배타적으로 연결되어 구성될 수 있다. 그 점에 있어서 대응되는 접촉소자와 대응되는 막전극접합체의 캐소드와의 연결(coupling)은 이미 상온에서 수행되고, 이상적인 경우는 폼클로우저(form closure) 및/또는 접착본드(adhesive bond)의 신터링(sintering) 과정 동안에 대응되는 막전극접합체의 캐소드에 연결된다. 단지 인터커넥트 배치의 애노드측의 일측(one side)에 소결되는 글라스세라믹실이 제공되고, 반면에 인터커넥터 배치의 캐소드측의 타측(the other side)에 이미 캐소드측에 배열된 접촉소자인 캐소드 접촉소자와 대응되는 막전극접합체의 기계적인 연결(mechanical coupling)이 존재한다는 점 때문에, 이와 같이 폼클로우저(form closure) 및/또는 적어도 캐소드 접착소자의 접착본드(adhesive bond)가 달성된다.
더 나아가 본 발명의 접촉구조는 소결되는 구성이 글라스세라믹실에 의해 형성되도록 구현될 수 있다. 상세하게는 글라스세라믹실은 특히 막전극접합체(MEA)의 전해질(electrolyte)인 막전극접합체의 원주(circumference)를 따라 본질적으로(essentially) 연장되는 프레임 같은(frame-like) 글라스세라믹실로 형성된다.
부차적으로 본 발명의 접촉구조는 애노드에 접하는 인터커넥터 배치측에 적어도 하나의 접촉소자가 제1막전극접합체와 전기적으로 통하는 연결을 이루기 위한 니켈폼(nickel foam)으로 형성되도록 설계된다.
더욱이, 본 발명의 접촉구조는 캐소드에 접하는 인터커넥터 배치의 다수 개의 전기적으로 통하는 접촉소자가 제공되고, 캐소드측에 제공되는 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자는 제2막전극접합체와의 연결을 위해 제2막전극접합체 캐소드 전 영역에 규칙적으로(regularly) 배열되도록 구현될 수 있다. 이 경우 캐소드는 바람직하게 매우 넓은 면적으로 형성되는데, 특별히 막전극접합체(MEA)의 캐소드는 면적(area)에 관하여 애노드보다 더 넓다. 이러한 관계에서는 특별히 캐소드를 막전극접합체의 전해질과 거의 같은 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 캐소드 접촉소자, 및 캐소드 접촉바(contact bar)는 막전극접합체의 전체 면적에 배열되며, 바람직하게는 서로서로 일정한 간격을 가지도록 배열되며, 상기 면적은 연료셀의 적층(stacking) 방향으로 보이듯이 캐소드 면적이나 전해질 면적에 거의 대응한다. 특별히 캐소드유동필드(cathode flow field)는 캐소드와 캐소드 접촉바뿐만 아니라 인터커넥터 배치의 하우징부(housing part)에 의해서 형성된다. 캐소드 접촉바는 분리된 부분으로 형성될 뿐만 아니라 인터커넥터 배치의 하우징부에 구조적으로 통합되나, 양쪽의 조합(combination)은 가능하다. 캐소드유동필드는 적어도 일부분이 인터커넥터 배칭의 하우징부로부터 직접 바에 의해 형성되어, 어떤 전기적으로 통하는 얇은 층을 통하여 대응되는 막전극접합체(MEA)에 접촉되도록 실시 예를 구상하는 것이 또한 가능하다. 그런 층은 대응되는 바 위에 코팅되는데 예를 들면 롤코팅(rollcoating)이나 스프레이코팅(spraycoating)의 코팅 기술을 이용한다. 그 반면에 애노드유동필드(anode flow field)는 예를 들면 폼구조(foam structure)에 의해 형성되는데, 바람직하게는 니켈로부터 형성된다. 애노드유동필드는 또한 구조적으로 인터커넥터 배치에 통합될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 조합이 가능하다.
바람직하게는 본 발명의 접촉구조는 더 나아가 각각의 막전극접합체의 캐소드 면적이 각각의 막전극접합체의 전해질 면적에 상응하도록 전개될 수 있다.
이러한 상황에서는 캐소드 면적 및/또는 각각의 막전극접합체의 면적이 각각의 막전극접합체의 애노드 면적보다 더 크도록 본 발명의 접촉구조를 상상하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법은 일반적인(generic) 종래기술에 더하여 단지 애노드나 캐소드와 접하는(facing) 인터커넥터 배치측(side of the interconnector arrangement)인 인터커넥터 배치의 단지 한쪽에 배열되며, 적어도 한 구성이 소결되는데 이것은 애노드측 혹은 캐소드측의 접촉소자를 통하여 전기적으로 통하는 연결이 소결되는 구성의 신터링(sintering)을 이용하여 이루어지는 방식으로 제1 혹은 제2막전극접합체와 연결된다. 그 때문에 본 발명의 접촉구조에서 설명된 장점이 동일하거나 유사한 방법으로 달성되는데, 이러한 이유로 반복을 피하기 위하여 본 발명의 접촉구조의 대응되는 설명부분이 참조 된다.
마찬가지로 본 발명의 방법의 뒤따르는 바람직한 실시 예는 유사하게(analogously) 유효하므로, 이 점에 있어서 반복을 피하기 위하여 본 발명의 접촉구조의 대응되는 설명부분이 참조 된다.
본 발명의 방법은 소결되는 구성을 단지 애노드에 접하는 인터커넥터 배치측에 배열하는 방식으로 유리하게 전개된다.
더 나아가 본 발명에 방법은 인터커넥터(interconnector) 배치가 접촉소자를 통하여 캐소드에 접하는 측의 제2막전극접합체에 배타적으로 연결되어 구현될 수 있다.
게다가 본 발명의 방법은 글라스세라믹실을 소결되는 구성으로 신터링(sintering)하는 것에 의해 전기적으로 통하는 연결을 제조하도록 설계될 수 있다.
더욱이 본 발명의 방법은 제1막전극접합체와 전기적으로 통하는 연결을 이루기 위하여 애노드에 접하는 인터커넥터 배치측에 적어도 하나의 접촉소자가 니켈폼(nickel foam)으로 형성되도록 구현될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 방법은 캐소드에 접하는 인터커넥터 배치의 다수 개의 전기적으로 통하는 접촉소자가 제공되고, 캐소드측에 제공되는 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자는 제2막전극접합체와의 연결을 위해 제2막전극접합체 캐소드 전 영역에 규칙적으로(regularly) 배열되도록 설계된다.
바람직하게는 본 발명의 접촉구조는 더 나아가 각각의 막전극접합체의 캐소드 면적이 각각의 막전극접합체의 전해질 면적에 상응하게 형성되도록 전개될 수 있다.
이러한 상황에서 캐소드 면적 및/또는 각각의 막전극접합체의 면적이 각각의 막전극접합체의 애노드 면적보다 더 크도록 본 발명의 방법이 바람직하게 구현된다.
본 발명에 의한 연료셀스택은 적어도 하나의 본 발명에 의한 접촉구조를 포함하여 이루어지며 바람직하게는 본 발명의 방법에 따라 결합 된다. 이 점에서 본 발명의 접촉구조에서 설명된 대로 동일한 장점이 유사한 방법으로 달성된다.
도 1은 결합 방법을 수행 하기 전 종래기술에 따른 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 연료셀스택의 결합 방법이 수행된 후 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 결합 방법을 수행 하기 전 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 결합 방법을 수행된 후 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 결합방법이 수행된 후 다수의 막전극접합체와 인터커넥터 배치를 가지는 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10' : 인터커넥터 배치(interconnector arrangement)
12' : 막전극접합체의 애노드(anode of the membrane electrode assembly)
14' : 막전극접합체의 전해질(electrolyte of the membrane electrode assembly)
16' : 막전극접합체의 캐소드(cathode of the membrane electrode assembly)
20' : 막전극접합체 아래위의 글라스세라믹실(glass ceramics seal above and below the membrane electrode assembly)
26' : 하우징부(housing part)
28' : 니켈폼(nickel foam)
30' : 접촉바(contact bar)
32' : 가스채널(gas channel)
52' : 막전극접합체(membrane electrode assembly)
10 : 인터커넥터 배치(interconnector arrangement)
12 : 막전극접합체의 애노드(anode of the membrane electrode assembly)
14 : 막전극접합체의 전해질(electrolyte of the membrane electrode assembly)
16 : 막전극접합체의 캐소드(cathode of the membrane electrode assembly)
20 : 글라스세라믹실(glass ceramics seal)
26 : 하우징부(housing part)
28 : 니켈폼(nickel foam)
30 : 접촉바(contact bar)
32 : 가스채널(gas channel)
34 : 연료셀스택(fuel cell stack)
52 : 막전극접합체(membrane electrode assembly)
본 발명의 바람직한 실시 예는 아래의 대표적인 도면에 의하여 기술된다. 도면은 아래와 같다.
도 1은 결합 방법을 수행 하기 전 종래기술에 따른 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 도시된 연료셀스택의 결합 방법이 수행된 후 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면, 도 3은 본 발명의 결합 방법을 수행 하기 전 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면, 도 4는 본 발명의 결합 방법을 수행된 후 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면, 도 5는 본 발명의 결합방법이 수행된 후 다수의 막전극접합체와 인터커넥터 배치를 가지는 연료셀스택의 단면의 개략적인 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 연료셀스택(34)의 단면을 개략적으로 묘사하고, 상세하게는 본 발명의 결합방법을 실시하기 전 고체연료산화물연료셀(SOFC)스택을 나타내고 있다. 특 별히 도 3에서 막전극접합체(MEA)(52)와 막전극접합체(MEA)(52)의 아래와 위에 배치되며 두 개의 부분으로 보여지는 연료셀스택(34)의 인터커넥터 배치(10)가 나타나있다. 도 3에서 부분적으로 보여지는 연료셀스택(34)에서는 연료셀스택의 구성이 신터링(sintering)에 의해 결합되거나 접합되는데, 이는 아래에 좀 더 자세히 설명되며 소위 화이트상태(white state)이다. 이는 연료셀스택(34)의 구성들이 신터링(sintering)에 의해 결합되어 소위 화이트바디(white body)가 됨을 의미한다.
그 반면에 도 4는 본 발명의 결합방법이 수행된 후 도 3에 도시된 연료셀스택(34)의 단면을 개략적으로 보여 주는 것이며, 특히 신터링(sintering)후 연료셀스택(34)의 구성들이 결합되는데 이는 아래에 좀 더 자세히 기술된다.
우선 결합된 상태의 연료셀스택(34)의 기본 구조는 도 3과 4에서 본 발명이 수행되는 것을 자세히 설명하기 전에 도 5에 의해서 좀 더 자세히 설명되어 진다. 도 5는 본 발명의 결합방법이 수행된 후 다수의 막전극접합체(52)와 다수의 인터커넥터 배치(10)를 가지는 연료셀스택(34)의 단면을 개략적으로 보여준다. 도 5에서는 일 예로 3개의 막전극접합체(MEA)와 두 개의 완전한 인터커넥터 배치가 일 예로 보여진다. 연료셀스택(34)은 막전극접합체(52)와 인터커넥터 배치(10)로 각각 구성되는 다수의 반복단위(repetitive unit)를 포함하여 이루어진다. 도 5에는 특히 두 개의 완전한 반복단위가 나타난다. 그러나 연료셀스택(34)은 임의의 다수의 반복단위로 구성되어 질 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 인터커넥터 배치(10)는 보통 두 개의 이웃한 막전극접합체(52) 사이에 배치되는데, 막전극접합체(52)는 애노드(12), 전해질(14)뿐만 아니라 캐소드(16)를 포함하여 이루어진다. 상세하게는 본 명세서의 범위 내에서 각각의 막전극접합체(52)와 막전극접합체(52)의 애노드(12)와 연결되는 인터커넥터 배치(10)는 연료셀스택(34)의 반복유닛(repetitive unit)을 형성한다.
도 5에 의하여 완전히 도시된 인터커넥터 배치(10)에 의하여 관찰할 수 있는 것 처럼, 각각의 인터커넥터 배치(10)는 하우징부, 및 바이폴러플레이트부(bipolar plate part)(26)를 포함하여 이루어지며, 도 5에서 보여주는 대로 상측(top side)에서 직접적으로 글라스세라믹실(20)을 통하여 인터커넥터 배치(10) 위에 배열되는 막전극접합체(52)의 전해질(14)에 연결된다. 더욱이 하우징부(26)는 하측(lower side)에서 그것에 부착되는 다수의 접촉바(30)를 통하여 인터커넥터 배치(10) 아래에 배열되는 막전극접합체(52)의 캐소드(16)에 배타적으로 연결된다. 그 때문에 임의의 수의 접촉바(30)가 사용될 수 있다. 하우징부(26), 글라스세라믹실(20)과 애노드(12) 뿐만 아니라 일부 전해질(14)은 사이공간(intermediate space)을 형성하고, 그곳에는 니켈폼(28)이 수용되며 이 거품은 사이공간을 일부 채운다. 하우징부(26)의 하측에, 다시 말하면 하우징부(26)와 아래 막전극접합체(52) 사이에 하우징부(26)의 하측에 제공되는 접촉바(30)와 아래 막전극접합체(52)에 의하여 각각의 가스관(gas channel)(32)이 형성된다. 이런 경우에 바람직하게 산소가 풍부한 가스 또는 순수한 산소가 가스채널(32)을 통하여 안내되며, 반면 수소가 풍부한 가스나 순수한 수소는 니켈폼(nickel foam)(28)과 사이공간(intermediate space)을 통해 안내된다. 더 나아가 도 5에서 알 수 있는 것처럼 각각의 막전극접합체(52)의 애노드(12)는 도 5에서는 왼쪽방향인, 연료셀의 접착방향에 수직하게 연장되는데, 이것은 연료셀스택(34)의 원주영역(circumferential region)에서 사이공간을 한정한다. 그 반면에 전해질(14)과 캐소드(16)는 반경방향으로(radially) 거의 글라스세라믹실(20)의 바깥 원주까지 확장된다. 연료셀스택(34)의 가스 입구(gas inlet), 및 매니폴드 부분은 반경방향으로 더 나아가 외부에 놓이는데 이 경우에서는 보여지지 않는다. 그러므로 연료셀의 접착방향으로 보이듯이 전해질(14)과 캐소드(16)는 근본적으로 같은 투영된(projected) 면적을 가지는 반면, 애노드(12)의 면적은 전해질(14)과 캐소드(16)의 면적과 비교시 실질적으로 작다.
본 발명의 연료셀스택의 결합방법은 다음과 같이 설계된다. 도 3에서 보여지듯이, 인터커넥터 배치(10)의 하우징부(26)와 애노드(12) 사이에 배열되는 니켈폼(28)은 전기적으로 통하는 연결이며 단지 하우징부(26)와의 기계적 연결이다. 이것은 도 3에 보여지는 연료셀스택의 단면의 글라스세라믹실이 신터링(sintering)이 수행되기 전 연료셀의 적층방향으로 니켈폼(nickel foam)(28)과 애노드(12)의 두께 보다 큰 두께를 가지기 때문이다. 그 반면에 막전극접합체(52)의 상측의 접촉바가 신터링(sintering) 이전에 이미 막전극접합체(52)의 캐소드(16) 뿐만 아니라 더 나아가 인터커넥터 배치의 하우징부(26)와 기계적인 연결뿐만 아니라 전기적으로 통하는 연결이 이루어진다. 도 4에서 보여지듯이 신터링(sintering)후 막전극접합 체(52)의 애노드(12)와 하우징부(26)는 신터링(sintering)과 글라스세라믹실(20)의 점성유동(viscous flowing)때문에 니켈폼(28)을 통하여 전기적으로 통하도록 연결되며 더 나아가 서로 기계적으로 연결된다. 그 반면에 막전극접합체(52)의 캐소드측이 상측에서 직접 그리고 배타적으로 부가적인 인터커넥터 배치(10)의 접촉바(30)와 연결되어 전기적으로 통하는 연결뿐만 아니라 기계적인 연결이 변화없이 지속되도록 유지된다. 여기서 대응하는 막전극접합체(52)의 캐소드측에 배열되는 접촉바(30)는 글라스세라믹실(20)의 신터링(sintering) 과정 동안 폼클로우저(form closure) 및/또는 접착본드(adhesive bond)와 함께 대응하는 막전극접합체(52)에 결합된다.
도 3에서 5까지 적어도 부분적으로 보여지는 연료셀스택의 배열(geometry)은 오히려 단순화 되었고 도식화되었다는 점이 주목된다. 실례가 되는 목적을 위해 도 3에서 5에 있어서 예를 들면 연료셀스택의 접착방향으로의 글라스세라믹실(20)의 두께는 신터링(sintering) 이전에는 니켈폼(nickel foam)(28)과 애노드(12)의 두께보다 크며, 신터링(sintering) 후에는 니켈폼(28)과 애노드(12)의 두께와 동일하다. 그러나 글라스세라믹실(20)의 두께는 바람직하게는 오히려 얇게 설계된다. 니켈폼(28)을 접촉시키기 위해 필요한 높이보상(height compensation)은 다른 요소를 대응되게 설계하는 것에 의해 가능한데, 예를 들면 바이폴러플레이트(bipolar plate)는 두꺼운 가장자리 영역, 및/또는 리세스드유동필드(recessed flow field)로 실현될 수 있다.
앞의 명세서, 도면뿐만 아니라 청구항에 기술된 본 발명의 특징은 개별적으로나 조합되어 구현되는 것과 관련된다.
본 발명은 연료셀스택의 접촉구조와 결합방법에 관한 것으로, 연료셀스택을 이용하는 산업 분야에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 애노드측의 애노드 접촉소자와 적어도 하나의 캐소드측의 캐소드 접촉소자를 통하여 제1막전극접합체(52)의 애노드(12)와 제2막전극접합체(52)의 캐소드(16) 사이가 전기적으로 연결되도록 배열되는 인터커텍터 배치(10)를 가지는 연료셀스택, 더욱 상세하게는 고체산화물연료셀(SOFC)스택의 접촉구조에 있어서,
    단지 애노드(12) 또는 캐소드(16)에 접하는 인터커넥터 배치(10)의 일측에서 소결되는 적어도 하나의 구성이 제공되어 제1 또는 제2막전극접합체(52)에 연결되는 결과 소결되는 구성(20)의 신터링에 의해 애노드측 또는 캐소드측의 접촉소자(28, 32)를 통하여 전기적으로 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    소결되는 구성(20)이 단지 애노드(12)에 접하는 인터커넥터 배치(10)측에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    캐소드에 접하는 측의 인터커넥터 배치(10)가 접촉소자(30)를 통하여 제2막전극접합체(52)에 배타적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    소결되는 구성이 글라스세라믹실(20)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제1막전극접합체(52)와 전기적으로 통하는 연결을 이루기 위해 니켈폼으로 형성되는 적어도 하나의 접촉소자(28)가 애노드(12)에 접하는 인터커넥터 배치(10)측에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    캐소드(16)에 접하는 인터커넥터 배치(10)의 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자(30)가 제공되며, 캐소드측에 제공되는 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자는 제2막전극접합체(52)와의 연결을 위해 제2막전극접합체(52)의 캐소드(16)의 전 영역에 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 막전극접합체(52)의 캐소드(16)의 면적이 본질적으로 각각의 막전극접합체(52)의 전해질(14)의 면적에 상응하는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 막전극접합체(52)의 캐소드(16) 또는 전해질(14) 면적이 각각의 막전극접합체(52)의 애노드(12) 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 접촉구조.
  9. 적어도 하나의 애노드측의 접촉소자(28, 32)와 적어도 하나의 캐소드측의 접촉소자(28, 32)를 통하여 제1막전극접합체(52)의 애노드(12)와 제2막전극접합체(52)의 캐소드(16) 사이가 전기적으로 통하여 연결되도록 배열되는 인터커텍터 배치(10)를 가지는 연료셀스택의 결합방법, 더욱 상세하게는 고체산화물연료셀(SOFC)스택의 결합방법에 있어서,
    단지 애노드(12) 또는 캐소드(16)에 접하는 인터커넥터 배치(10)의 일측에서 소결되는 적어도 하나의 구성이 제공되어 제1 또는 제2막전극접합체(52)에 연결되는 결과 소결되는 구성(20)의 신터링(sintering)에 의해 애노드측 또는 캐소드측의 접촉소자(28, 32)를 통하여 전기적으로 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    소결되는 구성(20)이 단지 애노드(12)에 접하는 인터커넥터 배치(10)측에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    캐소드에 접하는 측의 인터커넥터 배치(10)가 접촉소자(30)를 통하여 제2막전극접합체(52)에 배타적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    소결되는 구성이 글라스세라믹실(20)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    제1막전극접합체(52)와 전기적으로 통하는 연결을 이루기 위해 니켈폼으로 형성되는 적어도 하나의 접촉소자(28)가 애노드(12)에 접하는 인터커넥터 배치(10)측에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    캐소드(16)에 접하는 인터커넥터 배치(10)의 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자(30)가 제공되며, 캐소드측에 제공되는 다수의 전기적으로 통하는 접촉소자는 제2막전극접합체(52)와의 연결을 위해 제2막전극접합체(52)의 캐소드(16)의 전 영역에 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  15. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    각각의 막전극접합체(52)의 캐소드(16)의 면적이 본질적으로 각각의 막전극접합체(52)의 전해질(14)의 면적에 상응하는 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  16. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    각각의 막전극접합체(52)의 캐소드(16) 또는 전해질(14) 면적이 각각의 막전극접합체(52)의 애노드(12) 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연료셀스택의 결합방법.
  17. 적어도 청구항 1 내지 8 중의 어느 하나에 따른 접촉구조를 포함하여 이루어지는 연료셀스택.
KR1020097021662A 2007-04-02 2008-01-11 접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법 KR101180844B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007015712.8 2007-04-02
DE102007015712 2007-04-02
DE102007016905A DE102007016905A1 (de) 2007-04-02 2007-04-10 Interkonnektoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für einen Brennstoffzellenstapel
DE102007016905.3 2007-04-10
DE102007056752 2007-11-26
DE102007056752.0 2007-11-26
PCT/DE2008/000048 WO2008119310A2 (de) 2007-04-02 2008-01-11 Kontaktanordnung und verfahren zum fügen eines brennstoffzellenstapels aus zumindest einer kontaktanordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090121397A KR20090121397A (ko) 2009-11-25
KR101180844B1 true KR101180844B1 (ko) 2012-09-10

Family

ID=39808734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097021662A KR101180844B1 (ko) 2007-04-02 2008-01-11 접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8383282B2 (ko)
EP (1) EP2132814B1 (ko)
JP (1) JP5340259B2 (ko)
KR (1) KR101180844B1 (ko)
AT (1) ATE546848T1 (ko)
AU (1) AU2008234276B2 (ko)
BR (1) BRPI0809976A2 (ko)
CA (1) CA2684377A1 (ko)
EA (1) EA017184B1 (ko)
WO (1) WO2008119310A2 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015205944B4 (de) 2015-03-30 2021-02-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung elektrochemischer Zellen mit Dichtungslagen sowie deren Verwendung
KR102103053B1 (ko) * 2016-09-30 2020-04-21 주식회사 엘지화학 평판형 고체 산화물 연료전지
EP3619760A4 (en) 2017-05-04 2021-02-24 Versa Power Systems Ltd HIGH TEMPERATURE ELECTROCHEMICAL BATTERY COMPACT STACKING ARCHITECTURE
US10790519B2 (en) 2018-06-05 2020-09-29 Saudi Arabian Oil Company Solid oxide fuel cell stack with reduced-leakage unit cells

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100675614B1 (ko) 2002-08-28 2007-01-30 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 연료 전지

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPO724997A0 (en) * 1997-06-10 1997-07-03 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell assembly
GB9807977D0 (en) * 1998-04-16 1998-06-17 Gec Alsthom Ltd Improvements in or relating to coating
US7067208B2 (en) * 2002-02-20 2006-06-27 Ion America Corporation Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine
US6844100B2 (en) * 2002-08-27 2005-01-18 General Electric Company Fuel cell stack and fuel cell module
WO2006024246A1 (de) * 2004-08-30 2006-03-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Stapelbare hochtemperatur­brennstoffzelle
US20050221163A1 (en) * 2004-04-06 2005-10-06 Quanmin Yang Nickel foam and felt-based anode for solid oxide fuel cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100675614B1 (ko) 2002-08-28 2007-01-30 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 연료 전지

Also Published As

Publication number Publication date
CA2684377A1 (en) 2008-10-09
ATE546848T1 (de) 2012-03-15
JP2010522967A (ja) 2010-07-08
WO2008119310A3 (de) 2009-01-29
EP2132814B1 (de) 2012-02-22
US20100104914A1 (en) 2010-04-29
KR20090121397A (ko) 2009-11-25
EP2132814A2 (de) 2009-12-16
AU2008234276A1 (en) 2008-10-09
AU2008234276B2 (en) 2010-08-26
EA200970902A1 (ru) 2010-04-30
WO2008119310A2 (de) 2008-10-09
BRPI0809976A2 (pt) 2014-10-07
US8383282B2 (en) 2013-02-26
EA017184B1 (ru) 2012-10-30
JP5340259B2 (ja) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5519491B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
US8486580B2 (en) Integrated seal for high-temperature electrochemical device
JP2009507356A (ja) 一体的な密封部および支持体を備えたセラミックメンブラン、ならびにそれを包含する電気化学的電池および電気化学的電池積重構造
JP5679893B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法
JP3495654B2 (ja) セルチューブのシール構造
JP2021527298A (ja) 低漏洩ユニットセルを有する固体酸化物燃料電池スタック
KR101180844B1 (ko) 접촉구조와 적어도 하나의 접촉구조로부터 연료셀스택의 결합방법
KR100674153B1 (ko) 평판형 고체 전해질 연료전지의 단위 셀과 이를 이용한 셀스택
JP3166888B2 (ja) 固体電解質型燃料電池のスタック
JP5362605B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池のセル
JP2014041705A (ja) 固体酸化物形燃料電池とその製造方法
CN107431217B (zh) 电化学电池的阵列及其用途
JPH09180732A (ja) 固体電解質型燃料電池基板とその基板を用いたセル作製方法
JP3063952B2 (ja) 中空平板状固体電解質型燃料電池
JP7465849B2 (ja) 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック
JP2019053926A (ja) 燃料電池スタック
JPH0412468A (ja) 高温型燃料電池
JP2017147168A (ja) セパレータ付電気化学反応単セルの製造方法
JPH06349506A (ja) 固体電解質燃料電池
KR101230090B1 (ko) 밀봉재를 이용하여 단전지를 고정한 연료전지 및 그 제조 방법
JP2019053925A (ja) 燃料電池スタック
US20110171553A1 (en) Fuel cell and method of producing the same
JPH0412467A (ja) 高温型燃料電池
JPH03225771A (ja) 高温型燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150903

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160830

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170821

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180828

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190826

Year of fee payment: 8