KR101227430B1 - 다중관 구조의 ｓｏｆｃ 스택 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료 전지(Solid oxide fuel cell; SOFC)를 단위 셀로 하여 스택한 고체산화물 연료 전지 스택에 관한 것으로, 공간 활용성이 높고 단위 셀의 스택 밀도를 높여 소형의 어플리케이션에 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 고체산화물 연료 전지 스택은 복수의 관형 고체산화물 연료 전지를 포함하고, 복수의 관형 고체산화물 연료 전지는 상대적으로 큰 내경을 갖는 고체산화물 연료전지의 내부에 상대적으로 작은 외경을 갖는 고체산화물 연료 전지가 삽입된 다중관 구조를 갖는다.

Description

다중관 구조의 ＳＯＦＣ 스택{SOFC stack of multi tube structure}
본 발명은 고체산화물 연료 전지(Solid oxide fuel cell; SOFC)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관형 SOFC 안에 관형 SOFC가 삽입된 다중관 구조의 SOFC 스택에 관한 것이다.
연료전지는 수소 등과 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 친환경적 대체 에너지 기술로서 태양전지(solar cell) 등과 함께 각광을 받고 있다. 일반적으로, 연료전지는 단위 전력을 발생시키는 다수의 셀들이 결합된 스택(stack) 형태로 되어 있다. 대용량의 전력을 발생시키는 연료전지는 연료전지를 구성하는 셀들의 수를 증가시키거나, 셀들 각각의 면적을 증가시키는 방식으로 제조되는 것이 일반적이다.
특히 3세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도, 예컨대 700~1000℃에서 작동한다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점들 덕분에 SOFC에 관한 연구는 21세기 초에 상업화하는 것을 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.
한편 일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 된다. 또한 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리이다.
SOFC는 일반적으로 형상에 따라 평판형 및 관형 SOFC로 분류되고 있다.
평판형 SOFC는 세퍼레이터, 단위 셀(또는 단위전지), 세퍼레이터 순으로 적층된다. 평판형 SOFC는 관형 SOFC에 비해서 높은 성능 및 전력밀도를 갖고 제조공정이 매우 간단하다. 특히 테이프 캐스팅(tape casting), 닥터 블레이드(doctor blade), 스크린 프린팅(screen printing) 등을 통해 평면상에 전극 및 전해질을 제조하므로 연료 전지 제조비용이 낮은 장점이 있다.
하지만 평판형 SOFC는 반응가스의 공급과 배출을 위해서 커다란 외부 매니폴드(manifold)를 필요로 하고, 이러한 구조는 엄격한 기체 밀봉을 요구한다. 따라서, 세퍼레이터와 단위 셀 사이에 가스밀봉을 위한 실링부재를 배치해야 한다. 그러나 실링부재는 고온에서 내구성이 안정적이지 못해 크랙(crack)이 발생하는 문제점이 있다.
관형 SOFC는 공기극 지지체의 외부에 전해질, 연료극 순으로 적층되고, 다른 단위 셀과 연결을 위한 연결재가 공기극 지지체 상부에 형성된다. 관형 SOFC는 평판형 SOFC와 달리 별도의 가스밀봉이 필요 없어 장기 내구성이 좋고, 열충격에 안정적이다. 관형 SOFC는 평판형에 비하여 스택 자체의 전력밀도는 다소 떨어지나 시스템 전체의 전력밀도는 비슷한 것으로 평가되고 있다. 관형 SOFC는 스택을 구성하는 단위 셀들의 밀봉이 용이하고, 열응력에 대한 저항성이 강한 동시에 스택의 기계적 강도가 높아 대면적 제조가 가능한 진보된 기술로서, 이에 대한 기술 연구가 활발히 진행되고 있다.
하지만 관형 SOFC 스택은 단위 셀의 외측을 서로 연결하여 스택한 구조를 갖기 때문에, 단위 셀들 사이에 필요 이상의 많은 빈 공간이 존재하는 관계로 스택 시 공간 활용성이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 또한 관형 SOFC 스택은 스택되는 단위 셀의 수에 비례하게 제작된 스택의 크기가 커지기 때문에, 소형의 어플리케이션에 적용하는 데는 한계가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 공간 활용성이 높은 다중관 구조의 SOFC 스택을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단위 셀의 스택 밀도를 높여 소형의 어플리케이션에 적용할 수 있는 다중관 구조의 SOFC 스택을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 관형의 제1 SOFC와, 상기 제1 SOFC의 외측에 이격되어 삽입된 관형의 제2 SOFC를 포함하는 다중관 구조의 SOFC 스택을 제공한다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 SOFC는 각각, 관형의 제1 전극, 상기 제1 전극의 외측면에 형성된 전해질, 및 상기 전해질의 외측면에 형성된 제2 전극을 포함한다. 이때 상기 제1 및 제2 전극 중에 하나는 공기극이고, 다른 하나는 연료극이다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 SOFC는 양측이 개방된 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 제1 및 제2 SOFC는 각각, 상기 제1 전극의 내측면에 형성된 제1 집전체과, 상기 제2 전극의 외측면에 형성된 제2 집체를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 또는 제2 집전체는 금속관, 와이어, 스틱, 코일 스프링 및 금속 메쉬 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 제1 SOFC의 외측면과 상기 제2 SOFC의 내측면 간의 거리는 일정할 수 있다.
본 발명은 또한, 복수의 관형 SOFC를 포함하는 SOFC 스택으로, 상기 복수의 관형 SOFC는 상대적으로 큰 내경을 갖는 SOFC의 내부에 상대적으로 작은 외경을 갖는 SOFC가 삽입된 구조를 갖는 다중관 구조의 SOFC 스택을 제공한다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 복수의 관형 SOFC는 각각, 관형의 제1 전극, 상기 제1 전극의 외측면에 형성된 전해질, 및 상기 전해질의 외측면에 형성된 제2 전극을 포함한다. 이때 상기 제1 및 제2 전극 중에 하나는 공기극이고, 다른 하나는 연료극이다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 복수의 관형 SOFC는 이웃하는 SOFC 간의 거리가 일정할 수 있다.
본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 복수의 관형 SOFC 간의 거리는 중심에서 외부로 갈수록 증가 또는 감소할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 SOFC 스택에 있어서, 상기 복수의 관형 SOFC는 안쪽에서 외부로 갈수록 SOFC의 두께가 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 SOFC 스택은 직경이 다른 관형 SOFC를 단위 셀로 이용하여 상대적으로 작은 직경을 갖는 단위 셀이 상대적으로 큰 직경을 갖는 단위 셀 내에 삽입된 다중관 구조를 갖기 때문에, 종래의 관형의 SOFC 스택에 비해서 공간 활용성을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 SOFC 스택은 다중관 구조를 갖기 때문에, 단위 셀의 스택 밀도를 높여 소형의 어플리케이션에 적용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택을 보여주는 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택을 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하자고 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택을 보여주는 부분 절개 사시도이다. 도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대도이다. 그리고 도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 SOFC 스택(100)은 관형 SOFC(10,20)를 단위 셀로 사용하는 SOFC 스택(100)으로 복수의 관형 SOFC(10,20)를 포함하며, 복수의 관형 SOFC(10,20)는 상대적으로 큰 내경을 갖는 SOFC(20)의 내부에 상대적으로 작은 외경을 갖는 SOFC(10)가 삽입된 다중관 구조를 갖는다. 이때 제1 실시예에 따른 SOFC 스택(100)은 두 개의 관형 SOFC(10,20)가 다중관 구조로 스택된 구조를 갖는다. 즉 SOFC 스택(100)은 관형의 제1 SOFC(10)와, 제1 SOFC(10)의 외측에 일정 간격(d) 이격되어 삽입된 관형의 제2 SOFC(20)를 포함한다.
제1 SOFC(10)는 제2 SOFC(20)에 비해서 상대적으로 작은 직경을 갖는 관형 SOFC로서, 양측이 개방된 구조를 가질 수 있다. 제2 SOFC(20)는 제1 SOFC(10)에 비해서 상대적으로 큰 직경을 갖는 관형 SOFC로서, 양측이 개방된 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 SOFC(10,20)는 동일한 두께를 가질 수 있으며, 동일한 셀 구조를 가질 수 있다. 즉 제1 및 제2 SOFC(10,20)는 관형의 제1 전극(13), 제1 전극(13)의 외측면에 형성된 전해질(15), 전해질(15)의 외측면에 형성된 제2 전극(17)을 포함한다. 제1 및 제2 전극(13,17) 중에 하나는 공기극이고, 다른 하나는 연료극일 수 있다. 이때 제1 SOFC(10)의 안쪽과 제2 SOFC(20)의 외부에는 동일한 제1 유체(91)가 제공되고, 제1 및 제2 SOFC(10,20) 사이에는 제2 유체(93)가 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 전극(13)이 공기극인 경우, 제1 유체(91)는 공기이고, 제2 유체(93)는 연료이다. 제1 전극(13)이 연료극인 경우, 제1 유체(91)는 연료이고, 제2 유체(93)는 공기이다.
여기서 제1 SOFC(10) 및 제2 SOFC(20)에 있어서, 제1 전극(13)이 연료극이고, 제2 전극(17)이 공기극인 경우를 가정하여 설명하면 아래와 같다.
제1 전극(13)은 관형으로 형성되며, 40%에서 60%의 지르코니아 가루를 포함한 산화니켈분을 소결한 재료(니켈/YSZ cermet)로 이루어질 수 있다. 산화니켈은 전기에너지를 생성할 때 수소에 의해 금속 니켈로 환원되어 전자 전도성을 발휘하게 된다.
전해질(15)은 제1 전극(13)의 외측면에 적층되는 형태로 형성된다. 예를 들면, 전해질(15)은 딥코팅(dip-coating), 페인팅(painting), 스프레이(spray) 방법을 통해 원통 형상의 제1 전극(13) 표면에 균일한 두께로 형성될 수 있다.
전해질(15)은 제1 전극(13)의 내부로 유입된 연료가 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 해야 하므로 미소한 간극이나 기공 또는 흠집이 없도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 전해질(15)은 이온 전도성이 있는 고체산화물로 형성될 수 있다. 전해질(15)은 지르코니아(ZrO2)에 이트리아(Y2O3)를 녹인 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized ZrO2; YSZ)를 사용할 수 있다. 하지만, 제1 실시예에 있어서, 전해질(15)의 재료가 YSZ로 제한되는 것은 아니며, 이 외에 전해질(15)로 기능할 수 있는 다양한 재료로 전해질(15)을 형성할 수 있다.
공기극인 제2 전극(17)은 전해질(15) 표면에 형성된다. 전해질(15)과 마찬가지로, 제2 전극(17)도 딥코팅(dip-coating), 페인팅(painting), 스프레이(spray) 등의 방법을 통해 전해질(15) 표면에 균일한 두께로 형성될 수 있다. 제2 전극(17)은 페로브스카이트형 산화물을 사용할 수 있고, 특히 전자전도성이 높은 란탄스트론튬 망가나이드(예컨대, LS0.84 Sr0.16MnO3)를 사용할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(17)에서 산소는 LaMnO3에 의해서 산소이온으로 전환되어 제1 전극(13)으로 전달된다.
또한, 제1 및 제2 SOFC(10,20)는 제1 및 제2 전극(13,17)에 결합되는 제1 및 제2 집전체(11, 19)를 포함할 수 있다. 즉 제1 집전체(11)는 제1 전극(13)의 내측면에 형성된다. 제2 집전체(19)는 제2 전극(17)의 외측면에 형성된다. 제1 및 제2 SOFC(10,20)에서 생성된 전기는 제1 및 제2 집전체(11,19)를 통해 외부 장치 또는 충전 장치에 제공될 수 있다. 이러한 제1 또는 제2 집전체(11,19)는 전기 전도성이 양호한 금속 소재로 형성되며, 예컨대 금속관, 와이어(wire), 스틱(stick), 코일 스프링(coil spring) 및 금속 메쉬(metal mesh) 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 SOFC 스택(100)은 직경이 다른 단위 셀들을 이용하여 상대적으로 작은 직경을 갖는 단위 셀이 상대적으로 큰 직경을 갖는 단위 셀 내에 삽입된 다중관 구조를 갖기 때문에, 종래의 관형의 SOFC 스택에 비해서 공간 활용성을 높일 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 SOFC 스택(100)은 다중관 구조를 갖기 때문에, 단위 셀의 스택 밀도를 높여 소형의 어플리케이션에 적용할 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 두 개의 관형 SOFC(10,20)가 다중관 구조로 스택된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 세 개 이상의 관형 SOFC가 다중관 구조로 스택될 수 있다. 이때 다중관 구조를 이루는 복수의 관형 SOFC는 서로 일정 간격을 유지할 수 있도록 스택되며, 예컨대 복수의 관형 SOFC는 등간격으로 스택될 수 있다.
제2 실시예
한편 제1 실시예에서는 제1 및 제2 SOFC(10,20)가 동일한 두께를 갖는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 SOFC(10,20)는 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택(200)을 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 SOFC 스택(200)은 제1 SOFC(10) 외부에 제2 SOFC(20)가 삽입된 구조를 갖는다는 점에서 제1 실시예와 동일하다.
한편 제2 실시예에 따른 SOFC 스택(200)은 제1 SOFC(10)의 두께(t1)에 비해서 제2 SOFC(20)의 두께(t2)가 더 두껍다. 즉 제1 SOFC(10)에 비해서 제2 SOFC(20)의 직경이 더 크기 때문에, 상대적으로 직경이 큰 제2 SOFC(20)의 강도를 유지하기 위해서, 제1 SOFC(10) 보다는 두껍게(t1<t2) 제2 SOFC(20)를 형성할 수 있다.
따라서 복수의 관형 SOFC(10,20)가 다중관 구조로 스택되는 경우, 상대적으로 외부에 위치하는 관형 SOFC(20)가 상대적으로 안쪽에 위치하는 관형 SOFC(10) 보다는 두껍게 형성될 수 있다.
제3 및 제4 실시예
한편 3개 이상의 관형 SOFC가 다중관 구조로 스택될 때, 복수의 관형 SOFC가 등간격으로 스택될 수도 있지만, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 관형 SOFC(10,20,30) 사이의 간격이 서로 다르게 스택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택(300)을 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 SOFC 스택(300)은 세 개의 SOFC(10,20,30)가 다중관 구조로 스택된 구조를 갖는다. 제1 SOFC(10) 외부에 제2 SOFC(20)가 삽입되어 스택되고, 제2 SOFC(20)의 외부에 제3 SOFC(30)가 삽입되어 스택된 구조를 갖는다. 제1 내지 제3 SOFC(10,20,30)은 축 방향으로 서로 평행하게 설치된다. 제1 SOFC(10)의 안쪽과 제2 및 제3 SOFC(20,30) 사이에는 제1 유체(91)가 제공된다. 제3 SOFC(30) 외부와, 제1 및 제2 SOFC(10,20) 사이에는 제2 유체(93)가 제공된다.
이때 제1 및 제2 SOFC(10,20) 간의 거리(d1) 보다 제2 및 제3 SOFC(20,30) 간의 거리(d2)가 멀다(d1<d2). 즉 n개(n은 3이상의 자연수)의 관형 SOFC가 스택되는 경우에 있어서, n번째 SOFC의 직경을 an이라고 할 때, n개의 관형 SOFC는 (an-1-an-2)<(an-an-1)을 만족하는 직경을 갖는다. 이와 같이 복수의 관형 SOFC(10,20,30)를 제조하는 이유는, SOFC 스택(300)은 안쪽보다 외부로 갈수록 관형 SOFC의 직경이 증가하고, 이로 인해 반응할 수 있는 표면적이 넓어지기 때문에, 그에 해당하는 제1 및 제2 유체(91,93)를 충분히 공급할 수 있도록 하기 위해서이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중관 구조의 SOFC 스택(400)을 보여주는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제4 실시예에 따른 SOFC 스택(400)은 세 개의 SOFC(10,20,30)가 다중관 구조로 스택된 구조를 갖는다. 즉 제1 SOFC(10) 외부에 제2 SOFC(20)가 삽입되어 스택되고, 제2 SOFC(20)의 외부에 제3 SOFC(30)가 삽입되어 스택된 구조를 갖는다. 제1 내지 제3 SOFC(10,20,30)은 축 방향으로 서로 평행하게 설치된다. 제1 SOFC(10)의 안쪽과 제2 및 제3 SOFC(20,30) 사이에는 제1 유체(91)가 제공된다. 제3 SOFC(30) 외부와, 제1 및 제2 SOFC(10,20) 사이에는 제2 유체(93)가 제공된다.
이때 제1 및 제2 SOFC(10,20) 간의 거리(d1) 보다 제2 및 제3 SOFC(20,30) 간의 거리(d2)가 짧다(d1>d2). 즉 m개(m은 3이상의 자연수)의 관형 SOFC가 스택되는 경우에 있어서, m번째 SOFC의 직경을 am이라고 할 때, m개의 관형 SOFC는 (am-1-am-2)>(am-am-1)을 만족하는 직경을 갖는다. 이와 같이 복수의 관형 SOFC(10,20,30)를 제조하는 이유는, SOFC 스택(400)은 안쪽보다 외부로 갈수록 관형 SOFC의 직경이 증가하기 때문에, 복수의 관형 SOFC(10,20,30)를 통과하는 제1 또는 제2 유체(91,93)의 흐름이 불균일할 수 있다. 따라서 m개의 관형 SOFC는 (am-1-am-2)>(am-am-1)을 만족하는 직경을 갖도록 형성함으로써, 복수의 관형 SOFC(10,20,30)를 통과하는 제1 또는 제2 유체(91,93)의 흐름을 균일화할 수 있기 때문이다.
이와 같이 복수의 관형 SOFC를 다중관 구조로 스택할 때, 스택되는 관형 SOFC의 수에 따라서 제1 내지 제4 실시예를 고려하여 SOFC 스택을 제조하는 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 예컨대 제2 실시예와 제3 실시예에 따른 구성을 조합하여 SOFC 스택을 구현할 수 있다. 또는 제2 실시예와 제4 실시예에 따른 구성을 조합하여 SOFC 스택을 구현할 수 있다.
10 : 제1 SOFC
11 : 제1 집전체
13 : 제1 전극
15 : 전해질
17 : 제2 전극
19 : 제2 집전체
20 : 제2 SOFC
30 : 제3 SOFC
100, 200, 300, 400 : SOFC 스택

Claims (11)

  1. 관형의 제1 SOFC;
    상기 제1 SOFC의 외측에 이격되어 삽입된 관형의 제2 SOFC;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 SOFC는 각각,
    관형의 제1 전극;
    상기 제1 전극의 외측면에 형성된 전해질;
    상기 전해질의 외측면에 형성된 제2 전극;을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 전극 중에 하나는 공기극이고, 다른 하나는 연료극인 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 SOFC는 양측이 개방된 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 SOFC는 각각,
    상기 제1 전극의 내측면에 형성된 제1 집전체;
    상기 제2 전극의 외측면에 형성된 제2 집전체;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 집전체는 금속관, 와이어, 스틱, 코일 스프링 및 금속 메쉬 중 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 SOFC의 외측면과 상기 제2 SOFC의 내측면 간의 거리는 일정한 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  7. 복수의 관형 SOFC를 포함하는 SOFC 스택으로,
    상기 복수의 관형 SOFC는 상대적으로 큰 내경을 갖는 SOFC의 내부에 상대적으로 작은 외경을 갖는 SOFC가 삽입되는 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 관형 SOFC는 각각,
    관형의 제1 전극;
    상기 제1 전극의 외측면에 형성된 전해질;
    상기 전해질의 외측면에 형성된 제2 전극;을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 전극 중에 하나는 공기극이고, 다른 하나는 연료극인 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 관형 SOFC는 이웃하는 SOFC 간의 거리가 일정한 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 관형 SOFC 간의 거리는 중심에서 외부로 갈수록 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 관형 SOFC는 안쪽에서 외부로 갈수록 SOFC의 두께가 증가하는 것을 특징으로 하는 다중관 구조의 SOFC 스택.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR101055539B1 (ko) 2009-09-14 2011-08-08 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지 번들
KR101156853B1 (ko) 2010-09-10 2012-06-20 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110028943A (ko) * 2009-09-14 2011-03-22 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지
KR101055539B1 (ko) 2009-09-14 2011-08-08 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지 번들
KR101156853B1 (ko) 2010-09-10 2012-06-20 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지

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