KR101328002B1 - Apparatus for operating fuel cell and method for operating fuel cell using the same - Google Patents

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Abstract

연료전지 운전장치 및 이를 이용한 연료전지 운전방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치는 공기극/전해질/연료극으로 이루어진 연료전지의 운전장치로서, 상기 장치는 공기 소스로부터 상기 연료전지의 공기극에 공기를 유입하기 위한 제 1 공기 유입라인; 상기 제 1 공기 유입라인에 구비된 촉매; 및 상기 제 1 공기 유입라인에 연결되며, 상기 촉매로 유입되는 공기를 상기 연료전지로 바이패스시키기 위한 제 2 공기 유입라인을 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따르면, 산소가 유입되는 방향에 산소와의 환원반응이 우수한 촉매(예를 들면, Pt, Ag, Pd 등)를 위치시키고, 운전장치의 산소유입라인을 선택적으로 조절하여, 공기극에 촉매를 박리 현상 없이 증착시킨다. 이로써, 별도의 촉매 증착 공정 없이 실제 운전 조건에서 자발적이고 제어된 방식으로 촉매 증착이 가능하다. 또한, 고체산화물 연료전지에서 산소환원에 활용될 수 있는 고가의 촉매를 단순히 가스 공급관 내에 위치 시킴으로써 전지의 성능 향상을 유도할 수 있다. A fuel cell operating apparatus and a fuel cell operating method using the same are provided.
A fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention is an apparatus for operating a fuel cell including an air electrode / electrolyte / fuel electrode, the apparatus including: a first air inlet line for introducing air into an air electrode of the fuel cell from an air source; A catalyst provided in the first air inlet line; And a second air inlet line connected to the first air inlet line and configured to bypass the air introduced into the catalyst to the fuel cell. A catalyst having excellent reduction reaction with oxygen (eg, Pt, Ag, Pd, etc.) is placed, and the oxygen inlet line of the operating apparatus is selectively controlled to deposit the catalyst on the cathode without peeling phenomenon. This enables catalyst deposition in a spontaneous and controlled manner at actual operating conditions without a separate catalyst deposition process. In addition, by simply placing an expensive catalyst that can be used for oxygen reduction in a solid oxide fuel cell in a gas supply pipe, it is possible to induce an improvement in battery performance.

Description

연료전지 운전장치 및 이를 이용한 연료전지 운전방법{Apparatus for operating fuel cell and method for operating fuel cell using the same}Apparatus for operating fuel cell and method for operating fuel cell using the same}

본 발명은 연료전지 운전장치 및 이를 이용한 연료전지 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소가 유입되는 방향에 산소와의 환원반응이 우수한 촉매(예를 들면, Pt, Ag, Pd 등)를 위치시키고, 공기 유입라인의 제어를 통하여 상기 촉매를 선택적으로 산화, 증기화시켜, 공기극에 활성화된 촉매 성분을 증착시키는 연료전지 운전장치 및 이를 이용한 연료전지 운전방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell operating apparatus and a fuel cell operating method using the same, and more particularly, a catalyst (for example, Pt, Ag, Pd, etc.) having an excellent reduction reaction with oxygen in a direction in which oxygen is introduced. And a fuel cell operating apparatus for selectively oxidizing and vaporizing the catalyst through control of an air inlet line, and depositing an activated catalyst component on the cathode, and a fuel cell operating method using the same.

연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 이러한 연료전지는 고효율, 이산화탄소를 방출하지 않는 무공해, 무소음 등의 장점 외에도 무제한의 연료 공급이 가능하다는 장점이 있다. A fuel cell is a cell that directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy. Such a fuel cell has the advantage of being able to supply unlimited fuel in addition to the advantages of high efficiency, no pollution, no noise, and the like.

이러한 연료전지의 스택 구조는 양극, 전해질, 음극으로 이루어진 단전지와 단전지를 연결하는 분리판, 그리고 단전지와 분리판, 분리판과 분리판을 연결하는 밀봉재로 이루어진다. The stack structure of the fuel cell is composed of a single cell consisting of a positive electrode, an electrolyte, a negative electrode and a separator connecting the single cell, and a sealing material connecting the single cell and the separator, the separator and the separator.

이러한 연료전지는 YSZ(Ytria stabilized Zirconia)와 같은 전해질 기판에 LSM(LaSrMnO3) 같은 전극 물질을 형성하는 방식으로 제조되나, 높은 셀 효율 달성하기 위한 기술 개발은 여전히 진행되고 있는 상황이다.
The fuel cell is manufactured by forming an electrode material such as LSM (LaSrMnO3) on an electrolyte substrate such as Ytria stabilized Zirconia (YSZ), but technology development to achieve high cell efficiency is still in progress.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 방식의 연료전지 운전장치 및 운전방법에 관한 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention relates to a fuel cell driving apparatus and a driving method of a novel method that can improve the efficiency of the fuel cell.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 공기극/전해질/연료극으로 이루어진 연료전지의 운전장치로서, 상기 장치는 공기 소스로부터 상기 연료전지의 공기극에 공기를 유입하기 위한 제 1 공기 유입라인; 상기 제 1 공기 유입라인에 구비된 촉매; 및 상기 제 1 공기 유입라인에 연결되며, 상기 촉매로 유입되는 공기를 상기 연료전지로 바이패스시키기 위한 제 2 공기 유입라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is an operating device of a fuel cell consisting of a cathode / electrolyte / fuel electrode, the apparatus includes a first air inlet line for introducing air from the air source to the cathode of the fuel cell; A catalyst provided in the first air inlet line; And a second air inlet line connected to the first air inlet line and configured to bypass air introduced into the catalyst to the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 제 2 공기 유입라인의 일단은 상기 촉매 전단의 제 1 공기 유입라인에 연결되며, 상기 제 2 공기 유입라인의 타단은 상기 촉매 후단의 제 1 공기 유입라인에 연결된다.According to an embodiment of the present invention, the device has one end of the second air inlet line connected to the first air inlet line of the front end of the catalyst, the other end of the second air inlet line is the first air of the rear end of the catalyst It is connected to the inlet line.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 공기 유입라인의 일단과 상기 제 1 공기 유입라인의 연결 지점에는 상기 유입되는 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브가 구비된다. According to one embodiment of the invention, at one end of the second air inlet line and the connection point of the first air inlet line is provided with a valve for controlling the incoming air flow.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브가 상기 제 2 공기 유입라인으로 공기 흐름을 유도하는 경우, 상기 촉매는 상기 유입되는 산소와 접촉하지 않는다.According to one embodiment of the invention, when the valve directs air flow to the second air inlet line, the catalyst is not in contact with the incoming oxygen.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브가 상기 제 1 공기 유입라인을 통하여 상기 촉매를 상기 공기와 접촉시키는 경우, 상기 촉매는 산화되며, 상기 산화된 촉매 가스는 상기 공기극의 반응영역에 증착된다. According to an embodiment of the present invention, when the valve contacts the catalyst with the air through the first air inlet line, the catalyst is oxidized and the oxidized catalyst gas is deposited in the reaction zone of the cathode. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증착은 연료전지의 운전 조건에서 진행된다. According to one embodiment of the invention, the deposition proceeds under operating conditions of the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매는 Pt, Ag, Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다. According to one embodiment of the invention, the catalyst is any one selected from the group consisting of Pt, Ag, Pd.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 삼방 밸브이다. According to one embodiment of the invention, the valve is a three-way valve.

본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 공기극/전해질/연료극으로 이루어진 연료전지의 운전방법으로, 공기 소스로부터 상기 공기극으로 유입되는 공기로 상기 공기극 상단에 구비된 촉매를 산화시키는 단계; 상기 산화된 촉매산화물를 상기 공기극의 반응영역에 증착시키는 단계; 및 상기 촉매산화물 증착 후, 상기 공기 소스로부터 상기 공기극에 직접 공기를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전방법을 제공한다. The present invention is a method of operating a fuel cell consisting of an air electrode / electrolyte / fuel electrode, in order to solve the another problem, the step of oxidizing the catalyst provided on the top of the cathode with air flowing from the air source to the cathode; Depositing the oxidized catalyst oxide in a reaction region of the cathode; And injecting air directly into the cathode from the air source after depositing the catalyst oxide.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매산화물 증착은 상기 연료전지의 초기 운전 공정에서 진행된다. According to one embodiment of the present invention, the catalyst oxide deposition is performed in the initial operation of the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공기극에 상기 산화된 촉매산화물을 증착시키는 단계와 상기 공기 소스로부터 상기 공기극에 직접 공기를 유입시키는 단계 사이에는 상기 공기극으로 유입되는 공기의 경로를 변경시키는 단계를 더 포함한다. According to one embodiment of the invention, the step of changing the path of the air flowing into the cathode between the step of depositing the oxidized catalyst oxide on the cathode and the direct air flow from the air source to the cathode; It includes more.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매는 Pt, Ag, Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이다. According to one embodiment of the invention, the catalyst is any one or more selected from the group consisting of Pt, Ag, Pd.

본 발명에 따르면, 산소가 유입되는 방향에 산소와의 환원반응이 우수한 촉매(예를 들면, Pt, Ag, Pd 등)를 위치시키고, 운전장치의 산소유입라인을 선택적으로 조절하여, 공기극에 촉매를 박리 현상 없이 증착시킨다. 이로써, 별도의 촉매 증착 공정 없이 실제 운전 조건에서 자발적이고 제어된 방식으로 촉매 증착이 가능하다. 또한, 고체산화물 연료전지에서 산소환원에 활용될 수 있는 고가의 촉매를 단순히 가스 공급관 내에 위치 시킴으로써 전지의 성능 향상을 유도할 수 있다. According to the present invention, a catalyst having excellent reduction reaction with oxygen (for example, Pt, Ag, Pd, etc.) is placed in the direction in which oxygen is introduced, and the oxygen inlet line of the operating device is selectively controlled to provide a catalyst in the cathode. Is deposited without delamination. This enables catalyst deposition in a spontaneous and controlled manner at actual operating conditions without a separate catalyst deposition process. In addition, by simply placing an expensive catalyst that can be used for oxygen reduction in a solid oxide fuel cell in a gas supply pipe, it is possible to induce an improvement in battery performance.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 증착의 기본 방식을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 증착 방식을 설명하는 도면이다.
도 3a는 도 2의 구성에 따라 Pt와 Ag 메쉬를 촉매로 사용한 경우와, 산소의 환원반응에 대한 활성이 없는 종래의 Co-Ni 플레이트 메쉬를 사용한 경우의 전지 성능을 비교한 그래프이다.
도 3b는 산소이온 전도도가 있는 물질인 LSCF를 공기극으로 사용한 고체산화물 연료전지에 대한 촉매 증착에 따른 성능 개선을 설명하는 그래프이다.
도 4 및 5는 공기극의 산소이온 전도성 여부에 따른 촉매의 증착영역을 설명하는 도면이다.
도 6은 삼상경계 영역에서의 입자 형성을 확인하는 SEM 사진이다.
도 7a는 EDS가 진행된 샘플의 SEM 사진이고, 도 7b는 도 7a의 적색 부분에 존재하는 이종물질 영역에 대한 EDS 분석 결과이다.
도 8a는 TEM의 원소 맵핑을 통한 Pt 검출을 진행한 샘플의 SEM 사진이고, 도 8b는 도 8a에 대한 샘플에 대한 TEM의 원소 맵핑을 통하여 Pt 검출을 확인하는 사진이다.
도 9는 집전체를 촉매로 사용하지 않고, 촉매 물질을 별도로 공기 유입관에 구비시킨 경우를 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9에 따라 촉매가 공기유입관이 사용된 경우와, 그렇지 않은 경우를 비교한 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치의 모식도이다.
도 12는 0.5A/Cm2의 전류밀도로 100시간 운전하는 동안의 단전지 전압변화와, 그에 따른 Pt 입자 형성의 예상도이다.
도 13은 0.5A/Cm2의 전류밀도로 100시간 운전 후 단전지의 표면과 단면에 형성된 Pt의 SEM 이미지이다.
도 14는 LSCF를 공기극으로 이용한 단전지의 운전 후, 그 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 15는 공기극 측에 위치했던 집전 메쉬를 제거하는 과정에서 공기극 박리가 일어난 이미지이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치의 모식도이다.
도 17은 촉매를 공기극에 증착시키는 연료전지 운전조건을 설명하는 도면이다.
도 18은 일정시간 경과 후 공기극에 촉매를 증착시키지 않는 연료전지 운전조건을 설명하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 illustrates the basic manner of catalyst deposition according to the present invention.
2 is a view illustrating a catalyst deposition method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a graph comparing battery performance when a Pt and Ag mesh is used as a catalyst according to the configuration of FIG. 2 and when a conventional Co-Ni plate mesh having no activity for reducing oxygen is used.
FIG. 3B is a graph illustrating performance improvement due to catalyst deposition for a solid oxide fuel cell using LSCF, which is a material having oxygen ion conductivity, as an air electrode.
4 and 5 are diagrams illustrating the deposition region of the catalyst according to the oxygen ion conductivity of the cathode.
6 is a SEM photograph confirming the formation of particles in the three-phase boundary region.
FIG. 7A is a SEM photograph of a sample undergoing EDS, and FIG. 7B is a result of EDS analysis of a heterogeneous region present in the red portion of FIG. 7A.
FIG. 8A is a SEM photograph of a sample subjected to Pt detection through elemental mapping of TEM, and FIG. 8B is a photograph confirming Pt detection through elemental mapping of TEM to the sample of FIG. 8A.
9 is a view for explaining a case where a catalyst material is separately provided in the air inlet pipe without using a current collector as a catalyst.
10 is a result of comparing the case where the catalyst is used with the air inlet pipe according to FIG.
11 is a schematic diagram of a fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating the variation of unit cell voltage and the formation of Pt particles during operation for 100 hours at a current density of 0.5 A / Cm 2 .
FIG. 13 is an SEM image of Pt formed on the surface and cross section of a unit cell after operation for 100 hours at a current density of 0.5 A / Cm 2 .
14 is an SEM image of a cross section of the unit cell using the LSCF as the cathode.
FIG. 15 is an image of a cathode peeling in a process of removing a current collecting mesh located on the cathode side.
16 is a schematic diagram of a fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention.
17 is a view for explaining fuel cell operating conditions for depositing a catalyst on an air electrode.
FIG. 18 is a view illustrating a fuel cell operating condition in which a catalyst is not deposited on the cathode after a predetermined time has elapsed. FIG.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 산소를 포함하는 공기가 유입되는 방향에 산소와의 환원반응이 우수한 촉매(예를 들면, Pt, Ag, Pd 등)를 위치시키고, 실제 운전분위기에서 상기 촉매를 산화, 증기화시켜, 공기극에 활성화된 촉매 성분을 증착시키는 기술을 제공한다. 따라서, 별도의 촉매 증착 공정 없이 실제 운전 조건에서 자발적인 촉매 증착이 가능하다.In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, a catalyst (for example, Pt, Ag, Pd, etc.) having excellent reduction reaction with oxygen is placed in a direction in which air containing oxygen flows, and the actual operation is performed. The present invention provides a technique for oxidizing and vaporizing the catalyst in an atmosphere to deposit an activated catalyst component on the cathode. Thus, spontaneous catalyst deposition is possible under actual operating conditions without a separate catalyst deposition process.

고체 산화물 연료전지의 공기 공급경로 내에 존재하며 산소의 환원반응에 활성을 띄는 물질은, 공기극 반응영역(삼상경계 영역 또는 이상경계 영역)과의 산소분압차이로 인하여, 공기극에 증착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 촉매는 공기의 유입경로에 존재하며, 상기 촉매는 집전체와는 다른 별도의 물질 또는 집전체 자체가 될 수 있다. The material present in the air supply path of the solid oxide fuel cell and active in the reduction reaction of oxygen may be deposited on the cathode due to the oxygen partial pressure difference from the cathode reaction region (three phase boundary region or abnormal boundary region). In one embodiment of the present invention, the catalyst is present in the inlet of the air, the catalyst may be a separate material from the current collector or the current collector itself.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 증착의 기본 방식을 설명하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 illustrates the basic manner of catalyst deposition according to the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 공기극(100)/전해질(110)/연료극(120)로 이루어진 연료전지가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 공기극으로 주입되는 공기의 유동 경로에 촉매(130)가 구비된다. 상기 촉매(130)로부터 증발된 촉매산화물 가스는 공기극 반응영역과의 산소분압차에 의하여 증착된다. Referring to FIG. 1, a fuel cell including a cathode 100, an electrolyte 110, and a fuel electrode 120 is disclosed. In one embodiment of the present invention, the catalyst 130 is provided in the flow path of air injected into the cathode. The catalyst oxide gas evaporated from the catalyst 130 is deposited by the oxygen partial pressure difference with the cathode reaction region.

유입되는 공기에 의하여 산화된 촉매 산화물의 증착영역은 상기 공기극(100)의 산소이온 전도성 유무에 따라 달라진다. 즉, 공기극이 산소이온 전도성을 갖는 경우, 촉매는 공기극/산소의 이상 경계영역(two phase boundary)에 증착된다. 하지만, 공기극이 산소이온 전도성을 갖고 있지 않으면, 촉매는 공기극 기공을 통하여, 공기극/전해질/산소의 삼상 경계영역(three phase boundary)에 증착되는데, 이는 다음에 상세히 설명된다.The deposition region of the catalyst oxide oxidized by the incoming air depends on the presence or absence of oxygen ion conductivity of the cathode 100. That is, when the cathode has oxygen ion conductivity, the catalyst is deposited at the two phase boundary of the cathode / oxygen. However, if the cathode does not have oxygen ion conductivity, the catalyst is deposited through the cathode pores at the three phase boundary of the cathode / electrolyte / oxygen, which is described in detail below.

본 발명의 일 실시예에서 공기극인 LSM(100) 상단에 집전체인 메쉬 타임의 금속물질(Pt, 130)를 구비시키고, 연료전지의 운전조건(600~1000℃, 예를 들면 800℃)에서 공기를 포함하는 산소(Air)를 상기 공기극(즉, LSM)에 불어주었는데, 본 발명자는 상기 주입되는 산소와 고온 조건에 의하여 메쉬 타입으로 존재하는 집전체의 금속 물질이 산화됨과 동시에 증발되어, 연료전지의 공기극에 촉매로 증착되는 점을 발견하였으며, 또한 이와 같은 방식으로 증착된 촉매가 연료전지의 효율을 크게 향상시키는 특징을 발견하였다. 따라서, 본 발명에 따른 기술적 구성에 따르면, 촉매 증착과 연료전지 운전은 동시에 진행되며, 이로써, 별도의 촉매 증착을 위한 화학적 공정이 불필요하게 된다는 장점이 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속촉매로 Pt가 사용되었으나, Ag, Pd 등과 같이 산소의 환원반응에 活性을 띠는 금속물질이 금속촉매로 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention is provided with a metal material (Pt, 130) of the mesh time of the current collector on the top of the LSM 100, the cathode, in the operating conditions (600 ~ 1000 ℃, for example 800 ℃) of the fuel cell Oxygen (Air) containing air was blown to the cathode (that is, LSM), and the present inventors oxidize and simultaneously evaporate the metal material of the current collector present in the mesh type by the injected oxygen and the high temperature conditions. The catalyst was found to be deposited on the cathode of the cell, and the catalyst deposited in this manner was found to significantly improve the efficiency of the fuel cell. Therefore, according to the technical configuration according to the present invention, the catalyst deposition and the fuel cell operation is performed at the same time, there is an advantage that a separate chemical process for the catalyst deposition is unnecessary. Although Pt was used as the metal catalyst in one embodiment of the present invention, a metal material having an activity of reducing oxygen such as Ag, Pd, etc. may be used as the metal catalyst.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 증착 방식을 설명하는 도면이다.2 is a view illustrating a catalyst deposition method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에서는 별도로 촉매물질을 공기 유입관에 구비시키는 방식 대신 집전체 자체가 촉매가 되는 구성을 사용하였다. 따라서, 집전체로서 산소의 환원반응에 활성을 띠는 Pt 메쉬를 이용하였다. 하지만, 본 발명의 범위는 도 2의 구성에 제한되지 않으며, 하기 도 5의 (b)에서와 같이 공기가 유입되는 유입관에 별도의 촉매물질을 구비시킬 수 있다. Referring to FIG. 2, in the present embodiment, a current collector itself is used as a catalyst instead of a method of separately providing a catalyst material in an air inlet pipe. Therefore, Pt mesh which is active in the reduction reaction of oxygen was used as the current collector. However, the scope of the present invention is not limited to the configuration of Figure 2, it may be provided with a separate catalyst material in the inlet pipe through which air is introduced as shown in (b) of FIG.

도 2를 다시 참조하면, 공기극으로 주입되는 공기(Air)는 촉매물질인 Pt 집전체 메쉬와 접촉한 후, 상기 공기극(LSM)에서 환원된다. 이때 주입된 공기와 고온 조건에 의하여 증발된 Pt 성분이 연료전지에 증착하게 되는데, 만약 공기극이 LSM과 같이 산소이온 전도성이 없는 경우, 촉매산화물 가스는 공기극 기공을 통하여 이동, 공기극(LSM)과 전해질인 YSZ의 계면에 증착된다. 따라서, 본 발명에 따른 촉매 증착 방법은 연료전지의 운전 온도에서 상기 온도에서 산화, 기화될 수 있는 촉매를 공기와 접촉시켜, 산소이온 전도도가 없는 공기극과 지지체 사이의 계면에 존재하는 LSM(공기극)/YSZ(전해질)/산소의 삼상경계 영역(three phase boundary, TPB)에만 백금 성분을 증착시켜 별도의 산화, 증착 공정 없이 연료전지의 셀 효율을 향상시킨다. 이러한 Pt 증착은 삼상경계 영역과 Pt 촉매 간에 발생하는 산소분압차로 인하여 공기극인 LSM 상단부에 집전체로 존재하던 Pt가 산화, 증발된 후, 삼상 경계영역까지 침투, 증착되어 연료전지의 성능 향상을 유도하는 것으로 판단된다.Referring back to FIG. 2, the air injected into the cathode is reduced in the cathode LSM after contacting the Pt current collector mesh, which is a catalyst material. At this time, the injected air and the Pt component evaporated by the high temperature conditions are deposited on the fuel cell. If the cathode has no oxygen ion conductivity such as LSM, the catalyst oxide gas moves through the cathode pores, the cathode (LSM) and the electrolyte. Is deposited at the interface of YSZ. Accordingly, the catalyst deposition method according to the present invention contacts the air, which can be oxidized and vaporized at the operating temperature of the fuel cell, with air, thereby providing an LSM (air electrode) present at the interface between the cathode and the support having no oxygen ion conductivity. The platinum component is deposited only on the three phase boundary (TPB) of / YSZ (electrolyte) / oxygen to improve the cell efficiency of the fuel cell without a separate oxidation and deposition process. The Pt deposition is caused by the oxygen partial pressure difference between the three-phase boundary region and the Pt catalyst, and the Pt existing as the current collector at the upper end of the cathode LSM is oxidized and evaporated, and then penetrated and deposited into the three-phase boundary region to induce the improvement of the fuel cell performance. I think that.

하지만, 공기극인 LSC나 LSF와 같이 산소이온 전도성을 갖는 물질로 이루어진 경우, 상기 촉매가스는 공기극/산소의 이상 경계영역에 증착될 수 있으며, 이때 촉매 증착은 촉매와 이상 경계영역 간에 발생하는 산소분압차에 의하여 진행된다. However, when the cathode is made of a material having an oxygen ion conductivity such as LSC or LSF, the catalyst gas may be deposited at an abnormal boundary region of the cathode / oxygen, and the catalyst deposition is an oxygen partial pressure generated between the catalyst and the abnormal boundary region. Proceed by car.

도 3a는 도 2의 구성에 따라 Pt와 Ag 메쉬를 촉매로 사용한 경우와, 산소의 환원반응에 대한 활성이 없는 종래의 Co-Ni 플레이트 메쉬를 사용한 경우의 전지 성능을 비교한 그래프이다.FIG. 3A is a graph comparing battery performance when a Pt and Ag mesh is used as a catalyst according to the configuration of FIG. 2 and when a conventional Co-Ni plate mesh having no activity for reducing oxygen is used.

도 3a를 참조하면, 0.5A/Cm2의 동일 전류밀도로 10시간 운전하는 동안 공기극인 LSM인 셀의 전압을 기록하여 본 결과 Co-Ni 플레이트 메쉬(Co Ni plated mesh)의 경우 큰 성능의 변화가 없었지만, 산소의 환원반응에 활성을 띄는 Pt와 Ag 집전체 사용의 경우 셀의 성능이 시간의 흐름에 따라 지속적으로 상승하는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the result of recording the voltage of the cell, which is the air cathode LSM, during operation for 10 hours at the same current density of 0.5A / Cm 2 , shows a large performance change in the case of Co-Ni plated mesh. In the case of Pt and Ag current collectors, which are active in the reduction reaction of oxygen, the cell performance continues to increase over time.

도 3b는 산소이온 전도도가 있는 물질인 LSCF를 공기극으로 사용한 고체산화물 연료전지에 대한 촉매 증착에 따른 성능 개선을 설명하는 그래프이다.FIG. 3B is a graph illustrating performance improvement due to catalyst deposition for a solid oxide fuel cell using LSCF, which is a material having oxygen ion conductivity, as an air electrode.

도 3b를 참조하면, 2A/Cm2로 운전된 전지는 시간 경과에 따라 도 3a와 동일하게 성능이 향상되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3B, it can be seen that the battery operated at 2A / Cm 2 is improved in performance as in FIG. 3A over time.

도 4 및 5는 공기극의 산소이온 전도성 여부에 따른 촉매의 증착영역을 설명하는 도면이다. 4 and 5 are diagrams illustrating the deposition region of the catalyst according to the oxygen ion conductivity of the cathode.

도 4를 참조하면, 공기극이 산소이온 전도성이 없는 경우(LSM), 공기극과 전해질 사이의 계면에 촉매가 증착되며, 이는 상기 계면에 존재하는 삼상 경계영역과 촉매의 산소 분압차에 기인한다. Referring to FIG. 4, when the cathode has no oxygen ion conductivity (LSM), a catalyst is deposited at the interface between the cathode and the electrolyte due to the oxygen partial pressure difference between the three phase boundary region and the catalyst present at the interface.

도 5를 참조하면, 산소이온 전도성의 공기극(LSCF)을 사용할 경우, 연료전지의 운전조건에서 산화, 증발된 촉매산화물 가스는 산소이온의 전도성을 갖는 공기극과 산소의 이상 경계영역에 증착된다. 즉, 이 경우 산화, 증발된 촉매산화물 가스는 전해질과의 계면뿐만 아니라 공기극 자체에 증착될 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 상기 산화, 증발된 촉매 증착을 연료전지의 반응영역에 증착시키며, 상기 반응영역은 공기극의 산소이온 전도도에 따라 달라진다. Referring to FIG. 5, when an oxygen ion conductive cathode (LSCF) is used, the catalytic oxide gas oxidized and evaporated under operating conditions of a fuel cell is deposited at an abnormal boundary region between the cathode having oxygen conductivity and oxygen. That is, in this case, the oxidized and evaporated catalyst oxide gas may be deposited not only at the interface with the electrolyte but also at the cathode itself. As described above, in the present invention, the oxidized and evaporated catalyst deposition is deposited in the reaction region of the fuel cell, and the reaction region depends on the oxygen ion conductivity of the cathode.

도 6은 삼상경계 영역에서의 입자 형성을 확인하는 SEM 사진이다.6 is a SEM photograph confirming the formation of particles in the three-phase boundary region.

도 6에서 (a)는 Co-Ni 플레이트 메쉬, (b)는 Ag 메쉬, (c)는 Pt 메쉬를 사용한 경우의 SEM 사진이다. In Figure 6 (a) is a Co-Ni plate mesh, (b) is an Ag mesh, (c) is a SEM photograph of the case using a Pt mesh.

도 6을 참조하면, 각각의 메쉬를 사용하여 도 2와 같이 운전한 후, 전단면의 BSE 모드 SEM 이미지를 관찰한 결과, Ag, Pt 메쉬를 사용한 경우 삼상경계 영역에서 이종의 물질이 형성되어 있음을 확인할 수 있다(적색 화살표 참조).Referring to FIG. 6, after operating as shown in FIG. 2 using each mesh, as a result of observing the BSE mode SEM image of the shear surface, when the Ag and Pt mesh were used, heterogeneous materials were formed in the three-phase boundary region. (See red arrow).

이상 검출된 이종 물질에 대한 성분 분석을 위하여, EDS 분석을 진행하였다. For component analysis of the heterogeneous substances detected above, EDS analysis was performed.

도 7a는 EDS가 진행된 샘플의 SEM 사진이고, 도 7b는 도 7a의 적색 부분에 존재하는 이종물질 영역에 대한 EDS 분석 결과이다.FIG. 7A is a SEM photograph of a sample undergoing EDS, and FIG. 7B is a result of EDS analysis of a heterogeneous region present in the red portion of FIG. 7A.

도 7a 및 7b를 참조하면, 상기 검출된 이종 물질은 Ag임을 알 수 있다. 다만, Pt의 경우, EDS 분석시 Zr과 에너지 피크가 오버랩되므로, 상기 EDS 분석방식으로는 Pt 검출 여부의 확인이 어려웠다. 따라서, TEM을 통한 원소 맵핑 방식으로 Pt 검출여부를 확인하였다. 7A and 7B, it can be seen that the detected heterogeneous material is Ag. However, in the case of Pt, Zr and energy peaks overlap during EDS analysis, so it is difficult to confirm whether Pt is detected by the EDS analysis method. Therefore, Pt detection was confirmed by elemental mapping method through TEM.

도 8a는 TEM의 원소 맵핑을 통한 Pt 검출을 진행한 샘플의 SEM 사진이고, 도 8b는 도 8a에 대한 샘플에 대한 TEM의 원소 맵핑을 통한 Pt 검출을 확인하는 사진이다.FIG. 8A is a SEM photograph of a sample subjected to Pt detection through elemental mapping of TEM, and FIG. 8B is a photograph confirming Pt detection through elemental mapping of TEM for the sample of FIG. 8A.

도 8a 및 8b를 참조하면, 이종물질이 형성된 미세구조영역에서만 Pt가 검출됨에 따라 도 8a에서 검출된 이종물질이 Pt임이 확인되었다.8A and 8B, it was confirmed that the heterogeneous substance detected in FIG. 8A was Pt as Pt was detected only in the microstructured region in which the heterogeneous substance was formed.

도 9는 집전체를 촉매로 사용하지 않고, 촉매 물질을 별도로 공기 유입관에 구비시킨 경우를 설명하는 도면이다. 도 9에서 집전체는 산소의 환원반응에 대한 활성이 없는 Co-Ni 플레이트 메쉬이었다.9 is a view for explaining a case where a catalyst material is separately provided in the air inlet pipe without using a current collector as a catalyst. In FIG. 9, the current collector was a Co-Ni plate mesh having no activity for reduction of oxygen.

도 9의 (b)를 참조하면, 공기극으로 공기를 유입시키기 위한 공기 유입관 내에 촉매 물질이 구비되며, 상기 촉매 물질은 유입되는 공기에 의하여 산화, 증발되어, 공기극에 증착된다. Referring to FIG. 9B, a catalyst material is provided in an air inlet pipe for introducing air into the air electrode, and the catalyst material is oxidized and evaporated by the incoming air and deposited on the air electrode.

도 10은 도 9에 따라 촉매가 공기유입관이 사용된 경우와, 그렇지 않은 경우를 비교한 결과이다. 10 is a result of comparing the case where the catalyst is used with the air inlet pipe according to FIG.

도 10을 참조하면, Pt를 공기 유입관 내에 위치시킨 경우, 그렇지 않은 경우와 비교하여 볼 때, 성능이 시간의 흐름에 따라 지속적으로 향상되어감을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 10, when the Pt is positioned in the air inlet pipe, it can be seen that the performance is continuously improved with time as compared with the case where it is not.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치의 모식도이다.11 is a schematic diagram of a fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 산소 환원에 활용될 수 있는 촉매(810)가 공기극으로 유입되는 공기 공급관(820)에 위치되며, 상기 공급관으로 유입되는 공기는 상기 연료전지의 공기극에 접촉하기 전 상기 촉매와 먼저 접촉하여, 상기 촉매를 산화시킨다. 특히 본 발명에서 상기 공기와 촉매의 접촉은 600 내지 1000℃의 온도 조건에서 진행되며, 이로써 산화, 증발된 촉매산화물 가스는 분압차에 의하여 전해질의 삼상경계 영역에 증착되며, 이는 상술한 바와 같다. Referring to FIG. 11, a catalyst 810, which may be utilized for oxygen reduction, is positioned in an air supply pipe 820 that flows into an air electrode, and the air introduced into the supply pipe is connected to the catalyst before contacting the cathode of the fuel cell. First contact, the catalyst is oxidized. In particular, the contact between the air and the catalyst in the present invention proceeds at a temperature of 600 to 1000 ℃, whereby the oxidized, evaporated catalyst oxide gas is deposited in the three-phase boundary region of the electrolyte by the partial pressure difference, as described above.

이와 같이 본 발명은 촉매를 공기 유입관 내에 간단히 위치 시킴으로써 연료전지의 성능 향상을 도모할 수 있으며, 별도의 증착, 산화 공정이 불필요하다는 장점이 있다. 즉, 실제 운전조건에서 자연스럽게 촉매 증착이 일어나므로, 공정상 매우 경제적이다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 촉매는 Pt이었으나, 상기 촉매로서 Ag, Pd등도 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. As described above, the present invention can improve the performance of the fuel cell by simply placing the catalyst in the air inlet pipe, and there is an advantage that a separate deposition and oxidation process is unnecessary. That is, the catalyst deposition occurs naturally in the actual operating conditions, it is very economical in the process. In one embodiment of the present invention, the catalyst was Pt, Ag, Pd, etc. may also be used as the catalyst, the scope of the present invention is not limited thereto.

하지만, 연료전지 운전조건에서 산소와의 접촉을 통하여 증발, 산화되는 촉매를 공기극에 증착시키는 경우, 연료전지의 장시간 운전에 따라 촉매의 과도한 증착이 발생할 수 있다. 이 경우, 촉매-셀간 박리 현상이 발생하여, 오히려 셀의 성능을 저감되고, 연료전지의 기계적 내구성이 저하되는 문제가 있다.However, in the case of depositing a catalyst that is evaporated and oxidized through contact with oxygen in a fuel cell in a fuel cell operating condition, excessive deposition of the catalyst may occur according to a long operation of the fuel cell. In this case, the catalyst-cell peeling phenomenon occurs, rather, the performance of the cell is reduced, and the mechanical durability of the fuel cell is lowered.

도 12는 0.5A/Cm2의 전류밀도로 100시간 운전하는 동안의 단전지 전압변화와, 그에 따른 Pt 입자 형성의 예상도이다.FIG. 12 is a diagram illustrating the variation of unit cell voltage and the formation of Pt particles during operation for 100 hours at a current density of 0.5 A / Cm 2 .

도 12를 참조하면, 운전 시간 경과에 따라 셀 전압이 증가하다 일정 시간 후에는 셀 전압이 더 이상 증가하지 않는 것을 알 수 있다. 이처럼 연료전지 운전 중 유입되는 공기와 촉매를 일정 시간 이상 접촉시켜 공기극에 촉매를 증착시키는 경우, 셀 성능이 더 이상 향상되지 않는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 12, it can be seen that the cell voltage increases as the operation time elapses. After a predetermined time, the cell voltage no longer increases. As such, when the catalyst is deposited on the cathode by contacting the catalyst with air introduced during fuel cell operation for a predetermined time, the cell performance is no longer improved.

도 13은 0.5A/Cm2의 전류밀도로 100시간 운전 후 단전지의 표면과 단면에 형성된 Pt의 SEM 이미지이고, 도 14는 LSCF를 공기극으로 이용한 단전지의 운전 후, 그 단면에 대한 SEM 이미지이다. 또한, 도 15는 공기극 측에 위치했던 집전 메쉬를 제거하는 과정에서 공기극 박리가 일어난 이미지이다. FIG. 13 is an SEM image of Pt formed on the surface and cross section of a unit cell after operation for 100 hours at a current density of 0.5 A / Cm 2 , and FIG. 14 is an SEM image of the cross section after operation of a unit cell using LSCF as an air electrode. to be. In addition, FIG. 15 is an image in which the cathode peeling occurs in the process of removing the current collecting mesh located on the cathode side.

도 13 내지 15를 참조하면, 장시간 연료전지 운전에 따라 촉매가 과도하게 공기극에 증착되는 경우, 공기극에서 촉매의 박리 문제가 발생하는 것을 알 수 있다(도 15 참조). 또한, 도 14를 참조하면, 공기극 내에 Pt 촉매(적색 박스 참조)가 증착하는 것을 알 수 있으며, 따라서, 장시간 운전조건 하에서 공기극 내로 증착된 Pt 촉매가 과도하게 성장하여, 전지 효율이 떨어질 수 있다.13 to 15, it can be seen that when the catalyst is excessively deposited on the cathode according to the fuel cell operation for a long time, a problem of peeling the catalyst from the cathode occurs (see FIG. 15). In addition, referring to FIG. 14, it can be seen that Pt catalyst (see red box) is deposited in the cathode, and thus, Pt catalyst deposited in the cathode under prolonged operating conditions may grow excessively, thereby degrading battery efficiency.

따라서, 본 발명에 따른 연료전지 운전장치는 공기를 유입하는 공기 유입라인에 구비된 촉매를 선택적으로 공기와 접촉시키는 기술구성을 제공한다. Accordingly, the fuel cell operating apparatus according to the present invention provides a technical configuration for selectively contacting the catalyst provided in the air inlet line for introducing air with air.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치의 모식도이다.16 is a schematic diagram of a fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지는 공기극(100) / 전해질(110) / 연료극(120)으로 이루어진다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 운전장치는 상기 공기극(100)으로 공기를 유입하기 위한 공기 유입라인(210)을 포함한다. 상기 공기 유입라인(210)에는 공기극에 증착되는 촉매(220)가 구비되는데, 상기 공기 유입라인(210)은 상기 촉매(220)로 공기를 주입하는 제 1 공기 유입라인(211)과, 상기 촉매(220)를 바이패스하는 제 2 공기 유입라인(212)으로 이루어진다. 바이패스 라인인 상기 제 2 공기 유입라인(212)의 일단은 상기 촉매 전단의 제 1 공기 유입라인의 일 지점(A1)에 연결되며, 상기 제 2 공기 유입라인의 타단은 상기 촉매 후단의 제 1 공기 유입라인(210)의 또 다른 일 지점(A2)에 연결된다. Referring to FIG. 16, a fuel cell according to the present invention includes a cathode 100, an electrolyte 110, and an anode 120. In addition, the fuel cell operating apparatus according to the present invention includes an air inlet line 210 for introducing air into the cathode 100. The air inlet line 210 is provided with a catalyst 220 that is deposited on the cathode, the air inlet line 210 is a first air inlet line 211 for injecting air into the catalyst 220 and the catalyst And a second air inlet line 212 bypassing 220. One end of the second air inlet line 212, which is a bypass line, is connected to a point A1 of the first air inlet line of the front end of the catalyst, and the other end of the second air inlet line is the first of the first end of the catalyst. It is connected to another point A2 of the air inlet line 210.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 운전장치는 촉매 전단의 상기 제 1 공기 유입라인(211)과 제 2 공기 유입라인(212)의 연결지점에 구비되며, 공기 소스(S)로부터 유입되는 공기 흐름을 변경시키기 위한 밸브(230)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 밸브는 삼방밸브(쓰리웨이 밸브, Three way valve)일 수 있다. 이하, 상술한 연료전지 운전장치의 동작을 도면을 통하여 상세히 설명한다. Fuel cell operating apparatus according to an embodiment of the present invention is provided at the connection point of the first air inlet line 211 and the second air inlet line 212 of the front end of the catalyst, the air flowing from the air source (S) And a valve 230 for changing the flow. In one embodiment of the present invention, the valve may be a three-way valve. Hereinafter, the operation of the fuel cell driving apparatus described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 17은 촉매를 공기극에 증착시키는 연료전지 운전조건을 설명하는 도면이다.17 is a view for explaining fuel cell operating conditions for depositing a catalyst on an air electrode.

도 17을 참조하면, 공기 소스로부터 제 1 공기 유입라인(211)으로 공기(a)가 유입된다. 이때, 제 1 공기 유입라인(211)과 제 2 공기 유입라인(212)의 연결지점에 구비된 밸브(230)는 공기(a) 흐름이 제 1 공기 유입라인(211)을 계속 지나도록 하기 위하여, 상기 제 2 공기 유입라인(212)으로의 공기 유입을 차단한다. 따라서, 상기 유입된 공기는 제 1 공기 유입라인(211)을 계속 지나게 되어, 상기 제 1 공기 유입라인(211)에 구비된 촉매와 접촉하게 된다. 그 결과, 상기 제 1 공기 유입라인(211)의 촉매는 유입되는 공기에 의하여 연료전지 운전조건에서 증발, 산화되어, 공기극(100)의 반응영역에 증착된다. 촉매가 증착되는 공기극 반응영역과 공기극(100)에 증착된 촉매에 의한 연료전지 성능 개선효과는 상술한 바와 같으니 이하 생략한다. Referring to FIG. 17, air a flows from the air source into the first air inlet line 211. At this time, the valve 230 provided at the connection point between the first air inlet line 211 and the second air inlet line 212 is for the air (a) flow to continue to pass through the first air inlet line 211 The air inflow to the second air inlet line 212 is blocked. Therefore, the introduced air continues to pass through the first air inlet line 211 and comes into contact with the catalyst provided in the first air inlet line 211. As a result, the catalyst of the first air inlet line 211 is evaporated and oxidized under the fuel cell operating conditions by the inflowing air, and is deposited in the reaction region of the cathode 100. Fuel cell performance improvement effect by the cathode reaction region in which the catalyst is deposited and the catalyst deposited on the cathode 100 is as described above, and thus will be omitted.

도 18은 일정시간 경과 후 공기극에 촉매를 증착시키지 않는 연료전지 운전조건을 설명하는 도면이다.FIG. 18 is a view illustrating a fuel cell operating condition in which a catalyst is not deposited on the cathode after a predetermined time has elapsed. FIG.

도 18을 참조하면, 제 1 공기 유입라인(211)과 제 2 공기 유입라인(212)의 연결지점에 구비된 밸브(230)는 제 1 공기 유입라인(211) 후단으로 공기 유입을 차단하여 상기 공기소스(S)로부터의 공기 유입 방향을 제 2 공기 유입라인(212)으로 유도한다. 이로써 공기소스(S)로부터의 공기는 촉매(220)를 우회(바이패스)하게 되어, 상기 공기는 바로 공기극으로 유입된다. Referring to FIG. 18, the valve 230 provided at the connection point between the first air inlet line 211 and the second air inlet line 212 blocks the air inlet to the rear end of the first air inlet line 211. The air inflow direction from the air source S leads to the second air inlet line 212. As a result, the air from the air source S bypasses the catalyst 220, and the air flows directly into the cathode.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들을 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments are to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

Claims (12)

공기극/전해질/연료극으로 이루어진 연료전지의 운전장치로서, 상기 장치는
공기 소스로부터 상기 연료전지의 공기극에 공기를 유입하기 위한 제 1 공기 유입라인;
상기 제 1 공기 유입라인에 구비된 촉매; 및
상기 제 1 공기 유입라인에 연결되며, 상기 촉매로 유입되는 공기를 상기 연료전지로 바이패스시키기 위한 제 2 공기 유입라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.An operating device of a fuel cell consisting of an air electrode / electrolyte / fuel electrode, the device comprising:
A first air inlet line for introducing air from an air source to the cathode of the fuel cell;
A catalyst provided in the first air inlet line; And
And a second air inlet line connected to the first air inlet line and configured to bypass air introduced into the catalyst to the fuel cell. 제 1항에 있어서, 상기 장치는
상기 제 2 공기 유입라인의 일단은 상기 촉매 전단의 제 1 공기 유입라인에 연결되며, 상기 제 2 공기 유입라인의 타단은 상기 촉매 후단의 제 1 공기 유입라인에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.The device of claim 1, wherein the device is
One end of the second air inlet line is connected to the first air inlet line of the front end of the catalyst, the other end of the second air inlet line fuel cell operating apparatus characterized in that connected to the first air inlet line of the rear end of the catalyst . 제 2항에 있어서,
상기 제 2 공기 유입라인의 일단과 상기 제 1 공기 유입라인의 연결 지점에는 상기 유입되는 공기 흐름을 제어하기 위한 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.The method of claim 2,
One end of the second air inlet line and the connection point of the first air inlet line is a fuel cell operating device, characterized in that provided with a valve for controlling the incoming air flow. 제 3항에 있어서,
상기 밸브가 상기 제 2 공기 유입라인으로 공기 흐름을 유도하는 경우, 상기 촉매는 상기 유입되는 산소와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.The method of claim 3,
And when the valve induces air flow to the second air inlet line, the catalyst is not in contact with the incoming oxygen. 제 4항에 있어서,
상기 밸브가 상기 제 1 공기 유입라인을 통하여 상기 촉매를 상기 공기와 접촉시키는 경우, 상기 촉매는 산화되며, 상기 산화된 촉매 가스는 상기 공기극의 반응영역에 증착되는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.5. The method of claim 4,
And when the valve contacts the catalyst with the air through the first air inlet line, the catalyst is oxidized, and the oxidized catalyst gas is deposited in a reaction zone of the cathode. 제 5항에 있어서,
상기 증착은 연료전지의 운전 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.6. The method of claim 5,
The deposition is a fuel cell operating apparatus, characterized in that the proceeding under the operating conditions of the fuel cell. 제 1항에 있어서,
상기 촉매는 Pt, Ag, Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.The method of claim 1,
The catalyst is a fuel cell operating apparatus, characterized in that any one selected from the group consisting of Pt, Ag, Pd. 제 1항에 있어서,
상기 밸브는 삼방 밸브인 것을 특징으로 하는 연료전지 운전장치.The method of claim 1,
The valve is a fuel cell operating apparatus characterized in that the three-way valve. 공기극/전해질/연료극으로 이루어진 연료전지의 운전방법으로,
공기 소스로부터 상기 공기극으로 유입되는 공기로 상기 공기극 상단에 구비된 촉매를 산화시키는 단계;
상기 산화된 촉매산화물를 상기 공기극의 반응영역에 증착시키는 단계; 및
상기 촉매산화물 증착 후, 상기 공기 소스로부터 상기 공기극에 직접 공기를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 운전방법.A method of operating a fuel cell consisting of an air electrode / electrolyte / fuel electrode,
Oxidizing a catalyst provided at an upper end of the cathode with air flowing from an air source into the cathode;
Depositing the oxidized catalyst oxide in a reaction region of the cathode; And
And depositing air directly into the cathode from the air source after depositing the catalyst oxide. 제 8항에 있어서,
상기 촉매산화물 증착은 상기 연료전지의 초기 운전 공정에서 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전방법.The method of claim 8,
The catalytic oxide deposition is a fuel cell operating method characterized in that the progress in the initial operation of the fuel cell. 제 10항에 있어서,
상기 공기극에 상기 산화된 촉매산화물을 증착시키는 단계와 상기 공기 소스로부터 상기 공기극에 직접 공기를 유입시키는 단계 사이에는 상기 공기극으로 유입되는 공기의 경로를 변경시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전방법.The method of claim 10,
And changing the path of the air flowing into the cathode between depositing the oxidized catalyst oxide on the cathode and introducing air directly from the air source to the cathode. How to operate. 제 11항에 있어서,
상기 촉매는 Pt, Ag, Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 운전방법.12. The method of claim 11,
The catalyst is a fuel cell operating method, characterized in that any one selected from the group consisting of Pt, Ag, Pd.
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