KR101451838B1 - 용융탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법 - Google Patents

용융탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법은, 집전판의 전체 영역 중에서 반응이 큰 영역은 반응을 낮추는 반면, 반응이 작은 영역은 반응을 높여 집전판의 전체 영역에 대한 반응정도를 균일하게 함으로써, 집전판의 면적을 증가시키지 않고도 가스가 전체 면적에 고르게 흐를 수 있어 용융탄산염 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 연료전지의 반응영역 간 온도차가 감소하여 집전판과 센터플레이트, 그리고 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 변형을 방지하여 연료전지의 효율이 상승하고 수명이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

용융탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법{MOLTEN CARBONATE FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING OF SHIELDED SLOT PLATE THEREOF}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 용융 탄산염 연료전지(Molten carbonate fuel cell)의 쉴디드 슬롯 플레이트(Shielded slot plate)에 관한 것이다.
용융탄산염 연료전지는 애노드부의 수소 산화반응과 캐소드부의 산소 환원반응의 전기화학 반응을 이용하여 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치이다.
용융탄산염 연료전지는 기존의 열기관(연소기관)에 비하여 이론적 발전효율이 높고 공해 오염원이 적은 친환경적 발전시스템이다. 이러한 용융탄산염 연료전지는 전기를 생산해 내는 스택(stack), 연료 공급 장치와 같은 기계적 주변장치, 그리고 DC/AC 변환장치와 같은 전기적 주변장치로 크게 구성된다.
스택은 한 쌍의 애노드 전극판과 캐소드 전극판 사이에 알카리탄산염 전해질을 함유하는 다공성의 매트릭스판으로 이루어지는 단위전지를 가지며, 이들 단위전지는 도전성의 분리판을 개재하여 수십 내지 수백 개를 적층한 형태로 이루어진다.
도 1은 종래 용융탄산염 연료전지의 내부를 파단하여 보인 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 연료전지는 다수 개의 스택(1)이 층층이 적층되고, 다수 개의 스택(1) 사이에는 분리판(2)이 개재되어 있다.
스택(1)은 알카리탄산염 전해질을 포함하는 다공성의 매트릭스판(11)의 양측에 각각 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판(도 1에서는 애노드 전극판이 도시됨)(미도시)이 접하도록 배치되고, 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판(미도시)의 일측면에는 쉴디드 슬롯 플레이트(shielded slot plate, 이하 집전판(current collector)이라고 함)(14)이 각각 배치되어 있다. 그리고 집전판(14) 사이에는 스택(1)을 각각 구분하는 분리판(2)이 설치되어 있다. 분리판(2)에는 각 스택(1) 사이에 개재되어 애노드극(12)과 캐소드극의 가스 유동을 분리하는 센터 플레이트(center plate)(21)가 설치되고, 센터 플레이트(21)의 가장자리에는 스택(1)으로 연료와 공기를 공급하기 위한 매니폴드(22)가 설치되어 이루어져 있다.
집전판(14)은 내식성이 높은 스테인리스 판재를 박판 성형하여 다수 개의 단위 슬롯(14a)이 형성되어 있다. 단위 슬롯(14a)은 가스의 유동방향으로 개구되도록 가스유동방향(이하, 정면)에서 볼 때 사다리꼴 모양의 단면으로 형성될 수 있다. 그리고, 집전판(14)의 상면, 즉 단위 슬롯(14a)의 사이에는 여러 개의 촉매가 배치되어 연료전지 반응을 촉진시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 집전판은, 단위 슬롯의 각 부위가 동일한 단면적을 가지도록 형성되는 동시에 단위 슬롯(14a)의 입구단과 출구단 역시 동일한 단면적을 가지도록 형성되고 각 단위 슬롯(14a)의 개구방향이 평행하도록 형성되는 것이나, 이 경우 가스가 특정 영역으로 집중되면서 영역별 반응차가 발생하게 되므로 전체적으로 가스의 반응성이 낮아지면서 연료전지의 효율 및 수명이 저하되는 문제점이 있었다.
또, 단위 슬롯(14a)이 규칙적인 방향성을 가지고 형성되는 경우에는 집전판(14)에서의 영역별 온도차가 증가하여 집전판(14)의 굽힘 강성이 저하됨에 따라 연료전지의 주요 부품들에서의 응력집중으로 인한 파손이 발생할 수 있고 특히 전해질의 변형이나 파손이 발생하게 되면 연료가스가 캐소드 전극판 쪽으로 크로스 오버되면서 연료전지의 효율 및 수명이 저하되는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은, 각 단위 슬롯을 통과하는 가스에 대한 접촉 면적 또는 유로 저항을 차별화하여 가스가 전체 반응 영역에 골고루 퍼지도록 하여 연료전지의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 용융 탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법을 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 집전판의 영역별 온도차를 줄여 온도차에 의한 변형을 줄임으로써 각 부품들에서의 응력집중으로 인한 파손이나 이로 인한 크로스 오버 등을 방지하여 연료전지의 효율 및 수명을 향상시킬 수 있는 용융 탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법을 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질막의 양측에 애노드 전극판과 캐소드 전극판; 상기 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 측면에 각각 구비되며 다수 개의 단위 슬롯이 형성되는 복수 개의 집전판; 및 상기 집전판의 일측에 각각 구비되고 상기 각 전극판과 집전판 사이로 가스를 안내하도록 입구측 매니폴드와 출구측 매니폴드를 가지는 복수 개의 분리판;을 포함하고, 상기 단위 슬롯은 적어도 2개 이상의 다른 형상으로 형성되는 용융탄산염 연료전지가 제공된다.
또, 전해질막의 양측에 애노드 전극판과 캐소드 전극판; 상기 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 측면에 각각 구비되며 다수 개의 단위 슬롯이 형성되는 복수 개의 집전판; 및 상기 집전판의 일측에 각각 구비되고 상기 각 전극판과 집전판 사이로 가스를 안내하도록 입구측 매니폴드와 출구측 매니폴드를 가지는 복수 개의 분리판;을 포함하고, 상기 단위 슬롯 중에서 적어도 한 개 이상의 단위 슬롯은 상기 입구측 매니폴드에서 출구측 매니폴드 방향에 대해 소정의 각도로 교차되는 방향으로 개구되는 개구부를 가지는 용융탄산염 연료전지가 제공된다.
본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지는, 집전판의 전체 영역 중에서 반응이 큰 영역은 반응을 낮추는 반면, 반응이 작은 영역은 반응을 높여 집전판의 전체 영역에 대한 반응정도를 균일하게 함으로써, 집전판의 면적을 증가시키지 않고도 가스가 전체 면적에 고르게 흐를 수 있어 용융탄산염 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 연료전지의 반응영역 간 온도차가 감소하여 집전판과 센터플레이트, 그리고 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 변형을 방지하여 연료전지의 효율이 상승하고 수명이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 용융탄산염 연료전지의 내부를 파단하여 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에서 집전판의 단위 슬롯에 대한 다른 실시예를 부위별로 보인 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2에 따른 집전판에서 단위 슬롯의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 5 및 도 6은 도 2에 따른 집전판에서 단위 슬롯의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지의 집전판 제조과정을 보인 블록도.
이하, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지 및 그 연료전지의 집전판 제조 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지에서 집전판의 단위 슬롯에 대한 다른 실시예를 부위별로 보인 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 연료전지는 다수 개의 스택(1)이 층층이 적층되고, 다수 개의 스택(1) 사이에는 분리판(2)이 개재된다.
스택(1)은 알카리탄산염 전해질을 포함하는 다공성의 매트릭스판(11)의 양측에 각각 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판(미도시)이 접하도록 배치되고, 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판의 일측면에는 집전판(current collector)(100)이 각각 배치된다.
그리고 집전판(100) 사이에는 스택(1)을 각각 구분할 수 있도록 상기 분리판(2)이 설치된다. 분리판(2)에는 각 스택(1) 사이에 개재되어 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판의 가스 유동을 분리하는 센터 플레이트(center plate)(21)가 설치되고, 센터 플레이트(21)의 양쪽 가장자리에는 스택(1)으로 연료와 공기를 공급하기 위한 입구측 매니폴드(22a)와 출구측 매니폴드(22b)가 설치된다.
집전판(100)은 내식성이 높은 스테인리스 판재를 박판 성형하여 다수 개의 단위 슬롯(100)이 형성된다.
단위 슬롯(110)은 가스의 유동방향, 즉 입구측 매니폴드(21a)에서 출구측 매니폴드(21b) 방향으로 개구되거나 또는 가스의 유동방향에 대해 소정의 각도만큼 틀어져 개구되도록 사다리꼴 모양의 단면으로 형성될 수 있다. 그리고, 집전판(100)의 상면, 즉 단위 슬롯(110)의 사이에는 여러 개의 촉매(미도시)가 배치되어 연료전지 반응을 촉진시킬 수 있다.
여기서, 단위 슬롯(110)의 형상이나 배치 구조는 연료전지의 반응 정도에 따라 다르게 함으로써 연료전지의 효율 및 수명을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 집전판(100)에서 반응이 많은 영역의 단위 슬롯은 반응을 낮출 수 있는 형상 또는 배치 구조로, 반대로 반응이 적은 영역의 단위 슬롯은 반응을 높일 수 있는 형상 또는 배치구조로 각각 차별화하여 반응의 불균형에 의한 효율 저하를 감소시킴으로써 전체 효율을 상승시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상대적으로 반응이 많이 발생하는 집전판(100)의 중앙 영역(A)에 형성되는 단위 슬롯(110)은 표면적을 줄이기 위해 상면부(111)에 홈부(111a)가 형성될 수 있다. 반면, 상대적으로 반응이 적게 발생하는 집전판(100)의 측면 영역(B)(C)에 형성되는 단위 슬롯(120)은 표면적을 늘리기 위해 상면부(121)에 돌기부(121a)가 형성될 수 있다. 물론 홈부(111a)와 돌기부(121a)는 상면부(111)(121) 뿐만 아니라 양측면에 어디에나 형성될 수 있다. 그리고 측면 영역(B)(C) 중에서도 가장 반응이 적게 발생하는 모서리영역에 형성되는 단위 슬롯(120)은 돌기부(121a)는 다른 부위보다 더욱 넓거나 많게 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 실시예들에 의한 용융탄산염 연료전지의 집전판은 다음과 같은 작용 효과가 있다.
즉, 반응가스와 연료가스가 애노드 극과 캐소드 극에 형성되는 가스유로를 따라 유동하면서 애노드, 캐소드, 매트릭스에서 전기 화학적 반응에 의해 전기를 생성하게 되고, 이 전기는 집전판(100)에 의해 집전되면서 전기의 통로가 된다.
여기서, 반응가스와 연료가스의 유동 형태는 집전판(100)에 구비되는 단위 슬롯(110)(120)의 형상과 배열에 따라 다양하게 형성되기 때문에 단위 슬롯의 형상과 배열을 적절하게 조절할 경우 반응가스와 연료가스가 집전판(100)의 전 영역에 걸쳐 고르게 확산될 수 있고 이를 통해 연료전지의 반응 효율을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 발열반응을 하는 연료전지의 특성상 반응이 큰 영역(통상, 중앙 영역)(A)에서는 온도가 높게 발생하는 반면 반응이 적은 영역(통상, 측면 영역)(B,C)에서는 온도가 낮게 발생하게 되고 이러한 영역별 온도차는 크게는 섭씨 100도 이상까지 발생할 수도 있다. 이러한 온도차는 스테인리스로 제작된 집전판(100)과 센터플레이트(21)의 열변형을 초래할 수 있고, 이 열변형에 의해 발생한 영역별 변위차는 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판(미도시)에 직접적으로 영향을 끼쳐 센터플레이트(21)와 집전판(100)의 접촉 불량이 발생할 수 있다. 또, 상대적으로 높은 온도가 발생되는 중앙 영역(A)에서는 상대적으로 낮은 온도가 발생되는 측면 영역(B,C)에서 보다 스테인리스 재질인 분리판의 탄성계수(Elastic modulus)가 감소하게 되어 영역별 응력 변형율의 차이가 커지게 되고 이로 인해 열변형에 의한 응력이 중앙 영역에 집중되면서 전해질의 중앙 영역이 파손될 수 있다. 전해질이 파손되면 반응가스와 연료가스 사이에 크로스 오버가 발생되면서 연료전지 운행에 치명적인 문제가 발생하거나, 영역별 반응 효율이 불균일하게 되면서 전체적인 연료전지의 반응효율이 낮아질 수 있다.
하지만, 본 실시예와 같이 집전판(100)의 단위 슬롯(110)(120)을 영역별로 다른 형상으로 형성하거나 배치함으로써 영역별 온도차를 줄여 반응정도를 균일하게 하고 이를 통해 전체적인 연료전지의 효율을 높일 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 반응이 큰 중앙 영역(A)은 단위 슬롯(110)의 표면적을 작게, 반응이 작은 측면 영역은 단위 슬롯(B)(C)의 표면적을 크게 하여 집전판(100) 전체의 반응정도를 균일하게 하고 이를 통해 집전판(100)의 반응효율을 높여 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이렇게 하여, 집전판의 면적을 증가시키지 않고도 가스가 전체 면적에 고르게 흐를 수 있어 용융탄산염 연료전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 연료전지의 반응영역 간 온도차가 감소하여 집전판과 센터플레이트, 그리고 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 변형을 방지하여 연료전지의 효율이 상승하고 수명이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의한 집전판에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 도 2에 따른 집전판에서 단위 슬롯의 다른 실시예를 보인 사시도로서, 단위 슬롯을 통과하는 가스의 유속을 차별화하여 반응의 불균형을 해소하는 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상대적으로 반응이 많이 발생하는 집전판(200)의 중앙 영역(A)에 형성되는 단위 슬롯(210)은 개구부(211)의 단면적이 작게 형성될 수 있다. 반면, 상대적으로 반응이 적게 발생하는 집전판(200)의 측면 영역(B)(C)에 형성되는 단위 슬롯(220)은 개구부(221)의 단면적이 크게 형성될 수 있다.
여기서, 단위 슬롯(220)은 측면 영역(B)(C) 중에서도 가장 반응이 적게 발생하는 모서리영역에 형성되는 단위 슬롯(220)의 개구부(221) 단면적이 다른 부위보다 더욱 넓게 형성될 수도 있고, 정중앙에서 양측면으로 갈수록 점차 단위 슬롯(220)의 개구부 단면적이 커지게 형성될 수도 있다.
도 4에서와 같이, 단위 슬롯(210)(220)은 영역에 따라 형상을 달리하여 개구부의 단면적을 차별화할 수 있다. 즉, 양측면 영역(B)(C)에 구비되는 단위 슬롯(220)의 개구부는 입구측 개구부(221a)의 단면적과 출구측 개구부(221b)의 단면적을 동일하게 형성되는 반면 중앙 영역(A)의 단위 슬롯은 입구측 개구부(211a)에서 출구측 개구부(211b)로 갈수록 단면적이 작아지도록 평면투영시 소정의 저항각(α)을 갖는 절두원추 형상으로 형성될 수도 있다.
여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 중앙 영역(A)에 형성되는 단위 슬롯(210)과 양측면 영역(B)(C)에 형성되는 단위 슬롯(220) 모두 절두원추형 모양으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 중앙 영역(A)의 단위 슬롯(210)의 저항각(α)보다 양측면 영역(B)(C)의 단위 슬롯(220)의 저항각(α)이 더 작게 형성될 수 있다.
상기와 같이, 반응이 큰 중앙 영역(A)은 단위 슬롯(210)의 개구부(211) 단면적을 작게 형성하는 반면, 반응이 작은 측면 영역(B)(C)은 단위 슬롯(220)의 개구부(221) 단면적을 넓게 형성할 수 있다. 그러면 반응이 적게 발생하는 양 측면 영역(B)(C)에서는 가스가 잘 흐를 수 있도록 하여 반응을 높이는 반면, 반응이 크게 발생하는 중앙 영역(A)에는 가스가 잘 흐르지 않도록 하여 반응을 줄일 수 있다. 이를 통해 집전판 전체의 반응이 균일하게 발생되도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
도 5 및 도 6은 도 2에 따른 집전판에서 단위 슬롯의 다른 실시예를 보인 사시도로서, 단위 슬롯의 배치 구조를 이용하여 반응의 불균형을 해소하는 것이다.
이에 도시된 바와 같이, 상대적으로 반응이 많이 발생하는 집전판(300)의 중앙 영역(A)에 형성되는 단위 슬롯(310)은 개구부(311)가 가스의 유동방향에 대해 직교하도록 배치될 수 있다. 반면, 상대적으로 반응이 적게 발생하는 집전판(300)의 측면 영역(B)(C)에 형성되는 단위 슬롯(320)은 개구부(321)가 가스의 유동방향에 대해 직각보다는 작은 각도로 교차되거나 또는 평행하도록 형성될 수 있다.
여기서, 도 5에서와 같이 집전판(300)의 정중앙에 형성되는 단위 슬롯(310)의 개구부(311)는 가스의 유동방향과 직교하도록 형성되는 반면 정중앙에 형성되는 단위 슬롯(310)의 양측에서 최측단의 단위 슬롯(320)으로 갈수록 개구부(321)가 가스의 유동방향에 대해 점차 작은 각도로 교차하도록 형성될 수 있다. 특히, 네 모서리에 위치하는 단위 슬롯(320)은 도 6에서와 같이 개구부(321)가 가스의 유동방향과 평행하게 형성될 수 있다.
상기와 같이, 반응이 큰 중앙 영역(A)은 단위 슬롯(310)의 개구부가 가스의 유동방향과 직교하거나 많이(예를 들어 45°미만) 틀어지게 배치하는 반면, 반응이 작은 측면 영역(B)(C)은 단위 슬롯(320)의 개구부가 가스의 유동방향과 평행하거나 적게(예를 들어 45°이상) 틀어지게 배치할 수 있다. 그러면 반응이 적게 발생하는 양 측면 영역(B)(C)에서는 가스가 잘 흐를 수 있도록 하여 반응을 높이는 반면, 반응이 크게 발생하는 중앙 영역(A)에는 가스가 잘 흐르지 않도록 하여 반응을 줄일 수 있다. 이를 통해 집전판 전체의 반응이 균일하게 발생되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 용융탄산염 연료전지의 집전판을 제조하는 과정은 다음과 같다.
즉, 도면으로 도시하지는 않았으나, 집전판 전체를 한 개의 금형을 이용하여 한번에 집전판을 제작할 수도 있다. 하지만, 이 경우 집전판의 크기나 단위 슬릿의 형상에 따라서는 높은 수준의 금형기술이나 규모가 큰 금형장비가 필요할 수 있다. 따라서, 작은 금형을 이용하여 집전판을 영역별로 쪼개 제작한 후 분리판에서 조립할 수도 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이 집전판이 16개의 영역으로 구분되는 경우에는 도 7에서와 같이 각 영역별 금형을 마련하여 각각의 금형에서 다른 형상의 단위 슬릿을 갖는 단위 집전판을 제작한 후(S1), 연료전지의 조립시 분리판에 각각의 단위 집전판을 전체 집전판의 형상에 맞게 배열한 후(S2), 집전판의 상면에 다른 전극판 및 분리판과 같은 연료전지 부품을 적층시켜 체결함으로써 집전판을 고정할 수 있게 된다.(S3,S4) 그러면, 높은 수준의 금형기술이나 큰 큐모의 금형장비를 구비하지 않고도 영역별로 다른 형상을 갖는 단위 슬릿을 용이하게 제작할 수 있다.
1 : 스택 2 : 분리판
11 : 매트릭스판 12 : 전극판
100,200,300 : 집전판 110,120,210,220,310,320 : 단위 슬롯
111a : 홈부 121a : 돌기부
211,221,311,321 : 단위 슬롯의 개구부

Claims (9)

  1. 전해질막의 양측에 구비되는 애노드 전극판과 캐소드 전극판;
    상기 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 측면에 각각 구비되며 다수 개의 단위 슬롯이 형성되는 복수 개의 집전판; 및
    상기 집전판의 일측에 각각 구비되고 상기 각 전극판과 집전판 사이로 가스를 안내하도록 입구측 매니폴드와 출구측 매니폴드를 가지는 복수 개의 분리판;을 포함하고,
    상기 집전판의 중앙 영역에 위치하는 단위 슬롯의 표면적은 상기 집전판의 측면 영역에 위치하는 단위 슬롯의 표면적에 비해 작게 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위 슬롯은 상기 입구측 매니폴드에서 출구측 매니폴드 방향으로 개구되는 개구부를 가지며,
    상기 집전판의 중앙 영역에 위치하는 단위 슬롯의 개구부의 단면적이 상기 집전판의 측면 영역에 위치하는 단위 슬롯의 개구부의 단면적에 비해 작게 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 입구측 매니폴드에서 출구측 매니폴드 방향으로 갈수록 단면적이 작아지게 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  5. 전해질막의 양측에 애노드 전극판과 캐소드 전극판;
    상기 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 측면에 각각 구비되며 다수 개의 단위 슬롯이 형성되는 복수 개의 집전판; 및
    상기 집전판의 일측에 각각 구비되고 상기 각 전극판과 집전판 사이로 가스를 안내하도록 입구측 매니폴드와 출구측 매니폴드를 가지는 복수 개의 분리판;을 포함하고,
    상기 단위 슬롯 중에서 적어도 한 개 이상은 상기 입구측 매니폴드와 출구측 매니폴드를 직선으로 연결하는 가상선에 대해 소정의 각도로 교차되는 방향으로 개구되는 개구부를 가지는 용융탄산염 연료전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 집전판의 중앙 영역에 위치하는 단위 슬롯의 개구부는 상기 집전판의 측면 영역에 위치하는 단위 슬롯의 개구부에 비해 교차되는 각도가 크게 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집전판의 정중앙 영역에 위치하는 단위 슬롯의 개구부는 상기 가상선에 대해 직교하는 방향으로 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집전판의 모서리에 위치하는 단위 슬롯의 개구부는 상기 가상선에 대해 평행하게 형성되는 용융탄산염 연료전지.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 단위 슬롯을 갖는 복수 개의 단위 집전판을 제작하는 단계;
    상기 복수 개의 단위 집전판을 한 개의 분리판에 배열하는 단계;
    상기 분리판에 배열된 단위 집전판의 상면에 연료전지를 이루는 부품을 적층하는 단계; 및
    상기 단위 집전판을 포함하여 연료전지를 이루는 부품을 체결하여 단위 집전판이 고정되도록 하는 단계;로 진행하는 용융탄산염 연료전지의 집전판 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030035433A (ko) * 2001-10-31 2003-05-09 한국전력공사 용융탄산염 연료전지 분리판의 집전판
JP2004247154A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Toyota Motor Corp 燃料電池のセパレータ流路構造
JP2010040249A (ja) 2008-08-01 2010-02-18 Toyota Motor Corp 燃料電池、流路部材、流路部材の製造方法
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030035433A (ko) * 2001-10-31 2003-05-09 한국전력공사 용융탄산염 연료전지 분리판의 집전판
JP2004247154A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Toyota Motor Corp 燃料電池のセパレータ流路構造
JP2010040249A (ja) 2008-08-01 2010-02-18 Toyota Motor Corp 燃料電池、流路部材、流路部材の製造方法
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