KR102083710B1 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지에 관한 기술로써, 보다 상세하게는, 윈도우 프레임 일 측에 격벽이 제공되어 실란트의 유동을 제어하고 실란트와 공기극이 접촉되는 것을 방지함으로써, 단위 셀의 기계적 파괴와 화학적 특성 변형을 방지할 수 있는 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly, a partition wall is provided on one side of a window frame to control the flow of the sealant and to prevent the sealant from contacting the cathode with the mechanical breakdown and chemical characteristics of the unit cell. The present invention relates to a solid oxide fuel cell capable of preventing deformation.

Description

고체 산화물 연료전지{SOLID OXIDE FUEL CELL} Solid Oxide Fuel Cells {SOLID OXIDE FUEL CELL}

본 발명은 고체 산화물 연료전지에 관한 기술로써, 보다 상세하게는, 윈도우 프레임 일 측에 격벽이 제공되어 실란트의 유동을 제어하고 실란트와 공기극이 접촉되는 것을 방지함으로써, 단위셀의 기계적 파괴와 화학적 특성 변형을 방지할 수 있는 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다. The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly, a partition wall is provided on one side of a window frame to control the flow of the sealant and to prevent the sealant from contacting the cathode with the mechanical breakdown and chemical characteristics of the unit cell. The present invention relates to a solid oxide fuel cell capable of preventing deformation.

연료전지는 수소와 공기 중 산소의 전기화학 반응을 통해 직접 전기를 생산하는 장치로서, 친환경적이며 에너지 효율이 높고 기술개발을 통한 부가가치가 높은 에너지원이다. 특히, 3세대 연료전지인 고체 산화물 연료전지는 다른 연료전지에 비해 복잡한 외부 개질 시스템이 필요 없으며, 백금 등의 귀금속 전극촉매를 사용하지 않고, 액상전해질에 의한 부식문제가 발생하지 않는 등 저온형 연료전지에서 발생되는 여러 가지 운전상의 문제점을 최소화시킬 수 있다는 점과 고온 운전시 적절한 단열을 통해 운전온도 유지가 가능할 뿐 아니라 다양한 연료를 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. A fuel cell is a device that directly produces electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air. It is an environmentally friendly, energy efficient, high value-added energy source through technology development. In particular, the solid oxide fuel cell, the third generation fuel cell, does not require a complicated external reforming system compared to other fuel cells, does not use precious metal electrode catalysts such as platinum, and does not cause corrosion problems due to liquid electrolyte. Various operational problems in the battery can be minimized, and the operation temperature can be maintained through proper insulation during high temperature operation, and various fuels can be used.

고체 산화물 연료전지의 구성은 연료극, 전해질, 공기극으로 이루어진 단위셀, 윈도우 프레임, 실란트 및 인터커넥터로 이루어져 있다. 여기서, 실란트는 단위셀과 윈도우 프레임 및 윈도우 프레임과 인터커넥터 사이 위치될 수 있고, 나아가, 실란트 소재는 주로 유리 및 결정화 유리로 이루어져 있어 고온에서 유동성을 가질 수 있다. The solid oxide fuel cell includes a unit cell consisting of a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode, a window frame, a sealant, and an interconnector. Here, the sealant may be positioned between the unit cell and the window frame and the window frame and the interconnector. Furthermore, the sealant material may be mainly composed of glass and crystallized glass, and thus may have fluidity at high temperatures.

여기서, 공기극은 높은 이온 전도도와 전자 전도도를 갖고 산화분위기에서 안정하며 다른 구성요소와 화학반응 및 상호확산이 없을 뿐만 아니라 열팽창계수가 유사한 다공성 막이어야 한다. 현재 공기극 재료로는 LaMnO3계, LaCoO3계 및 귀금속계 중 어느 하나가 사용되고 있다. Here, the cathode should be a porous membrane having high ionic conductivity and electron conductivity, stable in an oxidizing atmosphere, free from chemical reactions and interdiffusion with other components, and having a similar coefficient of thermal expansion. As of the air electrode material it has been used any of LaMnO 3 type, LaCoO 3 type, and the noble metal-based.

또한, 전해질층은 이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia, YSZ), 칼시아 안정화 지르코니아(calcia stabilized zirconia, CSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, SSZ) 등과 같은, Y, Ca, Ni 또는 Sc이 도핑된 지르코니아(ZrO2)계 산화물; 가돌리니아 도핑된 세리아(gadolinia doped ceria, GDC), 사마륨 도핑된 세리아(samarium doped ceria, SDC), 이트리아 도핑된 세리아(yttria-doped ceria, YDC) 등과 같은 Gd, Y 또는 Sm이 도핑된 세리아(CeO2)계 산화물 중 어느 하나로 제조될 수 있다. The electrolyte layer may also be Y, Ca, Ni, or Sc, such as yttria stabilized zirconia (YSZ), calcia stabilized zirconia (CSZ), scandia-stabilized zirconia (SSZ), or the like. The doped zirconia (ZrO 2) oxide; Gd, Y or Sm doped ceria such as gadolinia doped ceria (GDC), samarium doped ceria (SDC), yttria-doped ceria (YDC) It may be made of any one of (CeO 2) oxides.

종래 고체 산화물 연료전지의 전해질은 세리아계 전해질을 주로 사용하였는데, 세리아계 전해질은 수소에 의해 환원되고, 산소 이온에 의해 환원이 억제되는 특성이 있다. 또한, 수소에 의한 세리아계 전해질의 환원되는 면적을 최소화하기 위해서는 공기극의 증착 면적을 최대한 증가시켜야 하는데, 종래 고체 산화물 연료전지는 공기극과 실란트의 접촉을 방지하기 위해 공기극의 크기를 최소한으로 증착해야 하는 문제점이 있었다. In the conventional solid oxide fuel cell electrolyte, a ceria-based electrolyte is mainly used. The ceria-based electrolyte has a characteristic of being reduced by hydrogen and suppressed by oxygen ions. In addition, in order to minimize the reduction area of the ceria-based electrolyte by hydrogen, the deposition area of the cathode should be increased as much as possible. In the conventional solid oxide fuel cell, the cathode size should be deposited to the minimum to prevent contact between the cathode and the sealant. There was a problem.

또한, 공기극과 실란트가 접촉되면 열팽창계수(CTE) 차이에 의한 기계적 파괴와 공기극과 실란트의 화학적 반응에 의한 공기극의 특성 변화가 발생하는 문제점이 있었다. In addition, when the air electrode and the sealant contact each other, there is a problem in that mechanical breakdown due to a difference in coefficient of thermal expansion (CTE) and a change in characteristics of the air electrode due to chemical reaction between the air electrode and the sealant occur.

이와 관련하여, 공기극의 증착 면적을 최대화하고, 공기극과 실란트의 접촉을 방지함으로써 고체 산화물 연료전지의 효율을 증가시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지가 필요한 실정이다. In this regard, there is a need for a solid oxide fuel cell capable of increasing the efficiency of the solid oxide fuel cell by maximizing the deposition area of the cathode and preventing contact between the cathode and the sealant.

한국등록특허 제10-1162668호Korea Patent Registration No. 10-1162668

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 공기극과 실란트의 접촉을 방지하고, 공기극의 증착 크기를 최대화하기 위해, 윈도우 프레임 일 측에 실란트가 삽입되는 삽입홈과 실란트의 유동성을 제어하는 격벽이 형성된 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above-described problems, an object of the present invention, to prevent contact between the cathode and the sealant, and to maximize the deposition size of the cathode, the insertion groove is inserted into one side of the window frame and It is to provide a solid oxide fuel cell having a partition wall for controlling the fluidity of the sealant.

본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지는 연료극, 전해질층 및 공기극을 포함하는 단위 셀; 상기 단위 셀 측면에 위치하는 윈도우 프레임; 및 상기 단위 셀과 상기 윈도우 프레임을 접합시키는 실란트;을 포함하고, 상기 윈도우 프레임은, 상기 공기극과 상기 실란트의 접촉을 방지하는 격벽부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. A solid oxide fuel cell according to the present invention includes a unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode; A window frame positioned on the side of the unit cell; And a sealant for bonding the unit cell and the window frame to each other, wherein the window frame includes a partition wall part which prevents contact between the air electrode and the sealant.

바람직하게는, 상기 격벽부는, 하측 방향으로 개구되고 상기 실란트가 위치하는 삽입 홈; 및 상기 삽입 홈의 일 측에서 하측 방향으로 연장 형성되는 격벽;을 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the partition wall portion, the insertion groove which is opened in the downward direction and the sealant is located; And a partition wall extending in a downward direction from one side of the insertion groove.

바람직하게는, 상기 격벽에 의하여 상기 실란트는 상기 공기극으로의 유동을 방지하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the sealant prevents flow to the cathode by the partition wall.

바람직하게는, 상기 공기극의 면적이 상기 전해질층 면적 비율에 90 내지 97%인 것을 특징으로 한다. Preferably, the area of the cathode is 90 to 97% of the area ratio of the electrolyte layer.

바람직하게는, 상기 격벽부는, 상기 윈도우 프레임의 내측 가장자리를 따라 상기 단위 셀과 상기 윈도우 프레임 사이에 격벽을 위치시켜 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the partition wall portion is formed by placing a partition wall between the unit cell and the window frame along an inner edge of the window frame.

바람직하게는, 상기 윈도우 프레임은, 세라믹 및 금속제 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the window frame is made of any one of ceramic and metal.

바람직하게는, 상기 고체 산화물 연료전지는, 상기 윈도우 프레임 상부에 위치되는 상부 실란트층; 상기 윈도우 프레임 하부에 위치되는 하부 실란트층; 상기 상부 실란트층 상부에 위치되고, 산소가 공급되는 산소 유로가 형성된 공기극 인터커넥터; 및 상기 하부 실란트층 하부에 위치되고, 수소가 공급되는 수소 유로가 형성된 연료극 인터커넥터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the solid oxide fuel cell, the upper sealant layer located on the window frame; A lower sealant layer positioned below the window frame; An air electrode interconnector positioned above the upper sealant layer and having an oxygen flow path through which oxygen is supplied; And a fuel electrode interconnector positioned below the lower sealant layer and having a hydrogen flow path through which hydrogen is supplied.

바람직하게는, 상기 고체 산화물 연료전지는, 상기 단위 셀 하부에 위치되는 연료극 집전체; 및 상기 단위 셀 상부에 위치되는 공기극 집전체;를 더 포함하는 한다. Preferably, the solid oxide fuel cell, the anode current collector located under the unit cell; And a cathode current collector positioned above the unit cell.

본 발명에 따르면, 하측 방향으로 개구되고 실란트가 위치되는 삽입홈과 삽입 홈 일 측에 위치되고 하측 방향으로 연장 형성되는 격벽이 포함됨으로써, 고체 산화물 연료전지의 제조 및 작동 온도에서 실란트가 공기극 방향으로 유동되는 것을 방지하는 효과가 있다. According to the present invention, an insertion groove opening downward and a sealant is positioned, and a partition wall positioned at one side of the insertion groove and extending downward is formed, so that the sealant is directed toward the cathode at the manufacturing and operating temperature of the solid oxide fuel cell. It is effective to prevent flow.

또한, 삽입 홈 및 격벽으로 인해 실란트의 유동이 제어됨으로써, 전해질층 상부에 위치되는 공기극을 전해질층 면적 대비 90 내지 98%의 크기로 증착되어 산소 이온과의 접촉 면적을 증가시켜 수소에 의해 환원되는 전해질층의 면적을 최소화 하는 효과가 있다. In addition, the flow of the sealant is controlled by the insertion groove and the partition wall, so that the air electrode positioned on the electrolyte layer is deposited to a size of 90 to 98% of the area of the electrolyte layer to increase the contact area with the oxygen ions, thereby being reduced by hydrogen. There is an effect of minimizing the area of the electrolyte layer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 프레임의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽부의 단면 모식도이다. 1 is an exploded perspective view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a window frame according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of a partition wall according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, repeated descriptions and detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

<고체 산화물 연료전지> <Solid Oxide Fuel Cell >

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지(100)의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지(100)의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지(100)를 구체적으로 설명하기로 한다. 1 is an exploded perspective view of a solid oxide fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention. A solid oxide fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

고체 산화물 연료전지(100)는 단위 셀(10), 윈도우 프레임(20), 실란트(30), 상부 실란트(41), 하부 실란트(42), 공기극 인터커넥터(50) 및 연료극 인터커넥터(60)를 포함할 수 있다. The solid oxide fuel cell 100 includes the unit cell 10, the window frame 20, the sealant 30, the upper sealant 41, the lower sealant 42, the cathode interconnector 50, and the anode interconnector 60. It may include.

단위 셀(10)은 연료전지(100)에 전기를 발생시키는 역할을 하고, 산소이온 전도성을 갖는 전해질과 그 양면의 연료극과 공기극으로 구성된다. 연료극에 연료를 공급해주면 연료가 산화되어 전자가 외부회로를 통하여 방출되고, 공기극에 산소를 공급해주면 외부회로로부터 전자를 받아서 산소이온으로 환원된다. 환원된 산소이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 산화된 연료와 반응하여 물을 생성한다. 이 때 연료극에서 공기극으로의 전자 흐름으로 직류 전기를 생산하게 된다. 단위셀(10)은 전해질 자립막식, 음극 지지체식 및 다공성지지체 세 가지 구조를 가질 수 있다. The unit cell 10 serves to generate electricity in the fuel cell 100. The unit cell 10 includes an electrolyte having oxygen ion conductivity, a fuel electrode and an air electrode on both sides thereof. When fuel is supplied to the anode, the fuel is oxidized and electrons are released through an external circuit. When oxygen is supplied to the cathode, electrons are received from the external circuit and reduced to oxygen ions. The reduced oxygen ions move to the anode through the electrolyte and react with the oxidized fuel to produce water. At this time, direct current electricity is produced by electron flow from the anode to the cathode. The unit cell 10 may have three structures: an electrolyte self-supporting membrane type, a cathode support type, and a porous support.

본 발명에 따른 단위 셀(10)은 음극 지지체식 구조로, 연료극 및 전해질에 비해 공기극이 작게 형성될 수 있다. 공기극은 공기극에서 생성되는 산소 이온과 전해질층을 접촉시켜 전해질층의 환원을 억제하는 역할을 하므로, 면적이 넓을수록 연료전지(100)의 효율이 증가될 수 있다. 그러나, 종래 연료전지는 단위셀과 윈도우 프레임을 접촉시키는 실란트가 공기극과 접촉될 수 있는 문제로 공기극의 면적을 넓히는데 한계가 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 단위셀(10)은 후술되는 격벽부에 의해 실란트(30)의 유동을 제어할 수 있으므로 공기극의 면적이 전해질층의 면적 비율에 90 내지 97%로 형성될 수 있다. The unit cell 10 according to the present invention has a cathode support type structure, and the cathode may be formed smaller than the anode and the electrolyte. Since the cathode serves to suppress the reduction of the electrolyte layer by contacting the oxygen ions generated in the cathode with the electrolyte layer, the efficiency of the fuel cell 100 may be increased as the area becomes larger. However, the conventional fuel cell has a limitation in expanding the area of the cathode due to a problem that the sealant contacting the unit cell and the window frame may come into contact with the cathode. Therefore, since the unit cell 10 according to the present invention can control the flow of the sealant 30 by the partition wall described later, the area of the cathode may be formed to 90 to 97% of the area ratio of the electrolyte layer.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 프레임(20)의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽부(도시되지 않음)의 단면 모식도이다. 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 윈도우 프레임(20)을 구체적으로 설명하기로 한다. 3 is a perspective view of a window frame 20 according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic cross-sectional view of a partition (not shown) according to an embodiment of the present invention. 3 and 4, the window frame 20 according to the present invention will be described in detail.

윈도우 프레임(20)은 공기극 및 연료극 인터커넥터(50, 60)를 통해 유입되는 산소와 수소가 단위 셀(10)로 유입되는 것을 방지하고, 연료전지(100) 작동 중 산소와 수소가 서로 섞이지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 공기극 및 연료극 인터커넥터(50, 60)를 통해 유입되는 산소와 수소가 연료전지(100) 내부에서 유동될 수 있게 유로가 형성될 수 있다. The window frame 20 prevents oxygen and hydrogen introduced through the cathode and anode interconnectors 50 and 60 from entering the unit cell 10 and prevents oxygen and hydrogen from mixing with each other during operation of the fuel cell 100. It plays a role. In addition, a flow path may be formed so that oxygen and hydrogen introduced through the cathode and anode interconnectors 50 and 60 may flow in the fuel cell 100.

아울러, 윈도우 프레임(20)은 단위 셀(10) 측면에 위치하고, 좀 더 상세하게는, 단위 셀(10)의 가장자리를 감싸는 프레임 형태로 형성될 수 있다. 단위 셀(10)을 연료극 인터커넥터(60)와 접촉 및 고정시키기 위해 윈도우 프레임(20) 상부와 하부 프레임의 폭이 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 윈도우 프레임(20)의 일부와 후술되는 실란트(20)를 상부가 접합되는 형태로 제조되어 실란트(30)에 수직 면압을 가함으로써, 실란트(30)를 균일한 두께로 수축하고, 단위셀(10)과 윈도우 프레임(20)을 견고하게 접합시킬 수 있다. In addition, the window frame 20 may be positioned on the side of the unit cell 10, and more specifically, may be formed in a frame shape surrounding the edge of the unit cell 10. In order to contact and fix the unit cell 10 with the anode interconnector 60, the width of the upper and lower frames of the window frame 20 may be different. That is, a part of the window frame 20 and the sealant 20 to be described later are manufactured in a form in which the upper part is bonded to each other, thereby applying vertical surface pressure to the sealant 30, thereby shrinking the sealant 30 to a uniform thickness, and unit cell. 10 and the window frame 20 can be firmly bonded.

나아가, 본 발명에 따른 윈도우 프레임(20)은 공기극과 실란트의 접촉을 방지하는 격벽부가 형성될 수 있고, 격벽부는 윈도우 프레임(20)의 폭이 넓은 일 측에 형성될 수 있다. 도 4를 참고하면, 격벽부는 하측 방향으로 개구되고 실란트(30)가 위치하는 삽입홈(22)과 삽입홈(22)의 일 측에서 하측 방향으로 연장 형성되는 격벽(21)을 포함할 수 있다. Furthermore, the window frame 20 according to the present invention may be formed with a partition wall part for preventing contact between the air electrode and the sealant, and the partition wall part may be formed on one side of the wide window frame 20. Referring to FIG. 4, the partition wall part may include an insertion groove 22 in which the sealant 30 is opened and the partition wall 21 extending downward from one side of the insertion groove 22. .

또한, 격벽부는 윈도우 프레임(20)의 모서리 4면 또는 2면에 형성될 수 있고, 2면에 형성되는 경우, 마주보는 면에 형성될 수 있는 것에 유의한다. In addition, it is noted that the partition wall portion may be formed on the four or two sides of the corner of the window frame 20, and when formed on the two sides, may be formed on the opposite surface.

격벽부는 윈도우 프레임 제조 시, 패터닝 또는 식각에 의해 격벽(21) 및 삽입부(22)를 형성하거나, 윈도우 프레임(20)의 내측 가장자리를 따라 단위셀(10)과 윈도우 프레임(20) 사이 지지체 형식으로 격벽(21)을 위치시킴으로써 격벽(21)과 삽입부(22)를 형성할 수 있다. 이 때, 윈도우 프레임(20)은 세라믹 및 금속제 중 어느 하나로 제조될 수 있고, 격벽(21)은 윈도우 프레임과 동일한 조성물로 제조될 수 있다. The partition wall part forms the partition wall 21 and the inserting part 22 by patterning or etching during manufacture of the window frame, or forms a support between the unit cell 10 and the window frame 20 along the inner edge of the window frame 20. By arranging the partition walls 21, the partition walls 21 and the insertion portions 22 can be formed. In this case, the window frame 20 may be made of any one of ceramic and metal, and the partition wall 21 may be made of the same composition as the window frame.

윈도우 프레임(20)에 격벽부가 형성됨으로써, 연료전지(100) 작동 온도 또는 제조 온도에서 유동성을 가지는 실란트(30)가 공기극과 접촉되는 것을 방지하고, 공기극의 증착 면적을 최대화할 수 있는 효과가 있다. By forming the partition wall on the window frame 20, the sealant 30 having fluidity at the operating temperature or the manufacturing temperature of the fuel cell 100 may be prevented from contacting the cathode, and the deposition area of the cathode may be maximized. .

실란트(30)는 단위셀(10)과 윈도우 프레임(20)을 접합시키는 역할을 하고, 단위셀(10)에 주어지는 충격을 완화하는 완충제로써의 역할도 동시에 수행할 수 있다. 실란트(30)는 유리 및 결정화 유리 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 고온에서 유동성을 가지는 성질을 가지고 있다. 또한, 실란트(30)는 프레임 모양으로 형성될 수 있고, 전해질층과 크기가 동일한 것을 특징으로 한다. The sealant 30 serves to bond the unit cell 10 and the window frame 20, and may also play a role as a buffer for alleviating the shock given to the unit cell 10. The sealant 30 may be formed of any one of glass and crystallized glass, and has a property of fluidity at high temperature. In addition, the sealant 30 may be formed in a frame shape and is characterized in that the same size as the electrolyte layer.

실란트(30)와 공기극이 접촉되면 공기극의 기계적 파괴가 일어날 수 있고, 화학적 변화에 의해 공기극의 특성이 변형될 수 있으므로, 실란트(30)는 윈도우 프레임(20)에 형성된 삽입부(22)에 위치되는 것을 유의한다. When the sealant 30 and the cathode are in contact with each other, mechanical breakdown of the cathode may occur, and the characteristics of the cathode may be deformed by chemical changes, so that the sealant 30 is positioned at the insertion portion 22 formed in the window frame 20. Note that

인터커넥터는 산소가 공급되는 공기극 인터커넥터(50)와 수소가 공급되는 연료극 인터커넥터(60)로 나눠질 수 있다. 공기극 인터커넥터(50)와 연료극 인터커넥터(60) 각각의 일면에는 산소가 유동되는 산소 매니폴드 및 수소가 유동되는 수소 매니폴드가 형성될 수 있다. 산소 매니폴드는 대향되는 위치에 형성되어 산소가 단위셀(10)의 수직 또는 수평 방향으로 이동될 수 있게 유도할 수 있다. 수소 매니폴드 또한 대향되는 위치에 형성되어 연료극 인터커넥터를 통해 공급된 수소가 단위셀(10)의 연료극의 수직 또는 수평 방향으로 이동될 수 있게 유도할 수 있다. 예를 들어, 산소 매니폴드가 수직 방향으로 대향되게 위치될 경우, 공기극 인터커넥터를 통해 공급된 산소는 공기극의 수직 방향으로 이동될 수 있고, 수소 매니폴드가 수평 방향으로 대향되게 위치될 경우, 연료극 인터커넥터를 통해 공급된 수소는 연료극의 수평 방향으로 이동될 수 있다. The interconnector may be divided into a cathode electrode connector 50 supplied with oxygen and a fuel electrode connector 60 supplied with hydrogen. An oxygen manifold through which oxygen flows and a hydrogen manifold through which hydrogen flows may be formed on one surface of each of the cathode interconnector 50 and the anode interconnector 60. The oxygen manifold may be formed at opposite positions to induce oxygen to move in the vertical or horizontal direction of the unit cell 10. The hydrogen manifold may also be formed at opposite positions to induce hydrogen supplied through the anode interconnector to move in the vertical or horizontal direction of the anode of the unit cell 10. For example, when the oxygen manifold is positioned in the vertical direction, oxygen supplied through the cathode interconnector may be moved in the vertical direction of the cathode, and when the hydrogen manifold is positioned in the horizontal direction, the anode Hydrogen supplied through the interconnector may move in the horizontal direction of the anode.

아울러, 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지(100)가 두 개 이상 적층되어 형성되는 평판형 고체 산화물 연료전지 스택에서, 인터커넥터는 적층된 두 개 이상의 단위 셀(10)들을 전기적으로 연결해 주는 역할을 함과 동시에 연료극과 공기극에 공급되는 두 종류의 가스가 혼합되지 않고 단위 셀(10)에 균일하게 공급될 수 있도록 유로가 형성될 수 있다. In addition, in the planar solid oxide fuel cell stack in which two or more solid oxide fuel cells 100 according to the present invention are stacked, an interconnector serves to electrically connect two or more stacked unit cells 10. At the same time, a flow path may be formed so that the two kinds of gases supplied to the anode and the cathode may be uniformly supplied to the unit cell 10 without being mixed.

공기극 인터커넥터(50) 및 연료극 인터커넥터(60)에 형성된 유로는 요철 구조로써 공기극 및 연료극 인터커넥터(50, 60) 상면 및 하면 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 또한, 공기극 인터커넥터(50)에 형성된 유로와 연료극 인터커넥터(60)에 형성된 유로는 수직한 방향으로 형성되어 서로 연통되지 않는 것에 유의한다. The flow paths formed in the cathode interconnector 50 and the anode interconnector 60 may be formed on any one of the upper and lower surfaces of the cathode and anode interconnectors 50 and 60 as a concave-convex structure. In addition, it should be noted that the flow path formed in the cathode interconnector 50 and the flow path formed in the anode interconnector 60 are formed in the vertical direction and do not communicate with each other.

단위 셀(10)이 하나 이상 적층됨으로써 형성되는 연료전지 스택에서 단위 셀(10)과 단위 셀(10) 사이에 위치되는 인터커넥터는 분리판 역할을 할 수 있다.In a fuel cell stack formed by stacking one or more unit cells 10, an interconnector positioned between the unit cell 10 and the unit cell 10 may serve as a separator.

본 발명에 따른 평판형 고체 산화물 연료전지(100) 및 연료전지 스택은 실란트층을 더 포함할 수 있다. 실란트층은 윈도우 프레임(20)과 공기극 인터커넥터(50)를 접합 및 고정시켜주는 상부 실란트층(41)과 윈도우 프레임(20)과 연료극 인터커넥터(50)를 접합 및 고정시켜주는 하부 실란트층(42)을 포함할 수 있다. 따라서, 실란트층은 프레임 모양으로 형성될 수 있고, 그리고, 상부 및 하부 실란트층(41, 42)은 유리 및 결정화 유리 중 어느 하나로 형성될 수 있다. The planar solid oxide fuel cell 100 and the fuel cell stack according to the present invention may further include a sealant layer. The sealant layer includes an upper sealant layer 41 for bonding and fixing the window frame 20 and the cathode interconnector 50, and a lower sealant layer for bonding and fixing the window frame 20 and the anode interconnector 50. 42). Thus, the sealant layer may be formed in a frame shape, and the upper and lower sealant layers 41 and 42 may be formed of any one of glass and crystallized glass.

또한, 연료전지(100) 및 연료전지 스택은 단위셀(10)과 인터커넥터(50, 60) 사이 집전체(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. In addition, the fuel cell 100 and the fuel cell stack may further include a current collector (not shown) between the unit cell 10 and the interconnectors 50 and 60.

집전체는 일반적으로 연료극 또는 공기극이 공기극 및 연료극 인터커넥터와 전기적으로 균일하게 접촉할 수 있게 도와주는 역할을 한다. 또한, 공기극 집전체는 다공성의 금속판이나, 금속 메쉬, 전도성 세라믹 페이스트 등이 사용되고, 연료극 집전체는 니켈 폼(Ni foam)이 주로 사용되고 있다. The current collector generally serves to help the anode or cathode to be in uniform electrical contact with the cathode and anode interconnect. As the cathode current collector, a porous metal plate, a metal mesh, a conductive ceramic paste, and the like are used, and a nickel foam is mainly used as the anode current collector.

공기극 및 연료극 집전체는 기존의 공지된 기술을 사용하기 때문에 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Since the cathode and anode current collectors use existing known techniques, detailed description thereof will be omitted.

상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

100: 고체 산화물 연료전지
10: 단위 셀
20: 윈도우 프레임
21: 격벽
22: 삽입홈
30: 실란트
41: 상부 실란트층
42: 하부 실란트층
50: 공기극 인터커넥트
60: 연료극 인터커넥트100: solid oxide fuel cell
10: unit cell
20: window frame
21: bulkhead
22: Insertion groove
30: sealant
41: upper sealant layer
42: lower sealant layer
50: air electrode interconnect
60: anode interconnect

Claims (8)

연료극, 전해질층 및 공기극을 포함하는 단위 셀;
상기 단위 셀 측면에 위치하는 윈도우 프레임; 및
상기 단위 셀과 상기 윈도우 프레임을 접합시키는 실란트;을 포함하고,
상기 윈도우 프레임은,
하측 방향으로 개구되고 상기 실란트가 위치되는 삽입홈 및 상기 삽입홈 일측에 하측 방향으로 연장 형성되는 격벽을 포함하여 상기 공기극과 상기 실란트의 접촉을 방지하는 격벽부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
고체 산화물 연료전지.
A unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode;
A window frame positioned on the side of the unit cell; And
And a sealant for bonding the unit cell and the window frame.
The window frame,
And a partition wall part which prevents contact between the air electrode and the sealant, including a partition groove which is opened in a downward direction and includes a partition groove which is downwardly formed at one side of the insertion groove and an insertion groove in which the sealant is located.
Solid oxide fuel cell.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 격벽에 의하여 상기 실란트는 상기 공기극으로의 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는,
고체 산화물 연료전지.
The method of claim 1,
The sealant prevents the sealant from flowing to the cathode by the partition wall.
Solid oxide fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 공기극의 면적이 상기 전해질층 면적 비율에 90 내지 97%인 것을 특징으로 하는,
고체 산화물 연료전지.
The method of claim 1,
The area of the cathode is characterized in that 90 to 97% to the area ratio of the electrolyte layer,
Solid oxide fuel cell.
제1항에 있어서,
상기 격벽부는,
상기 윈도우 프레임의 내측 가장자리를 따라 상기 단위 셀과 상기 윈도우 프레임 사이에 격벽을 위치시켜 형성되는 것을 특징으로 하는,
고체 산화물 연료전지.
The method of claim 1,
The partition portion,
Characterized in that it is formed by placing the partition wall between the unit cell and the window frame along the inner edge of the window frame,
Solid oxide fuel cell.
제5항에 있어서,
상기 윈도우 프레임은,
세라믹 및 금속제 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는, 고체 산화물 연료전지.
The method of claim 5,
The window frame,
A solid oxide fuel cell, characterized in that it is made of any one of ceramic and metal.
제1항에 있어서,
상기 고체 산화물 연료전지는,
상기 윈도우 프레임 상부에 위치되는 상부 실란트층;
상기 윈도우 프레임 하부에 위치되는 하부 실란트층;
상기 상부 실란트층 상부에 위치되고, 산소가 공급되는 산소 유로가 형성된 공기극 인터커넥터; 및
상기 하부 실란트층 하부에 위치되고, 수소가 공급되는 수소 유로가 형성된 연료극 인터커넥터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 산화물 연료전지.
The method of claim 1,
The solid oxide fuel cell,
An upper sealant layer positioned on the window frame;
A lower sealant layer positioned below the window frame;
An air electrode interconnector positioned above the upper sealant layer and having an oxygen flow path through which oxygen is supplied; And
And a fuel electrode interconnector formed under the lower sealant layer and having a hydrogen flow path through which hydrogen is supplied.
제1항에 있어서,
상기 고체 산화물 연료전지는,
상기 단위셀 하부에 위치되는 연료극 집전체; 및
상기 단위셀 상부에 위치되는 공기극 집전체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 산화물 연료전지.
The method of claim 1,
The solid oxide fuel cell,
An anode current collector disposed under the unit cell; And
And a cathode current collector positioned above the unit cell.
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