KR102479821B1 - Separator module for solid oxide fuel cell with concave-convex pattern and stack comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈에 있어서, 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판을 포함하되, 상기 분리판의 일면은, 공기극 방향의 제1 돌기와 연료극 방향의 제2 돌기가 교번하여 배열되는 요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈을 제공한다.One embodiment of the present invention is a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, in which a central opening through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell is exposed is formed, and the cell frame fuel inlet and outlet are formed in the edge region. It includes a plurality of layers forming a frame air inlet, and at least one of the layers includes a cell frame forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be located in the central opening, and an upper part of the cell frame. and a separation plate including a separation plate fuel inlet and a separation plate air inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and the cell frame air inlet, wherein one surface of the separator has a first protrusion in the direction of the air electrode and Provided is a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it has a concavo-convex pattern in which second protrusions in the direction of the fuel electrode are alternately arranged.

Description

요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택{SEPARATOR MODULE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL WITH CONCAVE-CONVEX PATTERN AND STACK COMPRISING THE SAME}Separator module for solid oxide fuel cell having concavo-convex pattern and stack for fuel cell including the same

본 발명은 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern and a stack for a fuel cell including the same.

연료전지는 공기극에 산소가 공급되고 연료극에 연료가스가 공급되어 물의 전기분해 역반응(reverse reaction) 형태의 전기화학 반응이 진행되면서 전기, 열 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않고 고효율로 전기를 생성한다. 특히 3세대 연료전지로 각광받고 있는 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 전해질이 치밀구조의 고체 금속 산화물이고 산소 이온이 공기극에서 연료극으로 수송(transported)되는 연료전지의 유형으로, 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않고 직접 내부 개질(internal reforming)을 통한 다양한 연료 이용이 가능하며 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다. 이러한 장점으로 인해 SOFC에 관한 연구는 미국, 일본 등을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.In a fuel cell, oxygen is supplied to the cathode and fuel gas is supplied to the anode, and an electrochemical reaction in the form of a reverse reaction of electrolysis of water proceeds, generating electricity, heat, and water to generate electricity with high efficiency without causing pollution. do. In particular, the solid oxide fuel cell (SOFC), which is in the spotlight as a third-generation fuel cell, is a type of fuel cell in which the electrolyte is a solid metal oxide with a dense structure and oxygen ions are transported from the cathode to the anode. Since it operates in the , it does not require a precious metal catalyst, it is possible to use various fuels through direct internal reforming, and it is possible to generate combined heat and power using waste heat because it emits high-temperature gas. Due to these advantages, research on SOFC is being actively conducted in the US and Japan.

고체산화물 연료전지 스택으로는 단위전지를 서로 연결시키는 접속자(interconnect)의 형태에 따라 원통형, 평관형, 평판형 등의 셀의 형태에 따라 반복적으로 구성요소가 적층된 구조(repeating component type)와 하나의 매니폴드 또는 구조물에 접합되어 있는 구조(Non-repeating type)로 구분된다. 평판형 SOFC에는 연료간의 혼합을 막고 단위전지 내의 구성요소 사이의 접합을 위해 실링재의 개발이 필수적이다. 적층되는 구성요소로는 평판형 타입의 셀, 분리판, 셀 프레임, 집전체, 밀봉재가 있으며 이를 순차적으로 적층한 형태가 일반적이다. 평판형 SOFC 스택의 분리판과 셀 프레임은 상하의 연료와 공기의 흐름을 분리함과 동시에 셀 사이를 직렬 회로로 연결해주는 역할로서 주로 SU400계, SU300계 소재가 사용되고 있다. 밀봉재는 마이카, 글라스 또는 마이카와 글라스 하이브리드 형태가 사용되고 있으나 마이카 사용 시 높은 압력조건이 요구되어 현재 대부분 글라스 밀봉재가 이용되며, 이는 주로 셀, 음극, 양극부분의 밀봉을 수행한다.The solid oxide fuel cell stack is a structure in which components are repeatedly stacked (repeating component type) according to the shape of the cell such as cylindrical, flat tubular, or flat plate according to the shape of interconnects connecting unit cells to each other. It is divided into a structure (Non-repeating type) that is connected to a manifold or structure of In flat-type SOFC, it is essential to develop a sealing material to prevent mixing of fuels and to bond between components in a unit cell. Components to be laminated include a plate-type cell, a separator, a cell frame, a current collector, and a sealing material, and a sequentially stacked form is common. The separator and cell frame of the flat-type SOFC stack serve to separate the flow of fuel and air from the top and bottom and at the same time connect the cells in a series circuit, and SU400 and SU300 materials are mainly used. Mica, glass, or mica and glass hybrid forms are used as sealing materials, but high pressure conditions are required when using mica, so glass sealing materials are mostly used now, which mainly seal cells, cathodes, and anodes.

연료전지 스택은 금속소재인 분리판과 셀 그리고 글라스 밀봉재의 접합으로 구성되고, 고온 접합과 열 충격 실험 시 서로 다른 열팽창계수로 인한 가스 누설문제와 물리적 충격으로 인한 글라스의 취성문제로 스택의 내구성을 좌우하는 결정적인 문제가 있다. 특히 SOFC의 가동 조건으로 인해 양극 밀봉재는 음극 밀봉재에 비해 가혹한 환경에서 구동되는데, 예를 들면 연료전지 스택의 용량/적층 셀 수 증가에 따라 양 극의 공기유량은 음극의 연료가스 유량에 비해 다량의 가스가 흐르게 되고 이는 분당 수십 내지 수백 리터까지 흐를 수 있다. 따라서 양극에 많은 가스유량이 흐르게 되면서 직접적으로 양극 밀봉재에 온도편차와 높은 압력과 같은 가혹한 환경에 노출되어 취약한 글라스 밀봉재가 손상되기도 한다.The fuel cell stack is composed of metal separators, cells, and glass sealing materials, and during high-temperature bonding and thermal shock tests, the durability of the stack is improved due to gas leakage due to different coefficients of thermal expansion and brittleness of glass due to physical impact. There is a crucial issue that dictates. In particular, due to the operating conditions of SOFC, the anode sealant is operated in a harsher environment than the cathode sealant. Gas flows and it can flow from tens to hundreds of liters per minute. Therefore, as a large gas flow flows through the anode, the anode sealant is directly exposed to harsh environments such as temperature deviation and high pressure, and the fragile glass sealant may be damaged.

현재 기계적 강도가 높은 금속지지형 셀을 이용하여 글라스 밀봉재 대신 셀을 분리판에 용접 또는 브레이징을 통하여 직접적으로 접합하는 방식을 통해 글라스 밀봉재를 최소화 하려는 연구를 진행하고 있으나 셀에 직접적인 브레이징 접합 시 전기적 쇼트문제, 금속과 세라믹의 이종접합 용이성의 문제, 그리고 음극지지형 셀보다 비교적 낮은 성능으로 인해 대면적/대용량 스택을 제작하기에 적합하지 않다. Currently, research is being conducted to minimize the glass sealant by directly bonding the cell to the separator plate through welding or brazing instead of the glass sealant using a metal-supported cell with high mechanical strength, but electrical shorts occur when brazing directly to the cell However, it is not suitable for fabricating large-area/large-capacity stacks due to problems of ease of heterojunction between metal and ceramic, and relatively lower performance than cathode-supported cells.

대한민국 공개특허 2010-0029331는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 금속지지체형 고체산화물 연료전지를 개시한다. 그러나 이는 세라믹 셀과 중공부가 형성된 금속지지체를 분리판에 직접 브레이징 접합한 연료전지로, 전기적쇼트, 이종 접합의 문제가 생길 수 있으며, 대면적/대용량의 연료전지 구현에 기술적 어려움이 있다. 또한 양극 분리판의 절연이 필수적으로 글라스 또는 마이카 소재의 밀봉재를 사용하는 한계점이 있다.Korean Patent Publication No. 2010-0029331 relates to a solid oxide fuel cell, and discloses a metal support type solid oxide fuel cell. However, this is a fuel cell in which a ceramic cell and a hollow metal support are directly brazed to a separator plate, and electrical short circuit and heterojunction problems may occur, and there are technical difficulties in realizing a large-area/large-capacity fuel cell. In addition, there is a limitation in that the insulation of the anode separator necessarily uses a sealing material made of glass or mica.

따라서 고체산화물 연료전지의 양극 밀봉기술의 한계를 극복하고 구조적 안정성이 향상된 연료전지 스택의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a fuel cell stack that overcomes the limitations of the anode sealing technology of solid oxide fuel cells and has improved structural stability.

대한민국 공개특허 2010-0029331Republic of Korea Patent Publication 2010-0029331

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 분리판의 요철 패턴에 형성되는 돌기들을 통해, 기존의 선형의 유로와 달리 방향성을 갖지 않으므로, 연료 및 공기의 흐름방향과 상관없이 전극에 연료 및 공기를 공급할 수 있도록 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택을 제공하는 것이다The technical problem to be achieved by the present invention is to supply fuel and air to the electrodes regardless of the flow direction of the fuel and air, because the protrusions formed on the concave-convex pattern of the separator do not have directionality unlike conventional linear flow paths. To provide a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern and a stack for a fuel cell including the same

또한, 종래의 3차원의 복잡한 구조로 제작된 분리판과 셀 프레임을 이용하지 않고, 셀 프레임의 구조를 단순화함으로써 셀 프레임의 가공비용을 저감하고, 전지 셀의 두께를 보상하고 전지 셀이 안착되기 위한 셀 프레임 및 절연성 가이드를 구비함으로써, 연료전지의 성능을 안정화할 수 있는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈 및 이를 포함하는 연료전지용 스택을 제공하는 것이다.In addition, the processing cost of the cell frame is reduced by simplifying the structure of the cell frame without using the conventional separator and cell frame manufactured in a three-dimensional complex structure, and the thickness of the battery cell is compensated and the battery cell is seated. An object of the present invention is to provide a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern capable of stabilizing the performance of a fuel cell and a stack for a fuel cell including the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판을 포함하되, 상기 분리판은, 공기극 방향의 제1 돌기와 연료극 방향의 제2 돌기가 교번하여 배열되는 요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention forms a central opening through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell can be exposed, and forms a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet in the edge area. It includes a plurality of layers, and at least one of the layers includes a cell frame forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be located in the central opening, and positioned on top of the cell frame, A fuel inlet and a separator plate corresponding to the cell frame air inlet and a separator including a fuel inlet and a separator air inlet, wherein the separator has a first protrusion in the direction of the air electrode and a second protrusion in the direction of the fuel electrode. Provided is a separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it has a concavo-convex pattern arranged in such a way.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 연료출입부들 사이에 제1 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은, 상기 분리판 연료출입부들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the concavo-convex pattern arranged in a first direction between the separation plate fuel entrances formed on both sides of the separation plate starts with the second protrusion between the separation plate fuel entrances. The second protrusion and the first protrusion may be alternately arranged in order.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 공기출입부들 사이에 제2 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 립(rib) 역할을 하는 제3 돌기들이 형성되고, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 형성되는 제3 돌기들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the concavo-convex pattern arranged in the second direction between the air inlets of the separation plate formed on both sides of the separation plate serves as a rib on one side of each of the air inlets of the separation plate. Third protrusions may be formed, and the second protrusion and the first protrusion may be alternately arranged starting from the second protrusion between the third protrusions formed on one side of each of the air inlet parts of the separator.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 돌기와 상기 제3 돌기의 돌출 방향을 동일하고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 및 제3 돌기의 돌출 방향과 상이하며, 상기 제1 돌기의 돌출 깊이는 상기 제3 돌기의 돌출 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the protrusion direction of the first protrusion and the third protrusion are the same, the second protrusion is different from the protrusion directions of the first and third protrusions, and the protrusion depth of the first protrusion is It may be formed deeper than the protruding depth of the third protrusion.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판 연료출입부들 사이의 제1 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격은, 상기 분리판 공기출입부들 사이의 제2 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격보다 넓게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in a first direction between the fuel inlets of the separation plate is the first protrusion arranged in a second direction between the air inlets of the separation plate. It may be formed wider than the distance between the first protrusion and the second protrusion.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 돌기 및 제3 돌기는 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드하고, 상기 제2 돌기는 연료가 상기 분리판 연료출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first protrusion and the third protrusion guide air to enter and exit through the air inlet and outlet of the separation plate, and the second protrusion allows fuel to enter and exit through the fuel inlet and outlet of the separation plate. can guide you.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이어들은, 상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와, 상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the layers may include a spacer including the corner pocket formed at a corner region of the central opening where the corner of the battery cell is placed, and an upper portion of the spacer in a bonded state with the spacer. It may include a support plate that is laminated and has a corner region of the central opening to cover the corner of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고, 상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며, 상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고, 상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cell frame fuel inlet unit includes a spacer fuel inlet unit formed in the spacer and a support plate fuel inlet unit formed in the support plate, and the cell frame air inlet unit includes a spacer formed in the spacer. It includes an air inlet and a support plate air inlet formed on the support plate, wherein the spacer includes a plurality of first spacer sections facing each other on which the spacer air inlet is formed and a plurality of spacer fuel inlet and outlet sections facing each other. The support plate includes a plurality of first support plate sections facing each other on which the support plate air inlet portion is formed and a plurality of second support plate sections facing each other on which the support plate fuel inlet portion is formed. can do.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고, 상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the width of each of the first support plate sections is larger than the width of each of the first spacer sections, and the width of each of the second support plate sections is the width of each of the second spacer sections. can be made larger.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와, 상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a positive electrode current collector located in the central opening of the cell frame and positioned between the upper surface of the battery cell exposed in the central opening of the cell frame and the separator, and the exposed battery cell A negative electrode current collector in contact with the lower surface of the may be further included.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 양극, 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 전지 셀과, 전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과, 상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판과, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와, 상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 측면을 둘러싸며, 상기 셀 프레임의 아래에 위치하는 음극 밀봉재 층과, 상기 셀 프레임의 위에 위치하는 양극 밀봉재 층을 포함하는 분리판을 포함하되, 상기 분리판의 일면은, 공기극 방향의 제1 돌기와 연료극 방향의 제2 돌기가 교번하여 배열되는 요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention is a battery cell including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode, and a center in which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell can be exposed. A plurality of layers forming an opening and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet at an edge area, and at least one of the layers is fixed and supported so that the battery cell is positioned in the central opening. A cell frame forming a corner pocket, a separator positioned above the cell frame and including a separation plate fuel inlet and a separator air inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and the cell frame air inlet, A positive current collector located in the central opening of the cell frame and positioned between the upper surface of the battery cell exposed through the central opening of the cell frame and the separator plate, and a negative current collector in contact with the exposed lower surface of the battery cell; , a separator surrounding a side surface of the negative electrode current collector and including a negative electrode sealant layer positioned below the cell frame and a positive electrode sealant layer positioned on top of the cell frame, wherein one surface of the separator plate, A stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it has a concavo-convex pattern in which first protrusions in the direction of the air electrode and second protrusions in the direction of the anode are alternately arranged.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 연료출입부들 사이에 제1 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은, 상기 분리판 연료출입부들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the concavo-convex pattern arranged in a first direction between the separation plate fuel entrances formed on both sides of the separation plate starts with the second protrusion between the separation plate fuel entrances. The second protrusion and the first protrusion may be alternately arranged in sequence.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 공기출입부들 사이에 제2 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 립(rib) 역할을 하는 제3 돌기들이 형성되고, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 형성되는 제3 돌기들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the concavo-convex pattern arranged in the second direction between the air inlets of the separation plate formed on both sides of the separation plate serves as a rib on one side of each of the air inlets of the separation plate. Third protrusions may be formed, and the second protrusion and the first protrusion may be alternately arranged starting from the second protrusion between the third protrusions formed on one side of each of the air inlet parts of the separator.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 돌기와 상기 제3 돌기의 돌출 방향을 동일하고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 및 제3 돌기의 돌출 방향과 상이하며, 상기 제1 돌기의 돌출 깊이는 상기 제3 돌기의 돌출 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the protrusion direction of the first protrusion and the third protrusion are the same, the second protrusion is different from the protrusion directions of the first and third protrusions, and the protrusion depth of the first protrusion is It may be formed deeper than the protruding depth of the third protrusion.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 분리판 연료출입부들 사이의 제1 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격은, 상기 분리판 공기출입부들 사이의 제2 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격보다 넓게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in a first direction between the fuel inlets of the separation plate is the first protrusion arranged in a second direction between the air inlets of the separation plate. It may be formed wider than the distance between the first protrusion and the second protrusion.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이어들은, 상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와, 상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판과, 상기 스페이서와 상기 지지판 사이에 배치되어, 상기 스페이서와 상기 지지판을 접합하는 셀 프레임 접합층을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the layers may include a spacer including the corner pocket formed at a corner region of the central opening where the corner of the battery cell is placed, and an upper portion of the spacer in a bonded state with the spacer. A support plate that is laminated and has a corner region of the central opening formed to cover the edge of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket, and is disposed between the spacer and the support plate to bond the spacer and the support plate. It may include a cell frame bonding layer that does.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고, 상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며, 상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고, 상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cell frame fuel inlet unit includes a spacer fuel inlet unit formed in the spacer and a support plate fuel inlet unit formed in the support plate, and the cell frame air inlet unit includes a spacer formed in the spacer. It includes an air inlet and a support plate air inlet formed on the support plate, wherein the spacer includes a plurality of first spacer sections facing each other on which the spacer air inlet is formed and a plurality of spacer fuel inlet and outlet sections facing each other. The support plate includes a plurality of first support plate sections facing each other on which the support plate air inlet portion is formed and a plurality of second support plate sections facing each other on which the support plate fuel inlet portion is formed. can do.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고, 상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the width of each of the first support plate sections is larger than the width of each of the first spacer sections, and the width of each of the second support plate sections is the width of each of the second spacer sections. can be made larger.

본 발명의 실시예에 따르면, 분리판의 요철 패턴에 형성되는 돌기들을 통해, 기존의 선형의 유로와 달리 방향성을 갖지 않으므로, 연료 및 공기의 흐름방향과 상관없이 전극에 연료 및 공그를 공급할 수 있도록 함으로써, 스택의 구성(연료출입부 및 공기출입부의 방향)에 구애 받지 않고 다양한 형태의 스택을 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, through protrusions formed on the concavo-convex pattern of the separator, unlike the existing linear flow path, it does not have directionality, so that fuel and air can be supplied to the electrode regardless of the flow direction of fuel and air. By doing so, it is possible to implement various types of stacks regardless of the configuration of the stack (the direction of the fuel inlet and air inlet).

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택의 분해도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 분해도를 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도4의 A-A 단면도 및 B-B 단면도를 도시한 것이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 스페이서를 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 지지판을 도시한 도면이다.1 is an exploded view of a stack for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates an exploded view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a separator plate according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows cross-sectional views AA and BB of Figure 4 according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a spacer of a cell frame according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a support plate of a cell frame according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택의 분해도이다.1 is an exploded view of a stack for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 고체산화물 연료전지란, 3세대 연료전지로 불리며 산소 또는 수소 이온전도성을 띄고 고온(700℃ 내지 1000℃)에서 작동하는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지이다. 일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극부(양극부) 및 연료극부(음극부)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시킨다. 고체산화물 연료전지의 가동 조건으로 인해 양극 밀봉재는 음극 밀봉재에 비해 스택의 용량/적층 셀 수 증가에 따라 양극의 공기유량이 증가하는 등의 가혹한 환경에서 구동되는데, 본 발명의 고체산화물 스택은 양극 밀봉재의 내구성을 증가시켜 연료전지 효율을 증가시키고자 한다.The solid oxide fuel cell of the present invention is called a third-generation fuel cell and is a fuel cell that uses a solid oxide as an electrolyte that has oxygen or hydrogen ion conductivity and operates at a high temperature (700° C. to 1000° C.). A general SOFC is composed of an oxygen ion conductive electrolyte and an air electrode part (anode part) and an anode part (cathode part) located on both sides of the electrolyte. Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at the cathode move to the anode through the electrolyte and react with hydrogen supplied to the anode again to produce water. At this time, electrons are generated at the anode and consumed at the cathode. An electric current is generated by connecting two electrodes together. Due to the operating conditions of the solid oxide fuel cell, the anode sealant is operated in a harsh environment such as the air flow rate of the anode increases as the capacity/number of stacked cells increases compared to the cathode sealant. The solid oxide stack of the present invention is a cathode sealant It is intended to increase the fuel cell efficiency by increasing the durability of the fuel cell.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택(1)은 연료출입부 및 공기출입부를 구비한 복수개의 연료전지용 분리판 모듈(10)을 포함하며, 상기 각 모듈(10)의 연료출입부 및 공기출입부가 각각 상하로 연결되도록 적층된다.Referring to FIG. 1, a stack 1 for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of separator modules 10 for a fuel cell having a fuel inlet and an air inlet, and each module 10 ) are stacked so that the fuel inlet and air inlet are connected vertically.

본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 스택(1)은 분리판과 음극 밀봉재 층이 접하도록 적층되고, 각 모듈의 공기출입부와 연료출입부가 연결되도록 적층될 수 있다. 그리고, 스택(1)의 최상단의 모듈에는 금속 상부판(30)이 위치할 수 있고, 이는 상부 매니폴드(20)와 연결될 수 있다. 하단의 모듈의 음극 밀봉재 층은 금속 하부판(40)과 밀봉되며, 이는 공기출입부 및 연료출입부를 구비한 하부 매니폴드(50)와 연결되어 연료전지를 구동시킬 수 있다.The stack 1 for a solid oxide fuel cell according to this embodiment may be stacked so that the separator and the anode sealing material layer are in contact with each other, and the air inlet and fuel inlet of each module are connected. In addition, a metal upper plate 30 may be positioned at the uppermost module of the stack 1 and may be connected to the upper manifold 20 . The cathode sealing material layer of the lower module is sealed with the metal lower plate 40, which is connected to the lower manifold 50 having an air inlet and a fuel inlet to drive the fuel cell.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 분해도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈의 단면도이다.2 is an exploded view of a separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the separator module for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈(10)은 분리판(100), 셀 프레임(200), 음극 스페이서(300), 음극 접합층(400), 양극 접합층(500), 양극 스페이서(600), 양극 밀봉재층(700), 양극 집전체(800), 셀 밀봉재층(900), 전지 셀(1000), 셀 가이드(1100), 음극 집전체(1200), 및 음극 밀봉재층(1300)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the separator module 10 for a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a separator 100, a cell frame 200, a cathode spacer 300, a cathode bonding layer 400, and an anode. Bonding layer 500, cathode spacer 600, cathode sealing material layer 700, cathode current collector 800, cell sealing material layer 900, battery cell 1000, cell guide 1100, anode current collector 1200 ), and a cathode sealing material layer 1300.

본 발명의 다른 실시예로, 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈(10)은 분리판(100), 셀 프레임(200), 음극 스페이서(300), 음극 접합층(400), 양극 접합층(500), 양극 스페이서(600), 양극 밀봉재층(700), 양극 집전체(800), 셀 가이드(1100), 음극 집전체(1200), 및 음극 밀봉재층(1300)로 구성될 수도 있다.In another embodiment of the present invention, the separator module 10 for a solid oxide fuel cell includes a separator 100, a cell frame 200, a cathode spacer 300, a cathode bonding layer 400, and an anode bonding layer 500. , the anode spacer 600, the cathode sealing material layer 700, the cathode current collector 800, the cell guide 1100, the anode current collector 1200, and the anode sealing material layer 1300.

분리판(100)은 셀 프레임(200)의 상부에 위치하여, 셀 프레임(200)의 연료출입부 및 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 분리판(100)에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도4와 도5를 참조하여 후술한다.The separation plate 100 is located above the cell frame 200 and may include a fuel inlet and outlet of the cell frame 200 and a fuel inlet and outlet corresponding to the air inlet and outlet of the cell frame 200. . A more detailed description of the separator 100 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5 .

그리고, 셀 프레임(200)은 전지 셀(1000)의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부(270)를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부(217, 257)와, 셀 프레임 공기출입부(215, 255)를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 중앙개구부(270)에 전지 셀(1000)이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓(259)을 포함할 수 있다.In addition, the cell frame 200 forms a central opening 270 through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell 1000 can be exposed, and the cell frame fuel inlet parts 217 and 257 are formed at the edge area, and the cell frame It includes a plurality of layers forming the air inlet parts 215 and 255, and at least one of the layers has a corner pocket 259 for fixing and supporting the battery cell 1000 to be located in the central opening 270. can include

도2를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 프레임(200)은 지지판(210), 셀 프레임 접합층(230), 및 스페이서(250)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the cell frame 200 according to the present invention may include a support plate 210 , a cell frame bonding layer 230 , and a spacer 250 .

지지판(210)은 셀 프레임 접합층(230)에 의해 스페이서(250)와 접합된 상태로 스페이서(250)의 상부에 적층되고, 코너 포켓(259)에 고정 지지되어 적치된 전지 셀(1000)의 모서리에 있는 셀 가이드(1100)를 덮도록 중앙개구부(270)의 모서리 영역을 형성할 수 있다.The support plate 210 is stacked on top of the spacer 250 in a state of being bonded to the spacer 250 by the cell frame bonding layer 230, and is fixedly supported in the corner pocket 259 so that the stacked battery cells 1000 A corner region of the central opening 270 may be formed to cover the cell guide 1100 at the corner.

이와 반해, 스페이서(250)는 전지 셀(1000)의 모서리에 형성되는 셀 가이드(1100)가 적치되는 셀 프레임의 중앙개구부(270)의 모서리 영역에 형성되는 코너 포켓(259)을 포함할 수 있다.In contrast, the spacer 250 may include a corner pocket 259 formed at a corner region of the central opening 270 of the cell frame where the cell guide 1100 formed at the corner of the battery cell 1000 is placed. .

본 실시예에 따른 셀 프레임(200)에 대한 보다 구체적인 설명은 이하 도6과 도7을 참조하여 후술한다. A more detailed description of the cell frame 200 according to this embodiment will be described later with reference to FIGS. 6 and 7 .

셀 프레임(200)의 상부 외측면에는 분리판(100)이 적층되며, 셀 프레임(200)과 분리판(100) 사이에는 양극 밀봉재층(700)이 형성되며, 양극 밀봉재층(700)의 상부에는 양극 스페이서(600)가 배치되고, 양극 스페이서(600) 상부에는 양극 접합층(500)이 형성된다. 이로써, 셀 프레임(200), 양극 스페이서(600), 및 분리판(100)은 양극 밀봉재층(700)과 양극 접합층(500)에 의해 서로간 접합되어 적층될 수 있다. 한 구현예에서 본 발명의 양극 밀봉재층(700)은 브레이징 접합제를 사용할 수 있다.The separator plate 100 is stacked on the upper outer surface of the cell frame 200, the anode sealant layer 700 is formed between the cell frame 200 and the separator plate 100, and the upper portion of the anode sealant layer 700 An anode spacer 600 is disposed on the anode spacer 600, and an anode bonding layer 500 is formed on the anode spacer 600. Thus, the cell frame 200, the anode spacer 600, and the separator 100 may be bonded to each other and stacked by the anode sealing material layer 700 and the anode bonding layer 500. In one embodiment, a brazing bonding agent may be used for the anode sealing material layer 700 of the present invention.

본 발명의 브레이징(brazing)이란, 납땜의 한 종류이며, 접합하려는 모재보다 녹는점이 낮은 비철금속 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 납재만을 용융시켜 접합하는 접합 방법이다. 고체산화물 연료전지 구동에 있어서 양극부는 비교적 가혹한 환경에 노출되는데, 브레이징 접합제를 사용함으로써 간단하면서도 완벽하게 양극부를 밀봉시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온 또는 급격한 온도 변화 환경에서 접합부의 열충격에 대한 저항력이 강하고 기계적 강도와 기밀성이 뛰어난 연료전지의 내구성과 성능을 향상시키는 효과가 있다. 본 발명의 브레이징 밀봉재는 셀 프레임(200) 외측면에 형성되며, 분리판(100)과 셀 프레임(200)의 밀봉을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 브레이징 밀봉은 포일(foil) 형태의 밀봉재 또는 페이스트 형태의 밀봉재를 사용할 수 있다. 상기 포일 형태의 밀봉재를 사용할 경우 연료출입부와 중앙 개구부, 공기출입부를 구비하는 포일을 사용할 수 있다. 상기 페이스트는 셀 프레임 최상부면을 따라 코팅하고 분리판과 접합하여 브레이징할 수 있다.The brazing of the present invention is a type of brazing, and is a joining method in which a nonferrous metal or its alloy (brazing material) having a lower melting point than the base material to be joined is used as a filler material to melt and join only the brazing material without melting the base material. In solid oxide fuel cell operation, the anode part is exposed to a relatively harsh environment. By using a brazing bonding agent, it is possible to simply and completely seal the anode part, and it has strong resistance to thermal shock at the junction in a high temperature or rapid temperature change environment. It has the effect of improving the durability and performance of a fuel cell with excellent strength and airtightness. The brazing sealing material of the present invention is formed on the outer surface of the cell frame 200 and can easily seal the separator 100 and the cell frame 200 . The brazing sealing of the present invention may use a sealing material in the form of a foil or a sealing material in the form of a paste. When using the sealing material in the form of a foil, a foil having a fuel inlet, a central opening, and an air inlet may be used. The paste may be coated along the top surface of the cell frame and bonded to the separator plate to be brazed.

본 발명의 셀 프레임(200)과 분리판(100)은 금속제인 브레이징 밀봉으로 밀봉되기 때문에 상기 셀 프레임(200)과 전지 셀(1000)간의 절연은 필수 사항이다. 본 발명에서는 셀 프레임(200)과 전지 셀(1000)의 측면 절연을 위해, 본 발명의 분리판 모듈(10)은 코너 포켓(259) 및 셀 가이드(1100)를 구비함으로써 전지 셀(1000)의 절연을 수행한다.Since the cell frame 200 and the separator 100 of the present invention are sealed by brazing, which is made of metal, insulation between the cell frame 200 and the battery cell 1000 is essential. In the present invention, in order to insulate the side of the cell frame 200 and the battery cell 1000, the separator module 10 of the present invention includes corner pockets 259 and cell guides 1100, so that the battery cell 1000 perform insulation.

도3을 참조하면, 셀 가이드(1100)는 코너 포켓(259)에 장착되는 것으로, 셀 가이드(1100)에 의해 전지 셀(1000)이 셀 포켓에 완전히 고정될 수 있으며, 이는 전지 셀(1000) 측면과 셀 프레임(200)의 접촉을 방지할 수 있다. 셀 가이드(1100)는 구조적으로 단단한 절연체인 세라믹 또는 마이카를 사용할 수 있다. 상기 세라믹은 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 및 실리카로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 절연성 산화물을 사용할 수 있다. 도3을 참조하면 전지 셀(1000)과 셀 프레임(200)과 접할 수 있는 양극부의 일부는 글라스, 마이카 또는 글라스와 마이카의 하이브리드의 셀 밀봉재층(900)를 사용하여 밀봉할 수 있다.Referring to FIG. 3, the cell guide 1100 is mounted in the corner pocket 259, and the battery cell 1000 can be completely fixed in the cell pocket by the cell guide 1100, which is the battery cell 1000 Contact between the side surface and the cell frame 200 may be prevented. The cell guide 1100 may use ceramic or mica, which is a structurally hard insulator. The ceramic may use at least one insulating oxide selected from the group consisting of alumina, zirconia, magnesia, and silica. Referring to FIG. 3 , a portion of the anode portion that can be in contact with the battery cell 1000 and the cell frame 200 can be sealed using a cell sealing material layer 900 of glass, mica, or a hybrid of glass and mica.

본 발명의 셀 프레임(200)의 하부는 스택 제조 시 다른 분리판 모듈의 분리판과 접하면서 적층되며, 분리판과 접하는 부분에 음극 밀봉재층(1300)이 형성될 수 있다. 상기 음극 밀봉재층(1300)은 중앙 개구부를 구비하며, 중앙 개구부에는 음극 집전체(1200)가 전지 셀(1000)의 음극과 접하며 위치한다. 음극 집전체(1200)는 음극부의 측면에 위치해 음극에서 발전되는 전기를 모으는 역할을 할 수 있다. 상기 음극 밀봉재층(1300)은 글라스, 마이카 또는 글라스와 마이카의 하이브리드 밀봉재를 사용할 수 있다. 본 발명의 분리판 모듈(10)은 셀 프레임(200), 분리판(100), 음극 밀봉재층(1300) 각각에 구비된 공기출입부 및/또는 연료출입부는 적층되면서 서로 접하여 연결된다. 상기 분리판(100) 중앙에는 기체 유로가 양면으로 형성될 수 있으며, 이는 연료 또는 공기의 출입을 용이하게 할 수 있다.The lower part of the cell frame 200 of the present invention is laminated while being in contact with the separator of another separator module during stack manufacturing, and the negative electrode sealing material layer 1300 may be formed at a portion in contact with the separator. The negative electrode sealing material layer 1300 has a central opening, and the negative electrode current collector 1200 is positioned in contact with the negative electrode of the battery cell 1000 in the central opening. The negative current collector 1200 may be located on the side of the negative electrode and collect electricity generated by the negative electrode. The cathode sealing material layer 1300 may use glass, mica, or a hybrid sealing material of glass and mica. In the separator module 10 of the present invention, the cell frame 200, the separator 100, and the air inlet and/or fuel inlet provided on each of the negative electrode sealing material layer 1300 are stacked and connected to each other. Gas passages may be formed on both sides in the center of the separation plate 100, which may facilitate the entry and exit of fuel or air.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판을 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도4의 A-A 단면도 및 B-B 단면도를 도시한 것이다.4 is a view showing a separator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view A-A and B-B of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 분리판(100)은 분리판 공기출입부(110)와 분리판 연료출입부(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 분리판 공기출입부(110) 및 분리판 연료출입부(120)는, 분리판(100)의 테두리 영역에 형성되되, 분리판(100)의 테두리 영역 중 서로 마주보는 위치에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 분리판의 테두리 영역인 4개의 영역 각각에 형성되는 분리판 공기출입부(110) 또는 분리판 연료출입부(120)는 2개의 홀이 이격된 형태로 형성될 수 있으나, 이는 일 실시예일 뿐 1개의 홀 또는 3개 이상의 홀로 구현될 수도 있다.As shown in FIGS. 4 and 5 according to an embodiment of the present invention, the separation plate 100 may include a separation plate air inlet 110 and a separation plate fuel inlet 120 . Here, the separation plate air inlet 110 and the separation plate fuel inlet 120 are formed in the edge area of the separation plate 100, and are formed as a pair at positions facing each other in the edge area of the separation plate 100. can be formed The air inlet 110 or the fuel inlet 120 of the separator formed in each of the four regions, which are the edge regions of the separator according to the present embodiment, may be formed in a form in which two holes are spaced apart. It is only an example and may be implemented with one hole or three or more holes.

도4를 참조하면, 분리판(100)의 모서리 영역에 형성되는 분리판 공기출입부(110)들 및 분리판 연료출입부(120)들의 중앙부에는 공기극 방향의 제1 돌기(131)와 연료극 방향의 제2 돌기(133)가 교번하여 배열되는 요철 패턴(130)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , a first protrusion 131 in the direction of the air electrode and a first protrusion 131 in the direction of the anode are provided at the center of the air inlet parts 110 and the fuel inlet parts 120 of the separator plate formed in the corner region of the separator plate 100. A concavo-convex pattern 130 in which the second protrusions 133 are alternately arranged may be formed.

그리고, 본실시예에 따른 분리판(100)의 요철 패턴은 도4에 도시된 바와 같이 분리판 연료출입부(120)가 위치하는 방향(제1 방향)을 기준으로 볼 때, 분리판(100)의 양측에 형성되는 분리판 연료출입부(120)의 내측에는 제2 돌기(133)가 인접하게 형성되고, 이렇게 제1 방향 기준에서 요철 패턴(130)은 제2 돌기(133)를 시작으로 제1 돌기(131)와 제2 돌기(133)가 차례로 교번하여 배열되는 형태로 구현될 수 있다.And, as shown in FIG. 4, the concave-convex pattern of the separator 100 according to the present embodiment, when viewed from the direction (first direction) in which the separator fuel inlet 120 is located, the separator 100 ), second protrusions 133 are formed adjacent to the inner side of the fuel inlet 120 of the separator plate formed on both sides, and in this way, the concave-convex pattern 130 starts with the second protrusions 133 in the first direction. The first protrusion 131 and the second protrusion 133 may be implemented in an alternately arranged manner.

도5의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 도4의 제1 방향으로 배열되는 요철 패턴을 확인할 수 있는 A-A 단면도를 도시한 것이다. 도5의 (a)를 참조하면, 분리판(100)의 테두리부에 위치하는 분리판 연료출입부(120)의 내측 방향으로 제2 돌기(133)를 시작으로 제1 돌기(131) 그리고 다시 제2 돌기(133)가 차례로 교번하여 배열될 수 있다.Figure 5 (a) is an A-A cross-sectional view showing a concave-convex pattern arranged in the first direction of Figure 4 according to an embodiment of the present invention. Referring to (a) of FIG. 5, the first protrusion 131 starting from the second protrusion 133 in the inward direction of the fuel inlet 120 of the separator 100 located on the rim of the separator 100, and then again. The second protrusions 133 may be alternately arranged in sequence.

이때, 본 실시예에 따르면 제1 방향을 기준으로 제2 돌기(133) 및 제1 돌기(131)는 제1 간격(d1)을 두고 서로 교번 배열될 수 있다.In this case, according to the present embodiment, the second protrusion 133 and the first protrusion 131 may be alternately arranged with a first distance d1 in the first direction.

다시 도4를 참조하면, 분리판 공기출입부(110)가 위치하는 방향(제2 방향)을 기준으로, 분리판(100)의 양측에 형성되는 분리판 공기출입부(110)의 내측에는 제3 돌기(135)가 인접하게 형성되고, 이와 같은 제3 돌기(131)의 내측 방향으로는 제2 돌기(133)가 형성되며, 그 다음으로 제1 돌기(131)가 형성될 수 있다. 즉, 제2 방향에 따른 요철 패턴(130)에서 제3 돌기(135)가 양측에 형성되고, 제3 돌기(135)의 내측에는 제2 돌기(133)를 시작으로 제2 돌기(133)와 제1 돌기(131)가 차례로 교번하여 배열될 수 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 제3 돌기(135)는 립(rib) 역할을 하는 것일 수 있다.Referring back to FIG. 4 , based on the direction (second direction) in which the separating plate air inlet 110 is located, the inner side of the separating plate air inlet 110 formed on both sides of the separating plate 100 is Three protrusions 135 are formed adjacent to each other, second protrusions 133 are formed in an inward direction of the third protrusions 131, and then the first protrusions 131 may be formed. That is, in the concavo-convex pattern 130 along the second direction, the third protrusion 135 is formed on both sides, and the inside of the third protrusion 135 starts with the second protrusion 133 and the second protrusion 133. The first protrusions 131 may be alternately arranged in sequence. Here, the third protrusion 135 according to the present embodiment may serve as a rib.

이때, 제1 돌기(131)와 제3 돌기(135)는 도5의 (b)에 도시된 바와 같이, 돌출 방향이 동일하게 형성될 수 있고, 제2 돌기(133)는 제1 돌기(131) 및 제3 돌기(135)의 돌출 방향과 상이할 수 있다.In this case, the first protrusion 131 and the third protrusion 135 may have the same protruding direction as shown in FIG. ) and the protruding direction of the third protrusion 135 may be different.

또한, 도3 및 도5 (b)와 같이 본 실시예에 따른 제1 돌기(131)의 돌출 깊이는 제3 돌기(135)의 돌출 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있다.Also, as shown in FIGS. 3 and 5 (b) , the protrusion depth of the first protrusion 131 according to the present embodiment may be formed deeper than that of the third protrusion 135 .

도5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 방향에 따른 제1 돌기(131)와 제2 돌기(133)간 제1 간격(d1)은, 제2 방향에 따른 제1 돌기(131)와 제2 돌기(133)간 제2 간격(d2)보다 넓게 형성되는 것으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the first distance d1 between the first protrusion 131 and the second protrusion 133 in the first direction according to the embodiment of the present invention is the first protrusion 131 in the second direction. ) and the second protrusion 133 may be formed wider than the second distance d2.

그리고, 제2 방향에서 제3 돌기(135)와 제3 돌기(135)의 일측에 형성되는 제2 돌기(133)간 제3 간격(d3)은 상기 제1 간격(d1)과 같거나 짧게 형성될 수 있다.And, the third distance d3 between the third protrusion 135 and the second protrusion 133 formed on one side of the third protrusion 135 in the second direction is equal to or shorter than the first distance d1. It can be.

상술한 바와 같은, 제1 돌기(131) 및 제3 돌기(135)는 공기가 분리판 공기출입부(110)를 통해 출입할 수 있도록 가이드하는 역할을 하고, 제2 돌기(133)는 연료가 분리판 연료출입부(120)를 통해 출입할 수 있도록 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.As described above, the first protrusion 131 and the third protrusion 135 serve to guide air to enter and exit through the air inlet and outlet of the separator 110, and the second protrusion 133 is the fuel It may play a role of guiding entry and exit through the separation plate fuel entrance 120 .

본 발명의 실시예에 따른 셀 프레임(200)은 지지판(210)과 스페이서(250), 그리고 지지판(210)과 스페이서(250)를 접합시키는 셀 프레임 접합층(230)을 포함하여 구성될 수 있다.The cell frame 200 according to an embodiment of the present invention may include a support plate 210 and a spacer 250, and a cell frame bonding layer 230 bonding the support plate 210 and the spacer 250. .

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 스페이서를 도시한 도면이고, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임의 지지판을 도시한 도면이다.6 is a view showing a spacer of a cell frame according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view showing a support plate of a cell frame according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도6을 참조하면, 본 실시예에 따른 스페이서(250)는 테두리 영역에 서로 대향하는 위치에 형성되는 제1 스페이서 섹션(251)들 그리고, 스페이서(250)의 나머지 테두리 영역에 서로 대향되도록 형성되는 제2 스페이서 섹션(253)들을 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 6 , the spacer 250 according to the present embodiment includes first spacer sections 251 formed at positions facing each other in the edge area and the remaining edge area of the spacer 250 so as to face each other. The formed second spacer sections 253 may be included.

상기 각 제1 스페이서 섹션(251)에는 스페이서 공기출입부(255)들이 형성되고, 각 제2 스페이서 섹션(253)에는 스페이서 연료출입부(257)들이 형성될 수 있다.Spacer air inlet units 255 may be formed in each of the first spacer sections 251 , and spacer fuel inlet units 257 may be formed in each of the second spacer sections 253 .

또한, 본 실시예에 따른 스페이서(250)는 각 제1 스페이서 섹션(251) 및 제2 스페이서 섹션(253) 사이에 셀 프레임(200)의 중앙개구부(270)를 형성하는 모서리에 형성되는 코너 포켓(259)을 더 포함할 수 있다. 코너 포켓(259)은 중앙개구부(270)에 위치하게 되는 전지 셀(1000)의 모서리 영역에 배치되는 셀 가이드(1100)가 위치하게 되는 부분으로, 코너 포켓(259)은 셀 가이드(1100)를 고정 지지함으로써, 적치되는 전지 셀(1000)을 안정적으로 고정시킬 수 있다.In addition, the spacer 250 according to the present embodiment has a corner pocket formed at a corner forming the central opening 270 of the cell frame 200 between the first spacer section 251 and the second spacer section 253. (259) may be further included. The corner pocket 259 is a portion where the cell guide 1100 disposed in the corner region of the battery cell 1000 located in the central opening 270 is located, and the corner pocket 259 holds the cell guide 1100. By fixing and supporting, the battery cell 1000 to be placed can be stably fixed.

다음으로, 도7을 참조하면, 본 실시예에 따른 지지판(210)은 테두리 영역에 서로 대향하는 위치에 형성되는 제1 지지판 섹션(211)들 그리고, 지지판(210)의 나머지 테두리 영역에 서로 대향되도록 형성되는 제2 지지판 섹션(213)들을 포함할 수 있다.Next, referring to FIG. 7 , the support plate 210 according to the present embodiment includes first support plate sections 211 formed at positions facing each other in the edge area and facing each other in the remaining edge area of the support plate 210. It may include second support plate sections 213 formed to be.

상기 각 제1 지지판 섹션(211)에는 지지판 공기출입부(215)들이 형성되고, 각 제2 지지판 섹션(213)에는 지지판 연료출입부(217)들이 형성될 수 있다.Support plate air inlet units 215 may be formed in each of the first support plate sections 211 , and support plate fuel inlet units 217 may be formed in each of the second support plate sections 213 .

본 발명의 셀 프레임 공기출입부는 지지판 공기출입부(215)와 스페이서 공기출입부(255)로 이루어진 것이고, 셀 프레임 연료출입부는 지지판 연료출입부(217)와 스페이서 연료출입부(257)로 이루어진 것일 수 있다.The cell frame air inlet of the present invention consists of a support plate air inlet 215 and a spacer air inlet 255, and the cell frame fuel inlet includes a support plate fuel inlet 217 and a spacer fuel inlet 257. can

지지판(210)은 제1 및 제2 지지판 섹션의 내측으로 형성되는 셀 프레임(200)의 중앙개구부(270)를 형성하는 모서리에 별도의 포켓 없이 형성될 수 있다.The support plate 210 may be formed without a separate pocket at a corner forming the central opening 270 of the cell frame 200 formed inside the first and second support plate sections.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 지지판(210)의 제1 지지판 섹션(211)의 폭(width)과 제2 지지판 섹션(213)의 폭은 같은 길이로 형성될 수 있고, 마찬가지로 스페이서(250)의 제1 스페이서 섹션(251)의 폭과 제2 스페이서 섹션(253)의 폭은 같은 길이로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 및 제2 지지판 섹션의 폭(L2)은 제1 및 제2 스페이서 섹션의 폭(L1) 보다 크게 형성될 수 있다. 이로써, 스페이서(250) 위에 배치되는 지지판(210)은 스페이서(250)의 코너 포켓(259)을 덮는 형태로 배치될 수 있다.At this time, the width of the first support plate section 211 of the support plate 210 according to the embodiment of the present invention and the width of the second support plate section 213 may be formed to have the same length, and similarly, the spacer 250 The width of the first spacer section 251 and the width of the second spacer section 253 of may be formed to have the same length. The width L 2 of the first and second support plate sections may be larger than the width L 1 of the first and second spacer sections. Thus, the support plate 210 disposed on the spacer 250 may be disposed to cover the corner pocket 259 of the spacer 250 .

도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 셀 프레임(200)에는 중앙개구부에 적치되는 전지 셀(1000)의 측면을 감싸는 셀 포켓을 구비함으로써, 셀 포켓을 이용하여 전지 셀(1000)의 양극부를 지지하며 배치될 수 있다. Although not shown in the drawing, the cell frame 200 according to the embodiment of the present invention is provided with a cell pocket surrounding the side of the battery cell 1000 placed in the central opening, so that the battery cell 1000 is stored using the cell pocket. It may be disposed while supporting the positive electrode.

본 발명의 전지 셀(1000)은 음극부(연료극)와 양극부(공기극)를 포함하고 치밀한 구조의 전해질이 음극부와 양극부 사이에 위치한다. 본 실시예에 따른 전지 셀(1000)은 사각 평판형 셀일 수 있다. 전해질은 연료와 가스가 혼합되지 않도록 구조가 치밀해야 하며, 산소이온의 전도도가 높고 전자전도도가 낮아야 하고, 이때 전해질을 구성하는 재료로는 세리아계 및 란타늄 갈레이트계 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 평판형 셀의 음극부의 재료는 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리합금 및 철계 합금 중에서 선택된 하나와 이온전도성 전해질 재료의 복합체이고, 상기 이온전도성 전해질 재료는 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ), 스칸디아 안정화 지르코니아(scandia-stabilized zirconia, ScSZ), 가돌리늄 주입 세리아(Gd doped-ceria, GDC), 사마리움 주입 세리아(Sm doped-Ceria) 및 란타늄 갈레이트(Lanthanum gallates)중에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어 질 수 있으며, 상기 이온전도성 전해질의 재료는 Y(예를 들어, Y2O3-doped Zirconia), Sc 또는 Yb가 첨가된 zirconia, Y, Gd 또는 Sm이 첨가된 ceria 및 Sr과 Mg이 동시에 첨가된 LaGaO3 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 양극부의 재료는 세라믹 및 세라믹-이온전도성 전해질 재료 복합체 중에서 선택되고, 상기 세라믹은 스트론튬 타이타늄 페라이트(Strontium titanium ferrite, STF), 란타늄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite, LSF), 란타늄 스트론튬 코발타이트(Lanthanumstrontium coblatite, LSC), 스트론튬 코발트 페라이트(Strontium cobalt ferrite, SFC), 바륨 스트론튬 코발트 페라이트(barium strontium cobalt ferrite, BSCF), 란타늄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite, LSCF), 및 란타늄 니켈(lanthanum nickelate, LNO)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며, 상기 이온전도성 전해질 재료는 Y, Sc 또는 Yb가 첨가된 zirconia, Y, Gd 또는 Sm이 첨가된 ceria 및 Sr과 Mg이 동시에 첨가된 LaGaO3 중에서 선택되는 하나 이상이다.The battery cell 1000 of the present invention includes a negative electrode (fuel electrode) and a positive electrode (air electrode), and an electrolyte having a dense structure is positioned between the negative electrode and the positive electrode. The battery cell 1000 according to this embodiment may be a rectangular flat plate cell. The electrolyte must have a dense structure so that fuel and gas do not mix, and have high oxygen ion conductivity and low electronic conductivity. It can be. The material of the negative electrode of the flat cell of the present invention is a composite of nickel, nickel alloy, copper, copper alloy and iron-based alloy and an ion conductive electrolyte material, wherein the ion conductive electrolyte material is yttria-stabilized zirconia , YSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinium-doped-ceria (GDC), samarium-doped-ceria, and lanthanum gallates. The material of the ion conductive electrolyte may be Y (eg, Y2O3-doped zirconia), zirconia to which Sc or Yb is added, ceria to which Y, Gd or Sm is added, and Sr and Mg are added at the same time. At least one selected from added LaGaO3 may be used. The material of the anode part is selected from ceramics and ceramic-ion conductive electrolyte material composites, and the ceramics are strontium titanium ferrite (STF), lanthanum strontium ferrite (LSF), and lanthanum strontium cobaltite. , LSC), strontium cobalt ferrite (SFC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF), lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), and lanthanum nickelate (LNO) At least one selected from the group consisting of, and the ion conductive electrolyte material is at least one selected from zirconia to which Y, Sc or Yb is added, ceria to which Y, Gd or Sm is added, and LaGaO3 to which Sr and Mg are added simultaneously. .

고용량 스택을 제조하기 위해서는 모듈이 여러 장 적층(예를 들어1kW 스택의 경우 30~50장의 스택모듈이 적층됨)되는데, 이때 글라스 밀봉재를 사용하여 셀/셀 프레임을 절연하는 방법 및 전지 셀(1000) 크기를 셀 프레임(200)의 셀 포켓(미도시) 보다 작게하여 절연하는 방법을 이용하는 것이 좋다. 이러한 방법은, 고온에서 전처리 밀봉 시 스택(1)이 수축하면서 셀이 구조적으로 뒤틀려 전지 셀(1000)과 셀 프레임(200) 간의 접촉이 일어날 수 있다. 셀과 셀 프레임 간의 접촉은 브레이징이 적용된 스택(1)에는 치명적인 성능 저하 요인이며 이를 극복하기 위한 방법으로 코너 포켓과 셀 가이드(1100)를 이용하여 절연을 수행하는 것이 바람직하다.In order to manufacture a high-capacity stack, several modules are stacked (for example, 30 to 50 stack modules are stacked in the case of a 1kW stack). At this time, a method of insulating cells/cell frames using glass sealing materials and a battery cell (1000 ) is preferably smaller than the cell pocket (not shown) of the cell frame 200 to insulate. In this method, contact between the battery cell 1000 and the cell frame 200 may occur because the cell is structurally distorted while the stack 1 shrinks during pre-sealing at a high temperature. The contact between the cell and the cell frame is a fatal performance degradation factor for the brazing-applied stack 1, and it is preferable to perform insulation using the corner pocket and the cell guide 1100 as a way to overcome this.

셀 가이드(1100)를 구비한 모듈로 제작한 스택(1)은 모든 모듈(10)에서 일정한 개방전압이 유지될 수 있다. 이러한 셀 가이드가 없는 모듈(10)의 경우, 적층 과정에서 일부 음극과 셀 프레임(200) 사이의 접촉에 의해 개방전압이 낮아질 수 있고, 운전과정에서 누설전류에 의해 전기효율이 낮아질 수 있다.In the stack 1 made of modules having cell guides 1100, a constant open-circuit voltage can be maintained in all modules 10. In the case of the module 10 without such a cell guide, open-circuit voltage may be lowered due to contact between some cathodes and the cell frame 200 during the stacking process, and electrical efficiency may be lowered due to leakage current during operation.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1: 고체산화물 연료전지용 스택
10: 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈
20: 상부 매니폴드
30: 금속 상부판
40: 금속 하부판
50: 하부 매니폴드
100: 분리판
130: 요철 패턴
131: 제1 돌기
133: 제2 돌기
135: 제3 돌기
200: 셀 프레임
210: 지지판
250: 스페이서
1000: 전지 셀1: Stack for solid oxide fuel cell
10: Separator module for solid oxide fuel cells
20: upper manifold
30: metal top plate
40: metal lower plate
50: lower manifold
100: separator plate
130: concavo-convex pattern
131: first protrusion
133: second protrusion
135: third protrusion
200: cell frame
210: support plate
250: spacer
1000: battery cell

Claims (15)

요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈에 있어서,
전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과,
상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판을 포함하되,
상기 분리판은, 공기극 방향의 제1 돌기와 연료극 방향의 제2 돌기가 교번하여 배열되는 요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
In the separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern,
It includes a plurality of layers forming a central opening through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell is exposed, and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet at an edge area, and at least one of the layers A cell frame forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be located in the central opening;
A separation plate disposed above the cell frame and including a separation plate fuel inlet and a separator air inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and the cell frame air inlet,
The separator has a concavo-convex pattern in which first protrusions in the direction of the air electrode and second protrusions in the direction of the fuel electrode are alternately arranged.
 제1항에 있어서,
상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 연료출입부들 사이에 제1 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은,
상기 분리판 연료출입부들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The concavo-convex pattern arranged in a first direction between the fuel inlets of the separator plate formed on both sides of the separator plate,
Separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the second protrusion and the first protrusion are alternately arranged between the fuel inlet and outlets of the separation plate, starting with the second protrusion.
 제1항에 있어서,
상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 공기출입부들 사이에 제2 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은,
상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 립(rib) 역할을 하는 제3 돌기들이 형성되고, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 형성되는 제3 돌기들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The concavo-convex pattern arranged in the second direction between the air inlets of the separation plate formed on both sides of the separation plate,
Third protrusions serving as ribs are formed on one side of each of the air inlet and outlet parts of the separator plate, and between the third protrusions formed on one side of each of the air inlet parts of the separator plate, starting with the second protrusion, the A separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the second protrusion and the first protrusion are alternately arranged.
 ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 4 was abandoned when the registration fee was paid.◈ 제3항에 있어서,
상기 제1 돌기와 상기 제3 돌기의 돌출 방향을 동일하고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 및 제3 돌기의 돌출 방향과 상이하며,
상기 제1 돌기의 돌출 깊이는 상기 제3 돌기의 돌출 깊이보다 더 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 3,
The protrusion direction of the first protrusion and the third protrusion are the same, and the second protrusion is different from the protrusion directions of the first and third protrusions,
The separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the protrusion depth of the first protrusion is formed deeper than the protrusion depth of the third protrusion.
 ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 5 was abandoned when the registration fee was paid.◈ 제3항에 있어서,
상기 분리판 연료출입부들 사이의 제1 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격은, 상기 분리판 공기출입부들 사이의 제2 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 3,
The distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in the first direction between the fuel inlet parts of the separation plate is the distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in the second direction between the air inlet parts of the separation plate. A separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it is formed more widely.
 ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 6 was abandoned when the registration fee was paid.◈ 제3항에 있어서,
상기 제1 돌기 및 제3 돌기는 공기가 상기 분리판 공기출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드하고,
상기 제2 돌기는 연료가 상기 분리판 연료출입부를 통해 출입할 수 있도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 3,
The first protrusion and the third protrusion guide air to enter and exit through the air inlet and outlet of the separator,
The second protrusion guides fuel to enter and exit through the fuel inlet and outlet of the separator plate.
 제1항에 있어서,
상기 레이어들은,
상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와,
상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
The layers are
A spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening where the corner of the battery cell is stacked;
A support plate laminated on top of the spacer in a bonded state to the spacer and having a corner region of the central opening formed to cover the corner of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket Separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern.
 제7항에 있어서,
상기 셀 프레임 연료출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 연료출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 연료출입부를 포함하고,
상기 셀 프레임 공기출입부는, 상기 스페이서에 형성되는 스페이서 공기출입부와 상기 지지판에 형성되는 지지판 공기출입부를 포함하며,
상기 스페이서는, 상기 스페이서 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 스페이서 섹션들과, 상기 스페이서 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 스페이서 섹션들을 포함하고,
상기 지지판은, 상기 지지판 공기출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제1 지지판 섹션들과, 상기 지지판 연료출입부가 형성되며 서로 대향하는 복수의 제2 지지판 섹션들을 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 7,
The cell frame fuel inlet includes a spacer fuel inlet and outlet formed on the spacer and a support plate fuel inlet and outlet formed on the support plate,
The cell frame air inlet includes a spacer air inlet formed in the spacer and a support plate air inlet formed in the support plate,
The spacer includes a plurality of first spacer sections facing each other on which the spacer air inlet is formed and a plurality of second spacer sections facing each other on which the spacer fuel inlet and outlet is formed,
The support plate has a concavo-convex pattern, characterized in that it includes a plurality of first support plate sections facing each other on which the support plate air inlet is formed and a plurality of second support plate sections facing each other on which the support plate fuel inlet is formed. Separator module for solid oxide fuel cells.
 ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 9 was abandoned when the registration fee was paid.◈ 제8항에 있어서,
상기 각 제1 지지판 섹션의 폭(width)은 상기 각 제1 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되고,
상기 각 제2 지지판 섹션의 폭은 상기 각 제2 스페이서 섹션의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 8,
The width of each of the first support plate sections is larger than the width of each of the first spacer sections,
The separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the width of each of the second support plate sections is larger than that of each of the second spacer sections.
 제1항에 있어서,
상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와,
상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 분리판 모듈.
According to claim 1,
a positive electrode current collector located in the central opening of the cell frame and positioned between the upper surface of the battery cell exposed in the central opening of the cell frame and the separator;
Separator module for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it further comprises a negative electrode current collector in contact with the lower surface of the exposed battery cell.
 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택에 있어서,
양극, 음극, 그리고 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 전지 셀과,
전지 셀의 상면과 하면의 중앙이 노출될 수 있는 중앙개구부를 형성하고, 가장자리 영역에 셀 프레임 연료출입부와 셀 프레임 공기출입부를 형성하는 복수의 레이어들을 포함하며, 상기 레이어들 중 적어도 하나의 레이어는 상기 중앙개구부에 상기 전지 셀이 위치하도록 고정 지지하는 코너 포켓을 형성하는 셀 프레임과,
상기 셀 프레임의 상부에 위치하여, 상기 셀 프레임 연료출입부 및 셀 프레임 공기출입부와 대응하는 분리판 연료출입부와 분리판 공기출입부를 포함하는 분리판과,
상기 셀 프레임의 중앙개구부에 위치하여, 상기 셀 프레임의 중앙개구부에 노출된 상기 전지 셀의 상면과 상기 분리판 사이에 위치하는 양극 집전체와,
상기 노출된 전지 셀의 하면과 접하는 음극 집전체와,
상기 음극 집전체의 측면을 둘러싸며, 상기 셀 프레임의 아래에 위치하는 음극 밀봉재 층과,
상기 셀 프레임의 위에 위치하는 양극 밀봉재 층을 포함하는 분리판을 포함하되,
상기 분리판의 일면은, 공기극 방향의 제1 돌기와 연료극 방향의 제2 돌기가 교번하여 배열되는 요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택.
In the stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern,
A battery cell including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode;
It includes a plurality of layers forming a central opening through which the center of the upper and lower surfaces of the battery cell is exposed, and forming a cell frame fuel inlet and a cell frame air inlet at an edge area, and at least one of the layers A cell frame forming a corner pocket for fixing and supporting the battery cell to be located in the central opening;
a separator disposed above the cell frame and including a separator fuel inlet and a separator air inlet corresponding to the cell frame fuel inlet and the cell frame air inlet;
a positive electrode current collector located in the central opening of the cell frame and positioned between the upper surface of the battery cell exposed in the central opening of the cell frame and the separator;
A negative electrode current collector in contact with the lower surface of the exposed battery cell;
A negative electrode sealing material layer surrounding a side surface of the negative electrode current collector and positioned below the cell frame;
A separator comprising an anode sealing material layer disposed on the cell frame,
One surface of the separator has a concavo-convex pattern in which first protrusions in the direction of the air electrode and second protrusions in the direction of the fuel electrode are alternately arranged.
 제11항에 있어서,
상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 연료출입부들 사이에 제1 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은,
상기 분리판 연료출입부들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택.
According to claim 11,
The concavo-convex pattern arranged in a first direction between the fuel inlets of the separator plate formed on both sides of the separator plate,
The stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the second protrusion and the first protrusion are alternately arranged between the fuel inlet and outlets of the separator, starting with the second protrusion.
 제11항에 있어서,
상기 분리판의 양측에 형성되는 분리판 공기출입부들 사이에 제2 방향으로 배열되는 상기 요철 패턴은,
상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 립(rib) 역할을 하는 제3 돌기들이 형성되고, 상기 분리판 공기출입부들 각각의 일측에 형성되는 제3 돌기들 사이에 상기 제2 돌기를 시작으로 상기 제2 돌기와 상기 제1 돌기가 차례로 교번하여 배열되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택.
According to claim 11,
The concavo-convex pattern arranged in the second direction between the air inlets of the separation plate formed on both sides of the separation plate,
Third protrusions serving as ribs are formed on one side of each of the air inlet and outlet parts of the separator plate, and between the third protrusions formed on one side of each of the air inlet parts of the separator plate, starting with the second protrusion, the A stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that the second protrusion and the first protrusion are alternately arranged.
 ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 14 was abandoned when the registration fee was paid.◈ 제13항에 있어서,
상기 제1 돌기와 상기 제3 돌기의 돌출 방향을 동일하고, 상기 제2 돌기는 상기 제1 및 제3 돌기의 돌출 방향과 상이하며,
상기 제1 돌기의 돌출 깊이는 상기 제3 돌기의 돌출 깊이보다 더 깊게 형성되며,
상기 분리판 연료출입부들 사이의 제1 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격은, 상기 분리판 공기출입부들 사이의 제2 방향으로 배열되는 상기 제1 돌기 및 제2 돌기 간 간격보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택.
According to claim 13,
The protrusion direction of the first protrusion and the third protrusion are the same, and the second protrusion is different from the protrusion directions of the first and third protrusions,
The protrusion depth of the first protrusion is formed deeper than the protrusion depth of the third protrusion,
The distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in the first direction between the fuel inlet parts of the separation plate is the distance between the first protrusion and the second protrusion arranged in the second direction between the air inlet parts of the separation plate. A stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern, characterized in that it is formed more widely.
 제11항에 있어서,
상기 레이어들은,
상기 전지 셀의 모서리가 적치되는 상기 중앙개구부의 모서리 영역에 형성되는 상기 코너 포켓을 포함하는 스페이서와,
상기 스페이서와 접합된 상태로 상기 스페이서의 상부에 적층되고, 상기 코너 포켓에 상응하는 구성 없이, 상기 전지 셀의 모서리 위를 덮도록 상기 중앙개구부의 모서리 영역이 형성되는 지지판과,
상기 스페이서와 상기 지지판 사이에 배치되어, 상기 스페이서와 상기 지지판을 접합하는 셀 프레임 접합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 패턴을 갖는 고체산화물 연료전지용 스택.
According to claim 11,
The layers are
A spacer including the corner pocket formed in a corner region of the central opening where the corner of the battery cell is stacked;
A support plate laminated on top of the spacer in a bonded state to the spacer and having a corner region of the central opening formed to cover the corner of the battery cell without a configuration corresponding to the corner pocket;
A stack for a solid oxide fuel cell having a concavo-convex pattern comprising a cell frame bonding layer disposed between the spacer and the support plate to bond the spacer and the support plate.
KR1020210007161A 2021-01-19 2021-01-19 Separator module for solid oxide fuel cell with concave-convex pattern and stack comprising the same KR102479821B1 (en)

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