KR102642174B1 - Solid oxide fuel cell system - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 연료 투입부에 수소 흡장재를 포함하는 삽입배관을 더 포함하는 것인 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공한다.This specification provides a solid oxide fuel cell system further comprising an insertion pipe containing a hydrogen storage material at the fuel input portion.
Description
본 명세서는 고체산화물 연료 전지 시스템에 관한 것이다.This specification relates to solid oxide fuel cell systems.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 수 있는 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 대체에너지의 하나로서 연료 전지는 고효율이고, NOx 및 SOx 등의 공해 물질을 배출하지 않으며, 사용되는 연료가 풍부하다는 등의 장점으로 인해 특히 주목 받고 있다.Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is predicted, interest in energy that can replace them is increasing. As one of these alternative energies, fuel cells are attracting particular attention due to their advantages such as high efficiency, no emission of pollutants such as NOx and SOx, and abundant fuel.
연료 전지는 연료와 산화제의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 연료로는 수소와 메탄올, 부탄 등과 같은 탄화수소가, 산화제로는 산소가 대표적으로 사용된다.A fuel cell is a power generation system that converts the chemical reaction energy of a fuel and an oxidizing agent into electrical energy. Hydrocarbons such as hydrogen, methanol, and butane are typically used as fuel, and oxygen is typically used as an oxidizing agent.
연료 전지에는 고분자 전해질형 연료 전지(PEMFC), 직접메탄올형 연료 전지(DMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 알칼리형 연료 전지(AFC), 용융탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체산화물형 연료 전지(SOFC) 등이 있다.Fuel cells include polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), direct methanol fuel cells (DMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), alkaline fuel cells (AFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuel cells. batteries (SOFC), etc.
도 1은 고체산화물형 연료 전지의 전기 발생 원리를 개략적으로 도시한 것으로, 고체산화물형 연료 전지는 전해질층(Electrolyte)과 이 전해질층의 양면에 형성되는 연료극(Anode) 및 공기극(Cathode)로 구성된다. 고체산화물형 연료 전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 공기극에서 공기가 전기화학적으로 환원되면서 산소 이온이 생성되고 생성된 산소이온은 전해질층을 통해 연료극으로 전달된다. 연료극에서는 수소, 메탄올, 부탄 등과 같은 연료가 주입되고 연료가 산소 이온과 결합하여 전기화학적으로 산화되면서 전자를 내어놓고 물을 생성한다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다. Figure 1 schematically shows the principle of electricity generation in a solid oxide fuel cell. The solid oxide fuel cell consists of an electrolyte layer, an anode, and a cathode formed on both sides of the electrolyte layer. do. Referring to Figure 1, which shows the principle of electricity generation in a solid oxide fuel cell, oxygen ions are generated as air is electrochemically reduced at the air electrode, and the generated oxygen ions are transferred to the fuel electrode through the electrolyte layer. In the anode, fuel such as hydrogen, methanol, butane, etc. is injected, and the fuel combines with oxygen ions and is electrochemically oxidized, giving up electrons and generating water. This reaction causes the movement of electrons to the external circuit.
고체산화물형 연료 전지의 연료극의 주요 기능은 연료의 전기화학적 산화 반응이 일어나는 자리를 제공하는 것이다. 연료극 재료는 연료의 환원 분위기에서 안정하여야 하며 운전 온도에서 연료 가스의 반응을 위해 충분한 전자전도도와 촉매 반응성을 가져야 한다. 연료극의 산화는 성능 저하 외에도 연료 전지 자체의 파손의 위험성을 높일 수 있다.The main function of the anode of a solid oxide fuel cell is to provide a site where the electrochemical oxidation reaction of the fuel occurs. The anode material must be stable in the reducing atmosphere of the fuel and must have sufficient electronic conductivity and catalytic reactivity for the reaction of the fuel gas at the operating temperature. In addition to deteriorating performance, oxidation of the anode can increase the risk of damage to the fuel cell itself.
본 명세서는 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공하고자 한다.This specification seeks to provide a solid oxide fuel cell system.
본 명세서는 연료극, 전해질층 및 공기극을 포함하는 단위셀(cell); 연료 투입부; 및 연료 배출부를 포함하는 연료 전지 시스템으로서, 상기 연료 투입부는 수소 흡장재를 포함하는 삽입배관을 포함하는 것인 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공하고자 한다.This specification describes a unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode; fuel input unit; and a fuel discharge unit, wherein the fuel input unit includes an insertion pipe containing a hydrogen storage material.
본 명세서에 따른 고체산화물 연료 전지 시스템은 부피가 작아 설치 공간의 이점이 있다.The solid oxide fuel cell system according to the present specification has an advantage in installation space due to its small volume.
본 명세서에 따른 고체산화물 연료 전지 시스템은 가스 봄베를 실내에 설치하지 않아 안전성을 높일 수 있다.The solid oxide fuel cell system according to the present specification can increase safety by not installing a gas cylinder indoors.
본 명세서에 따른 고체산화물 연료 전지 시스템은 특별한 구동이 필요 없기 때문에 비상시에 연료극을 효과적으로 보호할 수 있다.Since the solid oxide fuel cell system according to the present specification does not require special operation, it can effectively protect the anode in an emergency.
도 1은 연료 전지의 전기 발생 원리 및 본 발명 연료전지의 일 실시상태를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 삽입 배관의 형태를 대략적으로 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram showing the principle of electricity generation of a fuel cell and an exemplary state of the fuel cell of the present invention.
2 and 3 are views schematically showing the form of the insertion pipe of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Additionally, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the relevant technical field.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part “includes” a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 "그린시트" 란 완전한 최종 제품이 아닌 다음 단계에서 가공을 할 수 있는 상태의 필름 형태의 막을 의미한다. 다시 말하면, 상기 그린시트는 무기물 입자 및 용매를 포함하는 코팅 조성물로 도포하여 시트형으로 건조시킨 것이며, 상기 그린시트는 약간의 용매를 포함하면서 시트형태를 유지할 수 있는 반건조 상태의 시트를 말한다.In this specification, “green sheet” refers to a film-type membrane that is not a complete final product but can be processed in the next step. In other words, the green sheet is coated with a coating composition containing inorganic particles and a solvent and dried into a sheet shape. The green sheet refers to a semi-dried sheet that contains a small amount of solvent and can maintain the sheet shape.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 연료극, 전해질층 및 공기극을 포함하는 단위셀(cell); 연료 투입부; 및 연료 배출부를 포함하는 고체산화물 연료 전지 시스템으로서, 상기 연료 투입부는 수소 흡장재를 포함하는 삽입배관을 포함하는 것인 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공한다. 상기 수소 흡장재는 연료극의 환원 분위기를 유지할 수 있게 하여 연료극을 보호하며, 연료 투입부의 배관 자체가 이를 포함하고 있음으로서, 설치 공간을 절약하고, 실내에 가스 봄베를 필요로 하지 않아 안전성이 높다. 또한, 수소 흡장재 공급을 위한 별도의 장치가 필요 없으므로, 비상시에 연료극을 효과적으로 보호할 수 있다. 게다가, 연료 전지 시스템이 정상적으로 작동하는 동안 수소 흡장재가 수소를 저장하기 시작하므로 별도의 유지보수 작업을 필요로 하지 않아 경제적이다.According to one embodiment of the present invention, a unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode; fuel input unit; and a solid oxide fuel cell system including a fuel discharge portion, wherein the fuel input portion includes an insertion pipe containing a hydrogen storage material. The hydrogen storage material protects the fuel electrode by maintaining the reducing atmosphere of the fuel electrode, and since the piping of the fuel input part itself includes it, installation space is saved and safety is high because a gas cylinder is not required indoors. In addition, since there is no need for a separate device for supplying hydrogen storage material, the anode can be effectively protected in an emergency. In addition, since the hydrogen storage material begins to store hydrogen while the fuel cell system is operating normally, it is economical because it does not require separate maintenance work.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 삽입배관은 내부가 상기 수소 흡장재로 코팅된 것일 수 있다. 내부 코팅 방법을 사용함으로써, 연료의 흐름에 방해 없이 환원 분위기를 유지할 수 있다. 도 2에 삽입배관의 내부를 수소 흡장재로 코팅한 것을 대략적으로 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이 삽입배관(2)의 관로를 수직으로 바라볼 때, 상대적으로 어두운 부분에 해당하는 부분이 수소 흡장재를 포함하는 내부 코팅(10)에 해당할 수 있다. 또한, 상기 내부 코팅 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다. 상기 두께 범위를 만족시킬 경우, 환원 분위기 유지에 유리하다. 상기 내부 코팅은 배관 내부 코팅에 이용되는 공지의 방법이 이용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the inside of the insertion pipe may be coated with the hydrogen storage material. By using the internal coating method, a reducing atmosphere can be maintained without interfering with the flow of fuel. Figure 2 roughly shows the inside of the insertion pipe coated with a hydrogen storage material. As shown in FIG. 2, when the pipe line of the insertion pipe 2 is viewed vertically, the relatively dark portion may correspond to the internal coating 10 including the hydrogen storage material. In addition, the internal coating thickness may be 10 ㎛ or more and 100 ㎛ or less, preferably 10 ㎛ or more and 50 ㎛ or less. When the above thickness range is satisfied, it is advantageous to maintain a reducing atmosphere. For the internal coating, a known method used for internal coating of pipes may be used.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수소 흡장재의 코팅 면적은 삽입 배관 내부 면적의 70% 이상 100% 이하, 바람직하게는 80% 이상 100% 이하인 것이 바람직하다. 상기 범위를 만족시킬 경우 더욱 효율적으로 환원 분위기를 유지할 수 있다. 본 명세서에서 삽입 배관의 내부 면적은 배관 내부의 표면적을 의미한다.In one embodiment of the present invention, the coating area of the hydrogen storage material is preferably between 70% and 100% of the inner area of the insertion pipe, and preferably between 80% and 100%. If the above range is satisfied, the reducing atmosphere can be maintained more efficiently. In this specification, the internal area of the inserted pipe refers to the surface area inside the pipe.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 삽입배관은 내부에 수소 흡장재를 포함하는 다공성막이 삽입된 것일 수 있다. 상기 다공성막은 삽입배관의 내부 표면에 배치될 수 있다. 도 3에 삽입 배관의 내부에 수소 흡장재를 포함하는 다공성막이 삽입된 것을 대략적으로 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이 삽입배관(2)의 관로를 수직으로 바라볼 때, 상대적으로 어두운 부분에 해당하는 부분이 수소 흡장재를 포함하는 다공성막(11)에 해당할 수 있다. 추후, 삽입된 다공성막의 교체가 가능하므로, 삽입 배관의 유지 보수의 효율성을 높일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the insertion pipe may have a porous membrane containing a hydrogen storage material inserted therein. The porous membrane may be disposed on the inner surface of the insertion pipe. Figure 3 schematically shows that a porous membrane containing a hydrogen storage material is inserted into the insertion pipe. As shown in FIG. 3, when the duct of the insertion pipe 2 is viewed vertically, a relatively dark portion may correspond to the porous membrane 11 containing a hydrogen storage material. Since the inserted porous membrane can be replaced in the future, the efficiency of maintenance of the inserted pipe can be increased.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수소 흡장재를 포함하는 다공성막의 면적은 삽입배관의 직경 기준 면적의 20% 이상 40% 이하, 바람직하게는 20% 이상 30% 이하인 것이 바람직하다. 상기 다공성막의 면적은 도 3에 나타낸 바와 같이 삽입배관(2)의 관로를 수직으로 바라볼 때 보이는 수소 흡장재를 포함하는 다공성막(11)의 면적을 의미한다. 상기 범위를 만족시킬 경우 더욱 효율적으로 환원 분위기를 유지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the area of the porous membrane containing the hydrogen storage material is preferably 20% to 40%, preferably 20% to 30%, of the area based on the diameter of the insertion pipe. As shown in FIG. 3, the area of the porous membrane refers to the area of the porous membrane 11 including the hydrogen storage material visible when looking vertically at the pipe passage of the insertion pipe 2. If the above range is satisfied, the reducing atmosphere can be maintained more efficiently.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수소 흡장재를 포함하는 다공성막의 두께는 1㎜ 이상 15㎜ 이하, 바람직하게는 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 것이 바람직하다. 상기 다공성막의 두께는 도 3의 경우처럼 삽입 배관의 직경을 수직으로 바라볼 때 보이는 다공성막을 기준으로 관로 방향으로의 다공성막의 최대 두께를 의미한다. 상기 범위를 만족시킬 경우 더욱 효율적으로 환원 분위기를 유지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the porous membrane containing the hydrogen storage material is preferably 1 mm or more and 15 mm or less, and preferably 2 mm or more and 10 mm or less. The thickness of the porous membrane refers to the maximum thickness of the porous membrane in the pipe direction based on the porous membrane visible when looking vertically at the diameter of the insertion pipe, as in the case of FIG. 3. If the above range is satisfied, the reducing atmosphere can be maintained more efficiently.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 고체산화물 연료 전지 시스템은 공기 투입부 및 공기 배출부를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the solid oxide fuel cell system may further include an air inlet and an air outlet.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 연료극, 전해질층 및 공기극을 포함하는 단위셀을 제공할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode can be provided.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 연료극은 금속 및 산소 이온 전도성을 갖는 제1 무기물을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fuel electrode may include a first inorganic material having metal and oxygen ion conductivity.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 연료극이 포함하는 금속으로는, 니켈, 구리, 백금, 은 및 팔라듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 연료극은 니켈 또는 구리를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal included in the fuel electrode may include at least one of nickel, copper, platinum, silver, and palladium, but is not limited thereto. Specifically, the anode may contain nickel or copper.
본 발명의 또 다른 일 실시 상태에 있어서, 상기 연료극이 포함하는 산소 이온 전도성을 갖는 제1 무기물로는 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15),사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 가돌리늄 도프세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 구리 산화물(Lanthanum strontium copper oxide: LSC) 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트(Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC) 및 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite: BSCF) 및 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In another embodiment of the present invention, the first inorganic material having oxygen ion conductivity included in the anode is yttria-stabilized zirconia (YSZ: (Y 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15), Scandia stabilized zirconium oxide (ScSZ: (Sc 2 O 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 ~ 0.15), samarium doped ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 ~ 0.4), gadolinium dopseria (GDC: (Gd 2 O 3 ) 0.4), Lanthanum strontium manganese oxide (LSM), Lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), Lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), Lanthanum strontium copper oxide (LSC) Gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), Lanthanum strontium ferrite (LSF), Samarium strontium cobalt oxide: SSC), barium strontium cobalt ferrite (BSCF), and lanthanum strontium gallium magnesium oxide (LSGM), but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료극의 두께는 10㎛ 이상 1000㎛ 이하 또는 100㎛ 이상 800㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the anode may be 10 μm or more and 1000 μm or less, or 100 μm or more and 800 μm or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료극의 기공율은 10% 이상 50% 이하 또는 10% 이상 30% 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porosity of the anode may be 10% or more and 50% or less, or 10% or more and 30% or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료극의 기공의 직경은 0.1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하, 0.5 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하, 또는 0.5 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the pore diameter of the anode may be 0.1 ㎛ or more and 10 ㎛ or less, 0.5 ㎛ or more and 5 ㎛ or less, or 0.5 ㎛ or more and 2 ㎛ or less.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료극의 제조방법은 특별히 한정하지 않고, 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 연료극 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 소결하거나, 연료극 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅 및 건조하여 연료극용 그린시트를 제조하고, 1 이상의 연료극용 그린시트 단독 또는 이웃한 층의 그린시트와 함께 소성되어 연료극을 제조할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the manufacturing method of the anode is not particularly limited, and may be manufactured by a conventional method known in the art. For example, the anode slurry is coated and dried and sintered, or the anode slurry is coated and dried on a separate release paper to manufacture an anode green sheet, and one or more anode green sheets are used alone or with green sheets of adjacent layers. They can be fired together to manufacture a fuel electrode.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층은 산소이온 전도성을 갖는 제2 무기물을 포함할 수 있으며, 상기 제2 무기물의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 상기 제2 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ:(Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ:(Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC:(Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 가돌리늄 도프 세리아(ceria)(GDC:(Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트 (Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 구리 산화물(Lanthanum strontium copper oxide: LSC) 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트 (Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC) 및 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite : BSCF) 및 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the electrolyte layer may include a second inorganic material having oxygen ion conductivity, and the type of the second inorganic material is not particularly limited, but the second inorganic material is yttria stabilized. Zirconia (YSZ:(Y 2 O 3 )x(ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), Scandia stabilized zirconium oxide (ScSZ:(Sc 2 O 3 )x(ZrO 2 )1- x, x = 0.05 ~ 0.15), samarium doped ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 ~ 0.4), gadolinium doped ceria (GDC: ( Gd 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 ~ 0.4), Lanthanum strontium manganese oxide (LSM), Lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), Lanthanum strontium nickel Ferrite (Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), Lanthanum calcium nickel ferrite (LCNF), Lanthanum strontium copper oxide (LSC) Gadolinium strontium cobalt oxide (GSC), Lanthanum strontium Ferrite (Lanthanum strontium ferrite (LSF), Samarium strontium cobalt oxide (SSC) and Barium Strontium cobalt ferrite (BSCF) and Lanthanum strontium gallium magnesium oxide (LSGM) It may include at least one of:
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층의 제2 무기물은 연료극의 제1 무기물과 동일할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the second inorganic material of the electrolyte layer may be the same as the first inorganic material of the anode.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해질층의 두께는 3㎛ 이상 30㎛이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질층의 두께는 3㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the thickness of the electrolyte layer may be 3 ㎛ or more and 30 ㎛ or less. Specifically, the thickness of the electrolyte layer may be 3 μm or more and 10 μm or less.
상기 전해질층의 제조방법은 특별히 한정하지 않고 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 소결된 연료극 또는 연료극용 그린시트 상에 전해질층 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 경화하거나, 전해질층 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 전해질층 그린시트를 제조하고, 제조된 전해질층 그린시트를 소결된 연료극 또는 연료극용 그린시트 상에 라미네이트한 후 이를 경화하여 제조할 수 있다.The manufacturing method of the electrolyte layer is not particularly limited and can be manufactured by conventional methods known in the art. For example, the electrolyte layer slurry is coated on a sintered anode or an anode green sheet and dried and cured, or the electrolyte layer slurry is coated on a separate release paper and dried to produce an electrolyte layer green sheet, and the produced electrolyte It can be manufactured by laminating a layered green sheet on a sintered anode or a green sheet for an anode and then curing it.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 무기물 또는 상기 제2 무기물은 650℃에서 0.01S/cm 이상의 산소 이온 전도도를 가질 수 있다. 상기 무기물의 산소이온 전도도는 높으면 높을수록 좋으므로, 상기 무기물의 산소이온 전도도의 상한치를 특별히 한정하지 않는다.In one embodiment of the present specification, the first inorganic material or the second inorganic material may have an oxygen ion conductivity of 0.01 S/cm or more at 650°C. Since the higher the oxygen ion conductivity of the inorganic material, the better, the upper limit of the oxygen ion conductivity of the inorganic material is not particularly limited.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 공기극은 고체산화물 연료 전지용 공기극에 적용될 수 있도록, 산소이온 전도성을 갖는 제3 무기물을 포함할 수 있으며, 상기 제3 무기물의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 상기 제3 무기물은 이트리아(yttria) 안정화 산화 지르코늄(zirconia)(YSZ: (Y2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 스칸디아 안정화 산화 지르코늄(ScSZ: (Sc2O3)x(ZrO2)1-x, x = 0.05 ~ 0.15), 사마륨 도프 세리아(ceria)(SDC: (Sm2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 가돌리늄 도프세리아(ceria)(GDC: (Gd2O3)x(CeO2)1-x, x = 0.02 ~ 0.4), 란탄 스트론튬 망간 산화물(Lanthanum strontium manganese oxide: LSM), 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(Lanthanum strontium cobalt ferrite: LSCF), 란탄 스트론튬 니켈 페라이트(Lanthanum strontium nickel ferrite: LSNF), 란탄 칼슘 니켈 페라이트(Lanthanum calcium nickel ferrite: LCNF), 란탄 스트론튬 구리 산화물(Lanthanum strontium copper oxide: LSC) 가돌리늄 스트론튬 코발트 산화물(Gadolinium strontium cobalt oxide: GSC), 란탄 스트론튬 페라이트 (Lanthanum strontium ferrite: LSF), 사마리움 스트론튬 코발트 산화물 (Samarium strontium cobalt oxide: SSC) 및 바리움 스트론튬 코발트 페라이트(Barium Strontium cobalt ferrite : BSCF) 및 란탄 스트론튬 갈륨 마그네슘 산화물(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the air electrode may include a third inorganic material having oxygen ion conductivity so that it can be applied to an air electrode for a solid oxide fuel cell. The type of the third inorganic material is not particularly limited, but the air electrode may include a third inorganic material having oxygen ion conductivity. 3 The inorganic substances are yttria stabilized zirconia ( YSZ : (Y 2 O 3 ) 3 ) x (ZrO 2 ) 1-x , x = 0.05 to 0.15), samarium doped ceria (SDC: (Sm 2 O 3 ) x (CeO 2 ) 1-x , x = 0.02 to 0.4), gadolinium Dopseria ( GDC : ( Gd 2 O 3 ) cobalt ferrite: LSCF), Lanthanum strontium nickel ferrite (LSNF), Lanthanum calcium nickel ferrite (LCNF), Lanthanum strontium copper oxide (LSC) Gadolinium strontium cobalt oxide (Gadolinium) Strontium cobalt oxide (GSC), Lanthanum strontium ferrite (LSF), Samarium strontium cobalt oxide (SSC) and Barium Strontium cobalt ferrite (BSCF) and Lanthanum strontium gallium magnesium oxide It may include at least one of (Lanthanum strontium gallium magnesium oxide: LSGM).
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 공기극의 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 두께는 20㎛ 이상 50㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the air electrode may be 10 μm or more and 100 μm or less. Specifically, the thickness of the air electrode may be 20 μm or more and 50 μm or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 공기극의 기공율은 10% 이상 50% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 기공율은 20% 이상 40% 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porosity of the air cathode may be 10% or more and 50% or less. Specifically, the porosity of the air electrode may be 20% or more and 40% or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 공기극의 기공의 직경은 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기극의 기공의 직경은 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 공기극의 직경은 0.5㎛ 이상 2㎛ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the pores of the air electrode may be 0.1 ㎛ or more and 10 ㎛ or less. Specifically, the diameter of the pores of the air electrode may be 0.5 ㎛ or more and 5 ㎛ or less. More specifically, the diameter of the air electrode may be 0.5 ㎛ or more and 2 ㎛ or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 공기극의 제조방법은 특별히 한정하지 않고 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 소결된 전해질층 상에 공기극 슬러리를 코팅하여 이를 건조 및 경화하거나, 공기극 슬러리를 별도의 이형지 상에 코팅하고 건조하여 공기극용 그린시트를 제조하고, 제조된 공기극용 그린시트를 소결된 전해질층 상에 라미네이트한 후 이를 경화하여 공기극을 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the manufacturing method of the air cathode is not particularly limited and can be manufactured by a conventional method known in the art. For example, the air electrode slurry is coated on the sintered electrolyte layer and dried and cured, or the air electrode slurry is coated on a separate release paper and dried to manufacture a green sheet for the air electrode, and the produced green sheet for the air electrode is sintered. An air electrode can be manufactured by laminating the electrolyte layer and then curing it.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료 투입부 및 연료 배출부는 각각 독립적으로 잠금 밸브를 포함하는 배관으로 이루어질 수 있다. 상기 잠금 밸브는 통상적으로 가스 공급에 이용되는 것을 이용할 수 있으며, 이를 이용하여, 비상시에 연료 투입부 및 연료 배출부를 차단하고, 수소 흡장재를 통해 연료극의 수소 농도를 일정 수준으로 유지하게 하여, 연료 전지 시스템의 내구성을 높일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fuel input portion and the fuel discharge portion may each be independently formed of pipes including locking valves. The locking valve can be one that is normally used for gas supply, and can be used to block the fuel inlet and fuel outlet in an emergency, and to maintain the hydrogen concentration of the anode at a certain level through the hydrogen storage material, thereby increasing the fuel The durability of the battery system can be improved.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료 투입부 및 연료 배출부의 배관의 직경은 각각 독립적으로 5㎜ 이상 100㎜ 이하, 바람직하게는 5㎜ 이상 50㎜ 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the diameters of the pipes of the fuel inlet and fuel outlet may each independently be 5 mm or more and 100 mm or less, preferably 5 mm or more and 50 mm or less.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 연료 투입부 및 연료 배출부의 배관의 재질은 스테인리스 강(stainless steel)일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 고온에서 사용 가능한 금속이면 사용 가능하다. In one embodiment of the present invention, the material of the piping of the fuel inlet and fuel outlet may be stainless steel. However, it is not limited to this, and any metal that can be used at high temperatures can be used.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수소 흡장재는 NaAlH4, LiAlH4, LiH, LaNi5H6 및 TiFeH2 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 수소 흡장재는 수소의 충전 및 배출이 가능하므로 연료극의 수소 농도를 일정 수준으로 유지하게 하여, 연료 전지 시스템의 내구성을 높일 수 있다. 또한, 상기 수소 흡장재가 배관의 형태로 존재하기 때문에, 수소를 공급 및 충전을 위하여 별도의 공정을 도입할 필요가 없어서 경제적이다. In one embodiment of the present invention, the hydrogen storage material may include at least one of NaAlH 4 , LiAlH 4 , LiH, LaNi 5 H 6 and TiFeH 2 . Since the hydrogen storage material is capable of charging and discharging hydrogen, the hydrogen concentration of the anode can be maintained at a certain level, thereby increasing the durability of the fuel cell system. Additionally, since the hydrogen storage material exists in the form of a pipe, there is no need to introduce a separate process to supply and charge hydrogen, making it economical.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수소 흡장재를 포함하는 삽입 배관의 직경은 5㎜ 이상 100㎜ 이하, 바람직하게는 5㎜ 이상 50㎜ 이하일 수 있다. 상기 삽입배관의 직경은 내부 코팅을 고려하지 않은 경우를 의미한다. 즉, 도 2 및 3의 삽입배관(2)을 기준으로 한 직경을 의미한다. In one embodiment of the present invention, the diameter of the insertion pipe containing the hydrogen storage material may be 5 mm or more and 100 mm or less, preferably 5 mm or more and 50 mm or less. The diameter of the insertion pipe does not take into account the internal coating. In other words, it means the diameter based on the insertion pipe 2 in FIGS. 2 and 3.
상기 삽입 배관은 수소 흡장재를 포함하는 것을 제외하고, 연료 투입부 및 연료 배출부의 배관과 동일한 재질을 사용할 수 있다.The insertion pipe may be made of the same material as the pipes of the fuel input and fuel discharge sections, except that it includes a hydrogen storage material.
도 1은 고체산화물 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 전기를 발생시키는 가장 기본적인 단위셀은 전해질막(6)과 이 전해질막(6)의 양면에 형성되는 연료극(5) 및 공기극(7)로 구성된다. 연료 전지의 전기 발생 원리를 나타낸 도 1을 참조하면, 연료극(5)에서는 수소 또는 메탄올, 부탄과 같은 탄화수소 등의 연료가 연료 투입부(1)로 투입되고, 상기 연료의 산화 반응이 일어나 수소 이온(H+) 및 전자(e-)가 발생하고, 수소 이온은 전해질막(6)을 통해 공기극(7)으로 이동한다. 동시에, 공기 투입부(8)를 통해 산소와 같은 산화제가 투입되고, 공기극(7)에서는 전해질막(6)을 통해 전달된 수소 이온과, 상기 산화제 및 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이러한 반응에 의해 외부회로에 전자의 이동이 발생하게 된다. 산화 반응 이후의 연료는 연료 배출부(3)를 통해서 배출되고, 생성된 물은 공기 배출부(9)를 통해 배출된다. 이 때, 수소 흡장재를 포함하는 삽입 배관(2)을 통해, 연료극 내의 수소 농도가 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 전력 공급이 중단되는 것과 같은 비상시에는 잠금 밸브(4)에 의하여 연료 투입부(1) 및 연료 배출부(3)를 차단하고, 연료극을 고립시킬 수 있다. 이 때, 상기 삽입 배관의 수소 흡장재가 수소를 배출할 수 있으므로, 고립된 연료극 내의 수소 농도가 일정하게 유지될 수 있도록 할 수 있다. 상기 연료로는 기체 또는 액체 상태의 수소 또는 탄화수소 연료가 사용될 수 있다. 탄화수소 연료의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 천연가스를 들 수 있다. 또한, 상기 삽입 배관(2)은 상술한 바와 같이, 다공성막의 형태 또는 내부 코팅으로 수소 흡장재를 포함할 수 있다. Figure 1 schematically shows a solid oxide fuel cell system. The most basic unit cell that generates electricity is an electrolyte membrane 6 and an anode 5 and an air electrode 7 formed on both sides of the electrolyte membrane 6. It consists of Referring to FIG. 1, which shows the principle of electricity generation in a fuel cell, fuel such as hydrogen or hydrocarbons such as methanol or butane is input into the fuel input unit 1 at the anode 5, and an oxidation reaction of the fuel occurs, producing hydrogen ions. (H + ) and electrons (e - ) are generated, and hydrogen ions move to the air electrode (7) through the electrolyte membrane (6). At the same time, an oxidizing agent such as oxygen is introduced through the air inlet 8, and at the air electrode 7, hydrogen ions transferred through the electrolyte membrane 6 react with the oxidizing agent and electrons to generate water. This reaction causes the movement of electrons to the external circuit. The fuel after the oxidation reaction is discharged through the fuel discharge portion (3), and the generated water is discharged through the air discharge portion (9). At this time, the hydrogen concentration in the anode can be maintained constant through the insertion pipe 2 including the hydrogen storage material. Additionally, in an emergency such as a power supply interruption, the fuel input unit 1 and the fuel discharge unit 3 can be blocked by the locking valve 4 and the anode can be isolated. At this time, since the hydrogen storage material of the insertion pipe can discharge hydrogen, the hydrogen concentration in the isolated anode can be maintained constant. The fuel may be gaseous or liquid hydrogen or hydrocarbon fuel. Examples of hydrocarbon fuels include methanol, ethanol, propanol, butanol, or natural gas. Additionally, as described above, the insertion pipe 2 may include a hydrogen storage material in the form of a porous membrane or as an internal coating.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 고체산화물 연료 전지의 형태는 제한되지 않으며, 예를 들어, 코인형, 평판형, 원통형, 뿔형, 버튼형, 시트형 또는 적층형일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the shape of the solid oxide fuel cell is not limited, and may be, for example, coin-shaped, flat, cylindrical, horn-shaped, button-shaped, sheet-shaped or stacked.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상술한 고체산화물 연료 전지 단위셀을 포함하는 전지 모듈(module)을 제공할 수 있다. 상기 전지 모듈은 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a battery module including the above-described solid oxide fuel cell unit cell can be provided. The battery module can be manufactured by conventional methods known in the art.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 모듈을 포함하는 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다. 단위 셀 대신 전지 모듈을 포함하는 것을 제외하고 상술한 고체산화물 연료 전지 시스템의 설명이 적용 가능하다.In one embodiment of the present invention, a solid oxide fuel cell system including the battery module can be provided. The description of the solid oxide fuel cell system described above is applicable except that it includes a battery module instead of a unit cell.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상술한 고체산화물 연료 전지 모듈을 포함하는 전지 스택(stack)을 제공할 수 있다. 상기 전지 스택은 당해 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a battery stack including the above-described solid oxide fuel cell module can be provided. The battery stack can be manufactured by conventional methods known in the art.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지 스택을 포함하는 고체산화물 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다. 단위 셀 또는 전지 모듈 대신 전지 스택을 포함하는 것을 제외하고 상술한 고체산화물 연료 전지 시스템의 설명이 적용 가능하다.In one embodiment of the present invention, a solid oxide fuel cell system including the battery stack can be provided. The description of the solid oxide fuel cell system described above is applicable except that it includes a cell stack instead of a unit cell or cell module.
1 : 연료 투입부
2 : 수소 흡장재를 포함하는 삽입 배관
3 : 연료 배출부
4 : 잠금 밸브
5 : 연료극
6 : 전해질 층
7 : 공기극
8 : 공기 투입부
9 : 공기 배출부
10 : 수소 흡장재를 포함하는 내부 코팅
11 : 수소 흡장재를 포함하는 다공성 막1: Fuel input part
2: Insertion pipe containing hydrogen storage material
3: Fuel outlet
4: lock valve
5: fuel electrode
6: electrolyte layer
7: air electrode
8: Air inlet
9: air outlet
10: Internal coating containing hydrogen storage material
11: Porous membrane containing hydrogen storage material
Claims (10)
상기 연료 투입부는 수소 흡장재를 포함하는 삽입배관을 포함하는 것이고,
상기 삽입배관은 내부가 상기 수소 흡장재로 코팅된 것 또는 내부에 상기 수소 흡장재를 포함하는 다공성막이 삽입된 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.A unit cell including a fuel electrode, an electrolyte layer, and an air electrode; fuel input unit; A solid oxide fuel cell system including a fuel discharge section,
The fuel input unit includes an insertion pipe containing a hydrogen storage material,
The solid oxide fuel cell system wherein the insertion pipe is coated on the inside with the hydrogen storage material or has a porous membrane containing the hydrogen storage material inserted therein.
상기 수소 흡장재의 내부 코팅 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system wherein the internal coating thickness of the hydrogen storage material is 10 ㎛ or more and 100 ㎛ or less.
상기 연료극의 두께는 10㎛ 이상 1000㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system wherein the thickness of the anode is 10㎛ or more and 1000㎛ or less.
상기 전해질층의 두께는 3㎛ 이상 30㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system in which the thickness of the electrolyte layer is 3 ㎛ or more and 30 ㎛ or less.
상기 공기극의 두께는 10㎛ 이상 100㎛ 이하인 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system wherein the thickness of the air electrode is 10 ㎛ or more and 100 ㎛ or less.
상기 수소 흡장재는 NaAlH4, LiAlH4, LiH, LaNi5H6 및 TiFeH2 중 적어도 하나를 포함하는 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
The solid oxide fuel cell system wherein the hydrogen storage material includes at least one of NaAlH 4 , LiAlH 4 , LiH, LaNi 5 H 6 and TiFeH 2 .
상기 수소 흡장재를 포함하는 삽입 배관의 직경은 5㎜ 이상 100㎜ 이하인 것인 고체산화물 연료 전지 시스템.According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system, wherein the diameter of the insertion pipe containing the hydrogen storage material is 5 mm or more and 100 mm or less.
상기 연료 투입부 및 연료 배출부는 각각 독립적으로 잠금 밸브를 포함하는 배관으로 이루어진 것인 고체산화물 연료 전지 시스템. According to paragraph 1,
A solid oxide fuel cell system wherein the fuel input portion and the fuel discharge portion are each independently composed of pipes including locking valves.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2016201355A (en) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 大阪瓦斯株式会社 | Solid oxide type fuel cell system |
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| KR101892544B1 (en) * | 2017-01-20 | 2018-08-28 | 창원대학교 산학협력단 | Device for preventing oxidation of anode included in solid oxide fuel cell |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004053208A (en) | 2002-07-23 | 2004-02-19 | Denso Corp | Heating device in hydrogen consumption device |
| JP2016201355A (en) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 大阪瓦斯株式会社 | Solid oxide type fuel cell system |
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