KR20050021292A - 연료 전지 및 연료 전지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 수집기(current collector)가 연료 전지 내에서 연료 전지 스택을 물리적으로 지지하고, 연료 전지 스택의 전극 소자가 전류 수집기에 증착되는 층으로서 부착되는 연료 전지 스택의 전류 수집기에 관한 것이다. 전류 수집기를 통해 연료 전지 스택의 전극 소자로 그리고 이로부터 연료 전지의 기체가 흐른다.

Description

연료 전지 및 연료 전지 장치{CURRENT COLLECTOR SUPPORTED FUEL CELL}
본 발명은 전자 화학 전력 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로 연료 전지를 지지하는 전류 수집기(current collector)에 관한 것이다.
연료 전지 스택의 주요 소자는 애노드, 캐소드, 전해질(electrolyte) 및 전류 수집기를 포함한다. 여러 연료 전지 스택 설계에서, 기초 전지 스택을 형성하기 위해 애노드와 캐소드 사이에 전해질이 끼워지고, 이는 연료 전지 내에서 직렬 및/또는 병렬로 반복될 수 있다. 이러한 전지 스택 샌드위치는 전류 수집기들 중 전기 전류를 전극으로 그리고 전극으로부터 이끄는 두 개의 전류 수집기에 접속된다. 전류 수집기는 기체 교환을 위해 전극 표면이 최대한 많이 노출되게 하는 것이 목표이다.
연료 전지 유형은 SOFC(solid oxide fuel cells - 바로 아래에서 보다 완전히 설명함), 양자 도통 세라믹 연료 전지(proton conducting ceramic fuel cell), 알카라인 연료 전지, PEM(polymer electrolyte membranes) 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지(molten carbonate fuel cells), 고체 산 연료 전지(solid acid fuel cells) 및 직접 메탄올 PEM 연료 전지(direct methanol PEM fuel cell) 등을 포함한다.
SOFC는 모든 연료 전지 유형 중 가장 효율적인 것들 중에서 일부의 활성 연료 전지 구성요소를 위해 세라믹 물질을 사용하는 것이다. 예컨대, 전형적인 애노드는 전기적으로 도통하는 Ni/YSZ(nickel/yttria-stabilised zirconia) 도성 합금(cermet)으로 이루어지지만, 애노드와 캐소드는 특정의 최종 사용자가 원하고/원하거나 필요로 하면 니켈 또는 크롬산 란탄과 같은 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 각종 예시적인 애노드 및/또는 캐소드는 금속, 세라믹 및/또는 도성 합금일 수 있다. 예시적이 애노드를 위해 적합할 수 있는 금속의 어떤 비제한적인 예는 니켈, 백금 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함한다. 애노드를 위해 적합할 수 있는 세라믹의 어떤 비제한적인 예에는 CexSmyO2-∂, CexGd yO2-∂, LaxSryCrzO3-∂ 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나가 있다. 애노드를 위해 적합할 수 있는 도성 합금의 어떤 비제한적인 예에는 Ni-YSZ, Cu-YSZ, Ni-SDC, Ni-GDC, Cu-SDC, Cu-GDC 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나가 있다.
SOFC는 하나의 전극-전해질 인터페이스부터 다른 전극-전해질 인터페이스로 전하를 띤 음이온(anions)을 전달하기 위해 SOFC가 액체 상태를 필요로 하지 않기 때문에 진정한 고체이다. SOFC는 부식 염려가 없고, 전해질이 대체를 필요로 하는는 부분 또는 상태가 없기 ― 고체 전해질이 부서질 수 있지만, 액체 상태로 존재하지 않기 때문에 누설될 수 없음 ― 때문에 설계를 간략화하여 생산 비용을 절감할 수 있다. SOFC는 전형적으로 약 900~1000℃ 근처에서 동작되지만, 보다 저온의 SOFC도 이용할 수 있다.
캐소드를 위해 적합할 수 있는 금속의 어떤 비제한적인 예는 은, 백금 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함한다. 전형적인 캐소드는 페로보스카이트(perovskite), 망간산 란탄(LaMnO3)로 이루어질 수 있다. 캐소드에 적합할 수 있는 세라믹의 어떤 비제한적인 예는 SmxSryCoO3-∂, BaxLay CoO3-∂, GdxSryCoO3-∂ 중 적어도 하나를 포함한다.
전형적인 고체 산소 도통 전해질은 YSZ(yttria-stabilised zirconia)로 이루어지지만, 예시적인 전해질은 임의의 적합한 전해조 물질로 형성될 수 있다. 각종 예시적인 전해질에는 산소 음이온 도통 막 전해질, 양자 도통 전해질, 탄산(Co3 2-) 도통 전해질, 하이드록시기(OH-) 도통 전해질 및 이들의 혼합물이 있다.
다른 예시적인 전해질에는 입방 형석형 구조 전해질(cubic fluorite structure electrolytes), 도핑된 입방 형석형 전해질(doped cubic fluorite electolytes), 양자 교환 폴리머 전해질(proton-exchange polymer electrolytes), 양자 교환 세라믹 전해질(proton exchange ceramic electrolytes) 및 이들의 혼합물이 있다. 다른 예시적인 전해질은 SOFC로 사용하기에 특히 적합할 수 있는 사마륨 도핑된 세륨 산화물(samarium doped-ceria), 가돌리늄 도핑된 세륨 산화물(gadolinium doped-ceria), LaaSrbGacMgdO3-∂ 및 이들의 혼합물일 수 있다.
적절한 전압을 생성하기 위해, 동일한 스택 내의 연료 전지는 인접 장치의 애노드와 캐소드를 결합하는 도핑된 크롬산 란탄(doped lanthanum chromate)(가령, La0.8Ca0.2CrO3)로 상호 접속되기도 한다. 여러 가지 형태가 있지만, 보통의 형태는 평면(또는 "평평한 플레이트의") SOFC이다.
예시적인 연료 전지의 연료 흐름은 예컨대 메탄(CH4), 수소(H4) 또는 연료 전지에 사용되는 특정 전극 구성에 적합한 기타 탄화 수소 연료, 즉, 에탄, 부탄, 프로판, 천연 가스, 메탄올, 및 가솔린의 이중 챔버 연료 전지 내에서 전기를 생성하기에 적합한 탄화 수소 연료를 포함할 수 있다. 메탄 및 수소는 대표 연료로서 도면에 도시되어 있다.
애노드에서, 연료는 보통 투과성인 애노드 표면에 흡착하고, 애노드와 전해질의 인터페이스를 향해 확산된다. 캐소드에서, 공기로부터의 산소(O2)와 같은 산화제 분자가 역시 보통 투과성인 캐소드 표면에 흡착하고, 캐소드와 전해질의 인터페이스를 향해 확산된다.
전형적인 산소 음극 전해질에서, 산소 분자가 캐소드와 전해질의 인터페이스를 향해 확산함에 따라서, 산소 분자는 전지의 외부 전기 회로로부터 나오는 전자에 노출되고, 전자를 붙잡아 산소 음이온(O-2)이 된다. 산소 음이온은 양으로 바이어싱된 애노드와 전해질의 인터페이스를 향해 이동한다. 산소 음이온 및 연료가 애노드와 전해질의 인터페이스와 만나면, 연료는 산소 음이온과 결합 - 산화 반응 - 하여 물 및 이산화탄소와 같은 반응 산물을 형성한다. 반응 산물이 형성되면 전자가 남는다. 두 개의 전자가 남을 때마다, 산소 음이온은 연료 중 탄소 원자 또는 두 개의 수소 원자와 결합한다. 손실된 전자는 전기의 외부의 전기 회로를 통해 이용될 수 있는 전류의 소스이다. 물과 이산화탄소는 애노드의 외부 표면을 향해 확산되고, 연료 흐름의 스트림으로 되돌아간다.
여러 유형의 종래의 연료 전지에서, 제조자가 전극 또는 전해질을 연료 전지 챔버 내에서 전체 전지 스택을 물리적으로 지지하는 메카니즘으로서 사용하기 위해 전극 또는 전해질의 두께를 증가시키면 성능이 감소된다. 조밀하지만 얇은 전해질 및 투과성이지만 얇은 전해질은 SOFC와 같은 여러 유형의 연료 전지의 효율적인 성능을 위해 바람직하다. 그러나, 보다 얇은 전극 및 전해질은 구조적 완전성을 손상시킬 것이다.
본 발명은, 전류 수집기가 연료 전지 내에서 연료 전지 스택을 물리적으로 지지하고, 연료 전지 스택의 전극 소자가 전류 수집기에 증착되는 층으로서 부착되는 연료 전지 스택의 전류 수집기(current collector)에 관한 것이다. 전류 수집기에는 연료 전지의 기체가 전극 소자로 그리고 전극 소자로부터 흐르게 하는 개구가 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명은 연료 전지 챔버(fuel cell chamber)(102) 및 연료 전지 스택(105)(즉, 도면부호(104, 108, 112, 116, 120))과 연관된 예시적인 전류 수집기(예를 들어, 도면 부호(104))를 구비하는 연료 전지(100)를 포함하며, 예시적인 전류 수집기(104)는 연료 전지 전지(100) 내에서 연료 전지 스택(105)을 물리적으로 지지한다. 도 1에서, 예시적인 전류 수집기(104)는 연료 전지 챔버(102)의 벽에 부착되어 연료 전지(100) 내의 연료 전지 스택(105)을 지지하고, 연료 전지 스택(105)의 다른 소자들은 연료 전지 챔버(102)의 벽에 부착되거나 부착되지 않을 수 있어 연료 전지 스택(105)의 물리적 지지에 의존하지 않는다.
연료 전지(100)의 도시한 구성은 단지 예로서 도시하며, 여기서 두 개의 연료 전지 스택은 전기적으로 직렬 결합되어 부가 전압을 제공한다. 하나의 예시적인 지지 기능의 전류 수집기(104)는 캐소드(108)와 그 후 전해질(112), 애노드(116) 및 또 다른 전류 수집기(120)의 순서로 증착되었다. 또 다른 예시적인 지지 전류 수집기(106)는 애노드(110), 전해질(114), 캐소드(118) 및 또 다른 전류 수집기(122)의 다른 순서로 증착되었다. 연료 전지 설계 분야의 당업자라면 고안할 수 있고 본 발명을 실시하기에 적합한 다른 연료 전지 구조가 다수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 예시적인 전류 수집기(104)는 연료 전지 챔버(102)의 벽이 아닌 다른 연료 전지 구성요소에 부착되어 연료 전지 스택(105)을 지지할 수 있고, 예를 들어, 예시적인 전류 수집기(104)는 상호 접속부(interconnect) 등에만 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 연료 전지 스택(105)을 제작하는 동안에, 연료 전지 스택(105)의 전극 소자(가령, 캐소드)(108)는 예시적인 전류 수집기(104) 상에 얇은 층으로 증착된다. (캐소드가 전극(108)의 예로서 사용되고 있지만, 증착되는 전극(108)은 애노드일 수도 있다.) 연료 전지(100)의 기체(124, 126, 128)가 증착된 전극(108)으로 그리고 이로부터 예시적인 전류 수집기(104)를 통해 흐를 수 있도록 예시적인 전류 수집기(104)는 미리 형성(pre-formed)되고/되거나 전극 증착 후에 에칭된다. 예시적인 전류 수집기(104)가 에칭되는 경우에, 화학적 에칭, 건식 에칭, 기계적 에칭, 광학적 에칭, 레이저 에칭 및 전자빔 에칭 등 중 임의의 하나에 의해 에칭이 수행될 수 있다.
전기 전도와, 매우 얇게 제조되는 소자들의 지지 등을 제공하는 연료 전지 스택(105)의 소자들의 구조적 보존/물리적 지지와, 연료 전지(100)의 전극으로의 자유로운 기체의 흐름을 제공할 수 있는 예시적인 전류 수집기(104)를 제조하고 사용하기 위한 예시적인 방법이 개시된다. 따라서, 예시적인 전류 수집기(104)는 연료 전지 스택(105)의 소자들이 매우 얇게 제조될 수 있게 하여 연료 전지 효율성을 향상시킬 수 있다.
고체 전해질(electrolyte)의 증가로, 종래의 연료 전지 제조자들은 연료 전지 스택의 전극 또는 고체 전해질 요소를 사용하여 연료 전지 스택을 지지하기도 했다. 이는 보통 지지하는 전극 또는 전해질을 스택의 나머지 부분을 물리적으로 지지하기에 충분히 강하게 형성, 즉, 두껍게 하는 것을 필요로 했다. 그러나, 전극 또는 전해질의 두께를 증가시키는 것은 기체 및 이온이 이동해야 하는 경로의 길이와 구불어짐을 일반적으로 증가시키고, 이온에 대한 저항을 나타내어 전지 효율성을 감소시킨다.
전류 수집기의 두께 및/또는 기계적 강도는 일반적으로 연료 전지(100)의 전자 화학적 효율성에 영향을 미치지 않아서 전극(108, 116) 및 전해질이 상대적으로 얇게 제조되어도 예시적인 전류 수집기(104)는 상대적으로 두껍게 제조될 수 있다. 물리적 지지 역할이 전지의 전자 화학적 동작이 활성화된 소자로부터 하나 이상의 전류 수집기(104)로 이렇게 이동된 것은 연료 전지 스택(105)의 모든 소자에 이롭다. 전극(108, 116) 및 전해질(112)이 스택 어셈블리의 구조적 보존을 손상시키지 않고 보다 얇게 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 예시적인 전류 수집기(104)의 두께가 증가되어 보다 작은 저항으로 보다 큰 전기 전류를 운반할 수 있다. 예컨대 고체 산화물 전해질(112)은 두께가 5 미크론 이하로 감소될 수 있으나, 전해질 두께가 1 미크론보다 작으면 전극간의 전기 단락(electrical shorting)을 야기할 수 있다.
연료 전지 스택(105)을 지지하기 위하여 물리적으로 강한 전류 수집기를 전극(108)에 간단히 접속시키는 것이 반드시 전지 스택(105)을 개선하거나 향상시키는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명하는 예시적인 전류 수집기(104)는 전류를 수집하고, 전지 스택(105)을 물리적으로 지지하고, 기체가 전류 수집기를 관통하여 자유로이 흐르게 하는 전류 수집기(104)의 3중 역할을 수행함과 동시에 매우 얇은 전극(108)과 전해질(112)을 지지하는 기반으로서의 평탄도를 제공함으로써 전지 스택(105)을 개선하였다.
예시적인 방법
예시적인 방법은 연료(124) 및 산화제(oxidizer) 기체(126, 128)를 차단시키지 않고 연료 전지 스택(105)을 지지할 수 있는 예시적인 전류 수집기(104)를 제조 및 사용하는 방법과, 얇은 층을 이루는 전극(108, 116) 및 전해질(112)을 제조하는 방법과, 지지 기능의 예시적인 전류 수집기(104)를 사용하는 연료 전지 스택(105)을 제조하는 방법을 포함한다. 이들 예시적인 방법에서, 각종 전극, 전해질, 전류 수집기 및 상호 접속부는 서로의 상부에 층 또는 박막으로서 증착되기도 한다. 여기서 사용되는 "증착"은 두 가지 물질 ― 제 2 물질은 제 1 물질의 표면을 페인팅하고, 스프레이(sprayed)하고, 도금(plated)하고, 전기 주조(electroformed)하고, 전기 증착(electrodeposited)하고, 스퍼터링(진공 증착)하고, 살짝 코팅하고, 스핀 코팅하고, 정화(sublimed)하고, 증발 등을 행함 ― 간에 최소한 물리적 콘택트, 일반적으로는 전기 콘택트를 형성하는 것을 의미한다. 또한, 두 개의 물질의 표면 사이의 고체 본딩과 그에 따른 그 물리적 및 전기적 결합 강도를 향상시키기 위해, 증착 후에 제 1 물질 및 제 2 물질을 신터링(sintered)하거나, 어닐링하거나, 또는 압력을 가한다.
전류 수집기 제조 방법
도 2는 그 위에 다른 연료 전지 소자가 증착될 수 있는 예시적인 전류 수집기(104)를 제조하는 예시적인 방법(200)의 순서도를 나타낸다. 이 순서도에서, 공정은 각 블록으로 간략화되어 있다.
블록(202)에서, 예시적인 방법(200)은 전류 수집기로서 사용하기에 적합한 물질 또는 성분("물질")을 획득하는 것으로 시작한다. 이상적으로, 그 물질은 완성된 예시적인 전류 수집기(104)가 원하는 구조로 형태를 이루거나 형성되면 예시적인 전류 수집기(104)와 동일한 스택(105) 내의 다른 연료 전지 스택 소자를 지지할 수 있는 장력, 강도, 견고성 등을 가진다. 여러 실시예에서, 그 물질은 이상적으로, 스택 어셈블리를 물리적으로 지지하기에 충분한 두께로 선택되고, 예시적인 전류 수집기(104)는 고온 연료 전지(100), 예컨대 고온 SOFC 내부의 고온과 열 팽창 및 수축을 견딜 수 있다. 예시적인 전류 수집기(104)에 적합한 어떤 예시적인 물질은 스테인레스(stainless steel), 텅스텐(tungsten), 티타늄, 니켈 등과, 어떤 합금과, 어떤 전도성의 세라믹이다. 연료 전지의 어떤 부분 내에서의 빠른 산화작용을 늦추기 위해 어떤 환경에서 알루미늄이 금속 및 합금에 첨가될 수 있다. 어떤 물질을 사용할 것인지 고려할 때, 완성된 예시적인 전류 수집기의 공칭 두께는 200 미크론 근처이다. 티타늄 등과 같은 상대적으로 강시작 물질(strong starting material)은 더 얇을 수 있다. 완성된 예시적인 전류 수집기(104)에 대해 선택되는 두께는 그 물질이 알맞은 구조적 지지를 제공해서 10 미크론 이하부터 1000 미크론(1 밀리미터) 이상까지의 폭넓은 두께가 가능하다면, 전지의 전기 화학적 동작에 중요하지 않다. 일 실시예에서, 예시적인 전류 수집기층은 전극과 전해질 중 하나의 두께의 약 10 내지 20배의 두께를 가진다.
물질 선택시, 전지 스택의 구조적 보존 및 물리적 지지를 위해 필요한 최소 두께 뿐만 아니라, 완성된 예시적인 전류 수집기(104)가 운반할 수 있어야 하는 전기 전류의 양도 고려할 수 있다. 예시적인 전류 수집기(104)는 연료 전지(100)가 시작 및 정지할 때, 열 싸이클을 돌기 때문에, 예시적인 전류 수집기(104)는 이상적으로 열 응력(thermal stress)을 견딘다. 예시적인 전류 수집기(104)가 예컨대 도전성 세라믹이면, 세라믹의 부서지기 쉬운 성질(bittleness)이 전류 수집기(104)를 부서지기 쉽게 만들 수 있다.
블록(204)에서, 획득되는 물질에 따라, 예시적인 물질의 내부 응력(tension)을 완화하기 위해 응력 완화 단계(stress relief step)가 사용될 수 있다. 응력 완화 단계는 보통 전지 동작에서의 열 팽창 및 수축 동안에 선택되는 물질이 갈라지거나(fissuring), 금이 가거나(cracking), 부서지는(fracturing) 것 등을 방지할 수 있다. 어떤 물질에서, 응력 완화 단계는 그 물질을 가열하여 분자 혹은 이온을 결집(mobilize)시키고, 이어서 서서히 냉각(slow cooling)시켜 분자를 안정 상태로 안정시킴(즉, 불안정한 분자 구성의 위치 에너지를 방출함)으로써 제공된다. 응력 완화 단계가 물질의 분자가 안정 배열을 찾게 했으면, 그 물질은 (아래에 설명하는) 평평한 표면을 유지하고, 여러 연료 전지 내부의 온도 변동을 견디기에 보다 더 적합하다.
블록(206)에서, 그 물질을 증착시키고, 자르고, 연마 등을 행하여 그 물질의 적어도 하나의 표면을 실질적으로 평평하게 만든다. 이 평평함은 후속층의 증착을 균일하게 하고 세정을 용이하게 한다. 물론, 평평한 물질로 시작하도록 선택할 수 있다. 충분히 평평한 여러 가지 포일(foils), 예컨대, 구리 및 니켈 포일을 이용할 수 있다.
블록(208)에서, 콘택트 저항을 최소화하기 위해 전류 수집기 물질의 적어도 하나의 평평한 표면을 세정할 수 있다. "세정"은 그 물질의 산화물 등 전류 수집기 물질과 이질적인 화학 물질이 사용할 수 있을 정도로 많이 감소되는 것을 의미한다. 세정하지 않은 표면은 예시적인 전류 수집기(104)와 예시적인 전류 수집기(104)에 증착 또는 접속되는 전극(108)간의 본딩이 약해지게 할 수 있다. 또한, 세정하지 않은 표면은 평평한 표면을 형성한 이후에도 산화물층이나 녹이 남아 있는 경우 표면 산화물층을 화학적 작용으로 제거할 수 있다.
도 3은 도 2의 예시적인 방법(200)에 의해 준비되는 예시적인 전류 수집기(300)의 도면을 도시한다. 예시적인 전류 수집기(104)와 예시적인 전극(108) 사이에 전기적 저항을 유발할 수 있다.
연료 전지 스택을 제조하는 방법
이제 연료 전지 스택(105)을 제조하기 위한 예시적인 방법을 개시한다. 예시적인 방법의 일부는 SOFC를 위한 연료 전지 스택(105)을 제조하기에 특히 적합하다. 연료 전지 스택(105)을 제조하고 얇은 전극(108, 116) 및 전해질(112)층을 제조하는 예시적인 방법은 연료 전지 스택(105)을 제조하는 동안에 얇은 층을 제조하는 단계가 여러번 발생하기 때문에 중복될 수 있다.
도 4, 5a 및 5b는 연료 전지 스택(105)을 제조하는 하나의 예시적인 방법(400)의 순서도 및 도면을 각각 도시한다. 순서도에서, 동작은 개별 블록으로 요약된다.
블록(402)에서, 예시적인 방법(400)은 예컨대 위에서 설명한 예시적인 방법(200)에 의해 예시적인 제 1 전류 수집기(104)를 획득하는 것으로 시작된다. 제 1 전류 수집기(104)는 연료 전지 스택(105)을 형성하기 위해 다른 층들을 부가하기 위한 기반을 형성한다.
블록(404)에서, 평평하고 깨끗한 표면을 갖는 예시적인 제 1 전류 수집기(104)를 획득한 후에, 제 1 전극층(108)을 예시적인 제 1 전류 수집기(104)의 평평한 표면 상에 증착시킨다(502). 제 1 전극층(108)을 위해 사용되는 물질 및 제 1 전류 수집기(104)의 물질에 따라, 이들 표면의 결합 혹은 본딩을 강화하기 위해 신터링을 행하는 것이 바람직할 수 있다.
블록(406)에서, 전해질층(112)을 제 1 전극층(108) 상에 증착시킨다(504). 증착의 방법은 전해질층(112)을 위해 사용되는 물질에 따라 다르다. 제 1 전극층(108)을 위해 사용되는 물질 및 전해질층(112)을 위해 사용되는 물질에 따라, 이들 표면의 결합 혹은 본딩을 강화하기 위해 신터링을 행하는 것이 바람직할 수 있다.
블록(408)에서, 제 2 전극층(116) 또는 "반대 전극(counter electrode)"을 전해질층(112) 상에 증착시킨다(506). 증착 기법은 제 2 전극층(116)을 위해 사용되는 물질에 따라 다르다. 전해질층(112)을 위해 사용되는 물질 및 제 2 전극층(116)을 위해 사용되는 물질에 따라, 이들 표면의 결합 혹은 본딩을 강화하기 위해 신터링을 행하는 것이 바람직할 수 있다.
블록(410)에서, 어떤 실시예에서, 여기까지 제조되는 스택 어셈블리(105) 일부에는, 개별 층에 대해 수행된 이전의 신터링 단계 대신 또는 이에 더하여 신터링을 수행할 수 있다.
블록(412)에서, 제 2 전류 수집기층(120)을 제 2 전극층(116) 상에 증착시킨다(508). 증착 기법은 제 2 전류 수집기층(120)을 위해 사용되는 물질에 따라 다르다. 제 2 전류 수집기층(120)를 위한 물질은 제 1 전류 수집기(104)를 위한 물질과 동일할 수 있지만, 예컨대, 제 1 전류 수집기(104)는 층을 이루는 전체 스택 어셈블리(105)를 물리적으로 지지하고, 제 2 전류 수집기층(120)은 그러지 않은 경우에는 다를 수도 있다. 제 2 전류 수집기층(120) 및 제 2 전극층(116)을 위해 사용되는 물질에 따라, 이들 표면의 결합 혹은 본딩을 강화하기 위해 신터링을 행하는 것이 바람직할 수 있다.
블록(414)에서, SOFC와 같은 어떤 유형의 연료 전지에서, 제 1 전류 수집기(104) 및 제 2 전류 수집기층(120)은 연료 및/또는 산화제 기체로의 전극 표면의 노출을 최대화하기 위해 지지 기능을 손상시키기 않으며 제 1 전극층(108) 및 제 2 전극층(116)이 가능한 막히지 않게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 전류 수집기(104)의 일부가 제 1 전극층(108)의 표면 영역의 적어도 일부로부터 제거되거나 에칭되어 제 1 전극층(108)을 보다 많이 노출시킨다(510). 제 1 전류 수집기의 에칭되지 않은 부분과 제 1 전극층(108)이 완전한 전기 접촉을 이루며 제 1 전류 수집기(104)가 남게 하는 에칭 패턴 또는 방법이 사용될 수 있다. 즉, 에칭 패턴은 연료 및/또는 산화제(일반적으로는 공기)가 제 1 전류 수집기(104) 및 제 2 전류 수집기층(120)을 "관통"하여 전극층(108, 116)에 도달할 수 있는 홀(hole)을 제공한다. 이상적으로, 사용되는 에칭 패턴 또는 방법은 제 1 전류 수집기(104)가 전체 스택 어셈블리(105)를 물리적이고 구조적으로 지지할 수 있는 기능을 유지하게 한다. 따라서, 어떤 실시예에서, 에칭 후에, 제 1 전류 수집기(104)가 바람직한 물리적 크기를 유지하도록 제 1 전류 수집기(104)를 위한 시작 물질은 초과되어 사용될 수 있다. 에칭은 화학적 건식 에칭, 기계적 , 광학적(가령, 레이저, 포토리소그래피), 전자빔 및 기타 기법을 통해 수행될 수 있다. 이와 다르게, 제 1 전류 수집기(104)는 예컨대 제 1 전류 수집기(104)에 홀 또는 채널을 더하는 형태 혹은 다이("형태")로 제 1 전류 수집기(104)를 제조함으로써 그 제조부터 홀 또는 채널의 패턴을 가질 수 있다. 그 형태는 예컨대 도 8 및 9를 참조하여 아래에 설명하는 바와 같이, 맨드렐(기판) 상에서 패터닝된 포토 레지스트 물질의 층일 수 있다.
블록(416)에서, 그 후의 전류 수집기층(120)은 연료 및/또는 산화제 기체로의 제 2 전극 표면의 노출을 최대화하기 위해 지지 기능을 손상하지 않으며 최대한 제 2 전극층(120)이 막히지 않게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 전류 수집기층(120)의 일부가 제 2 전극층(116)의 표면 영역의 적어도 일부로부터 제거되거나 에칭되어 작동하는 연료 전지의 동작 동안에 연료 및/또는 산화제로의 제 2 전극층(116)을 보다 잘 노출시킨다. 제 2 전류 수집기(120)가 자신의 에칭되지 않은 부분과 제 2 전극층(116)이 완전한 전기 접촉을 이루며 남게 하는 에칭 패턴 또는 방법이 사용될 수 있다. 제 2 전류 수집기층(120)은 제 1 전류 수집기(104)와 다른 물질로 구성되거나 다른 물리적 크기를 가질 수 있기 때문에, 에칭 프로세스는 제 1 전류 수집기(104)에 대해 사용되는 에칭 프로세스와 다를 수 있다. 그러나, 어떤 실시예에서, 제 2 전류 수집기층(120)이 스택 어셈블리(105)를 물리적 지지할 수 있으므로 에칭 프로세스는 동일할 수 있다.
도 6 및 7은 증착을 통해 제 1 전류 수집기층(104)을 제조하는 예시적인 방법(600)의 순서도 및 대응하는 도면(700)을 도시한다. 순서도에서, 동작은 개개의 블록으로 요약되어 있다.
일 실시예에서, 맨드렐(702)은 증착, 전착(electrodeposition) 및/또는 전자형성 등에 의해 제 1 전류 수집기층(104)을 증착시키기 위한 평평한 시작 표면을 제공하기 위해 사용된다. 맨드렐(702)은 그 위에 증착이 이루어질 수 있는 기판이다. 일 실시예에서, 먼저 예비적인 도전층이 증착되고 임시의 릴리스층(release layer)의 증착 또는 형성이 뒤를 잇는 유리 조각과 같은 맨드렐(702)은 재사용 가능하다. 맨드렐(702) 상에 제 1 전류 수집기층(104)이 형성된 후에, 맨드렐(702)은 릴리스되어 또 다른 제 1 전류 수집기층(104)을 형성하기 위해 재사용된다.
가령, 맨드렐(702) 상에 제 1 전류 수집기층(104)을 제조하기 위한 증착 기법으로서 전착은 보다 깨끗한 새로운 금속 표면과, 접촉 저항의 감소와, 증착되는 층의 두께 제어와, 다른 증착 방법보다 잠재적으로 나은 다음 층의 부착의 이점을 제공한다. 전자 형성을 위한 매우 평평한 평면을 제공하기 위해 유리와 같은 맨드렐(702)의 물질이 선택될 수 있다. 대응되게 평평한 제 1 전류 수집기층(104)이 획득된다. 제 1 전류 수집기층(104)의 전착은 니켈, 구리, 금, 로듐(rhodium), 팔라듐(palladium), 백금, 아연, 크롬 등과 같은 금속을 사용할 수 있게 하고, 스테인레스와 같은 합금을 사용할 수 있게 한다. 예시적인 방법(600)의 순서도에서, 동작은 개별 블록으로 요약되어 있다.
블록(602)에서, 증착이 이루어질 수 있는 평평한 표면을 가지는 맨드렐(702)이 획득된다. 전착을 위해, 맨드렐 표면은 전기적으로 도전성이므로, 맨드렐의 물질은 금속 또는 준금속(semi-metallic) 전기 도전체일 수 있고, 또는 위에서 언급한 바와 같이, 제 1 전류 수집기층(104)이 증착되기 전에 예비 도전층이 증착된 유리와 같은 전기 비도전체일 수 있다. 맨드렐(702)의 도전성 표면이 원래 도전성이든 예비 도전층의 증착에 의해 도전성으로 되었든 지간에, 보통 표면 산화물층과 같은 "릴리스층"이 탑재되어서 그 위에 증착되는 제 1 전류 수집기층(104)은 맨드렐(702)의 표면으로부터 쉽게 제거될 수 있게 된다.
블록(604)에서, 제 1 전류 수집기층(104)은 맨드렐(702) 상에 증착된다. 전착이 사용되면 제 1 전류 수집기층(104)의 두께가 제어되고 물론, 층의 두께는 완성된 스택 어셈블리(105)를 물리적으로 지지하기 위해 전착되는 특정 금속 또는 합금의 능력에 따라 선택된다.
블록(606)에서, 제 1 전극층(108)은 전형적으로 제 1 전류 수집기층(104) 위에 증착된다. 이는 제 1 전류 수집기층(104)이 맨드렐(702)에 의해 계속 지지되고 있는 동안에, 제 1 전류 수집기층(104)과 제 1 전극층(108) 간의 경계가 생성된다는 것을 보장한다.
블록(608)에서, 맨드렐(702)은 특히 맨드렐(702)을 위해 선택된 물질이 후속층의 고온 신터링을 견딜 수 없으면 제거될 수 있다. 맨드렐(702)이 제거되면, 예시적인 방법(600)은 위의 예시적인 방법(400)과 유사한 방식으로, 전해질층(112), 제 2 전극층(116), 제 2 전류 수집기층(120)의 증착 및 에칭 동작으로 진행한다.
이와 다르게, 예시적인 방법(600)은 맨드렐(702)을 위해 선택된 물질이 신터링을 견딜 수 있거나 신터링이 필요하지 않으면 맨드렐(702)을 그대로 둔 채 진행할 수 있다.
전기 상호 접속부는 하나의 스택 어셈블리(105)의 애노드(116) 또는 캐소드(108)를 또 다른 스택 어셈블리의 반대 전극에 부착시켜 스택을 직렬로 접속하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 상호 접속부를 위한 물질은 전형적으로, 대부분의 금속이 지닌 산화 취약성이 없는 크롬산 란탄(LaCrO3)과 같은 세라믹 산화물이다.
예시적인 연료 전지 스택(105)이 제조되었으면, 예시적인 지지 기능의 전류 수집기(104)는 하나 이상의 연료 전지 스택을 수용하는 연료 전지 챔버(102)의 표면에 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 보통, 연료 전지 챔버(102)는 연료 전지 스택 어셈블리를 위한 물리적 지지의 기초를 제공하며, 또한 구획을 나누고 주어진 스택 어셈블리 상의 적절한 전극으로의 연료 및 산화제 기체를 유도하는 것을 도울 수 있는 컨테이너이다.
도 8 및 9는 예시적인 전류 수집기(104)를 제조하기 위한 예시적인 방법(800)의 순서도 및 대응하는 도면(900)을 도시한다. 순서도에서, 동작은 개별 블록으로 요약된다.
어떤 또는 모든 전지 스택이 조립된 후에, 제 1 전류 수집기(104)를 에칭하는 대신에, 이러한 예시적인 방법(800)은 기체가 관통하게 하는 채널 또는 홀의 패턴을 (그 생성때부터) 이미 가지고 있는 제 1 전류 수집기(104)를 생성하는 것을 목적으로 한다. 이는 일 실시예에서 표준 리소그래피 수단을 통해 이루어질 수 있는 패터닝된 맨드렐(702)을 사용함으로써 이루어질 수 있다.
블록(802)에서, 포토레지스트(902) 또는 또 다른 제거 가능한 또는 분해 가능한 임시 물질이 맨드렐(702) 상에서 패턴으로 배치된다.
블록(804)에서, 포토레지스트(902)에 의해 형성되는 채널 또는 패턴간에 그 위 및/또는 그 안에 제 1 전류 수집기(104)를 위한 물질이 형성된다. 제 1 전류 수집기(104)의 물질을 증착시키기 위해 사용되는 증착 프로세스로 포토레지스트 채널 또는 패턴의 상부 레벨보다 위로 물질이 초과하면, 그 초과량은 제거될 수 있고, 상부 표면은 스무딩되고, 샌딩(sanded)되고, 연마 등의 처리가 될 수 있어서 제 1 전류 수집기(104)의 물질 및 포토레지스트(902)는 함께 평평한 표면을 형성하게 된다.
블록(806)에서, 제 1 전극(108)은 위의 블록(804)에서 생성된 평평한 표면 위에 증착된다.
블록(808)에서, 맨드렐(702)은 스택 어셈블리로부터 릴리스되고, 제 1 전극(108)은 패터닝된 제 1 전류 수집기(104) 및 포토레지스트(902) 또는 기타 임시 물질에 부착된 채 둔다. 이와 다르게, 예컨대 물질이 신터링 동작 등 다른 층들을 부가할 때 수행되는 임의의 동작을 처리할 수 있는 물질로 이루어지면, 맨드렐(702)은 부착된 채 남는다.
블록(810)에서, 포토레지스트 또는 기타 임시 물질은 전개되고, 분해되고, 신터링 단계에서 연소되고, 생물 분해 등 되어서 그 제거로 인해 패터닝된 제 1 전류 수집기(104)만 제 1 전극층(108)에 부착된 채 남게 된다.
신터링이 필요하고 아직 수행되지 않았으면, 패터닝된 제 1 전류 수집기(104) 및 제 1 전극층(108)은 이 단계에서 신터링될 수 있다. 전지 스택의 나머지의 어셈블리는 예컨대 예시적인 방법(400, 600)에서와 같이 신터링 단계없이 진행될 수도 있다. 그러나, 예시적인 패터닝된 제 1 전류 수집기(104)가 패턴으로 이미 기존의 채널 또는 홀을 가지고 있기 때문에 제 1 전류 수집기(104)를 에칭하는 동작은 건너뛴다.
결론
이상은 전류 수집기 지지형 연료 전지(current collector supported fuel cell)에 관한 설명이었다. 일 실시예에서, 예시적인 전류 수집기는 구조 보조 및 연료 전지 스택의 소자들에게 물리적 지지를 제공하며 연료 전지 스택의 전자화학적 소자들을 매우 얇게 하여 연료 전지 효율성을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 구조적 특징 및/또는 방법론적 동작에 관한 특정적인 언어로 기술되었으나, 첨부한 청구의 범위에 정의한 발명이 반드시 설명한 특정 특징 또는 동작에 국한되는 것은 아니다. 오히려, 특정 특징 및 동작은 청구하는 본 발명을 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.
연료 전지 스택 소자들을 매우 얇게 제조하며 연료 전지 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 전류 수집기(current collector)를 포함하는 연료 전지의 도면,
도 2는 예시적인 전류 수집기를 제조하는 예시적인 방법의 순서도,
도 3은 도 2의 방법에 의해 제조된 예시적인 전류 수집기의 도면,
도 4는 연료 전지 스택을 제조하는 예시적인 방법의 순서도,
도 5a 및 5b는 도 4의 예시적인 방법의 도면,
도 6은 맨드렐(mandrel) 상에 전류 수집기(current collector)를 제조하는 예시적인 방법을 도시하는 도면,
도 7은 도 6의 예시적인 방법을 도시하는 도면,
도 8은 맨드렐을 사용하여 연료 전지를 제조하는 예시적인 방법의 도면,
도 9는 도 8의 예시적인 방법의 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
102 : 연료 전지 챔버(fuel cell chamber) 104, 106 : 전류 수집기
108, 110 : 전극(캐소드) 116, 118 : 전극(애노드)
120, 122 : 전류 수집기 124, 126, 128 : 산화제

Claims (10)

  1. 연료 전지 스택(fuel cell stack)(105)을 위한 전류 수집기(current collector)(104)와,
    상기 전류 수집기(104)에 증착된 층으로서 부착되어 있는 상기 연료 전지 스택(105)의 전극 소자(108)를 포함하며,
    상기 전류 수집기(104)는 연료 전지(100) 내의 상기 연료 전지 스택(105)을 물리적으로 지지하고, 상기 전류 수집기(104)에는 상기 전극 소자(108)로 그리고 그것으로부터 상기 연료 전지(100)의 기체가 흐르게 하는 개구가 있는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 소자(108)에 증착된 층으로서 부착되는 전해질(elctrolyte)(112)을 더 포함하는
    장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질(112)에 증착되는 층으로서 부착되는 그 다음의 전극 소자(116)를 더 포함하는
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 그 다음의 전극 소자(116)에 증착된 층으로서 부착되는 그 다음의 전류 수집기(120)를 더 포함하며, 상기 그 다음의 전류 수집기(120)에는 상기 그 다음의 전극 소자(116)로 그리고 그것으로부터 상기 연료 전지(100)의 기체가 흐르게 하는 개구가 있는
    장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질층(112)은 약 1 미크론 및 약 5 미크론 사이의 두께를 갖는 증착된 층으로서 상기 전극 소자(108)에 부착되는
    장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질층(112)은 약 1 미크론보다 작은 두께를 갖는 증착된 층으로서 상기 전극 소자(108)에 부착되는
    장치.
  7. 각각 애노드 전극(116), 음극 전극(108), 전해질(112) 및 적어도 하나의 지지 기능의 전류 수집기(104)를 구비하는 하나 이상의 스택 어셈블리(105)와,
    상기 하나 이상의 스택 어셈블리(105)를 포함하는 하나 이상의 연료 전지 챔버(102)를 포함하며,
    상기 지지 기능의 전류 수집기(104)는 스택 어셈블리를 구조적으로 보존하고,
    연료 전지 챔버(102)의 적어도 하나의 표면은 상기 스택 어셈블리(105)의 상기 지지 기능의 전류 수집기(104)를 이용하여 상기 스택 어셈블리(105)를 물리적으로 지지하는
    연료 전지(100).
  8. 제 7 항에 있어서,
    전극(108 또는 116)은 증착된 층으로서 상기 지지 기능의 전류 수집기(104)에 부착되는
    연료 전지(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    전착(electrodeposition)으로 상기 전극(108, 116)을 상기 지지 기능의 전류 수집기(104)에 부착하는
    연료 전지(100).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 기능의 전류 수집기(104)는 부착되는 상기 전극(108 또는 116)으로 그리고 그로부터 상기 연료 전지(100)의 기체가 흐르게 하는
    연료 전지(100).
KR1020040067343A 2003-08-26 2004-08-26 연료 전지 및 연료 전지 장치 KR20050021292A (ko)

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US10/648,096 US7527888B2 (en) 2003-08-26 2003-08-26 Current collector supported fuel cell
US10/648,096 2003-08-26

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707113B1 (ko) * 2005-12-20 2007-04-16 한국과학기술연구원 고립 전해질을 이용한 단실형 고체 산화물 연료전지

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605316B1 (en) 1999-07-31 2003-08-12 The Regents Of The University Of California Structures and fabrication techniques for solid state electrochemical devices
US20050106436A1 (en) * 2003-11-14 2005-05-19 Dennis Lazaroff Dual chamber fuel cell elements
AU2005327925B2 (en) * 2004-11-30 2011-01-27 The Regents Of The University Of California Joining of dissimilar materials
AU2005327164B2 (en) * 2004-11-30 2010-12-02 The Regents Of The University Of California Braze system with matched coefficients of thermal expansion
JP2008522370A (ja) * 2004-11-30 2008-06-26 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 電気化学装置用封止ジョイント構造
JP4972884B2 (ja) * 2005-06-17 2012-07-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2007323938A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池および燃料電池モジュール
WO2008016345A2 (en) * 2006-07-28 2008-02-07 The Regents Of The University Of California Joined concentric tubes
US20080157419A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-03 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Wet method of manufacturing electrolyte-impregnated electrodes for molten carbonate fuel cell
MY149355A (en) * 2007-07-25 2013-08-30 Univ California High temperature electrochemical device with interlocking structure
JP5368062B2 (ja) * 2008-01-30 2013-12-18 日本碍子株式会社 固体酸化物型燃料電池
AU2008349842A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-13 The Regents Of The University Of California Cu-based cermet for high-temperature fuel cell
MY147805A (en) 2008-04-18 2013-01-31 Univ California Integrated seal for high-temperature electrochemical device
FR2931299B1 (fr) * 2008-05-19 2010-06-18 Commissariat Energie Atomique Pile a combustible a empilement membrane/electrodes perpendiculaire au substrat de support et procede de realisation
US20100047656A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Xiaohong S Li Dense Gd-doped Ceria Layers on Porous Substrates and Methods of Making the Same
US8951605B2 (en) * 2008-11-04 2015-02-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Thin film MEA structures for fuel cell and method for fabrication
WO2013089895A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Praxair Technology, Inc. Composite oxygen transport membrane
US9486735B2 (en) * 2011-12-15 2016-11-08 Praxair Technology, Inc. Composite oxygen transport membrane
GB201915438D0 (en) * 2019-10-24 2019-12-11 Ceres Ip Co Ltd Metal-supported cell unit

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3645894A (en) * 1965-12-01 1972-02-29 Gen Electric Free-flowing plasma spray powder
JPH0381963A (ja) * 1989-08-24 1991-04-08 Meidensha Corp 固体電解質型燃料電池
US5336570A (en) * 1992-08-21 1994-08-09 Dodge Jr Cleveland E Hydrogen powered electricity generating planar member
US5273837A (en) * 1992-12-23 1993-12-28 Corning Incorporated Solid electrolyte fuel cells
US5863671A (en) * 1994-10-12 1999-01-26 H Power Corporation Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management
JPH08138690A (ja) * 1994-11-07 1996-05-31 Tonen Corp 固体電解質型燃料電池
US5753385A (en) * 1995-12-12 1998-05-19 Regents Of The University Of California Hybrid deposition of thin film solid oxide fuel cells and electrolyzers
US6638654B2 (en) * 1999-02-01 2003-10-28 The Regents Of The University Of California MEMS-based thin-film fuel cells
US6383350B1 (en) * 2000-07-26 2002-05-07 Northrop Grumman Corporation Thin film modular electrochemical apparatus and method of manufacture therefor
JP2002150315A (ja) * 2000-11-09 2002-05-24 Minolta Co Ltd 画像処理装置および記録媒体
JP3841148B2 (ja) * 2001-04-23 2006-11-01 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池用セル板及びスタック
JP3841149B2 (ja) * 2001-05-01 2006-11-01 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池用単セル
JP4807606B2 (ja) * 2001-05-01 2011-11-02 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池用スタック及び固体電解質型燃料電池
JP4807605B2 (ja) * 2001-05-01 2011-11-02 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池用スタック及び固体電解質型燃料電池
US6495279B1 (en) * 2001-10-02 2002-12-17 Ford Global Technologies, Inc. Ultrahigh power density miniaturized solid-oxide fuel cell
JP2003142123A (ja) * 2001-11-05 2003-05-16 Nissan Motor Co Ltd 固体電解質型燃料電池
NL1020985C2 (nl) * 2002-07-03 2004-01-06 Stichting Energie Anodegedragen brandstofcel.
US7045234B2 (en) * 2002-08-14 2006-05-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel-cell integral multifunction heater and methods
US6972161B2 (en) * 2002-10-10 2005-12-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell assembly and method of making the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707113B1 (ko) * 2005-12-20 2007-04-16 한국과학기술연구원 고립 전해질을 이용한 단실형 고체 산화물 연료전지

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