KR20070024485A - 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법 - Google Patents

혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070024485A
KR20070024485A KR1020067018382A KR20067018382A KR20070024485A KR 20070024485 A KR20070024485 A KR 20070024485A KR 1020067018382 A KR1020067018382 A KR 1020067018382A KR 20067018382 A KR20067018382 A KR 20067018382A KR 20070024485 A KR20070024485 A KR 20070024485A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
stack
solid oxide
temperature
Prior art date
Application number
KR1020067018382A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101097494B1 (ko
Inventor
로버트 리아
니잴 피터 브랜든
엣홀 덕캣
카림 엘-코우리
마틴 슈미트
Original Assignee
세레스 파워 리미디트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세레스 파워 리미디트 filed Critical 세레스 파워 리미디트
Publication of KR20070024485A publication Critical patent/KR20070024485A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101097494B1 publication Critical patent/KR101097494B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04417—Pressure; Ambient pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04731—Temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/126—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing cerium oxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

효율을 증대시키기 위해 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 중간온도의 고체 산화물 연료 전지 스택(10) 작동 장치와 그 작동 방법. 상기 고체 산화물 연료 전지 스택(10)의 요구출력이 결정되고 상기 고체 산화물 연료 전지 스택(10)의 하나이상의 작동조건은 결정된 요구 출력에 따라 조절된다. 조절되는 작동조건들은 연료전지스택의 온도와 연료전지스택으로 전달된 연료의 희석도 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
연료 전지 스택, 연료 희석도, CGO, SOFC

Description

혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법{A method and apparatus for operating a solid-oxide fuel cell stack with a mixed ionic/electronic conducting electrolyte}
본 발명은 특히 상기 연료 전지의 하나 이상의 작동 조건을 변경함으로써 효율을 증대시키기 위한 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
고체 산화물 연료 전지(SOFCs)는 기존의 생성기술보다 더 효율적이고 친환경적인 방식으로 수소 또는 화석연료에서 전기를 생성하는 유망한 방법이다. 그러나, 기존의 SOFCs는 매우 높은 온도(900˚C 이상)에서 작동하고 더 최근의 신기술로도 700~800˚C까지 온도를 줄일 수 밖에 없었다. 높은 작동온도는 이런 연료전지스택과 관련 시스템 구성요소에 사용되는 물질에 심각한 문제를 야기한다. 높은 온도에서의 장기적 작동에 견딜 수 있는 재질은 비싸거나 부서지기 쉽거나 아니면 두 가지 결점을 다 가지는 경향이 있다. 페라이트계 스테인리스강과 같은 저가의 재질을 고온작동온도에서 사용해 보았으나 이런 고온 작동 온도에서의 장기적인 기간 동안 상기 금속의 산화와 휘발성 크롬종의 이동으로 인한 스택 성능 저하와 같은 문제들이 발생했다.
대량판매용의 상업적으로 유용한 SOFC 스택을 만들기 위해 스택의 작동온도를 낮춰 재료가격을 줄이려는 강한 동기가 생겨나게 되었다. 650˚C 이하에서 페라이트계 스테인리스강과 같은 저가의 재질은 심각한 스택 성능 저하없이 장기간 작동이 가능할 정도로 충분히 안정적이다.
기존의 SOFCs는 이트륨으로 도핑된 지르코늄 산화물 전해질(YSZ)을 이용한다. 이것은 고온에서 산화물 이온을 전도하는 물질이지만 전자를 전도하지는 않는다. 따라서, 연료전지전해질로 사용되기에 적당하다. 불행하게도 YSZ는 특별히 좋은 산화물 이온 전도체는 아닌데, 약 650˚C 이하에서 YSZ의 이온저항이 높아져 연료전지 성능이 저하된다. 매우 바람직한 걸로 위에서 언급된 것처럼, 이 온도아래에서 작동하기 위해서는 다른 전해물질이 필요하다.
전자를 전도하지 못하는 YSZ와는 달리 650˚C 이하에서 높은 이온 전도성을 가지는 많은 혼합된 이온/전자 전도 세라믹 전해물질들이 있다. 이것의 성능, 안정성, 안전성과 관련해, 다른 도핑된 산화세륨 산화물들이 있음에도 불구하고, 가장 유망하고 널리 이용되는 이들 저온 혼합된 이온/전자 전도 전해물질은 가돌리늄으로 도핑된 세륨 산화물(CGO)이다. CGO는 500˚C 이하까지 좋은 이온전도성을 나타낸다. 불행하게도, CGO는 YSZ만큼 안정적이지 못하고 소정 온도의 환원분위기에서 (상기연료전지의 양극에서 일반적으로 발견되는 것처럼) Ce4+이온은 Ce3+이온으로 환원될 수 있다. 이것으로 인해 전해질은 전자적 전도성을 증진하고 단락전류회로는 연료전지 사이를 흐른다. 이 단락회로는 개방회로에서의 전지단자 전압 강하로 외부로부터 관측되고 연료내의 에너지를 전기로 변환할 때 효율을 감소시킨다.
이러한 CGO의 특성으로 많은 사람들이 전해질 물질로 사용하기를 꺼려했는데 그들은 CGO에서 내부의 단락회로를 통한 손실이 실제장치에서는 너무 심각하다고 생각했기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하는 데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 이루기 위해 본 발명에 의한 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 요구출력을 결정하고, 상기 결정된 출력에 따른 상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 하나 이상의 작동조건을 조절하는 것을 포함한다.
상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 조절되는 상기 작동조건들은 상기 연료 전지 스택의 온도와 상기 연료 전지 스택에 보내진 연료 희석도 중 적어도 하나이다.
CGO의 상기 전자 전도성은 온도와 밀접한 관계가 있고 상기 전자 누설 전류는 충분히 낮은 온도에서 수용 가능한 정도로 줄어들 수 있다. 상기 CGO 전해물질의 작동온도가 내려가면 상기 단락회로 효과의 크기도 내려간다. 상기 효과는 상기 작동온도가 500˚C까지 내려가 상기 효과가 미비해질 정도까지 줄어든다. 따라서 CGO는 상기 연료 전지의 작동 온도가 650˚C 나 더 바람직하게는 600˚C 이하일 때 적당한 전해물질이다. 이것은 특별히 높은 외부 부하가 걸렸을 때의 상황으로 전해질을 통한 산화이온의 흐름은 Ce3+이온을 Ce4+이온으로 재산화하여 상기 전자 전도성을 없앤다.
상기 단락 회로 전류가 상기 외부 회로 전류에 비해 상대적으로 작을 때 세륨을 포함한 전해질을 가진 연료 전지 스택의 효율은 정격출력의 약 50% 이상으로 빠르게 상승한다.
예를 들어, 600˚C 이하의 온도로 거의 완전출력상태에서 작동하는 CGO계열 연료 전지의 효율은 700˚C 이상의 온도에서 작동하는 YSZ 계열 연료 전지와 동등하고 CGO의 사용에 따른 심각한 문제는 없다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템에 있어서, 상기 제어시스템은 상기 스택의 요구출력을 결정하는 장치와, 상기 요구출력에 따른 상기 스택의 하나이상의 작동조건을 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 제어시스템은 상기 스택의 온도와 상기 스택에 보내진 연료 희석도 중 적어도 하나를 제어하도록 마련될 수 있다.
혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 연료 전지 스택은 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 제어시스템에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예는 첨부한 도면과 후술하는 상세한 설명을 참조하여 보다 명확하게 이해된다. 첨부한 도면에서:
도 1은 500˚C 에서 600˚C 사이의 온도에서 CGO계열 전해질을 가진 연료 전지의 전기출력밀도에 대한 에너지 변환 효율을 나타내는 그래프.
도 2는 연료희석도에 따른 CGO계열 전해질을 가진 연료 전지의 전기출력밀도에 대한 에너지 변환 효율을 나타내는 그래프.
도 3은 요구출력에 따른 연료 전지 스택의 하나이상의 작동조건을 제어하는 제어기를 포함하는 상기 연료 전지 스택을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 LPG로 작동하는 고체 산화물 연료 전지 시스템을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 5는 도 4의 시스템의 시뮬레이션동안 나온 스택출력(DC)과 시스템출력(AC)을 나타내는 그래프.
도 6은 상기 시뮬레이션동안 상기 스택온도를 나타내는 그래프.
도 7은 상기 시뮬레이션동안 화학량적인 공기비(比)를 나타내는 그래프.
도 8은 상기 시뮬레이션동안 상기 스택 효율과 상기 시스템 효율을 나타내는 그래프.
도 9는 상기 시뮬레이션동안 상기 스택사이에 존재하는 이온전류와 외부전류를 나타내는 그래프.
도 10은 하나의 연료 전지에서 예상되는 전압을 나타내는 그래프.
도 11은 다른 시뮬레이션에 대한 개질기내에서의 증기/탄소 비(比)를 나타내는 그래프.
도 12는 상기 다른 시뮬레이션에 대한 스택 효율을 나타내는 그래프.
부분 부하 조건하에서 단락회로 전류를 최소화함으로써 작동기간 전체에 걸쳐 연료전지의 효율을 최대화하는 두 가지 방법을 아래에 소개한다.
방법 1
도 1은 0.2 Wcm-2의 공칭최대비출력을 가진 CGO계열 연료 전지의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 500˚C 에서 600˚C 사이의 작동온도에서 전기출력밀도에 대한 에너지 변환 효율이 나타나있다. 상기 에너지 변환 효율은 100% 연료변환이 있었다는 가정하에, 전기출력을 소비된 수소연료의 화학에너지로 나눈 값이다. 따라서, 이 값은 상기 전지에 대한 최대이론효율이고 실재로는 100% 연료변환이 불가능하므로 실재효율은 아니라고 보아야 한다. 그러나, 실재상황도 비슷한 패턴을 따른다.
어떤 주어진 출력밀도에서 최대 효율은 온도에 의존하고 출력밀도가 높으면 최대효율이 발생하는 온도도 높아진다. 왜냐하면, 낮은 작동온도는 전자누설전류밀도의 절대크기와, 전자누설전류가 미비해지는 외부회로전류밀도 둘 다를 줄인다. 이것은 외부전류밀도가 낮을 경우, 낮은 작동 온도에서 효율이 높아진다는 것을 의미한다. 그러나, 낮은 온도는 또한 다양한 전지 저항 특히, 음극과전위를 증가시킨다. 따라서 어떤 주어진 전류밀도에 대해 내부 전지 저항에 따른 전압손실은 더 높아질 것이고 높은 전류에서는 더 낮은 효율을 야기한다. 그러나, 더 높은 전류밀도에 대해 전자누설전류는 미비하지만 더 높은 온도에서조차 전지 저항은 더 낮아진 다. 따라서, 내부 전지저항에서 전압손실은 더 낮아지고 전지 단자전압은 높아지며 효율은 증가한다.
따라서, 이런 특성을 가진 스택의 효율을 최적화하기 위한 확실한 방법은 스택의 온도를 500˚C 에서 600˚C 사이로 변화되도록 하거나 요구출력에 따라 650˚C까지 올릴 수 있도록 하는 것이다. 스택에서 나온 더 높은 전기적 출력으로 더 높은 열이 발생하고 스택을 과냉각함으로써, 온도는 증가하는 출력과 함께 쉽게 상승되며 그 반대도 마찬가지이므로 이 방법은 비교적 간단하게 효과를 볼 수 있다.
그러나, 요구출력이 갑작스럽게 상승할 경우 스택의 온도는 요구에 맞추어 충분히 높은 온도가 되지 않을 수 있다. 스택이 얼마나 빨리 가열되느냐에 따라, 필요하다면 몇몇 에너지 저장방식을 이용해서 일시적으로 이러한 요구를 충족시킬 수는 있다.
상기 기술한 방법의 대안이나 추가적인 방법으로서의 두 번째 방법으로서 스택효율을 높이는 법을 다음과 같이 소개한다.
방법 2
도 2는 0.4 Wcm-2의 공칭최대비출력을 가진 CGO계열 전지의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 이 경우, 온도는 570˚C로 일정하고 증기에 의한 수소연료의 희석도는 다양하다.
증기의 비율을 증가시켜 연료를 희석시키는 것은 온도를 낮추는 것과 같은 효과를 낸다. 수소연료에 증기의 비율을 높이는 것은 상대적으로 연료의 비율을 떨 어뜨려 전해질안의 Ce4+이온이 Ce3+이온으로 환원되려는 경향을 줄이는 효과가 있다. 그러나 연료를 희석하게 되면 양극저항이 증가되고 전지 개방회로전압은 줄어들어 최대출력이 줄어들게 된다.
부분부하에서 스택효율을 최적화하는 또 다른 가능한 방법으로 부하가 떨어질 때 증기의 비율을 증가시켜 연료를 희석시키는 방법이 있는 데, 이 방법은 이산화탄소, 질소, 또는 증기, 질소 및/또는 이산화탄소의 혼합물로 연료를 희석한 경우나 연료가스가 일산화탄소 또는 수소와 일산화탄소의 혼합물인 경우 둘 다에 똑같이 적용할 수 있다.
이처럼 연료를 희석하기 위해서는 유입연료가스와 스택의 양극으로부터 나온 재생 배기가스를 다양한 비율로 혼합하는 것이다.
그러나, 별도의 소스(source)로부터 증기, 질소 및/또는 이산화탄소를 공급하는 것과 같은 양극 연료가스를 희석하는 모든 방법이 본 발명의 범위에 포함된다.
도 3은 연료전지스택의 온도 및/또는 스택에 보내지는 연료의 희석도 중 적어도 하나를 제어하는 제어시스템을 포함하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
연료전지스택(10)은 수소를 포함한 연료가스가 지나가는 양극격실(11)과 공기가 지나가는 음극격실(12)을 가진다. 상기 연료전지스택(10)은 기능을 발휘하기 위해 양극, 전해질 및 음극을 층상으로 단독 또는 다중으로 배열하여 만들어진다. 상기 스택은 수소 또는 메탄과 같은 탄화수소 연료가 지나가는 연료 흡입관(30)와 양극격실의 배기가스가 스택을 나갈 때 통과하는 배기관(70)를 가진다. 상기 배기가스는 일반적으로 증기와 미반응된 수소와의 혼합물이다. 원래의 연료가 탄화수소라면 배기가스 또한 탄소산화물을 포함한다. 배기가스와 흡입된 연료를 혼합하는 재생관(40)이 가변압축기(50)에 의해 구비된다. 상기 압축기는 전기적으로 구동되는 송풍기, 또는 방출기나 제트펌프형식일 수 있다.
선택적으로, 흡입된 연료와 재생배기가스의 혼합물은 증기와의 반응을 통해 탄화수소연료를 수소와 탄소산화물로 변환하는 개질기부(31)로 공급될 수 있다.
상기 스택에는 또한 공기 흡입관(20)가 구비되는데 이것에 의해 예열된 공기가 상기 스택으로 공급되면서 산화제와 냉각제의 역할을 한다. 상기 예열은 연료 전지 스택에서 나온 과잉열을 이용하거나 스택 배기관에서 나온 열을 회수하고 또는 유도가열, 연소 또는 다른 외부 공정에서 나온 열을 회수하는 것과 같은 다른 열원을 이용하여 행해진다. 상기 음극격실은 또한 배기가스를 스택에서 내보내는 배기관(71)을 가진다.
예를 들어 컴퓨터나 인쇄회로기판의 부분일 수 있는 마이크로프로세서(60)가 구비된다. 상기 마이크로프로세서는 스택온도(13), 스택전압(14) 및 스택전류(15)로부터 입력신호를 받는다. 상기 마이크로프로세서는 제어라인(21)을 경유하여 스택온도를, 제어라인(51)을 경유하여 재생배기가스에 대한 새로운 연료의 비를 제어하도록 조정되고 이것은 상기 가변압축기(50)를 제어한다. 증기, 이산화탄소 또는 다른 소스로부터 나온 불활성 가스의 양을 조절 투입하여 흡입된 연료의 희석도를 조절한다.
라인(21)을 경유한 스택온도의 제어는 다음과 같은 여러 방법이나 조합된 방법(포함되지만 이 방법들에 국한되지는 않음)에 영향을 받는다:
1) 스택에 공급되는 공기양의 다양화
2) 스택에 공급되는 공기온도의 다양화
3) 내부개질의 발생된다는 가정하에, 스택으로 들어가는 개질되지 않은 수소농도의 다양화
4) 스택으로 들어가는 연료온도의 다양화
상기 마이크로프로세서는 스택전압(14) 및 스택전류(15)신호를 곱하여 스택의 출력에 대한 입력신호를 받는다. 상기 마이크로프로세서는 주어진 출력에 대한 최적의 스택온도 및/또는 연료희석도를 가진 색인표를 포함한다. 상기 마이크로프로세서는 제어변수(21,51)를 조작하여 주어진 출력에 대한 최적의 조건을 찾아낸다.
도 4는 LPG로 작동하는 완전한 고체 산화물 연료 전지 시스템을 보여준다. 상기시스템은 방법 1에서 설명된 중간온도 고체 산화물 연료 전지(IT-SOFC)스택을 제어하는 방법이 실제적으로 어떻게 수행되는지를 보여준다. 상기 시스템은 단지 하나의 예에 불과하며, 같은 결과를 얻을 수 있는 많은 다른 구조가 적용될 수 있다.
LPG연료는 질량흐름제어방식과 제어 탈황시스템(10)을 통해 공급된다. 상기 연료는 파이프(62)로부터 공급된 증기와, 연료 속에 있는 탄소 1몰(mole)당 최소 증기 2몰의 비로 혼합기(21)안에서 섞이고 상기 증기/LPG 혼합물은 연료열교환기(22)안에서 약 430˚C로 예열된 후 개질기(23)로 공급된다. 개질기에서 상기 혼합물은, 열교환기(50)에서 나온 연결선(51)을 이용해 개략적으로 도시된, 배기가스가 흐르는 열교환기에 의해 약 700˚C까지 가열된다. 이 상승된 온도에서 연료안의 탄화수소(약간의 부탄, 프로필렌 및 펜탄과 같은 미량요소를 가진 프로판이 대부분인)는 증기와 반응하여 과량수소 개질 혼합물을 만든다. 상기 개질혼합물은 일반적으로 수소가 체적상 60~70%, 증기, 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄이 적은 비율로 구성된다. 상기 가스혼합물은 추가적인 처리 없이 SOFC 스택의 연료로 쓸 수 있다.
상기 개질 혼합물은 스택에 공급되기에 적당한 온도로 연료 열교환기에 의해 공정상 유입되는 반응물을 가열시키면서 냉각된다. 상기 개질 혼합물은 연료흡입관(24)에 의해 상기 연료전지스택(30)의 양극격실(31)로 공급된다. 상기 연료 가스는 스택에서 부분적으로 소비되고 배기가스는 배기관(41)에 의해 스택의 양극격실에서 배출된다. 상기 배기가스는 일반적으로 작동조건에 따라 550~620˚C 정도의 스택의 온도가 가장 높을 때 배출된다. 상기 배기가스는 대부분 증기와 이산화탄소로 구성되어있고 미량의 미연소 수소와 일산화탄소가 포함되어있다.
공기여과기(90)와 공기송풍기(91)를 통해 대기가 유입된다. 상기 송풍기(91)는 모터제어기(93)에 의해 제어되는 가변 속도 모터를 구비하고, 이것으로 인해 시스템 안으로 들어가는 공기의 질량 흐름이 변할 수 있게 된다. 시스템 안으로 들어가는 공기의 질량 흐름은 질량 흐름 감지기에 의해 측정된다. 상기 공기는 산화제와 SOFC의 냉각제로서 공급되는데, 산화제로 요구되는 것보다 훨씬 많은 공기가 일 반적으로 공급되므로 나머지는 스택으로부터 과잉열을 빼내는데 사용된다.
상기 공기는 질량흐름감지기(94)로부터 공기예열기(70)으로 공급되는데, 공기예열기에서 공기는 스택에 공급되기에 적당한 온도(일반적으로, 450~500˚C )로 예열된다. 상기 흡입 공기는 뜨거운 배기가스흐름(63)을 식힘으로써 예열되고 예열된 공기는 공기관(72)을 통해 연료전지스택(30)의 음극격실(32)로 공급된다. 상기 연료에서와 같이 공기중의 산소는 연료전지반응에 의해 부분적으로 소모된다. 산소가 약간 소모된 나머지 공기는 공기배기관(42)을 통해 스택을 빠져나간다. 상기 연료가스에서와 같이, 상기 공기는 작동 조건에 따라 일반적으로 550~620˚C 정도의 스택 최대 온도가 된다.
상기 공기배기관(42)과 연료배기관(41)은 시스템 후기연소기(40)로 공급된다. 배기된 상기 공기와 연료는 여기에서 함께 혼합되며 스택의 배기과정에서 나온 미반응 수소와 일산화탄소는 기존방식으로 연소되어 열을 생성한다. 여기에서 나온 뜨거운(일반적으로, 700~900˚C) 배기가스흐름(43)은 열교환기(50)로 들어가 개질기(23)에 열을 공급한다. 열교환기(50)에서 나온 차가워진 가스흐름(52)은 증기생성기(60)로 공급되고, 여기에서 상기 가스흐름(52)은 공급펌프(61)에서 공급된 물을 증발시키는데 이용된다. 이렇게 나온 증기는 파이프(62)를 통해 개질기로 공급된다. 이제 600˚C정도로 내려간 상기 배기가스는 공기 예열기(70)로 들어가 흡입공기를 예열한다. 마지막으로, 250˚C 정도의 상기 배기가스는 폐열을 회수하여 열과 전력을 결합하여 쓸 수 있는 열교환기(80)로 공급된다.
상기 스택에는 케이블(111)을 통해 스택으로부터 전류를 끌어당기는 외부전 력수요(110)가 구비된다. 상기 전력수요의 특징은 다른 응용 분야에 해당된다.
상기 시스템에는 마이크로프로세스기반 제어부(100)가 구비된다. 이것은 입력신호(101)를 통해 스택전류와 스택온도를 측정한다. 이것은 또한 질량흐름센서(94)와 입력신호(104)를 통해 시스템으로 들어오는 공기의 질량흐름을 측정할 수 있다. 상기 제어부는 모터제어기와 출력신호를 이용해 공기송풍기(91)를 제어한다. 이러한 식으로, 상기 제어기는 스택으로 가는 공기흐름을 제어할 수 있다. 상기 제어부(100)는 또한 출력신호(105)을 이용해 물 공급펌프(61)를 제어한다. 이런 식으로, 개질기내의 증기 대(對) 연료 비(比)를 변경할 수 있다.
도 4에서 보여진 시스템의 성능은 컴퓨터로 시뮬레이션되었다. 상기 시스템은 1kWe의 출력을 가진 스택에 대한 것이고 AC 전력을 인가하는 시스템이다. 송풍기와 같은 시스템내의 여러 장치들이 전력을 소비하기 때문에 시스템의 AC 출력은 스택의 출력보다 항상 작다.
상기 시뮬레이션에서 시스템은 최고 AC전력(800W)으로 10분(600초)동안 작동한다. 전력은 점진적으로 내려가 400W의 AC 전력이 되고 일시적으로 공기흐름을 증가시켜 스택 내의 냉각률을 증가시킴으로써 스택온도는 25˚C 낮아진다. 부분부하조건하에서 스택온도를 낮추면 매우 유익한 효과를 낸다.
도 5는 시뮬레이션 동안 나온 스택출력(DC)과 시스템출력(AC)을 보여주는 그래프로서, 전력이 800W에서 400W로 점진적으로 내려가고 있다. 도 6은 시뮬레이션 동안 스택온도를 나타내는 그래프이고, 도 7은 화학량적인 공기비(比)를 나타내는 그래프이다. 이것은 연료전지 반응에 필요한 이론적 공기 요구량에 대한 실재 공기 흐름에 대한 비(比)를 나타낸다. 최고 전력에서 이 비(比)는 10근처에 머물고 스택온도가 낮을 경우 더 많은 양의 공기가 필요하다는 것을 알 수 있다. 공기흐름은 증가하여 스택을 냉각시키면서 공기비는 20 근처에서 최고로 상승한다. 1100s근처에서 공기흐름이 빨라지는 것은 스택온도가 새로운 설정온도에 가까워짐에 따라 스택온도제어기가 재설정되어 공기흐름을 더욱 민감하게 만들기 때문이다.
도 8은 상기 스택 효율과 상기 시스템 효율을 나타내는 그래프이다. 스택온도가 590˚C 정도로 유지될 때 부하가 감소함에 따라 효율이 현저히 내려감을 알 수 있다. 이것은 전류밀도가 감소하면서 전해질 안의 전자 전도성이 증가하기 때문이다. 그러나, 스택온도가 올라가면서 최고부하시의 효율에 상당하는 정도까지 효율이 회복된다. 실제로, 스택효율은 더 높은 전지전압으로 인해 최고부하효율보다 더 높다. 그러나 시스템효율은 제어시스템을 작동시키는데 요구되는 고정 기생전력 때문에 약간 떨어진다.
도 9는 상기 스택 사이에 존재하는 이온전류와 외부전류를 나타내는 그래프이다. 여기서 외부전류는 외부회로를 흐르는 전류이고 이온전류는 외부전류와 전자 누설전류의 합이다. 외부전류가 떨어질수록 전자 누설량을 나타내는 이 두 전류 사이의 차는 커진다. 그러나, 부분부하 조건하에서 스택온도가 떨어질수록 이 차가 줄어든다는 것을 알 수 있다.
마지막으로, 도 10은 하나의 연료 전지에서 예상되는 전압을 나타내는 그래프이다. 예상한대로 부하가 줄어듦에 따라 전지전압이 증가한다는 것을 알 수 있 다. 스택온도가 떨어지면 전지전압이 약간 떨어지는 것을 또한 알 수 있는데 이것은 전지저항이 증가함에 따라 효율이 일반적으로 떨어지는 것을 나타낸다. 그러나, 온도가 너무 떨어지지만 않는다면 저항이 증가하더라도 누설전류를 줄이는 것이 더 유익하다.
두 번째 시뮬레이션으로 연료희석도가 부분부하(방법 2)상태에서 시스템효율에 어떤 영향을 주는 지를 알 수 있다. 스택이 최고의 전력상태로 10분을 유지한 뒤 반으로 전력이 떨어지는 조건 하에서 작동한 유사한 시뮬레이션이 있었다. 그러나, 이번에는 스택이 일정한 온도로 유지되지만, 펌프(61)로부터 증기 생성기로 가는 물의 질량흐름이 두 단계 증가한다. 이것은 도 11에서 보여지는 것처럼 개질기 안의 증기/탄소 비(比)를 2.0에서 3.5로 증가시켜 스택 안의 연료 희석도를 증가시킨다. 스택효율에 대한 효과가 도 12에 나타나있다. 이러한 방법은 스택온도를 변경(방법 1)하는 것보다 효과가 덜 하지만, 효율의 증가는 분명히 있다.
본 발명의 범위을 벗어남 없이, 상기 설명된 예는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로프로세서는 상기 스택온도만 제어할 수 있고 상기 연료희석도는 제어할 수 없고 또는 그 반대의 경우도 해당된다.

Claims (22)

  1. 고체 산화물 연료 전지 스택의 요구출력을 결정하는 단계;
    상기 결정된 출력에 따라 상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 하나 이상의 작동조건을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 조절되는 상기 작동조건들은 상기 연료 전지 스택의 온도와 상기 연료 전지 스택으로 전달된 연료의 희석도 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 출력전력이 감소하면 상기 연료 전지 스택의 온도는 떨어지고 상기 고체 산화물 연료 전지의 출력전력이 증가하면, 상기 연료 전지 스택의 온도는 상승하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  4. 제2항 또는 3항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택의 온도는 650˚C 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택의 온도는 600˚C 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  6. 제2항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택으로 전달된 연료는 소정량의 증기, 이산화탄소, 질소 또는 증기, 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한 혼합물로 희석되는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  7. 제2항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택으로 전달된 연료는 상기 연료 전지의 양극 쪽에서 나온 다양한 비율의 재생 배기 가스로 희석하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  8. 제2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 출력전력이 감소하면 상기 연료 전지 스 택으로 전달되는 연료의 희석도가 증가하고 상기 고체 산화물 연료 전지 스택의 출력전력이 증가하면 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 연료의 희석도가 감소하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  9. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 가돌리늄으로 도핑된(gadolinium-doped) 세륨 산화물을 포함한 전해질을 구비한 고체 산화물 연료 전지에 적용되는, 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택 작동 방법.
  10. 실질적으로 첨부된 도면을 참조로 하여 앞서 설명된 것과 같은 방법.
  11. 스택의 요구출력전력을 결정하는 수단과;
    상기 요구출력전력에 따라 상기 스택의 하나이상의 작동조건을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어시스템은,
    상기 스택의 온도와 상기 스택으로 전달된 연료 희석도 중 적어도 어느 하나 를 제어하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 요구 출력전력이 감소하는 것을 결정하는 결정 수단의 결과로 상기 스택의 온도를 감소시키고, 상기 요구 출력전력이 증가하는 것을 결정하는 결정 수단의 결과로써 상기 스택의 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  14. 제11항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정 수단은 상기 스택에서 나온 전기적 출력을 관리하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  15. 제11항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스택의 온도를 650˚C 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스택의 온도를 600˚C 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  17. 제11항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 연료를 처리하여 소정량의 증기, 이산화탄소, 질소 또는 증기, 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한 혼합물로 희석되도록 하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  18. 제11항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 연료를 처리하여 상기 연료 전지 스택의 양극 쪽에서 나온 다양한 비율의 재생 배기 가스로 희석하는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  19. 제11항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 요구 출력이 감소하는 것을 결정하는 결정 수단의 결과로 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 연료의 희석도를 증가시키고 상기 요구 출력 이 증가하는 것을 결정하는 결정 수단의 결과로 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 연료의 희석도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 고체 산화물 연료 전지 스택에 대한 제어시스템.
  20. 실질적으로 첨부된 도면을 참조로 하여 앞서 설명된 것과 같은 제어시스템.
  21. 제11항 내지 20항 중 어느 한 항을 따른 제어시스템을 포함하는 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 가진 연료 전지 스택.
  22. 실질적으로 첨부된 도면을 참조로 하여 앞서 설명된 것과 같은 연료 전지 스택.
KR1020067018382A 2004-02-10 2005-02-02 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법 KR101097494B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0402906.2 2004-02-10
GB0402906A GB2411043B (en) 2004-02-10 2004-02-10 A method and apparatus for operating an intermediate-temperature solid-oxide fuel cell stack
PCT/GB2005/000355 WO2005078843A1 (en) 2004-02-10 2005-02-02 A method and apparatus for operating a solid-oxide fuel cell stack with a mixed ionic/electronic conducting electrolyte

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070024485A true KR20070024485A (ko) 2007-03-02
KR101097494B1 KR101097494B1 (ko) 2011-12-22

Family

ID=32011639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067018382A KR101097494B1 (ko) 2004-02-10 2005-02-02 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법

Country Status (20)

Country Link
US (3) US20100028732A1 (ko)
EP (1) EP1716612B1 (ko)
JP (4) JP2007522643A (ko)
KR (1) KR101097494B1 (ko)
CN (1) CN100536213C (ko)
AU (1) AU2005212911B2 (ko)
BR (1) BRPI0507602B1 (ko)
CA (1) CA2555943C (ko)
DK (1) DK1716612T3 (ko)
EA (1) EA010368B1 (ko)
ES (1) ES2388925T3 (ko)
GB (1) GB2411043B (ko)
HK (1) HK1095922A1 (ko)
IL (1) IL177420A0 (ko)
MX (1) MXPA06009155A (ko)
NZ (1) NZ549220A (ko)
PL (1) PL1716612T3 (ko)
PT (1) PT1716612E (ko)
WO (1) WO2005078843A1 (ko)
ZA (1) ZA200607517B (ko)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100788194B1 (ko) * 2006-05-25 2007-12-26 엘지전자 주식회사 연료전지시스템
WO2008003976A1 (en) 2006-07-07 2008-01-10 Ceres Intellectual Property Company Limited Metal substrate for fuel cells
JP5037214B2 (ja) * 2007-05-01 2012-09-26 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法
GB2461115A (en) 2008-04-23 2009-12-30 Ceres Power Ltd Fuel Cell Module Support
BRPI0917632A2 (pt) 2008-08-21 2017-07-11 Ceres Ip Co Ltd Aperfeiçoamento para escoamento de ar em anteparo de escoamento em compartimentos de combustível empilhados com emprego de um dispositivo de distribuição de ar
US9005833B2 (en) * 2010-04-09 2015-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. System having high-temperature fuel cells
SE535245C2 (sv) * 2010-08-02 2012-06-05 Gett Fuel Cells Internat Ab Bränsleceller utan ektrolyter
JP5148681B2 (ja) * 2010-12-20 2013-02-20 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
EP2669980A4 (en) * 2011-01-24 2016-03-23 Nissan Motor FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH A SYSTEM
ITVR20110109A1 (it) 2011-05-19 2012-11-20 Stefano Cavalli Metodo di controllo e massimizzazione dell?efficienza elettrica e della produzione di potenza di una pila a combustibile - method of controlling and maximizing the electric efficiency and the power output of a fuel cell
KR101320328B1 (ko) * 2012-02-15 2013-10-23 한국과학기술연구원 독립운전 수소펌프 시스템
JP6303282B2 (ja) * 2013-04-11 2018-04-04 日産自動車株式会社 燃料電池発電システム
GB201312329D0 (en) 2013-07-09 2013-08-21 Ceres Ip Co Ltd Improved fuel cell systems and methods
WO2015136295A1 (en) 2014-03-12 2015-09-17 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell stack arrangement
GB2534124B (en) 2014-12-19 2017-04-19 Ceres Ip Co Ltd A swirl burner assembly and method
US11527766B2 (en) 2014-12-19 2022-12-13 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell system and tail gas burner assembly and method
JP6843531B2 (ja) * 2016-06-27 2021-03-17 三菱パワー株式会社 燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システム
GB2563848B (en) 2017-06-26 2022-01-12 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell stack assembly
GB201913907D0 (en) 2019-09-26 2019-11-13 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell stack assembly apparatus and method
GB201915294D0 (en) 2019-10-22 2019-12-04 Ceres Ip Co Ltd Alignment apparatus and methods of alignment
GB201915438D0 (en) 2019-10-24 2019-12-11 Ceres Ip Co Ltd Metal-supported cell unit
US11777126B2 (en) * 2019-12-05 2023-10-03 Utility Global, Inc. Methods of making and using an oxide ion conducting membrane
GB2591462B (en) 2020-01-27 2022-04-20 Ceres Ip Co Ltd Interlayer for solid oxide cell
DE102020202873A1 (de) * 2020-03-06 2021-09-09 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Überwachung eines Brennstoffzellensystems
GB202009687D0 (en) 2020-06-25 2020-08-12 Ceres Ip Co Ltd Layer
AU2022381461A1 (en) 2021-11-08 2024-05-02 Rhodia Operations Cerium-gadolinium composite oxide
WO2023078944A1 (en) 2021-11-08 2023-05-11 Rhodia Operations Cerium-gadolinium composite oxide

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112262A (ja) * 1981-12-25 1983-07-04 Toshiba Corp 燃料電池の温度制御装置
JPH0665054B2 (ja) * 1983-10-05 1994-08-22 三洋電機株式会社 空冷式燃料電池
JP3160993B2 (ja) * 1992-02-20 2001-04-25 松下電器産業株式会社 固体電解質型燃料電池
US5366821A (en) 1992-03-13 1994-11-22 Ballard Power Systems Inc. Constant voltage fuel cell with improved reactant supply and control system
US5346778A (en) 1992-08-13 1994-09-13 Energy Partners, Inc. Electrochemical load management system for transportation applications
AU5634896A (en) * 1996-05-01 1997-11-19 Gas Research Institute, Inc. Stable high conductivity functionally gradient compositionally layered solid state electrolytes and membranes
NL1004513C2 (nl) * 1996-11-13 1998-05-29 Stichting Energie Serie geschakeld brandstofcelstelsel.
JP3680232B2 (ja) * 1997-03-31 2005-08-10 トヨタ自動車株式会社 固体電解質と、これを用いた燃料電池、水素ポンプ、酸素濃度センサおよび水蒸気濃度センサ
US6844098B1 (en) * 1997-08-29 2005-01-18 Mitsubishi Materials Corporation Oxide-ion conductor and use thereof
SE514689C2 (sv) * 1998-06-12 2001-04-02 Bin Zhu Bränslecell
US6139985A (en) * 1998-07-24 2000-10-31 Siemens Westinghouse Power Corporation Electrode electrolyte interlayers containing cerium oxide for electrochemical fuel cells
DE19952384A1 (de) 1999-10-30 2001-05-17 Forschungszentrum Juelich Gmbh Optimierung der Betriebsparameter eines Direkt-Methanol-Brennstoffzellensystems
JP4934248B2 (ja) 2001-05-23 2012-05-16 パナソニック株式会社 電力生成制御システム、および燃料電池システム
KR100511355B1 (ko) 2000-10-03 2005-08-31 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체
US6803141B2 (en) 2001-03-08 2004-10-12 The Regents Of The University Of California High power density solid oxide fuel cells
DE10130783A1 (de) * 2001-06-26 2003-01-02 Basf Ag Brennstoffzelle
JP3822139B2 (ja) * 2001-06-28 2006-09-13 本田技研工業株式会社 燃料電池電源装置
JP2003115315A (ja) * 2001-10-05 2003-04-18 Nippon Steel Corp 固体電解質型燃料電池の運転方法
JP4022095B2 (ja) * 2002-04-30 2007-12-12 三菱重工業株式会社 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法
JP2003331885A (ja) * 2002-05-17 2003-11-21 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池装置
AUPS244802A0 (en) * 2002-05-21 2002-06-13 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system
JP3949512B2 (ja) * 2002-05-27 2007-07-25 独立行政法人科学技術振興機構 アノード支持固体酸化物型燃料電池の製造方法
GB0213561D0 (en) 2002-06-13 2002-07-24 Alstom Fuel cells
GB2405028B (en) * 2003-08-14 2006-03-08 Ceres Power Ltd Method and device for operating an intermediate temperature solid oxide fuel cell.

Also Published As

Publication number Publication date
GB2411043B (en) 2007-09-19
GB0402906D0 (en) 2004-03-17
BRPI0507602B1 (pt) 2015-08-04
JP2016173989A (ja) 2016-09-29
US20130260269A1 (en) 2013-10-03
AU2005212911A1 (en) 2005-08-25
ZA200607517B (en) 2008-06-25
US10283792B2 (en) 2019-05-07
JP5963840B2 (ja) 2016-08-03
PL1716612T3 (pl) 2012-10-31
MXPA06009155A (es) 2007-03-01
DK1716612T3 (da) 2012-09-17
GB2411043A (en) 2005-08-17
CN1947297A (zh) 2007-04-11
CN100536213C (zh) 2009-09-02
EP1716612B1 (en) 2012-06-06
US20100028732A1 (en) 2010-02-04
WO2005078843A1 (en) 2005-08-25
AU2005212911B2 (en) 2009-05-21
ES2388925T3 (es) 2012-10-19
PT1716612E (pt) 2012-08-10
CA2555943A1 (en) 2005-08-25
NZ549220A (en) 2008-04-30
HK1095922A1 (en) 2007-05-18
JP2015084333A (ja) 2015-04-30
CA2555943C (en) 2011-09-13
EA010368B1 (ru) 2008-08-29
US20170301936A1 (en) 2017-10-19
JP2013058494A (ja) 2013-03-28
IL177420A0 (en) 2006-12-10
JP2007522643A (ja) 2007-08-09
EA200601446A1 (ru) 2006-12-29
EP1716612A1 (en) 2006-11-02
KR101097494B1 (ko) 2011-12-22
BRPI0507602A (pt) 2007-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101097494B1 (ko) 혼합된 이온/전자 전도 전해질을 구비한 고체 산화물 연료전지 스택 작동 장치 및 그 작동 방법
JP2016173989A5 (ko)
JP4450623B2 (ja) 燃料電池システム
JP6857846B2 (ja) 燃料電池システムおよびその運転方法
EP3627603A1 (en) Fuel cell system and method for operating the same, and electrochemical system and method for operating the same
JP2014089920A (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP7029122B2 (ja) 燃料電池システム
JP2004063368A (ja) 燃料電池発電システム
JP2004171802A (ja) 燃料電池システム
JP7221641B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP3530458B2 (ja) 固体高分子型燃料電池の起動方法及びその装置
JP2007200771A (ja) 燃料電池発電装置の改質触媒温度制御システムおよびその制御方法
Yokoo et al. The effect of fuel feeding method on performance of SOFC–PEFC system
KR101084078B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그 구동 방법
JP2001185182A (ja) 燃料電池発電装置およびその運転方法
JP2024071845A (ja) 燃料電池システム
Khater et al. Modeling of a Methane-Fueled Proton Exchange Membrane Fuel Cell System
Furukawa et al. Development and Operation of a 1kW Direct Methanol Fuel Cell Stack
JP2003109644A (ja) 燃料電池の発電方法及び燃料電池システム
JP2006092856A (ja) 燃料電池の流量制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151130

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161121

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191126

Year of fee payment: 9