KR20080109930A - 넓은 상호접속부에 의한 고전력 밀도 밀봉없는 관형 고형 산화물 연료 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브, 및 상기 튜브의 적어도 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 배치된 적어도 하나의 상호접속부(3)를 포함하는 고형 산화물 연료 전지에 관한 것이다. 적어도 하나의 지지 튜브는 상기 지지 튜브의 외부 표면 상에 걸쳐 배치된 고형 전해질 층(4)을 포함한다. 상호접속부의 적어도 일부는 전해질로 커버되고 적어도 하나의 애노드(5)는 전해질 상에 제공된다.
Description
미국 정부는 본 발명의 납입된 라이센스 및 DOE에 의해 수여된 DE-FC26-02NT41247의 측면에서 제공된 바와 같이 합리적인 측면들에서 다른 것들을 허용하도록 특허 소유자에게 요구하기 위한 제한된 환경들의 권리를 가진다.
본 발명은 일반적으로 연료 전지들, 및 특히 고형 산화물 연료 전지들의 모양 및 구조에 관한 것이다.
캐소드 측에서 도전성 리브(rib)들을 가진 통상적인 고형 산화물 연료 전지의 예는 도 1 및 2에 도시된다. 이들 형태의 고형 산화물 연료 전지들은 종래에 공지되었다. 연료 전지의 일차 부품들은 지지 튜브이고, 상기 지지 튜브는 다공성 기판으로서 작동하거나 전자 매체뿐 아니라 다공성을 제공하기 위하여 캐소드(2)와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 추가 도전 경로들은 리브들(6) 형태로 도입될 수 있다. 리브들(6)의 수는 목표된 전력 출력에 따를 것이다.
상호접속부(3)는 직렬로 다음 전지에 대한 전기 접촉을 제공한다. 고형 전해질(4)은 그 다음 튜브 기판 및 상호접속부의 작은 부분 상에 증착된다. 상호접 속부 및 전해질은 누전 차단부를 제공하고 연료가 공기와 혼합하는 것을 막는다. 애노드(5)는 고형 전해질 상에 제공되고, 고형 전해질은 전지 액티브 전기화학 영역을 제공한다. 공기 공급 튜브(7)는 또한 공기 또는 옥시턴트는 캐소드(2)에 도입될 수 있도록 포함된다.
설계들은 원통형이거나 편평한 튜브들일 수 있고, 박막 고형 전해질 및 상호접속 재료에 의해 커버되는 개방 또는 폐쇄 단부를 가지고, 축방향으로 가늘고 긴 세라믹 튜브 공기 전극 재료를 포함한다. 전해질 층은 얇고 축방향으로 가늘고 긴 상호접속 재료를 제외하고 서밋 연료 전극 재료에 의해 커버된다. 편평한 타입의 연료 전지들은 전해질 및 상호접속 벽들 또는 리브들의 편평한 어레이를 포함하고, 상기 전해질 벽들은 전해질을 샌드위치하는 얇고 편평한 캐소드 및 애노드 재료들의 층들을 포함한다.
공지된 연료 전지들이 효과적이지만 튜브 측면의 전체 표면상 우수한 전기 접촉 영역의 부족은 목표된 것보다 전지 당 출력 전력을 낮게 한다. 본 발명의 다른 실시예들은 존재하고 상세한 설명의 추가 판독 후 명백해질 것이다.
상기에서 특히 본 발명과 일치하는 방법들 및 장치들은 제 1 및 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브를 포함하는 전지 당 보다 큰 출력에 대한 필요성을 조장한다. 전지는 튜브의 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 접속되는 적어도 하나의 상호접속부(3)를 포함한다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함한다. 전해질은 또한 상호접속 층의 일부를 커버한다. 그리고, 적어도 하나의 애노드는 대부분의 전해질 층상에 제공된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브; 직렬로 다음 전지에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 상호접속부; 지지 튜브의 외부 표면 둘레에 전기를 도전시키기 위하여 제공된 리브들 및 지지 튜브에 옥시턴트를 도입하기 위하여 제공된 공기 공급 튜브를 포함하는 고형 산화물 연료 전지이다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함하고 적어도 하나의 애노드는 전해질상에 제공된다. 특정 실시예들에서 상호접속부의 적어도 일부는 표면 둘레에 니켈 마스킹 재료를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서 고형 산화물 연료 전지는 제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브 및 상기 튜브의 적어도 하나의 측면의 외부 표면의 적어도 대부분의 표면에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 상호접속부를 포함한다. 지지 튜브는 상기 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함한다.
본 발명에 따른 이들 및 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 본 발명의 고형 산화물 연료 전지에 의한 특정 실시예들로 제공된다. 본 발명의 다른 실시예들은 존재하고, 상세한 설명의 추가 판독 후 명백할 것이다.
본 발명은 다음 도면들을 참조하여 예시적으로 보다 상세히 설명된다.
도 1 및 2는 공지된 편평한 연료 산화물 전지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 편평한 연료 전지의 일 실시예를 도시한다.
본 발명은 적어도 두 개의 측면들 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브를 포함하는 연료 전지 설계를 제공한다. 도 3을 참조하여, 고형 산화물 연료 전지는 도시되고 제 1 및 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브를 포함한다. 전지는 적어도 하나의 상호접속부(3)를 포함하고, 상기 상호접속부는 튜브의 적어도 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 증착된다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 펴면상에 증착된 고형 전해질 층(4)을 포함한다. 상호접속부의 적어도 일부는 또한 전해질 재료로 커버된다. 적어도 하나의 애노드(5)는 전해질 상에 인가된다.
종래 기술에서, 연료 전지들은 연료 전지의 외부 표면의 작은 부분만을 커버하는 매우 좁은 상호접속부들을 사용하였다. 튜브의 한 측면의 외부 표면의 보다 많은 표면 영역을 커버하는 상호접속부(3)를 가짐으로써, 최적의 전류 분배가 달성된다. 본 발명에 따라, 최적의 전류 분배는 편평한 표면이 각각의 측면의 굴곡의 시작부까지 완전히 커버되도록, 한 측면의 적어도 대부분 까지 적어도 하나의 상호접속부(3)를 제공함으로써 달성된다. 여기에 사용된 바와 같은 용어 "대부분"은 적어도 51 퍼센트를 의미한다. 다른 말로, 상호접속부는 지지 튜브의 한 측면의 외부 표면 영역의 적어도 51 퍼센트를 커버한다. "한 측면"은 튜브의 편평한 부분을 지칭하고 굴곡이 시작하는 근처 영역을 포함하지 않는다. 이것은 각각의 리 브(6)가 거의 동일한 저항들을 가지도록 전류 경로 길이를 동일하게 한다. 이렇게 함으로써, 전지의 측면들은 또한 전지가 인액티브가 아닐 때, 즉 전류가 모든 액티브 표면 영역을 통하여 흐를 때 리브들(6)로서 생각될 수 있다. 이것은 연료 전지 전기화학적 액티브 인터페이스들에서 전기화학 반응들을 강화함으로써 전지 성능을 증가시킨다. 특정 실시예들에서 상호접속부는 전지의 일측면의 전체 외부 편평한 표면까지 커버한다.
적어도 하나의 지지 캐소드 튜브(2)는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층(4)을 포함한다. 상호접속부(3)의 적어도 일부는 전해질 재료로 커버된다. 적어도 하나의 애노드(5)는 전해질 상에 제공된다.
본 발명은 이전 고형 산화물 연료 전지 설계들에 비해 중요한 차이점을 제공한다. 상기 설계는 전력 출력을 강화하는 최적의 전류 분배를 제공한다. 본 발명에 따라 상호접속부는 한 측면에 제공되어, 지지 튜브의 대부분의 외부 표면은 상호접속부에 의해 커버된다. 이것은 최적의 전류 분배를 유발한다. 전류 경로 길이는 각각의 리브(6)가 거의 동일한 저항들을 가지도록 동일해진다. 이렇게 함으로써 전지의 측면들은 또한 전지가 인액티브가 아닐 때 리브들(6)로서 고려될 수 있다. 그러므로 전류는 모든 액티브 표면 영역을 통하여 최적으로 흐른다. 이것은 연료 전지 인터페이스들에서 전기화학 반응들을 강화한다. 이전의 설계들은 각각의 측면이 보다 큰 저항들의 저항기로서 작동하게 하고, 전류가 가장 낮은 저항의 경로 쪽으로 흐르게 하고 액티브 전기화학 영역을 감소시킨다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상호접속부는 지지 튜브의 외부 표면의 적어도 한 측면을 완전히 커버한다. 본 발명의 지지 튜브는 가변하는 길이를 가지며 단지 다공성 기판으로서 작동하거나 전자 매체뿐 아니라 다공성을 제공하기 위한 대응 캐소드(2)와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 튜브들은 편평한 튜브들을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 종래에 공지된 임의의 응용할 수 있는 지지 튜브일 수 있다. 리브들(6)의 수는 전력 출력에 따른다. 당업자는 과도한 실험없이 도입하도록 리브들의 수를 결정할 수 있다.
본 발명에 따라, 전지 벽 두께는 포어(pore) 확산이 포함되고 전지 성능이 낮아지는 값들을 초과하지 않을 것이다. 벽 인터페이스들에 대해 리브(6)는 임의의 반경, 및 자연적으로 타원형인 폐쇄된 단부를 가질 것이다.
다른 실시예에서 본 발명은 제 1 및 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브를 포함한다. 상기 전지는 튜브의 적어도 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 접속되는 적어도 하나의 상호접속부(3)를 포함한다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함한다. 상호접속부의 적어도 일부는 전해질 재료로 커버되고, 적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브; 튜브의 적어도 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상호접속부; 지지 튜브의 외부 표면 둘레에 전기를 도전시키기 위하여 제공된 리브들을 및 지지 튜브에 옥시던트를 도입하기 위하여 제공된 공기 공급 튜브를 포함하는 고형 산화물 연료 전지이다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함하고 적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서 고형 산화물 연료 전지는 제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브 및 상기 튜브의 적어도 한 측면의 외부 표면의 적어도 대부분의 표면에 증착된 적어도 하나의 상호접속부를 포함한다. 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함한다. 적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공된다.
애노드(5)는 고형 전해질 상에 제공된다. 애노드(5)는 전지 액티브 전기화학 영역을 제공한다. 일반적으로 원통형 전지들은 니켈 펠트들, 스크린, 또는 스크린 및 펠트 결합물들로 만들어진 전기 접속부에 의해 다발들로 접속된다. 본 발명의 일 실시예에서 공기 또는 옥시던트는 공기 공급 튜브에 의해 캐소드에 도입된다.
본 발명의 특정 실시예들이 상세히 기술되었지만, 당업자는 이들 실시예들에 대한 다양한 변형들 및 대안들이 개시물의 전체 가름침을 통해 개발될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 개시된 특정 장치들은 단지 도시적이고 첨부된 청구항들 및 임의의 및 전체 등가물들의 전체 효과가 제공되는 본 발명의 범위들을 제한하지 않는다.
Claims (14)
- 고형 산화물 연료 전지로서,제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브; 및상기 튜브의 한 측면의 외부 표면의 전체 표면에 전기적으로 제공된 적어도 하나의 상호접속부를 포함하고,상기 적어도 하나의 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함하고,적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공되는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 1 항에 있어서, 옥시던트는 공기 공급 튜브에 의해 지지 튜브에 도입되는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 Ni 펠트들, Ni 스크린 및 이들의 결합물들 중 적어도 하나로 만들어지는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 1 항에 있어서, 마스킹 재료는 금속인,고형 산화물 연료 전지.
- 제 1 항에 있어서, 마스킹 재료는 니켈인,고형 산화물 연료 전지.
- 제 1 항에 있어서 전기를 도전시키기 위하여 제공된 리브들을 더 포함하는,고형 산화물 연료 전지.
- 고형 산화물 연료 전지로서,제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜브;전기를 도전시키기 위하여 제공된 리브들; 및튜브의 한 측면의 외부 표면의 적어도 대부분의 표면에 제공된 적어도 하나의 상호접속부를 포함하고,상기 적어도 하나의 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함하고,적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공되는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 6 항에 있어서, 지지 튜브의 옥시던트를 도입하기 위한 수단을 더 포함하는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 8 항에 있어서, 지지 튜브에 옥시던트를 도입하기 위한 수단은 공기 공급 튜브인,고형 산화물 연료 전지.
- 제 7 항에 있어서, 상기 애노드는 Ni 펠트들, Ni 스크린 또는 Ni 스크린 및 Ni 폼(foam) 결합물로 만들어지는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 7 항에 있어서, 마스킹 재료는 금속인,고형 산화물 연료 전지.
- 제 7 항에 있어서, 마스킹 재료는 니켈인,고형 산화물 연료 전지.
- 고형 산화물 연료 전지로서,제 1 측면, 제 2 측면, 및 외부 표면을 가진 적어도 하나의 편평한 지지 튜 브;튜브의 한 측면의 외부 표면의 적어도 대부분의 표면에 제공된 적어도 하나의 상호접속부;지지 튜브의 외부 표면 둘레에 전기를 도전시키기 위하여 제공된 리브들; 및지지 튜브에 옥시던트를 도입하기 위하여 제공된 공기 공급 튜브를 포함하고,적어도 하나의 지지 튜브는 지지 튜브의 외부 표면상에 증착된 고형 전해질 층을 포함하고,적어도 하나의 애노드는 전해질 상에 제공되는,고형 산화물 연료 전지.
- 제 13 항에 있어서, 상기 애노드는 Ni 펠트들, Ni 스크린 및 이들의 결합물들 중 적어도 하나로 만들어지는,고형 산화물 연료 전지.
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