KR20090063802A - 튜브형 고체 산화물 연료전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 다수의 브릿지에 의해 유체 흐름부를 형성하거나, 전극 지지체의 유체 공급부 및 배출부를 이중벽 구조로 형성함으로써, 전류분배 및 가스분배가 보다 용이한 튜브형 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다. 상기 튜브형 고체 산화물 연료전지는, 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되는 유체 흐름부와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과; 상기 전해질 층 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기한 이중벽 구조의 튜브형 고체 산화물 연료전지는, 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 상기 코어 중심부에 관통 형성된 유체 공급부와; 상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되며, 상기 유체 공급부로부터 공급된 유체가 배출되는 유체 배출부와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과; 상기 전해질 층의 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
튜브형, 고체 산화물, 연료전지, 브릿지

Description

튜브형 고체 산화물 연료전지{Tube Type Solid Oxide Fuel Cell}
본 발명은 튜브형 고체 산화물 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 다수의 브릿지에 의해 유체 흐름부를 형성하거나, 전극 지지체의 유체 공급부 및 배출부를 이중벽 구조로 형성함으로써, 전류분배 및 가스분배가 보다 용이한 튜브형 고체 산화물 연료전지에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell; SOFC)는 이트리아 안정화 지르코니아(이하 YSZ)와 같은 이온전도성 전해질 양쪽에 음극(혹은 연료극)과 양극(공기극)이 부착되어 있는 셀을 기본 구성요소로 한다. 상기 YSZ와 같은 고체 전해질은 연료와 공기가 섞이지 않도록 치밀한 구조를 가지는 반면에 음극과 양극은 각각 연료와 수소가 원활히 확산되도록 다공성 구조를 갖도록 구성하는 것이 일반적이다.
상기 SOFC의 구조는 크게 평판형과 튜브형이 개발되었으며, 튜브형은 다시 원통형과 셀 들의 연결이 용이하도록 납작하게 만든 평관형으로 분류된다. SOFC 셀의 출력밀도를 높이기 위해서 전극 지지체 위에 전해질을 얇게 막으로 입힘으로써 셀의 저항을 줄이는 것이 평판형과 튜브형 셀을 제작하기 위해 일반적으로 사용되는 방법이다.
상기 평판형 SOFC셀의 경우, 금속이나 세라믹 연결판을 이용하기 때문에 적층과 집전이 용이하나 대면적의 평판형 셀을 만들기 어렵고 셀 상하의 연료와 공기의 흐름을 분리하기 위한 밀봉재가 별도로 필요한 단점이 있다.
반면, 상기 튜브형 셀은 기계적 강도가 우수하며 내부와 외부의 가스 흐름을 제어하기 쉬우나, 튜브 내부의 전극으로부터 전류를 모으거나 분배하기가 어렵고 저항이 크기 때문에 별도의 금속이나 써어밋(cermet, 금속-세라믹 복합체) 튜브를 삽입하여 집전을 하는 방법이 사용된다(미국특허 제 5,229,224 호). 그러나, 삽입된 튜브와 전극튜브의 열팽창계수가 차이 때문에 고온에서 접촉이 느슨해질 경우 접촉저항이 증가하여 셀 성능이 저하된다. 또한 단위 셀의 제조공정이 복잡해지고 셀의 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
한편, 상기 튜브형 SOFC 셀의 지지체는 일반적으로 압출공정에 의해 만들어지는데, 성형과 운반을 위해 충분한 두께의 벽을 가진 튜브를 제조해야한다. 그러나 지지체의 두께가 두꺼워질수록 가스의 확산속도가 느려지기 때문에 셀의 저항이 증가하게 된다. 평판형은 얇은 지지체를 이용할 수 있기 때문에 출력성능이 튜브형보다 우수하다.
튜브형 SOFC셀 중에서도 튜브의 한쪽 끝을 막고, 열려져 있는 다른 한쪽 끝으로 튜브를 삽입하여 가스를 주입함으로써 셀 내부에서 가스가 예열되도록 스택의 구조를 단순화하는 방법이 개발되었다(미국특허 제 6,444,342, 6,936,367, 및 6,656,623 호). 그러나, 이러한 제조 방법들도 내부에 별도의 가스 주입관을 삽입해야 하고 셀과 주입관을 개별적으로 고정할 수 있도록 매니폴드를 설계해야하기 때문에 제작과정이 복잡한 문제가 있었다.
연료극 지지체형 SOFC은 고온에서 음극물질에 의한 개질 반응이 일어나기 때문에 별도의 개질장치 없이 메탄, 프로판, 디젤유와 같은 탄화수소계 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이러한 연료극 지지체형 SOFC도 500-800℃로 비교적 낮은 온도에서 작동할 때에는 연료극에 탄소가 침착되어 연료극의 성능이 열화되는 문제가 있기 때문에 별도의 연료 개질 장치가 필요하게 되므로 시스템 제작비용이 늘어나고 연료전지 장치가 많은 부피를 차지하게 되로 이로 인해, 휴대용 SOFC와 같이 저온에서 작동하고 휴대가 간편한 탄화수소계 연료를 사용하는 SOFC의 제조비용을 상승되고 그 부피가 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 튜브형 전극 지지체의 전류 흐름이 양호하고 지지체의 벽 두께를 줄이면서도 기계적으로 강도가 우수한 튜브형 고체 산화물 연료전지를 제공하는것이다.
본 발명의 다른 목적은, 튜브 내부의 가스 흐름을 원활히 하면서도 별도의 튜브를 삽입하지 않는 튜브형 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이중벽 구조의 튜브형 연료극 지지체를 이용하여 연료개질 반응기능이 포함된 일체형의 튜브형 고체 산화물 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지는, 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되는 유체 흐름부와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과; 상기 전해질 층 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 코어, 다수의 브릿지 및 외벽은 일체형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 지지체의 상기 브릿지는 적어도 3개인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 지지체의 단면 형상은 원형 또는 다각형일 수 있다.
또한, 상기 전해질 층은 이트리아 안정화 지르코티아, (La,Sr)(Ga, Mg)O3, Gd첨가 CeO2, Ba(Zr,Y)O3를 포함하는 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅 또는 페인팅에 의해 코팅된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지는, 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 상기 코어 중심부에 관통 형성된 유체 공급부와; 상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되며, 상기 유체 공급부로부터 공급된 유체가 배출되는 유체 배출부와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과; 상기 전해질 층의 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전극 지지체의 상기 유체 공급부의 입구가 형성되는 반대쪽에는 그 일단을 막는 마개부가 형성되어 상기 유체 공급부의 입구로부터 공급된 유체가 상기 전극 지지체의 일단에서 상기 유체 배출부와 연통되어 상기 유체 배출부로 돌아나가 배출됨이 바람직하다.
또한, 상기 유체 공급부로부터 공급된 상기 유체는 상기 외벽을 통해 전기화학 반응을 일으키며 상기 유체 배출부로 배출됨이 바람직하다.
또한, 상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부는 상기 브릿지를 통해 상기 외벽에 지지되며, 전류의 흐름을 증가시키고, 그 내부로 투입된 상기 유체를 예열함이 바람직하다.
또한, 상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부에는 촉매물질이 담지되거나 도포되어 상기 유체의 개질반응을 일으킨 후 연속적으로 전기화학반응에 의해 전류를 발생시킴이 바람직하다.
또한, 상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부에 첨가된 상기 촉매물질에 의해 연료의 촉매 연소반응을 일으켜 셀의 전체 온도를 상승시킴이 바람직하다.
또한, 상기 마개부는 상기 유체가 새어나오는 것을 막을 수 있도록 그 외벽에 피복층을 더 형성함이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지에 의하면, 전극 지지체의 코어가 브릿지에 의해 튜브형 전극의 외벽과 일체형으로 연결됨으로써, 전류의 흐름을 향상시킴과 동시에 얇은 외벽의 기계적 내구성을 향상시켜 제조공정을 용이하게 하며, 셀의 출력성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 이중벽 구조의 전극 지지체를 이용하여 내부의 튜브가 유체의 도입부 역할을 함으로써 별도의 도입관의 필요없이 유체를 예열할 수 있으며, 연료극 지지체로 사용시 촉매를 담지하여 탄화수소의 개질반응과 개질된 연료의 전기화학반응이 연속적으로 일어나도록 하여 시스템의 효율을 향상시킴과 동시에 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 전극 지지체 표면에 전해질과 전극을 코팅한 고체 산화물 연료전지의 단면도이고, 도 1c는 도 1b의 코어를 돌출시켜 집전이 용이하도록 구성한 원통형 고체산화물 연료전지의 정면도로서 편의상 함께 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지는, 그 내부에 코어(102)가 다수의 브릿지(106)에 의해 외벽(101)과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 코어(102)와 외벽(101) 사이에 상기 다수의 브릿지(106)에 의해 형성되는 유체 흐름부(103)와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층(104)과; 상기 전해질 층(104) 외면에 형성되는 전극(105)으로 이루어진다.
여기서, 상기 코어(102), 다수의 브릿지(106) 및 외벽(101)은 성형에 의해 일체형으로 형성된다. 상기 전극 지지체의 성형 방법으로는 슬립주조, 겔 주조, 사출, 압출, 또는 프레스 기술 등을 사용하나 그 성형 방법을 한정하는 것은 아니며, 본 발명에 있어서, 압출 공정에 의해 제조됨이 가장 바람직하다.
또한, 도시된 예에서는 상기 전극 지지체의 상기 브릿지(106)가 3개 형성되어 있으나, 그 이상도 가능하며 그 개수를 한정하는 것은 아니다.
상기 코어(102)와 외벽(101) 사이에는 3개의 브릿지(106)에 의해 원호상에서 이격된 3개의 유체 흐름부(103)가 형성되어 연료가스(Fuel gas)나 공기(Air)의 주입 및 배출이 이루어 진다(도 1c 참조).
상술한 본 발명에 따른 전극 지지체는 도 1b와 도 1c에 도시한 바와 같이 연료전지의 구조체로서 기계적 내구성을 제공하며, 연료극 또는 산소극의 역할을 하도록 전기 도전성이 있는 세라믹, 금속, 서멧을 사용하여 제조한다. 여기서 상기 전해질 층(104) 외면에 코팅 및 피복되어 형성되는 전극(105)은 음극 또는 양극일 수 있으나, 본 발명에 있어서는 양극으로 형성함이 바람직하다. 물론 상기 전극(105)은 연료극일 수도 있다.
본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지는 상기 전극 지지체의 외면에 전해질 층(104)을 피복하여 구비되는 데, 상기 전해질 층(104)는 이트리아 안정화 지르코티아, (La,Sr)(Ga, Mg)O3, Gd첨가 CeO2, Ba(Zr,Y)O3와 같은 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅, 페인팅 등을 포함하는 전형적인 슬러리 코팅기술이 사용될 수 있다. 또한 화학증착법, 물리증착법 등을 포함하는 진공증착법이 사용될 수도 있으며, 그 피복 방법을 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고체 산화물 연료전지의 내부 지지체인 코어(101)는 도 1c에 도시한 바와 같이 돌출되어 외부의 매니 폴드나 접속단자에 연결되도록 구성할 수 있다.
상기의 코어(102)는 지지체 외벽(101)과 브릿지(106)에 의해 연결되어 외벽(101)의 기계적 충격을 흡수하기 때문에 외벽(101)의 두께를 충분히 얇게 제조할 수 있다
따라서, 연료나 공기의 흐름이 전해질 층(104)까지 보다 빠르게 도달할 수 있다. 일반적인 원통형 지지체는 외벽의 두께가 얇아질수록 전류가 진행하는 단면적이 줄어들어 셀의 저항이 증가하지만, 본 발명에 의한 음극 지지체는 코어(102)가 도전율을 증가시키기 때문에 외벽(101)의 두께를 얇게 만들 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도들이다.
도 2a의 실시예는 실직적으로 도 2b와 동일하며, 전극 지지체의 코어(202)와 외벽(201)을 연결하는 브릿지(206)의 개수가 3개로 도시되어 있으나, 4개 이상으로 구성할 수도 있으며, 브릿지(206)의 수가 많을수록 연료전지의 내구성은 향상될 수 있다. 그러나 브릿지의 수가 너무 많은 경우 유체(가스 또는 공기) 흐름부(203)의 단면적이 줄어들어 유체 흐름부의 압력이 높아질 우려가 있다.
도 2b의 실시예에서는 전극 지지체의 코어(207)가 원형이 아니라, 3개의 브릿지(206)와 원호상으로 이격된 4개의 유체 흐름부(203)에 의해 사각형상으로 이루어져 있다. 그러나, 본 발명에 있어 상기 코어(207)가 원형이나 사각형상이 아니라 다른 다각형 형상일 수 있으며, 연료를 집전할 수 있는 형태라면 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
도 2c의 실시예에서는, 상기 전극 지지체의 단면 형상이 도 1a 내지 도 1c와 같이 원형이 아니라, 긴 직사각 형상으로 되어 내부에 역시 직사각형 형상의 코어(209)를 포함하도록 되어 있다. 그러나, 본 발명에 있어 상기 전극 지지체의 단면 형상이 원형이나 사각형뿐만 아니라, 마름모 등과 같은 다각형상일 수 있으며, 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 전극 지지체 표면에 전해질과 전극을 코팅한 고체 산화물 연료전지의 단면도이고, 도 3c는 도 3b의 코어를 돌출시켜 집전이 용이하도록 구성한 원통형 고체산화물 연료전지의 정면도이고, 도 3d는 도3c의 단면구조도로서, 편의상 함께 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시에 따른 튜브 형 고체 산화물 연료전지는 그 내부에 코어(302)가 다수의 브릿지(309)에 의해 외벽(301)과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와; 상기 전극 지지체의 상기 코어(302) 중심부에 관통 형성된 관통 홀 형상의 유체 공급부(303)와; 상기 전극 지지체의 코어(302)와 외벽(301) 사이에 상기 다수의 브릿지(309)에 의해 형성되며, 상기 유체 공급부(303)로부터 공급된 유체가 배출되는 유체 배출부(306)와; 상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층(304)과; 상기 전해질 층(304) 외면에 형성되는 전극(305)으로 이루어진다.
여기서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 전극 지지체는 안쪽 튜브인 유체 공급부(303)을 둘러싸는 코어(302)와 외벽(301)이 브릿지(309)에 의해 연결된 형태로 구성한다. 코어(302)는 바깥 튜브인 외벽(301)을 지지하는 동시에 유체의 도입부인 유체 공급부(303)로서 역할을 한다.
도 3c에 도시된 바와 같이 유입된 유체(gas or air)는 내부의 길이방향으로 형성된 유체 공급부(303)을 통과하면서 충분히 예열된다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 전극 지지체의 안쪽 튜브인 코어(302)는 돌출되어 외부의 매니폴드(미도시)에 연결됨으로서 집전체의 역할을 한다.
상기 전극 지지체의 상기 유체 공급부(303)의 입구(도면번호 미부여)가 형성되는 반대쪽의 일단에는 그 일단을 막는 마개부(307)가 형성되어 상기 유체 공급부의 입구로부터 공급된 유체가 상기 전극 지지체의 일단에서 상기 유체 배출부(306)와 연통되어 상기 유체 배출부(306)로 돌아나가 배출되도록 유도할 수 있다. 상기 마개부(307)로서는 튜브형 지지체와 같은 재질의 금속, 세라믹, 또는 서멧을 사용 하여 제조한 성형체를 같은 재질 혹은 다른 재질의 슬러리를 이용하여 붙일 수 있다.
또한, 상기 마개부(307)는 유체가 새어나오는 것을 막을 수 있을 만큼 충분한 밀도를 갖지 못할 때에는 외벽에 전해질 층을 피복한 피복층(308)을 더 형성하여 마개를 제조한다.금속 재질의 마개부(307)를 셀과 접합하기 위해서 금속 슬러리를 이용하여 붙인 후 가열(브레이징법)할 수도 있다.
도시된 예에서는 브릿지(309)의 개수가 3개로 도시되어 있으나, 4개 이상으로 구성할 수도 있으며, 상술한 바와 같이, 브릿지(309)의 수가 많을수록 연료전지의 내구성은 향상될 수 있다.
또한, 상기 전해질 층(304) 외면에 코팅 및 피복되어 형성되는 전극(305)은 음극 또는 양극일 수 있으나, 본 발명에 있어서는 양극으로 형성함이 바람직하다. 물론 상기 전극(105)은 음극(연료극)일 수도 있다. 아울러, 상기 전해질 층(304)는 이트리아 안정화 지르코티아, (La,Sr)(Ga, Mg)O3, Gd첨가 CeO2, Ba(Zr,Y)O3와 같은 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅, 페인팅 등을 포함하는 전형적인 슬러리 코팅기술이 사용될 수 있다. 또한 화학증착법, 물리증착법 등을 포함하는 진공증착법이 사용될 수도 있으며, 그 피복 방법을 한정하는 것은 아니다.
제조할 수 있다.
한편, 상기한 전극 지지체를 연료극을 이용하여 구성할 때, 내측 튜브형태인 코어(302)에 연료 개질용 촉매를 도포함으로써 연료의 도입구인 유체 공급부(303) 에서 촉매반응에 의해 탄화수소가 수소와 일산화탄소로 개질되도록 구성할 수 있다. 촉매의 도포방법으로는 금속 수화물이나 질화물을 물에 녹여 만든 용액이나 슬러리를 사용한다. 코어(302)에서 일어나는 개질반응에 의해 발생한 열은 셀의 온도를 반응온도까지 높여줄 수 있다.
물론, 상기 유체 공급부(303)로부터 공급된 상기 유체는 상기 외벽(301)을 통해 전기화학 반응을 일으키며 상기 유체 배출부(306)로 배출될 수 있다.
또한, 상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부(303)는 상기 브릿지(309)를 통해 상기 외벽(301)에 지지되며, 전류의 흐름을 증가시키고, 그 내부로 투입된 상기 유체를 예열할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 이중벽 구조의 고체 산화물 연료전지는 사각형의 내부튜브(402)와 사각 외벽(401)이 브릿지(도면 번호 미부여)로 연결된 평판형 전지를 나타내는 점에서 도 3a 내지 도 3d에 도시된 그것과 상이하며, 그 외의 구성은 실질적으로 동일하다.
물론, 도시된 예에서는 사각형의 내부튜브(402)와 사각 외벽(401)이 브릿지로 연결된 평판형 전지를 나타내고 있으나, 그 형상을 삼각형, 사다리꼴, 육각형 등 임의의 다각형 단면으로 구성할 수도 있으며, 본 발명에 있어 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지를 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 전극 지지체 표면에 전해질과 전극을 코팅한 고체 산화물 연료전지의 단면도이다.
도 1c는 도 1b의 코어를 돌출시켜 집전이 용이하도록 구성한 원통형 고체산화물 연료전지의 정면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도들이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 전극 지지체 표면에 전해질과 전극을 코팅한 고체 산화물 연료전지의 단면도이다.
도 3c는 도 3b의 코어를 돌출시켜 집전이 용이하도록 구성한 원통형 고체산화물 연료전지의 정면도이다.
도 3d는 도3c의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 튜브형 고체 산화물 연료전지의 전극 지지체의 단면도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
101, 201, 301, 401: 외벽 102, 202, 302, 402: 코어
103, 203: 유체 흐름부 104, 204, 304: 전해질 층
105, 205, 305: 전극 106, 206,309: 다수의 브릿지
303: 유체 공급부 306: 유체 배출부
307: 마개부 308: 피복층

Claims (19)

  1. 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와;
    상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되는 유체 흐름부와;
    상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과;
    상기 전해질 층 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코어, 다수의 브릿지 및 외벽은 일체형인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 지지체의 상기 브릿지는 적어도 3개인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 지지체의 단면 형상은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 튜 브형 고체 산화물 연료전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 연료극 또는 산소극인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 층은 이트리아 안정화 지르코티아, (La,Sr)(Ga, Mg)O3, Gd첨가 CeO2, Ba(Zr,Y)O3를 포함하는 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅 또는 페인팅에의해 코팅된 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  7. 내부의 코어가 다수의 브릿지에 의해 외벽과 연결된 튜브 구조의 전극 지지체와;
    상기 전극 지지체의 상기 코어 중심부에 관통 형성된 유체 공급부와;
    상기 전극 지지체의 코어와 외벽 사이에 상기 다수의 브릿지에 의해 형성되며, 상기 유체 공급부로부터 공급된 유체가 배출되는 유체 배출부와;
    상기 전극 지지체의 외면에 코팅되는 전해질 층과;
    상기 전해질 층의 외면에 형성되는 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  8. 제 7 항에서,
    상기 전극 지지체의 상기 유체 공급부의 입구가 형성되는 반대쪽에는 그 일단을 막는 마개부가 형성되어 상기 유체 공급부의 입구로부터 공급된 유체가 상기 전극 지지체의 일단에서 상기 유체 배출부와 연통되어 상기 유체 배출부로 돌아나가 배출되는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유체는 연료가스 또는 공기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 코어, 다수의 브릿지 및 외벽은 일체형인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 지지체의 상기 브릿지는 적어도 3개인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 양극 또는 산소극인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 전해질 층은 이트리아 세라믹 분말을 사용하여 딥-코팅 또는 페인팅에의해 코팅된 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 유체 공급부로부터 공급된 상기 유체는 상기 외벽을 통해 전기화학 반응을 일으키며 상기 유체 배출부로 배출되는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부는 상기 브릿지를 통해 상기 외벽에 지지되며, 전류의 흐름을 증가시키고, 그 내부로 투입된 상기 유체를 예열하는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부에는 촉매물질이 담지되거나 도포되어 상기 유체의 개질반응을 일으킨 후 연속적으로 전기화학반응에 의해 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전극 지지체 내부의 상기 유체 공급부에 첨가된 상기 촉매물질에 의해 연료의 촉매 연소반응을 일으켜 셀의 전체 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극 지지체의 단면 형상은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 마개부는 상기 유체가 새어나오는 것을 막을 수 있도록 그 외벽에 피복층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 튜브형 고체 산화물 연료전지.
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