KR20100029333A - 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 - Google Patents

금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 분리판에 용접 결합되는 금속지지체를 이용하여 내구성과 실링효율을 높일 수 있고, 연료가스 또는 공기의 이동을 원활히 함으로써 에너지 생산 효율을 높일 수 있는 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
본 발명의 고체산화물 연료전지용 금속지지체는 전해질층, 상기 전해질층의 양측 면에 각각 형성되는 연료극 및 공기극을 포함하는 단전지; 상기 단전지가 내부에 포함되도록 서로 결합되는 한 쌍의 분리판; 상기 한 쌍의 분리판 사이에 구비되어 절연성이 유지되도록 하는 절연부재; 상기 단전지의 일측과 분리판 사이에 구비되는 집전부재; 및 상기 분리판에 용접 결합되어 상기 단전지의 타측을 지지하는 금속지지체를 포함하여 형성되는 고체산화물 연료전지에 있어서, 상기 금속지지체는 판형으로 형성되어 둘레면이 상기 분리판과 용접되는 용접부, 및 상기 용접부 내부에 연료가스 또는 공기가 이동되도록 중공되는 중공부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 중공부 및 용접부가 형성된 판형태의 금속지지체를 이용하여 고체산화물 연료전지의 기계적 강도를 높임으로써 내구성 및 사용 수명을 늘일 수 있고, 상기 금속지지체가 분리판에 직접 용접됨으로써 연료가스 및 공기가 상기 단전지의 반응 이전에 누출되거나 혼합되지 않아 실링성을 높임으로써 안정적이면서도 높은 에너지 생산 효율을 갖는 장점이 있다.
고체산화물 연료전지, 용접, 금속지지체, 분리판

Description

금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지{METAL SUPPORT AND SOLID OXIDE FUEL CELL HAVING IT}
본 발명은 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 분리판에 용접 결합되는 금속지지체를 이용하여 내구성과 실링효율을 높일 수 있고, 연료가스 또는 공기의 이동을 원활히 함으로써 에너지 생산 효율을 높일 수 있는 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.
이와 같은 연료전지는 종래 열기관에서 한계로 작용하는 카르노 순환(Carnot Cycle)의 제한으로부터 자유롭기 때문에 40% 이상의 효율을 올릴 수 있으며, 상술 한 바와 같이 배출되는 물질이 물뿐이므로 공해의 우려가 없으며, 종래 열기관과는 달리 기계적으로 운동하는 부분이 불필요하기 때문에 소형화가 가능하고 소음이 없는 등 다양한 장점을 가지고 있다. 따라서 연료전지에 관련된 각종 기술 및 연구가 활발하게 진행되고 있다.
연료전지는 그 전해질 종류에 따라 인산 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell), 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell) 등 여섯 가지 종류 정도가 실용화되었거나 계획 중에 있다. 각 연료전지들의 특징을 하기의 표에 정리하였다.
Figure 112008063504213-PAT00001
상기 표에서 알 수 있듯이 각각의 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 상기 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 상대적으로 전해질의 위치제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없으며, 부식성이 약하여 소재의 수명이 길다는 장점으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로서 각광을 받고 있다.
상기 고체산화물 연료전지의 작동원리를 나타낸 개념도로, 공기극에 산소가 공급되고, 연료극에 수소가 공급되는 경우, 이때의 반응은 하기의 식을 따른다.
Figure 112008063504213-PAT00002
고체산화물 연료전지는 통상 전해질로서 YSZ(yttria-stabilized zirconia), 연료극으로는 Ni-YSZ 도성 합금(cermet), 공기극으로는 페로브스카이트 재질(perovskite material)을 사용하며, 이동 이온(mobile ion)으로는 산소이온을 사용한다.
도 1은 종래의 고체산화물 연료전지(1)에 따른 개략도로, 전해질층(11), 상기 전해질층(11)의 양측면에 형성되는 연료극(12) 및 공기극(13)을 포함하는 단전지(10); 상기 단전지(10)의 양측면에 구비되는 집전체(20); 및 내부에 상기 단전지(10) 및 집전체(20)가 포함되도록 구비되는 분리판(30a, 30b)을 포함하여 형성된다.
상기 분리판(30a, 30b)은 상기 단전지(10) 및 집전체(20)를 지지함과 동시에 공급통로(31a, 31b)가 형성되어 연료가스 및 공기(산소)를 공급한다.
한편, 상기 고체산화물 연료전지(1)는 상기 연료가스 및 공기가 정해진 경로를 통해서만 이동되어야 하는데, 상기 연료가스 및 공기가 섞이거나 밖으로 누출될 경우에 전지 성능이 급격히 저하되므로 상당히 높은 수준의 밀봉 기술이 요구된다.
그런데, 종래의 고체산화물 연료전지(1)는 일반적으로 상기 분리판(30a, 30b)간의 접합 및, 단전지(10)와 분리판의 접합(도 1에서는 단전지(10)의 공기극(13)이 형성된 측이 밀봉재(40)를 이용하여 상측 분리판(30b)에 접합된 예를 도시하였다.)에 통상 유리재료 기반의 밀봉재(40)가 이용된다.
그러나 상기 유리재료 기반의 밀봉재(40)는 외부 충격에 의해 깨지기 쉬워 요구되는 충분한 강도를 갖기 어려우며, 반복적인 온도 변화에 의해 변형이 쉽게 유발되어 충분한 실링능력을 기대하기 어려운 문제점이 있어 고체산화물 연료전지(1) 성능 저하의 주된 원인이 된다.
또한, 상기 집전체(20)는 상기 단전지(10)와 분리판(30a, 30b) 사이에 배치되어 전기적 성능을 향상시키는 구성으로, 금속합금 또는 귀금속으로 이루어진 메쉬형태로 이루어지며, 상기 단전지(10)로 상기 연료가스 및 공기가 균일하게 공급되도록 하지만, 상기 메쉬타입의 집전체(20)가 구비됨으로써 실링이 더욱 어려워지는 문제점이 있다.
한편, 상기 단전지(10) 모듈 하나만으로는 충분한 전압을 얻을 수 없으므로, 상기 단전지(10)의 면적을 증가시키거나 필요에 따라 스택 형태로 적층하여 이용되 는데, 이러한 경우에는 요구되는 기계적 강도를 가지며 충분한 밀봉 특성을 만족시키기 더욱 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 분리판과 용접되는 금속지지체를 이용하여 고체산화물 연료전지의 내구성을 높일 수 있으며, 연료가스 및 공기가 혼합되거나 누출되지 않도록 실링효율을 높일 수 있는 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 고체산화물 연료전지용 금속지지체는 전해질층, 상기 전해질층의 양측 면에 각각 형성되는 연료극 및 공기극을 포함하는 단전지; 상기 단전지가 내부에 포함되도록 서로 결합되는 한 쌍의 분리판; 상기 한 쌍의 분리판 사이에 구비되어 절연성이 유지되도록 하는 절연부재; 상기 단전지의 일측과 분리판 사이에 구비되는 집전부재; 및 상기 분리판에 용접 결합되어 상기 단전지의 타측을 지지하는 금속지지체를 포함하여 형성되는 고체산화물 연료전지에 있어서, 상기 금속지지체는 판형으로 형성되어 둘레면이 상기 분리판과 용접되는 용접부, 및 상기 용접부 내부에 연료가스 또는 공기가 이동되도록 중공되는 중공부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속지지체의 중공부는 상기 분리판의 연료가스 또는 공기가 공급되는 공급유로와 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 중공부는 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 금속지지체는 상기 중공부가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 중공부는 원형, 또는 다각형 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 고체산화물 연료전지는 상술한 바와 같은 특징을 가지는 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 분리판은 상기 금속지지체가 용접되는 측에 상기 금속지지체가 안착되도록 내측으로 함입되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 금속지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지는 중공부 및 용접부가 형성된 판형태의 금속지지체를 이용하여 고체산화물 연료전지의 기계적 강도를 높임으로써 내구성 및 사용 수명을 늘일 수 있고, 상기 금속지지체가 분리판에 직접 용접됨으로써 연료가스 및 공기가 상기 단전지의 반응 이전에 누출되거나 혼합되지 않아 실링성을 높임으로써 안정적이면서도 높은 에너지 생산 효율을 갖는 장점이 있다.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 금속지지체(120) 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지(100)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(100)의 분해사시도이고, 도 3 및 도 4는 상기 도 2에 도시한 고체산화물 연료전지(100)의 단면도 및 분해단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속지지체(120)를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속지지체(120)를 나타낸 다른 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(100)의 다른 분해단면도이다.
본 발명의 금속지지체(120)는 고체산화물 연료전지(100)를 구성하는 하나의 부품으로써, 상기 도 2의 금속지지체(120)를 포함하는 고체산화물 연료전지(100)의 일예를 참조로 전체 구성을 먼저 설명한다.
본 발명의 고체산화물 연료전지(100)는 단전지(110), 한 쌍의 분리판(130a, 130b), 절연부재(140), 집전부재(150), 및 금속지지체(120)를 포함하여 형성되며, 상기 금속지지체(120)는 판형으로 상기 분리판(130a, 130b)과 용접되는 용접부(121), 및 연료가스 또는 공기가 이동되는 중공부(122)가 형성된다.
상기 단전지(110)는 전해질층(111), 상기 전해질층(111)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(112) 및 공기극(113)을 포함하여 형성되고, 상기 단전지(110)의 일측은 집전부재(150)에 의해, 타측은 금속지지체(120)에 의해 지지된다.
즉, 본 발명의 금속지지체(120)는 상기 한 쌍의 분리판(130a, 130b) 중 일측에만 용접 결합되며, 본 발명에서 용접이란, 레이저, 알곤 등을 이용한 용접뿐만 아니라, 브레이징을 포함하는 큰 의미로 해석될 수 있다.
상기 도 2 내지 4에서 상기 금속지지체(120)는 상기 단전지(110)의 연료극(112)이 형성된 측에 형성되고, 한 쌍의 분리판(130a, 130b) 중 하측 분리판(130b)과 접합되며, 상기 집전부재(150)는 상기 단전지(110)의 공기극(113)이 형성된 측과 상기 상측 분리판(130a) 사이에 구비된 예를 도시하였다.
상기 분리판(130a, 130b)은 상기 단전지(110)를 최외측에서 보호하도록 하도록 상ㆍ하방향에서 서로 체결되는 상측 분리판(130a)과 하측 분리판(130b)으로 형성되며, 내부에 상기 단전지(110), 절연부재(140), 집전부재(150) 및 금속지지체(120)를 포함하도록 형성된다.
상기 분리판(130a, 130b)은 상측 분리판(130a)과 하측 분리판(130b)이 서로 체결되도록 각각 고정부(133)가 형성되고, 내부에 상기 연료극(112)에 연료가스를 공급하거나 상기 공기극(113)에 공기를 공급하는 공급통로(132a, 132b)가 형성된다.
상기 공급통로(132a, 132b)는 외부로부터 연료가스 또는 공기를 공급하는 공급홀, 및 상기 단전지(110) 전체 영역에 안내하는 유로를 포함하여 형성된다.
이 때, 상기 공급통로(132a, 132b)는 상기 단전지(110)의 연료극(112) 또는 공기극(113)에서 어느 곳에 인접하게 형성되었느냐에 따라 연료가스 또는 공기가 유동되며, 상기 연료가스 또는 공기가 상기 단전지(110)의 전체영역에 고르게 이동될 수 있도록 다양한 형태의 공급통로(132a, 132b)가 형성될 수 있다.
상기 도 2에 도시된 형태는 상기 분리판(130a, 130b)에 연속적인 유로를 형성하도록 상기 공급통로(132a, 132b)가 내측으로 함입된 형태를 도시하였으며, 이 외에도 복수개의 돌출구조물이 형성되는 등 상기 연료가스 또는 공기의 흐름을 안내하거나 난류화하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 절연부재(140)는 상기 한 쌍의 분리판(130a, 130b) 사이, 상기 한 쌍의 분리판(130a, 130b)이 서로 접촉되는 부분에 형성되어 절연성이 유지되도록 하는 부재로서, 상기 도 2에서, 상기 절연부재(140)는 상기 분리판(130a, 130b)의 크기와 동일한 판형태로 형성되되, 내부에 상기 단전지(110) 및 집전부재(150)가 구비되도록 중공되며, 상기 단전지(110) 및 집전부재(150)의 형성 높이만큼 동일하게 형성된 예를 도시한 것으로서, 상기 절연부재는 도면에 도시한 판형태 외에도 유리 재질의 밀봉재 등이 이용될 수 있다.
상기 판형태의 절연부재(140)는 상기 한 쌍의 분리판(130a, 130b) 고정부(133)의 체결시에 동시에 고정되도록 고정부(141)가 형성된다.
상기 도 2 내지 도 4는 상기 금속지지체(120)와 용접되는 분리판(130b)에 상기 금속지지체(120)가 안착되도록 내측으로 함입되는 안착부(131)가 형성되어, 상기 금속지지체(120)와 분리판(130b)의 용접시에도 상기 금속지지체(120)에 의한 돌출 영역이 존재하지 않도록 한 예를 도시한 것으로서, 상기 안착부(131)가 형성되지 않는 경우에는 상기 절연부재(140)의 형태 및 높이 등을 조절하여 상기 분리판(130a, 130b)의 체결에 의해 내부에 구비되는 절연부재(140), 단전지(110), 및 금속지지체(120) 등의 구성이 서로 밀착되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 집전부재(150)는 상기 단전지(110)를 통해 생성된 에너지의 집전 효율을 높이는 역할을 담당하는 것으로서, 연료가스 또는 공기가 상기 집전부재(150)를 통과하여 상기 단전지(110)로 원활히 이동될 수 있도록 메쉬 타입의 형태 등이 이용될 수 있다.
상기 금속지지체(120)는 상기 집전부재(150)와 같이 집전 효율을 높이는 역할을 담당할 뿐만 아니라, 상기 단전지(110)의 타측에 형성되어 상기 단전지(110)를 지지하고, 상기 분리판(130a, 130b)과 용접됨으로써 연료가스 또는 공기의 누설을 차단할 수 있도록 한다.
상기 금속지지체(120)의 재료로서, 상기 단전지(110)를 지지하고, 용접열 또는 외부 충격 등에 의해 변형되지 않는 정도의 기계적 강도 및 내열성을 가지며, 전도성이 있는 금속, 또는 금속 합금 등이 이용가능하다.
상기 금속지지체(120)는 그 형태가 판형으로 형성되어 상기 단전지(110)를 충분히 지지할 수 있도록 형성되고, 상기 분리판(130a, 130b)과 용접되는 용접부(121), 및 상기 용접부(121) 내부에 연료가스 또는 공기가 이동되도록 중공되는 중공부(122)가 형성된다.
이 때, 상기 금속지지체(120)의 중공부(122)는 상기 분리판(130a, 130b)의 공급통로(132a, 132b)와 연통되도록 형성되어 상기 분리판(130a, 130b)의 공급통로(132a, 132b)를 통해 공급되는 연료가스 또는 공기가 상기 단전지(110)로 원활히 이동되도록 한다.
상기 도 5 및 도 6은 다양한 금속지지체(120)의 형태를 도시한 것으로서, 상기 도 5에 도시한 형태는 원형, 또는 다각형 단면을 갖는 중공부(122)가 일정거리 이격되어 복수개 형성된 예를 도시한 것으로, 더욱 상세하게 상기 도 5 (a)는 상기 중공부(122)가 원형 단면 형태로, 상기 도 5 (b)는 상기 중공부(122)가 정사각형 단면 형태로, 상기 도 5 (c)는 가로방향으로 긴 직사각형 단면을 갖는 형태로, 상기 도 5 (d)는 금속지지체(120)에 사선 형태로 형성된 예를 도시하였다.
상기 도 6은 상기 금속지지체(120)에 연속적인 유로를 갖는 중공부(122)가 형성된 예를 도시한 것으로서, 본 발명의 고체산화물 연료전지용 금속지지체(120)는 상기 도 5 및 도 6에 도시한 형태 외에도 상기 분리판(130a, 130b)으로부터 공급되는 연료가스 또는 공기를 상기 단전지(110)로 용이하게 안내할 수 있다면 다양하게 형성될 수 있다.
상기 금속지지체(120)의 용접부(121)는 상기 분리판(130a, 130b)과의 용접을 위한 구성으로서, 상기 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 금속지지체(120)와 용접되는 분리판(130a, 130b)에 안착부(131)가 형성되는 경우에는, 상기 금속지지체(120) 용접부(121)의 상측과 상기 분리판(130a, 130b)의 안착부(131) 둘레 상측면이 서로 접합된다.
상기 도 7은 상기 단전지(110)의 공기극(113)측에 상기 금속지지체(120)가 형성되고, 상기 연료극(112)측에 집전부재(150)가 형성된 예를 도시한 것이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 고체산화물 연료전지에 따른 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 분해사시도.
도 3 및 도 4는 상기 도 2에 도시한 고체산화물 연료전지의 단면도 및 분해단면도.
도 5는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속지지체를 나타낸 다른 도면.
도 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 다른 분해단면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 본 발명에 따른 금속지지체형 고체산화물 연료전지
110 : 단전지 111 : 전해질층
112 : 연료극 113 : 공기극
120 : 금속지지체 121 : 용접부
122 : 중공부
130a, 130b : 분리판 131 : 안착부
132a, 132b : 공급통로 133 : 고정부
140 : 절연부재 141 : 고정부

Claims (7)

  1. 전해질층(111), 상기 전해질층(111)의 양측 면에 각각 형성되는 연료극(112) 및 공기극(113)을 포함하는 단전지(110); 상기 단전지(110)가 내부에 포함되도록 서로 결합되는 한 쌍의 분리판(130a, 130b); 상기 한 쌍의 분리판(130a, 130b) 사이에 구비되어 절연성이 유지되도록 하는 절연부재(140); 상기 단전지(110)의 일측과 분리판(130a, 130b) 사이에 구비되는 집전부재(150); 및 상기 분리판(130a, 130b)에 용접 결합되어 상기 단전지(110)의 타측을 지지하는 금속지지체(120)를 포함하여 형성되는 고체산화물 연료전지(100)에 있어서,
    상기 금속지지체(120)는 판형으로 형성되어 둘레면이 상기 분리판(130a, 130b)과 용접되는 용접부(121), 및 상기 용접부(121) 내부에 연료가스 또는 공기가 이동되도록 중공되는 중공부(122)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속지지체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속지지체(120)의 중공부(122)는 상기 분리판(130a, 130b)의 연료가스 또는 공기가 공급되는 공급유로와 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속지지체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중공부(122)는 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속지지체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 금속지지체(120)는 상기 중공부(122)가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속지지체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중공부(122)는 원형, 또는 다각형 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지용 금속지지체.
  6. 상기 제1항 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 고체산화물 연료전지용 금속지지체(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분리판(130a, 130b)은 상기 금속지지체(120)가 용접되는 측에 상기 금속지지체(120)가 안착되도록 내측으로 함입되는 안착부(131)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101271889B1 (ko) * 2011-08-11 2013-06-05 주식회사 포스코 정밀한 성능 평가를 위한 연료전지용 단위셀 및 이를 이용한 단위셀의 성능평가방법
WO2015144970A1 (en) 2014-03-25 2015-10-01 Elcogen Oy Contacting method and arrangement for fuel cell or electrolyzer cell stack
WO2018062692A1 (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016024951A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 株式会社村田製作所 固体酸化物形燃料電池
KR102056508B1 (ko) * 2015-06-30 2019-12-16 주식회사 엘지화학 고체산화물 연료전지용 전해질막의 제조방법, 고체산화물 연료전지용 전해질막, 상기 전해질막을 포함하는 고체산화물 연료전지 및 상기 고체산화물 연료전지를 포함하는 연료전지모듈
GB2550317B (en) * 2016-03-09 2021-12-15 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell
DE102016122587A1 (de) * 2016-11-23 2018-05-24 Audi Ag Polarplatten-Anordnung für eine Brennstoffzelle und Einzelzelle

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07201347A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池
KR0155849B1 (ko) * 1995-07-14 1998-11-16 김광호 용융탄산염 연료전지 및 그 제조방법
JPH10312818A (ja) * 1997-05-14 1998-11-24 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質型燃料電池
US6007933A (en) * 1998-04-27 1999-12-28 Plug Power, L.L.C. Fuel cell assembly unit for promoting fluid service and electrical conductivity
AUPQ078899A0 (en) * 1999-06-04 1999-06-24 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell gas separator
JP2003045454A (ja) * 2001-07-27 2003-02-14 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP3940946B2 (ja) 2002-05-01 2007-07-04 日産自動車株式会社 燃料電池用セル体およびその製造方法
JP4646102B2 (ja) * 2003-04-16 2011-03-09 日本特殊陶業株式会社 固体電解質型燃料電池
NL1026861C2 (nl) * 2004-08-18 2006-02-24 Stichting Energie SOFC stackconcept.
KR20070037205A (ko) * 2005-09-30 2007-04-04 삼성에스디아이 주식회사 패시브형 연료전지에 사용되는 캐소드 플레이트
US20080171255A1 (en) * 2006-08-09 2008-07-17 Ultracell Corporation Fuel cell for use in a portable fuel cell system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101271889B1 (ko) * 2011-08-11 2013-06-05 주식회사 포스코 정밀한 성능 평가를 위한 연료전지용 단위셀 및 이를 이용한 단위셀의 성능평가방법
WO2015144970A1 (en) 2014-03-25 2015-10-01 Elcogen Oy Contacting method and arrangement for fuel cell or electrolyzer cell stack
JP2017517091A (ja) * 2014-03-25 2017-06-22 エルコーゲン オサケユキチュア 燃料電池又は電解槽セルスタックのための接触方法及び装置
US11626609B2 (en) 2014-03-25 2023-04-11 Elcogen Oy Contacting method and arrangement for fuel cell or electrolyzer cell stack
WO2018062692A1 (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
US10811699B2 (en) 2016-09-28 2020-10-20 Lg Chem, Ltd. Solid oxide fuel cell with electric conductive patterns on anode and cathode

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