KR20110047856A - 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리판 적층시 상부 분리판과의 접촉불량을 방지하고 원활한 집전이 가능하도록 한 고체산화물 연료전지에 관한 것이다. 개시발명은 전해질, 전해질의 양면에 각각 형성되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 단전지; 및 단전지와 접합되며 신축성을 갖는 완충부재를 포함한다. 따라서, 분리판 적층시 완충부재로 인해 분리판에 조립된 셀의 표면이 상부 분리판과 완전 밀착됨으로써, 상부 분리판과의 접촉불량이 방지되고 원활한 집전이 가능하게 된다.

Description

고체산화물 연료전지 및 그 제조방법{Solid oxide fuel cell and method for manufacturing thereof}
본 발명은 고체산화물 연료전지에 관한 것으로, 특히 분리판 적층시 상부 분리판과의 접촉불량을 방지하고 원활한 집전이 가능하도록 한 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 것으로, 수소 및 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 수소가 공급되어 물의 전기분해반응과 역반응 형태로 전기화학반응이 진행됨으로써, 전기, 열 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.
이와 같은 연료전지는 종래 열기관에서 한계로 작용하는 카르노 사이 클(Carnot Cycle)의 제한으로부터 자유롭기 때문에 40% 이상의 효율을 올릴 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 배출되는 물질이 물뿐이므로 환경오염의 우려가 없다. 그리고, 종래 열기관과는 달리 기계적으로 운동하는 부분이 불필요하기 때문에 소형화가 가능하고 소음이 없는 등 여러가지의 장점이 있다. 따라서, 연료전지에 관련된 연구 및 기술개발이 활발하게 진행되고 있다.
연료전지는 그 전해질의 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 아래의 표에 정리하였다.
구분 PAFC MCFC SOFC PEMFC DMFC AFC
전해질 인산 탄산리튬/
탄산칼륨		 지르코니아/
세리아계열		 수소이온
교환막		 수소이온
교환막		 수산화칼륨
이온전도체 수소이온 탄산이온 산소이온 수소이온 수소이온 수소이온
작동온도
(℃)		 200 650 500-1000 < 100 < 100 < 100

연료		 수소 수소,
일산화탄소		 수소,
탄화수소,
일산화탄소		 수소 메탄올 수소

연료원료		 도시가스,
LPG		 도시가스,
LPG, 석탄		 도시가스,
LPG,
수소		 메탄올,
메탄휘발유,
수소		 메탄올 수소
효율(%) 40 45 45 45 30 40
출력범위(W) 100-5000 1000-1000000 100-1000000 1-10000 1-100 1-100
주요용도 분산발전형 대규모발전 소중대규모
발전		 수송용
동력원		 휴대용
전원		 우주선용
전원
개발단계 실증-실용화 시험-실증 시험-실증 시험-실증 시험-실증 우주선적용
상기 표에서 알 수 있듯이 각각의 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있다. 이 중에서도 상기 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 상대적으로 전해질의 위치제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없다. 또한, 부식성이 약하여 소재의 수명이 길다는 장점으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로서 각광을 받고 있다.
아래의 식은 상기 고체산화물 연료전지의 작동원리를 나타낸 것이다. 공기극에 산소가 공급되고 연료극에 수소가 공급되는 경우의 반응은 아래의 식을 따른다.
연료극(Anode) 반응 : 2H2 + 2O2- → 2H2O + 4e-
공기극(Cathode) 반응 : O2 + 4e- → 2O2-
고체산화물 연료전지는 통상 전해질로서 이트리아 안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia; YSZ), 연료극으로는 Ni-YSZ 도성 합금(cermet), 공기극으로는 페로브스카이트 재질(perovskite material)을 사용하며, 이동 이온(mobile ion)으로는 산소이온을 사용한다.
이러한 고체산화물 연료전지가 대한민국에 특허(공개번호 10-2009-0012380호)로도 출원되어 공개된 바 있다.
상기 공개특허에 의하면 금속지지체식 고체산화물 연료전지는, 다층으로 적층되는 분리판과, 각 분리판에 배열되는 복수 개의 셀로 구성된다. 이 때, 셀은, 전해질, 전해질의 양측면에 각각 접촉 형성되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드), 연료극에 직접 접촉되는 금속지지체로 구성된다.
일반적으로 연료극 및 전해질의 두께, 그리고 단전지와 각 구성물들을 접합하는 접합층의 두께를 정밀하게 제어하기란 매우 어렵다. 따라서, 분리판에 배열되는 각 셀들 사이에는 두께 편차가 존재하게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 구성된 종래의 고체산화물 연료전지에 따르면, 각 셀들을 분리판에 배열한 상태에서 1열 수직으로 적층하거나 복수열 수직으로 등, 다층으로 적층할 때, 각 셀들 사이에서 발생하는 높이차로 인해 상부 분리판과의 접촉이 불량한 층이 발생할 수 있으며, 그로 인해 그 층은 전기를 모아서 흐르게 한는 작용인 소위, 집전이 어렵게 된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 분리판과 하나의 적층형 유닛셀이 교대로 적층되는 연료전지 스택에 있어서 적층형 유닛셀 표면의 굴곡차이를 상쇄하도록 함으로써, 상부 분리판과의 접촉불량이 방지되고 원활한 집전이 가능한 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 적층형 유닛셀을 분리판에 복수배열형(어레이형)으로 배치하여 제작되는 연료전지 스택에 있어서 분리판에 배열되는 복수 개의 적층형 유닛셀들 사이에서 발생하는 높이차를 상쇄하도록 함으로써, 상부 분 리판과의 접촉불량이 방지되고 원활한 집전이 가능한 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명 고체산화물 연료전지는, 전해질, 상기 전해질의 양면에 각각 접합되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 단전지; 및 상기 단전지와 접합되며 신축성을 갖는 완충부재를 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지는, 상기 단전지 및 완충부재가 거치되는 내부 분리판을 더 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지는, 상기 단전지, 완충부재 및 내부 분리판을 포함하는 적층형 유닛셀이 안착 조립되는 외부 분리판을 더 포함한다.
상기 외부 분리판에는 적층형 유닛셀이 복수열로 적층되는 복수 배열형(어레이형)이 있다.
상기 고체산화물 연료전지는, 완충부재에 접합되어 단전지와 완충부재를 지지하는 지지체를 더 포함한다.
상기 지지체의 소재는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체이다.
상기 완충부재는 다공성이면서 도전성을 갖으며, 메쉬, 펠트 또는 프리폼 형태이다. 또한, 그 소재는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질이 코팅된 연료극 소결체를 제조하는 단계, 및 연료극 소결체에 신축성 을 갖는 완충부재를 접합하는 단계를 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 완충부재에 지지체를 접합하는 단계를 더 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 지지체에 내부 분리판을 접합하는 단계를 더 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질의 표면에 공기극(캐소드)를 코팅하거나 접합하여 적층용 유닛셀을 완성하는 단계를 더 포함한다.
상기 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 적층용 유닛셀을 외부 분리판에 조립하고, 외부 분리판을 적층하는 단계를 더 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법에 의하면, 분리판과 하나의 적층형 유닛셀이 교대로 적층되는 연료전지 스택에 있어서 완충부재가 적층형 유닛셀 표면의 굴곡차이를 상쇄하여 상부 분리판과 밀착되도록 이루어짐으로써, 상부 분리판과의 접촉불량이 방지되고 원활한 집전이 가능하게 된다.
또한, 적층형 유닛셀을 복수 또는 직교 배열형(어레이형)으로 배치하여 제작되는 스택에 있어서도 분리판 적층시 완충부재가 동일층에 위치되는 적층형 유닛셀들 사이의 높이차를 상쇄하여 동일층에 위치되는 적층형 유닛셀들 모두 상부 분리판과 밀착되도록 이루어짐으로써, 상부 분리판과의 접촉불량이 방지되고 원활한 집전이 가능하게 된다.
아울러, 완충부재를 금속 또는 전도도가 높은 세라믹 및 두 성분이상의 복합체 등으로 제작함으로써, 자체의 전도도로 인해 집전효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 단전지 및 완충부재를 지지하는 지지체를 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체로 제작함으로써 충분한 기계적 강도를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 분해사시도이다.
본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는, 안착홈(100a)이 형성되며 다층으로 적층되는 외부 분리판(100), 및 외부 분리판(100)의 안착홈(100a)에 조립되는 하나의 적층형 유닛셀(200)을 포함한다.
이 때, 외부 분리판(100)에 안착홈(100a)을 형성하지 않고 적층형 유닛셀(200)을 평판형으로 된 외부 분리판의 표면에 안착시키는 것도 가능하며, 외부 분리판에 채널모양의 유로를 형성하고 유로에 적층형 유닛셀(200)을 안착시키는 것도 가능하다. 한편, 외부 분리판(100)의 측면에는 유로를 형성하는 복수 개의 유로 형성홈(100b)이 각각 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 적층형 유닛셀의 분해사시도이고, 도 3은 도 1에 도시 된 적층형 유닛셀의 단면도이다
상기 적층형 유닛셀(200)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단전지(210), 완충부재(220), 지지체(230) 및 내부 분리판(240)으로 구성된다.
상기 단전지(210)는 전해질(211)을 사이에 두고 한쪽에는 연료극(애노드)(212)을 접합하고 다른 쪽에는 공기극(캐소드)(213)을 코팅한 형태로 구성된다. 이 때, 전해질(211)로는 열화학적으로 안정한 금속산화물이 이용된다. 연료극(212) 및 공기극(213)은 전기화학반응이 용이하게 일어나도록 다공성 구조를 갖으며, 전해질은 연료가스와 산화가스가 서로 통기되지 않도록 치밀한 구조를 갖는다.
상기 완충부재(220)는 단전지(210)와 지지체(230) 사이에 위치되며, 메쉬(mesh) 또는 펠트(felt), 프리폼(pre-form) 형태와 같은 전도성 및 다공성 부재로 형성된다. 단전지(210)와 지지체(230)와의 접합시 다공성 및 도전 특성을 갖는 슬러리 접합재(221)(222)를 이용하여 부착과 동시에 열처리되어 접합된다. 이러한 완충부재(220)는 외부 분리판(100) 또는 후술할 내부 분리판(240) 적층시 적층형 유닛셀(200) 표면의 굴곡차를 상쇄하는 역할을 한다.
완충부재(220)의 소재로는 전도도가 우수한 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 금속뿐만 아니라, 이들 금속원소들의 합금 또는 기타 금속도 사용될 수 있다. 그 외에도 전도도가 높은 페로브스카이트계 등의 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체가 사용될 수 있다.
상기 지지체(230)는 단전지(210)와의 사이에 완충부재(220)가 위치되도록 완충부재(220)와 결합되어 단전지(210) 및 완충부재(220)를 지지하게 되며, 유로 형 성홀(230a)이 형성된다. 이러한 지지체(230)는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체로 제작됨으로써 충분한 기계적 강도를 얻을 수 있다.
상기 내부 분리판(240)은 지지체(230)의 저면에 접합되며, 그 상부 및 하부에는 유로채널(240a)(240b)이 각각 형성된다. 상,하부의 유로채널(240a)(240b)은 서로 직교되는 방향으로 형성되며, 각 유로채널(240a)(240b)은 외부 분리판(100)에 형성된 유로 형성홈(100b)과 소통된다. 각 유로채널(240a)(240b)의 폭은 동일하거나 유사한 크기로 배열된다. 이러한 내부 분리판(240)은 적층형 유닛셀(200)이 외부 분리판(100)의 안착홈(100a)에 삽입 안착되는 경우에 최종적으로 외부 분리판(100)과 접합된다. 이러한 내부 분리판(240)은 지지체(230)와 동일한 소재로 제작될 수 있다.
이하에서는, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정을 나타낸 공정도이다.
먼저, 상대적으로 두꺼운 연료극(212)의 일면에 전해질(211)이 코팅되어 소결된 연료극 소결체를 제조한다(S1). 이때의 제조방법은 통상의 세라믹스 단전지 제조방법에 따라 제조된 소결체를 의미한다.
이어서, 완충부재(220)의 양면(상,하면)에 다공성 및 도전 특성을 갖는 슬러리 접합재(221)(222)를 도포한 후 연료극 소결체와 및 지지체(230)를 각각 접합 소 결한다(S2). 마찬가지로 이 지지체(230)는 뒤이어서 내부 분리판(240)과 접합(결합)된다. 완충부재(220)에 연료극 소결체와 지지체(230) 및 내부 분리판(240)의 접합 후 소결은 금속인 경우는 환원분위기에서 도전성 세라믹스의 경우는 공기중에서 400℃∼1600℃의 고온으로 이루어진다. 한편, 열처리를 생략하여도 그대로 적층된다면 고온의 스택운전 중에도 소결이 진행되므로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이후, 전해질(211)의 표면에 공기극(213)을 프린팅하거나 부착한 후 열처리함으로써, 적층형 유닛셀(200)이 완성된다(S3). 이때의 프린팅 조건은 통상의 프린팅법을 따르며 금속계의 완충부재와 지지체를 사용한 경우는 열처리를 하지 않거나 환원분위기에서 행하며 그 외는 통상 공기중에서 수행하며 500℃∼1400℃ 내에서 정하여 수행한다.
이와 같이 완성된 적층형 유닛셀(200)을 외부 분리판(100)에 형성된 안착홈(100a)에 거치한 후, 도전성 접합재를 이용해 외부 분리판(100)과 접합, 열처리함으로써 조립이 완료된다(S4). 이렇게 외부 분리판(100)에 적층형 유닛셀(200)의 조립이 완료되면, 이러한 복수개의 적층형 유닛셀(200) 및 집전체, 밀봉재를 포함한 복수개의 외부 분리판(100)을 적층하여 조립함으로써 연료전지 스택이 완성된다(S5).
이 때, 연료극 및 전해질의 두께, 그리고 각 구성물들을 접합하는 접합층의 두께를 정밀하게 제어하기란 매우 어렵기 때문에 적층형 유닛셀(200)의 표면이 수평을 이루지 못하고 굴곡(서로간의 높이 차이를 가질)질 수 있다.
이처럼 외부 분리판(100)에 삽입되는 적층형 유닛셀(200) 표면이 굴곡지게 되면 위쪽에 적층되는 상부 외부 분리판(100) 또는 내부 분리판(240)과의 접촉이 제대로 이루어지지 못하여 집전이 어렵게 된다.
그런데, 본 발명에서는 단전지(210)와 지지체(230) 사이에 위치되는 완충부재(220)가 완충역할을 함으로써, 외부 분리판(100) 또는 내부 분리판(240)과의 적층시 적층형 유닛셀(200) 표면의 굴곡차(높이차)를 상쇄하게 된다. 따라서 외부 분리판(100)에 조립된 적층형 유닛셀(200)의 표면이 상부 외부 분리판(100) 또는 내부 분리판(240)과 균일하게 밀착되어 원활한 집전이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 원하는 만큼 수직으로 적층하여 스택(Stack)으로 구성할 수 있는데, 이 때 스택이 적절히 작동(발전)되도록 외부 반응가스의 유입과 배출이 용이해야 한다. 이를 위해 내부 매니폴드(inner manifold) 또는 외부 매니폴드(external manifold)를 스택 구성에 포함할 수 있는데, 외부 매니폴드의 경우는 도 1에서와 같이 반응가스 유로와 연결되는 홈 또는 채널을 갖는 외부 분리판을 갖을 수 있으며 복수 배수열형(어레이형, array) 스택구조에서는 외부 분리판이 격자구조로 배치되어야 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 분해사시도이다. 본 실시예에서 적층형 유닛셀의 구성과 고체산화물 연료전지의 제조공정은 본 발명의 일 실시예에서와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는, 복수 개의 안착홈(100a)이 형성되며 적층형 유닛셀(200)이 복수배열(어레이형)로 적층되는 외부 분리판(100), 및 외부 분리판(100)의 각 안착홈(100a)에 조립되는 복수 개의 적층형 유닛셀(200)을 포함한다. 외부 분리판(100)의 측면에는 유로를 형성하는 복수 개의 유로 형성홈(100b)이 각각 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물 연료전지에 따르면, 연료극 및 전해질의 두께, 그리고 각 구성물들을 접합하는 접합층의 두께를 정밀하게 제어하기란 매우 어렵기 때문에 동일층에 위치되는 적층형 유닛셀(200)들 사이에는 높이차가 발생하게 된다.
이처럼 외부 분리판(100)에 안착되는 적층형 유닛셀(200)들의 높이에 편차가 있게 되면, 위쪽에 적층되는 상부 외부 분리판(100) 또는 내부 분리판(240)과의 접촉이 제대로 이루어지지 못하여 집전이 어렵게 된다.
그런데, 본 발명에서는 단전지(210)와 지지체(230) 사이에 위치되는 완충부재(220)가 완충역할을 함으로써, 외부 분리판(100) 적층시 적층형 유닛셀(200)들 사이의 높이차를 상쇄하게 된다. 따라서, 동일층에 위치한 모든 적층형 유닛셀(200)들이 상부 외부 분리판(100) 또는 내부 분리판(240)과 균일하게 밀착되어 집전이 가능하게 되며, 금속재 또는 전도도가 높은 세라믹 등으로 된 완충부재(220) 자체의 높은 전도도로 인해 집전효율이 뛰어나다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀을 나타낸 분해사시도이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀(200)은, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예의 적층형 유닛셀(200)에서 완충부재(220)의 위치가 변경된 형태를 보인다. 즉, 본 실시예에서는 완충부재(220)가 지지체(230)와 내부 분리판(240) 사이에 위치된다.
본 실시예에서의 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질이 코팅된 연료극 소결체 제조단계, 연료극 소결체에 지지체(230)를 접합하는 단계, 연료극 소결체 및 지지체(230)를 내부 분리판에 안착시키는 단계를 포함함에 있어서, 지지체(230)와 내부 분리판(240) 사이에 완충부재(220)를 접합하는 단계를 더 포함한다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀을 나타낸 분해사시도.
본 발명의 제4실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀(200)은, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예의 적층형 유닛셀(200)에서 지지체가 생략된 형태를 보인다. 즉, 본 실시예에서는 완충부재(220)가 단전지(210)와 내부 분리판(240) 사이에 위치된다. 이 때, 내부 분리판(240)이 지지체의 역할을 대신하게 된다.
본 실시예에서의 고체산화물 연료전지의 제조방법은, 전해질이 코팅된 연료극 소결체 제조단계, 연료극 소결체를 내부 분리판에 안착시키는 단계를 포함함에 있어서, 연료극 소결체와 내부 분리판(240) 사이에 완충부재(220)를 접합하는 단계를 더 포함한다.
본 실시예에서와 같이 지지체를 제거하는 경우 가스분포 및 집전체 효과는 감소할 수 있으나, 지지체의 제거로 인해 적층형 유닛셀의 높이가 감소되어 전체적인 스택의 높이를 줄일 수 있어 컴팩트한 스택제작이 용이하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다. 예컨대, 본 발명은 고체산화물 연료전지를 전기 생산이 아닌 역반응으로 수소 및 연료유체를 생산하는 고체산화물 전해조(SOEC, Solid Oxide Electrolyzing Cell)로 사용하는 경우에도 포함된다. 또한 앞서서 상세히 언급한 연료극 지지체형 고체산화물 연료전지가 아닌, 전해질 지지체형 고체산화물 연료전지 또는 공기극 지지체형 고체산화물 연료전지도 같은 방법과 개념으로 각각의 단전지와 그 지지체내지는 단전지와 직접적으로 완충부재를 접촉하여 거치됨으로써 높이차이를 상쇄하는 효과로 전기적접촉 저항을 낮추고 집전효과를 극대화할 수 있기에 이 또한 본 발명의 범주에 속한다 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 분해사시도.
도 2는 도 1에 도시된 적층형 유닛셀의 분해사시도.
도 3은 도 1에 도시된 적층형 유닛셀의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 제조공정을 나타낸 공정도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 분해사시도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀을 나타낸 분해사시도.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 적층형 유닛셀을 나타낸 분해사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 외부 분리판 200 : 적층형 유닛셀
210 : 단전지 211 : 전해질
212 : 연료극 213 : 공기극
220 : 완충부재 221, 222 : 슬러리 접합재
230 : 지지체 240 : 내부 분리판

Claims (22)

  1. 전해질, 상기 전해질의 양면에 각각 접합되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 단전지; 및
    상기 단전지와 접합되며 신축성을 갖는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단전지 및 완충부재가 거치되는 내부 분리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단전지, 완충부재 및 내부 분리판을 포함하는 적층형 유닛셀이 안착 조립되는 외부 분리판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외부 분리판은 상기 적층형 유닛셀이 복수열로 적층되는 복수 배열형(어레이형)인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층형 유닛셀은, 상기 완충부재에 접합되어 상기 단전지와 완충부재를 지지하는 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지체의 소재는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 완충부재는 다공성이면서 도전성을 갖는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 완충부재는 메쉬, 펠트 또는 프리폼 형태인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 완충부재의 소재는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 완충부재는 다공성이면서 도전성을 갖는 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 완충부재는 메쉬, 펠트 또는 프리폼 형태인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 완충부재의 소재는 금속, 세라믹 또는 금속-세라믹 복합체인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  13. 전해질, 상기 전해질의 양면에 각각 접합되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 단전지,
    상기 단전지를 지지하는 지지체;
    상기 단전지 및 지지체가 거치되는 내부 분리판; 및
    상기 지지체와 내부 분리판 사이에 위치되는 신축성을 갖는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  14. 전해질, 상기 전해질의 양면에 각각 접합되는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)을 포함하는 단전지;
    상기 단전지가 거치되는 내부 분리판; 및
    상기 단전지와 내부 분리판 사이에 위치되는 신축성을 갖는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  15. 전해질이 코팅된 연료극 또는 공기극 소결체를 제조하는 단계; 및
    상기 연료극 또는 공기극 소결체에 신축성을 갖는 완충부재를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 완충부재에 지지체를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 지지체에 내부 분리판을 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질의 표면에 공기극 또는 연료극을 코팅하거나 접합하여 적층용 유닛셀을 완성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적층용 유닛셀을 외부 분리판에 조립하고, 외부 분리판을 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 외부 분리판은 상기 적층형 유닛셀이 복수열로 적층되는 복수 배열형(어레이형)인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  21. 전해질이 코팅된 연료극 또는 공기극 소결체 제조단계, 상기 연료극 또는 공기극 소결체에 지지체를 접합하는 단계, 상기 연료극 또는 공기극 소결체 및 상기 지지체를 내부 분리판에 안착시키는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 있어서,
    상기 지지체와 상기 내부 분리판 사이에 완충부재를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  22. 전해질이 코팅된 연료극 또는 공기극 소결체 제조단계, 상기 연료극 또는 공기극 소결체를 내부 분리판에 안착시키는 단계를 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 있어서,
    상기 연료극 또는 공기극 소결체와 상기 내부 분리판 사이에 완충부재를 접 합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
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