KR20110085848A

KR20110085848A - 연료전지 모듈

Info

Publication number: KR20110085848A
Application number: KR1020100080289A
Authority: KR
Inventors: 서준원; 김잔디; 이승태; 권호진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2011-07-27
Also published as: KR101230165B1; JP5337784B2; CN102136584A; CN102136584B; JP2011151000A; US9147887B2; US20110177431A1; EP2348566A1; EP2348566B1

Abstract

본 발명은 집전효율이 향상된 연료전지 모듈에 관한 것으로, 중심축으로부터 직경방향으로 제1전극층, 전해질층 및 제2전극층을 구비한다. 그리고 제1집전체는 막대형상 또는 도선 형상으로 형성되고, 상기 단위 셀 외주면에 중심축과 평행하게 구비되며, 상기 단위 셀의 외주면과 면접촉하도록 곡면이 형성된다. 제2집전체는 상기 단위 셀의 외주면 및 상기 제1집전체의 외측면에 권선된다.
본 발명에 의한 연료전지 셀은 연료전지 셀과 접촉하는 면이 선접촉이 아닌 면접촉을 하도록 함으로써 접촉저항을 줄일 수 있으며, 그 구조 및 단면적 등의 특성을 최적화 함으로써 연료 또는 공기의 반응 효율과 집전효율을 최적화 시킬 수 있다.

Description

연료전지 모듈{Fuel cell module}

본 발명은 연료전지의 집전효율을 개선하기 위한 것으로 보다 상세하게는 연료전지 단위 셀의 집전체에 관한 것이다.

일반적인 연료전지들은 그 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 적당한 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 고체산화물 연료전지는 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. 또한, 고체산화물 연료전지는 600~1000℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적을 뿐만 아니라, 연료 개질기를 필요로 하지 않고 복합발전이 가능하다는 여러 가지 장점을 지니고 있다.

한편, 이러한 고체산화물 연료전지는 단위 셀만으로는 충분한 전압을 얻을 수 없는 바, 필요에 따라 스택 형태로 단위 셀을 연결하여 사용하는데, 크게 튜브형과 평판형의 두 가지 형태로 구분된다. 이들 중 튜브형은 평판형에 비하여 스택 자체의 전력밀도는 다소 떨어지나, 시스템 전체의 전력밀도는 비슷한 것으로 평가되고 있다. 또한, 튜브형은 스택을 구성하는 단위 셀들의 밀봉이 용이하고, 열응력에 대한 저항성이 강한 동시에 스택의 기계적 강도가 높아 대면적 제조가 가능하다.

그리고, 튜브형 고체산화물 연료전지는 공기극을 지지체로 사용하는 공기극 지지체식 연료전지와 연료극을 지지체로 사용하는 연료극 지지체식 연료전지의 두 종류로 구분된다. 한편 종래의 집전체로는 Ni, Ag 등으로 형성된 와이어로 공기극을 감아서 집전하는 방식이 이용되고 있는 상황이다.

본 발명의 과제는 연료전지의 단위 셀과 집전체사이의 접촉저항을 감소시키는 수단을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 과제는 집전체의 표면적을 증가시키는 별도의 수단을 제공하면서 동시에 이러한 별도의 수단의 접촉저항을 감소시키는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 곡면으로 형성된 외주면을 갖는 연료전지 단위 셀; 상기 단위 셀의 외주면과 마주하는 내주면이 곡면으로 형성되고 상기 단위 셀의 외주면상에 구비된 제1집전체; 및 상기 제1집전체 및 단위 셀의 외주면상에 권선된 제2집전체;를 포함하고, 상기 제1집전체의 내주면은 상기 단위 셀의 외주면과 상호 매칭되는 형태를 갖는 연료전지 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명에서 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀의 외주면의 곡률반경의 90%~110% 사이로 형성한다. 그리고 제1집전체 내주면의 곡률반경 크기는 단위 셀 외주면의 곡률반경 크기와 동일하거나 작게 형성한다.

또한, 본 발명에서는 상기 제1집전체 내주면은 상기 단위 셀의 외주면으로 압입된다. 상기 압입되는 깊이는 10 μm 내지 100 μm의 범위가 바람직하다.

또한 본 발명에서 단위 셀 외주면은 상기 제1집전체 외주면보다 연한(soft) 재질로 형성하여 제2집전체가 상기 제1집전체 내주면을 상기 단위 셀 외주면으로 압입하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 제2집전체가 상기 제1집전체에 권선될 때 상기 제2집전체는 상기 제1집전체외 외주면과 접촉되는 평탄면을 구비한다. 여기서 상기 상기 평탄면을 제외하고 상기 제2집전체는 실질적으로 원형, 사각형 또는 다각형의 어느 하나의 횡단면을 갖는다.

본 발명에서 상기 제1집전체는 상기 단위 셀의 중심축에 평행하게 길이방향을 따라 연장된 복수의 전도성 바 또는 전도성 와이어이다.

또한, 본 발명에서 상기 제1집전체는 상기 제2집전체의 횡단면적 이상으로 형성하며, 상기 제1집전체는 복수개로 형성되고 상기 제1집전체 횡단면적은 상기 제1집전체 권선수에 대한 제2집전체 권선수의 비에 상기 제2집전체 횡단면적을 곱한 것보다 작게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상기 제1집전체 횡단면적은 상기 제1집전체의 권선수에 대한 제2집전체의 권선수의 비에 상기 제2집전체 횡단면적을 곱한 것과 동일하게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 연료전지 모듈은 중공의 원통형상이고, 상기 제1집전체는 상기 단위 셀을 부분적으로 둘러싸서 형성가능하다.

또한, 상기 제2집전체는 상기 단위 셀과 접촉될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 제1전극층, 제2전극층 및 상기 제1전극층과 제2전극층사이에 개재된 전해질을 포함하고 곡면으로 형성된 외주면을 갖는 연료전지 단위 셀; 상기 단위 셀의 외주면과 마주하는 내주면이 곡면으로 형성되고 상기 단위 셀의 외주면상에 구비된 제1집전체; 및 상기 제1집전체 및 단위 셀의 외주면상에 권선된 제2집전체;를 포함하고, 상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면의 곡률반경의 90%~110%로 형성하는 연료전지 모듈을 제공한다.

또한, 상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면의 곡률반경보다 크게 형성한다.

또한, 상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면내로 압입될 수 있다.

또한, 상기 제1집전체 내주면 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면으로 압입되어 10 μm 내지 100 μm 깊이로 매립(embedding) 될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터, 본 발명에 의한 연료전지 셀은 연료전지 셀과 접촉하는 면이 선접촉이 아닌 면접촉을 하도록 함으로써 접촉저항을 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 제1집전체와는 별도로 제2집전체를 구비하고 동시에 제2집전체와 제1집전체가 면접촉을 하도록 함으로써 종래에 비하여 집전 효율이 향상된다.

도 1a은 본 발명에 의한 연료전지 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 연료전지 단위 셀의 일부에 관한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제1집전체의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 제1집전체의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이다.
도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이다.
도 5는 제1 집전체가 단위 셀 외주면 상에서 눌려 파 묻힌 모습을 나타내는 개략도이다.
도 6a는 본 발명에 의한 제2집전체의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2집전체의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제2집전체, 제1집전체 및연료전디 단위 셀의 단면을 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 ‘상하좌우’ 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.

일반적인 연료전지는 연료를 개질하여 공급하는 연료변환기(개질기 및 반응기)와 연료전지 모듈로 구성된다. 여기서 연료전지 모듈은 화학적 에너지를 전기화학적인 방법으로 전기에너지와 열에너지로 전환하는 연료전지 스택을 포함한 어셈블리(Assembly)를 말한다. 즉 연료전지 모듈은 연료전지 스택; 연료, 산화물, 냉각수, 배출물 등이 이동하는 배관 시스템; 스택에 의해 생산된 전기가 이동하는 배선; 스택의 제어 혹은 모니터링을 위한 부분; 스택의 이상(Abnormal) 상태 발생시 조치를 위한 부분 등을 포함한다.

본 발명은 이 중에서도 단위 셀에서 산화반응에 의하여 발생한 전자를 외부도선과 연결하여 전달하는 부분인 집전체와 단위 셀의 구조에 관한 것이다. 이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1a은 본 발명에 의한 연료전지 단위 셀을 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 연료전지 단위 셀의 일부에 관한 횡단면도이다.

도 1a와 도 1b를 참조하면, 본 발명에 의한 연료전지 모듈(10)은 단위 셀(100), 제1집전체(110) 및 제2집전체(120)를 도시한다. 여기서 상기 제1집전체(110)는 복수개로 형성된 것을 포함하는 것으로 정의한다.

단위 셀(100)은 연료변환기(미도시)로부터 개질된 연료를 공급받아 산화반응에 의하여 전기를 생산하는 구성으로서 본 실시예에서는 중공의 원통형으로 형성되어 있다. 원통형 연료전지의 경우 원통 내주면과 외주면에 전기극층으로서 연료극인 제1전극(101)과 공기극인 제2전극(103)이 형성되고 상기 두 전극층 사이에 전해질층(102)이 형성된다. 목적에 따라 내부층인 제1층에 연료극, 외부층인 제2층에 공기극이 형성될 수 있으며 그 반대의 경우도 가능하다. 본 발명의 경우에는 두 가지 경우 모두 포함한다.

도 2는 본 발명에 의한 제1집전체의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 제1집전체의 모습을 나타내는 평면도이다.

상기 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 제1집전체(110)에 대하여 설명한다.

제1집전체(110)는 도 1a에 도시된 바와 같이 긴 막대형상 또는 도선 형상으로 제작될 수 있다. 제1집전체는 단위 셀(100)의 중심축에 평행한 방향으로 배열하여 단위 셀(100)의 외주면에 접촉시켜 형성한다.

이 경우 종래에는 단면이 원형인 도선을 접촉시키거나 권선하는 수준에 머물러 단위 셀 외주면과 집전체 간에는 선접촉이 이루어 졌다. 이러한 이유로 집전체에 의하여 집전되는 전하량에 비하여 접촉저항이 상대적으로 컸다. 본 실시예에서는 단위 셀(100)의 외주면과 제1집전체(110)의 내측면이 면접촉을 하도록 곡면을 형성하는 데 가장 큰 특징이 있다.

도 4a는 본 발명에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이다. 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제1집전체와 연료전지 단위 셀의 접촉형상을 나타내는 개략도이다.

상기 곡면 또는 굴곡면에 대하여 도 4a 내지 도 4c를 참조로 설명한다. 본 발명에서는 굴곡면의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경과 정확히 일치하여 완벽한 면접촉(S1)이 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우에는 접촉면적이 넓어짐에 따라 접촉저항이 감소하게 된다. 다만 제1집전체(110)를 도선이나 긴 막대의 형태로 제작함에 있어서 일정한 곡률반경을 갖도록 정밀하게 가공하는 것은 기술적으로나 경제적으로 어렵다.

따라서 제1집전체를 제조하는 과정에서는 제1집전체(110) 내측의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경과 정확히 일치하거나 적어도 그 곡률반경의 오차범위가 10%내가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 오차 범위가 10% 이상 커지는 경우에는 후술할 제2집전체의 권선에 의한 조임에 의하더라도 면접촉이 발생할 여지가 줄어들게 된다. 이와 관련된 상세한 설명은 후술한다.

한편, 제1집전체(110) 내측의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경에 비하여 큰 경우를 도 4b, 작은 경우를 도 4c에 각각 개략적으로 도시하였다. 도 4b에 도시된 바와 같이 제1집전체(110) 내측의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경에 비하여 큰 경우에는 단위 셀(100)과 제1집전체(110)가 선접촉(P1)을 하게 되고, 이에 비하여 도 4c에 도시된 바와 같이 제1집전체(110) 내측의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경에 비하여 작은 경우에는 두 배의 선접촉(P2, P3)이 이루어지게 된다. 따라서 면접촉이 이루어지거나 오차를 고려하더라도 제1집전체(110)의 곡률반경이 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경과 10% 오차범위에서 작도록 형성하여 두배의 선접촉이 이루어지도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 제1집전체(110)의 곡률반경은 상기 제1집전체(110)가 배치된 단위 셀(100)의 곡률반경과 그 곡률반경의 크기 차이가 10% 보다 큰 것은 바람직하지 않다. 또한, 본 발명에서 도 4b의 경우 도 4를 대체하여 이용할 수 있다 이는 제1집전체(110)가 상기 단위 셀(100)의 둘레와 보다 밀착되어 매칭되기 위한 곡면 또는 굴곡면으로 상기 제1집전체(110)의 내주면을 밀착시킬 수 있기 때문이다.

다른 한편, 후술할 제2집전체(120)의 권선 강도가 강해지면 제1집전체(110)가 단위 셀(100)의 중심축 방향으로 힘을 받게 된다. 이러한 권선 강도가 더욱 강해지면 도 5에 도시된 바와 같이 제1집전체(110)의 내측면이 단위 셀(100) 외주면상에서 일정 깊이 눌려서 파고들게 된다. 높은 가동온도로 운전되는 연료전지의 특성 상 공기극의 재료로는 백금, 팔라듐, 은과 같은 귀금속, 전기전도성을 가지고 있는 산화물, 최근 연구되고 있는 perovskite 구조의 LaMnO₃ 및 LaCoO₃계에 첨가물이 첨가된 물질들 및 보다 낮은 작동온도에서의 전극활성 증가를 위해 사용되는 La₀ _.6Sr₀ _.4Co₀ _.2Fe₀ _.8O₃, Ba₀ _.5Sr₀ _.5Co₀ _.8Fe₀ _.2O₃ _-δ, Sm_0.5Sr_0.5CoO₃와 같은 이온/전자전도성 혼합 전도체(mixed ionic/electronic conductors, MIEC) 등이 주로 사용된다. 이와 같은 주 공기극 재료는 집전체로 주로 사용되는 니켈와이어에 비하여 성질이 무르기 때문에 단위 셀(100)의 최외곽층이 공기극인 경우 제1집전체(110)가 외력에 의하여 단위 셀(100) 외주면으로 눌려서 파묻히는 현상이 발생하게 된다. 또한 연료극 재료로는 Ni를 포함하는 cermet, 주로 Ni-YSZ cermet이나. Ni-GDC cermet이 많이 사용되는 데 이 또한 제조과정 및 결합강도가 니켈 와이어가 주로 사용되는 제1집전체에 비하여 약하기 때문에 같은 현상이 발생할 수 있다.

이렇게 제1집전체(110)가 단위 셀(100)의 외주면에 파묻히게 되는 ,즉 매립 또는 임베딩(embedding) 되는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 매립되는 정도 또는 제1집전체(100)가 단위 셀(100)의 외주면내로 어느 정도의 깊이를 가지고 매립되는 가에 따라 그 면접촉이 증가하게 된다. 이 때 제1집전체(110)가 단위 셀 외주면으로부터 눌려 삽입된 깊이는 10μm 내지 100μm정도가 적당하다. 수 μm에 불과한 경우에는 면접촉이 이루어지는 수준이 미미하며, 100μm 이상인 경우에는 제2집전체(120)에 부하되는 장력이 커져서 파단이 발생할 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같은 본 발명의 일실시예에서는 제1집전체(110)의 곡률반경은 단위 셀(100) 외주면의 곡률반경 보다 크다. 이와 같은 제1집전체(110)의 곡률반경을 크게 형성하여 제1집전체의 내주면이 단위 셀(100)에 외주면내로 압입될 수 있게 한다. 더구나 제1집전체(100)의 내주면은 실질적으로 'V" 형태를 갖게 되며 'V'의 팁(tip) 이나 바닥점은 단위 셀의 외주면과 마주하여 압입되는 형태를 가질 수 있게 된다. 이리하여 제1집전체(110)의 'V'형상은 상기 단위 셀의 외주면에 보다 용이하고 압입되는 것이 가능하다.

한편, 제1집전체(110)의 외주면에는 단위 셀의 원주 방향으로 곡률을 갖는 곡면이 형성된다. 이 때 제1집전체(110) 외주면의 곡률을 일정하게 형성하는 것이 후술할 제2집전체(120)와의 접촉면적을 증가시키는데 유리하다.

또한 제1집전체(110)의 외측면의 곡률반경이 작아질수록 제2집전체(120)와의 접촉면적이 감소하기 때문에 제1집전체(110)의 외측면의 곡률반경은 상기 연료전지 단위 셀의 곡률반경과 같거나 크게 형성하는 것이 바람직하다.

도 6a는 본 발명에 의한 제2집전체의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2집전체의 단면을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제2집전체, 제1집전체 및 연료전디 단위 셀의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 6a를 참조하여 제2집전체(120)를 설명한다. 도 6a 내지 도 6c는 제2집전체(120)의 단면 형상을 도시한 것이다.

제2집전체(120)는 기존의 집전체와 같이 와이어 형태로 형성되어 단위 셀(100)의 외주면 및 상기 제1집전체(110)의 외측면에 권선된다. 이 때 제2집전체의 외주면에는 도 6a에 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 평탄면(121)이 형성되어 단위 셀(100) 및 제1집전체(110)의 외부에 권선되는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 제1집전체(110)의 외측면과 면접촉을 하게 된다.

이러한 면접촉이 이루어짐으로써 종래에 비하여 접촉저항이 감소하게 되고, 결과적으로 권선 수를 감소하더라도 집전효율면에서 동일하거나 더 나은 효과를 얻을 수 있게 된다.

제2집전체(120)의 단면 형상은 접촉면(121)의 형상이 중요한 요소이며 그 이외의 부분 형상은 중요하지 않다. 즉, 도 6a와 같이 접촉면(121) 이외의 형상이 원형이거나 곡면이어도 상관없으며, 도 6b 또는 도 6c와 같이 단면이 직각 사각형이거나 불규칙한 사각형 또는 다각형이라도 결과적으로는 큰 영향이 없다. 즉, 도 6a에 도시된 제2집전체(120)는 평탄표면 또는 평탄측면(121)을 구비하여 제2집전체(120)가 제1집전체(110)에 권선될 때 제1집전체(110)의 외주면에 접촉되도록 형성된다. 도 6a에서 평탄면(121)을 제외하고, 제2집전체(120)는 실질적으로 원형의 횡단면 또는 원형모양을 갖게된다. 도 6b는 평탄면(121)을 제외하고 제2집전체(120)가 실질적으로 사각의 횡단면 또는 사각형 형태를 가진다. 도 6b에서 평탄면(121)을 제외하고 제2집전체(120)는 실질적으로 다각형 또는 비대칭 사각형의 횡단면 형태를 갖게 된다.

한편, 제1집전체(110)와 제2집전체(120)가 전자의 이동로 역할을 하고, 제1집전체(110)수가 제2집전체(120)의 권선수보다 적기 때문에 제1집전체(110)의 단면적은 제2집전체(120)의 단면적보다 커야 한다. 이 경우 제1집전체의 단면적을 D1 개수를 N1이라 하고, 상기 제2집전체의 단면적을 D2 권선수를 N2라 할 때, 상기 제1집전체의 단면적 D1은 아래 식 1과 같은 범위에서 결정될 수 있다.

즉 단위 셀(100)과 제1집전체(110)의 접촉면적은 제1집전체(110)의 개수에 비례하고, 제1집전체(110)와 제2집전체(120)의 접촉면적은 제2집전체(120)의 권선수에 비례하기 때문에 이동하는 전자의 통로역할을 하는 상술한 두 접촉면적의 균형을 위해서는 위와 같은 식을 만족해야 한다.

또한 도 7을 보면 제1집전체(110)가 단위 셀(100)의 일부 영역을 따라서만 형성되어 있다. 그리고 제2집전체(120)는 상기 단위 셀(100)에 접촉된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 집전효율이 향상된 연료전지 모듈로 구현될 수 있다.

10 : 연료전지 모듈
100 : 단위 셀
101 : 제1전극
102 : 전해질층
103 : 제2전극
110 : 제1집전체
120 : 제2집전체

Claims

곡면으로 형성된 외주면을 갖는 연료전지 단위 셀;
상기 단위 셀의 외주면과 마주하는 내주면이 곡면으로 형성되고 상기 단위 셀의 외주면상에 구비된 제1집전체; 및
상기 제1집전체 및 단위 셀의 외주면상에 권선된 제2집전체;를 포함하고,
상기 제1집전체의 내주면은 상기 단위 셀의 외주면과 상호 매칭되는 형태를 갖는 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀의 외주면의 곡률반경의 90%~110% 사이로 형성하는 연료전지 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면의 곡률반경과 동일하거나 작게 형성하는 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면은 상기 단위 셀의 외주면으로 압입되는 연료전지 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면은 10μm 내지 100μm 깊이로 상기 단위 셀 외주면으로 압입되는 연료전지 모듈.
제4항에 있어서,
상기 단위 셀 외주면은 상기 제1집전체 외주면보다 연한(soft) 재질로 형성되는 연료전지 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제2집전체는 상기 제1집전체 내주면을 상기 단위 셀 외주면으로 압입하도록 형성되는 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2집전체가 상기 제1집전체에 권선될 때 상기 제2집전체는 상기 제1집전체외 외주면과 접촉되는 평탄면을 구비하는 연료전지 모듈.
제8항에 있어서,
상기 제2집전체는 상기 평탄면을 제외하고 실질적으로 원형, 사각형 또는 다각형의 어느 하나의 횡단면을 갖는 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체는 상기 단위 셀의 중심축에 평행하게 길이방향을 따라 연장된 복수의 전도성 바 또는 전도성 와이어인 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체는 상기 제2집전체의 횡단면적 이상으로 형성하는 연료전지 모듈.
제11항에 있어서,
상기 제1집전체는 복수개로 형성되고 상기 제1집전체 횡단면적은 상기 제1집전체 권선수에 대한 제2집전체 권선수의 비에 상기 제2집전체 횡단면적을 곱한 것보다 작게 형성하는 연료전지 모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1집전체 횡단면적은 상기 제1집전체의 권선수에 대한 제2집전체의 권선수의 비에 상기 제2집전체 횡단면적을 곱한 것과 동일하게 형성하는 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 연료전지 모듈은 중공의 원통형상인 연료전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체는 상기 단위 셀을 부분적으로 둘러싸서 형성하는 연료전지 모듈.
제15항에 있어서,
상기 제2집전체는 상기 단위 셀과 접촉되는 연료전지 모듈.
제15항에 있어서,
제1전극층, 제2전극층 및 상기 제1전극층과 제2전극층사이에 개재된 전해질을 포함하고 곡면으로 형성된 외주면을 갖는 연료전지 단위 셀;
상기 단위 셀의 외주면과 마주하는 내주면이 곡면으로 형성되고 상기 단위 셀의 외주면상에 구비된 제1집전체; 및
상기 제1집전체 및 단위 셀의 외주면상에 권선된 제2집전체;를 포함하고,
상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면의 곡률반경의 90%~110%로 형성하는 연료전지 모듈.
제17항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면의 곡률반경보다 크게 형성하는 연료전지 모듈.
제18항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면의 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면내로 압입되는 연료전지 모듈.
제19항에 있어서,
상기 제1집전체 내주면 곡률반경은 상기 단위 셀 외주면으로 압입되어 10 μm 내지 100 μm 깊이로 매립되는 연료전지 모듈.