KR20110129513A - 고체산화물 연료전지 적층 구조물 - Google Patents

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Abstract

고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들 및 연결재를 포함한다. 복수의 평관형 단전지들 각각은 지지부, 제1 전지부 및 제2 전지부를 포함한다. 지지부는 유로를 구비한다. 제1 전지부는 지지부의 하부에 배치된 제1 연료극, 제1 연료극 하부에 배치된 제1 전해질 및 제1 전해질 하부에 배치된 제1 공기극을 구비한다. 제2 전지부는 지지부의 상부에 배치되고 제1 연료극과 이격된 제2 연료극, 제2 연료극 상에 배치된 제2 전해질 및 제2 전해질 상에 배치되고 제1 공기극과 이격된 제2 공기극을 구비한다. 연결재는 평관형 단전지들의 제1 전지부들과 상기 제2 전지부들을 전기적으로 연결한다. 이러한 고체산화물 연료전지 적층 구조물에 따르면, 고밀도의 전류 또는 고전압을 생성할 수 있다.

Description

고체산화물 연료전지 적층 구조물 {SOLID OXIDE FUEL-CELL STACKING STRUCTURE}
본 발명은 고체산화물 연료전지 적층 구조물에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 고밀도의 전류 또는 고전압을 생성할 수 있는 고체산화물 연료전지 적층 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지는 1세대 전지(건전지), 2세대 전지(충전지)에 이은 3세대 전지로 불리는 것으로, 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다.
이러한 연료 전지의 특징은 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 연속적으로 계의 바깥으로 제거되는 과정에서 반영구적으로 전기를 생산할 수 있고, 기계적 변환에서 발생하는 손실이 없기 때문에 에너지 효율이 매우 높다는 것이다. 또한, 상기 연료 전지는 화석연료, 액체연료, 기체연료 등 다양한 연료를 사용하며, 작동온도에 따라 저온형과 고온형으로도 나눈다.
이 중에서 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 : SOFC)는 이온 전도성을 갖는 고체 산화물을 전해질로 사용하는 연료 전지로써, 현존하는 연료 전지 중 가장 높은 온도(600 내지 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료 전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다.
또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점 때문에 상기 SOFC에 관한 연구는 21세기 초 상업화를 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.
상기 SOFC는 그 적층구조에 따라 크게 평판형, 튜브형 또는 이들을 혼합한 평관형 타입으로 구분될 수 있다. 최근, 평관형 SOFC를 적층하여 고전류 또는 고전압을 생성하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 고밀도의 전류 또는 고전압을 생성할 수 있는 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들 및 연결재를 포함한다. 복수의 평관형 단전지들 각각은 지지부, 제1 전지부 및 제2 전지부를 포함한다. 지지부는 유로를 구비한다. 제1 전지부는 지지부의 하부에 배치된 제1 연료극, 제1 연료극 하부에 배치된 제1 전해질 및 제1 전해질 하부에 배치된 제1 공기극을 구비한다. 제2 전지부는 지지부의 상부에 배치되고 상기 제1 연료극과 이격된 제2 연료극, 상기 제2 연료극 상부에 배치된 제2 전해질 및 상기 제2 전해질 상부에 배치되고 상기 제1 공기극과 이격된 제2 공기극을 구비한다. 연결재는 복수의 평관형 단전지들의 상기 제1 전지부들과 상기 제2 전지부들을 전기적으로 연결한다. 복수의 평관형 단전지들 각각은 제1 집전체 및 제2 집전체를 더 포함할 수 있다. 제1 집전체는 제1 전해질의 개구부를 통해 노출된 제1 연료극과 접촉하고, 제1 공기극과 이격되어 배치된다. 제2 집전체는 제2 전해질의 개구부를 통해 노출된 제2 연료극과 접촉하고, 제2 공기극과 이격되어 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 평관형 단전지들은 연속적으로 적층된 제1 및 제2 평관형 단전지들을 포함하고, 연결재는 제1 연료극 접촉부, 제1 공기극 접촉부 및 제1 연결부를 포함하는 제1 연결재를 포함할 수 있다. 제1 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제1 집전체에 전기적으로 연결된다. 제1 공기극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극에 전기적으로 연결된다. 제1 연결부는 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 제1 연료극 접촉부와 제1 공기극 접촉부를 전기적으로 연결한다.
연결재는 제2 연료극 접촉부, 제2 공기극 접촉부 및 제2 연결부를 포함하는 제2 연결재를 더 포함할 수 있다. 제2 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 제2 평관형 단전지의 제1 집전체 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 제2 평관형 단전지의 제1 집전체에 전기적으로 연결된다. 제2 공기극 접촉부는 제2 평관형 단전지의 제2 공기극에 전기적으로 연결된다. 제2 연결부는 제1 평관형 단전지의 제1 측면과 대향하는 제2 평관형 단전지의 측면 상에 배치되고, 제2 연료극 접촉부와 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결한다.
제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 각각 접촉하는 상기 제1 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성될 수 있고, 제2 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 제2 공기극 접촉부에도 다수의 돌기 또는 리세스가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 평관형 단전지들은 연속적으로 적층된 제1 및 제2 평관형 단전지들을 포함하고, 연결재는 제1 연결재, 제2 연결재 및 제3 연결재를 포함할 수 있다. 제1 연결재는 제1 연료극 접촉부, 제1 공기극 접촉부 및 제1 연결부를 포함한다. 제1 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제1 집전체와 전기적으로 연결된다. 제1 공기극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉한다. 제1 연결재는 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 제1 연료극 접촉부와 제1 공기극 접촉부를 전기적으로 연결한다. 제2 연결재는 제2 연료극 접촉부, 제2 공기극 접촉부 및 제2 연결재를 포함한다. 제2 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 제2 평관형 단전지의 제1 집전체 사이에 배치되고, 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉한다. 제2 공기극 접촉부는 제2 평관형 단전지의 제2 공기극에 전기적으로 연결된다. 제2 연결재는 제1 평관형 단전지의 제1 측면에 인접한 제2 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 제2 연료극 접촉부와 상기 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결한다. 제3 연결재는 제1 평관형 단전지와 제2 평관형 단전지 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 제2 평관형 단전지의 제1 공기극을 전기적으로 연결시키다. 제3 연결재는 베이스부 및 단차부를 포함할 수 있다. 베이스부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 제2 연료극 접촉부 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉하며, 제2 연료극 접촉부 및 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 이격되어 배치된다. 단차부는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하며, 제1 평관형 단전지의 제1 공기극 및 제2 연료극 접촉부와 이격되어 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 연결재는 제1 연결재 및 제2 연결재를 포함할 수 있다. 제1 연결재는 제1 연료극 접촉부, 제2 연료극 접촉부 및 제1 연결부를 포함할 수 있다. 제1 연료극 접촉부는 복수의 평관형 단전지들 중 제1 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉한다. 제2 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉한다. 제1 연결재는 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 제1 및 제2 연료극 접촉부를 전기적으로 연결한다. 제2 연결재는 제1 공기극 접촉부, 제2 공기극 접촉부 및 제2 연결재를 포함한다. 제1 공기극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉한다. 제2 공기극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉한다. 제2 연결재는 제1 측면에 대향하는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 측면 상에 배치되고, 제1 및 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결한다.
제1 연결재는 제1 평관형 단전지에 인접한 상기 복수의 평관형 단전지 중 제2 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉하고 제1 연결부에 전기적으로 연결된 제3 연료극 접촉부를 더 포함할 수 있다. 제2 연결재는 제2 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하고 제2 연결부에 전기적으로 연결된 제3 공기극 접촉부를 더 포함할 수 있다. 제2 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체 및 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉하고, 제2 공기극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 연결재는 다수의 연결 플레이트들, 제1 연결부 및 제2 연결부를 포함할 수 있다. 다수의 연결 플레이트들 각각은 절연 플레이트, 절연 플레이트 상에 형성된 공기극 접촉부 및 절연 플레이트 상에 공기극 접촉부와 이격되도록 형성된 연료극 접촉부를 포함할 수 있고, 복수의 평관형 단전지들 중 인접한 평관형 단전지들 사이에 배치될 수 있다. 제1 연결부는 다수의 연결 플레이트들의 공기극 접촉부들을 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 연결부는 다수의 연결 플레이트들의 연료극 접촉부들을 전기적으로 연결할 수 있다.
공기극 접촉부는 복수의 평관형 단전지들 중 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 제1 평관형 단전지에 인접한 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉할 수 있다. 연료극 접촉부는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체 및 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉할 수 있다. 제1 및 제2 연결부는 절연 플레이트의 마주보는 측면들에 형성된 공기극 접촉부 및 연료극 접촉부와 각각 접촉할 수 있다.
이러한 고체산화물 연료전지 적층 구조물에 따르면, 평관형 단전지들에 형성된 제1 전지부들 및 제2 전지부들을 다양한 방식으로 연결할 수 있고, 고밀도의 전류 또는 고전압을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 고체산화물 연료전지를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연결재를 나타낸 사시도이다.
도 3a는 공기극 접촉부의 표면 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 라인 A-A'을 따라 절단한 단면도들이다.
도 4a는 도 1 및 도 2에 도시된 연결재를 이용하여 적층된 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 제1 연결재의 사시도이다.
도 4c는 도 4a에 도시된 제2 연결재의 사시도이다.
도 4d는 도 4a에 도시된 제3 연결재의 사시도이다.
도 4e는 도 4a에 도시된 제4 연결재의 사시도이다.
도 5는 도 4a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 2에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 사시도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 제7 및 제8 연결재의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예 3에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 연결재를 도시한 사시도이다.
도 8c는 도 8a에 도시된 제2 연결재를 도시한 사시도이다.
도 8d는 도 8a에 도시된 제3 연결재의 사시도이다.
도 8e는 도 8a에 도시된 제4 연결재의 사시도이다.
도 9는 도 8a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이다.
도 11a는 도 10에 도시된 제1 및 제2 연결재의 사시도이다.
도 11b는 도 10에 도시된 제3 연결재의 사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 고체산화물 연료전지를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 제1 연결재의 사시도이다.
도 15는 도 13에 도시된 제2 연결재의 사시도이다.
도 16은 도 13 내지 도 15에 도시된 연결재를 이용하여 평관한 단전지를 적층한 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 분해 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 6에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 연결 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 20은 도 18에 도시된 제1 연결부의 사시도이다.
도 21은 도 18에 도시된 제2 연결부의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SOFC 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 고체산화물 연료전지를 설명하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 연결재를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 고체산화물 연료전지는 평관형 단전지(200) 및 연결재(100)를 포함한다.
평관형 단전지(200)는 지지부(210), 제1 전지부(230), 제2 전지부(250), 제1 집전체(270) 및 제2 집전체(290)를 포함한다. 본 출원에서, '평관형'이라는 용어는 고체산화물 연료전지를 단순히 분류하기 위한 것에 불과할 뿐, 고체산화물 연료전지의 형상을 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 출원에서, '단전지'라는 용어는 하나의 지지부에 형성된 유로에 통해 연료를 공급받는 연료전지 또는 연료전지들의 집합을 나타내는 것으로서 사용된다. 즉, 본 출원에서 사용되는 '단전지'는 단일 지지부의 양면에 형성된 제1 전지부와 제2 전지부가 하나의 전지로서 기능하는 경우뿐만 아니라, 각각 독립된 별개의 전지로서 기능하는 경우도 포함한다.
지지부(210)는 연료 가스가 이동할 수 있는 적어도 하나의 유로(211)를 갖는다. 지지부(210)의 양측에 형성된 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)에 상기 유로(211)를 통하여 수소(H2)를 포함하는 연료 가스가 공급된다.
본 발명의 일실시예에서, 지지부는 제1 방향(X)으로 연장되고, 제1 방향(X)에 실질적으로 수직한 제2 방향(Y)으로 서로 이격되어 배치되는 다수의 지지체들(210a, 210b)을 포함할 수 있다. 각각의 지지체들(210a, 210b)은 제1 방향(X)으로의 길이, 제2 방향(Y)으로의 폭 그리고, 제1 및 제2 방향(X, Y)에 수직한 제3 방향(Z)으로의 높이를 가질 수 있다. 지지체들(210a, 210b)의 길이 및 높이는 서로 동일한 것이 바람직하다. 예를 들면, 각각의 지지체들(210a, 210b)은 제1 방향(X)으로 길게 연장되는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 지지체들(210a, 210b) 중 최외곽에 배치되는 지지체들(210a)의 외부 측면은 곡면으로 이루어질 수 있다. 지지부(210)의 상하부에 형성되는 제1 및 제2 전지부(230, 250)를 지지하기 위하여, 지지체들(210a, 210b)의 상면들 및 하면들은 각각 동일 평면에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 지지부(210)의 제1 측면을 정의하는 지지체들(210a, 210b)의 제1 단부들은 동일 평면에 위치하고, 제1 측면에 대향하는 지지부(210)의 제2 측면을 정의하는 지지체들(210a, 210b)의 제2 단부들 역시 동일 평면에 위치하는 것이 바람직하다.
지지체들(210a, 210b)은 최외곽에 배치되는 2개의 제1 지지체들(210a) 및 제1 지지체들(210a) 사이에 배치되는 복수의 제2 지지체들(210b)을 포함할 수 있다. 제2 지지체들(210b)과 대향하는 제1 지지체들(210a)의 측면들에 의해 서로 마주보고 지지부(210)의 제1 및 제2 측면을 연결하는 지지부(210)의 제3 및 제4 측면들이 정의된다. 상기 제3 및 제4 측면들은 평면 또는 외부로 돌출되는 곡면일 수 있다. 제2 지지체들(210b)은 제1 지지체들(210a) 사이에서 서로 이격되도록 배치되고, 제1 및 제2 지지체들(210a, 210b) 사이의 이격 공간이 연료 가스가 이동하는 유로(211)로 기능한다. 즉, 유로(211)의 입구 및 출구는 지지부(210)의 제1 및 제2 측면들을 통하여 각각 외부로 개방될 수 있다. 구조적 안정성 및 연료가스의 밀봉을 위해, 제1 지지체들(21a)의 폭은 제2 지지체들(210b)의 폭보다 클 수 있다. 이와 달리, 제1 지지체들(210a)의 폭과 제2 지지체들(210b)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 지지부(210)는 지지체들(210a, 210b)의 하면들과 접촉하는 하부 지지 플레이트(210c) 및 지지체들(210a, 210b)의 상면들과 접촉하는 상부 지지 플레이트(210d)를 더 포함할 수 있다. 상부 지지 플레이트(210d) 및 하부 지지 플레이트(210c)는 유로(211)의 상부 및 하부를 각각 커버하도록 배치되고, 다공성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상부 지지 플레이트(210d) 및 하부 지지 플레이트(210c)는 지지부(210)의 강도를 보강하는 기능을 한다. 상부 지지 플레이트(210d) 및 하부 지지 플레이트(210c)는 지지체들(210a, 210b)과 일체로 형성되거나, 지지체들(210a, 210b)과 구별되는 기능층으로 형성될 수 있다.
지지부(210)는 세라믹, 금속 또는 이들의 혼합 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 지지부(210)는 알루미나(Al2O3), YSZ(Yttria Stabilized Zirconia), YSZ와 니켈(Ni)의 혼합물 등으로 이루어질 수 있다. 지지부(210)의 지지체들(210a, 210b)은 연료가스의 밀봉을 위해 기공이 없는 치밀한 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 지지부(210)가 하부 및 상부 지지 플레이트(210c, 210d)를 더 포함하는 경우, 제1 및 제2 전지부(230, 250)로 연료가스를 공급하기 위해, 하부 및 상부 지지 플레이트(210c, 210d)는 다공성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
제1 전지부(230)는 지지부(210)의 하부에 형성된다. 제1 전지부(230)는 제1 연료극(231), 제1 전해질(233) 및 제1 공기극(235)을 포함한다.
제1 연료극(231)은 지지부(210)의 하부에 배치되고, 지지부(210)에 형성된 유로(211)를 통해 직접 연료 가스를 공급받거나, 하부 지지 플레이(210c)틀 경유하여 연료가스를 공급받을 수 있다. 제1 연료극(231)은 연료 가스에 포함된 수소가 이동할 수 있도록 기공을 포함하는 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 연료극(231)은 니켈(Ni)과 이온 전도성의 세라믹 물질인 YSZ의 혼합물로 이루어질 수 있다.
제1 전해질(233)은 제1 연료극(231) 하부에 배치된다. 제1 전해질(233)은 높은 이온 전도성, 낮은 전기 전도성, 산화-환원 분위기에서의 안정성 및 우수한 기계적 특성을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 전해질(233)은 YSZ, (La, Sr)(Ga, Mg)O3, Ba(Zr,Y)O3, GDC(Gd doped CeO2), YDC(Y2O3 doped CeO2)과 같은 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 제1 전해질(233)은 8mol-YSZ로 이루어질 수 있다.
제1 공기극(235)은 제1 전해질(233) 하부에 배치되고, 외부에서 흐르는 산소(O2)를 포함하는 공기와 접촉한다. 제1 공기극(235)은 산소가 통과할 수 있도록 다공질 구조를 갖는 것이 바람직하다. 제1 공기극(235)은 란탄늄(Lanthanum; La), 스트론튬(Strontium; Sr) 및 망간(Manganese; Mn)의 혼합물인 LSM 또는 란탄늄(Lanthanum; La), 스트론튬(Strontium; Sr), 코발트(Cobalt; Co) 및 철(Iron; Fe)의 혼합물인 LSCF로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 전해질(233)의 면적은 제1 연료극(231)의 면적 및 제1 공기극(235)의 면적보다 클 수 있다. 또한, 제1 연료극(231)의 면적은 제1 공기극(235)의 면적보다 클 수 있다. 예를 들면, 제1 연료극(231)은 제1 전해질(233)에 의해 완전히 덮일 수 있고, 제1 공기극(235)은 제1 전해질(233)의 일부만을 덮도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전해질(233)은 지지체들(210a, 210b)의 하면들을 완전히 덮도록 형성될 수 있고, 제1 공기극(235)은 유로(211)의 입구 및 출구가 형성된 지지부(210)의 제1 및 제2 측면들 사이의 중앙 영역에만 형성될 수 있다. 즉, 지지부(210)의 제1 측면과 제1 공기극(235) 사이의 위치하는 제1 전해질(233)의 일부 영역 및 지지부(210)의 제2 측면과 제1 공기극(235) 사이에 위치하는 제1 전해질(233)의 일부 영역은 제1 공기극(235)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 지지부(210)의 제1 측면과 제1 공기극(235) 사이의 위치하는 제1 전해질(233)의 일부 영역 및 지지부(210)의 제2 측면과 제1 공기극(235) 사이에 위치하는 제1 전해질(233)의 일부 영역에는 후술될 제1 집전체(273)가 형성될 개구부가 형성될 수 있다.
제2 전지부(250)는 지지부(210)의 상부에 형성된다. 제2 전지부(250)는 지지부(210) 상부에 배치된 제2 연료극(251), 제2 연료극(251) 상부에 배치된 제2 전해질(253) 및 제2 전해질(253) 상부에 배치된 제2 공기극(255)을 포함한다.
제2 연료극(251)은 제1 연료극(231)과 이격되어 있고, 제2 공기극(255)은 제1 공기극(235)과 이격될 수 있다. 즉, 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)는 각각 독립된 별개의 전지로서 기능할 수 있다. 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)는 지지부(210)를 기준으로 서로 상하 대칭적인 구조를 갖고, 제2 전지부(250)의 구성요소는 제1 전지부(230)의 구성요소와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제2 전지부(250)에 대한 구체적인 설명은 제1 전지부(230)에 대한 설명으로 대신한다.
이온 전도성을 갖는 제1 및 제2 전해질(233, 253)은 제1 및 제2 공기극(235, 255)에 공급된 산소 이온을 제1 및 제2 연료극(231, 251)에 각각 전달하고, 제1 및 제2 전해질(233, 253)을 경유한 산소 이온은 제1 및 제2 연료극(231, 251)에 존재하는 수소(H2)와 각각 결합하여 물(H2O)과 전자를 생성하게 된다. 이와 같은 반응에 의해 제1 및 제2 전지부(230, 250)는 전압/전류를 생성하게 되는 것이다.
제1 집전체(270)는 제1 연료극(231)을 노출시키는 제1 전해질(233)의 개구부 내부에 형성된다. 제1 집전체(270)는 제1 연료극(231)에서 생성된 전자를 외부로 집전하기 위한 부재로서 도전성 물질로 이루어지고, 제1 연료극(231)과 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 제1 집전체(270)는 도전성 세라믹, 금속, 서멧(cermet) 등으로 형성될 수 있다.
제1 연료극(231)과 전기적으로 연결되는 제1 집전체(270)는 제1 공기극(235)과 전기적으로 연결되어서는 안되므로, 제1 집전체는 제1 공기극(235)과 이격되어 배치된다. 제1 집전체(270)는 단일 부재로 형성될 수도 있으나, 전자의 이동 거리를 줄이기 위해 제1 공기극(235)을 사이에 두고 서로 이격된 두 개의 부재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 공기극(235)이 지지부(210)의 제1 및 제 2측면 사이에 위치한 제1 전해질(233)의 중앙 영역 상부에만 형성된 경우, 제1 전해질(233)의 개구부는 지지부(210)의 제1 측면과 제1 공기극(235) 사이의 영역 및 지지부(210)의 제2 측면과 제1 공기극(235) 사이의 영역에 형성될 수 있고, 제1 전해질(233)의 개구부를 도전성 페이스트로 충진하여 제1 연료극(231)과 접촉하는 제1 집전체(270)의 제1 집전부(271) 및 제2 집전부(273)를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 평면 형상은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 집전부(271, 273)는 각각 제2 방향(Y)을 따라 길게 연장된 직사각형 형상의 평면을 가질 수 있고, 이 경우, 상기 직사각형의 장변의 길이는 제1 연료극(231)의 제2 방향(Y)으로의 폭과 동일하거나 이보다 작을 수 있다.
제1 집전체(270)의 상면은 제1 공기극(235)의 상면과 동일 평면에 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 전해질(233)의 표면을 기준으로 제1 집전체(270)와 제1 공기극(235)은 동일한 높이로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 달리, 제1 집전체(270)의 높이는 제1 공기극(235)의 높이보다 낮거나 높을 수 있다.
제2 집전체(290)는 제2 연료극(251)을 노출시키는 제2 전해질(253)의 개구부 내부에 형성된다. 제2 집전체(290)는 지지부(210)를 기준으로 제1 집전체(270)와 대칭적인 구조를 가지므로, 제2 집전체(290)에 대한 구체적인 설명은 제1 집전체(270)에 대한 설명으로 대신한다.
연결재(100)는 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)를 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 연결재(100)는 도전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 연결재(100)는 도전성 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 연결재(100)에 사용될 수 있는 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸계, 크로퍼(crofer) 등을 포함할 수 있다.
연결재(100)는 연료극 접촉부(101), 공기극 접촉부(103) 및 연결부(105)를 포함한다. 연료극 접촉부(101)는 제1 집전체(270)와 접촉하고, 공기극 접촉부(103)는 제2 전지부(250)의 제2 공기극(255)과 접촉하며, 연결부(105)는 지지부(210)의 제3 측면 상에 배치되어 연료극 접촉부(101)와 공기극 접촉부(103)를 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 연료극 접촉부(101) 및 공기극 접촉부(103)는 연결부(105)로부터 제2 방향(Y)을 따라 연장되어 형성되고, 서로 이격되어 있으며, 연료극 접촉부(101)와 공기극 접촉부(103) 사이에 평관형 단전지(200)가 삽입된다.
연료극 접촉부(101)는 제1 집전체(270)와 동일하게 단일 부재로 형성될 수도 있고, 서로 이격된 두 개의 부재로 형성될 수도 있다. 일례로, 제1 집전체(270)가 지지부(210)의 제1 측면과 제1 공기극(235) 사이에 배치된 제1 집전부(271) 및 지지부(210)의 제2 측면과 제1 공기극(235) 사이에 배치된 제2 집전부(273)를 포함하는 경우, 연료극 접촉부(101)는 제1 집전부(271)와 접촉하는 제1 부재(101a) 및 제2 집전부(273)와 접촉하는 제2 부재(101b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 상면들이 각각 제1 방향(X)으로의 폭과 제2 방향(Y)으로의 길이를 갖는 직사각형 형상을 갖는 경우, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)는 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 상면들을 각각 커버하는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)는 제1 방향(X)으로 폭 및 제2 방향(Y)으로의 길이를 갖는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있고, 이 경우, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)의 폭은 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 폭과 동일하거나 이보다 큰 것이 바람직하며, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)의 길이는 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 길이보다 큰 것이 바람직하다. 다만, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)는 제1 공기극(235)과 접촉하지 않을 정도의 폭을 가져야 하고, 지지부(210)의 제4 측면을 넘어 돌출되지 않을 정도의 길이를 가지는 것이 바람직하다. 이와 달리, 제1 및 제2 부재(101a, 101b)의 폭 및 길이는 제1 및 제2 집전부(271, 273)의 폭 및 길이보다 작을 수도 있다.
공기극 접촉부(103)는 제2 공기극(255)에 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2 공기극(255)이 제1 방향(X)으로의 폭 및 제2 방향(Y)으로의 길이를 갖는 직사각형 형상을 갖는 경우, 공기극 접촉부(103)는 제2 공기극(255)의 폭과 동일하거나 이보다 큰 폭과 제2 공기극(255)의 길이와 동일하거나 이보다 작은 길이를 갖는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 공기극 접촉부(103)의 폭은 제2 공기극(255)의 폭보다 작을 수도 있다.
연결재(100)의 연료극 접촉부(101), 공기극 접촉부(103) 및 연결부(105)는 일체로 형성될 수 있다. 이와 달리, 연결재(100)의 연료극 접촉부(101), 공기극 접촉부(103) 및 연결부(105)는 각각 분리되어 있는 상태에서 별도의 부재에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 이러한 연결재(100)에 의해, 제1 전지부(230)의 제1 연료극(231)이 제2 전지부(250)의 제2 공기극(255)에 전기적으로 연결된다. 즉, 연결재(100)에 의해 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)가 직렬로 연결되는 것이다.
도 3a는 공기극 접촉부의 표면 구성을 나타내는 평면도이고, 도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 라인 A-A'을 따라 절단한 단면도들이다.
도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제1 공기극(231) 또는 제2 공기극(255)과 접촉하는 연결재(100)의 공기극 접촉부(103)에는 다수의 돌기(10) 및/또는 리세스(20)가 형성되는 것이 바람직하다. 연결재(100)가 제2 공기극(255)과 밀착하여 접촉되는 경우, 연결재(100)는 산소가 제2 공기극(255)으로 공급되는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 제2 공기극(255)과 접촉하는 연결재(100)의 공기극 접촉부(103)에 돌기(10) 및/또는 리세스(20)를 형성하면, 제2 공기극(255)과 공기극 접촉부(103) 사이로 공기가 이동할 수 있는 유로가 형성되므로, 제2 공기극(255)에 산소가 효과적으로 공급될 수 있다.
연결재(100)의 공기극 접촉부(103)가 인접하는 평관형 단전지들의 제1 및 제2 공기극 사이에 배치되어 이들 모두와 접촉하는 경우, 상기 돌기(10) 및/또는 리세스는(20) 공기극 접촉부(103)의 양면에 형성될 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에는 반구 형상의 돌기(10) 및 리세스(20)가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 돌기(10) 및 리세스(20)는 다각기둥, 다각뿔, 타원기둥, 타원뿔 또는 이들이 조합된 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에는 도트 형상의 돌기(10) 및 리세스(20)가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 돌기(10) 및 리세스(20)는 길게 연장된 직선 또는 곡선 등의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 돌기(10) 및 리세스(20)는 연결재(100)의 공기극 접촉부와 공기극 사이에 공기가 이동할 수 있는 유로를 형성할 수만 있다면, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 돌기(10)와 리세스(20)가 서로 연결되도록 형성될 수도 있으나, 도 3c에 도시된 바와 같이 돌기(10)와 리세스(20)가 서로 이격되도록 형성될 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 공기극 접촉부에는 돌기(10) 및 리세스(20) 중 하나만이 형성될 수도 있다.
도 4a는 도 1 및 도 2에 도시된 연결재를 이용하여 적층된 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 제1 연결재의 사시도이고, 도 4c는 도 4a에 도시된 제2 연결재의 사시도이고, 도 4d는 도 4a에 도시된 제3 연결재의 사시도이며, 도 4e는 도 4a에 도시된 제4 연결재의 사시도이다. 도 5는 도 4a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 1, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 및 도 4e를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들(200, 300, 400) 및 연결재(100)를 포함한다.
최외곽에 배치된 평관형 단전지들(300, 400)을 제외한 복수의 평관형 단전지들(200) 각각은 도 1을 참조하여 설명한 평관형 단전지와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 최외곽에 배치된 평관형 단전지들(300, 400)의 제외한 복수의 평관형 단전지들(200) 각각은 지지부(210), 지지부(210)의 상하부에 각각 형성되고 서로 독립된 제1 및 제2 전지부(230, 250), 제1 집전체(미도시) 및 제2 집전체(미도시)를 포함한다. 복수의 평관형 단전지들(200)은 제3 방향(Z)을 따라 적층된다. 각각의 평관형 단전지(200)는 하부로부터 제1 전지부(230), 지지부(210) 및 제2 전지부(250) 순으로 배열되도록 배치된다.
연결재(100)는 제1 연결재(110) 및 제2 연결재(120)를 포함하고, 복수의 평관형 단전지들(200, 300, 400)의 제1 전지부들(230) 및 제2 전지부들(250)을 전기적으로 연결한다. 제1 연결재(110)와 제2 연결재(120)는 서로 좌우 대칭적인 구조를 가지고, 제1 연결재(110)와 제2 연결재(120) 중 하나는 도 1 및 도 2를 참조하며 설명한 연결재와 동일한 구성을 갖는다.
구체적으로, 최외곽에 배치된 평관형 단전지들(300, 400)을 제외한 복수의 평관형 단전지들(200) 중 연속적으로 적층된 제1 내지 제4 평관형 단전지들(200)에 있어서, 제1 연결재(110)는 제1 평관형 단전지(200)의 제2 집전체(290)와 제2 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제1 연료극 접촉부(111), 제2 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 제3 평관형 단전지의 제1 공기극(231)과 접촉하는 제1 공기극 접촉부(113) 및 제2 평관형 단전지의 지지부(210)의 제3 측면 위에 배치되고 제1 연료극 접촉부(111)와 제1 공기극 접촉부(113)를 연결하는 제1 연결부(115)를 포함한다. 제2 연결재(120)는 제2 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 제3 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제2 연료극 접촉부(121), 제3 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 제4 평관형 단전지의 제1 공기극(235)과 접촉하는 제2 공기극 접촉부(123) 및 제2 평관형 단전지의 지지부(210)의 제3 측면과 대향하는 제3 평관형 단전지의 지지부(210)의 제4 측면 상에 배치되고 제2 연료극 접촉부(121)와 제2 공기극 접촉부(123)를 연결하는 제2 연결부(125)를 포함한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 연결재(110, 120)는 교대로 배치될 수 있다.
최외곽에 배치된 평관형 단전지들(300, 400) 중, 최상부에 배치된 평관형 단전지(300)에는 제2 공기극이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 최상부에 배치된 평관형 단전지(300)는 제1 전지부만을 구비하고, 제2 전지부를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 연결재(100)는 최상부 평관형 단전지(300)의 제1 연료극을 외부와 연결하기 위한 제3 연결재(130)를 더 포함할 수 있다. 제3 연결재(130)는 제1 연결재(110)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 제3 연결재(130)는 최상부 평관형 단전지(300)의 제1 집전체와 최상부 평관형 단전지(300)에 인접한 평관형 단전지(200)의 제2 집전체 사이에 배치된 제3 연료극 접촉부(131), 최상부 평관형 단전지(300)의 상부에 배치되어 외부와 연결되는 제1 외부 접촉부(133) 및 최상부 평관형 단전지(300) 지지부의 제3 측면 상에 배치되고 제3 연료극 접촉부(131)와 제1 외부 접촉부(133)를 전기적으로 연결하는 제3 연결부(135)를 포함할 수 있다. 제3 연결재(130)의 제3 연료극 접촉부(131), 제1 외부 접촉부(133) 및 제3 연결부(135)는 제1 연결재(110)의 제1 연료극 접촉부(111), 제1 공기극 접촉부(113) 및 제1 연결부(115)와 동일하게 구성될 수 있다. 이와 달리, 제3 연결재(130)의 제1 외부 접촉부(133)는 제1 연결재(110)의 제1 공기극 접촉부(113)와 다른 구성을 가질 수도 있다. 예를 들면, 제1 외부 접촉부(133)의 폭은 제1 공기극 접촉부(113)의 폭보다 크거나 작을 수 있으며, 제1 외부 접촉부(133)의 길이 역시 제1 공기극 접촉부(113)의 길이보다 크거나 작을 수 있다. 또한, 제3 연결재(130)는 적층되는 평관형 단전지들의 개수에 따라 제2 연결재(120)와 유사한 구성을 가질 수도 있다.
최외곽에 배치된 평관형 단전지들(300, 400) 중, 최하부에 배치된 평관형 단전지(400)에는 제1 공기극이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 최하부에 배치된 평관형 단전지(400)는 제2 전지부만을 구비하고, 제1 전지부를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 연결재(100)는 최하부 평관형 단전지(400)의 제2 공기극을 외부와 연결하기 위한 제4 연결재(140)를 더 포함할 수 있다. 제4 연결재(140)는 최하부 평관형 단전지(400)의 제2 공기극과 최하부 평관형 단전지(400)에 인접한 평관형 단전지(200)의 제1 공기극 사이에 배치되는 제4 공기극 접촉부(141), 최하부 평관형 단전지(400)의 하부에 배치되어 외부와 연결되는 제2 외부 접촉부(143) 및 최하부 평관형 단전지(400) 지지부의 제3 또는 제4 측면 상에 배치되어 제4 공기극 접촉부(141)와 제2 외부 접촉부(143)를 전기적으로 연결하는 제4 연결부(145)를 포함할 수 있다. 제4 연결재(140)의 제4 공기극 접촉부(141) 및 제4 연결부(145)는 제1 또는 제2 연결재(110, 120)의 공기극 접촉부(113, 123) 및 연결부(115, 125)와 동일하게 구성될 수 있다. 제2 외부 접촉부(145)는 제1 및 제2 연결재(110, 120)의 연료극 접촉부(111, 121)와 유사하게 복수의 부재로 구성될 수도 있으나, 도 4e에 도시된 바와 같이 단일 부재로 형성될 수도 있다. 도 4e에는 직사각형 플레이트 형상의 제2 외부 접촉부(145)가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 외부 접촉부(145)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 제2 외부 접촉부(145)는 최하부 평관형 단전지(400)를 가로질러 외부로 돌출되게 형성될 수도 있다.
이와 달리, 최상부 평관형 단전지(300) 및 최하부 평관형 단전지(400)에도 제1 및 제2 전지부를 모두 형성할 수 있다. 이 경우, 연결재(100)는 제1 및 제2 연결재(110, 120) 외에 최상부 평관형 단전지(300)의 제2 연료극을 외부와 연결하기 위한 별도의 제5 연결재(미도시) 및 최하부 평관형 단전지(400)의 제1 공기극을 외부와 연결하기 위한 별도의 제6 연결재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 제5 연결재로는 후술될 도 10 및 도 11b에 도시된 연결재가 이용될 수 있고, 제6 연결재로는 최하부 평관형 단전지(400)의 제1 공기극과 접촉하는 직사각형 플레이트 형상의 연결재가 이용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4a에 도시된 바와 같이 복수의 평관형 단전지들(200, 300, 400)을 연결재(100)를 이용하여 전기적으로 연결하면, 제1 전지부들 및 제2 전지부들은 도 5에 도시된 회로도와 같이 서로 연결된다. 도 5에 있어서, 제1 및 제2 전지부들 각각이 생성하는 전압 및 내부 저항을 각각 'V' 및 'r'로 나타내었고, 제1 및 제2 전지부들 각각은 동일한 전압을 생성하고, 동일한 내부 저항을 갖는 것으로 가정하였다.
실시예 2
도 6a는 본 발명의 실시예 2에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 사시도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 제7 및 제8 연결재의 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 두 개의 열로 적층된 복수의 평관형 단전지(200, 300, 400, 500, 600, 700) 및 이들을 전기적으로 연결하는 연결재(100)를 포함한다.
연결재(100)는 도전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 연결재(100)는 도전성 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 연결재(100)에 사용될 수 있는 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸계, 크로퍼(crofer) 등을 포함할 수 있다.
평관형 단전지들(200, 300, 400, 500, 600, 700)이 적층된 각각의 열은 도 4a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물과 동일한 방식으로 적층되어 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 대한 설명으로 대신한다. 또한, 각각의 열을 적층함에 있어서 적용되는 제1, 제2, 제3 및 제4 연결재(110, 120, 130, 140) 역시 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 도시된 제1, 제2, 제3 및 제4 연결재들과 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명도 역시 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 대한 설명으로 대신한다.
연결재(100)는 제1, 제2, 제3 및 제4 연결재(110, 120, 130, 140) 외에, 각각의 열의 최상부에 배치된 제3 연결재들(130)을 서로 연결하기 위한 제7 연결재(150) 및 각각의 열의 최하부에 배치된 제4 연결재들(140)을 서로 연결하기 위한 제8 연결재(160)를 더 포함할 수 있다.
제7 연결재(150)는 제3 연결재들(130)의 제1 외부 접촉부들(133)의 상부면들과 접촉하는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제7 연결재(150)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 외부 접촉부들(133)의 상부면들을 덮는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 제7 연결재(150)는 제1 외부 접촉부들(133)의 상부면들의 일부만을 덮도록 형성될 수도 있으며, 직사각형 플레이트가 아닌 다른 형상으로 변형이 가능하다.
제8 연결재(160)는 제4 연결재들(140)의 제2 외부 접촉부들(143)의 상면면들과 접촉하는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제8 연결재(160)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제7 연결재(150)와 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 이와 달리, 제8 연결재(160)는 제7 연결재(150)와 다른 구성을 가질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 도 4a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물 2개를 병렬 연결한 것과 동일한 회로 구성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 도 7에 있어서, 제1 및 제2 전지부들 각각이 생성하는 전압 및 내부 저항을 각각 'V' 및 'r'로 나타내었고, 제1 및 제2 전지부들 각각은 동일한 전압을 생성하고, 동일한 내부 저항을 갖는 것으로 가정하였다.
실시예 3
도 8a는 본 발명의 실시예 3에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 제1 연결재를 도시한 사시도이고, 도 8c는 도 8a에 도시된 제2 연결재를 도시한 사시도이고, 도 8d는 도 8a에 도시된 제3 연결재의 사시도이며, 도 8e는 도 8a에 도시된 제4 연결재의 사시도이다. 도 9는 도 8a에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d 및 도 8e를 참조하면, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 두 개의 열로 적층된 복수의 평관형 단전지(200, 300, 400, 500, 600, 700) 및 이들을 전기적으로 연결하는 연결재(100)를 포함한다.
연결재(100)는 도전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 연결재(100)는 도전성 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 연결재(100)에 사용될 수 있는 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸계, 크로퍼(crofer) 등을 포함할 수 있다.
연결재(100)는 제1 연결재(110) 및 제2 연결재(120)를 포함한다. 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 연결재(110, 120)의 공기극 접촉부(113, 123) 및 연료극 접촉부(111, 121) 사이에 제1 열의 평관형 단전지(200) 하나와 제2 열의 평관형 단전지(500) 하나, 즉 두 개의 평관형 단전지(200, 500)가 배치된다는 것을 제외하고는, 제1 및 제2 연결재(110, 120)의 구성은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 제1 및 제2 연결재와 동일하다. 따라서, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시된 제1 및 제2 연결재(110, 120)의 구체적인 설명은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 제1 및 제2 연결재의 설명으로서 대신하고, 이하에서는 이들 사이의 차이점에 대해서만 설명한다.
제1 열에서 연속하여 적층된 제1 내지 제4 평관형 단전지들(200) 및 제2 열에서 연속하여 적층되고 제1 열의 제1 내지 제4 평관형 단전지들(200)과 동일한 높이에 배치되는 제5 내지 제8 평관형 단전지들(500)에 있어서, 제1 연결재(110)의 제1 연료극 접촉부(111)는 제1 및 제5 평관형 단전지의 제2 집전체들과 제2 및 제6 평관형 단전지들의 제1 집전체들 사이에 배치되어 이들 모두와 접촉하고, 제1 연결재(110)의 제1 공기극 접촉부(113)는 제2 및 제6 평관형 단전지들의 제2 공기극들과 제3 및 제7 평관형 단전지들의 제1 공기극들 사이에 배치되어 이들 모두와 접촉하며, 제1 연결재(110)의 제1 연결부(115)는 제2 평관형 단전지 지지부의 제3 측면 상에 배치되어 제1 연료극 접촉부(111)와 제1 공기극 접촉부(115)를 전기적으로 연결한다. 제2 연결재(120)의 제2 연료극 접촉부(121)는 제2 및 제6 평관형 단전지들의 제2 집전체들과 제3 및 제7 평관형 단전지들의 제1 집전체들 사이에 배치되어 이들 모두와 접촉하고, 제2 연결재(120)의 제2 공기극 접촉부(123)는 제3 및 제7 평관형 단전지들의 제2 공기극들과 제4 및 제8 평관형 단전지들의 제1 공기극들 사이에 배치되어 이들 모두와 접촉하며, 제2 연결재(120)의 제2 연결부(125)는 제7 평관형 단전지 지지부의 제4 측면 상에 배치되어 제2 연료극 접촉부(121)와 제2 공기극 접촉부(123)를 전기적으로 연결한다.
최외곽 평관형 단전지들(300, 400, 600, 700) 중 최상부 평관형 단전지들(300, 600)에는 제2 전극부가 형성되지 않을 수 있고, 최하부 평관형 단전지들(400, 700)에는 제1 전극부가 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 연결재(100)는 최상부 평관형 단전지들(300, 600)의 제1 연료극을 외부와 연결하기 위한 제3 연결재(130) 및 최하부 평관형 단전지들(400, 700)의 제2 공기극을 외부와 연결하기 위한 제4 연결재(140)를 더 포함할 수 있다.
제3 연결재(130)는 제1 연결재(110)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 제3 연결재(130)는 최상부 평관형 단전지들(300, 600)의 제1 집전체들와 최상부 평관형 단전지들(300, 600)에 인접한 평관형 단전지들(200, 500)의 제2 집전체들 사이에 배치된 제3 연료극 접촉부(131), 최상부 평관형 단전지들(300, 600)의 상부에 배치되어 외부와 연결되는 제1 외부 접촉부(133) 및 제1 열에 배치된 최상부 평관형 단전지(300)의 지지부의 제3 측면 상에 배치되고 제3 연료극 접촉부(131)와 제1 외부 접촉부(133)를 전기적으로 연결하는 제3 연결부(135)를 포함할 수 있다. 제3 연결재(133)의 제3 연료극 접촉부(131), 제1 외부 접촉부(133) 및 제3 연결부(135)는 제1 연결재(100)의 제1 연료극 접촉부(111), 제1 공기극 접촉부(113) 및 제1 연결부(115)와 동일하게 구성될 수 있다. 이와 달리, 제3 연결재(130)의 제1 외부 접촉부(133)는 제1 연결재(110)의 제1 공기극 접촉부(113)와 다른 구성을 가질 수도 있다. 예를 들면, 제1 외부 접촉부(133)의 폭은 제1 공기극 접촉부(113)의 폭보다 크거나 작을 수 있으며, 제1 외부 접촉부(133)의 길이 역시 제1 공기극 접촉부(113)의 길이보다 크거나 작을 수 있다. 또한, 제3 연결재(130)는 적층되는 평관형 단전지들의 개수에 따라 제2 연결재(120)와 유사한 구성을 가질 수도 있다.
제4 연결재(140)는 최하부 평관형 단전지들(400, 700)의 제2 공기극과 최하부 평관형 단전지들(400, 700)에 인접한 평관형 단전지들(200, 500)의 제1 공기극 사이에 배치되는 제4 공기극 접촉부(141), 최하부 평관형 단전지들(400, 700)의 하부에 배치되어 외부와 연결되는 제2 외부 접촉부(143) 및 제1 열의 최하부 평관형 단전지(400)의 지지부의 제3 측면 또는 제2 열의 최하부 평관형 단전지(700)의 지지부의 제4 측면 상에 배치되어 제4 공기극 접촉부(141)와 제2 외부 접촉부(143)를 전기적으로 연결하는 제4 연결부(145)를 포함할 수 있다. 제4 연결재(140)의 제4 공기극 접촉부(141) 및 제4 연결부(145)는 제1 또는 제2 연결재(110, 120)의 공기극 접촉부(113, 123) 및 연결부(115, 125)와 동일하게 구성될 수 있다. 제2 외부 접촉부(143)는 제1 및 제2 연결재(110, 120)의 연료극 접촉부(111, 121)와 유사하게 복수의 부재로 구성될 수도 있으나, 도 8e에 도시된 바와 같이 단일 부재로 형성될 수도 있다. 도 4e에는 직사각형 플레이트 형상의 제2 외부 접촉부(143)가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 외부 접촉부(143)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 제2 외부 접촉부(143)는 최하부 평관형 단전지들(400, 700)을 가로질러 외부로 돌출되게 형성될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 도 8a에 도시된 바와 같이 복수의 평관형 단전지들을 연결재(100)를 이용하여 전기적으로 연결하면, 제1 전지부들 및 제2 전지부들은 도 9에 도시된 회로도와 같이 서로 연결된다. 도 9에 있어서, 제1 및 제2 전지부들 각각이 생성하는 전압 및 내부 저항을 각각 'V' 및 'r'로 나타내었고, 제1 및 제2 전지부들 각각은 동일한 전압을 생성하고, 동일한 내부 저항을 갖는 것으로 가정하였다.
실시예 4
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이고, 도 11a는 도 10에 도시된 제1 및 제2 연결재의 사시도이며, 도 11b는 도 10에 도시된 제3 연결재의 사시도이다. 그리고, 도 12는 도 10에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들(200) 및 연결재(100)를 포함한다.
복수의 평관형 단전지들(200) 각각은 도 1에 도시된 평관형 단전지와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 도 1에 대한 설명으로 대신한다. 복수의 평관형 단전지들(200)은 제3 방향(Z)을 따라 적층되고, 각각의 평관형 단전지(200)는 하부로부터 제1 전지부(230), 지지부(210) 및 제2 전지부(250) 순으로 배열되도록 배치된다.
연결재(100)는 일렬로 배열된 평관형 단전지들(200)의 제1 전지부들(230) 및 제2 전지부들(250)을 전기적으로 연결한다. 연결재(100)는 도전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 연결재(100)는 도전성 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 연결재(100)에 사용될 수 있는 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸계, 크로퍼(crofer) 등을 포함할 수 있다. 연결재(100)는 제1 연결재(110), 제2 연결재(120) 및 제3 연결재(130)를 포함한다.
연속적으로 배열된 제1 및 제2 평관형 단전지(200)에 있어서, 제1 연결재(110)는 제1 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제1 연료극 접촉부(111), 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235) 사이에 배치되고 제2 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 접촉하는 제1 공기극 접촉부(113) 및 제1 평관형 단전지의 지지부(210)의 제3 측면 상에 배치되고 제1 연료극 접촉부(111)와 제1 공기극 접촉부(113)를 연결하는 제1 연결부(115)를 포함한다.
제2 연결재(120)는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 제2 평관형 단전지의 제1 집전체(270) 사이에 배치되고, 제2 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제2 연료극 접촉부(121), 제2 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 접촉하는 제2 공기극 접촉부(123) 및 제2 연료극 접촉부(121)와 제2 공기극 접촉부(123)를 연결하는 제2 연결부(125)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 제2 연결부(125)는 제3 평관형 단전지의 지지부의 제3 측면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 연결재(120)는 제1 연결재(110)와 실질적으로 동일한 구성을 갖게 된다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시예에서, 제2 연결부(120)는 제3 평관형 단전지의 지지부(210)의 제3 측면에 대향하는 제3 평관형 단전지의 지지부(210)의 제4 측면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 연결재(110)와 제2 연결재(120)가 교대로 배치된다. 그리고, 이 경우, 제1 및 제2 연결재(110, 120)는 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 설명한 제1 및 제2 연결재와 동일 또는 유사한 구성을 가지므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
제3 연결재(130)는 제1 평관형 단전지와 제2 평관형 단전지 사이에 배치되고, 제1 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235)을 전기적으로 연결한다. 예를 들면, 제3 연결재(130)는 베이스부(131) 및 단차부(133)를 포함할 수 있다. 베이스부(131)는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 상기 제2 연료극 접촉부(121) 사이에 배치되어 제1 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 접촉하고, 제2 연결재(120)의 제2 연료극 접촉부(121)와 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과는 이격된다. 단차부(133)는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235) 사이에 배치되 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235)과 접촉하며, 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 제2 연결재(120)의 제2 연료극 접촉부(121)와는 이격된다.
본 발명의 일 실시예에서, 평관형 단전지의 집전체가 공기극을 사이에 두고 서로 이격된 제1 집전부 및 제2 집전부를 포함하는 경우, 제3 연결재의 베이스부(131)는 베이스 플레이트(131a), 제1 집전부와 접촉하는 제1 베이스부(131b) 및 제2 집전부와 접촉하는 제2 베이스부(131c)를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(131a)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 베이스 플레이트(131a)는 제1 방향(X)으로의 길이 및 제2 방향(Y)으로의 폭을 가지는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 베이스 플레이트(131a)의 길이는 제1 평관형 단전지의 제2 집전체(290)의 제1 집전부로부터 제2 집전부에 이르는 거리와 동일하거나 이보다 클 수 있고, 베이스 플레이트(131a)의 폭은 제1 평관형 단전지의 제2 방향(Y)으로의 폭보다 작고, 제1 및 제2 집전부의 제2 방향(Y)으로의 길이보다 크거나 같을 수 있다. 이와 달리, 베이스 플레이트(131a)의 폭은 제1 및 제2 집전부의 길이보다 작을 수도 있다.
제1 베이스부(131b) 및 제2 베이스부(131c)는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)을 사이에 두고 서로 이격되도록 베이스 플레이트(131a)의 하면으로부터 돌출되어 형성된다. 제1 베이스부(131b)는 상기 제1 집전부와 접촉하고, 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과는 이격된다. 제2 베이스부(131c)는 상기 제2 집전부와 접촉하고, 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과는 이격된다. 그리고, 베이스 플레이트(231a)의 하면은 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 일정 간격만큼 이격된다. 즉, 베이스부(131)는 제2 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 접촉하고, 제2 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과는 접촉하지 않는다.
단차부(133)는 베이스 플레이트(131a)의 상면으로부터 돌출되도록 형성되어 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235)과 접촉한다. 단차부(133)는 제2 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와는 접촉하지 않는다. 단차부(133) 상면은 베이스 플레이트(131a)의 상면과 단차를 형성하도록 베이스 플레이트(131a)의 상면보다 높은 위치에 배치된다. 이와 같이 구성함으로써, 단차부(133)는 제1 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과는 접촉하지 않으면서, 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235)과는 접촉할 수 있다. 또한, 단차부(133)가 제2 평관형 단전지의 제1 공기극(235)과 접촉하더라도, 베이스 플레이트(131a)는 제2 평관형 단전지의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제1 또는 제2 연결재(110, 120)의 연료극 접촉부(111, 121)와 접촉하지 않을 수 있다.
도 10 및 도 11b에는 직육면체 형상을 갖는 단차부(133), 제1 베이스부(131b) 및 제2 베이스부(131c)가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 단차부(133), 제1 베이스부(131b) 및 제2 베이스부(131c)는 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 제3 연결재(130)의 베이스 플레이트(131a), 제1 베이스부(131b), 제2 베이스부(131b) 및 단차부(133)는 일체로 형성될 수 있다.
최외곽에 배치된 평관형 단전지들(200) 중, 최상부 평관형 단전지(200)의 상부에 배치된 제3 연결재(130)는 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 최상부 평관형 단전지(200)의 상부에 제3 연결재(130)를 배치하지 않을 수도 있으며, 이 경우, 최상부 평관형 단전지(200)의 제2 집전체(290)를 직접 또는 다른 부재를 이용하여 외부와 전기적으로 연결할 수도 있다.
최외곽에 배치된 평관형 단전지들 중, 최하부 평관형 단전지(200)의 제1 공기극(235)은 직접 또는 다른 부재를 통하여 외부와 연결될 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 10에 도시된 바와 같이 적층된 고체산화물 연료전지 적층 구조물에서는 복수의 평관형 단전지들에 형성된 제1 전지부들 및 제2 전지부들을 모두 직렬로 연결된다. 도 12에 있어서, 제1 및 제2 전지부들 각각이 생성하는 전압 및 내부 저항을 각각 'V' 및 'r'로 나타내었고, 제1 및 제2 전지부들 각각은 동일한 전압을 생성하고, 동일한 내부 저항을 갖는 것으로 가정하였다
실시예 5
도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 고체산화물 연료전지를 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 제1 연결재의 사시도이며, 도 15는 도 13에 도시된 제2 연결재의 사시도이다.
도 13, 도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예 5에 따른 고체산화물 연료전지는 평관형 단전지(200) 및 연결재(100)를 포함한다.
평관형 단전지(200)는 도 1을 참조하여 설명한 평관형 단전지와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
연결재(100)는 평관형 단전지(200)의 제1 전지부(230)와 제2 전지부(250)를 병렬로 연결한다. 연결재(100)는 제1 전지부(230)의 제1 공기극(235)과 제2 전지부(250)의 제2 공기극(255)을 전기적으로 연결하는 제1 연결재(110) 및 제1 전지부(230)의 제1 연료극(231)과 제2 전지부(250)의 제2 연료극(251)을 전기적으로 연결하는 제2 연결재(130)를 포함한다.
제1 연결재(110)는 제1 전지부(230)의 제1 공기극(235)과 접촉하는 제1 공기극 접촉부(111), 제2 전지부(250)의 제2 공기극(255)과 접촉하는 제2 공기극 접촉부(113) 및 지지부(210)의 제3 측면 상에 배치되고, 제1 공기극 접촉부(111)와 제2 공기극 접촉부(113)를 연결하는 제1 연결부(115)를 포함할 수 있다.
제1 연결부(115)는 지지부(210)의 제3 측면을 따라 제1 방향(X)으로 연장된다. 제1 및 제2 공기극 접촉부(111, 113)는 제1 연결부(115)로부터 제2 방향(Y)으로 연장되고, 제1 및 제2 공기극 접촉부(111, 113) 사이에는 평관형 단전지(200)가 삽입된다. 제1 공기극 접촉부(111)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 공기극 접촉부(111)는 제2 방향(Y)으로의 길이 및 제1 방향(X)으로의 폭을 가지는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 공기극 접촉부(111)의 길이는 평관형 단전지(200)의 제2 방향(Y)으로의 폭보다 작거나 같은 것이 바람직하다. 즉, 지지부(210)의 제3 측면 상에 배치된 제1 연결부(115)로부터 연장되는 제1 공기극 접촉부(111)가 지지부(210)의 제4 측면을 넘어 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 제1 공기극 접촉부(111)의 폭은 제1 공기극(235)의 제1 방향(X)으로의 폭보다 크거나 같을 수 있다. 이와 달리, 제1 공기극 접촉부(111)의 폭은 상기 제1 공기극(235)의 폭보다 작을 수도 있다. 제2 공기극 접촉부(113)는 제1 공기극 접촉부(11)와 동일 또는 유사한 구성을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
제2 연결재(130)는 평관형 단전지(200)의 제1 집전체(270)와 접촉하는 제1 연료극 접촉부(131), 평관형 단전지(200)의 제2 집전체(290)와 접촉하는 제2 연료극 접촉부(133) 및 지지부(210)의 제4 측면 상에 배치되고, 제1 연료극 접촉부(131)와 제2 연료극 접촉부(133)를 연결하는 제2 연결부(135)를 포함할 수 있다.
제2 연결부(135)는 지지부(210)의 제4 측면을 따라 제1 방향(X)으로 연장된다. 제1 및 제2 연료극 접촉부(131, 133)는 제2 연결부(135)로부터 제2 방향(Y)으로 연장되며, 제1 및 제2 연료극 접촉부(131, 133) 사이에는 평관형 단전지(200)가 삽입된다.
평관형 단전지(200)의 제1 및 제2 집전체(270, 290)가 각각 공기극(235, 255)을 사이에 두고 서로 이격된 제1 집전부(271, 291) 및 제2 집전부(273, 293)를 포함하는 경우, 제1 및 제2 연료극 접촉부(131, 133)는 각각 제1 집전부(271, 291)와 접촉하는 제1 부재(131a, 133a) 및 제2 집전부(273, 293)와 접촉하는 제2 부재(131b, 133b)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)는 제2 연결부(135)로부터 제2 방향(Y)으로 연장되고, 제1 연결재(110)의 제1 공기극 접촉부(111)를 사이에 두고 서로 이격되어 배치된다. 즉, 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)는 제1 공기극(235) 및 제1 연결재(110)의 제1 공기극 접촉부(111)와 접촉하지 않는다. 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)는 제2 방향(Y)으로의 길이 및 제1 방향(X)으로의 폭을 가지는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)의 길이는 평관형 단전지(200)의 제2 방향(Y)으로의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 지지부(210)의 제4 측면 상에 배치된 제2 연결부(135)로부터 연장된 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)가 지지부(210)의 제3 측면을 넘어 외부로 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)의 폭은 제1 집전체(270)의 제1 및 제2 집전부(270a, 270b)의 제1 방향(X)으로의 폭보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 제2 연료극 접촉부(133)의 제1 및 제2 부재(133a, 133b)는 제1 연료극 접촉부(131)의 제1 및 제2 부재(131a, 131b)와 동일 또는 유사한 형상을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 16은 도 13 내지 도 15에 도시된 연결재를 이용하여 평관한 단전지를 적층한 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 분해 사시도이고, 도 17은 도 16에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물의 등가 회로도이다.
도 16을 참조하면, 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들(200) 및 연결재(100)를 포함한다.
복수의 평관형 단전지들(200)은 제3 방향(Z)을 따라 일렬로 배열된다. 복수의 평관형 단전지들(200) 각각은 하부로부터 제1 전지부(230), 지지부(210) 및 제2 전지부(250) 순으로 배열되도록 배치된다.
연결재(100)는 복수의 평관형 단전지들(200)의 제1 공기극들(235) 및 제2 공기극들(255)에 전기적으로 연결되는 제1 연결재(110) 및 복수의 평관형 단전지들(200)의 제1 연료극들(231) 및 제2 연료극들(151)에 전기적으로 연결되는 제2 연결재(130)를 포함한다.
제1 연결재(110)는 평관형 단전지들(200)의 지지부(210)의 제3 측면들 상부에 배치된 제1 연결부(111) 및 서로 이격된 상태에서 제1 연결부(111)로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 다수의 공기극 접촉부들(113)을 포함할 수 있다. 각각의 공기극 접촉부(113)는 인접한 평관형 단전지들(200)의 제1 공기극(235)과 제2 공기극(255) 사이에 배치되어 이들과 접촉한다. 공기극 접촉부들(113) 각각의 형상은 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 제1 또는 제2 공기극 접촉부의 형상과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 제1 연결부(111)와 다수의 공기극 접촉부들(113)은 일체로 형성될 수 있다.
제2 연결재(130)는 평관형 단전지들(200)의 지지부(210)의 제3 측면들에 대향하는 제4 측면들 상부에 배치된 제2 연결부(131) 및 서로 이격된 상태에서 제2 연결부(131)로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 다수의 연료극 접촉부들(133)을 포함할 수 있다. 각각의 연료극 접촉부(133)는 인접한 평관형 단전지들(200)의 제1 집전체(270)와 제2 집전체(270) 사이에 배치되어 이들과 접촉한다.
평관형 단전지들(200)의 제1 집전체(270)가 제1 공기극(235)을 사이에 두고 서로 이격된 2개의 집전부(271, 273)로 구성되고, 평관형 단전지들(200)의 제2 집전체(290)가 제2 공기극(255)을 사이에 두고 서로 이격된 2개의 집전부(291, 293)로 구성된 경우, 각각의 연료극 접촉부(133) 역시 제1 및 제2 공기극(235, 255)을 사이에 두고 서로 이격되어 있고, 두 개의 집전부와 각각 접촉하는 두개의 부재로 구성될 수 있다. 연료극 접촉부들(133) 각각의 형상은 도 13 및 도 15를 참조하여 설명한 제1 또는 제2 연료극 접촉부와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 제2 연결부(131)와 다수의 연료극 접촉부들(133)은 일체로 형성될 수 있다.
도 17을 참조하면, 도 16에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물에 있어서, 복수의 평관형 단전지들(200)에 형성된 제1 전지부들(230) 및 제2 전지부들(250)은 연결재(100)에 의해 모두 병렬로 연결된다. 도 17에 있어서, 제1 및 제2 전지부들 각각이 생성하는 전압 및 내부 저항을 각각 'V' 및 'r'로 나타내었고, 제1 및 제2 전지부들 각각은 동일한 전압을 생성하고, 동일한 내부 저항을 갖는 것으로 가정하였다
실시예 6
도 18은 본 발명의 실시예 6에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 도시한 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시된 연결 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 20은 도 18에 도시된 제1 연결부의 사시도이고, 도 21은 도 18에 도시된 제2 연결부의 사시도이다.
도 18, 도 19, 도 20 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예 6에 따른 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 복수의 평관형 단전지들(200) 및 연결재(100)를 포함한다.
복수의 평관형 단전지(200) 각각은 도 1을 참조하여 설명한 평관형 단전지와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 복수의 평관형 단전지들(200)은 제3 방향을 따라 일렬로 배열된다. 복수의 평관형 단전지들(200) 각각은 하부로부터 제1 전지부(230), 지지부(210) 및 제2 전지부(250) 순으로 배열되도록 배치된다.
연결재(100)는 도전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 연결재(100)는 도전성 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 연결재(100)에 사용될 수 있는 금속은 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸계, 크로퍼(crofer) 등을 포함할 수 있다. 연결재(100)는 다수의 연결 플레이트들(110), 제1 연결부(120) 및 제2 연결부(130)를 포함한다.
연결 플레이트들(110) 각각은 절연 플레이트(111), 절연 플레이트(111) 상에 형성된 공기극 접촉부(113) 및 공기극 접촉부(113)와 이격되도록 절연 플레이트(111) 상에 형성된 연료극 접촉부(115)를 포함한다. 절연 플레이트(111)는 절연 물질로 형성된다. 예들 들면, 절연 플레이트(111)는 절연 세라믹 물질로 형성될 수 있다. 공기극 접촉부(113) 및 연료극 접촉부(115)는 절연 플레이트(111) 상에 도전성 물질을 코팅하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 공기극 접촉부(113) 및 연료극 접촉부(115)는 절연 플레이트(111)의 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 공기극 접촉부(113) 및 연료극 접촉부(115)는 절연 플레이트(111)의 상면, 하면 및 서로 대향하는 2개의 측면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
연결 플레이트들(110)은 인접한 평관형 단전지들(200) 사이, 최상부 평관형 단전지(200)의 상부 및 최하부 평관형 단전지(200)의 하부에 배치된다. 인접한 평관형 단전지들(200) 사이에 배치된 각각의 연결 플레이트(110)에 있어서, 연료극 접촉부(115)는 하부 평관형 단전지의 제2 집전체(290)와 상부 평관형 단전지의 제1 집전체(270) 사이에 배치되어 이들과 접촉하고, 공기극 접촉부(113)는 하부 평관형 단전지의 제2 공기극(255)과 상부 평관형 단전지의 제1 공기극(235) 사이에 배치되어 이들과 접촉한다.
최상부 평관형 단전지(300)의 상부에 배치된 연결 플레이트(110)에 있어서, 연료극 접촉부(115)는 최상부 평관형 단전지(200)의 제2 집전체(290)과 접촉하고, 공기극 접촉부(113)는 최상부 평관형 단전지(200)의 제2 공기극(255)과 접촉한다. 최하부 평관형 단전지(200)의 하부에 배치된 연결 플레이트(110)에 있어서, 연료극 접촉부(115)는 최하부 평관형 단전지(200)의 제1 집전체(270)와 접촉하고, 공기극 접촉부(113)는 최하부 평관형 단전지(200)의 제1 공기극(235)과 접촉한다.
공기가 이동할 수 있는 유로를 형성하기 위하여, 평관형 단전지들(200)의 제1 또는 제2 공기극(235, 255)과 접촉하는 연결 플레이트(110) 각각의 공기극 접촉부(113)에는 돌기 및/또는 리세스가 형성될 수 있다. 상기 돌기 및 리세스는 절연 기판(111)의 표면에 돌기 및/또는 리세스를 형성한 후, 그 위에 전도성 물질로 균일하게 코팅함으로써 형성될 수 있다. 돌기 및 리세스의 구성은 도 3a, 도 3b, 도 3c를 참조하여 설명한 돌기 및 리세스와 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
공기극 접촉부(113) 및 연료극 접촉부(115)가 감싸는 방향, 즉 제2 방향(Y)으로의 연결 플레이트(110)의 폭은 이에 대응하는 평관형 단전지(200) 각각의 폭보다 크거나 같게 형성된다. 따라서, 연결 플레이트(110)의 측면들에 형성된 공기극 접촉부(113) 및 연료극 접촉부(115)는 평관형 단전지들(200)의 측면들보다 돌출하게 된다.
제1 연결부(120)는 평관형 단전지들(200)의 측면들보다 돌출되고, 연결 플레이트(110)의 측면들에 형성된 공기극 접촉부들(113)과 접촉한다. 예를 들면, 제1 연결부(120)는 평관형 단전지들(200)의 측면들보다 돌출되고 연결 플레이트들(110)의 제1 측면들에 형성된 공기극 접촉부들(113)과 접촉하는 제1 부재(121), 연결 플레이트들(110)의 제1 측면들에 대향하는 제2 측면들에 형성된 공기극 접촉부(113)와 접촉하는 제2 부재(123) 및 최하부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113) 하부에 배치되어 이와 접촉하고, 제1 부재(123)와 제2 부재(125)를 전기적으로 연결하는 제3 부재(125)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)는 최하부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)를 덮고, 최하부 연결 플레이트(110)의 연료극 접촉부(115)와 이격되게 배치된다. 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)는 제1 방향(X)으로의 폭 및 제2 방향(Y)으로의 길이를 가지는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)의 폭은 최하부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)의 제1 방향(X)으로의 폭보다 크거나 같을 수 있다. 이와 달리, 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)의 폭은 최하부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)의 제1 방향(X)으로의 폭보다 작을 수도 있다. 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)의 길이는 최하부 연결 플레이트(110)의 제2 방향(Y)으로의 폭보다 크거나 같은 것이 바람직하다.
제1 연결부(120)의 제1 부재(121)는 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)로부터 연결플레이트들(110)의 제1 측면을 따라 제3 방향(Z)으로 연장된다. 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 연결부(120)의 제1 부재(120)는 제1 방향(X)으로의 폭 및 제3 방향(Z)으로의 길이를 가지는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)의 폭은 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)의 폭과 동일할 수 있다. 이와 달리, 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)의 폭은 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)의 폭보다 크거나 작을 수도 있다. 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)의 길이는 연결 플레이트(110)에 형성된 공기극 접촉부(113)와 모두 접촉하면서, 최상부 평관형 단전지(200)의 상부에 배치되는 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)와는 접촉하지 않을 정도의 길이를 가지는 것이 바람직하다. 제1 연결부(120)의 제2 부재(123)는 제1 연결부(120)의 제3 부재(125)로부터 연결 플레이트들(110)의 제2 측면을 따라 제3 방향(Z)으로 연장된다는 것을 제외하고는, 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)와 동일하게 구성되므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제2 연결부(130)는 평관형 단전지들(200)의 측면들보다 돌출되고 연결 플레이트(110)의 측면들에 형성된 연료극 접촉부들(115)과 접촉한다. 예를 들면, 제2 연결부(130)는 평관형 단전지들(200)의 측면들보다 돌출된 연결 플레이트들(110)의 제1 측면들에 형성된 연료극 접촉부들(115)과 접촉하는 제4 부재(131), 연결 플레이트들(110)의 제2 측면들에 형성된 연료극 접촉부(115)와 접촉하는 제5 부재(133) 및 최상부 연결 플레이트(110)의 연료극 접촉부(115)와 접촉하고 제4 부재(131)와 제5 부재(133)를 연결하는 제6 부재(135)를 포함할 수 있다. 평관형 단전지(200)의 제1 및 제2 집전체(270, 290)가 공기극(235, 255)을 사이에 두고 분리된 두 개의 집전부로 구성된 경우, 연결 플레이트(110)의 연료극 접촉부(115) 역시 공기극 접촉부(113)를 사이에 두고 서로 이격된 두 개의 부재로 구성될 수 있다. 또한, 연결 플레이트(110)의 연료극 접촉부(115)와 접촉하는 제2 연결부(130)의 제4 및 제5 부재(131, 133) 역시 연료극 접촉부(115)의 두개의 부재와 각각 접촉하는 두 개의 부재(131a, 131b, 133a, 133b)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)는 최상부 연결플레이트(110)의 상부에 배치되어 최상부 연결 플레이트(110)의 연료극 접촉부(115)와 접촉한다. 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)는 최상부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)와 접촉하지 않아야 하고, 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)가 최상부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)와 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)는 최상부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)와 이격되도록 형성될 수 있다. 이와 달리, 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)가 최상부 연결 플레이트(110)의 공기극 접촉부(113)와 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 최상부 연결 플레이트(100)의 상부면에는 공기극 접촉부(113)를 형성하지 않을 수도 있다.
제2 연결부(130)의 제4 부재(131)는 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)로부터 연결 플레이트들(110)의 제1 측면을 따라 제3 방향(Z)으로 연장되고, 제1 연결부(120)의 제1 부재(121)의 사이에 두고 서로 이격된 두 개의 부재(131a, 131b)를 포함할 수 있다. 제2 연결부(130)의 제5 부재(133)는 제2 연결부(130)의 제6 부재(135)로부터 연결 플레이트들(110)의 제2 측면을 따라 제3 방향(Z)으로 연장되고, 제1 연결부(120)의 제2 부재(123)의 사이에 두고 서로 이격된 두 개의 부재(133a, 133b)를 포함할 수 있다.
도 18에 도시된 고체산화물 연료전지 적층 구조물은 도 17에 도시된 회로도와 동일하게 연결된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 서로 독립된 제1 전지부와 제2 전지부를 구비하는 평관형 단전지들을 적층하고, 이들을 연결재를 이용하여 연결하여 고체산화물 연료전지 적층 구조물을 형성함으로써, 높은 밀도의 전류 및/또는 고전압을 생성할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 110, 120: 연결재 200, 300, 400: 평관형 단전지
210: 지지부 211: 유로
230: 제1 전극부 250: 제2 전극부
270: 제1 집전체 290: 제2 집전체

Claims (16)

  1. 유로를 구비하는 지지부; 상기 지지부의 하부에 배치된 제1 연료극, 제1 연료극 하부에 배치된 제1 전해질 및 제1 전해질 하부에 배치된 제1 공기극을 구비하는 제1 전지부; 및 상기 지지부의 상부에 배치되고 상기 제1 연료극과 이격된 제2 연료극, 상기 제2 연료극 상부에 배치된 제2 전해질 및 상기 제2 전해질 상부에 배치되고 상기 제1 공기극과 이격된 제2 공기극을 구비하는 제2 전지부를 각각 포함하는 복수의 평관형 단전지들; 및
    상기 복수의 평관형 단전지들의 상기 제1 전지부들과 상기 제2 전지부들을 전기적으로 연결하는 연결재를 포함하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 평관형 단전지들 각각은
    상기 제1 전해질의 개구부를 통해 노출되는 상기 제1 연료극과 접촉하고, 상기 제1 공기극과 이격된 제1 집전체; 및
    상기 제2 전해질의 개구부를 통해 노출되는 상기 제2 연료극과 접촉하고, 상기 제2 공기극과 이격된 제2 집전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 평관형 단전지들은 연속적으로 적층된 제1 및 제2 평관형 단전지들을 포함하고,
    상기 연결재는 상기 제1 평관형 단전지의 제1 집전체에 전기적으로 연결되는 제1 연료극 접촉부; 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극에 전기적으로 연결되는 제1 공기극 접촉부; 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 상기 제1 연료극 접촉부와 상기 제1 공기극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제1 연결부를 구비하는 제1 연결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결재는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체 사이에 배치되고 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체에 전기적으로 연결되는 제2 연료극 접촉부; 상기 제2 평관형 단전지의 제2 공기극에 전기적으로 연결되는 제2 공기극 접촉부; 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 측면과 대향하는 상기 제2 평관형 단전지의 제2 측면 상에 배치되고, 상기 제2 연료극 접촉부와 상기 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 포함하는 제2 연결재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 각각 접촉하는 상기 제1 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성되어 있고,
    상기 제2 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 상기 제2 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 평관형 단전지들 각각의 제1 집전체는 상기 제1 공기극을 사이에 두고 서로 이격된 제1 집전부 및 제2 집전부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 평관형 단전지들 각각의 제2 집전체는 상기 제2 공기극을 사이에 두고 서로 이격된 제3 집전부 및 제4 집전부를 포함하고,
    상기 제1 연료극 접촉부는 상기 제1 평관형 단전지의 제1 집전체의 제1 집전부와 접촉하는 제1 부재 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 집전체의 제2 집전부와 접촉하는 제2 부재를 포함하며,
    상기 제2 연료극 접촉부는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체의 제1 집전부 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체의 제1 집전부와 접촉하는 제3 부재 및 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체의 제2 집전부 및 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체의 제2 집전부와 접촉하는 제4 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  7. 제2항에 있어서, 상기 복수의 평관형 단전지들은 연속적으로 적층된 제1 및 제2 평관형 단전지들을 포함하고,
    상기 연결재는
    상기 제1 평관형 단전지의 제1 집전체와 전기적으로 연결되는 제1 연료극 접촉부; 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 제1 공기극 접촉부; 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 상기 제1 연료극 접촉부와 상기 제1 공기극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제1 연결부를 포함하는 제1 연결재;
    상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체 사이에 배치되고, 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉하는 제2 연료극 접촉부; 상기 제2 평관형 단전지의 제2 공기극에 전기적으로 연결되는 제2 공기극 접촉부; 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 측면에 인접한 상기 제2 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고, 상기 제2 연료극 접촉부와 상기 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 포함하는 제2 연결재; 및
    상기 제1 평관형 단전지와 상기 제2 평관형 단전지 사이에 배치되고, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극을 전기적으로 연결시키는 제3 연결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 연결재는
    상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 상기 제2 연료극 접촉부 사이에 배치되고, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉하며, 상기 제2 연료극 접촉부 및 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 이격된 베이스부; 및
    상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극 사이에 배치되고, 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하며, 상기 제1 평관형 단전지의 제1 공기극 및 상기 제2 연료극 접촉부와 이격된 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 상기 제1 연결재의 제1 공기극 접촉부, 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하는 상기 제3 연결재의 단차부 및 상기 제2 평관형 단전지의 상기 제2 공긱극과 접촉하는 상기 제2 연결재의 제2 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  10. 제2항에 있어서, 상기 연결재는
    상기 복수의 평관형 단전지들 중 제1 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉하는 제1 연료극 접촉부; 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉하는 제2 연료극 접촉부; 및 상기 제1 평관형 단전지의 제1 측면 상에 배치되고 상기 제1 및 제2 연료극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제1 연결부를 구비하는 제1 연결재; 및
    상기 제1 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하는 제1 공기극 접촉부; 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 제2 공기극 접촉부; 및 상기 제1 측면에 대향하는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 측면 상에 배치되고 상기 제1 및 제2 공기극 접촉부를 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 구비하는 제2 연결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 연결재는 상기 복수의 평관형 단전지 중 상기 제1 평관형 단전지에 인접한 제2 평관형 단전지의 제2 집전체와 접촉하고 상기 제1 연결부에 전기적으로 연결된 제3 연료극 접촉부를 더 포함하고,
    상기 제2 연결재는 상기 제2 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하고 상기 제2 연결부에 전기적으로 연결된 제3 공기극 접촉부를 더 포함하며,
    상기 제2 연료극 접촉부는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉하고, 상기 제2 공기극 접촉부는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하는 상기 제1 공기극 접촉부, 상기 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하는 상기 제2 공기극 접촉부 및 상기 제2 평관형 단전지의 제2 공기극과 접촉하는 상기 제3 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성되어 있는 것을 특징으로 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  13. 제2항에 있어서, 상기 연결재는
    절연 플레이트, 상기 절연 플레이트 상에 형성된 공기극 접촉부 및 상기 절연 플레이트 상에 상기 공기극 접촉부와 이격되도록 형성된 연료극 접촉부를 각각 포함하고, 상기 복수의 평관형 단전지들 중 인접한 평관형 단전지들 사이에 배치되는 다수의 연결 플레이트들;
    상기 다수의 연결 플레이트들의 공기극 접촉부들을 전기적으로 연결하는 제1 연결부; 및
    상기 다수의 연결 플레이트들의 연료극 접촉부들을 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 공기극 접촉부는 상기 복수의 평관형 단전지들 중 제1 평관형 단전지의 제2 공기극 및 상기 제1 평관형 단전지에 인접한 제2 평관형 단전지의 제1 공기극과 접촉하고,
    상기 연료극 접촉부는 상기 제1 평관형 단전지의 제2 집전체 및 상기 제2 평관형 단전지의 제1 집전체와 접촉하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연결부는 상기 절연 플레이트의 마주보는 측면들에 형성된 상기 공기극 접촉부 및 상기 연료극 접촉부와 각각 접촉하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
  16. 제14항에 있어서, 상기 공기극 접촉부에는 다수의 돌기 또는 리세스가 형성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 적층 구조물.
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