KR20120054336A - 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 집전체에 관한 것으로서, 구체적으로는 본 발명에 의한 연료전지 모듈은 다음과 같은 단위 셀, 집전체 및 보조 집전체를 포함한다. 단위 셀은 중공원통형으로 형성되고, 중심축으로부터 직경방향으로 제1전극층, 전해질층 및 제2전극층을 구비한다. 집전체는 금속 재질의 도선형상으로 형성되어, 상기 제2전극층의 외주면에 권선된다. 보조 집전체는 세라믹 재질의 분말형태로 형성되어, 상기 집전체의 표면에 부착된다.
즉 본 발명은 금속 및 세라믹 재료를 동시에 이용하여 집전수단을 구성함으로써 단일의 재료를 이용하였을 경우 발생할 수 있는 단점을 보완하고 각 재질의 장점을 취합하여 보다 효율적인 연료전지를 구성할 수 있게 된다.

Description

복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈{Fuel cell module with combined current collector}
본 발명은 복합 집전체에 관한 것으로서, 구체적으로는 복합재료를 이용함으로써 내산화성 등 화학적 안정성과 집전효율의 향상을 동시에 도모할 수 있는 집전수단에 관한 것이다.
전해질의 종류에 따라 연료전지는 여러 종류로 구분될 수 있다. 이러한 연료전지는 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 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.
집전체(current collector)는 SOFC 스택제조를 위한 핵심재료이다. SOFC에 사용되는 집전체는 전기적 연결을 위한 높은 전기전도도, 공기극 및 연료극 분위기 내에서의 화학적 안정성, SOFC 셀 구성 요소들과의 열팽창 계수 일치, 필요한 경우에는 스택을 지지하기 위한 기계적 강도 가공용이성 및 가격경제성 등이 요구된다.
이러한 SOFC에서 최근 세라믹(ceramic) 계열과 금속(metal) 계열의 재료가 집전체로 사용되는 추세이다. 다만 세라믹과 금속 계열은 각 재료의 특성상 장단점이 두드러진다.
본 발명의 과제는 각 재료의 단점을 상호보완 하도록 금속과 세라믹을 동시에 이용한 집전체 구조를 제공하는 데 있다.
동시에 본 발명의 과제는 집전체와 연료전지 단위 셀과의 접착력을 향상시키는 수단을 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 연료전지 모듈은 아래와 같은 단위 셀, 집전체 및 보조 집전체를 포함한다.
단위 셀은 중공원통형으로 형성되고, 중심축으로부터 직경방향으로 제1전극층, 전해질층 및 제2전극층을 구비한다. 집전체는 금속 재질의 메쉬 또는 도선형상으로 형성되어, 상기 제2전극층의 외주면에 구비된다. 보조 집전체는 세라믹 재질의 분말형태로 형성되어, 상기 집전체의 표면에 부착된다.
또한 상기 보조 집전체는 상기 제2전극층의 외주면에 더 부착될 수 있다.
또한 보조 집전체를 구성하는 세라믹 입자는 전자의 이동이 가능하도록 각각 접촉할 수 있다.
또한 상기 집전체는 페라이트계 Fe-Cr 합금, Ag, Ni으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 금속을 주성분으로 할 수 있다.
또한 상기 보조 집전체는 LaCrO3계 세라믹을 주성분으로 할 수 있다. 이 경우 상기 보조 집전체는 30% 내지 50%의 공극률을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2전극층은 공기극인 경우 상기 보조 집전체는 LaMnO3 및 LaCoO3계 세라믹을 주성분으로 할 수 있다. 이 경우에 상기 보조 집전체는 50% 이내의 공극률을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 보조 집전체 형성 방법은 아래와 같은 단계를 포함할 수 있다. a 단계에서는 세라믹 재료를 분말형태로 가공한다. b 단계에서는 상기 분말형태의 세라믹 재료를 집전체 표면에 부착한다. c 단계에서는 섭씨 500도 내지 600도에서 열처리하여 상기 분말형태의 세라믹 재료를 고결시킨다.
또한 b 단계에서는 상기 분말형태의 세라믹 재료를 단위 셀의 외주면의 전극에 더 부착시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,
본 발명은 세라믹 재료의 특성에 따라 단일 금속 집전체를 사용하는 경우에 비하여 내산화성이 강화되어 연료전지의 수명을 증가시키는 효과가 있다.
또한 본 발명은 주 집전재료로서 금속재질을 이용함으로써 단일 세라믹 집전체를 사용하는 경우에 비하여 집전구조의 가공성이 향상되고, 열전도도가 증가하여 스택의 온도분포가 균일해짐으로써 연료전지의 효율이 향상되며, 전기전도도가 우수하여 집전효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
즉 본 발명은 금속 및 세라믹 재료를 동시에 이용하여 집전수단을 구성함으로써 단일의 재료를 이용하였을 경우 발생할 수 있는 단점을 보완하고 각 재질의 장점을 취합하여 보다 효율적인 연료전지를 구성할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 금속집전체에 공기극의 성분으로 사용되는 LaMnO3 및 LaCoO3계 세라믹 파우더를 도포함으로써 단위 셀 표면의 이온분포를 고르게 하고 구조적 안정성을 확대하는 등의 효과가 있다.
또한, 보조 집전체의 고결에 사용된 바인더를 기화시켜 제거함으로써 보조 집전체의 공극률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기본이 되는 단위 셀과 집전 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단위 셀과 집전구조를 단위 셀의 중심축을 따라 절개한 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 보조 집전체가 금속 집전체 상에 도포된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 단위 셀과 집전 구조를 단위 셀의 중심축을 따라 절개한 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 보조 집전체가 금속 집전체 및 단위 셀 외주면에 도포된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 단위 셀과 집전 구조를 단위 셀의 중심축을 따라 절개한 횡단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 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)을 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 이상상태 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.
단위 셀(100)을 [도 1] 및 [도 2]에 도시하였다. [도 2]는 V1-V1'에서 바라본 단면도이다.
단위 셀(100)은 [도 1]에 도시된 바와 같이 중공의 원통형으로 형성되나, 중공의 다각통형으로 형성될 수도 있다. 또한 단위 셀(100)은 중심축으로부터 외부를 향하여 3개의 층으로 구분된다. 최내곽층(101)과 최외곽층(103)은 전극층이며, 양 전극층 사이에는 전해질층(102)이 구비된다. 이 때 목적에 따라 최내곽층(101)에 연료극 최외곽층(103)에는 공기극이 형성되거나 반대로 최외곽층(103)에 연료극 최내각층(101)에 공기극이 형성될 수 있으나 본 발명의 경우에는 두 가지 경우 모두 포함한다. 또한 필요한 경우 상술한 3개의 층간에 중간층(미도시)을 더 구비할 수도 있다. 중간층(미도시)은 인접하는 두 층의 성분을 혼합하여 구성된 층으로서 양 층의 부착력 및 구조적 안정에 기여하게 된다.
집전체(110)는 와이어 형태로 형성되어 단위 셀(100)의 외주면에 권선된다. 한편, 본 발명에서의 집전체(110)는 주 재질이 금속으로 형성된 것에 특징이 있으므로, 단위 셀 외부에 다양한 형태로 구비될 수 있으며 본 실시예에서와 같이 도선 형상에 국한되지 않는다. 즉 집전체(110)는 [도 3]에 도시된 것 이외에도 금속재질의 메쉬 형상 등으로 구성될 수도 있다.
집전체(110)의 재료는 크게 세라믹계열과 금속계열로 구분할 수 있다. 각 재료마다 장단점이 극명하게 갈리기 때문에 일반적으로는 목적에 적합한 특성의 재료를 결정하여 사용하게 된다. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 집전체(110)로 주로 사용되는 재료의 종류별 장단점을 아래의 표 1에서 비교하였다.
<표 1>
Figure pat00001
표 1에 나타난 바와 같이 세라믹 집전체의 가장 대표적인 재료로는 perovskite 구조를 갖는 LaCrO3계 화합물이다. 이 재료는 연료극과 공기극 환경 모두에서 높은 전기전도도를 나타내며, 셀 구성요소들과의 열팽창계수의 적합성이 우수하고 안정성도 확보되어 고온형 SOFC의 집전체 소재로서 가장 많이 사용되며, 목적에 따라 Ca나 Sr 등의 알칼리토금속을 첨가하여 사용하기도 한다.
세라믹은 고온에서의 전기적?화학적 안정성은 매우 우수하나 취성이 높고 가공성이 떨어지며 특히 가격이 매우 비싸다.
세라믹 집전체와 비교하여 금속 집전체는 가공성, 경제성 등의 장점 외에도 열전도도가 우수하여 스택 온도분포가 균일해지고, 기계적 강도가 우수하고, 가스 투과가 없고, 전기전도도가 우수하다는 장점이 있다. 그러나 금속 집전체는 고온에서의 사용에 의해 SOFC의 공기극 분위기에서 표면에 산화물이 형성되어 접촉저항이 급격히 증가하며, 화학적 불안정성에 의해 전극을 오염시켜 특히 공기극 활성을 저하시키는 단점을 가진다.
<실시예1>
이러한 재료들의 장점을 취합하고 단점을 보완하기 위하여 [도 3] 및 [도 4]에 도시된 것과 같은 복합 집전체를 제안하게 되었다. [도 4]는 V2-V2'에서 바라본 단면도이다.
본 실시예에서의 집전 구성은 집전체(110)와 보조 집전체(120)로 구분된다.
집전체(110)는 금속 재질의 도선으로 제작되어 단위 셀(100)의 외주면에 권선된다. 집전체의 직경은 0.5mm 내지 2mm의 범위 내에서 결정되도록 한다. 0.5mm 이하인 경우에는 집전체(110)의 제조 시 권선 공정횟수가 많아지고 실제 집전을 하기 위한 단면적이 작기 때문에 고전류에서는 단위면적당 흐르는 전류가 많아져서 열 발생으로 인한 전류 손실이 커지게 된다. 2mm 이상의 직경으로 제조되는 경우에는 집전체(110)의 부피 대비 표면적이 감소하여 집전효율이 떨어지게 된다. 결국 앞서 설명한 바와 같이 작업성 및 집전효율을 고려하고 집전체(110)의 강도를 고려하면 집전체(110)의 직경이 1mm 정도가 되도록 제조하는 것이 바람직하다.
보조 집전체(120)는 세라믹 재질의 분말(powder)형태로 제작된다. 보조 집전체(120)는 바인더를 이용하여 집전체(110) 표면에 밀착된다. 이 후 섭씨 500도 내지 600도의 온도에서 열처리를 하게 된다. 열처리 단계에서 보조 집전체는 집전체(110) 표면에 단단히 고결되고, 바인더는 기화되어 제거된다. 바인더가 제거 됨으로써 보조 집전체(120) 분말의 입자 간의 추가적인 공극률을 더 확보할 수 있다. 보조 집전체(120)를 구성하는 입자 각각은 전자가 이동할 수 있도록 서로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, [도 4]에 도시된 바와 같이, 보조 집전체(120)는 집전체(110) 상에만 부착되어 있는 보조 집전체(120b)와 집전체(110) 및 제2전극층(103) 사이에 끼어 두 표면에 접촉하고 있는 보조 집전체(120a)로 구분될 수 있다. 이 중 집전체(110)와 제2전극층(103) 양쪽 표면에 접촉하고 있는 보조 집전체(120a)는 산화방지 작용 이외에도 집전효율을 향상시키는 역할을 추가적으로 하게 된다.
또한 보조 집전체(120)는 연료 및 공기가 공급될 수 있도록 공극이 형성되어야 한다. 즉 도포시 세라믹 분말의 각 입자에 의한 공극률이 30% 내지 50%가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 세라믹 분말의 각 입자에 의한 공극률이 30% 이하인 경우에는 산소 또는 연료가 전극층에 도달할 확률이 그만큼 줄어들게 되므로 연료전지의 효율이 떨어지게 되며 상술한 공극률이 50% 이상인 경우에는 집전체(110)가 산화되는 것을 충분히 방지하지 못하게 된다.
또한 보조 집전체(120)를 구성하는 세라믹 분말은 집전체(110)의 표면에 안정적으로 부착되어야 하므로 그 직경이 수 μm 내지 수십 μm가 되도록 제조하며, 집전효율을 고려하여 특히 20 μm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
집전체(110)와 보조 집전체(120)의 재질에 대하여 구체적으로 설명한다.
집전체는 전자와 이온 중 전자만을 선택적으로 단위 셀(100) 외부로 이동시켜야 하기 때문에 이온전도도는 낮고 전기전도도는 높은 특성을 갖는 재료를 사용하여 구성하여야 한다. 이러한 특성을 만족하는 재료로는 LaCrO3계 세라믹과 Ag, Ni계 합급, Cr계 합금, 페라이트계 Fe-Cr 금속이 있다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이 집전체(110)로서는 금속 특히 Ag, Ni계 합급, Cr계 합금, 페라이트계 Fe-Cr 금속을 이용하는 것이 바람직하며, 보조 집전체로는 LaCrO3계 세라믹을 사용한다. 일반적으로 공기극 측에는 산화가 잘 되는 분위기가 조성되어 있어 금속재질, 특히 Ni계 합금 또는 페라이트계 Fe-Cr금속으로 구성된 집전체를 사용하기는 어렵다. 그러나 본 발명에서는 보조 집전체(120)가 산화를 방지하는 역할을 하기 때문에 공기극 측에도 금속재질의 집전체(110)를 구비할 수 있다.
<실시예 2>
다른 실시예를 [도 5] 및 [도 6]에 도시하였다. [도 6]은 [도 5]의 V3-V3'에서 바라본 단면도이다. 본 실시예는 [도 5] 및 [도 6]에 도시된 바와 같이 단위 셀(100)의 외주면에도 보조 집전체(120)가 덮인 경우이다.
단위 셀(100) 외주면 상에 도포되는 보조 집전체(120) 또한 실시예 1의 보조 집전체(120)와 동일한 범위 내에서 물리적 화학적 특성이 결정된다. 다만 세라믹 재료의 특성에 따라 산소 또는 연료의 투과율을 조절하기 위하여 집전체(110) 상에 고결된 세라믹 분말과 단위 셀(100) 외주면 상에 고결된 세라믹 분말 입자가 형성하는 공극률을 달리 설정할 수는 있다.
<실시예 3>
보조 집전체의 재질에 대한 다른 실시예를 설명한다.
연료전지의 특성 상 각 구성의 재질의 선택은 제한을 받을 수 밖에 없다. 연료극과 공기극은 각각 연료가스와 산소가 잘 확산되어 들어갈 수 있도록 다공질이어야 한다. 또한 연료극과 공기극은 높은 전기전도도와 높은 이온전도도를 지녀야 한다. 예를 들어 연료극이 NiO-YSZ로 형성되는 경우 NiO가 환원되어 Ni가 구성하는 네트워크는 전자가 통과하는 통로(path)가 되고, YSZ는 이온 전도의 통로(path)가 된다. 집전체의 경우에는 전자와 이온 중 전자만을 단위 셀(100) 외부로 이동시켜야 하기 때문에 이온전도도는 낮고 전기전도도는 높은 특성을 갖는 재료를 사용하여 구성하여야 한다.
본 실시예에서는 보조 집전체(120)의 재료로서 공기극의 재료로 주로 사용되는 LaMnO3 및 LaCoO3계 세라믹을 사용한다. LaMnO3 및 LaCoO3계 세라믹의 경우 이온전도도가 높아 단일 성분의 집전체 재료로는 부적합하지만 본 발명에서와 같이 보조 집전체가 직접 외부 회로등과 연결되지 않고 금속 집전체의 집전의 보조적인 역할을 하는데 그치는 경우에는 이러한 이온전도도가 집전 효율에 영향을 미치지 않고 오히려 공기극의 면적을 넓히는 효과를 얻을 수 있으며 이온분포를 고르게 할 수 있다.
즉 공기극의 재료와 유사한 성분의 세라믹 재료를 보조 집전체의 형성에 사용함으로써 집전체와 단위 셀의 부착력을 향상시킬 수 있고, 이온전도도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한 공기극의 재료와 유사한 재료를 사용함으로써 작동시 열팽창율에 의한 파단의 염려 또한 줄어들게 된다.
또한 이 경우 LaCrO3계 세라믹을 사용한 경우에 비하여 이온전도도를 향상시킬 수 있고, 공기극의 재료와 비슷한 재료로 형성되었기 때문에 세라믹 입자에 의한 공극률이 실시예 1에 비하여 더 작거나 아예 공극이 형성되지 않은 경우에도 실시예 1과 비슷한 집전효율을 보일 수 있게 된다.
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 복합 집전체로 구현될 수 있다.
100: 단위셀 110: 집전체
120: 보조 집전체

Claims (11)

  1. 중공원통형으로 형성되고, 중심축으로부터 직경방향으로 제1전극층, 전해질층 및 제2전극층을 구비하는 단위 셀;
    금속 재질의 메쉬 또는 도선형상으로 형성되어, 상기 제2전극층의 외주면에 구비되는 집전체; 및
    세라믹 재질의 분말형태로 형성되어, 상기 집전체의 표면에 부착되는 보조 집전체:를 포함하는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 집전체는 상기 제2전극층의 외주면에 더 부착되는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    보조 집전체를 구성하는 세라믹 입자는 전자의 이동이 가능하도록 각각 접촉하는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집전체의 직경은 0.5mm 내지 2mm인 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집전체는 Ag, 페라이트계 Fe-Cr 금속, Ni계 합금, Cr계 합금으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 금속을 포함하는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보조 집전체는 LaCrO3계 세라믹을 주성분으로 하는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조 집전체는 30% 내지 50%의 공극률을 갖는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2전극층은 공기극이며,
    상기 보조 집전체는 LaMnO3 및 LaCoO3계 세라믹을 주성분으로 하는 복합 집전체를 구비한 연료전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조 집전체는 50% 이내의 공극률을 갖는 복합 집전체를 구비한 연료전지 단위 셀.
  10. 집전체가 권선된 단위 셀에 제1항 내지 제8항의 보조 집전체를 형성하기 위한 방법으로서,
    세라믹 재료를 분말형태로 가공하는 a 단계;
    상기 분말형태의 세라믹 재료를 집전체 표면에 부착하는 b 단계;
    섭씨 500도 내지 600도에서 열처리하여 상기 분말형태의 세라믹 재료를 고결시키는 c 단계:를 포함하는 보조 집전체 형성방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 b단계에서는 상기 분말형태의 세라믹 재료를 단위 셀의 외주면의 전극에 더 부착시키는 보조 집전체 형성방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5766789A (en) * 1995-09-29 1998-06-16 Energetics Systems Corporation Electrical energy devices
US6740441B2 (en) * 2001-12-18 2004-05-25 The Regents Of The University Of California Metal current collect protected by oxide film
EP1328035A1 (fr) * 2002-01-09 2003-07-16 HTceramix S.A. - High Technology Electroceramics PEN de pile à combustible à oxydes solide
US6936367B2 (en) * 2002-01-16 2005-08-30 Alberta Research Council Inc. Solid oxide fuel cell system
US7736772B2 (en) * 2002-02-14 2010-06-15 Alberta Research Council, Inc. Tubular solid oxide fuel cell stack
JP4130135B2 (ja) * 2003-02-28 2008-08-06 京セラ株式会社 集電部材の表面処理方法
US7767329B2 (en) * 2003-11-17 2010-08-03 Adaptive Materials, Inc. Solid oxide fuel cell with improved current collection
CN101238601B (zh) * 2005-08-08 2010-10-27 株式会社杰士汤浅 铅蓄电池的正极集电体及其制造方法
JP4910347B2 (ja) * 2005-09-27 2012-04-04 トヨタ自動車株式会社 スペーサを兼ねた集電電極を備えた燃料電池セルモジュール
CN101192669A (zh) * 2006-12-01 2008-06-04 中国人民解放军63971部队 一种耐腐蚀复合集流体及其制作方法

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