KR20120110787A - 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈 - Google Patents

경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 관한 것으로서, 연료극 역할을 하는 평관상의 지지체, 공기극, 전해질층, 및 인터커넥터(interconnector)를 포함하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 있어서, 상기 지지체 내부에는 연료가 공급되는 복수의 연료유로가 위치하며, 상기 연료유로의 입구폭보다 상기 연료유로의 출구폭이 더 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래와 달리, 단위셀 내부에 구성된 유로의 크기를 입구로부터 출구로 갈수록 폭이 넓어지도록 경사형으로 구성함으로써, 종래와 평균 전류밀도를 동등하게 유지하면서도, 유로입구의 압력을 감소시켜, 유로 입구와 출구간의 압력차를 현저히 줄여, 연료전지 모듈의 내구성 및 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈 {FLAT TUBE TYPE SOLID OXIDE FUEL CELL MODULE WITH INCLINED FLOW CHANNEL}
본 발명은 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래와 달리, 단위셀 내부에 구성된 유로의 크기를 입구로부터 출구로 갈수록 폭이 넓어지도록 경사형으로 구성함으로써, 종래와 평균 전류밀도를 동등하게 유지하면서도, 유로입구의 압력을 감소시켜, 유로 입구와 출구간의 압력차를 현저히 줄여, 연료전지 모듈의 내구성 및 경제성을 크게 향상시킨 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 관한 것이다.
연료전지는 물의 전기분해 반응의 역반응으로 전기를 발생시키는 전지로서, 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 공기 중의 산소를 전기 화학반응에 의하여 직접 전기 에너지로 변환시키는 기술을 응용한다. 수소와 산소의 화학반응으로 물이 생성되기 때문에 환경 친화적인 전지라는 장점도 갖는다.
연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자형, 인산형, 용융탄산염, 고체 산화물형 연료전지로 구분된다. 이러한 연료전지는 기술발전에 따라 인산형 연료전지를 제1세대, 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)를 제3세대 연료전지로 구분하고 있다.
제3세대 연료전지로 분류되는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체 산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(800 ~ 1000℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한, 고가의 니켈 재료를 사용할 필요가 없고, 기존의 탄화수소 연료를 별도의 개질기 없이 직접 사용할 수 있으며, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합발전이 가능하다는 장점도 있다.
한편 이러한 고체 산화물 전해질로서, 이트리아(yttria)를 첨가하고, 결정구조의 안정화를 도모한 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ)이 사용되어 왔다. 이 재료는 산소이온의 전도성을 가지고 있지만, 이러한 전도성은 온도에 의존하며, 800 ~ 1000℃의 범위에 이르러서야 연료전지로서 요구되는 전도성을 얻을 수 있는 특징이 있다. 이 때문에, SOFC의 운전 온도는 일반적으로 800 ~ 1000℃이며, 전극재료도 이와 같은 고온에 견디기 위하여 세라믹 종류의 물질이 사용된다.
이러한 SOFC는 그 형태에 따라 크게 원통형, 평판형, 일체형의 3종으로 구분되며, 이들 중 원통형과 평판형이 주로 연구되고 있는데, 현재의 기술 개발 수준을 보면 원통형 시스템이 가장 진보된 기술이며, 그 다음으로 평판형 기술이 개발되고 있다.
상기 평판형 SOFC는 원통형에 비하여 스택 자체의 전력밀도가 높은 장점은 있으나, 셀 상하의 가스 혼합을 막기 위해 셀 가장자리 부위의 모든 부분에 밀봉(seal)이 필요하며, 재료들 상호 간의 열팽창률의 차이에 의한 열적 응력의 발생하여, 대용량 연료전지에 필수적인 대면적 연료전지의 제조가 어렵다는 문제가 있다.
이와 같은 평판형 SOFC의 문제점을 해결하고자, 원통형 SOFC가 제시되었다(미국등록특허 US6207311, US6248468). 이러한 원통형 셀은 다공성 지지체 튜브 위에 공기극, 고체전해질, 연료극, 집전층 순으로 각 재료를 적층하여 단위 연료전지를 구성한 것으로서, 평판형 셀 구조에 비하여 강도 면과 가스 밀봉 측면에서 그에 비하여 월등히 우수한 특성을 보인다. 그러나, 이러한 원통형 SOFC 셀은, 평판형 셀에 비하여 단위면적당 전력밀도가 낮고 고가의 제조공정이 필요한 문제가 있다.
최근에는 이러한 평판형 셀 구조와 원통형 셀 구조를 함께 구비하도록 함으로써, 평판형 셀의 밀봉 문제를 해결하고, 동시에 전력밀도도 함께 높이기 위한 평관형(flat tube type) 셀 구조와 이에 따른 스택 연구 및 개발이 이루어지고 있다(미국등록특허 US6146897, US6429051, 대한민국 등록특허 제538555호 등).
도 1은 종래의 평관형 SOFC의 셀 구조의 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 평관형 SOFC 셀은, 연료가 유입되는 연료유로(C)가 형성되어 연료극 역할을 하는 지지체(1)가 평탄부(1a)와 그 양단에 곡률부(1b)를 포함하여 이루어지고, 지지체(1)의 상면에는 인터커넥터(interconnector)(2)가 적층되며, 지지체(1)의 표면 중에 인터커넥터(2)가 형성되지 아니한 부분에는 전해질층(3) 및 공기극(4)이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.
상기 구조의 단위 셀이 차례로 적층되어 이루어진 연료전지의 작동원리는, 연료유로(C)를 통하여 연료가스(수소)가 공급되고, 공기극(4)을 통하여 산소를 포함한 공기가 공급되어, 소정의 온도까지 가열함에 따라 화학반응에 의한 전기 에너지 변환이 이루어지는 원리에 따른다. 즉, 공기극(4)에서 산소의 환원반응에 의하여 생성된 산소이온만이 선택적으로 전해질(3)을 통해 연료극(지지체)(1)으로 이동하며, 이때 연료극(1)에서 전자가 생성되고, 공기극(4)에서는 전자가 소모되어 전기가 흐르는 원리이다. 이렇게 생성된 전류는 인터커넥터(2)에 집전되어, 적층된 다른 셀로 이동하게 된다.
이러한 평관형 SOFC의 셀 구조에 있어서, 유로는 제조상의 용이성 및 전류밀도 향상을 위해, 유로의 입구폭과 출구폭을 동일하게 구성하고 있으나, 그로 인해, 가스유입에 있어서, 유로 입구의 압력이 출구에 비해 더 높음으로써, 연료전지 시스템 구성시 연료공급을 위한 추가장치가 필요하게 되는 문제점이 발생한다.
따라서, 연료전지용 셀(모듈)을 제조함에 있어, 전력밀도를 극대화시키면서도, 연료전지 발전시스템의 제조단가를 감소시킬 수 잇는 최적의 구조에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래와 달리, 단위셀 내부에 구성된 유로의 크기를 입구로부터 출구로 갈수록 폭이 넓어지도록 경사형으로 구성함으로써, 종래와 평균 전류밀도를 동등하게 유지하면서도, 유로입구의 압력을 감소시켜, 유로 입구와 출구간의 압력차를 현저히 줄여, 연료전지 모듈의 내구성 및 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈은, 연료극 역할을 하는 평관상의 지지체, 공기극, 전해질층, 및 인터커넥터(interconnector)를 포함하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 있어서, 상기 지지체 내부에는 연료가 공급되는 복수의 연료유로가 위치하며, 상기 연료유로의 입구폭보다 상기 연료유로의 출구폭이 더 큰 것을 특징으로 한다.
상기 연료유로의 입구폭 대비 상기 연료유로의 출구폭이 130% 내지 180% 더 큰 것을 특징으로 한다.
상기 지지체의 표면 일부에는 상기 인터커넥터가 적층되고, 상기 인터커넥터가 적층되지 아니한 상기 지지체의 표면 일부에는 상기 전해질층 및 공기극이 순차적으로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지체는, 세라믹 분말 입자 표면에 Ni(OH)2가 침전되어 이루어진 코어-쉘 구조의 세라믹-NiO 복합분말로 이루어지며, 상기 세라믹은, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 가도리니움이 도핑된 세리아(GDC), 사마리움이 도포된 세리아(SDC), 스칸디움이 도핑된 지르코니아(ScZ) 또는 란타늄-스트론듐-갈륨-마그네슘 산화물(LSGM) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 따르면, 종래와 달리, 단위셀 내부에 구성된 유로의 크기를 입구로부터 출구로 갈수록 폭이 넓어지도록 경사형으로 구성함으로써, 종래와 평균 전류밀도를 동등하게 유지하면서도, 유로입구의 압력을 감소시켜, 유로 입구와 출구간의 압력차를 현저히 줄여, 연료전지 모듈의 내구성 및 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 평관형 고체 산화물 연료전지의 모듈 구조의 단면도
도 2는 종래의 평관형 고체 산화물 연료전지의 지지체 및 연료유로를 나타낸 평면도 및 단면도
도 3은 본 발명의 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈의 연료유로의 입구, 중간부 및 출구를 나타낸 평면도 및 단면도
도 4는 본 발명의 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈의 연료유로의 입구, 중간부 및 출구를 나타낸 평면도 및 단면도
도 5는 비교예(a)와 실시예(b)의 전류밀도를 나타낸 전산모사 결과
도 6은 비교예에 따른 연료유로의 압력분포를 나타낸 전산모사 결과
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료유로의 압력분포를 나타낸 실험결과
이하, 본 발명에 의한 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈은, 지지체(10), 인터커넥터(20), 전해질층(30) 및 공기극(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 지지체(10)는 평탄부(10a)와 그 양단에 곡률부(10b)를 포함하여 이루어지고, 지지체(10)의 상면 일부에는 인터커넥터(interconnector)(20)가 적층되며, 지지체(10)의 표면 중에 인터커넥터(20)가 형성되지 아니한 부분에는 전해질층(30) 및 공기극(40)이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.
본 발명에서의 지지체(10)는 연료극 역할을 하기에, 연료가스가 투과할 수 있도록 가스 투과성을 갖추어야 하며, 인터커넥터(20)를 통하여 집전이 수행될 수 있도록 전도성을 가져야 한다. 이와 같은 지지체(10)의 재질로서는 일반적으로 사용되는 Ni-YSZ 서멧(cermet)을 사용하여도 무방하나, 본 발명에 있어서의 지지체(10) 내의 연료유로(11)의 다각형 형상을 구현하기 위해서는, 기계적인 강도가 큰 코어-쉘(core-shell) 구조의 세라믹-NiO 복합분말을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 지지체(10) 내부에는 연료가 공급되어 흐르는 복수의 연료유로(11)가 구비되는데, 이러한 연료유료(11)는 지지체(10)는 평탄부(10a)의 경계면과 평행을 이루어 연장된 도면상 X축으로 표시된 선을 따라 동일한 간격을 이루며 순차적으로 배열된다.
상기 지지체(10) 내부에는 연료가 공급되는 복수의 연료유로(11)가 위치하며, 상기 연료유로(11)의 입구폭보다 상기 연료유로(11)의 출구폭이 더 큰 것을 특징으로 한다.
이는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같은 종래의 연료유로(C)의 경우에는, 연료가스가 유로에 투입되는 연료유로(C)입구의 압력이 연료유로(C)출구의 압력보다 현저히 큼으로 인하여, 압력을 관리하기 위해 유체공급장치의 추가가 필요함으로써, 전반적인 제조비용이 증가하는 문제를 해결하기 위한 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 도 3 및 도 4와 같이, 상기 연료유로(11)의 입구폭보다 상기 연료유로(11)의 출구폭이 더 크도록 구성하였으며, 그 결과, 연료유로(11)입구와 출구의 압력차이가 기존 단위셀 및 스택에 비하여 25%이상 줄어들어, 압력차로 인한 생산단가 증가문제가 해결될 뿐만 아니라, 원활한 연료가스의 흐름으로 인해, 연료전지의 전반적인 성능 또한 개선되었다.
또한, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 연료유로(11)의 입구와 출구간에는 완만한 경사를 이루도록 연료유로(11)가 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연료유로(11)의 입구폭 대비 상기 연료유로(11)의 출구폭은 130% 내지 180% 더 큰 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 140% 내지 160% 더 큰 것이 효과적이다. 130%미만인 경우에는 압력차 개선효과가 현저히 감소함으로써, 성능개선정도가 미미한 문제가 있으며, 180%를 초과하는 경우에는 과도한 폭 차이로 인해, 연료가스의 흐름을 방해함으로써, 오히려 연료전지의 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 수차례의 실험을 통해, 130% 내지 180%의 폭 차이가 가장 효과적으로 성능을 향상시킬 수 있는 최적의 수치임을 확인하였다.
일반적으로 지지체(10)의 두께가 얇을수록 전류의 이동거리 및 전류 흐름에 대한 내부 저항이 감소하는 이점이 있으나, 지지체(10)의 재질로 사용되는 분말들을 건조 및 소결하는 과정에서 또는 고온 환경에서의 전류 생성 과정에서의 열적 응력에 의하여 지지체(10)에 균열이 발생할 수 있다. 특히, 본 발명에서와 같이, 연료유로(11)의 상단부와 평탄면(10a) 사이의 두께는, 지지체(10)에 있어서 가장 얇은 부위로서, 가장 취약한 부위이기 때문에 더욱 그러한 염려가 크다.
본 발명에서는 이에 대한 문제를 해결하기 위하여, 지지체(10)의 재질로서 기계적인 강도가 큰 코어-쉘(core-shell) 구조의 세라믹-NiO 복합분말을 이용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 종래의 지지체의 재질로서 사용되는 Ni-YSZ 서멧(cermet)은, 니켈과 YSZ 등의 세라믹 분말을 혼합하고, 성형 및 소결을 거쳐 소결체를 얻은 후, 이를 환원 분위기 하에서 열처리하여 제조한 것이나, 이는 YSZ 분말과 NiO 분말 간의 상호인력 차이로 인한 응집현상이 발생하였으며, 이에 따라 지지체의 미세구조의 불균일이 초래되는 염려가 있다. 따라서 이러한 Ni-YSZ 서멧을 이용하는 경우에는 기계적 강도가 상대적으로 낮기 때문에, 연료유로(11)의 상단부와 평탄면(10a) 사이에 균열이 발생할 소지가 크다.
따라서, 세라믹 분말 입자 표면에 Ni(OH)2가 침전되어 이루어진 코어-쉘 구조의 세라믹-NiO 복합분말, 예를 들어 코어-쉘 구조의 YSZ-NiO 복합분말을 본 발명의 지지체 제조에 적용하면, Ni과 YSZ 결정립의 크기가 미세하고 균일할 뿐 아니라, 기공 직경의 분포가 매우 좁게 나타나기 때문에, 기존 연료극 지지체에 비하여 표면 결함이 현저하게 감소하는 장점을 가지며, 조대한 Ni 결정립이 거의 없고 기공경이 매우 균일하여, 기계적 강도도 현저하게 증가한다.
따라서, 이러한 기계적 강도를 이용하여, 지지체(10)의 두께 방향(T)으로 연료유로(11)의 직경(D2)이 커짐에 따라, 연료유로(11)의 상단부와 평탄면(10a) 사이의 두께가 얇아지더라도, 열적 응력에 의하여 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있기에 상술한 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 이러한 코어-쉘 구조의 세라믹-NiO 복합분말에 있어서, 세라믹 분말로서 상술한 YSZ 이외에도, 가도리니움이 도핑된 세리아(Gadolinium Doped Ceria, GDC), 사마리움이 도포된 세리아(Samarium Doped Ceria, SDC), 스칸디움이 도핑된 지르코니아(Scandium Doped Zirconia, ScZ) 또는 란타늄-스트론듐-갈륨-마그네슘 산화물((LaSr)GaMaO3, LSGM) 중 적어도 하나로 복합분말을 제조할 수 있으며, 이 경우에는 각각 GDC, SDC, ScZ 및 LSGM으로 전해질층(30)을 구성하여 연료전지 모듈을 제조할 수 있다.
인터커넥터(interconnector)(20)는 전도성 세라믹으로 이루어지며, 수소를 포함하는 연료가스 및 공기(산소가스)와 접촉하기 때문에, 내환원성 및 내산화성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 전도성 세라믹으로는 란탄크로마이트계 페로브스카이트(Perovskite)형 산화물(LaCrO3계 산화물) 또는 여기에 Ca, Sr, Mg, Co, Al 등이 도핑된 것이 사용된다. 또한, 지지체(10)의 내부에서 흐르는 연료 가스 및 지지체(10)의 외부에서 흐르는 산소 함유 가스(공기)의 누출(leak)를 방지하기 위하여, 이러한 전도성 세라믹은 치밀한 구조를 가져야 하며, 이를 위하여 약 90% 이상의 상대밀도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
인터커넥터(20) 상부에는, 셀 스택(cell stack)을 형성하는 경우에, 이를 포함하는 단위 셀과 다른 단위 셀이 적층될 수 있도록 상호 간의 셀들을 직렬로 연결할 수 있는, 일반적으로 금속 재질로 이루어진 연결재가 개재된다. 즉, 하부 셀의 인터커넥터(20)와 상부 셀의 공기극(40) 사이에 연결재가 형성되는 것이다.
전해질층(30)은 연료극(10)과 공기극(40) 사이의 전자 중개 역할을 하는 것과 아울러, 연료 가스와 산소 함유 가스의 누출을 방지하는 기능을 하기 때문에, 기밀성을 가져야 한다. 이는 일반적으로 지르코니아(ZrO2)계 물질, 예를 들어 3 내지 15몰의 희토류 원소가 도핑된 지르코니아, 구체적으로는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 이루어진다.
여기서, 상기 희토류 원소는 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 등을 예시할 수 있지만, 경제적인 면에서 주로 Y 또는 Yb 등이 사용된다. 또한, 상술한 바와 같이, 지지체(10)의 재질에 따라 GDC, SDC, ScZ 및 LSGM으로 이루어질 수도 있다.
공기극(40)은 본 발명에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 지지체(10)의 곡률부(10b)에는 형성되어 있지 않고, 평탄부(10a)의 일부에만 형성되어 있는데, 이와 달리 곡률부(10b)를 함께 피복하는 구조로 이루어질 수도 있다. 다만, 평탄부(10a)에만 형성되어 있는 경우에는, 공기극(40)의 두께조절이 용이하다는 관점에서 바람직하다.
이러한 공기극(40)의 재질로는 일반적으로 ABO3 형의 페로브스카이트(Perovskite)형 산화물로 이루어진 전도성 세라믹을 사용한다. 이러한 전도성 세라믹 물질로는 A사이트에 La을 갖는 LaMnO3계 산화물, LaFeO3계 산화물, LaCoO3계 산화물이 바람직하게 사용되며, 구체적으로는 LaSrMnO3(LSM) 또는 LaSrCoFeO3(LSCF) 분말이 단독 또는 전해질 소재와 복합되어 이루어진 것이 바람직하게 사용된다. 또한, 공기극(40)은 가스 투과성을 지녀야 하기에, 공극률이 20% 이상인 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈의 우수성을 입증하기 위해 종래의 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지(비교예)와 본 발명의 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지(실시예)에 대한 특성을 전산모사로 해석하였다.
먼저, 유로의 전류밀도를 측정한 결과는 도 5에 나타나 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 비교예(a)와 실시예(b)는 평균 전류밀도가 거의 동일하게 분석되었다.
따라서, 경사형으로 유로를 변경하더라도, 평균 전류밀도의 저하가 없음을 알 수 있다.
다음으로, 입구온도 750℃, 가스 조성은 수소60%,질소40%, 유량은 2.5L/min의 조건하에서, 비교예와 실시예의 유로 전반의 압력을 측정하였다.
비교예의 결과는 도 6에, 실시예의 결과는 도 7에 나타나 있다. 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 종래에는 유로의 최대압력이 350Pa인 것에 반해, 본 발명에서는 최대압력이 300Pa로써, 약 15%가량 감소함을 알 수 있었다.
또한, 유로의 입구와 출구쪽의 압력분포가 비교예의 경우에는 입구쪽이 현저히 높은 것과 달리, 실시예에서는 입구와 출구의 압력차이가 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 경사형 유로를 적용한 경우에, 종래보다 유로 입구와 출구간의 압력차이가 현저히 감소함이 명확히 입증되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
1: 지지체 C: 연료유로
2: 인터커넥터 3: 전해질층
4: 공기극
10: 지지체 11: 연료유로
20: 인터커넥터 30: 전해질층
40: 공기극

Claims (4)

  1. 연료극 역할을 하는 평관상의 지지체, 공기극, 전해질층, 및 인터커넥터(interconnector)를 포함하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈에 있어서,
    상기 지지체 내부에는 연료가 공급되는 복수의 연료유로가 위치하며, 상기 연료유로의 입구폭보다 상기 연료유로의 출구폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료유로의 입구폭 대비 상기 연료유로의 출구폭이 130% 내지 180% 더 큰 것을 특징으로 하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 지지체의 표면 일부에는 상기 인터커넥터가 적층되고,
    상기 인터커넥터가 적층되지 아니한 상기 지지체의 표면 일부에는 상기 전해질층 및 공기극이 순차적으로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 지지체는, 세라믹 분말 입자 표면에 Ni(OH)2가 침전되어 이루어진 코어-쉘 구조의 세라믹-NiO 복합분말로 이루어지며, 상기 세라믹은, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 가도리니움이 도핑된 세리아(GDC), 사마리움이 도포된 세리아(SDC), 스칸디움이 도핑된 지르코니아(ScZ) 또는 란타늄-스트론듐-갈륨-마그네슘 산화물(LSGM) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 경사형 유로를 갖는 평관형 고체 산화물 연료전지 모듈
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