KR20130095043A - 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 및 이를 구비한 연료전지 스택 - Google Patents

인터커넥트형 고체산화물 연료전지 및 이를 구비한 연료전지 스택 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터커넥트형 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 인터커넥트형 고체산화물 연료전지는 단위 셀, 제1 집전부재, 제1 절연부재 및 제2 집전부재를 포함한다. 단위 셀은 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되고, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비한다. 제1 집전부재는 상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전한다. 제1 절연부재는 상기 제1 집전부재 외측에 구비된다. 제2 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취된다.
본 발명에 따르면 인터커넥트형 단위 셀의 장점을 유지하면서도 권취된 집전부재로 인하여 셀과 집전체 사이의 접촉이 증가하는 효과가 있으며, 또한 니켈 폼과 같은 스택을 고정하기 위한 부재 또는 물질이 별도로 필요하지 않기 때문에 가스가 원할히 공급되는 효과가 있다.

Description

인터커넥트형 고체산화물 연료전지 및 이를 구비한 연료전지 스택{Solid oxide fuel cell of interconnect-type and fuel cell stack having the same}
본 발명은 인터커넥트형 고체산화물 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율적인 집전구조를 구비한 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 및 스택에 관한 것이다.
전해질의 종류에 따라 연료전지는 여러 종류로 구분될 수 있다. 이러한 연료전지는 출력범위 및 사용용도 등이 다양하여 목적에 따라 알맞은 연료전지를 선택할 수 있다. 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.
한편, 연료전지에 사용되는 단위 셀 자체의 전압은 실제 용도에 비하여 높지 않다. 따라서 실생활이나 필요한 전압을 구현하기 위하여 복수의 단위 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 최종적으로 연료전지의 정격 전압과 용량을 설계하게 된다.
튜블라 타입(Tubular type)의 연료극 지지체식 단위 셀을 활용하여 스택을 제작하는 경우 기존에는 Ni foam을 활용하여 집전을 하고 단위 셀 간을 연결하였다. 그러나 이 경우 스택에 공급되는 가스가 다공성 매질(porous medium)을 지나가야 하기 때문에 셀의 길이가 길어질 경우 연료가 효율적으로 공급되지 못하며, 집전이 다공성인 니켈 폼(Ni foam)으로 이루어 지기 때문에 집전제가 셀에 면접촉 하기보다는 선접촉을 하는 경우가 많아 집전 효율이 떨어진다. 이로 인하여 가스 공급의 차질과 집전 저항 증가로 성능이 급격하게 저하될 수 있다.
본 발명의 과제는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택을 제작하는 경우 인터커넥트형 타입의 장점을 유지하면서도 원할한 가스 공급과 높은 효율의 집전이 가능한 스택 구조를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 과제는 특히 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 단위 셀에서 공기극 집전을IC가 효과적으로 할 수 있는 집전 수단을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 과제는 하나의 단위 셀에서 다수의 전류 패스를 형성함으로써 전류를 분산 집전할 수 있는 집전 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 인터커넥트형 고체산화물 연료전지는 단위 셀, 제1 집전부재, 제1 절연부재 및 제2 집전부재를 포함한다.
단위 셀은 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되고, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비한다.
제1 집전부재는 상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전한다.
제1 절연부재는 상기 제1 집전부재 외측에 구비된다.
제2 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취된다.
또한 상기 제1 전극층은 연료극이고, 상기 제2 전극층은 공기극인 연료극 지지체식으로 형성될 수 있다. 나아가 상기 제2 전극층 외주면에는 전도성 메쉬(mesh) 부재가 구비될 수 있다.
또한 상기 제2 집전부재는 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나와 철(Fe)을 포함하는 내열 합금으로 형성될 수 있다.
또한 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하는 제3 집전부재를 포함할 수 있다. 나아가 상기 제1 집전부재의 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성될 수 있다. 더 나아가 상기 제3 집전부재의 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 집전부재, 상기 제1 절연부재 및 상기 제2 집전부재는 단일 단위 셀에 길이 방향을 따라 다수의 세트로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택은 복수의 단위 셀, 제1 집전부재, 제1 절연부재, 제2 집전부재 및 제3 집전부재를 포함한다.
단위 셀은 복수개가 구비되고, 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되며, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비한다.
제1 집전부재는 상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성된다.
제1 절연부재는 상기 제1 집전부재 외측에 구비된다.
제2 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취된다.
제3 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성된다.
이 때 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 각각 제 1 집전부재 및 제 3 집전부재와 평행하도록 벤딩(bending)되고, 상기 제1 연결부와 제2 연결부가 전기적으로 연결된다.
또한 상기 제1 연결부와 상기 제1 집전부재 사이에는 제2 절연 부재가 개재될 수 있다.
또한 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에는 연결 플레이트가 개재될 수 있다. 나아가 상기 연결 플레이트는 Ag 에폭시(epoxy)로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 연결부와 상기 연결 플레이트 간 그리고 상기 연결 플레이트와 상기 제2 연결부 간에는 볼트 및 너트 체결 구조 및 레벳 체결 구조 중 적어도 어느 하나의 기계적 체결 구조가 형성될 수 있다.
또한 상기 연결 플레이트의 일측면에는 다수의 제2 연결부가 연결되고, 상기 연결 플레이트의 타측면에는 다수의 제1 연결부가 연결될 수 있다.
다른 한편, 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택은 복수의 단위 셀, 제1 집전부재, 제1 절연부재, 제2 집전부재 및 제3 집전부재를 포함한다.
단위 셀은 복수개로 구비되고, 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되며, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비한다.
제1 집전부재는 상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성된다.
제1 절연부재는 상기 제1 집전부재 외측에 구비된다.
제2 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취된다.
제3 집전부재는 상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성된다.
이 때 상기 복수의 단위 셀 중 어느 한 단위 셀에 구비된 제2 집전부재와 인접하는 타 단위 셀에 구비된 제2 집전부재 간에는 제3 절연부재가 구비되고, 상기 제1 연결부와 제2 연결부가 전기적으로 연결된다.
또한 상기 제3 절연부재 내측에는 인접하는 양 제2 집전부재 간의 간격을 유지하고 제3 절연부재의 형상을 유지하는 지지체가 구비될 수 있다.
또한 상기 지지체는 금속재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 직렬 및 병렬 연결 시에 집전부재의 연결길이가 짧아 집전 부재에 의한 전력 손실을 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 단위 셀 간의 연결 구조가 단순해짐에 따라 스택 내에 단위 셀의 집적 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 인터커넥트형 단위 셀의 장점을 유지하면서도 권취된 집전부재로 인하여 셀과 집전체 사이의 접촉이 증가하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 니켈 폼과 같은 스택을 고정하기 위한 부재 또는 물질이 별도로 필요하지 않기 때문에 가스가 원할히 공급되는 효과가 있다.
도 1은 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는 복수의 인터커넥트형 단위 셀이 전기적으로 연결되는 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3의 단위 셀의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 5의 단위 셀의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 모습을 나타내는 정면도이다.
도 8은 도 7의 스택의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 모습을 나타내는 정면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 11는 세그먼트 수에 따른 집전 손실율을 비교하는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
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 인터커넥트형 연료전지의 집전구조와 스택에 관한 것이다. 이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하여 단위 셀을 설명한다. 도 1은 인터커넥터형 단위 셀의 일 예를 나타내는 사시도이다.
단위 셀(100)은 연료변환기(미도시)로부터 개질된 연료를 공급받아 산화반응에 의하여 전기를 생산하는 구성이다. 단위 셀(100)은 중심축으로부터 방사상으로 제1 전극층(101), 전해질층(102) 및 제2 전극층(103)이 적층되어 있다. 인터커넥터(104)는 제1 전극층(101)과 전기적으로 연결된 상태에서 단위 셀(100) 외부로 노출되도록 구비된다. 이 때 인터커넥터(104)는 제2 전극층(103)과의 사이에 절연물질을 구비하거나 공간적으로 이격되는 방식으로 제2 전극층(103)과 절연된다. 즉, 본 실시예에 따른 단위 셀은 집전방식 면에서는 인터커넥터형이며, 형상면에서는 튜블라형(tubular; 관형)으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 단위 셀은 튜블라형 뿐만 아니라 플랫 튜블라형(falt-tubular; 평관형)으로 형성될 수도 있다. 여기서 플랫 튜블라형이라 함은 장반경과 단반경을 갖는 납작한 튜블라형을 의미한다.
단위 셀(100)은 목적에 따라 연료극 지지체식이나 공기극 지지체식으로 형성된다. 본 발명에 따른 단위 셀은 연료극 지지체식 또는 공기극 지지체식으로 형성될 수 있으며, 그 방식에 의하여 제한되지 않는다. 즉, 제1 전극층(101)이 연료극이고 제2 전극층(103)이 공기극일 수 있으며, 반대로 제1 전극층(101)이 공기극이고 제2 전극층(103)이 연료극일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 연료극 지지체식인 경우, 즉 제1 전극층(101)이 연료극(anode)이고, 제2 전극층(103)이 공기극(cathode)인 경우에 대하여 설명한다. 한편, 제2 전극층(103)이 공기극인 경우 전기전도도가 떨어지는 이유로 인하여 외측에 금속 메쉬(mesh)를 구비하여 사용하기도 한다.
도 2를 참조하여 상술한 단위 셀 간의 전기적으로 연결되는 모습을 설명한다. 도 2는 인터커넥터형 단위 셀이 전기적으로 연결된 단위 셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 단위 셀(100) 간을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 셀 어레이를 형성할 수 있다. 단위 셀(100)은 인터커넥터(104)가 제1 전극으로 기능하게 되고, 단위 셀(100) 외주면에 노출되는 제2 전극층(103)이 제2 전극으로 기능한다. 따라서 단위 셀(100) 간을 직렬로 연결하는 경우에는 어느 한 단위 셀(100)의 인터커텍터(104)와 타 단위 셀(100)의 제2 전극층(103)이 접촉하도록 연결한다. 반면 단위 셀(100) 간을 병렬로 연결하는 경우에는 연결되는 두 단위 셀(100)의 제2 전극층(103)끼리 접촉하도록 연결한다. 도 2는 3S5P(3 series 5 parallel) 방식으로 연결된 셀 어레이(1000)를 나타내고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 와인딩 방식 집전구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀에 관한 일 실시예를 설명한다. 도 3은 일 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 4는 도 3의 단위 셀의 모습을 나타내는 측면도이다.
제1 집전부재(120)는 제1 집전부(121)와 제1 연결부(122)로 구분된다. 제1 집전부(121)는 인터커넥터(104) 외측에 접하도록 구비되어 집전하고, 제1 연결부(122)는 제1 집전부(121)의 양단으로부터 연장 형성된다. 제1 연결부(122)는 타 단위 셀들과 직렬 또는 병렬로 연결하거나 외부로 집전하기 위한 구성이다. 한편, 제1 절연부재(200)는 제1 집전부재(120)의 제1 집전부(121) 외측에 접하도록 구비된다.
제2 집전부재(150)는 단위 셀(100)의 외주면과 제1 절연부재(200) 외측에 권취된다. 따라서 제2 집전부재(150)는 제1 집전부(121)와의 사이에는 제1 절연부재(200)가 개재되어 있다.
또한 제2 집전부재는 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나와 철(Fe)을 포함하는 내열 합금으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 집전부재로는 은 와이어(Ag wire) 보다는 내열성이 좋은 400계 페라이트 스테인리스강 등을 이용할 수 있다. 또한 크롬(Cr)을 기본으로 하는 크롬 베이스 합금, 철(Fe)을 기본으로 하는 페라이트계 철-크롬 합금 및 니켈을 기본으로 하는 니켈 베이스 초합금 등을 사용할 수 있다. 이 중 가동온도가 고온인 고체산화물 연료전지의 특성상 내열성이 좋은 페라이트계 철-크롬 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 대표적인 페라이트계 철-크롬 합금으로는 ZMG232와 Crofer22를 들 수 있다. 또한 내산화성의 향상을 위하여 내산화 코팅이 형성된 Mn-Co 스피넬 코팅 Crofer, Mn-Co 스피넬 코팅 스테인리스강 등을 이용할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 와인딩 방식의 집전구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀에 관한 다른 실시예를 설명한다. 도 5는 다른 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 6은 도 5의 단위 셀의 모습을 나타내는 측면도이다.
도 5 및 도 6의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지는 제3 집전부재(130)를 더 포함한다. 제3 집전부재(130)는 제3 집전부(131)와 제2 연결부(132)로 구분된다. 제3 집전부(131)는 단위 셀(100)의 외주면과 제2 집전부재(150)와의 사이에 개재되어 집전한다. 또한 제2 연결부(132)는 제3 집전부(131)의 양단으로부터 연장 형성된다. 제2 연결부(132)는 타 단위 셀에 구비된 제1 연결부 또는 제2 연결부와 연결되어 해당 단위 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 구성이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 다수의 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 일 실시예를 설명한다. 도 7은 일 실시예에 따른 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 모습을 나타내는 정면도이고, 도 8은 도 7의 스택의 모습을 나타내는 측면도이다.
본 실시예에 따른 스택은 도 5 및 도 6의 단위 셀 및 집전구조를 다수 연결한 형태이다. 제3 집전부재(130)의 제2 연결부(132)는 제3 집전부(131)와 평행하거나 평행에 가깝도록 굽혀진다. 이 때 제3 집전부(131)와 제2 연결부(132) 사이에는 제2 집전부재(150)가 개재될 수 있다. 또한 제1 집전부재(120)의 제1 연결부(122a)도 제1 집전부(121)와 평행하거나 평행에 가깝도록 굽혀진다. 이 때 제1 연결부(122a)와 제2 집전부재(150) 사이에는 절연을 위한 제2 절연부재(210)가 구비된다.
또한 제1 연결부(122a)와 제2 연결부(132)는 전기적으로 연결된다. 이 때 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 단위 셀이 병렬로 연결되는 경우에는 제1 연결부(122a)와 제2 연결부(132) 사이에는 연결플레이트(300)가 구비될 수 있다. 이 때 연결 플레이트(300)는 Ag 에폭시(epoxy)로 형성될 수 있다. 연결 플레이트(300)는 인접하는 두 단위 셀 간의 간격을 조절하거나 스택의 형태 유지에 유리하도록 하는 기능을 하게 된다. 이 때 제1 연결부(122a)와 연결 플레이트(300) 간 그리고 연결 플레이트(300)와 제2 연결부(132) 간에는 볼트 및 너트 체결 구조 및 레벳 체결 구조 중 적어도 어느 하나의 기계적 체결 구조가 형성될 수 있다.
도 9를 참조하여 다수의 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 다른 실시예를 설명한다. 도 9는 다른 실시예에 따른 인터커넥트형 단위 셀들이 연결된 스택의 모습을 나타내는 정면도이다.
도 9에 따른 실시예는 복수의 단위 셀(100) 중 어느 한 단위 셀에 구비된 제2 집전부재(150)와 인접하는 타 단위 셀에 구비된 제2 집전부재(150) 간에는 제3 절연부재(220)가 구비된다. 또한 제3 절연부재(220)의 내측에는 인접하는 양 단위 셀(100) 간의 간격을 유지하고 제3 절연부재(220)의 형상을 유지하는 지지체(230)가 구비될 수 있다. 지지체(230)는 금속재질로 형성되어 고온 분위기에서 형상을 유지하게 된다. 또한 제1 연결부(122b)와 제2 연결부(132)는 전기적으로 연결된다. 이 때 제1 연결부(122b)와 제2 연결부(132)는 리벳 등 체결부(400)를 통하여 연결될 수 있다.
도 10 및 도 11를 참조하여 복수의 집전 세그먼트가 형성된 인터커넥트형 단위 셀에 관한 일 실시예를 설명한다. 도 10은 다른 실시예에 따른 집전 구조를 구비한 인터커넥트형 단위 셀의 모습을 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 11는 세그먼트 수에 따른 집전 손실율을 비교하는 그래프이다.
앞서 설명한 도 3 및 도 4에 도시된 단위 셀 또는 도 5 및 도 6에 도시된 단위 셀에서 집전 구조가 길이방향을 따라 다수의 세그먼트로 분리될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 제1 집전부재(120a), 제1 절연부재(200a) 및 제2 집전부재(150a)를 하나의 세트로 하고, 단일 단위 셀에 길이 방향을 따라 다수의 세트로 구비될 수 있다.
한편, 도 11에 　단일 단위 셀에 세그먼트 수에 따른 전류 밀도와 손실율 관계 그래프를 도시하였다. 도 11에 도시된 바와 같이 세그먼트 집전을 사용하지 않은 경우와 세그먼트 집전을 하는 경우를 비교해 보면 10%이상의 성능 개선이 나타나는 것을 확인 할 수 있다. 　또한 전류 밀도와 손실률에 대한 그래프 결과로부터 세그먼트 집전의 효과는 단위 셀이 더욱 대형화될 수록 유리 할 수 있음을 예측할 수 있다.
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 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 및 이를 구비한 연료전지 스택으로 구현될 수 있다.
100: 단위 셀 101: 제1 전극층
102: 전해질층 103: 제2 전극층
120: 제1 집전부재 121: 제1 집전부
122: 제1 연결부 130: 제3 집전부재
131: 제3 집전부 132: 제2 연결부
200: 제1 절연부재 210: 제2 절연부재
220: 제3 절연부재 230: 지지체
300: 연결 플레이트 400: 체결부

Claims (17)

  1. 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되고, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비하는 단위 셀;
    상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전하는 제1 집전부재;
    상기 제1 집전부재 외측에 구비되는 제1 절연부재; 및
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취되는 제2 집전부재;를 포함하는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 연료극이고, 상기 제2 전극층은 공기극인 연료극 지지체식으로 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극층 외주면에는 전도성 메쉬(mesh) 부재가 구비되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 집전부재는 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나와 철(Fe)을 포함하는 내열 합금으로 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하는 제3 집전부재를 포함하는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 집전부재의 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 집전부재의 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 집전부재, 상기 제1 절연부재 및 상기 제2 집전부재는 단일 단위 셀에 길이 방향을 따라 다수의 세트로 구비되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지.
  9. 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되고, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비하는 복수의 단위 셀;
    상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성되는 제1 집전부재;
    상기 제1 집전부재 외측에 구비되는 제1 절연부재;
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취되는 제2 집전부재; 및
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성되는 제3 집전부재;를 포함하고,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 각각 제 1 집전부재 및 제 3 집전부재와 평행하도록 벤딩(bending)되고, 상기 제1 연결부와 제2 연결부가 전기적으로 연결되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 연결부와 상기 제1 집전부재 사이에는 제2 절연 부재가 개재되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부 사이에는 연결 플레이트가 개재되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연결 플레이트는 Ag 에폭시(epoxy)로 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 연결부와 상기 연결 플레이트 간 그리고 상기 연결 플레이트와 상기 제2 연결부 간에는 볼트 및 너트 체결 구조 및 레벳 체결 구조 중 적어도 어느 하나의 기계적 체결 구조가 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 연결 플레이트의 일측면에는 다수의 제2 연결부가 연결되고, 상기 연결 플레이트의 타측면에는 다수의 제1 연결부가 연결되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  15. 내측으로부터 순차적으로 제1 전극층, 전해질층 및 제2 전극층이 구비되고, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되며 상기 제2 전극층과 절연된 상태로 외부에 노출되는 인터커넥터를 구비하는 복수의 단위 셀;
    상기 인터커넥터 외측에 구비되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1 연결부가 형성되는 제1 집전부재;
    상기 제1 집전부재 외측에 구비되는 제1 절연부재;
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제1 절연부재 외측에 권취되는 제2 집전부재; 및
    상기 제2 전극층 외주면과 상기 제2 집전부재 사이에 개재되어 집전하고, 양단에는 방사상으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2 연결부가 형성되는 제3 집전부재;를 포함하고,
    상기 복수의 단위 셀 중 어느 한 단위 셀에 구비된 제2 집전부재와 인접하는 타 단위 셀에 구비된 제2 집전부재 간에는 제3 절연부재가 구비되고,
    상기 제1 연결부와 제2 연결부가 전기적으로 연결되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 절연부재 내측에는 인접하는 양 제2 집전부재 간의 간격을 유지하고 제3 절연부재의 형상을 유지하는 지지체가 구비되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지체는 금속재질로 형성되는 인터커넥트형 고체산화물 연료전지 스택.
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