KR20140020629A - 고체산화물 연료전지용 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지 - Google Patents

고체산화물 연료전지용 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지용 금속 집전체에 관한 것으로, 일방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 일방향 지지체와; 이 일방향 지지체와 다른 타방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 타방향 지지체; 및 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공;을 구비하고, 지지체에 절단부를 형성하여 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

고체산화물 연료전지용 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지 {Current collector for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell having the same}
본 발명은 고체산화물 연료전지용 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
통상적으로, 연료전지는 연료(수소, LNG, LPG 등)와 공기(산소)의 화학에너지를 전기화학반응을 통해 전기와 열로 직접 변환시키는 장치이다. 종래의 발전기술이 연료 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 발전기 구동 등의 과정을 거치는 것과는 달리 연료전지는 연료 연소나 터빈 구동의 과정이 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다. 이러한 연료전지는 SOX와 NOX 등의 대기오염물질을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이 가능하며, 저소음, 무진동 등의 장점이 존재한다.
연료전지는 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등 다양한 종류가 있는데, 이 중 고체산화물 연료전지(SOFC)는 활성화 분극을 바탕으로 한 과전압이 낮고, 비가역적 손실이 적으므로 발전효율이 높다. 또한, 전극에서의 반응속도가 빠르기 때문에 전극 촉매로서 값비싼 귀금속을 필요로 하지 않는다. 따라서, 고체산화물 연료전지는 향후 수소 경제 사회로의 진입을 위해서 필수적인 발전기술이다.
특허문헌 1은 고체산화물 연료전지 스택의 공기극 집전체용 다공성금속산화물 폼의 제조방법을 게재하고 있는바, 공기극과 분리판 사이에 귀금속 소재로 제작된 망(예컨대 Pt mesh 집전체)을 배열하고 있다.
통상적으로, 종래기술에 따른 고체산화물 연료전지는 스택(stack) 구성시 자체 하중의 증가로 인해 단위 전지가 파손되는 등의 문제점에 노출되어 있다. 이에, 특허문헌 1에 제안된 메쉬 유형의 집전체가 고체산화물 연료전지에 채용되어, 스택 구성시 하중에 의해 단위 전지에 가해지는 부하를 이완시켜 주는 완충부재로서 작용하게 된다. 또한, 메쉬 유형의 집전체는 분리판과 공기극 간의 전기적 접촉을 균일하게 향상시킬 수 있도록 한다.
현재, 메쉬 유형의 집전체는 완충작용과 집전을 개선할 수 있는 방안으로 개발되고 있다. 하지만, 금속 집전체는 통상적으로 고온 하에서 장시간 노출되면 내부적으로 응력이 증가하게 되는 한편 공기극과의 접촉 부위에서 접촉저항이 증가되어, 고체산화물 연료전지의 성능저하를 발생하게 된다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-0797048호
본 발명은 전술된 단점을 해소하기 위해 창출된 것으로서, 내부응력변형을 최소화시킬 수 있는 구조를 갖춘 콜러게이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체와 이를 구비한 고체산화물 연료전지를 제공하는 것이다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 목적은 내부응력변형을 최소화시킬 수 있는 금속 집전체와 이 금속 집전체를 적용하여 스택으로 적층된 고체산화물 연료전지를 형성하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 바람직한 금속 집전체는, 일방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 일방향 지지체와; 이 일방향 지지체와 다른 타방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 타방향 지지체; 및 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공;을 구비하고, 지지체에 절단부를 형성하여 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않게 하는 것을 특징으로 한다.
일방향 지지체는 이의 길이부에 절단부를 형성하고, 이 절단부로 일방향 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않게 하는 것을 특징으로 한다.
타방향 지지체는 이의 길이부에 절단부를 형성하고, 이 절단부를 수단으로 하여 타방향 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않게 한다.
본 발명의 일방향 지지체는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡되어 있다.
본 발명의 타방향 지지체는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡되어 있다.
본 발명에 따른 바람직한 고체산화물 연료전지는, 연료극과 전해질 및 공기극을 구비한 단위 전지와; 상부면 또는 하부면에 기체를 공급하는 채널을 형성하고, 소정의 간격으로 평행하게 배열된 분리판; 및 이 분리판과 단위 전지의 공기극 사이에 배치된 메쉬 구조의 공기극 집전체;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 본 발명의 공기극 집전체는 지지체의 길이부를 따라 물결모양으로 굴곡져 있고, 하나 이상의 절단부를 구비하여 지지체를 절단한다.
특히, 본 발명의 공기극 집전체는 길이부 일부에 절단부를 형성한 다수의 일방향 지지체와; 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 타방향 지지체; 및 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공;을 구비한다.
다시 말하자면, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 콜러게이트형 메쉬 구조로 이루어진 공기극 집전체를 구비한다.
선택가능하기로, 타방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성할 수 있다.
덧붙여서, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 분리판과 단위 전지의 연료극 사이에 메쉬 구조의 연료극 집전체를 추가로 배치할 수 있다.
바람직하기로, 연료극 집전체는 지지체의 길이부를 따라 물결모양으로 굴곡져 있고, 상기 길이부 일부에 절단부를 형성한 다수의 일방향 지지체와; 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 타방향 지지체; 및 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공;을 구비한다.
다시 말하자면, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 콜러게이트형 메쉬구조로 이루어진 연료극 집전체를 구비한다.
선택가능하기로, 타방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 고체산화물 연료전지의 면저항 손실을 최소화하면서 내구성을 개선시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 평판형 고체산화물 연료전지의 전체 면 저항 손실 중 2/3를 차지하는 공기극과 공기극 집전체 사이의 접촉저항 손실을 최소화할 수 있다.
덧붙여서, 본 발명에 따른 집전체는 전극과 집전체 사이의 접촉저항 손실을 최소화하면서도 집전 성능과 함께 내구성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 콜로케이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선으로 절취한 금속 집전체의 일부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콜로게이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체의 다른 일례를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 집전체를 적용한 고체산화물 연료전지의 분해사시도이다.
이제, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속 집전체와 이 금속 집전체를 적용한 고체산화물 연료전지는 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 콜로케이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체의 일례를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선으로 절취한 금속 집전체의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조로 하여, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속 집전체(100)는 지지체(110,120)를 매개로 하여 여러 코로 형성된 기공(130)을 가지도록 하나 이상의 일방향 지지체(110)와 하나 이상의 타방향 지지체(120)를 서로 교차되게 배열한 메쉬(mesh) 구조로 얽어지도록 직조된다. 이러한 금속 집전체(100)는 전술된 바와 같이 일방향 지지체(110)와 타방향 지지체(120)로 둘러싸인 다수의 기공(130)을 형성하게 되는데, 이 기공(130)은 전극(예컨대, 공기극) 표면에 균일한 가스 공급을 제공하여 분극저항을 줄일 수 있게 한다.
금속 집전체(100)는 600℃ 이상의 고온, 산화 분위기, 그리고 환원 분위기 하에서 장시간 노출되어도 물리적·화학적 변성을 발생하지 않는 소재로 제작되는 것이 바람직하다.
바람직하기로, 본 발명의 금속 집전체(100)는 편평한 메쉬 구조를 대신하여 3차원적으로 굴곡져 있는 콜러게이트(corrugate)형 메쉬 구조를 가진다. 도시된 바와 같이, 일방향 지지체(110)는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 동시에, 타방향 지지체(120)도 길이방향을 따라서 물결모양으로 굴곡져 있다.
콜러게이트형 메쉬 구조를 갖춘 금속 집전체(100)는 일방향 지지체(110)와 타방향 지지체(120)의 마루와 골로 인해 소정의 높이를 형성하는바, 이 높이로 인해 스택 구조의 고체산화물 연료전지 내에 단위 전지에 가해질 하중을 완충시킬 수 있다.
특별하기로, 메쉬 구조의 금속 집전체(100)는 하나 이상의 절단부(111,121)를 구비한다. 예컨대, 본 발명의 집전체(100)는 일방향 지지체(110)에 하나 이상의 절단부(111)를 구비하는 한편, 타방향 지지체(120)에 하나 이상의 절단부(121)를 구비할 수 있다. 금속 집전체(100)의 절단부는 도 1 및 도 2에 도시된 패턴(pattern)으로 국한되지 않고, 임의의 배열 패턴 형태를 가진다.
바람직하기로, 본 발명에 따른 금속 집전체(100)의 절단부(111,121)는 일방향 지지체(110) 및/또는 타방향 지지체(120)의 마루와 골 부위에 형성되게 하며, 더욱 바람직하게는 일방향 지지체(110)와 타방향 지지체(120)의 교차 지점에 형성되도록 한다. 이렇게 배열된 절단부(111,121)가 금속 집전체(100)의 기공(130)을 관통하는 가스의 흐름을 방해하지 않고 층류(laminar flow)와 같이 유동할 수 있게 한다.
추가로, 절단부(111,121)는 금속 집전체(100)의 가장자리를 제외한 안쪽 내부 상에 형성되도록 한다.
일반적으로 집전체는 고온 환경 하에서 전류를 생성하는 과정에서 열적 응력에 의한 변형으로 집전체에 균열을 발생하게 되고 이러한 균열로 저항손실이 커지게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 금속 집전체(100)의 절단부(111,121)는 집전체(100) 내부에서 야기될 열적 응력을 분산시켜 금속 집전체(100)의 균열을 미연에 방지하여 집전체의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 금속 집전체(100)의 내구성이 향상되어 집전 효율을 개선할 수 있고, 기공(130) 이외에도 절단부(111,121)를 통해 기체, 예컨대 공기의 통로로 사용되어 유동 흐름을 개선시킬 수도 있다. 금속 집전체(100)는 기공(130)과 절단부(111,121)를 제외한 일방향 지지체 및/또는 타방향 지지체의 마루와 골에서 전극, 예컨대 공기극과 접촉하면서 지지한다.
도 3은 본 발명에 따른 콜로게이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체의 다른 일례를 도시한 사시도이다.
본 발명의 다른 일례에 따른 금속 집전체(100')는 일방향 지지체(110)와 타방향 지지체(120)를 서로 교차되게 배열하여 직조한다.
일방향 지지체(110)는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 반면에, 타방향 지지체(120')는 일직선형상으로 이루어져 있다.
또한, 일방향 지지체(110)와 타방향 지지체(120')는 도 1에 도시된 금속 집전체와 동일하게 하나 이상의 절단부(111)를 구비한다.
본 발명의 금속 집전체(100')는 타방향 지지체(120')의 길이부도 필요에 따라 절단부(미도시)를 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 집전체를 적용한 고체산화물 연료전지의 분해사시도이다. 도 4에 도시된 고체산화물 연료전지(1)는 평판형 고체산화물 연료전지로서, 평판형상으로 형성된 공기극(10)과 전해질(20) 및 연료극(30)을 순차적으로 적층한 단위 전지(참조번호 없음)로 이루어진다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지(1)는 하나 이상의 단위 전지와, 공기극 집전체(100), 및 분리판(400)으로 구성된다. 특히, 분리판(400)은 단위 전지에 기체를 공급할 수 있는 채널을 구비한다.
분리판(400)은 단위 전지의 연료극과 인접하게 배열될 다른 단위 전지의 공기극을 전기적으로 연결하는 반면에, 공기극에 공급되는 공기와 연료극에 공급되는 연료 가스를 물리적으로 차단할 수 있는 구성부재이다.
단위 전지는 전기에너지를 생성하는 역할을 수행하는 것으로, 앞서 기술된 바와 같이 공기극(10)과 전해질(20) 및 연료극(30)으로 적층되어 형성된다. 일반적으로, 고체산화물 연료전지(1;SOFC)에서, 연료 가스가 수소(H2) 또는 일산화탄소(CO)이면, 공기극(10)과 연료극(30)에서는 아래와 같은 전극반응을 일으킨다.
공기극 : O2 + 4e- → 2O2 -
연료극 : CO + H2O → H2 + CO2
2H2 + 2O2 - → 4e- + 2H2O
전반응: H2 + CO + O2 → CO2 + H2O
공기극(10)에서 발생된 산소이온(O2 -)은 전해질(20)을 통해서 연료극(30)으로 전달되고, 이와 동시에 연료극(30)에서 생성된 전자(e-)는 외부회로(미도시)를 통해서 공기극(10)으로 전달된다. 연료극(30)에서는 수소가 산소이온과 결합되어 전자와 물이 생성된다. 결과적으로, 고체산화물 연료전지의 전반응은 수소(H2) 또는 일산화탄소(CO)가 연료극(30)에 공급되고 산소가 공기극(10)에 공급되면, 최종적으로 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성된다.
공기극(10)은 분리판(400)의 공기 채널로부터 산소 혹은 공기를 공급받아 전극반응을 통해 양극 역할을 수행한다. 여기서, 공기극(10)은 전자 전도성이 높은 란탄스트론튬 망가나이트((La0 .84 Sr0 .16) MnO3) 등을 소결하여 형성할 수 있다. 한편, 공기극(10)에서는 산소가 란탄스트론튬 망가나이트의 촉매작용에 의해서 산소이온으로 전환되어 전해질(20)을 통해서 연료극(30)에 전달되는 것이다.
전해질(20)은 공기극(10)에서 발생되는 산소 이온을 연료극(30)으로 전달하는 매개체로서, 이트리아 안정화 지르코니아 또는 ScSZ(Scandium Stabilized Zirconia), GDC, LDC 등을 소결하여 형성할 수 있다. 참고로, 이트리아 안정화 지르코니아는 4가 지르코늄 이온의 일부가 3가의 이트리움 이온으로 대치되어 있으므로 이트리움 이온 2개당 1개의 산소이온 구멍이 내부에 발생하고, 고온에서 상기 구멍을 통해서 산소이온이 이동하게 된다. 또한, 전해질(20)에 기공이 생기면 연료와 산소(공기)가 직접 반응하는 크로스오버(cross over) 현상이 발생하여 효율이 떨어지므로, 흠집이 발생하지 않도록 주의해야 한다.
연료극(30)은 분리판(400)의 연료 채널로 안내될 연료에 전극반응을 통해 음극 역할을 수행한다. 선택가능하기로, 연료극(30)은 산화니켈(NiO)과 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 구성되되, 산화니켈은 수소에 의해 금속니켈로 환원되어 전자 전도성을 보장하는 한편, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)는 산화물로서 이온 전도성을 보장하게 된다.
고체산화물 연료전지(1)는 통상적으로 전극의 일부 면적에 분리판(400)이 접촉하지 않은 상태로 전류를 집전하게 되는바, 불균일한 전류밀도를 갖게 된다. 이에, 본 발명은 공기극 집전체(100)를 구비하는 것이 바람직하다.
공기극 집전체(100)는 도시된 바와 같이 분리판(400)과 공기극(10) 사이에 적재된다.
본 발명의 고체산화물 연료전지(1)는 전술된 코로게이트형 메쉬 구조로 된 금속 집전체로 형성된 공기극 집전체(100)를 구비한다. 공기극 집전체(100)는 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체(110;도 1 참조)와 타방향 지지체(120;도 1 참조)로 엮어져 있으며, 일방향 지지체 및/또는 타방향 지지체는 물결모양으로 형성된다.
특히, 공기극 집전체(100)는 하나 이상의 절단부를 구비하고 있는바, 일방향 지지체 및/또는 타방향 지지체의 길이부를 일부 절단한 절단부를 구비할 수 있다. 이 절단부(참조부호 없음)는 고온 작동시 집전체의 응력을 분산시켜 고체산화물 연료전지(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
선택가능하기로, 본 발명의 고체산화물 연료전지(1)는 연료극 집전체(300)를 추가로 구비할 수 있다. 이 연료극 집전체(300)는 공기극 집전체(100)와 유사하게 서로 교차되게 배열된 일방향 지지체와 타방향 지지체로 엮어 형성된 코로게이트형 메쉬 구조로 이루어진다. 연료극 집전체(300)의 일방향 지지체 및/또는 타방향 지지체는 물결모양으로 형성된 금속 지지체로 형성된다.
본 발명의 연료극 집전체(300)도 내부응력변형을 최소화시킬 수 있도록 그 내부에 하나 이상의 절단부(참조부호 없음)를 구비한다. 이러한 연료극 집전체(300)는 도시된 바와 같이 분리판(400)과 연료극(30) 사이에 적재된다.
참고로,도 4에서는 본 발명에 따른 공기극 집전체(100)의 절단부 및/또는 연료극 집전체(300)의 절단부를 더욱 명료하게 도시하기 위해서 물결모양의 코로게이트형 메쉬 구조를 단순히 직선형 메쉬구조로 도해하였음을 미리 밝혀둔다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지용 금속 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 고체산화물 연료전지 10 : 공기극
20 : 전해질 30 : 연료극
100 : 공기극 집전체 300 : 연료극 집전체
400 : 분리판

Claims (16)

  1. 일방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 일방향 지지체와;
    상기 일방향 지지체와 다른 타방향으로 연장된 길이부를 가진 다수의 타방향 지지체;
    서로 교차되게 배열된 상기 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공; 및
    상기 지지체에 구비된 하나 이상의 절단부;로 이루어진 고체산화물 연료전지용 집전체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 일방향 지지체는 이의 길이부에 상기 절단부를 형성하고, 상기 절단부로 상기 일방향 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않고 끊어 놓은 고체산화물 연료전지용 집전체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 타방향 지지체는 이의 길이부에 상기 절단부를 형성하고, 상기 절단부로 상기 타방향 지지체의 길이부를 일체로 이어지지 않고 끊어 놓은 고체산화물 연료전지용 집전체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 일방향 지지체는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡되어 있는 고체산화물 연료전지용 집전체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타방향 지지체는 길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡되어 있는 고체산화물 연료전지용 집전체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단부는 상기 집전체의 가장자리를 제외한 안쪽으로 형성되는 고체산화물 연료전지용 집전체.
  7. 연료극과 전해질 및 공기극을 구비한 단위 전지와;
    상부면 또는 하부면에 기체를 공급하는 채널을 형성하고, 소정의 간격으로 평행하게 배열된 2개 이상의 분리판; 및
    상기 분리판과 상기 단위 전지의 공기극 사이에 배치된 메쉬 구조의 공기극 집전체;로 이루어진 고체산화물 연료전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공기극 집전체는,
    길이부를 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 일방향 지지체와;
    길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 타방향 지지체;
    서로 교차되게 배열된 상기 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공; 및
    상기 지지체의 길이부에 형성된 절단부;를 구비한 고체산화물 연료전지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 공기극 집전체는 콜러게이트형 메쉬 구조로 이루어져 있는 고체산화물 연료전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 일방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성하고 있는 고체산화물 연료전지.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 타방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성하고 있는 고체산화물 연료전지.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 분리판과 상기 단위 전지의 연료극 사이에 메쉬 구조의 연료극 집전체를 추가로 배치하는 고체산화물 연료전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 연료극 집전체는,
    길이부를 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 일방향 지지체와;
    길이방향을 따라 물결모양으로 굴곡져 있는 다수의 타방향 지지체; 및
    서로 교차되게 배열된 상기 일방향 지지체와 타방향 지지체로 둘러싸인 다수의 기공; 및
    상기 지지체의 길이부에 형성된 절단부;를 구비하는 고체산화물 연료전지.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 연료극 집전체는 콜러게이트형 메쉬 구조로 이루어져 있는 고체산화물 연료전지.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 일방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성하고 있는 고체산화물 연료전지.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 타방향 지지체의 길이부는 절단부를 형성하고 있는 고체산화물 연료전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110121807A (zh) * 2017-01-31 2019-08-13 舍弗勒技术股份两合公司 用于燃料电池的具有经改进的流动分布的双极板

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104205453B (zh) * 2012-04-06 2016-03-30 日产自动车株式会社 燃料电池
KR101978952B1 (ko) * 2016-12-13 2019-08-28 한국과학기술연구원 반응방지막을 포함하는 고온 고체산화물 셀, 이의 제조방법
US20210143448A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-13 Bryan M. Blackburn Solid-state electrochemical devices having coated components
US20210143447A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-13 Bryan M. Blackburn Stack configurations for solid oxide electrochemical cells

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4399698B2 (ja) * 2001-03-30 2010-01-20 三菱マテリアル株式会社 空気極集電体およびその空気極集電体を組み込んだ固体電解質形燃料電池
JP4427929B2 (ja) * 2001-06-21 2010-03-10 三菱マテリアル株式会社 シールレス構造の固体電解質型燃料電池
JP2003007317A (ja) * 2001-06-21 2003-01-10 Mitsubishi Materials Corp 固体電解質型燃料電池
JP2003163016A (ja) * 2001-09-13 2003-06-06 Ngk Insulators Ltd 電気化学装置および電気化学装置用導電性接続部材
US7122266B2 (en) * 2001-09-13 2006-10-17 Ngk Insulators, Ltd. Holding member for holding an electrochemical cell, a holding substrate for the same, an electrochemical system and a connecting member for electrochemical cells
ITMI20012538A1 (it) 2001-12-03 2003-06-03 Uhdenora Technologies Srl Collettore di corrente elastico
KR20050010653A (ko) * 2003-07-22 2005-01-28 대림산업 주식회사 막전극 접합체, 그를 포함하는 연료 전지 및 그 제조 방법
JP4959138B2 (ja) * 2005-01-07 2012-06-20 新光電気工業株式会社 燃料電池
JP5224649B2 (ja) * 2006-03-29 2013-07-03 日本碍子株式会社 導電性接続部材および固体酸化物形燃料電池
JP2008140549A (ja) * 2006-11-29 2008-06-19 Shinko Electric Ind Co Ltd 燃料電池セルスタック用集電体及びそれを用いた直接火炎型燃料電池モジュール
JP2008159448A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Shinko Electric Ind Co Ltd 固体酸化物型燃料電池発電装置
KR101238893B1 (ko) * 2010-12-28 2013-03-04 주식회사 포스코 고체산화물 연료전지용 집전체 및 이의 제조 방법
KR101184486B1 (ko) * 2011-01-12 2012-09-19 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지용 밀봉부재 및 이를 채용한 고체산화물 연료전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110121807A (zh) * 2017-01-31 2019-08-13 舍弗勒技术股份两合公司 用于燃料电池的具有经改进的流动分布的双极板
US11189847B2 (en) 2017-01-31 2021-11-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bipolar plate with improved flow distribution for a fuel cell
CN110121807B (zh) * 2017-01-31 2022-06-28 舍弗勒技术股份两合公司 用于燃料电池的具有经改进的流动分布的双极板

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