KR20150075269A - Solid oxide fuel cell using damper - Google Patents

Solid oxide fuel cell using damper

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KR20150075269A
KR20150075269A KR1020130163293A KR20130163293A KR20150075269A KR 20150075269 A KR20150075269 A KR 20150075269A KR 1020130163293 A KR1020130163293 A KR 1020130163293A KR 20130163293 A KR20130163293 A KR 20130163293A KR 20150075269 A KR20150075269 A KR 20150075269A
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KR1020130163293A
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김승구
양충모
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재단법인 포항산업과학연구원
철강융합신기술연구조합
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Abstract

The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC) and, particularly, to a solid oxide fuel cell using a damper so as to improve performance of a solid oxide fuel cell. The present invention relates to a solid oxide fuel cell using a damper between a manifold for inserting fuel and a channel, which comprises: at least one solid oxide fuel cell unit cell comprising a cathode, an electrolyte, and a fuel electrode; and a separation plate for supplying air and fuel to the cathode and the fuel electrode, respectively, and the separation plate comprising the manifold for inserting fuel and a channel for moving the supplied fuel.

Description

댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지 {SOLID OXIDE FUEL CELL USING DAMPER}SOLID OXIDE FUEL CELL USING DAMPER "

본 발명은 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC), and more particularly, to a solid oxide fuel cell employing a damper.

고체산화물 연료전지는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(600~1000 ℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있어서 다른 연료전지에 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 가능하다.
The solid oxide fuel cell is a fuel cell that uses a solid oxide having oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte. It operates at the highest temperature (600 to 1000 ° C) of the existing fuel cell, and all the components are solid, The structure is simple compared with the fuel cell, there is no problem of loss and replenishment of the electrolyte and corrosion, no noble metal catalyst is needed, and fuel supply through direct internal reforming is easy. In addition, since the high-temperature gas is discharged, it is possible to generate thermal hybrid power using waste heat.

이러한 고체산화물 연료전지는 단위 전지(unit cell, 단위 셀)와 분리판으로 이루어진 전기생성 유닛이 복수 개로 적층된 구조로 이루어진다. 단위 셀은 전해질막, 상기 전해질막의 일면에 위치하는 양극(공기극)과 전해질막의 다른 일면에 위치하는 음극(연료극)을 포함한다.Such a solid oxide fuel cell has a structure in which a plurality of electricity generating units each consisting of a unit cell (unit cell) and a separator plate are laminated. The unit cell includes an electrolyte membrane, an anode (air electrode) located on one side of the electrolyte membrane, and a negative electrode (fuel electrode) located on the other side of the electrolyte membrane.

공기극에 산소를 공급하고 연료극에 수소를 공급하면, 공기극에서 산소의 환원반응으로 생성된 산소 이온이 전해질막을 지나 연료극으로 이동한 후, 연료극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때, 연료극에서 생성된 전자가 공기극으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위 전지는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기에너지를 생산한다.
When oxygen is supplied to the air electrode and hydrogen is supplied to the fuel electrode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen in the air electrode travel through the electrolyte membrane to the fuel electrode, and then water reacts with hydrogen supplied to the fuel electrode. At this time, electrons generated in the anode are transferred to the cathode and consumed, and electrons flow to the external circuit, and the unit cell generates electric energy using the electron flow.

이와 같이, 전해질, 공기극 및 연료극으로 이루어지는 1 개의 단위 셀이 생산하는 전기에너지의 양은 매우 제한적이기 때문에 연료전지를 발전에 이용하기 위해서는 단위 셀을 직렬로 연결해 놓은 형태인 적층 구조물(스택, stack)을 제작하게 된다. 스택을 형성하기 위해 각각의 단위 셀의 공기극과 연료극을 전기적으로 연결하면서 연료와 공기의 혼합을 막기 위해 분리판을 이용한다.Since the amount of electric energy produced by one unit cell made of an electrolyte, an air electrode, and a fuel electrode is very limited, a stacked structure (stack) in which unit cells are connected in series is used . A separation plate is used to electrically connect the air electrode and the fuel electrode of each unit cell to form a stack while preventing mixing of fuel and air.

일반적으로, 상기 단위 셀을 셀의 프레임(frame)에 위치시킨 후 상기 프레임과 분리판을 반복적으로 적층하여 고체산화물 연료전지의 스택을 형성하게 된다. 이때 각각의 연료극과 공기극에 연료 및 공기를 투입하기 위해서 상기 스택을 통과하는 매니폴드 홀(hole)을 형성하고, 상기 홀을 통해 분리판의 유로로 기체를 투입하게 되는데, 연료극과 접촉하는 분리판의 유로쪽으로는 연료를, 공기극과 접촉하는 분리판의 유로 쪽으로는 공기를 투입하게 된다.
Generally, the unit cell is placed in a frame of a cell, and then the frame and the separator are repeatedly stacked to form a stack of solid oxide fuel cells. At this time, a manifold hole passing through the stack is formed to inject fuel and air into each of the fuel electrode and the air electrode, and gas is introduced into the flow path of the separator through the hole. And air is introduced into the flow path of the separator plate which contacts the air electrode.

한편, 고체산화물 연료전지 산업이 경제성을 확보하기 위해서는, 높은 발전효율을 필요로 하며, 이를 구현하기 위해서는 공급되는 연료의 균일 분배가 필수적으로 요구된다. 즉, 공급된 연료의 유동이 연료극 내에서 균일하지 못하면 유동이 덜 흐르는 부분에서 연료 기체가 고갈되어 농도분극(concentration polarization) 현상이 커지고, 이는 셀 성능의 저하뿐만 아니라 연료전지 전체의 성능 열화를 일으키는 원인으로 작용할 수 있다.
On the other hand, in order to secure economical efficiency of the solid oxide fuel cell industry, high power generation efficiency is required. In order to realize this, uniform distribution of supplied fuel is indispensable. That is, if the flow of the supplied fuel is not uniform in the fuel electrode, the concentration of the fuel gas becomes low at the portion where the flow is less and the concentration polarization phenomenon becomes large. This causes degradation of the cell performance as well as deterioration of performance of the entire fuel cell It can act as a cause.

일반적으로, 고체산화물 연료전지의 연료는 외부에서 각 셀로 기체를 분배하는 매니폴드를 통해 각 셀의 분리판에 형성된 유로로 공급되는데, 이 유로 입구에서의 유동 균일도(flow uniformity)가 전반적인 연료 기체의 유동 균일도를 좌우한다.
Generally, the fuel of a solid oxide fuel cell is supplied to a flow path formed in a separation plate of each cell through a manifold that distributes gas from the outside to each cell, and the flow uniformity at the flow path inlet of the solid oxide fuel cell is It influences flow uniformity.

이에, 연료 기체의 유동 균일도를 향상시키기 위해 종래에는, 첫째 분리판을 가공하여 매니폴드와 유로 입구 사이에 유동 패턴을 설치하거나, 둘째 분리판의 유로 자체를 가공하거나, 셋째 별도로 제작된 구조물을 분리판에 용접 등으로 접합함으로써 유동 균일도의 향상을 도모하고자 하였다.In order to improve the flow uniformity of the fuel gas, conventionally, a first separating plate is processed to form a flow pattern between the manifold and the flow passage inlet, a flow path of the second separating plate itself is processed, and a third separately manufactured structure is separated And to improve the uniformity of the flow by welding the plate to the plate.

그러나, 상기 첫째 및 둘째 방법은 일정 두께 이상을 갖는 후판 소재에 기계 가공이나 에칭(etching) 공정을 적용하여 제적한 분리판에만 적용할 수 있는 기술로서, 상대적으로 생산단가가 높을 뿐만 아니라, 적용 분야의 한계가 있다. However, the first and second methods described above can be applied to a separation plate subjected to mechanical processing or an etching process to a thick plate material having a predetermined thickness or more, which is relatively high in production cost, There are limitations.

고체산화물 연료전지의 경제성 확보를 위해서는 박판 소재를 프레싱 등 저가의 성형 공정을 적용하여 가공한 분리판을 활용할 필요가 있으며, 상기 세번째 기술은 박판 소재의 분리판에도 적용할 수 있으나 구조물 접합을 위한 별도의 공정이 요구되는 단점이 있다.
In order to secure the economical efficiency of the solid oxide fuel cell, it is necessary to use a separation plate processed by applying a low-cost molding process such as pressing of a thin plate material. The third technique can be applied to a separation plate of a thin plate material, Is required.

본 발명의 일 측면은, 고체산화물 연료전지 단위 셀의 연료극에 연료 기체를 공급함에 있어서, 상기 연료 기체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있는 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지를 제공한다.
One aspect of the present invention provides a solid oxide fuel cell employing a damper capable of improving the flow uniformity of the fuel gas in supplying the fuel gas to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell unit cell.

본 발명의 일 측면은, 공기극, 전해질 및 연료극을 포함하는 하나 이상의 고체산화물 연료전지 단위 셀; 및 상기 단위 셀과 단위 셀 사이에 구비되어 공기 및 연료를 각각 공기극 및 연료극에 공급하는 분리판을 포함하고, According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: at least one solid oxide fuel cell unit cell including an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode; And a separation plate provided between the unit cell and the unit cell to supply air and fuel to the air electrode and the fuel electrode, respectively,

상기 분리판은 연료가 공급될 수 있는 연료 투입용 매니폴드와 상기 매니폴드를 통해 공급된 연료가 이동하는 유로(channel)를 포함하고, 상기 연료 투입용 매니폴드와 유로 사이에는 댐퍼가 구비되어 있는 것인 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지를 제공한다.
The separation plate includes a fuel injecting manifold through which fuel can be supplied and a channel through which the fuel supplied through the manifold moves, and a damper is provided between the fuel injecting manifold and the flow path The present invention provides a solid oxide fuel cell employing a damper.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 공급되는 연료 기체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있는 수단, 보다 구체적으로 댐퍼(damper)를 채용하는 것으로부터 공급되는 연료 기체를 분리판에 형성된 유로(channel)에 균일하게 분배할 수 있으며, 이로 인해 단위 셀의 성능은 물론이고, 고체산화물 연료전지 자체의 성능을 향상시킬 수 있다.
The solid oxide fuel cell according to the present invention is a means for improving the flow uniformity of a fuel gas to be supplied. More specifically, a fuel gas supplied from a damper is uniformly supplied to a channel formed on a separator So that the performance of the solid oxide fuel cell itself as well as the performance of the unit cell can be improved.

도 1 및 2는 본 발명의 일 측면에 따른 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지의 조립전 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 금속 폼(foam)의 조직을 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 댐퍼 설치 유(b)·무(a)에 따른 연료 가스 유동 균일도 측정 결과를 나타낸 것이다.1 and 2 show a pre-assembly structure of a solid oxide fuel cell employing a damper according to an aspect of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing a texture of a metal foam which can be preferably applied to the present invention.
4 shows the results of the fuel gas flow uniformity measurement according to the damper installed oil (b) and (a).

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may be easily suggested, but this will also be included in the spirit of the present invention.

최근, 고체산화물 연료전지의 성능을 향상시키고자 하는 연구가 많이 이루어지고 있으며, 본 발명자들은 특별히 고체산화물 연료전지의 작동시 주입된 연료의 유동 균일성을 확보함으로써 그 성능을 높이고자 하는 방안에 대하여 깊이 연구하였다. 그 결과, 연료 투입용 매니폴드를 통해 연료 기체를 분리판의 유로(channel)에 공급될 때 금속 폼(foam)으로 이루어진 댐퍼를 먼저 통과시키는 경우, 연료 기체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
Recently, a lot of studies have been made to improve the performance of a solid oxide fuel cell, and the present inventors have found that, in order to improve the performance of the solid oxide fuel cell by securing the flow uniformity of the injected fuel, Depth study. As a result, it has been confirmed that when the fuel gas is supplied to the channel of the separator through the fuel inlet manifold, the flow uniformity of the fuel gas can be improved when the damper made of metal foam is passed first And completed the present invention.

본 발명에서, 댐퍼(damper)란 외부로부터 공급되는 연료 기체를 분리판에 형성된 채널(channel)로 균일하게 분배되도록 하는 역할을 하는 수단을 지칭한다.
In the present invention, a damper refers to a means for uniformly distributing the fuel gas supplied from the outside to a channel formed in the separator plate.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1 및 2는 본 발명의 일 측면에 따른 고체산화물 연료전지의 조립전 구조를 나타낸 것이다.
1 and 2 show a pre-assembly structure of a solid oxide fuel cell according to an aspect of the present invention.

본 발명의 일 측면에 따른 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지(100)는 공기극, 전해질 및 연료극을 포함하는 단위 셀(110)과 상기 단위 셀(110)과 단위 셀 사이에 구비되어 공기 및 연료를 각각 공기극 및 연료극에 공급하는 분리판(120)을 포함한다.
A solid oxide fuel cell 100 employing a damper according to an aspect of the present invention includes a unit cell 110 including an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode, and a unit cell 110 disposed between the unit cell 110 and the unit cell, And a separator plate 120 for supplying the air electrode and the fuel electrode, respectively.

본 발명에서 상기 분리판(120)은 그 형태에 관계없이 각 단위 셀(110)을 구분하는 동시에 연료 및 공기의 공급 유로를 제공하는 역할을 하는 것이라면 충분하며, 일 예로 상기 분리판(120)은 사각형태를 가질 수 있다.
In the present invention, it is sufficient that the separator 120 separates the unit cells 110 and provides the fuel and air supply channels regardless of the shape of the separator 120. For example, It can have a square shape.

한편, 상기 분리판(120)은 연료가 공급될 수 있는 연료 투입용 매니폴드와 공기가 공급될 수 있는 공기 투입용 매니폴드를 포함하며, 상기 각각의 매니폴드를 통해 연료 및 공기극 유입할 경우 유입되는 연료 및 공기가 혼합되지 않도록 하기 위해 연료가 투입되는 매니폴드의 입구 및 출구와 공기가 투입되는 매니폴드의 입구 및 출구는 별개로 형성되어야 한다.The separation plate 120 includes a fuel inlet manifold through which fuel can be supplied and an air inlet manifold through which air can be supplied. When the fuel and the cathode are introduced through the respective manifolds, The inlet and the outlet of the manifold into which the fuel is injected and the inlet and the outlet of the manifold into which the air is introduced must be formed separately so that the fuel and air are not mixed.

이때, 상기 각각의 매니폴드의 형상, 크기 등에 대해서는 특별히 한정하지 아니하며, 일 예로 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이 홀(hole)의 형태를 가질 수 있다.
At this time, the shape, size, etc. of each manifold are not particularly limited, and may have a shape of a hole as shown in FIGS. 1 and 2, for example.

상기 연료 투입용 매니폴드와 공기 투입용 매니폴드를 통해 투입된 기체는 분리판의 유로를 따라 이동하여 단위 셀에서 전자를 생산 및 소비시키는 반응을 일으킴으로써 전기에너지가 발생하게 된다.The gas injected through the fuel inlet manifold and the air inlet manifold moves along the flow path of the separator to generate a reaction to produce and consume electrons in the unit cell, thereby generating electrical energy.

보다 구체적으로, 연료 투입용 매니폴드를 통해 유입된 연료는 연료극에서 수소가 수소 이온과 전자로 분해되고, 상기 생성된 수소 이온은 전해질을 거쳐 공기극으로 이동한다. 이후, 전자는 외부회로를 거쳐 전류를 발생시키고, 일부 전자는 공기극으로 유입되어 수소 이온과 공기 투입용 매니폴드를 통해 유입된 산소와 결합하여 물이 생성된다.
More specifically, the fuel introduced through the fuel inlet manifold is decomposed into hydrogen ions and electrons in the fuel electrode, and the generated hydrogen ions move to the air electrode through the electrolyte. Thereafter, the electrons generate an electric current through an external circuit, and some electrons flow into the air electrode and combine with hydrogen ions and oxygen introduced through the air inlet manifold to produce water.

상술한 바와 같이, 연료 및 공기의 투입을 위한 매니폴드를 포함하는 분리판을 구비함에 있어서, 특별히 본 발명은 상기 분리판의 연료 투입을 위한 연료 투입용 매니폴드(121)와 상기 매니폴드를 통해 공급된 연료가 이동할 수 있는 유로(122)(channel) 사이에 댐퍼(124)를 포함하는 것이 바람직하다.As described above, in the case of having a separator plate including a manifold for injecting fuel and air, in particular, the present invention is characterized by including a fuel injecting manifold 121 for injecting fuel into the separator plate, It is preferable that the fuel supply device includes a damper 124 between the channels 122 through which the supplied fuel can move.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 댐퍼(124)는 외부로부터 공급되는 연료 기체를 분리판에 형성된 유로(122)로 균일하게 분배되도록 하는 역할을 하는 수단으로서, 특히 연료의 유동을 균일하게 하는 특징이 있다.
As mentioned above, the damper 124 is a means for uniformly distributing the fuel gas supplied from the outside to the flow path 122 formed in the separator, and is characterized in that the flow of the fuel is made uniform .

본 발명에서 구비되는 댐퍼(124)의 형상과 구비되는 위치는 특별히 제한되지 않으며, 연료 투입용 매니폴드(121)로부터 공급된 연료를 유로(122)에 공급할 수 있는 형상을 가지면서, 상기 매니폴드와 유로 사이에 위치할 수 있다. 바람직한 일 예로 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 연료 투입용 매니폴드(121)와 유로(122)에 인접하도록 위치하는 것이 바람직하다.
The shape and position of the damper 124 provided in the present invention are not particularly limited and may be a shape that can supply the fuel supplied from the fuel injecting manifold 121 to the flow path 122, And the flow path. It is preferable that the fuel supply manifold 121 and the flow path 122 are positioned adjacent to each other as shown in FIG.

보다 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 댐퍼(124)는 상기 분리판에 형성된 연료 투입용 매니폴드(121) 및 유로(122)와 연료 소통관계로 연결되어 있다.More specifically, as shown in FIG. 1, the damper 124 is connected to the fuel supply manifold 121 and the flow path 122 formed in the separator plate in a fuel communication relationship.

본 발명에서 상기 댐퍼(124)는 상기 연료 투입용 매니폴드(121)를 통해 공급되는 연료를 각각의 유로로 균일하게 분배되도록 하기 위한 것으로서, 상기 댐퍼(124)의 채용으로부터 연료가 균일한 유동을 갖도록 함으로써 단위 셀(110)의 성능, 더 나아가 고체산화물 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
In the present invention, the damper 124 is used to uniformly distribute the fuel supplied through the fuel injecting manifold 121 to each of the flow paths, and the damper 124 is used to uniformly flow the fuel So that the performance of the unit cell 110 and further the performance of the solid oxide fuel cell can be improved.

상기 댐퍼(124)는 다수의 기공을 포함하는 금속 폼(foam) 형태인 것이 바람직하며, 상기 금속 폼(foam)의 기공을 통해 상기 연료 공급용 매니폴드(121)로부터 공급된 연료를 유로(122)로 원활하게 공급할 수 있다.The damper 124 is preferably in the form of a metal foam including a plurality of pores and the fuel supplied from the fuel supply manifold 121 through the pores of the metal foam is supplied to the flow path 122 ).

보다 바람직하게, 상기 다수의 기공을 포함하는 금속 폼(foam)은 고체산화물 연료전지 작동 온도에서도 다공성의 형태를 유지하는 것이라면 어떠한 금속 폼(foam) 이라도 바람직하며, 예를들어 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 것으로서, 니켈(Ni) 폼, 구리(Cu) 폼, 코발트(Co) 폼, 코발트(Co)-니켈(Ni) 합금 폼, 페라이트계 스테인리스 스틸 폼 및 오스테나이트계 스테인리스 스틸 폼으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
More preferably, the metal foams comprising the plurality of pores are any metal foams as long as they maintain a porous form at the operating temperature of the solid oxide fuel cell. For example, as shown in FIG. 3, (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni) alloy, ferritic stainless steel and austenitic stainless steel May be one or more selected from the group.

또한, 상기 분리판(120)은 유로(122)를 통과한 연료를 외부로 배출하는 연료 배출용 매니폴드(121')를 포함하고, 이때 상기 유로(122)와 연료 배출용 매니폴드(121') 사이에는 상기한 바와 같은 댐퍼(124')가 더 구비될 수 있다.The separation plate 120 includes a fuel discharge manifold 121 'for discharging the fuel that has passed through the flow path 122 to the outside. At this time, the flow path 122 and the fuel discharge manifold 121' May further include a damper 124 'as described above.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 댐퍼(124')는 상기 분리판(120)에 형성된 유로(122) 및 연료 배출용 매니폴드(121')와 연료 소통관계로 연결되어 구비될 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, the damper 124 'may be connected to the flow path 122 formed in the separation plate 120 and the fuel discharge manifold 121' in a fuel communication relationship.

이와 같이, 상기 댐퍼(124')를 상기 유로(122)와 연료 배출용 매니폴드(121') 사이에 더 구비함으로써, 배출되는 연료에도 균일한 유동을 부여할 수 있으므로 고체산화물 연료전지의 성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Since the damper 124 'is further provided between the flow path 122 and the fuel discharge manifold 121', uniform flow can be imparted to the discharged fuel, so that the performance of the solid oxide fuel cell can be improved There is an effect that further improvement is possible.

상술한 바와 같은 댐퍼(124)(124')를 포함하는 분리판(120) 상부에 형성되는 단위 셀(110)은 셀 프레임(130) 상에 형성되는 것이 바람직하며, 상기 셀 프레임(130)은 상기 단위 셀(110)을 수용하는 역할을 한다. The unit cell 110 formed on the separator plate 120 including the dampers 124 and 124 'is preferably formed on the cell frame 130, And serves to accommodate the unit cells 110.

이때, 상기 단위 셀(110)은 공기극, 전해질 및 연료극으로 이루어져 있으며, 상기 공기극의 물질은 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 바람직한 예로는 란타늄-스트론튬-망간산화물(LSM), 란타늄-스트론튬-코발트산화물(LSC) 또는 란타늄-스트로튬-코발트-철산화물(LSCF) 등이 사용될 수 있다.In this case, the unit cell 110 is composed of an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode. The material of the air electrode is not particularly limited, and preferable examples thereof include lanthanum-strontium-manganese oxide (LSM), lanthanum- (LSC) or lanthanum-strontium-cobalt-iron oxide (LSCF).

상기 전해질 물질은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직한 예로는 이트륨 안정화 지르코니아 또는 Ce를 주성분으로 하는 산소이온 전도체를 포함하는 물질이 사용될 수 있다. Although the kind of the electrolyte material is not particularly limited, a preferable example is a material including an oxygen ion conductor containing yttrium stabilized zirconia or Ce as a main component.

그리고, 상기 연료극의 바람직한 예로는 니켈-이트륨 안정화 지르코니아 복합체를 포함하는 물질이 사용될 수 있으며, 상기 연료극은 본 발명의 분리판(120)과 인접하여 구비되는 것이 바람직하다.
In addition, a material including a nickel-yttrium stabilized zirconia composite may be used as a preferable example of the anode, and the anode is preferably provided adjacent to the separator 120 of the present invention.

또한, 상기 단위 셀(110) 내의 공기극과 연료극에 흐르는 각각의 공기와 연료의 혼입을 방지하기 위하여, 상기 단위 셀(110)을 수용하는 셀 프레임(130)과 분리판(120) 사이에 밀봉재를 더 구비할 수 있다.
In order to prevent the mixing of the air and the fuel flowing into the air electrode and the fuel electrode in the unit cell 110, a sealing material is interposed between the separator 120 and the cell frame 130, which receives the unit cell 110 .

도 1에서 미 설명부호 123 및 123'는 각각 공기 투입용 매니폴드 및 공기 배출용 매니폴드를 나타낸다.
In FIG. 1, reference numerals 123 and 123 'denote an air inlet manifold and an air outlet manifold, respectively.

한편, 본 발명의 고체산화물 연료전지는 단위 셀(110)의 연료극과 분리판(120) 사이에 지지체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 지지체는 연료전지의 고온 운전시나 외부 압력이 가해지는 경우에 단위 셀(110)과 이것이 적층된 스택의 변형이 일어나지 않도록 하는 소재를 이용하는 것이 바람직하며, 일 예로 기계적 강도가 높은 금속 지지체를 사용할 수 있다.
Meanwhile, the solid oxide fuel cell of the present invention may include a support between the fuel electrode of the unit cell 110 and the separator plate 120. At this time, it is preferable to use a material that prevents deformation of the unit cell 110 and the stack in which the unit cell 110 is stacked when the fuel cell is operated at a high temperature or external pressure is applied. For example, Can be used.

또한, 상기 단위 셀(110)의 공기극과 연료극에는 각각 공기극 집전체와 연료극 집전체가 포함될 수 있다. 다만, 하나의 단위 셀(110)과 다른 하나의 단위 셀(110)을 구분하는 분리판(120)이 상기 집전체의 역할을 하는 경우도 있으며, 본 발명은 이를 배제하지 않는다.
The air electrode and the fuel electrode of the unit cell 110 may include an air electrode collector and a fuel electrode collector, respectively. However, the separator 120 separating one unit cell 110 and the other unit cell 110 may serve as the current collector, but the present invention does not exclude the same.

상술한 바와 같은 본 발명의 고체산화물 연료전지는, 고체산화물 연료전지 분야에서 화두되고 있는 성능 향상의 과제를 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.The solid oxide fuel cell of the present invention as described above has the effect of fundamentally solving the problem of performance improvement, which has been discussed in the field of solid oxide fuel cells.

다시 말해서, 본 발명의 고체산화물 연료전지는 공급되는 연료 기체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있는 수단, 보다 구체적으로 댐퍼(damper)를 채용하는 것으로부터 공급되는 연료 기체를 분리판에 형성된 모든 유로에 균일하게 분배할 수 있으며, 이로 인해 단위 셀의 성능은 물론이고, 고체산화물 연료전지 자체의 성능을 향상시킬 수 있다.
In other words, the solid oxide fuel cell of the present invention is a means for improving the flow uniformity of supplied fuel gas, more specifically, fuel gas supplied from employing a damper to uniform flow So that the performance of the solid oxide fuel cell itself as well as the performance of the unit cell can be improved.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.

(( 실시예Example ))

본 발명자들은 고체산화물 연료전지를 제조함에 있어서, 댐퍼(damper)의 채용 유·무에 따른 연료 가스 유동 균일도를 전산 해석을 통하여 분석하였다.The present inventors analyzed the fuel gas flow uniformity according to the presence or absence of a damper through the computerized analysis in manufacturing a solid oxide fuel cell.

이때, 상기 댐퍼는 연료 투입용 매니폴드와 유로 사이 및 유로와 연료 배출용 매니폴드 사이 모두에 채용하였다.
At this time, the damper is employed both between the fuel supply manifold and the flow path, and between the flow path and the fuel discharge manifold.

도 4에 나타낸 바와 같이, 댐퍼를 채용하지 않은 비교예(a)의 경우 초기 5% 동안 연료 기체의 유동 편차가 크며, 유로를 통한 기체의 유동 거리가 증가함에 따라 균일해지지만, 95%에서 다시 그 편차가 커지는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4, in the case of the comparative example (a) in which the damper is not employed, the flow deviation of the fuel gas during the initial 5% is large and becomes uniform as the flow distance of the gas through the flow path increases. It can be confirmed that the deviation increases.

반면, 댐퍼를 채용한 발명예(b)의 경우에는 비교예(a)에 비해 초기 5%뿐만 아니라 95% 영역에서도 유동 흐름의 편차가 적어진 것을 확인할 수 있다. 이는, 댐퍼의 설치로부터 연료 기체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있음을 보여주는 것이다.On the other hand, in the case of the inventive example (b) in which the damper is employed, it can be seen that the deviation of the flow flow is reduced not only in the initial 5% but also in the 95% area as compared with the comparative example (a). This shows that the flow uniformity of the fuel gas can be improved from the installation of the damper.

도 4에서 x축은 유로의 길이 즉 연료 기체가 연료 투입용 매니폴드에서 유로를 통해 연료 배출용 매니폴드로 이동한 거리를 의미한다.
In FIG. 4, the x-axis represents the length of the flow path, that is, the distance that the fuel gas travels from the fuel supply manifold to the fuel discharge manifold through the flow path.

100...댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지
110...단위 셀
120...분리판
121...연료 투입용 매니폴드
121'...연료 배출용 매니폴드
122...유로
124...댐퍼
124'...댐퍼
130...셀 프레임100 ... solid oxide fuel cell employing a damper
110 ... unit cell
120 ... partition plate
121 ... Manifold for injecting fuel
121 '... Manifold for fuel discharge
122 ... Euro
124 ... damper
124 '... damper
130 ... cell frame

Claims (8)

공기극, 전해질 및 연료극을 포함하는 하나 이상의 고체산화물 연료전지 단위 셀; 및 상기 단위 셀과 단위 셀 사이에 구비되어 공기 및 연료를 각각 공기극 및 연료극에 공급하는 분리판을 포함하고,
상기 분리판은 연료가 공급될 수 있는 연료 투입용 매니폴드와 상기 매니폴드를 통해 공급된 연료가 이동하는 유로(channel)를 포함하고,
상기 연료 투입용 매니폴드와 유로 사이에는 댐퍼가 구비되어 있는 것인 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
At least one solid oxide fuel cell unit cell including a cathode, an electrolyte, and a fuel electrode; And a separation plate provided between the unit cell and the unit cell to supply air and fuel to the air electrode and the fuel electrode, respectively,
Wherein the separator comprises a fuel injecting manifold through which fuel can be supplied and a channel through which the fuel supplied through the manifold moves,
And a damper is provided between the fuel injecting manifold and the flow path.
제 1항에 있어서,
상기 분리판은 연료가 공급될 수 있는 연료 투입용 매니폴드, 상기 매니폴드를 통해 공급된 연료가 이동하는 유로(channel) 및 상기 유로를 통해 이동된 연료가 배출될 수 있는 연료 배출용 매니폴드를 포함하고,
상기 연료 투입용 매니폴드와 유로 사이 및 상기 유로와 연료 배출용 매니폴드 사이에는 댐퍼가 구비되어 있는 것인 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
The separation plate includes a fuel injecting manifold to which fuel can be supplied, a channel through which the fuel supplied through the manifold moves, and a fuel discharging manifold through which the fuel moved through the channel can be discharged Including,
Wherein a damper is provided between the fuel injecting manifold and the flow path, and between the flow path and the fuel discharging manifold.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 댐퍼는 연료의 유동을 균일하게 하는 것인 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the damper is configured to uniformize the flow of the fuel.
제 1항에 있어서,
상기 댐퍼는 다수의 기공을 포함하는 금속 폼(foam) 형태이고, 상기 금속 폼(foam)의 기공을 통해 연료가 공급되는 것인, 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
Wherein the damper is in the form of a metal foam including a plurality of pores and the fuel is supplied through the pores of the metal foam.
제 4항에 있어서,
상기 금속 폼(foam)은 니켈(Ni) 폼, 구리(Cu) 폼, 코발트(Co) 폼, 코발트(Co)-니켈(Ni) 합금 폼, 페라이트계 스테인리스 스틸 폼 및 오스테나이트계 스테인리스 스틸 폼으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상인, 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
5. The method of claim 4,
The metal foam may be selected from the group consisting of nickel (Ni), copper, cobalt, cobalt (Ni) alloy, ferritic stainless steel and austenitic stainless steel Wherein at least one kind selected from the group consisting of the dampers is used.
제 1항에 있어서,
상기 단위 셀은 셀 프레임 상에 형성되는 것인, 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
Wherein the unit cell is formed on the cell frame.
제 1항에 있어서,
상기 고체산화물 연료전지는 상기 단위 셀과 분리판 사이에 지지체가 구비되어 있는 것인, 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.
The method according to claim 1,
Wherein the solid oxide fuel cell has a support between the unit cell and the separator plate.
제 1항에 있어서,
상기 공기극 및 연료극에는 각각 공기극 집전체 및 연료극 집전체가 구비되어 있는 것인, 댐퍼를 채용한 고체산화물 연료전지.The method according to claim 1,
Wherein the air electrode and the fuel electrode are provided with an air electrode current collector and a fuel electrode current collector, respectively.
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