KR20160070566A - 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택 - Google Patents

뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택에 관한 것이다. 본 발명은 고체산화물 연료전지용 단위전지에 있어서, 하부 개구의 직경이 상부 개구의 직경보다 더 크도록 테이퍼진 뿔대통 형상의 애노드 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 밀봉 특성이 우수하고, 집전체 간 저항이 작은 고체산화물 연료전지 스택을 구현할 수 있다.

Description

뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택{A CIRCULAR TRUNCATED CONE SHAPED UNIT CELL FOR A SOLID OXIDE FUEL CELL AND A SOLID OXIDE FUEL CELL HAVING THE SAME}
본 발명은 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀봉 특성이 우수하고 캐소드와 집전체 간 전기 저항이 작은 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)는 고체상의 세라믹을 전해질로 사용하여 600~1000 ℃ 의 고온에서 연료(H2, CO)와 공기(산소)의 전기화학반응에 의해 전기를 생산하는 연료전지로서, 현존하는 발전 기술 중 발전 효율이 가장 높고 경제성이 우수한 장점이 있다.
SOFC는 전해질과 전극이 고체 상태이기 때문에 평판형이나 원통형 등 여러 가지 형태의 셀(cell)로 제조가 가능하고, 연료전지의 지지체(support)에 따라서 연료극 지지체식과 공기극 지지체식 및 전해질 지지체식으로 분류된다.
평판형 SOFC는 전력밀도와 생산성이 높고 전해질 박막화가 가능한 반면, 별도의 밀봉재를 이용한 기체 밀봉이 요구되고, 셀간의 수평 및 평판도의 차이가 있는 경우 밀봉하는데 어려움이 있고, 고온에서 금속 연결재를 사용하기 때문에 크롬 휘발로 인해 전극 효율이 저하되는 문제가 있으며, 열 사이클에 대한 저항성이 낮아 신뢰성이 부족하다는 단점이 있다. 더욱이, 평판형 SOFC는 대면적 셀의 제조가 어려울 뿐만 아니라 대용량 스택(stack)의 제작도 쉽지 않다.
원통형 SOFC의 경우는 기체 밀봉이 불필요하고 기계적 강도가 우수하여 상용화에 가장 근접한 SOFC 디자인으로 평가 받고 있다. 그러나, 원통형 SOFC는 전류의 이동 경로가 길기 때문에 내부저항이 높고 출력밀도가 낮은 단점이 있다. 또한, 셀의 집합체인 모듈에서 출력되는 전압이 낮기 때문에 운전 중 전력변환 손실이 크며, 그 결과 효율이 떨어진다는 취약점이 있다. 현재, 20kW급 이상의 발전용 SOFC 시스템은 대부분 원통형 또는 개량 원통형 셀을 사용한 스택을 채택하고 있으며, 20kW급 이하의 경우에는 평판형 셀도 채택하고 있다.
한편, 기존의 발전용 SOFC 셀 형태의 단점을 보완하는 개량 셀 형태 중 세그먼트형 고체산화물 연료전지(Segment-in-series type SOFC)는 가장 장점이 많고 경제성이 우수한 형태의 것으로서, 기존의 단전지 관형 셀을 마디형으로 여러 개의 셀로 분리 제작한 구조로 이루어져 있다.
이 세그먼트형 SOFC 셀은 단위전지들이 직렬 형태로 연결된 모듈이기 때문에 고전압 저전류 출력으로 고효율의 발전이 가능하고, 스택의 부피를 감소시킬 수 있어 시스템을 간략화 할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 세그먼트형의 고체산화물 연료전지의 경우, 셀과 셀 사이를 전기적으로 직렬 연결시켜 주는 연결재의 기밀 특성에 대한 검증이 되지 않았고, 직렬 연결된 셀이 쇼트되거나 파손되는 경우 이 부분만을 별도로 수리할 수 없기 때문에 전체 셀 모듈을 폐기해야 할 수 밖에 없다는 등의 단점이 있다.
1. 한국등록특허공보 제10-1179130호(2012.5.23)
본 발명은, 밀봉 특성이 우수하고 캐소드와 집전체 간 전기 저항이 작은 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한,
본 발명은, 고체산화물 연료전지용 단위전지에 있어서, 하부 개구의 직경이 상부 개구의 직경보다 더 크도록 테이퍼진 뿔대통 형상의 애노드 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지일 수 있다.
본 발명의 제1 측면은, 애노드 지지체의 상면, 외측면 및 하면 상에는 전해질 층이 형성되고, 전해질 층의 외측면 상부에는 전기절연성 씰링층이 형성되고, 전해질 층 외부면의 나머지 부위에는 캐소드 층이 형성되고, 캐소드 층 상에는 집전체가 형성된 단위전지일 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 애노드 지지체의 상면, 외측면, 하면 상에는 전해질 층이 형성되고, 전해질 층 외측면 상에는 캐소드 층이 형성되고, 캐소드 층 상에는 집전체가 형성되고, 캐소드 층의 상부에는 전기전도성 씰링층이 형성된 단위전지일 수 있다.
일례로, 뿔대통 형상의 애노드 지지체는 뿔대통 또는 각뿔대통 형상을 가질 수 있다.
일례로, 애노드 지지체의 소재로는 산화니켈(NiO) 및 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
일례로, 캐소드 층의 소재로는 LSCF(La1 - xSrxCo1 - yFeyO3 -δ), LSM 및 LSCo 로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다.
일례로, 전해질 층의 소재로는 LSGM (LaSrGaMgO), ScSZ (Scandia Stabilized Zirconia, Sc0 .1Zr0 .9O) 및 CGO (Gd 0.10Ce0 .90O2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다.
일례로, 집전체는 은 페이스트를 이용하여 형성할 수 있으며, 메쉬 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제3 측면은, 상기 단위전지가 적층된 고체산화물 연료전지 스택일 수 있다.
본 발명에 의하면, 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지를 구현할 수 있다.
또한, 밀봉 특성이 우수하고, 캐소드와 집전체 간 전기저항이 작은 고체산화물 연료전지 스택을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 사시 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 발명은 밀봉 특성이 우수한 뿔대통 형상의 고체산화물 연료전지용 단위전지 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 사시 단면도 및 측면도이다. 도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제2 측면에 따른 고체산화물 연료전지용 단위전지의 사시 단면도 및 측면도이다.
본 발명은 고체산화물 연료전지용 단위전지에 있어서, 하부 개구의 직경이 상부 개구의 직경보다 더 크도록 테이퍼진 뿔대통 형상의 애노드 지지체(110, 210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지일 수 있다.
본 발명에서는 애노드 지지체의 형상을 뿔대통으로 형성함으로써 단위전지를 적층하기 쉬우며, 적층시 단위전지의 자중에 의하여 밀봉 효과가 향상될 수 있다.
본 발명에서 애노드 지지체(110, 210)는 뿔대통 또는 각뿔대통 형상을 가질 수 있다. 애노드 지지체(110, 210)의 형상은 고체산화물 연료전지의 설치 장소 등의 광협 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 애노드 지지체(110, 210)가 원뿔대통의 형상을 가지는 경우 구조가 대칭적이어서 보다 안정적이고 외력으로부터 견디는 힘이 강하므로 바람직하다.
본 발명에서 애노드 지지체(110, 210)의 소재로는 산화니켈(NiO)과 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)을 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로는 산화니켈 분말과 YSZ 분말을 혼합하여 사용함으로써 애노드에서의 전도성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 애노드 지지체(110, 210)는 상기 분말의 혼련, 성형(압출 성형), 항온 항습 건조 및 가소결 과정을 거쳐 제조할 수 있다. 예를 들어, 압출 성형을 통하여 뿔대통 형상을 가지는 애노드 지지체를 제조할 수 있다.
본 발명에서 애노드 지지체(110, 210)를 압출 성형한 후 상온에서 건조하면 용매의 급속한 증발로 인하여 애노드 지지체(110, 210)에 변형이 발생할 수 있으므로, 항온 항습 조건하에서 건조하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 약 80℃, 상대습도 약 80% 에서 건조하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 애노드 지지체(110, 210)의 강도를 향상시키기 위하여, 가소결시 세라믹 지그를 이용하여 하중을 가할 수 있다. 애노드 지지체(110, 210)의 활성을 강화하기 위하여 NiO 와 ScSZ 를 포함하는 기능성 층을 형성할 수도 있다.
본 발명의 제1 측면에서는, 애노드 지지체(110)의 상면, 외측면 및 하면 상에는 전해질 층(120)이 형성되고, 전해질 층(120)의 외측면 상부에는 전기절연성 씰링층(150)이 형성되고, 전해질 층(120) 외부면의 나머지 부위에는 캐소드 층(130)이 형성되고, 캐소드 층(130) 상에는 집전체(140)가 형성될 수 있다.
본 측면에 따른 단위전지를 적층하는 경우 각 단위전지는 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 씰링층이 없는 경우, 단위전지를 적층하면 아래에 위치한 단위전지의 캐소드 층(130)(또는 집전체(140))이 위에 위치한 단위전지의 애노드 지지체(110)와 접촉하게 되어 전기적으로 상하 단위전지가 연결될 수 있다.
그러나, 본 측면에 따르면, 아래에 위치한 단위전지의 뿔대통 외측면 상부에 전기절연성 씰링층(150)을 형성하고 외측면의 나머지 부분에 캐소드 층(130)을 형성함으로써 상하 단위전지가 전기적으로 분리될 수 있다. 전기절연성 씰링층(150)의 크기나 면적은 적층된 상하 단위전지를 전기적으로 분리시킬 수 있을 정도면 된다.
본 측면에서 전해질 층(120)의 소재로는 LSGM (LaSrGaMgO), ScSZ (Scandia Stabilized Zirconia, Sc0 .1Zr0 .9O) 및 CGO (Gd 0.10Ce0 .90O2) 로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. CGO의 경우 650℃ 의 저온에서 가장 좋은 이온전도도를 보이고, ScSZ 는 산소분압에 환원분위기 하에서도 높은 화학적 안정성을 가진다.
전해질 층(120)은 뿔대통 형상의 애노드 지지체(110) 내부면으로 일부(121, 122) 연장되어 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써 스택시 상하 단위전지 간 전기적 분리를 보다 확실하게 할 수 있어 단위전지 간 전기적 병렬 연결을 구현할 수 있다.
본 측면에서 전해질 층(120)은 상기 소재 분말에, 바인더, 균일제, 분산제, 가소제 및 용매를 혼합하여 제조된 슬러리를 애노드 상에 침지법 등을 이용하여 코팅한 후, 이를 1250~1450℃ 에서 4 시간 동안 열처리하여 형성할 수 있다. 용매로는 톨루엔 및 이소프로필 알코올을 혼합하여 사용할 수 있다. 침지 회수를 조절하여 전해질 층의 두께를 조절할 수 있다. 이때 애노드 지지체(110) 내부면에는 테플론 등으로 마스킹 하여 전해질이 코팅되지 않도록 할 수 있다.
본 측면에서 전기절연성 씰링층(150)은 뿔대통의 외측면 상부에 위치하여, 적층된 단위전지 간 가스의 소통을 방지하고 단위전지를 전기적으로 분리하는 역할을 한다. 따라서 전기절연성이 우수하고 가스를 통과시키지 않는 물질이라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 분말과 유리를 포함하는 세라믹-유리 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다. 세라믹 분말에 의하여 전기적 절연성이 향상될 수 있고, 유리 분말에 의하여 가스 밀폐 성능이 향상될 수 있다.
본 측면에서 캐소드 층(130)의 소재로는, LSCF (La1 - xSrxCo1 - yFeyO3 -δ), LSM 및 LSCo 로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. 상기 분말에 바인더, 균일제, 분산제, 가소제, 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 여기에 시료를 침지한 후 열처리하여 캐소드 층(130)을 형성할 수 있다. 이때 캐소드 층(130)을 불필요한 부분은 테플론 등으로 마스킹한 후 침지 코팅을 수행할 수 있다. 침지 회수를 조절하여 두께의 캐소드 층(130)을 조절할 수 있다. 용매로는 톨루엔 및 이소프로필 알코올을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 측면에서 집전체(140)로는 은 페이스트 등 충분한 도전성을 확보할 수 있는 것이면 어느 물질이든지 사용할 수 있다. 집전체(140)는 메쉬 구조로 형성할 수 있다. 이는 공기가 캐소드(130)와 접촉하는 면적을 증가시킴으로써 캐소드와 집전체 간 전기저항을 줄일 수 있고, 출력을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다. 그러나, 반드시 메쉬 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제2 측면은, 애노드 지지체(210)의 상면, 외측면, 하면 상에는 전해질 층(220)이 형성되고, 전해질 층(220) 외측면 상에는 캐소드 층(230)이 형성되고, 캐소드 층(230) 상에는 집전체(240)가 형성되고, 캐소드 층(230)의 상부에는 전기전도성 씰링층(250)이 형성될 수 있다.
본 측면에서는 씰링층(250)이 전기전도성을 띤다는 점, 집전체(240)가 캐소드 층(230) 전부에 걸쳐 형성된다는 점에서 앞의 실시형태와 상이하다. 본 실시형태에 따른 단위전지를 적층하는 경우 각 단위전지는 전기적으로 직렬로 연결된다는 점 또한 상이하다.
본 측면에서는 전기전도성 씰링층(250)과 집전체(240)가 전기적으로 연결되어 있다.
본 측면에서는 전기전도성 씰링층(250)은 이웃하는 단위전지를 전기적으로 연결시키는 기능을 수행한다. 전기전도성 씰링층(250)의 소재로는 은-유리 페이스트를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 물질을 제한없이 사용할 수 있다. 은-유리 페이스트에 포함되는 은 분말에 의해 우수한 전기전도성을 구현할 수 있고, 유리 분말에 의해 가스 밀봉 효과를 구현할 수 있다. 은-유리 페이스트의 제조시, 바인더로는 메틸 셀룰로오스를 사용할 수 있고, 용매로는 α-테르피놀(α-terpinol)을 사용할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 1) 단위 전지 사이를 전기적으로 연결할 수 있을 정도의 충분한 전기전도성을 가지고, 2) 코팅 및 소결 후에도 기체투과성이 없고, 3) 연료전지의 운전온도에서 장기적으로 열적 안정성을 유지할 수 있고, 4) 고온의 수소 및 산소 분위기에서 구조적으로 안정하다면, 어느 물질이든 전기전도성 씰링층(250)으로 사용할 수 있다. 전기전도성 씰링층은 단일 층 또는 다중 층일 수도 있다.
본 측면에서는 전해질 층(220), 캐소드 층(230)을 형성하기 위한 슬러리 제조시, 바인더로 BM1, BM2, PVB 등을 사용할 수 있고, 균일제로는 Triton X-100을 사용할 수 있으며, 분산제로는 SN-분산제를 사용할 수 있고, 가소제로는 디부틸 프탈레이트를 사용할 수 있으며, 용매로는 톨루엔과 이소프로필 알코올의 혼합용매를 사용할 수 있다.
본 발명의 제3 측면은, 앞의 단위전지가 적층된 고체산화물 연료전지 스택일 수 있다.
제1 측면에 따른 단위전지를 적층하는 경우에는 각 단위전지가 병렬로 연결된 고체산화물 연료전지 스택을 구현할 수 있고, 제2 측면에 따른 단위전지를 적층하는 경우에는 각 단위전지가 직렬로 연결된 고체산화물 연료전지 스택을 구현할 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 측면에 따른 단위전지와 제2 측면에 따른 단위전지를 적절히 배치함으로써, 즉 직렬 연결과 병렬 연결을 적절하게 조합하여 원하는 회로를 구성할 수도 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1: 병렬 연결용 단위전지>
1. 애노드 지지체의 준비
NiO/YSZ 혼합분말(fuel cell material사) 20 중량%, PVB 바인더 5 중량%, Triton X-100 1.5 중량%, SN-분산제 0.2 중량%, 디부틸 프탈레이트 5.4 중량% 및 톨루엔과 이스프로필 알코올 혼합용매 67.9 중량%를 혼합하여 고형분 함량 20 중량%인 슬러리를 제조한 후, 이를 압출기를 이용하여 압출 성형한 뒤 건조 및 가소결하여 원뿔대통 형상을 가지는 애노드 지지체를 제조하였다.
2. 전해질 층의 형성
애노드 지지체 상에 전해질 층을 형성하기 위하여 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말 3 중량%, 바인더(BM1와 BM2 의 중량비가 1:1) 0.3 중량%, Triton X-100 0.06 중량%, SN-분산제 0.007 중량%, 디부틸 프탈레이트 0.3 중량% 및 톨루엔과 이스프로필 알코올 혼합용매 96.33 중량%를 혼합하여 고형분 함량 3 중량%인 슬러리를 제조하였다.
상기 슬러리에 애노드 지지체를 침지하고 건조하는 공정을 3회 반복하여 애노드 지지체 상에 코팅한 후 1400℃에서 4시간 동안 소결하여 두께가 20 ㎛ 인 전해질 층을 형성하였다.
침지 공정시 코팅이 필요하지 않은 부위는 테플론으로 마스킹을 한 후, 즉 뿔대통의 외측면, 상면 및 하면을 커버하고 더 나아가 뿔대통의 내부면으로 일부 연장되도록 마스킹을 한 후(도 1 참조), 침지 코팅을 수행하였다.
3. 캐소드 층의 형성
캐소드 층을 형성하기 위하여 LSM 분말(fuel cell material사)로 슬러리를 제조하였다. 코팅이 불필요한 부분에는 테플론으로 마스킹 한 시료를, 상기 슬러리에 침지하고 건조하는 공정을 2회 반복한 후, 1100 ℃에서 4 시간 동안 열처리하여 캐소드 층을 형성하였다.
침지 공정시 코팅이 필요하지 않은 부위는 테플론으로 마스킹을 한 후, 즉 뿔대통의 전해질 층의 외측면 중 상부를 원주방향으로 둘러싸도록 마스킹을 한 후(도 1 참조), 침지 코팅을 수행하였다.
4. 전기절연성 씰링층의 형성
캐소등 층이 형성되지 않은 전해질 층 상부에 원주 방향으로 둘러싸도록 세라믹-유리 페이스트를 이용하여 도포한 후 건조 오븐에서 90℃에서 60분 건조하고 750 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 전기절연성 씰링층을 형성하였다.
5. 집전체의 형성
시판되는 은 페이스트를 이용하여 캐소드 층의 외측면에 메쉬 구조의 집전체를 스크린 프린트 한 후 건조 오븐에서 85℃에서 20분 건조하고 820℃에서 5 분 동안 열처리하여 캐소드 층의 외측면에 메쉬 구조의 집전체를 형성하였다(도 1 참조).
6. 고체산화물 연료전지 스택의 제조
제조한 단위전지를 적층하여 고체산화물 연료전지 스택을 제작하였다.
<실시예 2: 직렬 연결용 단위전지>
1. 단위전지의 제작
전해질 층이 뿔대통 형상의 애노드 지지체 내부로 연장되지 않도록 형성한 점, 전해질 층 외측면 전체에 캐소드 층을 형성한 점, 캐소드 층의 외측면 전체에 집전체를 형성한 점, 집전체가 형성된 캐소드 층의 외측면의 상부에 원주방향으로 둘러싸도록 전기전도성 씰링층을 형성한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정에 의하여 단위전지를 제조하였다.
특히, 전기전도성 씰링층은 다음 공정에 따라 형성하였다.
먼저, 은 분말 50 중량%, 유리 분말 5 중량%, 메틸 셀룰로오스 5 중량% 및 α-테르피놀 40 중량%를 혼합하여 은-유리 페이스트를 제조하였다.
다음으로, 코팅이 불필요한 부분을 테플론으로 마스킹 한 후 은-유리 페이스트를 도포 및 건조를 3회 반복하여 도전성 씰링층을 형성하였다. 여기서, 도전성 씰링층은 집전체의 메쉬 사이의 공간을 메움으로써 형성하였다.
2. 고체산화물 연료전지 스택의 제작
제조한 단위전지를 적층하여 고체산화물 연료전지 스택을 제작하였다.
본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시 형태를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
110, 210: 애노드 지지체, 120, 220: 전해질 층
130, 230: 캐소드 층, 140, 240: 집전체
150: 전기절연성 씰링층, 250: 전기전도성 씰링층
122: 뿔대통의 내부면으로 연장된 전해질 층

Claims (10)

  1. 고체산화물 연료전지용 단위전지에 있어서, 하부 개구의 직경이 상부 개구의 직경보다 더 크도록 테이퍼진 뿔대통 형상의 애노드 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 지지체의 상면, 외측면 및 하면 상에는 전해질 층이 형성되고, 상기 전해질 층의 외측면 상부에는 전기절연성 씰링층이 형성되고, 상기 전해질 층 외부면의 나머지 부위에는 캐소드 층이 형성되고, 상기 캐소드 층 상에는 집전체가 형성되는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 지지체의 상면, 외측면, 하면 상에는 전해질 층이 형성되고, 상기 전해질 층 외측면 상에는 캐소드 층이 형성되고, 상기 캐소드 층 상에는 집전체가 형성되고, 상기 캐소드 층의 상부에는 전기전도성 씰링층이 형성된 것을 특징으로 하는 단위전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 뿔대통 형상의 애노드 지지체는 뿔대통 또는 각뿔대통 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 지지체의 소재는 산화니켈(NiO) 및 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드 층의 소재는, LSCF(La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ), LSM 및 LSCo 로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질 층의 소재는, LSGM (LaSrGaMgO), ScSZ (Scandia Stabilized Zirconia, Sc0 .1Zr0 .9O) 및 CGO (Gd 0.10Ce0.90O2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전체는 은 페이스트를 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 단위전지.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 집전체는 메쉬 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 단위전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 단위전지가 적층된 고체산화물 연료전지 스택.
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