KR20180002620A - 전기 화학 전지의 배열 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 화학 전지의 배열 및 이의 용도에 관한 것이다. 전기 화학 전지는 서로 겹쳐서 배치되며, 서로에 전기적으로 통하는 통신 상태에 있다. 전기 화학 전지의 배열에서, 가스 통로용 구멍이 형성되는 적어도 하나의 인터커넥터; 음극, 전해질 및 양극으로 이루어진 전기 화학 전지; 및 양극 측 상 및 음극 측 상에 있는 접촉 부재;로 이루어지며 서로 겹쳐지는 반복 단위를 형성한다. 각각의 평면 전기 화학 전지의 영역은 각각의 인터커넥터의 영역보다 작으며, 전해질은 각각의 인터커넥터의 표면과 동일 평면 상에서 마무리된다. 각각의 경우, 전해질 및 인터커넥터 사이의 갭을 밀봉(내부 결합)하고 두 개의 인접한 인터커넥터의 가스 통로용 구멍 사이의 갭을 밀봉(외부 결합)하기 위해 일정한 두께를 가지는 유리 땜납의 단일 실링 플라이가 인터커넥터의 표면상에 장착된다.
Description
본 발명은 전기 화학 전지의 배열 및 이의 용도에 관한 것이며, 특히 비용 효율적으로 제조할 수 있고, 전기 분해에서 및/또는 연료 전지, 특히 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cells, SOFCs) 또는 고체 산화물 전기 분해 전지(SOECs)로 사용하기 위한 평면 전지 스택으로서 자동화 방식으로 제조할 수 있는 전기 화학 전지의 연결 부재 및 접촉 부재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전기 화학 전지와 같은 인접한 반복 유닛(repetition unit)을 조립하고 결합 작업에서 전기 화학 전지의 전극과 금속 분리판(bipolar plate) 사이의 접촉을 실현하는, 유리로 제조된 시트의 효율적인 사용에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전류 및 열을 생성하기 위한 SOFC 스택, 및 수소 및/또는 합성 가스를 고효율로 생성하기 위한 SOEC 스택에 관한 것이다.
에너지 전환 및 수소 제조에 사용하기 위한 평면 전지 스택은 종래 기술로부터 알려져있다. 일반적으로, 복수의 평면 전지는 ("전지"로 알려진)음극-전해질-양극 어셈블리, ("인터커넥터"로 알려진)분리판, 결합 부재 및 접촉 부재로 이루어진 개별 반복 유닛이 서로 스택 방향을 따르는 전지 스택을 형성하기 위해 함께 결합된다. 개별 반복 유닛 사이의 전기 접촉은 열처리(결합 절차로 알려짐)를 통해 이루어진다. 인터커넥터 배열을 통한 개별 전지의 전기적 결합은 전지를 전기적으로 직렬로 배치하여 전지 스택이 필요한 전력으로 확대될 수 있도록 한다.
여기에서, 반복 유닛은 개별 부품(전지, 인터커넥터, 결합 부재 및 접촉 부재)로부터 실온에서 조립되고 스택 구성을 위한 추후의 단계에서 사용되는 스택 소자로 정의된다. 연료 전지 적용에 있어서, 전지의 공기측은 일반적으로 (산소 환원이 일어나는) 음극 측으로 지칭되고, 연소 가스 측은 (수소 산화가 일어나는) 양극 측으로 지칭된다. 전해조(electrolyzer) 적용과 관련하여, 공기 측은 (산소의 산화가 일어나는) 양극 측이 되고, 연소 가스 측은 (수소의 환원이 수증기로부터 발생하는) 음극 측이 된다.
선행 기술은 연료 전지로서의 적용을 위한 반복 유닛의 구성에 대한 다수의 변형 예를 개시한다(US 2003/0235746 A1, DE 103 30 476 B4, DE 103 50 478 B4, EP 2 132 814 B1, WO 2008/022638 A1). 다양한 변형 예에서, 인터커넥터에 대한 전지의 융합, 가스 기밀 연결(내부 결합으로 알려짐) 및 연소 가스 공간 및 적절한 경우 개별 반복 유닛 연결(외부 결합)에 대한 공기 공간(매니폴드(manifold))의 밀폐가 각각 본 명세서 및 관련된 문헌들에서 고려된다.
전술한 명세서의 분석은 본질적으로 전지과 다층 인터커넥터의 통합(내부 결합)을 설명하는 US 2003/0235746 A1를 도시한다. 여기서 인터커넥터는 4 개의 금속 프레임으로 구성된다. 각각의 전지는 유리 땜납을 사용하여 프레임에 연결된다. 이러한 구성은 (스트럿의 형태로) 음극 및 양극 접촉 부재를 구비하여, 반복 유닛을 형성하도록 구성된다. 반복 유닛의 가스 공간은 추가 유리 땜납 플라이(glass solder plies)(외부 결합)에 의해 실링된다. 따라서, 이러한 구성에서, 다른 스택면에서 두께가 상이한 2개의 유리 땜납 플라이가 필요하며, 이는 이러한 반복 유닛의 경제적인 생산을 수행하는 것을 더욱 어렵게 한다.
DE 103 30 476 B4, 특히 도 2는 반복 유닛의 한쪽면에 두께가 다른 적어도 2개의 유리 땜납 부품을 적용해야 하는 반복 유닛 구조를 기술한다. DE 103 30 476 B4에서는 상이한 두께를 가지는 유리 땜납 시트의 사용을 필요로 하며, 적어도 2개의 적용 단계를 포함한다.
DE 103 50 478 B4는 전지가 금속 하우징 상에 소결되는 구조(전지를 인터커넥터에 소결시킴으로써 내부 결합)를 설명한다. 그 후, 접촉 부재 및 결합 부재는 반복 유닛을 형성하기 위해 제조된 부품에 적용된다. 이 해결책의 실질적인 단점은 전지를 금속 하우징 상에 소결시키는 추가 열처리 단계에 있다.
EP 2 132 814 B1은 전지과 인터커넥터를 효율적으로 접촉시키는 방법(내부 결합)을 설명하며, 내부 결합은 유리 땜납 부품이 인터커넥터의 한 측에만 위치할 것을 요구한다. 이 경우 외부 결합은 설명되지 않는다. 유리 땜납 부품의 단면 적용은 특히 결합 부재가 두꺼운(두께> 0.4mm)의 경우 문제가 되며 유리 땜납 시트를 여러 번 연속 코팅하거나 여러 번 연속 라미네이팅을 필요로 하여 추가 비용이 발생한다.
WO2008/02638A1은 본질적으로 전해질 크기 및 형상이 금속 프레임의 크기와 동일하기 때문에 내부 결합 및 외부 결합이 동시에 실현될 수 있는 다층 인터커넥터와 전지를 통합하는 것을 기술한다. 이 구조의 외부 치수의 확장성은 전해질 재료 및 금속 인터커넥터의 열 팽창의 차이에 의해 제한된다. 일반적으로, 전지 크기 (전지 크기는 전지의 외부 치수에 의해 결정됨)는 금속 인터커넥터의 크기보다 작다.
이러한 선행 기술에 기초하여, 반복 유닛의 구조를 최적화할 필요가 있으며, 평면 전지의 면적의 각각의 크기가 인터커넥터의 면적보다 작다. 반복 유닛의 구조의 최적화는 특히 사용되는 결합 부재의 개수 및 부품의 적용 및 연결에 필요한 단계의 개수에 관련된다. 반복 유닛의 최종 두께에 관계없이 균일한 두께의 유리 땜납 부품이 외부 및 내부 접합에 사용될 수 있는 경우 반복 유닛 구조를 최적화 하는데 이상적이다. 여기서 이점은 이러한 부품을 인터커넥터 영역에 대칭적으로 적용할 수 있다는 것(균일한 적용 기술)이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기 화학 전지의 배열의 제조, 특히 조립 및 결합을 단순화하고 주변 대기에 대하여 높은 수준의 밀폐성을 내구력으로 달성하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징을 가지는 배열로 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 전개는 종속항에서 확인된 특징으로 실현될 수 있다.
서로 겹쳐서 배열되며 서로 전기적 전도 통신하는, 본 발명의 전기 화학 전지의 배열은 반복 유닛을 사용하여 형성된다. 반복 유닛은 적어도 하나의 인터커넥터, 즉 음극, 전해질, 및 양극의 각각의 경우에 차례로 형성되는 전기 화학 전지로 구성된다. 가스 통로를 위한 구멍이 인터커넥터에 형성된다. 반복 유닛의 다른 부재는 양극 측 및 음극 측 상의 접촉 부재이다.
전해질은 각각의 인터커넥터의 표면과 동일 평면상에서 각각 마무리된다. 일정한 두께를 갖는 유리 땜납의 단일 실링 플라이는 각각의 경우에 인터커넥터의 표면 상에 장착된다. 이 단일 땜납 플라이을 사용하면 내부 접합으로 알려진 전해질과 인터커넥터 사이의 갭을 실링하고, 외부 접합으로 알려진 두 개의 인접한 인터커넥터의 가스 통로용 갭을 실링할 수 있다.
따라서, 본 발명의 경우, 각각의 인터커넥터의 표면 상에 형성된, 두께가 일정한 유리 땜납의 단일 실링층으로만 외부 결합 및 내부 결합이 달성될 수 있다.
배열은 일 단부 측의 상부 플레이트 및 대향 단부 측의 베이스 플레이트로 끝날 수 있다. 또한, 전기 화학 전지의 개별 전해질의 외경은 인터커넥터의 표면에 형성된 음극 오목부의 에지와 동일 평면 상에서 마무리될 수 있다.
실링될 표면 상에, 특히 산화제(예를 들어, 공기) 및 연료(예를 들어, 수소)를 공급하고 증발 가스를 제거하기 위한, 가스 통로용 채널이 형성되는 영역 및 전기 화학 전지의 전극 중 하나의 접촉 부재가 배열되는 영역은 유리 땜납으로부터 자유롭게 유지되어야 한다.
본 발명은 연료 전지(음극 측 = 공기 측, 양극 측 = 연소 가스 측)로서 전기 화학적으로 적용하기 위한 전지 스택의 구성 예를 이용하여 이하에 기술된다. 또한, 전지 스택은 전기 분해에 사용될 수 있으며, 이 경우 공기 측은 음극 측이되고 연소 가스 측은 양극 측이 된다.
도 1 및 도 2는 반복 유닛의 기본 구조를 투시도 및 단면도로 도시한다.
도 3은 실링층이 형성되는 2개의 마주보도록 배열된 반복 유닛의 표면상에, 녹색 상태에서 유리 땜납 시트 부재를 가지는 반복 유닛의 기본 구조를 사시도 및 단면도로 도시한다.
도 4는 반복 유닛의 표면 상의 평면에 유리 땜납 시트 부재의 가능한 실시예 및 배열을 도시한다.
도 5는 본 발명의 배열의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 배열의 일 실시예의 투시도를 도시한다.
도 3은 실링층이 형성되는 2개의 마주보도록 배열된 반복 유닛의 표면상에, 녹색 상태에서 유리 땜납 시트 부재를 가지는 반복 유닛의 기본 구조를 사시도 및 단면도로 도시한다.
도 4는 반복 유닛의 표면 상의 평면에 유리 땜납 시트 부재의 가능한 실시예 및 배열을 도시한다.
도 5는 본 발명의 배열의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 배열의 일 실시예의 투시도를 도시한다.
도 1 및 도 2는 공지되어 있고 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 종류의 반복 유닛의 구조를 도시한다. 도 1 및 도 2에는 음극(120) 및 양극(130)으로 형성된 유닛보다 면적이 큰 인터커넥터(400)가 도시되며, 상기 음극(120) 및 양극(130) 사이에 적당한 전해질(110)이 배치된다. 인터 커넥터(400)의 음극-전해질-양극 어셈블리(cathode-electrolyte-anode assembly; EA)의 영역에는 CEA가 삽입될 수 있는 음극 오목부(410)가 형성되어, 적어도 전해질(110)이 인터커넥터의 재료 상의 외측 단부 측에 위치한다. 음극 오목부(410)의 영역에서, 융기부(elevations) 및 만입부(indentations)는 가스 채널을 형성하며, 상기 가스 채널을 통해 산화제가 음극(120)에 도달할 수 있다.
도 1 및 도 2의 투시도에서, 음극 오목부(410) 이외에도, 채널을 형성하는, 언라벨링된 컷 아웃(unlabeled cutouts)이 도시되어 있으며, 상기 언라벨링된 컷아웃을 통해 산화제(더 구체적으로는 공기) 또는 연료가 공급되고 및/또는 증발 가스가 제거될 수 있다.
도 2는 또한 실링 플라이(500)가 인터커넥터(400)의 표면 상에 어떻게 형성되고 상기 표면에 어떻게 연결되는지를 도시하기 위한 것이다. 이 경우 실링 플라이(500)는 양극(130)에 접근, 및 산화제, 연료 및 증발 가스용 채널에 접근을 허용하는 컷 아웃을 가진다.
도 4에서, 인터커넥터(4)의 두 대향 표면 상에 융합식으로 연결되는 실링 플라이가 복수의 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)로 형성될 수 있음이 명백해진다. 이러한 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530,540)는 단부 면에 의해 서로 인접하고, 따라서 양극 (130) 및 채널 주위에 무정전 실링 플라이(uninterrupted sealing ply, 500)를 형성한다.
유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)의 가능한 형상 및 배열은 도 4에 도시되어 있다.
본 발명의 배열의 예가 도 5의 부분 단면도에 도시되어있다. 이 경우, 3개의 반복 유닛은 일 단부측의 상부 플레이트(700) 및 대향 배치된 단부 측의 베이스 플레이트(800)로 둘러싸여 있고, 그에 따라 상부 플레이트 (700) 및 베이스 플레이트(800)로 유체 기밀 폐쇄가 달성될 수 있다. 두 판 (700 및 800)은 전기 전도성 재료로 이루어질 수 있다.
게다가, 반복 유닛 사이의 실링은 각각의 경우에 실링 플라이(500)를 가지는 반복 유닛의 인터커넥터(400)의 표면에 바로 인접한 반복 유닛의 인터커넥터(400)의 표면을 융합식으로 연결시키는 하나의 실링 플라이 (500)에 의해 달성될 수 있음이 명백해진다.
도 5 및 도 6으로부터, 전기 화학 전지의 영역의 크기, 즉 CEA의 크기가 인터 커넥터(400)의 면적보다 작은 것이 또한 명백해진다.
도 6은 각각의 인터 커넥터(400)의 각 표면에 융합식으로 연결되어있는, 인접한 반복 유닛 사이에서 소결된 실링 플라이(550)를 가지는, 열처리 후에 생성된 완성된 배열을 도시한다. 또한, 음극 측 접촉 부재(200) 및 양극 측 접촉 부재(300)를 인식할 수 있으며, 가스 공급구조에 의한 전류 흐름이 전극(120, 130)에서 각각의 인터커넥터(400) 까지 달성되어, 산화제 및 연료는 전극(120, 130)에 도달할 수 있다.
유리 납땜 시트 부재 (510~540)의 균일한 전체 두께는 2개의 편평한 평면 영역이 서로 연결될 때에만 이용될 수 있다. 본 발명의 기초가 되는 해결책은 전지(100)의 전해질(110) 표면이 인터 커넥터 표면 중 하나와 편평한 평면을 형성하는 방식으로 발생하는 인터커넥터(400)에 전기 화학 전지(100)가 연결되는 것을 포함한다(도 1의 예 참조). 이러한 목적으로, 각각의 음극 접촉 부재 (300), 음극 (130) 및 전해질 (110)은 각각의 인터커넥터 (400)의 음극 측 컷 아웃(410)에 수용 될 수 있다. 인터 커넥터(400)의 반대편에 배열된 표면에는 컷 아웃이 없으며, 양극 측 접촉 부재 (300), 및 양극 (120)의 두께(이 경우 <50 ㎛)를 단지 연결하기 위해 유리 땜납 시트 부재 (510~540)가 필요하다. 얇은 양극 측 접촉 부재 (200) (<100㎛)의 경우, 예를 들어, 스크린 프린팅(screen printing) 또는 마스크 프린팅(mask printing)은 연결을 위해 인터커넥터(400)의 대향 표면에 균일한 두께로 유리 땜납을 적용하기 위해 사용될 수 있다.
유리 땜납 시트를 부재에 적용하는 경우, 완성된 유리 땜납 시트 부품을 인터커넥터의 표면 또는 전기 화학 전지의 표면에 수동으로 부착하기 위해 보조제를 사용하는 것이 현재 실시되고 있다. 이 과정에서, 형상학적으로 정확한 배치는 어려우며, 일반적으로, 보조제 또는 적당한 두께의 매우 단단한 유리 땜납 시트로만 수행될 수 있어 많은 시간이 소요된다. 본 발명과 관련하여, 유리 땜납 시트 부재(510~540)의 적용은 펀칭 공정 및 적용이 연속적으로 수행될 수 있는 반자동 기계에 의해 이루어질 수 있다. 유리 땜납 시트 부재(510~540)의 펀칭 및 펀치의 다이(die) 상의 고정의 결과로서, 유리 땜납 시트 부재(510~540)는 형상 및 위치에 대하여 매우 높은 정도의 정확성을 갖는다. 적용 과정이 펀칭에 이용되는 반자동 또는 바람직하게는 자동으로 작동하는 기계의 부품에 직접 연결될 수 있는 프로그래밍된 로봇 그리퍼(programmed robot gripper)에 의해 수행될 수 있기 때문에, 유리 땜납 시트 부재(510~540)의 위치 설정 또는 매거지닝(magazining)이 필요하지 않다. 결과적으로, 유리 땜납 시트 부재(510~540)는 마이크로미터 정밀도로 설정될 수 있다. 이것은 펀칭된 유리 땜납 시트의 추가 처리에 수반되는 모든 단점을 피할 수 있게 한다.
일반적으로, 양극 측 접촉 부재(300)는 0.3~0.5mm의 두께를 가진다. 일 선택예에서, 양극 측 접촉 부재(200)의 두께는 연결 후 전기 화학 전지(100)의 전체 두께를 최종적으로 정의한다. 서로에 연결되는 부재는 소결된 상태에서 약 0.6~1.0mm의 전체 두께를 가지는데, 이는 소결 전보다 약 50% 축소된 것이다. 이 두께 범위 내에서, 연결을 위해 유리 땜납 시트를 사용하는 것이 유용하다. 원칙적으로, 테이프 주조에 의해 두께 순으로 유리 땜납 시트 부재(510~540)를 기술적으로 제조할 수 있다. 그러나, 건조 상태에서 약 +/- 10㎛의 허용 두께 공차를 달성하는 것은 거의 불가능하다. 때문에, 테이프 주조에 의해 0.25㎜ 내지 최대 0.45㎜의 두께를 가지는 유리 땜납 시트 부재(510~540)를 제조하고 서로 라미네이팅하는 것이 보다 비용 효율적이다. 단측 적용의 경우, 개별 유리 땜납 시트를 서로 연결하는 2~4개의 라미네이팅 단계가 필요하다. 이러한 수고와 복잡성을 피하기 위해, 유리 땜납 시트 부재(510~540)는 인터커넥터(400)의 대향 표면상에 대칭적으로 배치될 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 여기서, 상이한 배치(batches)의 테이프 주조 공정에서 발생하는 종류의, 상호 편향 (또는 "상보적인(complementary)") 두께 공차를 가지는 유리 땜납 시트 부재(510~540)를 사용하여 유리 땜납시트 제조의 불량률을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한, 유리 땜납 시트는 간단한 구성 요소로 구성될 수 있으므로, 연결될 부품의 펀칭 중 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 4는 양극 측 접촉부의 두께가 350㎛이고 음극 측 두께가 50㎛ 일 때, 실링 플라이(500)에 사용될 수 있는 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)의 형상 및 두께를 도시한다. 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)는 350 ± 20㎛의 두께를 가지는 녹색 유리 시트로부터 펀칭되고 후속 단계에서 미리 조립된 반복 유닛의 표면상에 자동으로 배치된다(도 3). 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530 및 540)는 미리 측정되고 두께 등급으로 사전 분류되어, 2개의 대향 측 상의 공통 연결 평면에서 서로 겹쳐서 배열된 유리 땜납 시트 부재에 대한 두께의 합계가 700 ± 20㎛가 된다.
해결책이 제시되면, 개별 유리 땜납 시트 부재 (510, 520, 530, 540) 사이에서 결합이 수행될 수 있고, 이들 결합은 유리 땜납의 점성 유동에 의한 후속 결합 과정에서 끝날 수 있는 상황이 발생한다. 여기서, 미리 조립된 반복 유닛의 다른 측 상의 동일한 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)를 배치하기 전에 인터커넥터(400)를 180° 회전시키는 것이 유리할 것이다. 결과적으로, 인터커넥터(400)의 대향 표면상의 유리 땜납 시트 부재의 결합은 서로 겹쳐서 배열되지 않으므로(도 5), 결합 과정 중에 더 쉽게 끝날 수 있다.
인터커넥터(400)의 표면에 유리 땜납 시트 부재 (510, 520, 530 및 540)의 반자동 또는 자동 적용은 효율적이고 고품질로 이루어지도록 상이한 특성(매우 부드러운 시트 포함)을 갖는 유리 땜납 시트로 코팅할 수 있게 한다. 진행중인 과정에서, 각각의 전기 화학 전지(100)는 양극 접촉부(200)에 의해 인터커넥터(400)의 대향 배치된 표면에 적용된다. 유리 땜납 시트 부재(510~540)의 두 번째 층은 반자동 또는 자동 유리 땜납 시트 도포 기계에 의해, 조립체에 대해 180°의 회전 오프셋으로 적용된다. 이 조립체에 유리 땜납 시트를 수동으로 적용하는 것은 기술적인 이유 및 시간상의 이유로 반자동 방식 또는 전자동 방식으로 유리하게 수행될 수 있다. 인터 커넥터(400) 및 유리 땜납 시트 소자(510~540)용 카세트를 이용함으로써, 유리 땜납 시트의 완전 자동 적용이 가능하다.
반복 유닛은 서로 겹쳐서 쌓이며, 상부 플레이트(700) 및 베이스 플레이트(800)를 구비한다(도 5). 이후, 유리 땜납을 이용하여, 전지 스택은 열처리에 의해 영향을 받지 않고 융합식으로 연결된다. 이 작동 중에, 도 1에 도시된 바와 같이, 전지(100)의 양극(120)과 양극 접촉 부재(200) 사이의 접촉이 도 6에 도시한 바와 같이 전지(100)이 서로에 직렬 연결되는 것처럼 이루어진다. 전기 화학적 초기 설정 절차 후에, 서로 겹쳐서 배열된 복수의 반복 유닛으로 형성된 전지 스택은 연료 전지 또는 전해조로서 사용하기 위한 준비가 되어 있다.
100 전기 화학 전지
110 전해질
120 음극
130 양극
200 음극/공기 측 접촉 부재
300 양극/가스 측 접촉 부재
400 보호층을 가지는/가지지 않는 인터커넥터
410 음극 오목부
500 녹색 상태에서 유리 땜납의 실링 플라이
510 유리 땜납 시트 부재
520 유리 땜납 시트 부재
530 유리 땜납 시트 부재
540 유리 땜납 시트 부재
550 조립된 상태에서 유리 땜납의 실링 플라이
600 크기가 작은 삽입판
700 상부 플레이트
800 베이스 플레이트
110 전해질
120 음극
130 양극
200 음극/공기 측 접촉 부재
300 양극/가스 측 접촉 부재
400 보호층을 가지는/가지지 않는 인터커넥터
410 음극 오목부
500 녹색 상태에서 유리 땜납의 실링 플라이
510 유리 땜납 시트 부재
520 유리 땜납 시트 부재
530 유리 땜납 시트 부재
540 유리 땜납 시트 부재
550 조립된 상태에서 유리 땜납의 실링 플라이
600 크기가 작은 삽입판
700 상부 플레이트
800 베이스 플레이트
Claims (12)
- 서로 겹쳐서 배열되며 서로 전기적으로 통하는 통신 상태에 있는 전기 화학 전지의 배열로서,
가스 통로용 구멍이 형성된 적어도 하나의 인터커넥터(interconnector, 400),
음극(120), 전해질(110) 및 양극(130)으로 형성된 상기 전기 화학 전지(100), 및
양극 측(300) 및 음극 측(200) 상의 접촉 부재로 구성된 반복 유닛은 서로 겹쳐서 배열되며,
각각 평면의 상기 전기 화학 전지(100)의 영역은 각각의 경우에 각각의 상기 인터커넥터(400)의 영역보다 작으며,
상기 전해질(110)은 각각의 경우에 상기 각각의 인터커넥터(400)와 동일 평면 상에서 마감되고,
각각의 경우 일정한 두께를 가지는 유리 땜납의 단일 실링 플라이(single sealing ply, 500)는 상기 전해질(110) 및 상기 인터커넥터(400) 사이의 갭을 실링(외부 결합)하고, 두 개의 인접한 상기 인터커넥터(400)의 상기 가스 통로용 구멍 사이의 갭을 실링(내부 결합)하기 위하여 상기 인터커넥터(400)의 표면에 장착되는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항에 있어서,
상기 배열은 일 단부측의 상부 플레이트(700) 및 대향 단부측 상의 베이스 플레이트(800)로 끝나는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기 화학 전지는 상기 각각의 인터커넥터(400)의 표면에 형성된 음극 오목부(410) 내부에 배열되고, 및/또는
접촉 부재(200 또는 300)가 있는 실링 플라이 영역 및 산화제 또는 연료를 공급하거나 유리 땜납 증발 가스를 제거하기 위한 채널이 있는 영역은 자유롭게 유지되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실링 플라이(500)는 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실링 플라이(500)는 각각의 경우 일정한 두께로 적어도 하나의 표면 상에, 바람직하게 상기 반복 유닛의 두 개의 대향 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제5항에 있어서,
상기 실링 플라이(500)는 20%의 최대 두께 편차를 가지는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 반복 유닛의 대향 배열된 표면상의 상기 실링 플라이(500)는 각각 다른 두께를 가지며,
각각의 상기 실링 플라이(500)의 두께는 일정하고,
바람직하게, 상기 반복 유닛의 대향 표면상에 형성된 상기 실링 플라이(500)는 소결로 이어지는 열 처리 전에 ≤ 20%의 개별 두께 편차를 가지는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실링 플라이(500)의 상기 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)는 접합부에서 서로 직접 인접한 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
일정한 두께를 가지는 상기 실링 플라이를 형성하고 상기 반복 유닛의 두 개의 대향 표면 상에 배열되는 상기 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)는 상기 결합부를 형성하며, 상기 실링 플라이 면에 수직으로 서로로부터 일부 어긋나게 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제9항에 있어서,
형상이 각각 동일한 상기 유리 땜납 시트 부재(510, 520, 530, 540)는 서로로부터 180°회전되도록 배치되며, 반복 유닛의 두 개의 대향 표면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 시트 부재((510, 520, 530, 540)는 전자동 어셈블리용 로봇에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 전지의 배열. - 연료 전지 및/또는 전해조로서 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배열의 용도.
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