KR20190016427A - Fuel cell stack containing external electrode for corrosion mitigation - Google Patents

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Abstract

A method of operating a fuel cell system includes the steps of: providing a fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells and interconnection units and first and second ceramic side baffles located on opposite sides of the fuel cell stack; and applying a potential to an outer surface of at least one of the first and second ceramic side baffles. The potential is equal to or more negative than the lowest potential of any interconnection units in the fuel cell stack or electroconductive fuel cell stack or column component.

Description

부식 완화를 위한 외부 전극을 포함하는 연료 전지 스택{FUEL CELL STACK CONTAINING EXTERNAL ELECTRODE FOR CORROSION MITIGATION}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell stack including an outer electrode for corrosion mitigation,

본 발명은 일반적으로 연료 전지 스택에 관한 것이며, 특히, 세라믹 측면 배플로부터 연료 전지로의 알칼리 이온의 확산을 완화 시키도록 구성된 외부 전극을 갖는 고체 산화물 연료 전지의 스택에 관한 것이다.The present invention relates generally to fuel cell stacks and more particularly to a stack of solid oxide fuel cells having external electrodes configured to mitigate diffusion of alkali ions from the ceramic side baffle to the fuel cell.

2007년 1월 23일자로 출원되고 미국공개출원 제2007/0196704 A1호로 공개된 미국출원 제11/656,563호는 그의 전체가 본원에 참고로 인용되어, 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 스택들이 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스에 위치되는 연료 전시 시스템(100)을 기술한다. 인접한 연료 전지 스택들(14)(또는 연료 전지 스택의 칼럼들) 사이에 쐐기형상의 세라믹 측면 배플들(220)(예를 들어, 불균일한 두께 및 수평 방향의 대략 삼각형 단면 형상을 가짐)이 위치된다. 배플(220)은 캐소드 공급물을 캐소드 유동 경로로 유도하고 인접한 스택들 사이의 공간을 충진 하도록 작용하여, 캐소드 공급물이 스택들(14)의 종 방향 측면 주위를 우회하기보다는 각각의 상기 스택들(14)을 통과한다. 상기 배플들(220)의 각각에 중앙에 위치한 꼭 끼워 맞춘 보어들(closely fitting bores)(224)을 통과하는 타이 로드들(222)에 의해 상기 배플들(220)은 제자리에 유지된다. 바람직하게는, 상기 배플들(220)은 전기적으로 비전도성이고, 적절한 세라믹 재료로부터 하나의 단일 조각으로 만들어진다. 도 1은 또한, 스택 칼럼 내의 스택들과 매니폴드들에 연결된 연료 유입 및 배출 도관들 사이의 연료 분배 매니폴드들도 도시한다.No. 11 / 656,563, filed January 23, 2007 and published as US Published Application 2007/0196704 A1, which is incorporated herein by reference in its entirety, discloses a solid oxide fuel cell (SOFC) As shown, a fuel-wasting system 100 located at the base is described. Wedge-shaped ceramic side baffles 220 (e.g., having a non-uniform thickness and a generally triangular cross-sectional shape in the horizontal direction) between adjacent fuel cell stacks 14 (or columns of the fuel cell stack) do. The baffle 220 serves to direct the cathode feed to the cathode flow path and fill the space between adjacent stacks so that the cathode feed does not bypass the longitudinal sides of the stacks 14, (14). The baffles 220 are held in place by tie rods 222 passing through closely fitting bores 224 in each of the baffles 220. Preferably, the baffles 220 are electrically non-conducting and are made from a suitable ceramic material into a single piece. Figure 1 also shows fuel distribution manifolds between stacks in the stack column and fuel inlet and outlet conduits connected to the manifolds.

이 선행 기술의 시스템에서, SOFC 스택들은 압축 하중을 유지한다. 압축 하중은 상부 압력 플레이트(230), 타이 로드(222), 하부 압력 플레이트(90) 및 상기 하부 압력 플레이트(90) 아래에 위치한 압축 스프링 어셈블리에 의해 유지된다. 상기 압축 스프링 어셈블리는 상기 타이 로드(222)를 통해 상기 상부 압력 플레이트(230) 및 상기 하부 압력 플레이트(90)에 직접적으로 하중을 인가한다. In this prior art system, SOFC stacks maintain compressive loads. The compression load is maintained by an upper pressure plate 230, a tie rod 222, a lower pressure plate 90 and a compression spring assembly located below the lower pressure plate 90. The compression spring assembly applies a load directly to the upper pressure plate 230 and the lower pressure plate 90 through the tie rod 222.

도 2는 2016년 1월 28일자로 출원되고 미국공개출원 제2016/0226093 A1호로 공개되어 그의 전체가 본원에 참고로 인용된 미국출원 제15/008,726호에 기재된 다른 선행 기술의 연료 전지 스택 어셈블리(200)를 도시한다. 도 2를 참조하면, 상기 연료 전지 스택 어셈블리(200)는 연료 전지 스택 칼럼(140), 상기 칼럼(140)의 대향 측면들 상에 배치된 측면 배플들(220), 하부 블록(503) 및 상부 블록(603)을 포함하는 압축 어셈블리(600)를 포함한다. 상기 칼럼은 3개의 연료 전지 스택들(14), 상기 연료 전지 스택들(14) 사이에 배치된 연료 매니폴드들(204), 상기 칼럼(140)의 대향 단부들에 배치된 종단 플레이트들(termination plates)(27)을 포함한다. 상기 연료 전지 스택들(14)은 서로 적층되고 상호연결부에 의해 분리된 복수의 연료 전지들을 포함한다. 복수의 상기 연료 전지 스택 어셈블리들(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(239)에 부착될 수 있다. 2 is a cross-sectional view of another prior art fuel cell stack assembly (disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 15 / 008,726, filed January 28, 2016, and U.S. Published Application No. 2016/0226093 A1, 200). Referring to FIG. 2, the fuel cell stack assembly 200 includes a fuel cell stack column 140, side baffles 220 disposed on opposite sides of the column 140, a lower block 503, Includes a compression assembly (600) including a block (603). The column includes three fuel cell stacks 14, fuel manifolds 204 disposed between the fuel cell stacks 14, termination plates (not shown) disposed at opposite ends of the column 140, 27). The fuel cell stacks 14 include a plurality of fuel cells stacked on each other and separated by interconnections. A plurality of the fuel cell stack assemblies 200 may be attached to the base 239, as shown in FIG.

예시적인 연료 매니폴드(204)는 전술한 미국출원 제11/656,563호에 기술되어있다. 임의의 수의 연료 매니폴드(204)가, 필요한 경우에, 상기 연료 전지 스택들(14)의 인접한 연료 전지들의 인접한 단부 플레이트들 사이에 제공될 수 있다. An exemplary fuel manifold 204 is described in the aforementioned U.S. Serial No. 11 / 656,563. Any number of fuel manifolds 204 may be provided between adjacent end plates of adjacent fuel cells of the fuel cell stacks 14, if desired.

상기 측면 배플(220)은 압축 어셈블리(600)의 상부 블록(603)과 하부 블록(503)을 연결한다. 상기 측면 배플(220), 상기 압축 어셈블리(600) 및 상기 하부 블록(503)은 집합적으로 "스택 하우징"으로 지칭될 수 있다. 상기 스택 하우징은 압축 하중을 상기 칼럼(140)에 인가하도록 구성된다. 상기 스택 하우징의 구성은 비용이 많이 드는 피드-스루(feed-throughs) 및 결과한 타이 로드 히트 싱크를 제거하고 두개의 목적을 위해(상기 스택들(14) 상에 하중을 위치시키고, 캐소드 공급물 흐름을 유도하도록) 동일한 부품(즉, 측면 배플(220))을 사용한다(예를 들어, 도 1에 도시된 스택들의 환상의 배치를 위해, 공기 또는 다른 산화제와 같은 캐소드 유입 스트림이 캐소드 배출 스트림으로서 상기 스택들 및 상기 출구를 통해 상기 환상의 배치 외부의 매니폴드로부터 상기 환상의 배치 내부의 매니폴드로 제공될 수 있다). 상기 측면 배플(220)은 또한, 상기 시스템 내의 금속 구성요소로부터 상기 연료 전지 스택(14)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 상기 칼럼(140)의 하중은 측면 배플(220) 및 하부 블록(503)에 의해 제 위치에 유지되는 상기 압축 어셈블리(600)에 의해 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 압축 어셈블리(600)는 상기 칼럼(140)의 스택(14)을 상기 하부 블록(503)을 향해 바이어싱할 수 있다.The side baffle 220 connects the upper block 603 and the lower block 503 of the compression assembly 600. The side baffle 220, the compression assembly 600, and the lower block 503 may collectively be referred to as a "stack housing. &Quot; The stack housing is configured to apply a compressive load to the column (140). The stack housing configuration eliminates costly feed-throughs and the resulting tie-rod heat sinks, and for two purposes (placing the load on the stacks 14, (E.g., for annular placement of the stacks shown in FIG. 1), a cathode inlet stream such as air or other oxidant may be injected into the cathode outlet stream < RTI ID = 0.0 > To the manifolds within the annular arrangement from the manifolds outside the annular arrangement through the stacks and the outlet). The side baffle 220 may also electrically isolate the fuel cell stack 14 from metal components within the system. The load of the column 140 may be provided by the compression assembly 600 maintained in position by the side baffle 220 and the lower block 503. [ In other words, the compression assembly 600 may bias the stack 14 of the column 140 toward the lower block 503.

상기 측면 배플(220)은 쐐기형상이 아닌 플레이트 형상이고, 배플 플레이트들(202)과 상기 배플 플레이트들(202)를 연결하도록 구성된 세라믹 인서트(406)를 포함한다. 특히, 배플 플레이트(202)는 상기 인서트(406)가 배치된 대체로 원형인 절개부(502)를 포함한다. 상기 인서트(406)는 상기 절개부(502)를 완전히 충진하지 않는다. 상기 인서트(406)는 대체로 나비 형상(bowtie-shaped)이지만, 완전히 둥근 모서리가 아닌 편평한 모서리(501)를 포함한다. 따라서, 상기 인서트(406) 위 또는 아래의 각각의 절개부(502) 내에 빈 공간이 남는다.The side baffle 220 is plate-shaped rather than wedge-shaped and includes a ceramic insert 406 configured to connect the baffle plates 202 with the baffle plates 202. In particular, the baffle plate 202 includes a generally circular cutout 502 in which the insert 406 is disposed. The insert 406 does not completely fill the incision 502. The insert 406 is generally bowtie-shaped, but includes a flat edge 501 that is not completely rounded. Therefore, a vacant space remains in each cutout 502 above or below the insert 406.

상기 측면 배플(220) 및 배플 플레이트(202)는 2개의 주면 및 하나 이상의(예를 들어, 4개의) 에지면을 갖는다. 하나 이상의 상기 에지면은 각각의 상기 주면보다 적어도 5배 작은 면적을 가질 수 있다. 다른 방법으로, 하나 이상의 에지면은 상기 주면들 중 적어도 하나보다 적어도 4배 또는 3배 작은 면적을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 배플 플레이트(202)은 일정한 폭 또는 두께를 가지며, 주면의 측면에서 보았을 때 실질적으로 직사각형 형상이고, 실질적으로 직사각형인 단면 형상을 갖는다. 다른 실시형태에서, 상기 세라믹 측면 배플(220)은 직사각형이 아니지만 쐐기형 단면을 가질 수 있다. 즉, 상기 에지면들 중 하나는 대향하는 에지면보다 더 넓을 수 있다. 그러나, 인접한 전극 스택들(14) 사이의 공간을 완전히 충진하는 선행 기술의 배플과는 달리, 이 실시형태의 측면 배플들(220)은 상기 측면 배플들(220) 사이에 공간이 있도록 구성된다. 즉, 이 실시형태의 측면 배플들(220)은 인접한 칼럼들(140) 사이의 상기 공간을 완전히 충진하지 않는다. 다른 실시형태에서, 쐐기형 금속 배플들은 도 1에 도시된 구성과 유사하게, 인접한 측면 배플들(220) 사이에 삽입될 수 있다. The side baffle 220 and baffle plate 202 have two major surfaces and one or more (e.g., four) edge surfaces. The at least one edge surface may have an area at least five times smaller than each major surface. Alternatively, the at least one edge face may have an area at least four or three times smaller than at least one of the major faces. Preferably, the baffle plate 202 has a constant width or thickness, and is substantially rectangular in cross-section as viewed from the side of the major surface, and has a substantially rectangular cross-sectional shape. In another embodiment, the ceramic lateral baffle 220 is not rectangular but may have a wedge-shaped cross-section. That is, one of the edge faces may be wider than the opposite edge face. However, unlike the prior art baffles that completely fill the space between adjacent electrode stacks 14, the side baffles 220 of this embodiment are configured to have a space between the side baffles 220. That is, the side baffles 220 of this embodiment do not completely fill the space between adjacent columns 140. In other embodiments, wedge-shaped metal baffles may be inserted between adjacent side baffles 220, similar to the configuration shown in FIG.

일반적으로, 측면 배플들(220)은 알루미나 또는 다른 적절한 세라믹과 같은 고온 내성 재료로 제조된다. 다양한 실시형태들에서, 상기 측면 배플들(220)은 세라믹 매트릭스 복합재(ceramic matrix composite)(CMC)로 제조된다. CMC는, 예를 들어, 산화알루미늄(예, 알루미나), 산화지르코늄 또는 탄화규소의 매트릭스를 포함할 수 있다. 다른 매트릭스 물질도 마찬가지로, 선택될 수 있다. 상기 섬유는 알루미나, 탄소, 실리콘 카바이드 또는 임의의 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 상기 하부 블록(503) 및 상기 압축 어셈블리(600)는 또한 동일하거나 유사한 재료로 제조될 수 있다. 상기 배플들이 알루미나 또는 알루미나 섬유/알루미나 매트릭스 CMC로 제조되는 경우, 이 물질은 일반적인 SOFC 작동 온도(예를 들어, 700℃ 이상)에서 비교적 양호한 열 전도체이다. 이웃한 스택들 또는 칼럼들의 열 디커플링(thermal decoupling)이 필요한 경우, 상기 배플들은 단열 세라믹 또는 CMC 재료로 제조될 수 있다. Generally, the side baffles 220 are made of high temperature resistant materials such as alumina or other suitable ceramics. In various embodiments, the side baffles 220 are made of a ceramic matrix composite (CMC). The CMC may comprise, for example, a matrix of aluminum oxide (e.g., alumina), zirconium oxide or silicon carbide. Other matrix materials can be selected as well. The fibers may be made of alumina, carbon, silicon carbide or any other suitable material. The lower block 503 and the compression assembly 600 may also be made of the same or similar materials. When the baffles are made of alumina or alumina fiber / alumina matrix CMC, they are relatively good thermal conductors at normal SOFC operating temperatures (e.g., above 700 ° C). If thermal decoupling of neighboring stacks or columns is desired, the baffles may be made of adiabatic ceramic or CMC material.

상기 하부 블록(503) 및 상기 압축 어셈블리(600)와 같은 압축 하우징의 다른 요소들은 또한, 동일하거나 유사한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 블록(503)은 상기 측면 배플(220) 및 시스템 베이스(239)에 개별적으로 부착 된(예를 들어, 인서트, 더브 테일 또는 다른 도구에 의해) 알루미나 또는 CMC와 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있다.Other components of the compression housing, such as the lower block 503 and the compression assembly 600, may also be made of the same or similar materials. For example, the lower block 503 may be formed of a ceramic material such as alumina or CMC (e.g., by insert, dovetail or other tool) that is separately attached to the side baffle 220 and the system base 239 . ≪ / RTI >

도 3은 미국출원 제15/008,726호에 기술된 또 다른 선행 기술의 연료 전지 스택 어셈블리(300)를 도시한다. 상기 연료 전지 스택 어셈블리(300)는 상기 연료 전지 스택 어셈블리(200)와 유사하여, 그들 간의 차이점만이 상세히 논의될 것이다. 유사한 요소들은 동일한 참조 번호를 갖는다. 연료 레일(214)(예를 들어, 연료 유입구 및 배출구 파이프 또는 도관)은 칼럼 내의 상기 스택들(14) 사이에 위치한 연료 매니폴드(204)에 연결된다.FIG. 3 illustrates another prior art fuel cell stack assembly 300 described in U.S. Application Serial No. 15 / 008,726. The fuel cell stack assembly 300 is similar to the fuel cell stack assembly 200, only differences between them will be discussed in detail. Like elements have the same reference numerals. Fuel rails 214 (e.g., fuel inlet and outlet pipes or conduits) are connected to a fuel manifold 204 located between the stacks 14 in the column.

도 3을 참조하면, 상기 연료 전지 스택 어셈블리(300)는 연료 전지 스택들(14)의 상기 칼럼의 대향 측면들 상에 배치된 측면 배플들(220)을 포함한다. 그러나, 각각의 상기 측면 배플(220)은 상기 연료 전지 스택 어셈블리(200)의 다수의 배플 플레이트들(202)보다는, 단 하나의 배플 플레이트(202)를 포함한다. 또한, 상기 배플 플레이트들(202)은 압축 어셈블리(600) 및 하부 블록(503)에 배플 플레이트(202)를 연결하기 위한 세라믹 인서트(406)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the fuel cell stack assembly 300 includes side baffles 220 disposed on opposite sides of the column of the fuel cell stacks 14. However, each of the side baffles 220 includes only one baffle plate 202 rather than a plurality of baffle plates 202 of the fuel cell stack assembly 200. The baffle plates 202 also include a ceramic insert 406 for connecting the baffle plate 202 to the compression assembly 600 and the lower block 503.

일 실시형태는 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 복수의 연료 전지들 및 상호연결부들을 포함하는 연료 전지 스택과 상기 연료 전지 스택의 대향 측면들 상에 위치한 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들을 제공하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 외면에 전위를 인가하는 단계를 포함하여, 상기 전위는 상기 연료 전기 스택 또는 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 내의 임의의 상호 연결부의 최저 전위와 같거나 또는 그보다 더욱 음(negative)이다. One embodiment provides a method of operating a fuel cell system, the method comprising: providing a fuel cell stack including a plurality of fuel cells and interconnects, and a plurality of fuel cells stacked on opposite sides of the fuel cell stack, Providing ceramic side baffles; Applying a potential to an outer surface of at least one of the first and second ceramic side baffles, wherein the potential is at least the lowest potential of any interconnect in the fuel cell stack or in the electrically conductive fuel cell stack or column component Or even more negative.

다른 실시형태는 연료 전지 시스템을 제공하며, 상기 연료 전지 시스템은 복수의 연료 전지들 및 상호연결부들을 포함하는 연료 전지 스택과; 상기 연료 전지 스택의 대향 측면들 상에 위치한 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들을 포함하고, 적어도 하나의 외부 전극이 상기 제 1 또는 제 2 세라믹 측면 배플 중의 적어도 하나의 외면에 위치한다. 상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 제 1 또는 제 2 세라믹 측면 배플 중의 적어도 하나의 상기 외면에 전위를 인가하도록 구성되며, 상기 전위는 상기 연료 전기 스택 또는 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 내의 임의의 상호연결부의 최저 전위와 같거나 또는 그보다 더욱 음(negative)이다. Another embodiment provides a fuel cell system, wherein the fuel cell system includes: a fuel cell stack including a plurality of fuel cells and interconnects; And first and second ceramic side baffles located on opposite sides of the fuel cell stack, wherein at least one external electrode is located on an outer surface of at least one of the first or second ceramic side baffles. Wherein the at least one external electrode is configured to apply an electric potential to the exterior surface of at least one of the first or second ceramic side baffles and wherein the electric potential is applied to the fuel electrical stack or any of the electrically conductive fuel cell stacks or any It is equal to or more negative than the lowest potential of the interconnect.

도 1은 선행 기술의 연료 전지 어셈블리의 3차원 도면을 도시한다.
도 2는 다른 선행 기술의 연료 전지 스택 어셈블리의 3차원 도면을 도시한다.
도 3은 또 다른 선행 기술의 연료 전지 스택 어셈블리의 3차원 도면을 도시한다.
도 4a는 일 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 사시도이다.
도 4b는 다른 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 사시도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 연료 전지 시스템의 일부를 도시하는 개략적인 측면도이다.1 shows a three-dimensional view of a prior art fuel cell assembly.
2 shows a three-dimensional view of another prior art fuel cell stack assembly.
3 shows a three-dimensional view of another prior art fuel cell stack assembly.
4A is a perspective view of a fuel cell stack according to one embodiment.
4B is a perspective view of a fuel cell stack according to another embodiment.
5 is a schematic side view showing a part of a fuel cell system according to one embodiment.

본 발명자들은 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 스택용 측면 배플, 하부 블록 및 세라믹 펠트 재료에 사용되는 세라믹 재료가 고온에서 이동성인 나트륨 및 다른 알칼리 및/또는 알칼리 토금속을 포함한다는 것을 알아냈다. 나트륨 및/또는 다른 경금속은 측면 배플, 하부 블록 및 세라믹 펠트로부터 연료 전지 스택 내로의 전위 기울기(potential gradient)하에 확산 또는 일렉트로 마이게이션(electromigrate)할 수 있고, 스택 내의 크롬-철 합금 상호 연결부와 같은 연료 전지 스택 부품을 부식시킬 수 있다. 본 발명자들은 연료 전지 스택의 칼럼에서 가장 높은 음의 전위를 갖는 연료 전지 스택이 우선적으로 부식된다는 것을 관찰했다.We have found that the ceramic materials used for the lateral baffles, bottom blocks and ceramic felt materials for solid oxide fuel cell (SOFC) stacks include sodium and other alkaline and / or alkaline earth metals that are mobile at high temperatures. Sodium and / or other light metals may diffuse or electromigrate under the potential gradient into the fuel cell stack from the side baffle, the bottom block, and the ceramic felt, and may be deposited, such as chromium-iron alloy interconnects in the stack The fuel cell stack parts can be corroded. The inventors observed that the fuel cell stack having the highest negative potential in the column of the fuel cell stack is preferentially corroded.

본 발명의 실시형태는 전기 전도성 전극이 연료 전지 스택의 측면 상에 또는 연료 전지 스택의 칼럼의 측면 상에 위치한 적어도 하나의 세라믹 측면 배플과 전기적으로 접촉하여 제공되는 연료 셀 스택을 포함한다. 상기 스택 또는 칼럼의 작동시, 이러한 외부 전극은 연료 전지 스택 또는 칼럼에서 가장 음인(the most negative) 전위와 같거나 더 큰 음의 전위를 갖도록 구성된다. 일 실시형태에서, 상기 연료 전지 스택 또는 스택들의 칼럼은 세라믹 하부 블록상에 위치한다. 동일하거나 또는 더욱 음인 전위를 갖도록 구성된 외부 전극이 또한, 상기 측면 배플(들) 상에 더하여, 상기 하부 블록 상에 제공될 수 있다. 상기 외부 전극에 대한, 상기 스택 또는 스택들의 칼럼에서 가장 음인 전위와 같거나 더욱 음인 전위의 인가는 세라믹 측면 배플로부터 상기 스택을 향한 나트륨 또는 다른 알칼리 또는 알칼리 토금속의 확산을 방지하거나 감소시킬 수 있으며, 이는 상기 연료 전지 스택의 구성요소들의 부식을 방지하거나 감소시킨다. Embodiments of the present invention include a fuel cell stack wherein an electrically conductive electrode is provided in electrical contact with at least one ceramic side baffle located on a side of the fuel cell stack or on a side of a column of the fuel cell stack. In operation of the stack or column, the external electrode is configured to have a negative potential equal to or greater than the most negative potential in the fuel cell stack or column. In one embodiment, the column of fuel cell stacks or stacks is located on a ceramic bottom block. External electrodes configured to have the same or even negative potential may also be provided on the bottom block, in addition to the side baffle (s). Application of a potential equal to or more negative than the most negative potential in the column of stacks or stacks to the external electrode may prevent or reduce the diffusion of sodium or other alkali or alkaline earth metals from the ceramic side baffle toward the stack, This prevents or reduces the corrosion of the components of the fuel cell stack.

일 실시형태에서, 상기 전극은 세라믹 배플 플레이트(들)의 외면과 물리적으로 접촉한다. 상기 외면은 가장 가까운 연료 전지 스택 또는 칼럼으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 세라믹 배플 플레이트의 외면이다.In one embodiment, the electrode is in physical contact with the outer surface of the ceramic baffle plate (s). The outer surface is the outer surface of the ceramic baffle plate facing away from the nearest fuel cell stack or column.

상기 세라믹의 상기 외면에 더욱 음인 전위를 인가하면 상기 스택 또는 칼럼으로부터 멀리, 즉, 상기 외부 전극을 향해 나트륨(및 다른 유사한 경금속 오염물)을 끌어당긴다. 상기 스택 또는 칼럼에서 가장 음인 전위와 동일한 전위 또는 더욱 음인 전위를 인가하면, 나트륨(또는 다른 경금속 오염 물질)이 금속 합금 상호연결부와 같은 스택 구성요소와 반응하여 스택 또는 칼럼의 부식을 방지 또는 감소시킬 수 있다. 외부 전극 상에 더욱 음인 전위를 인가하는 경우, 측면 배플의 외면에 도달하는 나트륨은 상기 시스템 내의 크롬 증기 또는 상기 외부 전극 상의 크롬 산화물과 반응할 수 있다. 이는 측면 배플의 외면상에 크롬산 나트륨의 형성을 초래할 수 있다. 그러나, 측면 배플의 외부 측면 상에 크롬산 나트륨을 형성하는 것은 스택 또는 칼럼의 작동을 방해하지 않는다. 상기 외부 전극 상의 전위가 상기 스택 내에서 가장 음인 전위와 동일한 경우, 상기 외부 전극보다 더욱 양인 전위를 갖는 전지들 또는 전지들의 스택들 사이에 전계의 기울기(gradient)가 형성된다. 이러한 전계의 기울기는 상기 외부 전극 쪽으로 Na+, Mg2 +, Ca2 + 등의 양이온을 일렉트로마이그레이션(electromigration)시킨다. 상기 외부 전극과 동일한 전위를 갖는 스택(또는 상기 스택의 부분)에 대해, 전위의 기울기가 형성되지 않으므로, 상기 스택 또는 상기 외부 전극을 향한 나트륨 또는 다른 경금속 이온의 일렉트로마이그레이션에 대한 구동력은 없다.Application of a further negative potential to the outer surface of the ceramic attracts sodium (and other similar light metal contaminants) away from the stack or column, i. E. Toward the outer electrode. Sodium (or other light metal contaminants) react with the stack components, such as metal alloy interconnects, to prevent or reduce corrosion of the stack or column by applying a potential equal to or more negative than the most negative potential in the stack or column . When more negative electric potential is applied on the external electrode, sodium that reaches the outer surface of the side baffle can react with chromium vapor in the system or with chromium oxide on the external electrode. This can lead to the formation of sodium chromate on the outer surface of the side baffle. However, forming sodium chromate on the outer side of the side baffle does not hinder the operation of the stack or column. When the potential on the external electrode is equal to the most negative potential in the stack, a gradient of the electric field is formed between the stacks of cells or cells having a potential that is more positive than the external electrode. The slope of the electric field electromigrates cations such as Na + , Mg 2 + , and Ca 2 + to the external electrode. There is no driving force for electromigration of sodium or other light metal ions toward the stack or the external electrode since a potential gradient is not formed with respect to the stack having the same potential as the external electrode (or the portion of the stack).

도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료 전지 스택 어셈블리(400A)를 도시한다. 상기 어셈블리(400A)는 전술한 어셈블리(200 또는 300)와 유사할 수 있으며, 유사한 요소들은 이 부분에서 다시 설명하지 않는다. 상기 어셈블리(400A)는 연료 전지 스택 칼럼(140), 상기 칼럼(140)의 대향 측면들 상에 배치된 측면 배플(220), 하부 블록(503) 및 상부 블록을 포함하는 압축 어셈블리(600)를 포함한다. 상기 칼럼은 복수의 연료 전지 스택들(14), 상기 연료 전지 스택들(14) 사이에 배치된 선택적 연료 매니폴드(204), 및 상기 칼럼(140)의 대향 단부들 상에 배치된 종단 플레이트(도 2에 도시)를 포함한다. 상기 연료 전지 스택들(14)은 서로 상에 적층되고 상호 연결부에 의해 분리된 복수의 연료 전지들을 포함한다. 복수의 연료 전지 스택 어셈블리들(400A)은 도 1에 도시된 것과 유사한 베이스에 부착될 수 있다. 4A shows a fuel cell stack assembly 400A according to an embodiment of the present invention. The assembly 400A may be similar to the assembly 200 or 300 described above, and similar elements are not described again in this section. The assembly 400A includes a compression assembly 600 including a fuel cell stack column 140, side baffles 220 disposed on opposite sides of the column 140, a lower block 503, . The column includes a plurality of fuel cell stacks 14, a selective fuel manifold 204 disposed between the fuel cell stacks 14, and a termination plate (not shown) disposed on opposite ends of the column 140 2). The fuel cell stacks 14 include a plurality of fuel cells stacked on top of each other and separated by interconnections. A plurality of fuel cell stack assemblies 400A may be attached to a base similar to that shown in Fig.

외부 전극(112)을 갖는 고체 산화물 연료 전지들의 스택들(14)의 칼럼(140)의 일 실시형태가 도 4a에 도시되어 있다. 도 4a에 도시된 실시형태에서, 칼럼(140)은 복수의 연료 전지 스택들(14)을 포함한다. 연료 전지 스택들(14)의 칼럼(140)은 필요한 경우, 더 많거나 더 적은 연료 전지 스택들(14)을 포함할 수 있다. 700℃ 이상의 상승 온도에서 전기를 발생시키는 어셈블리(400A)의 작동 중에, 칼럼(140) 내의 각각의 스택(14)은 각각의 전위(즉, 전압) V1, V3-V7을 갖는다. 이 예에서, 상기 외부 전극(112)에 인가된 전위(즉, 전압)(V2)는 칼럼(140) 내의 스택(14)(예를 들어, 최하의 스택(14))의 최저 전위(V1)보다 더욱 음이다(즉, V2＜V1). 도 4a에 도시된 일 실시형태에서, 각 스택(14)의 전위는 칼럼(140)의 하부에서 상부로 증가한다(즉, 더욱 양으로 증가)(즉, V1 <V3 <V4 <V5 <V6 <V7). 그러나, 다른 전압들이 사용될 수 있다.One embodiment of a column 140 of stacks of solid oxide fuel cells 14 having external electrodes 112 is shown in Figure 4A. In the embodiment shown in FIG. 4A, the column 140 includes a plurality of fuel cell stacks 14. The column 140 of fuel cell stacks 14 may include more or less fuel cell stacks 14, if desired. During operation of the assembly 400A that generates electricity at an elevated temperature of 700 DEG C or higher, each stack 14 in the column 140 has a respective potential (i.e., voltage) V1, V3-V7. In this example, the potential (i.e., voltage) V2 applied to the external electrode 112 is the lowest potential V1 of the stack 14 (e.g., the bottom stack 14) in the column 140, (I.e., V2 < V1). 4A, the potential of each stack 14 increases from the bottom to the top of the column 140 (i.e., increases more positively) (i.e., V1 <V3 <V4 <V5 <V6 < V7). However, other voltages may be used.

상기 외부 전극(112)은 크롬, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 질화 티타늄, 인코넬(예, Inconel 800 합금) 등과 같은 금속 또는 금속 합금과 같은, 임의의 적절한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 도 4a의 실시형태에서 상기 외부 전극(112)은 상기 칼럼(140)의 스택들(14)에 또는 임의의 다른 핫 박스 구성요소들에 전기적으로 연결되지 않는다. The outer electrode 112 may comprise any suitable electrically conductive material, such as a metal or metal alloy, such as chromium, tungsten, titanium, tantalum, titanium nitride, Inconel (e.g., Inconel 800 alloy) In the embodiment of FIG. 4A, the outer electrode 112 is not electrically connected to the stacks 14 of the column 140 or to any other hot box components.

도 4a에 도시된 실시형태에서, 외부 전극(112)은 칼럼(140)의 대향 측면들 상의 2개의 측면 배플(202)의 2개의 세라믹 배플 플레이트(220)의 외면과 접촉하는 단일의 전기 전도성 스트립일 수 있다. 상기 스트립은 세라믹 하부 블록(503) 아래에서 연장하여 2개의 세라믹 측면 배플(202)의 2개의 배플 플레이트(220)의 외면과 접촉한다. 상기 스트립의 두께는 0.5 내지 4 mm, 예컨대, 1 내지 2 mm일 수 있다. 다른 방법으로, 2개 또는 3개의 분리된 금속 스트립이 상기 2개의 측면 배플(202)에 그리고 선택적으로, 상기 하부 블록(503) 아래에 부착될 수 있다.In the embodiment shown in Figure 4A, the outer electrode 112 has a single electrically conductive strip (not shown) contacting the outer surface of the two ceramic baffle plates 220 of the two side baffles 202 on opposite sides of the column 140, Lt; / RTI &gt; The strip extends below the ceramic bottom block 503 and contacts the outer surface of the two baffle plates 220 of the two ceramic side baffles 202. The thickness of the strip may be 0.5 to 4 mm, for example 1 to 2 mm. Alternatively, two or three separate metal strips may be attached to the two side baffles 202 and, optionally, below the lower block 503.

도 4a 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스택(14)보다 외부 전극(112)에 더욱 음인 전위를 인가하기 위해, 외부 전극(들)(112)은 외부 또는 내부 전원(122)에 연결된다. 즉, 상기 전원은 상기 연료 전지 시스템 내부에 또는 상기 시스템 외부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원(122)은 배터리, 전기 그리드, 또는 상기 연료 전지 모듈(400)에 연결된 전력 조절 모듈의 하향 변환된 전기 출력일 수 있다. The external electrode (s) 112 are connected to an external or internal power source 122 to apply a more negative potential to the external electrode 112 than the stack 14, as shown in Figures 4A and 5. That is, the power source may be located inside or outside the fuel cell system. For example, the power source 122 may be a battery, an electric grid, or a down-converted electrical output of a power conditioning module coupled to the fuel cell module 400.

도 4b에 도시된 다른 실시형태에서, 칼럼(140)의 가장 음인 부분과 동일한 전위가 상기 외부 전극(112)에 인가된다(예를 들어, 가장 음인 전위를 갖는 스택(14)). 전기 리드(114)는 상기 외부 전극(112)으로부터 상기 상호연결부 또는, 상기 칼럼에서 가장 음인 전위를 갖는 단부 플레이트, 집전장치, 연료 매니폴드 또는 종단 플레이트와 같은 다른 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, V1 = V2이고, 상기 칼럼에서 가장 음인 전위를 갖는 스택(14)은 상기 외부 전극(112)에 상기 전압을 제공한다. 이 경우, 별도의 전원(122)이 생략될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 전위는 상기 연료 전지 스택 또는 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 내의 임의의 상호연결부의 최저 전위와 같거나 또는 상기 최저 전위보다 더욱 음이다. 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소는 상기 칼럼과 접촉하는 종단 플레이트, 단부 플레이트, 연료 매니폴드 및 집전장치를 포함할 수 있지만, 그에 제한되는 것은 아니며, 일 실시형태에서, 마지막 상호연결부의 가장 음인 전위를 전달할 수 있다. In another embodiment shown in FIG. 4B, a potential equal to the most negative portion of the column 140 is applied to the external electrode 112 (e.g., the stack 14 having the most negative potential). The electrical leads 114 are connected to the interconnector or other fuel cell stack or column component such as an end plate, collector, fuel manifold or termination plate having the most negative potential in the column from the outer electrode 112 . In this case, V1 = V2, and the stack 14 having the most negative potential in the column provides the voltage to the external electrode 112. [ In this case, a separate power source 122 may be omitted. In one embodiment, the potential is equal to or worse than the lowest potential of any interconnection in the fuel cell stack or the electroconductive fuel cell stack or column component. The electrically conductive fuel cell stack or column component may include, but is not limited to, a termination plate, an end plate, a fuel manifold and a current collector in contact with the column, and in one embodiment, It can deliver potential.

부식이 주로 칼럼(140)의 바닥에 있는 스택(들)(14)에서 발생하는 구성에서, 상기 외부 전극(들)(112)은 측면 배플(202)을 따라 전체 칼럼(140)의 총 높이보다 작은 높이로 연장할 수 있다(즉, 상기 측면 배플 높이의 일부만을 따라서). 예를 들어, 2개 이상의 연료 전지 스택들(14)을 갖는 칼럼에서, 상기 외부 전극(들)(112)은 칼럼(140)의 측면을 따른 하나 또는 2개의 스택 높이일 수 있다. 상기 칼럼의 상부에서 및/또는 상기 칼럼의 측면상에서 부식이 발생하는 다른 전기적 구성에서, 외부 전극(들)(112)은 상기 부식 위치에서 상기 측면 배플과 접촉한다. The external electrode (s) 112 are arranged alongside the side baffle 202 in a configuration that is greater than the total height of the entire column 140 in a configuration where corrosion occurs mainly in the stack (s) 14 at the bottom of the column 140 (I.e., along only a portion of the height of the side baffle). For example, in a column having two or more fuel cell stacks 14, the external electrode (s) 112 may be one or two stack heights along the side of the column 140. In another electrical configuration where corrosion occurs on top of the column and / or on the side of the column, the external electrode (s) 112 contact the side baffle at the erosion position.

도 5에 도시된 다른 실시형태에서, 외부 전극(들)(112)은 측면 배플(202)을 따라 전체 칼럼(140)의 총 높이와 동일하거나 상기 총 높이보다 큰 높이로 연장할 수 있다(즉, 전체 측면 배플 높이를 따라).5, the external electrode (s) 112 may extend along the side baffle 202 to a height equal to or greater than the total height of the entire column 140 (i.e., , Along the entire side baffle height).

도 5의 실시형태의 모듈(500)에서, 외부 전극(들)(112)은 칼럼(140) 내의 상기 스택들(14) 및 금속성 스택 간(inter-stack) 배플(120)과 같은 다른 핫 박스 부품으로부터 전기적으로 절연된다. 상기 스택 간 배플(inter-stack)(120)은 도 1에 도시된 구성과 유사한, 인접한 측면 배플들(220) 사이에 삽입된 쐐기형 금속 또는 금속 합금(예, 인코넬(Inconel)) 배플일 수 있다. 상기 스택 간 배플(120)은 연료 전지의 다수의 칼럼들(140)을 갖는 SOFC 시스템에서 연료 전지 스택들(14)의 인접한 칼럼들(140)을 분리한다. 전기적 절연을 달성하기 위해, 상기 스택 간(inter-stack) 배플(120)과 상기 측면 배플(220)의 측면 상의 상기 외부 전극(112) 사이에 세라믹 유전체 층(118)(예를 들어, 전기 절연성인 CMC 재료 또는 세라믹 펠트)이 추가될 수 있다.In the module 500 of the embodiment of FIG. 5, the external electrode (s) 112 are connected to other hot boxes, such as the stacks 14 and the inter-stack baffles 120 in the column 140, It is electrically isolated from the part. The inter-stack 120 may be a wedge-shaped metal or metal alloy (e.g., Inconel) baffle inserted between adjacent side baffles 220, similar to the configuration shown in FIG. have. The inter-stack baffle 120 separates adjacent columns 140 of the fuel cell stacks 14 in an SOFC system having a plurality of columns 140 of fuel cells. A ceramic dielectric layer 118 (e. G., Electrically insulative) is disposed between the inter-stack baffle 120 and the external electrode 112 on the side of the side baffle 220 to achieve electrical isolation. CMC material or ceramic felt) may be added.

모듈(500)은 선택적으로 연료 전지 스택들(14)과 측면 배플들(202) 사이에 위치된 세라믹 펠트(124)를 포함한다. 상기 세라믹 펠트(124)는 공기 및/또는 연료의 유동이 연료 전지의 측면 밖으로 누출되는 것을 방지하여, 연료 전지 스택(14)을 통해 공기 및 연료를 안내하는 것을 돕는다.The module 500 optionally includes a ceramic felt 124 positioned between the fuel cell stacks 14 and the side baffles 202. The ceramic felt 124 prevents the flow of air and / or fuel from leaking out of the side of the fuel cell, thus assisting in guiding air and fuel through the fuel cell stack 14.

다른 실시형태에서, 상기 외부 전극(112)은 알루미늄 처리(aluminizing treatment)로 고온 산화 및 부식으로부터 보호될 수 있다. 알루미늄 처리는 산화시에 하부의 외부 전극(112)에 대한 부식 손상을 방지하는 보호용 알루미나 코팅을 형성하는 알루미늄 코팅을 형성한다.In another embodiment, the outer electrode 112 may be protected from high temperature oxidation and corrosion by an aluminizing treatment. The aluminum treatment forms an aluminum coating that forms a protective alumina coating that prevents corrosion damage to the underlying outer electrode 112 upon oxidation.

전술한 것들은 특정 바람직한 실시형태를 언급하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 개시된 실시형태들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있고 그러한 수정들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 본원에 인용된 모든 공보물, 특허 출원 및 특허들은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.While the foregoing has been described with respect to certain preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made to the disclosed embodiments and that such modifications are intended to be within the scope of the invention. All publications, patent applications, and patents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

Claims (20)

연료 전지 시스템을 작동시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,
복수의 연료 전지들 및 상호연결부들을 포함하는 연료 전지 스택과 상기 연료 전지 스택의 대향 측면들 상에 위치한 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들(side baffles)을 제공하는 단계와;
상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 외면에 전위를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 전위는 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 또는 상기 상기 연료 전기 스택 내의 임의의 상호 연결부의 최저 전위와 같거나 또는 그보다 더욱 음(negative)인, 방법. A method of operating a fuel cell system, the method comprising:
Providing a fuel cell stack including a plurality of fuel cells and interconnects and first and second ceramic side baffles located on opposite sides of the fuel cell stack;
Applying a potential to an outer surface of at least one of the first and second ceramic side baffles,
Wherein the electrical potential is equal to or more negative than the lowest electrical potential of the electrically conductive fuel cell stack or column component or any interconnect in the fuel electrical stack. 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 외부 전극이 상기 제 1 또는 제 2 측면 배플 중의 적어도 하나의 상기 외면에 위치하고,
상기 전위는 상기 적어도 하나의 외부 전극을 통해 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중의 상기 적어도 하나에 제공되는, 방법. The method according to claim 1,
Wherein at least one outer electrode is located on the outer surface of at least one of the first or second side baffles,
Wherein the potential is provided to the at least one of the first and second ceramic lateral baffles through the at least one external electrode. 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 제1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 외면들 상에 위치하고,
상기 전위는 상기 적어도 하나의 외부 전극을 통해 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두에 제공되는, 방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the at least one outer electrode is located on the outer surfaces of both the first and second ceramic side baffles,
Wherein the potential is provided to both the first and second ceramic lateral baffles through the at least one external electrode. 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 외부 전원 장치에 전기적으로 연결되고,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택에 전기적으로 연결되지 않고,
상기 전위는 상기 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 또는 상기 연료 전기 스택 내의 상기 상호연결부들 중의 임의의 것의 최저 전위보다 더욱 음인, 방법. The method of claim 3,
Wherein the at least one external electrode is electrically connected to an external power supply,
Wherein the at least one external electrode is not electrically connected to the fuel cell stack,
Wherein the potential is more negative than the lowest potential of any of the interconnects in the electroconductive fuel cell stack or column component or the fuel electrical stack. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택 아래에 위치한 세라믹 하부 블록 아래에서 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 상기 외면들 사이에 연장하고 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 상기 외면들과 접촉하는 단일의 전기 전도성 스트립을 포함하는, 방법. 5. The fuel cell stack of claim 4, wherein the at least one external electrode extends between the outer surfaces of all of the first and second ceramic side baffles beneath a ceramic sub block located below the fuel cell stack, And a single electrically conductive strip in contact with said outer surfaces of all of the ceramic side baffles. 제 2 항에 있어서,
상기 전위가 상기 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 또는 상기 연료 전기 스택 내의 임의의 상호연결부의 최저 전위와 같도록, 상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택 내의 모든 상호연결부들 중에서 최저 전위를 갖는 상기 연료 전지 스택의 상호연결부에 또는 상기 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소에 전기적으로 연결되는, 방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the at least one external electrode has a lowest potential among all interconnections in the fuel cell stack such that the potential is equal to the lowest potential of any of the interconnects in the electroconductive fuel cell stack or column component or the fuel electrical stack Wherein the electrically conductive fuel cell stack or column component is electrically connected to the interconnections of the fuel cell stack. 제 2 항에 있어서,
상기 연료 전지는 고체 산화물 연료 전지를 포함하고,
상기 연료 전지 스택은 연료 전지 스택들의 복수의 칼럼들 중 제 1 칼럼에 위치하고,
상기 제 1 및 제 2 세라믹 배플들의 상기 외면들은 상기 제 1 칼럼으로부터 멀어지게 향하고,
상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들은 상기 제 1 칼럼의 전체 높이를 따라서 연장하고,
상기 복수의 칼럼들의 연료 전지 스택들은 스택 간(inter-stack) 배플에 의해 분리되는, 방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the fuel cell comprises a solid oxide fuel cell,
Wherein the fuel cell stack is located in a first one of a plurality of columns of fuel cell stacks,
Said outer surfaces of said first and second ceramic baffles facing away from said first column,
Wherein the first and second ceramic side baffles extend along the entire height of the first column,
Wherein the plurality of columns of fuel cell stacks are separated by inter-stack baffles. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 상기 외면의 일부만을 따라서 상기 제 1 전체 칼럼의 총 높이보다 작은 높이로 연장하는, 방법. 8. The method of claim 7 wherein the at least one electrode extends along a portion of the outer surface of at least one of the first and second ceramic lateral baffles to a height less than the total height of the first entire column. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 전체 외면을 따라서 상기 제 1 전체 칼럼의 높이와 같은 높이로 연장하는, 방법. 8. The method of claim 7, wherein the at least one electrode extends along a total outer surface of at least one of the first and second ceramic lateral baffles to a height equal to the height of the first entire column. 제 7 항에 있어서,
알루미나 코팅이 상기 적어도 하나의 외부 전극 상에 위치하고,
상기 세라믹 측면 배플과 상기 스택 간(inter-stack) 배플 사이에 유전체가 위치하고,
상기 유전체는 세라믹 펠트(felt) 또는 세라믹 매트릭스 복합재를 포함하고,
상기 스택 간(inter-stack) 배플은 금속 또는 금속 합금을 포함하고,
유전체 펠트 밀봉부는 상기 연료 전지 스택과 상기 제 1 세라믹 측면 배플 사이에 위치하는, 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein an alumina coating is positioned on said at least one external electrode,
A dielectric is positioned between the ceramic lateral baffle and the inter-stack baffle,
Wherein the dielectric comprises a ceramic felt or ceramic matrix composite,
The inter-stack baffle includes a metal or metal alloy,
Wherein a dielectric felt seal is positioned between the fuel cell stack and the first ceramic side baffle. 제 1 항에 있어서,
상기 전위를 인가하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들로부터 상기 연료 전지 스택으로의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 확산을 방지하거나 감소시키며, 이는 상기 연료 전지 스택의 구성요소들의 부식을 방지하거나 감소시키는, 방법. The method according to claim 1,
Wherein applying the potential prevents or reduces diffusion of alkali or alkaline earth metal from the first and second ceramic side baffles to the fuel cell stack, which prevents or reduces corrosion of the components of the fuel cell stack How, how. 연료 전지 시스템에 있어서,
복수의 연료 전지들 및 상호연결부들을 포함하는 연료 전지 스택과;
상기 연료 전지 스택의 대향 측면들 상에 위치한 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들을 포함하고,
적어도 하나의 외부 전극이 상기 제 1 또는 제 2 세라믹 측면 배플 중의 적어도 하나의 외면에 위치하고, 상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 제 1 또는 제 2 세라믹 측면 배플 중의 적어도 하나의 상기 외면에 전위를 인가하도록 구성되며, 상기 전위는 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 또는 상기 연료 전기 스택 내의 임의의 상호연결부의 최저 전위와 같거나 또는 그보다 더욱 음(negative)인, 연료 전지 시스템.In a fuel cell system,
A fuel cell stack including a plurality of fuel cells and interconnects;
And first and second ceramic side baffles located on opposite sides of the fuel cell stack,
Wherein at least one outer electrode is located on an outer surface of at least one of the first or second ceramic lateral baffles and the at least one outer electrode is adapted to apply a potential to the outer surface of at least one of the first or second ceramic lateral baffles Wherein the potential is equal to or more negative than the lowest potential of any interconnect in the electroconductive fuel cell stack or column component or the fuel electrical stack. 제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 외면들 상에 위치하고,
상기 전위는 상기 적어도 하나의 외부 전극을 통해 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두에 제공되도록 구성되는, 연료 전지 시스템. 13. The method of claim 12,
Wherein the at least one outer electrode is located on the outer surfaces of both the first and second ceramic side baffles,
Wherein the potential is configured to be provided to both the first and second ceramic side baffles through the at least one external electrode. 제 13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 외부 전원 장치에 전기적으로 연결되고,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택에 전기적으로 연결되지 않고,
상기 전위는 상기 연료 전지 스택 내의 상기 상호연결부들 중의 임의의 것의 최저 전위보다 더욱 음이 되도록 구성되는, 연료 전지 시스템. 14. The method of claim 13,
Wherein the at least one external electrode is electrically connected to an external power supply,
Wherein the at least one external electrode is not electrically connected to the fuel cell stack,
Wherein the potential is configured to be more negative than the lowest potential of any of the interconnects in the fuel cell stack. 제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택 아래에 위치한 세라믹 하부 블록 아래에서 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 상기 외면들 사이에 연장하고 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 모두의 상기 외면들과 접촉하는 단일의 전기 전도성 스트립을 포함하는, 연료 전지 시스템. 15. The method of claim 14,
Wherein the at least one external electrode extends between the outer surfaces of all of the first and second ceramic side baffles below a ceramic sub block located below the fuel cell stack and is located between the first and second ceramic side baffles And a single electrically conductive strip in contact with said outer surfaces. 제 12 항에 있어서,
상기 전위가 상기 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소 또는 상기 연료 전기 스택 내의 임의의 상호연결부의 최저 전위와 같도록, 상기 적어도 하나의 외부 전극은 상기 연료 전지 스택 내의 모든 상호연결부들 중에서 최저 전위를 갖도록 구성되는 상기 연료 전지 스택의 상호연결부에 또는 상기 전기 전도성 연료 전지 스택 또는 칼럼 구성요소에 전기적으로 연결되는, 연료 전지 시스템. 13. The method of claim 12,
Wherein the at least one external electrode has a lowest potential among all interconnections in the fuel cell stack such that the potential is equal to the lowest potential of any of the interconnects in the electroconductive fuel cell stack or column component or the fuel electrical stack Wherein the fuel cell stack is electrically connected to the interconnecting portion of the fuel cell stack or to the electrically conductive fuel cell stack or column component. 제 12 항에 있어서,
상기 전위는 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들로부터 상기 연료 전지 스택으로의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 확산을 방지하거나 감소시키도록 구성되고, 이는 상기 연료 전지 스택의 구성요소들의 부식을 방지하거나 감소시키며,
상기 연료 전지는 고체 산화물 연료 전지를 포함하고,
상기 연료 전지 스택은 연료 전지 스택들의 복수의 칼럼들 중 제 1 칼럼에 위치하고,
상기 제 1 및 제 2 세라믹 배플들의 상기 외면들은 상기 제 1 칼럼으로부터 멀어지게 향하고,
상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들은 상기 제 1 칼럼의 전체 높이를 따라서 연장하고,
상기 복수의 칼럼들의 연료 전지 스택들은 스택 간(inter-stack) 배플에 의해 분리되는, 연료 전지 시스템. 13. The method of claim 12,
Wherein the potential is configured to prevent or reduce diffusion of alkali or alkaline earth metal from the first and second ceramic side baffles to the fuel cell stack, which prevents or reduces corrosion of the components of the fuel cell stack ,
Wherein the fuel cell comprises a solid oxide fuel cell,
Wherein the fuel cell stack is located in a first one of a plurality of columns of fuel cell stacks,
Said outer surfaces of said first and second ceramic baffles facing away from said first column,
Wherein the first and second ceramic side baffles extend along the entire height of the first column,
Wherein the fuel cell stacks of the plurality of columns are separated by inter-stack baffles. 제 17 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 상기 외면의 일부만을 따라서 상기 제 1 전체 칼럼의 총 높이보다 작은 높이로 연장하는, 연료 전지 시스템. 18. The method of claim 17,
Wherein the at least one electrode extends at a height less than the total height of the first entire column along only a portion of the outer surface of at least one of the first and second ceramic side baffles. 제 17 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은 상기 제 1 및 제 2 세라믹 측면 배플들 중 적어도 하나의 전체 외면을 따라서 상기 제 1 전체 칼럼의 높이와 같은 높이로 연장하는, 연료 전지 시스템. 18. The method of claim 17,
Wherein the at least one electrode extends along a total outer surface of at least one of the first and second ceramic side baffles to a height equal to the height of the first entire column. 제 17 항에 있어서,
알루미나 코팅이 상기 적어도 하나의 외부 전극 상에 위치하고,
상기 세라믹 측면 배플과 상기 스택 간(inter-stack) 배플 사이에 유전체가 위치하고,
상기 유전체는 세라믹 펠트 또는 세라믹 매트릭스 복합재를 포함하고,
상기 스택 간(inter-stack) 배플은 금속 또는 금속 합금을 포함하고,
유전체 펠트 밀봉부는 상기 연료 전지 스택과 상기 제 1 세라믹 측면 배플 사이에 위치하는, 연료 전지 시스템. 18. The method of claim 17,
Wherein an alumina coating is positioned on said at least one external electrode,
A dielectric is positioned between the ceramic lateral baffle and the inter-stack baffle,
Wherein the dielectric comprises a ceramic felt or a ceramic matrix composite,
The inter-stack baffle includes a metal or metal alloy,
Wherein the dielectric felt seal is located between the fuel cell stack and the first ceramic side baffle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06267552A (en) * 1993-03-16 1994-09-22 Hitachi Ltd Fuel cell cooling system
JP2002075399A (en) * 2000-08-30 2002-03-15 Hitachi Ltd Separator for solid polymer electrolyte fuel cell
US20160226093A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Bloom Energy Corporation Fuel cell stack assembly and method of operating the same

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