KR20190063893A - Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer - Google Patents

Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer Download PDF

Info

Publication number
KR20190063893A
KR20190063893A KR1020170163011A KR20170163011A KR20190063893A KR 20190063893 A KR20190063893 A KR 20190063893A KR 1020170163011 A KR1020170163011 A KR 1020170163011A KR 20170163011 A KR20170163011 A KR 20170163011A KR 20190063893 A KR20190063893 A KR 20190063893A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sofc
sealing material
pair
glass
gasket
Prior art date
Application number
KR1020170163011A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102468681B1 (en
Inventor
문지웅
전재호
박치록
이성연
안준규
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020170163011A priority Critical patent/KR102468681B1/en
Publication of KR20190063893A publication Critical patent/KR20190063893A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102468681B1 publication Critical patent/KR102468681B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282Inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

The present invention relates to a compression sealing material for a solid oxide fuel cell (SOFC) having a stress relieving layer. The sealing material for an SOFC has a pair of glass layers, wherein a pair of gaskets is inserted between the pair of glass layers and the pair of gaskets is slidable with respect to each other.

Description

응력 완화층을 갖는 고체산화물 연료전지용 압축 밀봉재{COMPRESSING SEAL FOR SOLID OXIDE FUEL CELL WITH STRESS RELAXATION LAYER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a compression sealing material for a solid oxide fuel cell having a stress relieving layer,

본 발명은 고체산화물 연료전지용 밀봉재에 관한 것이다.The present invention relates to a sealing material for a solid oxide fuel cell.

고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell, 이하 'SOFC')는 전기화학적 에너지 변환 장치로서, 산소 이온 전도성 전해질 층과 그 양면에 위치한 공기극(양극) 및 연료극(음극)을 포함한다. A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as 'SOFC') is an electrochemical energy conversion device that includes an oxygen ion conductive electrolyte layer and an air electrode (anode) and an anode (cathode) located on both sides thereof.

상기 SOFC의 공기극에 산소를 공급하고 음극에 수소를 공급하면, 공기극에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질 층을 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 전기 에너지를 생산한다.When oxygen is supplied to the air electrode of the SOFC and hydrogen is supplied to the cathode, oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen in the air electrode move to the anode through the electrolyte layer, and then water reacts with hydrogen supplied to the anode to generate water . At this time, the 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.

상기 공기극, 전해질 막 및 연료극을 기본으로 하는 하나의 단위 전지에서 발생하는 전력은 상당히 제한적이기 때문에, 복수의 단위 전지를 적층하여 SOFC 단위 스택을 구성하고, 상기 단위 스택을 적층하여 SOFC 다단 스택을 구성함으로써 높은 기전력을 생산하고 있다. 이때, 각 단위 전지에 연료와 공기를 공급할 수 있는 구조물이 필요하며, 이를 위해 각 단위 전지 사이에 금속 재질의 분리판(separator, 금속 셀 프레임)이 사용된다.Since the power generated in one unit cell based on the air electrode, the electrolyte membrane and the fuel electrode is considerably limited, a plurality of unit cells are stacked to constitute an SOFC unit stack, and the unit stack is stacked to form an SOFC multi- Thereby producing high electromotive force. At this time, a structure capable of supplying fuel and air to each unit cell is required, and a metal separator (metal cell frame) is used between each unit cell.

그리고, 이러한 적층형 바이 폴라 스택에서는 연료 가스인 수소와 연소 가스인 공기의 혼합 방지, 스택 외부로의 가스 누출 방지 및 단위 전지 양극 음극 간의 단락을 방지하기 위한 절연을 위하여 금속 분리판과 단위 전지의 구성 요소 사이를 절연성 소재를 이용하여 밀봉하는 것이 중요하다. In such a stacked bipolar stack, a metal separator and a unit cell structure are provided for preventing mixing of hydrogen as a fuel gas and air as a combustion gas, preventing gas leakage to the outside of the stack, and isolating the unit cell from being short- It is important to seal between the elements using an insulating material.

상기 SOFC 스택은 700℃ 이상의 고온에서 작동하기 때문에 각 단위 스택의 분리판과 분리판 사이의 밀봉 및 절연을 위한 기밀도 확보 측면에서 유리 또는 결정화 유리계 밀봉재를 사용하며, 상기 밀봉을 위해 유리 분말을 페이스트나 그린시트 형태로 셀과 셀 프레임의 접합면에 도포하고, 스택 전처리 과정에서 유리 분말이 점성유동에 의한 소결을 하면서 기밀 접합하는 것이 일반적이다. Since the SOFC stack operates at a high temperature of 700 ° C or higher, a glass or a crystallized glass-based sealing material is used for sealing between the separator plate and the separator plate of each unit stack and securing airtightness for insulation. It is generally applied to the joint surface of the cell and the cell frame in the form of a paste or a green sheet, and the glass powder is sintered by the viscous flow in the process of stack pretreatment, and is hermetically bonded.

다만, 상기 기밀 접합 방법은 수소와 공기를 차단하기 위한 기밀성 확보의 측면에서는 매우 효과적인 방법이지만, 세라믹 재질의 셀과 유리나 결정화 유리계 밀봉재와 같이 취성 소재가 서로 고착된 구조로서 외부 응력을 해소하기 어려우며, 스택 전처리 과정 및 운전 시 발생하는 열적 기계적 응력을 받을 수 있다. 이때 고적층 대면적 스택을 구성하는 다수의 기밀 접합부 중 일부에서 취성 파괴가 발생할 수 있고, 연료극의 수소와 공기극의 공기가 혼합되면서 해당 셀뿐 아니라 다른 셀까지 파손이 확산되는 문제점이 있다. However, the airtight sealing method is a very effective method in terms of securing the airtightness for shielding hydrogen and air, but it is difficult to solve the external stress due to the structure in which the brittle material is fixed to each other, such as a ceramic material cell and glass or a crystallized glass- , And can receive thermal mechanical stresses generated during the stack preprocessing and operation. In this case, brittle fracture may occur in a part of the plurality of airtight joints constituting the high stacked large area stack, and the hydrogen of the fuel electrode and the air of the air electrode are mixed, and breakage is diffused not only to the corresponding cell but also to other cells.

본 발명은 열적 기계적 응력을 완화하여 SOFC의 파손을 방지할 수 있는 SOFC용 밀봉재를 제시하고자 한다. 또한 본 발명은 상기 밀봉재를 포함하는 SOFC 스택 및 SOFC도 함께 제시하고자 한다.An object of the present invention is to provide a sealing material for an SOFC which can prevent breakage of an SOFC by relaxing thermal mechanical stress. The present invention also proposes an SOFC stack including the sealing material and an SOFC.

본 발명의 일 견지에 따르면, 금속 셀 프레임(분리판)과 단위 셀 사이를 밀봉하는 SOFC용 밀봉재로서, 상기 밀봉재는 한 쌍의 글라스 층 및 상기 한 쌍의 글라스 층 사이에 한 쌍의 가스켓이 삽입되며, 상기 한 쌍의 가스켓은 서로 슬라이딩 가능한 SOFC용 밀봉재를 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a sealing material for an SOFC which seals between a metal cell frame (separator) and a unit cell, the sealing material comprising a pair of glass layers and a pair of gaskets inserted between the pair of glass layers And the pair of gaskets provide a sealing material for an SOFC that can slide with respect to each other.

상기 가스켓은 운모일 수 있으며, 상기 운모는 백운모, 흑은모 및 금운모로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The gasket may be mica, and the mica may include at least one selected from the group consisting of muscovite, black and silver and gold mica.

상기 글라스 층은 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 두께일 수 있다.The glass layers may each have a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm.

상기 가스켓은 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 두께일 수 있다.The gaskets may each have a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm.

상기 가스켓의 가로 및 세로의 각각의 길이는 글라스 층의 가로 및 세로의 각각의 길이보다 긴 것일 수 있다.The length of each of the width and the length of the gasket may be longer than the length of each of the width and length of the glass layer.

금속 셀 프레임 사이에 조립되며, 공기극, 연료극 및 공기극과 연료극 사이에 개재된 전해질을 포함하는 단위 셀이 복수 개 적층되어 이루어진 SOFC 스택으로서, 상기 금속 셀 프레임 및 단위 셀을 밀봉하는 상기 밀봉재를 포함하는 SOFC 스택을 제공한다. An SOFC stack, which is assembled between metal cell frames and has a plurality of unit cells each including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte interposed between the air electrode and the fuel electrode, wherein the SOFC stack includes the sealing member sealing the metal cell frame and the unit cell SOFC stack.

나아가, 상기 SOFC 스택을 포함하는, SOFC를 제공한다.Further, there is provided an SOFC including the SOFC stack.

본 발명에 따른 SOFC용 밀봉재는 글라스 층 사이에 삽입된 한 쌍의 가스켓이 상호 미끄러질 수 있어, 열적 기계적 응력이 가해지는 경우에도 상기 가스켓 상호 간의 슬라이딩에 의한 충격을 완화시킬 수 있어 밀봉재 및 셀의 파손을 방지함으로써 SOFC의 내구성을 향상시킬 수 있다.The sealing material for an SOFC according to the present invention can slip the pair of gaskets inserted between the glass layers so that the shock due to sliding between the gaskets can be alleviated even when thermal mechanical stress is applied, It is possible to improve the durability of the SOFC.

도 1은 종래 SOFC용 밀봉재를 포함하는 단위 셀의 일반적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 SOFC가 열적 기계적 응력에 의해 파손된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 밀봉재를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a general structure of a unit cell including a conventional sealing material for an SOFC.
2 is a view showing a state where a conventional SOFC is broken by thermal mechanical stress.
3 is a view illustrating a sealing material of a multilayer structure according to an embodiment of the present invention.

SOFC에 있어서, 연료와 산화제를 공급하기 위해서는 금속 셀 프레임과 상기 셀 사이 공간의 밀봉이 필요한데, 기존의 밀봉은 도 1과 같이 유리 분말을 페이스트나 그린 시트 형태로 제작된 밀봉재를 사용하여 금속 재질의 셀 프레임과 셀 사이에 위치시킨 후, 소결하여 기밀 접합하는 방식으로 이루어진다.In the SOFC, it is necessary to seal the space between the metal cell frame and the cell in order to supply the fuel and the oxidizer. In the conventional sealing, the sealing material made of paste or green sheet is used as the glass powder, And then placing the cell frame between the cell and the cell, and sintering the cell frame to form a gas-tight junction.

그러나, 상기와 같이 셀과 금속 셀 프레임을 긴밀하게 고착하는 종래의 글라스계 밀봉재를 사용하는 경우, SOFC 스택의 전처리 과정 및 운전 시 가해지는 열적 기계적 응력을 흡수하지 못함으로써 도 2와 같이 밀봉재 또는 셀의 파손이 발생할 수 있다. However, in the case of using the conventional glass-based sealing material for closely fixing the cell and the metal cell frame as described above, it is impossible to absorb the thermal mechanical stress applied during the pretreatment process and operation of the SOFC stack, May be damaged.

또한, 유리층 및 유리 이외의 재료로 이루어진 성분을 추가로 포함하는 층상 복합체로 이루어진 밀봉재의 경우에도 고온의 SOFC 스택 전처리 온도에서 유리층의 점성 유동에 의한 소결로 기밀 접합됨과 동시에 상호 고착된다. 따라서, 밀봉재에 의한 기밀도를 확보할 수 있으나, 상기 밀봉재는 취성이 약하여 열적 기계적 응력을 흡수하지 못하며, 이로 인해 SOFC의 구조적 변형을 초래할 수 있다.Also, in the case of the sealing material made of the layered composite further including the glass layer and the component made of the material other than glass, the sealing material is also hermetically bonded to the sintering sintered glass layer at the preheating temperature of the hot SOFC stack at the same time. Therefore, although the sealing material can ensure airtightness, the sealing material is weak in brittleness and does not absorb the thermal mechanical stress, which may lead to a structural deformation of the SOFC.

나아가, 운모와 같은 유리 재질 이외의 재질로 이루어진 밀봉재의 경우, 금속 셀 프레임과 셀 사이로 가스가 누설될 수 있으며, 밀봉재의 적층 높이에 따른 공차를 흡수할 수 있는 능력이 미흡할 수 있다. Furthermore, in the case of a sealing material made of a material other than glass such as mica, gas may leak between the metal cell frame and the cell, and the ability to absorb the tolerance due to the height of the stack of the sealing material may be insufficient.

따라서, 이를 보완하기 위하여, 본 발명은 SOFC에 열적 기계적 응력이 가해진 경우에 밀봉재가 슬라이딩하도록 함으로써 밀봉재 및 셀의 파손과 이로 인한 SOFC의 파손을 방지할 수 있는 SOFC용 밀봉재를 제공하고자 한다. Accordingly, in order to compensate for this, the present invention provides a sealing material for an SOFC that can prevent the sealing material and the cell from being damaged and the SOFC from being damaged due to sliding of the sealing material when thermal mechanical stress is applied to the SOFC.

본 발명에 의해 제공되는 SOFC용 밀봉재의 구조를 도 3에 개략적으로 나타내었다. The structure of the sealing material for an SOFC provided by the present invention is schematically shown in Fig.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해 제공되는 SOFC용 밀봉재는 한 쌍의 글라스 층 및 상기 글라스 층 사이에 한 쌍의 가스켓이 적층된 다층 구조를 포함할 수 있다. As shown in Fig. 3, the sealing material for an SOFC provided by the present invention may include a pair of glass layers and a multilayer structure in which a pair of gaskets are laminated between the glass layers.

본 발명에 의해 제공되는 다층 구조의 밀봉재는 글라스 층을 포함한다. 상기 다층 구조의 밀봉재에 포함된 글라스 층은 단위 셀 간의 기밀한 밀봉성을 제공하여 가스 누출 등의 문제가 발생하지 않고, 우수한 밀봉 효과를 제공한다. The sealing material of the multi-layer structure provided by the present invention includes a glass layer. The glass layer included in the sealing material of the multi-layer structure provides a hermetic sealing property between the unit cells, thereby avoiding problems such as gas leakage and providing an excellent sealing effect.

상기 글라스 층은 유리 분말을 페이스트나 그린 시트 형태로 제조할 수 있으며, 이에 의해 획득한 글라스 층을 단위 셀의 필요한 위치에 부착하거나, 디스펜싱 스크린 프린팅으로 접합 부위에 적절히 도포하여 SOFC 스택의 전처리 과정에서 소결함으로써 유리의 점성 유동 특성에 의해 금속 셀 프레임 및 가스켓에 기밀 접합할 수 있다. The glass layer may be prepared in the form of a paste or a green sheet. The glass layer thus obtained may be adhered to a required position of the unit cell, or may be suitably applied to the joint by a dispensing screen printing process, The gas-tight bonding to the metal cell frame and the gasket can be achieved by the viscous flow characteristics of the glass.

상기 글라스 층은 밀봉재에 사용되는 것이라면 본 발명에도 적합하게 사용될 수 있는 것으로서 내열충격성이 있고, 화학적 내구성, 내마모성 및 전기 절연성이 우수한 유리 성분 또는 결정화 유리 성분을 포함할 수 있다. The glass layer may include a glass component or a crystallized glass component having thermal shock resistance, chemical durability, abrasion resistance, and electrical insulation, which can be suitably used in the present invention as long as it is used in a sealing material.

상기 글라스 층은 금속 셀 프레임과 접촉하여 밀봉하고, 또 단위 전지의 전해질 층과 접촉하여 밀봉하기 위하여 한 쌍으로 이루어질 수 있는 것으로서, 예를 들면 2매의 글라스 층일 수 있다.The glass layer may be a pair of glass layers, for example, two glass layers, in contact with the metal cell frame for sealing and for sealing and contacting the electrolyte layer of the unit cell.

상기 글라스 층은 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 두께일 수 있다. 상기 글라스 층의 두께가 0.2mm 미만인 경우, 기밀 접합에 필요한 접합면의 두께로 바람직하지 않고, 0.5mm를 초과하는 경우, 단위 셀을 2 이상 적층한 적층 구조인 스택을 형성할 때 단위 스택의 높이 변화가 커지기 때문에 안정적인 스택 구성에 불안 요인이 되는 점에서 바람직하지 않다.The glass layers may each have a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm. When the thickness of the glass layer is less than 0.2 mm, it is not preferable as the thickness of the bonding surface necessary for the hermetic bonding, and when it exceeds 0.5 mm, when the stack of two or more unit cells is stacked, It is undesirable in that it becomes a cause of instability in a stable stack configuration because the change becomes large.

본 발명의 다층 구조의 밀봉재는 한 쌍의 가스켓을 포함한다. 상기 다층 구조의 밀봉재에 포함된 한 쌍의 가스켓은 SOFC에 외부 응력이 가해지는 경우에 상호 슬라이딩하여 외부 응력을 흡수함으로써, SOFC의 파손을 방지할 수 있다. 상기 한 쌍의 가스켓은 예를 들어, 2매로 구성될 수 있다. The sealing material of the multilayer structure of the present invention includes a pair of gaskets. The pair of gaskets included in the sealing material of the multi-layer structure can slide against each other when external stress is applied to the SOFC to absorb external stress, thereby preventing breakage of the SOFC. The pair of gaskets may be composed of, for example, two gaskets.

상기 가스켓은 운모로 형성되는 것이 바람직하다. 운모는 층상 구조를 갖는 것으로서, 내열성이 우수하고, 전기적 부도체이며, 탄성이 우수하여, 높은 SOFC의 운전 온도에서도 그 특성을 유지하여 슬라이딩성을 제공할 수 있다.The gasket is preferably formed of mica. The mica has a layered structure, is excellent in heat resistance, is electrically non-conductive, has excellent elasticity, and can maintain its characteristics even at the operating temperature of a high SOFC, thereby providing slidability.

상기 운모의 종류에는 제한이 없으나, 예를 들면, 백운모, 흑은모 및 금은모로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있다.There is no limitation on the kind of the mica. For example, it may be at least one selected from the group consisting of muscovite, black silver, and gold silver.

한편, 상기 가스켓은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께일 수 있다. 상기 가스켓의 두께가 0.2mm 미만인 경우에는 두께가 너무 얇아 강도가 약해지는 바, 열적 기계적 응력이 가해지는 경우 가스켓이 슬라이딩하면서 부서질 수 있는 점에서 바람직하지 않다. 한편, 가스켓의 두께가 0.5mm를 초과하는 경우에는 가스켓의 측면을 통하여 가스가 누설될 수 있는 점에서 바람직하지 않다. On the other hand, the gasket may have a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm. When the thickness of the gasket is less than 0.2 mm, the thickness is too thin to weaken the strength, which is undesirable in that the gasket can be broken while slipping if thermal mechanical stress is applied. On the other hand, when the thickness of the gasket exceeds 0.5 mm, it is not preferable in that the gas may leak through the side surface of the gasket.

상기 글라스 층의 크기는 특히 제한하지 않으나, 셀과 직접 접촉하지 않도록 가스켓의 크기를 초과하지 않는 범위로 조절할 수 있다. 따라서, 상기 가스켓의 가로 및 세로의 각각의 길이는 글라스 층의 각각의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 상기 글라스 층의 너비가 가스켓의 너비를 초과하는 경우에는 SOFC의 운전 시 발생하는 열에 의해 유리 성분의 점성 유동 특성으로 인해 한 쌍의 가스켓이 유리에 의해 접합되어 슬라이딩성을 확보할 수 없는 문제가 있다.The size of the glass layer is not particularly limited, but may be adjusted so as not to exceed the size of the gasket so as not to be in direct contact with the cell. Therefore, it is preferable that the length of each of the width and the length of the gasket is longer than the length of each of the glass layers. When the width of the glass layer exceeds the width of the gasket, the pair of gaskets are bonded by the glass due to the viscous flow characteristics of the glass component due to the heat generated during the operation of the SOFC, .

이와 같은 본 발명에 따르면, 한 쌍의 운모 재질의 가스켓 및 상기 가스켓의 양 측면에 글라스 층이 각각 적층된 밀봉재가 제공된다. 이때, 상기 하나의 글라스 층과 운모 재질의 가스켓은 서로 접착되어 일체화될 수 있다.According to the present invention, there is provided a gasket of a pair of mica materials and a sealing material in which a glass layer is laminated on both sides of the gasket. At this time, the one glass layer and the gasket made of mica may be adhered to each other.

즉, 본 발명의 밀봉재는 상기 한 쌍의 글라스 층 사이에 한 쌍의 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 한 쌍이 마주보고 접촉된 상태를 갖는 것으로서 상호 슬라이딩이 가능한 구조를 갖는다. That is, the sealing material of the present invention includes a pair of gaskets between the pair of glass layers, and the gaskets have a structure in which a pair of the gaskets are in contact with each other and can slide with respect to each other.

본 발명에 따른 상기 밀봉재는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 글라스 층은 SOFC 단위 셀의 전해질 층과 접합하고, 다른 하나의 글라스 층은 SOFC의 금속 셀 프레임과 접합하며, 상기 운모 재질의 가스켓이 상호 접촉하여 SOFC용 밀봉재로서 사용될 수 있다.The sealing material according to the present invention is characterized in that one glass layer is bonded to the electrolyte layer of the SOFC unit cell and the other glass layer is bonded to the metal cell frame of the SOFC, Can be used as a sealing material for an SOFC.

따라서, 상기 SOFC에 열적 기계적 응력이 가해지는 경우에 마주보는 가스켓의 두 면이 상호 미끄러짐으로써 외부 응력을 완화하여 밀봉재 또는 셀이 파손되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, when thermo-mechanical stress is applied to the SOFC, the two faces of the gasket facing each other are mutually slid to mitigate the external stress, thereby preventing the sealing material or the cell from being damaged.

본 발명의 일 견지에 따르면, 상기 SOFC용 밀봉재를 포함하는 단위 셀이 복수 개 적층되고, 상기 단위 셀 사이에 금속 셀 프레임을 포함하여 형성된 SOFC 스택에 있어서, 상기 단위 셀과 금속 셀 프레임 사이에 본 발명에 따른 밀봉재를 사용하여 밀봉된 SOFC 스택 및 상기 스택을 포함하는 SOFC를 제조할 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided an SOFC stack in which a plurality of unit cells including the sealing material for SOFC are stacked and a metal cell frame is interposed between the unit cells, The sealed SOFC stack and the SOFC including the stack can be manufactured using the sealing material according to the invention.

보다 상세하게, 상기 SOFC 스택은 금속 셀 프레임 사이에 조립되며, 공기극, 연료극 및 공기극과 연료극 사이에 개재된 전해질을 포함하는 단위 셀이 복수 개 적층되어 이루어진 SOFC 스택으로서, 상기 금속 셀 프레임 및 단위 셀 사이를 밀봉하는 밀봉재를 포함하며, 상기와 같은 밀봉재를 사용하여 금속 셀 프레임과 단위 셀 사이를 밀봉할 수 있다.In more detail, the SOFC stack is assembled between metal cell frames and includes an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte interposed between the air electrode and the fuel electrode. The SOFC stack includes a plurality of unit cells, The sealing material may be used to seal between the metal cell frame and the unit cell.

상기와 같이, 본 발명에 따른 상기 가스켓이 삽입된 밀봉재를 이용하여 SOFC 단위 셀과 금속 셀 프레임을 밀봉함으로써 SOFC에 열적 기계적 충격이 가해지는 경우에도, 밀봉재에 포함된 가스켓이 상호 미끄러짐으로써 응력을 완화시킬 수 있어, SOFC의 파손을 방지할 수 있다.As described above, even when a thermal mechanical impact is applied to the SOFC by sealing the SOFC unit cell and the metal cell frame by using the sealing material inserted with the gasket according to the present invention, the gaskets included in the sealing material are mutually slipped to relieve the stress So that breakage of the SOFC can be prevented.

Claims (8)

금속 셀 프레임(분리판)과 단위 셀 사이를 밀봉하는 SOFC용 밀봉재로서,
상기 밀봉재는 한 쌍의 글라스 층; 및 상기 한 쌍의 글라스 층 사이에 한 쌍의 가스켓이 삽입되며, 상기 한 쌍의 가스켓은 서로 슬라이딩 가능한 것인, SOFC용 밀봉재.
A sealing material for an SOFC which seals between a metal cell frame (separator) and a unit cell,
Wherein the sealing material comprises a pair of glass layers; And a pair of gaskets are inserted between the pair of glass layers, and the pair of gaskets are slidable with respect to each other.
제1항에 있어서,
상기 가스켓은 운모로 된 것인, SOFC용 밀봉재.
The method according to claim 1,
Wherein the gasket is made of mica.
제2항에 있어서,
상기 운모는 백운모, 흑은모 및 금운모로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인, SOFC용 밀봉재.
3. The method of claim 2,
Wherein the mica is at least one selected from the group consisting of muscovite, black wax, and gold mica.
제1항에 있어서,
상기 글라스 층은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께를 갖는 것인, SOFC용 밀봉재.
The method according to claim 1,
Wherein the glass layer has a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm.
제1항에 있어서,
상기 가스켓은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께를 갖는 것인, SOFC용 밀봉재.
The method according to claim 1,
Wherein the gasket has a thickness of 0.2 mm to 0.5 mm.
제1항에 있어서,
상기 가스켓의 가로 및 세로의 각각의 길이는 글라스 층의 가로 및 세로의 각각의 길이보다 긴 것인, SOFC용 밀봉재.
The method according to claim 1,
Wherein a length of each of the width and the length of the gasket is longer than a length of each of a width and a length of the glass layer.
공기극; 연료극; 및 공기극과 연료극 사이에 개재된 전해질을 포함하는 단위 셀이 복수 개 적층되고, 상기 단위 셀 사이에 금속 셀 프레임이 삽입되며,
상기 금속 셀 프레임 및 단위 셀은 밀봉재에 의해 밀봉되며,
상기 밀봉재는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 밀봉재인, SOFC 스택.
Air pole; Fuel electrode; And a plurality of unit cells including an electrolyte interposed between the air electrode and the fuel electrode are stacked, a metal cell frame is inserted between the unit cells,
The metal cell frame and the unit cell are sealed by a sealing material,
The sealing material is the sealing material according to any one of claims 1 to 6.
제7항의 SOFC 스택을 포함하는, SOFC.
A SOFC comprising the SOFC stack of claim 7.
KR1020170163011A 2017-11-30 2017-11-30 Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer KR102468681B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170163011A KR102468681B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170163011A KR102468681B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190063893A true KR20190063893A (en) 2019-06-10
KR102468681B1 KR102468681B1 (en) 2022-11-18

Family

ID=66848696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170163011A KR102468681B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102468681B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112928299A (en) * 2019-12-06 2021-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 Novel high-temperature composite sealing material and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120112386A (en) * 2009-10-20 2012-10-11 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈 Seal between two elements having separate thermal expansion coefficients
KR20150075438A (en) * 2013-12-25 2015-07-06 주식회사 포스코 Unit stack seal for solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120112386A (en) * 2009-10-20 2012-10-11 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈 Seal between two elements having separate thermal expansion coefficients
KR20150075438A (en) * 2013-12-25 2015-07-06 주식회사 포스코 Unit stack seal for solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112928299A (en) * 2019-12-06 2021-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 Novel high-temperature composite sealing material and application thereof
CN112928299B (en) * 2019-12-06 2022-10-18 中国科学院大连化学物理研究所 High-temperature composite sealing material and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR102468681B1 (en) 2022-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101903863B1 (en) Fuel cell and method for manufacturing same
KR101098956B1 (en) Fuel cell stack and seal for a fuel cell stack, as well as a production method for it
US7222406B2 (en) Methods for making a multi-layer seal for electrochemical devices
JP2012146649A (en) Sealing member for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell employing the same
JP2019185883A (en) Fuel cell
EP2472658A1 (en) A solid oxide fuel cell having a glass composite seal
JP2009217959A (en) Flat plate type solid oxide fuel cell stack
KR102468681B1 (en) Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer
JP5881594B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
US8153327B2 (en) Interconnector for high temperature fuel cells
KR20140092981A (en) Solid Oxide Fuel Cell having hybrid sealing structure
JP6118230B2 (en) Fuel cell stack
US7217300B2 (en) Method and apparatus for gasketing a fuel cell
JP6862534B2 (en) Electrochemical cell
JP7263269B2 (en) Solid oxide electrochemical stack
KR20190077334A (en) A hybrid seal, and a planar array comprising at least one high temperature electrochemical cell and a hybrid seal
KR20090029381A (en) Manufacture of sealing gasket with glass and fiber compound for solid oxide fuel cell
CN107431217B (en) Array of electrochemical cells and uses thereof
KR20150075438A (en) Unit stack seal for solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same
JP7054818B2 (en) Fuel cell
KR100520542B1 (en) Ceals for solid oxide fuel cell stack
KR101417657B1 (en) Sealing method of solid oxide fuel cell
KR100710030B1 (en) Method for preparing gasket-type sealing material for solid oxide fuel cell
KR101998930B1 (en) A stack compression apparatus having force homogenizing layer for a solid oxide fuel cell stack
JPH0629034A (en) Solid electrolyte fuel cell with mechanical seal structure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant