KR20210080532A - 열전기 강화 연료 전지들 - Google Patents

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KR20210080532A
KR20210080532A KR1020217016021A KR20217016021A KR20210080532A KR 20210080532 A KR20210080532 A KR 20210080532A KR 1020217016021 A KR1020217016021 A KR 1020217016021A KR 20217016021 A KR20217016021 A KR 20217016021A KR 20210080532 A KR20210080532 A KR 20210080532A
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Abstract

애노드; 애노드에 의해 지지되는 전해질; 및 전해질에 의해 지지되는 캐소드를 포함하는 연료 전지 시스템. 1차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한다. 선택적인 2차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한다. 이 실시예에서 공기와 연료 가스는 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 연료 전지를 둘러싸고 1차 열전 세라믹과 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 연료 전지와 공기와 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압으로 변환할 수 있다.

Description

열전기 강화 연료 전지들
관련 출원들과의 상호 참조
본원은 그 전체가 본원에 참조로 포함된, "Thermoelectrically Enhanced Fuel Cells"라고 하는 2018년 10월 30일자 출원된 미국 임시 출원 번호 62/752,581호 및 2019년 10월 30일자 출원된 미국 출원 번호 16/668,614호의 이익 및 우선권을 주장하는 PCT 국제 출원이다.
연방에서 후원하는 연구 또는 개발에 관한 진술
없음
본 발명은 열전기 강화 연료 전지들에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지들은 연료들의 화학적 에너지가 전기화학적 반응들을 통해 전기적 에너지로 직접 변환되는 전기화학적 디바이스들이다. 그것의 기본 원리를 고려하여, 연료 전지들은 석유 또는 천연 가스와 같은 화석 연료들, 또는 순수한 수소를 개질함으로써 획득된 수소의 산화에 의해 전기를 생성하도록 적응된다. 수소의 산화 중에, 열 및 수증기가 부산물들로서 생성된다. 인산 연료 전지들, 알칼리성 연료 전지들, 용융된 탄산염 연료 전지들, 고체 산화물 연료 전지들, 및 양성자 교환 멤브레인 연료 전지들과 같은 상이한 유형들의 연료 전지들이 있다.
그러나, 연료 전지들은 그들의 높은 에너지 변환 효율에도 불구하고 일부 상당한 결점들과 연관된다. 고체 산화물 연료 전지들 및 연료 전지 스택들 내에 실질적인 온도 구배들이 존재한다. 이러한 온도 구배들을 이용함으로써 추가적인 전기를 생성하기 위한 기회들이 있다.
연료 전지의 폐열 또는 온도 구배를 이용하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
애노드, 애노드에 의해 지지되는 전해질, 및 전해질에 의해 지지되는 캐소드를 포함하는 연료 전지 시스템. 1차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한다. 선택적인 2차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한다. 이 실시예에서 공기와 연료 가스는 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 연료 전지를 둘러싸고 1차 열전 세라믹과 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 연료 전지와 공기와 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압 및 전력으로 변환할 수 있다.
애노드, 애노드에 의해 지지되는 전해질, 및 전해질에 의해 지지되는 캐소드를 포함하는 고체 산화물 연료 전지 시스템. 1차 열전 세라믹 p형 도체는 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한다. 2차 열전 세라믹 n형 도체는 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한다. 이 실시예에서 공기와 연료 가스는 고체 산화물 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 연료 전지를 둘러싸고 1차 열전 세라믹과 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 고체 산화물 연료 전지와 공기와 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압 및 전력으로 변환할 수 있다.
첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 설명을 참조하면 본 발명 및 그것의 이점들의 보다 완전한 이해가 될 수 있다.
도 1은 종래의 연료 전지의 개략 블록도를 도시한다.
도 2는 신규한 연료 전지 시스템의 한 실시예를 도시한다.
도 3은 신규한 고체 산화물 연료 전지의 한 실시예를 도시한다.
도 4는 그것이 열전 전압에 관련될 때 온도 구배를 도시한다.
도 5는 종래의 연료 전지 및 La0.9Sr0.1FeO3을 갖는 것의 전류 밀도와 비교된 전압을 도시한다.
도 6은 종래의 연료 전지 및 La0.9Sr0.1FeO3을 갖는 것의 전류 밀도와 비교된 전압을 도시한다.
도 7은 열전 세라믹이 있는 그리고 없는 연료 전지의 개방 회로 전압을 도시한다.
도 8은 열전 세라믹이 있는 그리고 없는 연료 전지의 전력 밀도를 도시한다.
도 9는 열전 세라믹의 x-레이 회절 패턴을 도시한다.
도 10은 열전 세라믹들의 전기 전도율들을 도시한다.
도 11은 열전 세라믹이 있는 그리고 없는 연료 전지의 개방 회로 전압을 도시한다.
도 12는 열전 세라믹이 있는 그리고 없는 연료 전지의 전력 밀도를 도시한다.
본 발명의 양호한 배열 또는 배열들의 상세한 설명을 이제 참조하면, 본 발명의 특징들 및 개념들이 다른 배열들에서 분명해질 수 있고 본 발명의 범위는 설명되거나 예시된 실시예들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 다음에 나오는 청구항들의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.
폴리머 전해질 멤브레인 연료 전지들, 직접 메탄올 연료 전지들, 알칼리성 연료 전지들, 인산 연료 전지들, 용융된 탄산염, 고체 산화물 연료 전지들, 또는 가역적 연료 전지들과 같은 종래의 연료 전지들은 모두 동작 중에 열을 생성한다.
도 1은 종래의 연료 전지(100)의 개략 블록도를 도시한다. 도시된 연료 전지(100)는 캐소드(102), 애노드(104), 및 전해질(106)을 포함한다. 일반적으로, 캐소드(102)는 입력 산화제(예를 들어, 주변 공기)로부터 산소(O2)를 추출하고 산소를 산소 이온들로 환원시킨다. 나머지 가스들은 연료 전지(100)로부터 배출된다. 전해질(106)은 산소 이온들을 캐소드(102)로부터 애노드(104)로 확산시킨다. 애노드(104)는 산소 이온들을 사용하여 입력 연료로부터의 수소(H2)를 산화시킨다(즉, 수소와 산소 이온들을 조합한다). 수소의 산화는 물(H2O)과 자유 전자들(e-)을 형성한다. 물은 임의의 과잉 연료로 애노드(104)에서 빠져나간다. 자유 전자들은 애노드(104)와 캐소드(102) 사이의 (부하(108)로 파선으로 도시한) 외부 회로를 통해 이동할 수 있다. 연료 전지 스택 내의 다른 연료 전지들(100)과 조합될 때, 고체 산화물 연료 전지들(100) 모두의 전력 생성 능력들은 더 많은 전력을 출력하기 위해 조합될 수 있다.
본 실시예는 애노드, 애노드에 의해 지지되는 전해질, 및 전해질에 의해 지지되는 캐소드를 포함하는 연료 전지 시스템을 설명한다. 1차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한다. 선택적인 2차 열전 세라믹은 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한다. 이 실시예에서 공기와 연료 가스는 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 연료 전지를 둘러싸고 1차 열전 세라믹과 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 연료 전지와 공기와 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압으로 변환할 수 있다.
도 2는 신규한 연료 전지 시스템의 한 실시예를 도시한다. 신규한 연료 전지(200)는 캐소드(202), 애노드(204), 전해질(206), 및 1차 열전 세라믹(210)을 포함한다. 연료 전지를 위해 선택된 캐소드 재료들은 입력 산화제(예를 들어, 주변 공기)로부터의 산소(O2)를 변환할 수 있고 산소를 산소 이온들로 환원시킬 수 있는 임의의 통상적으로 공지된 캐소드일 수 있다. 캐소드 재료의 예들은 페로브스카이트 재료들, 란탄 망가나이트 재료들, 란탄 코발타이트 및 페라이트 재료들, 페로-코발타이트 재료들, 및 니켈레이트 재료들일 수 있다. 캐소드 재료들의 다른 보다 특정한 예들은 Pr0.5Sr0.5FeO3-δ; Sr0.9Ce0.1Fe0.8Ni0.2O3-δ; Sr0.8Ce0.1Fe0.7Co0.3O3-δ; LaNi0.6Fe0.4O3-δ; Pr0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ; Pr0.7Sr0.3Co0.2Mn0.8O3-δ; Pr0.8Sr0.2FeO3-δ; Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ; Pr0.4Sr0.6Co0.8Fe0.2O3-δ; Pr0.7Sr0.3Co0.9Cu0.1O3-δ; Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ; Sm0.5Sr0.5CoO3-δ; 및 LaNi0.6Fe0.4O3-δ일 수 있다. 한 실시예에서 캐소드 재료는 가돌리늄-도핑된 세리아(Ce0.9Gd0.1O2)와 란탄 스트론튬 코발트 페라이트(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)의 혼합물 또는 가돌리늄-도핑된 세리아(Ce0.9Gd0.1O2)와 사마륨 스트론튬 코발타이트, Sm0.5Sr0.5CoO3의 혼합물이다.
전해질(206)은 산소 이온들을 캐소드(202)로부터 애노드(204)로 확산시킨다. 사용될 수 있는 전해질 재료들의 예들은 이트리아-안정화된 지르코니아, 스칸듐-안정화된 지르코니아, 가돌리늄 도핑된 세리아, 또는 란탄 스트론튬 마그네슘 갈레이트를 포함한다. 전해질 재료들의 다른 보다 특정한 예들은 (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08, Ce0.9Gd0.1O2, Ce0.9Sm0.2O2, La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3, BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3일 수 있다.
애노드(204)는 산소 이온들을 사용하여 입력 연료로부터의 수소(H2)를 산화시킨다(즉, 수소와 산소 이온들을 조합한다). 애노드 재료의 예들은 NiO, 이트리아-안정화된 지르코니아, 가돌리늄-도핑된 세리아, CuO, CoO 및 FeO의 혼합물들을 포함한다. 애노드 재료들의 다른 보다 특정한 예들은 50wt.% NiO와 50wt.% 이트리아-안정화된 지르코니아의 혼합물 또는 50wt.% NiO와 50wt.% 가돌리늄-도핑된 세리아의 혼합물일 수 있다.
수소의 산화는 물(H2O)과 자유 전자들(e-)을 형성한다. 물은 임의의 과잉 연료로 애노드(204)에서 빠져나간다. 자유 전자들은 애노드(204)와 캐소드(202) 사이의 (부하(208)로 파선으로 도시한) 회로를 통해 이동할 수 있다. 1차 열전 세라믹(210)은 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한 것으로 도시된다. 1차 열전 세라믹은 양호한 열전 특성들을 가져야 하고, 재료들은 제벡(Seebeck) 계수들(ΔV/ΔT)의 높은 값들, 높은 전기 전도율들, 및 낮은 열 전도율들을 가져야 한다고 생각된다. 추가적으로, 1차 열전 세라믹은 p형 도체이고 연료 전지 동작 온도들에서 산소 중에서 안정하여야 한다. 1차 열전 세라믹의 예들은 La0.9Sr0.1FeO3, LaCoO3, La0.8Sr0.2CoO3, LaCo0.2Fe0.8O3, La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8, La0.7Ca0.3CrO3, LaFe0.7Ni0.3O3, Ca2.5Tb0.5Co4O9, Ca3Co4O9, Ca2Co2O5, Ca3Co2O6, Ca3Co3O9 ,Ca2.9Nd0.1Co4O9, CaCo3.9Cu0.1O9, CaMnO3, Ca2.9Nd0.1MnO3, SrTiO3, Si0.7Ge0.22, Ca0.9Yb0.1MnO3, Ca2.7Bi0.3Co4O9, Na2Co2O4, SrTi0.9Ta0.1O3, Sr0.925La0.15TiO3, Sr0.9Dy0.1TiO3을 포함한다.
연료 전지 스택 내의 다른 연료 전지들(200)과 조합될 때, 고체 산화물 연료 전지들(200) 모두의 전력 생성 능력들은 보다 많은 전력을 출력하기 위해 조합될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 연료 전지 시스템은 고체 산화물 연료 시스템을 설명할 수 있고 고체 산화물 연료 전지 시스템은 애노드, 애노드에 의해 지지되는 전해질, 및 전해질에 의해 지지되는 캐소드를 포함한다. 1차 열전 세라믹 p형 도체는 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한다. 2차 열전 세라믹 n형 도체는 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한다. 이 실시예에서 공기와 연료 가스는 고체 산화물 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 연료 전지를 둘러싸고 1차 열전 세라믹과 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 고체 산화물 연료 전지와 공기와 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압으로 변환할 수 있다.
도 3은 고체 산화물 연료 전지(300)의 신규한 실시예를 도시한다. 도시된 연료 전지(300)는 캐소드(302), 애노드(304), 및 전해질(306)을 포함한다. 1차 열전 세라믹(310)은 전해질의 대향 측 상에 배치된 캐소드와 접촉한 것으로 도시된다. 2차 열전 세라믹(312)은 전해질의 대향 측 상에 배치된 애노드와 접촉한 것으로 도시된다. 일반적으로, 캐소드(302)는 입력 산화제(예를 들어, 주변 공기)로부터 산소(O2)를 추출하고 산소를 산소 이온들로 환원시킨다. 나머지 가스들은 연료 전지(300)로부터 배출된다. 전해질(306)은 산소 이온들을 캐소드(302)로부터 애노드(304)로 확산시킨다. 애노드(104)는 산소 이온들을 사용하여 입력 연료로부터의 수소(H2)를 산화시킨다(즉, 수소와 산소 이온들을 조합한다). 수소의 산화는 물(H2O)과 자유 전자들(e-)을 형성한다. 물은 임의의 과잉 연료로 애노드(304)에서 빠져나간다. 자유 전자들은 애노드(304)와 캐소드(302) 사이의 (부하(308)로 파선으로 도시한) 회로를 통해 이동할 수 있다. 2차 열전 세라믹은 양호한 열전 특성들을 가져야 하고, 재료들은 제벡(Seebeck) 계수들(ΔV/ΔT)의 높은 값들, 높은 전기 전도율들, 및 낮은 열 전도율들을 가져야 한다고 생각된다. 추가적으로, 2차 열전 세라믹은 n형 도체이고 연료 전지 동작 온도들에서 산소 중에서 안정하여야 한다. 2차 열전 세라믹의 예들은 La0.9Sr0.1FeO3, LaCoO3, La0.8Sr0.2CoO3, LaCo0.2Fe0.8O3, La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8, La0.7Ca0.3CrO3, LaFe0.7Ni0.3O3, Ca2.5Tb0.5Co4O9, Ca3Co4O9, Ca2Co2O5, Ca3Co2O6, Ca3Co3O9 ,Ca2.9Nd0.1Co4O9, CaCo3.9Cu0.1O9, CaMnO3, Ca2.9Nd0.1MnO3, SrTiO3, Si0.7Ge0.22, Ca0.9Yb0.1MnO3, Ca2.7Bi0.3Co4O9, Na2Co2O4, SrTi0.9Ta0.1O3, Sr0.925La0.15TiO3, Sr0.9Dy0.1TiO3을 포함한다.
연료 전지 스택 내의 다른 연료 전지들(300)과 조합될 때, 고체 산화물 연료 전지들(300) 모두의 전력 생성 능력들은 더 많은 전력을 출력하기 위해 조합될 수 있다.
1차 열전 세라믹 및 2차 열전 세라믹으로부터의 추가적인 출력 전압은 연료 전지의 동작 내부 온도와 공기와 연료 가스 둘 다의 온도 간의 온도 차이에 부분적으로 의존할 것이다. 이 범위로 제한되지 않지만 추가적인 출력 전압은 약 5mV 내지 약 150mV의 범위에 있을 것이라고 기대된다. 연료 전지의 동작 내부 온도와 공기와 연료 가스 혼합물의 온도 간의 온도 차이는 약 5℃ 내지 약 250℃의 범위에 있다고 또한 생각된다.
1차 열전 세라믹과 2차 열전 세라믹의 두께는 독립적으로 약 30㎛ 내지 약 5㎜의 범위에 있다.
본 발명의 소정의 실시예들의 다음의 예들이 주어진다. 각각의 예는 본 발명의 설명에 의해 제공되고, 본 발명의 많은 실시예들 중 하나, 및 다음의 예들은 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
예 1:
La0.9Sr0.1FeO3이 열전 재료로서 테스트되었다. 20㎜ 길이 바의 한 단부는 700℃의 설정 온도로 노 내에 수용되었고 다른 단부는 온도 구배를 생성하기 위해 주변 공기로 냉각되었다. 온도 구배의 결과들이 도 4에 도시된다.
예 2:
La0.9Sr0.1FeO3이 세라믹 접촉 페이스트로 연료 전지(연료 전지는 30㎛ La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 -Ce0.9Gd0.1O2 캐소드, 10㎛ (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 전해질, 및 300㎛ NiO - (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 애노드를 갖는다)에 첨가되었다. 연료 전지는 La0.9Sr0.1FeO3 바의 상부 단부가 주변 공기를 블로우함으로써 550℃로 냉각되는 동안 700℃로 유지되었다. 연료 전지는 1.066V의 개방 회로 전압을 나타낸 반면 La0.9Sr0.1FeO3 바의 단부에서 측정된 전압은 1.119V이었고, 53mV의 개선이 있다. 이들 전압은 도 5에 도시된다.
예 3:
La0.9Sr0.1FeO3이 세라믹 접촉 페이스트로 연료 전지(연료 전지는 30㎛ Sm0.5Sr0.5CoO3 -Ce0.9Gd0.1O2 캐소드, 10㎛ (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 전해질, 및 300㎛ NiO - (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 애노드를 갖는다)에 첨가되었다. 연료 전지는 La0.9Sr0.1FeO3 바의 상부 단부가 주변 공기를 블로우함으로써 480℃로 냉각되는 동안 700℃로 유지되었다. 연료 전지는 1.09V의 개방 회로 전압을 나타낸 반면 La0.9Sr0.1FeO3 바의 단부에서 측정된 전압은 1.18V이었고, 90mV의 개선이 있다. 전압들은 도 6에 도시된다. 또한, La0.9Sr0.1FeO3 바의 상부 단부가 주변 공기를 블로우함으로써 514, 558, 및 603℃로 냉각되는 동안 전지 온도들이 650, 700, 및 750℃로 유지될 때, 연료 전지는 1.076, 1.072, 1.059V의 개방 회로 전압들을 나타낸 반면 La0.9Sr0.1FeO3 바의 단부에서 측정된 전압들은 각각 1.114. 1.113, 및 1.102V이었다. 전류가 디바이스 밖으로 인출될 때, 여분의 7.5, 6.0 및 2.3% 전력이 La0.9Sr0.1FeO3 바에 의해 생성되었다. 전압들 및 전력 출력들은 각각 도 7 및 도 8에 도시된다.
예 4:
p형 열전 세라믹, Ca2.9Nb0.1Co4O9가 발생되었다. 재료는 그것의 X-레이 회절 패턴(도 9)으로 도시한 것과 같은 페로브스카이트 구조를 갖는다. 이 새로운 재료의 전기 전도율들은 400 내지 800℃에서 La0.9Sr0.1FeO3의 것들보다 2배 높다(도 10). Ca2.9Nb0.1Co4가 세라믹 접촉 페이스트로 연료 전지(연료 전지는 30㎛ Sm0.5Sr0.5CoO3 -Ce0.9Gd0.1O2 캐소드, 10㎛ (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 전해질, 및 300㎛ NiO - (ZrO2)0.92(Y2O3)0.08 애노드를 갖는다)에 첨가되었다. 연료 전지는 Ca2.9Nb0.1Co4 바의 상부 단부가 주변 공기를 블로우함으로써 150℃ 이하로 냉각되는 동안 650 내지 700℃로 유지되었다. 연료 전지는 1.055, 1.408, 및 1.020V의 개방 회로 전압들을 나타낸 반면, 새로운 열전 재료는 이들 온도에서 각각 여분의 38, 42, 및 45mV를 추가하였다(도 11). 전류가 인가되었을 때, 연료 전지는 650, 700, 및 750℃에서 279, 517, 및 712mW/㎠의 전력 밀도들을 생성한 반면 열전 재료는 이들 온도에서 추가적인 14.5, 11.6, 및 14.7% 전력을 생성하였다(도 12).
마지막으로, 임의의 참조 문헌, 특히 본원의 우선권 날짜 이후에 공개 날짜를 가질 수 있는 임의의 참조 문헌의 논의는 그것이 본 발명에 대한 선행 기술이라는 것을 받아들이는 것이 아니라는 점에 주목하여야 한다. 동시에, 아래의 각각의 그리고 모든 청구항은 본 발명의 추가적인 실시예로서 상세한 설명 또는 명세서 내로 포함된다.
본원에 설명된 시스템들 및 과정들이 상세히 설명되었지만, 다양한 변화들, 치환들, 및 변경들이 다음의 청구범위에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 양호한 실시예들을 연구할 수 있고 본원에 설명된 것과 같이 정확히는 아니게 본 발명을 실시하는 다른 방식들을 식별할 수 있다. 본 발명자들의 의도는 설명, 요약 및 도면들이 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용되지 않지만 본 발명의 변화들 및 등가물들은 청구항들의 범위 내에 있다는 것이다. 본 발명은 구체적으로 하기의 청구항들 및 그들의 등가물들과 같이 폭넓은 것으로서 의도된다.

Claims (9)

  1. 연료 전지 시스템으로서,
    애노드;
    상기 애노드에 의해 지지되는 전해질;
    상기 전해질에 의해 지지되는 캐소드;
    상기 전해질의 대향 측 상에 배치된 상기 캐소드와 접촉하는 1차 열전 세라믹; 및
    상기 전해질의 대향 측 상에 배치된 상기 애노드와 접촉하는 선택적인 2차 열전 세라믹을 포함하고,
    공기와 연료 가스는 상기 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 상기 연료 전지를 둘러싸고 상기 1차 열전 세라믹과 상기 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 상기 연료 전지와 상기 공기와 상기 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압으로 변환할 수 있는
    연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지는 고체 산화물 연료 전지인 연료 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 추가적인 출력 전압은 약 5mV 내지 약 150mV의 범위에 있는 연료 전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 1차 열전 세라믹과 상기 선택적인 2차 열전 세라믹은 La0.9Sr0.1FeO3, LaCoO3, La0.8Sr0.2CoO3, LaCo0.2Fe0.8O3, La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8, La0.7Ca0.3CrO3, LaFe0.7Ni0.3O3, Ca2.5Tb0.5Co4O9, Ca3Co4O9, Ca2Co2O5, Ca3Co2O6, Ca3Co3O9 ,Ca2.9Nd0.1Co4O9, CaCo3.9Cu0.1O9, CaMnO3, Ca2.9Nd0.1MnO3, SrTiO3, Si0.7Ge0.22, Ca0.9Yb0.1MnO3, Ca2.7Bi0.3Co4O9, Na2Co2O4, SrTi0.9Ta0.1O3, Sr0.925La0.15TiO3, Sr0.9Dy0.1TiO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되는 연료 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고체 산화물 연료 전지의 동작 내부 온도와 상기 공기와 상기 연료 가스 둘 다 간의 상기 온도 차이는 약 5℃ 내지 약 250℃의 범위에 있는 연료 전지 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 1차 열전 세라믹과 상기 선택적인 2차 열전 세라믹의 두께는 독립적으로 약 30㎛ 내지 약 5㎜의 범위에 있는 연료 전지 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 1차 열전 세라믹은 p형 도체인 연료 전지 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선택적인 2차 열전 세라믹은 n형 도체인 연료 전지 시스템.
  9. 고체 산화물 연료 전지 시스템으로서,
    애노드;
    상기 애노드에 의해 지지되는 전해질;
    상기 전해질에 의해 지지되는 캐소드;
    상기 전해질의 대향 측 상에 배치된 상기 캐소드와 접촉하는 1차 열전 세라믹 p형 도체; 및
    상기 전해질의 대향 측 상에 배치된 상기 애노드와 접촉하는 2차 열전 세라믹 n형 도체를 포함하고,
    공기와 연료 가스는 상기 고체 산화물 연료 전지의 동작 내부 온도보다 낮은 온도에서 상기 고체 산화물 연료 전지를 둘러싸고 상기 1차 열전 세라믹과 상기 선택적인 2차 열전 세라믹 둘 다는 상기 고체 산화물 연료 전지와 상기 공기와 상기 연료 가스 둘 다 간의 온도 차이를 추가적인 출력 전압으로 변환할 수 있는
    고체 산화물 연료 전지 시스템.
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