KR20230069838A - 수소 연료에서의 작동에 최적화된 연료 전지 인터커넥트 - Google Patents

수소 연료에서의 작동에 최적화된 연료 전지 인터커넥트 Download PDF

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Abstract

연료 전지 인터커넥트는, 상기 인터커넥트의 제1 측면 상에 배치되고, 연료 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 연료 리브와, 상기 인터커넥트의 대향하는 제2 측면 상에 배치되고, 공기 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 공기 리브를 포함한다. 상기 연료 채널은, 중앙 연료 필드 내에 배치된 중앙 연료 채널과, 상기 중앙 연료 필드의 대향하는 측면들 상에 배치된 주변 연료 필드 내에 배치된 주변 연료 채널을 포함한다. 상기 공기 채널은, 중앙 공기 필드 내에 배치된 중앙 공기 채널과, 상기 중앙 공기 필드의 대향하는 측면들 상에 배치된 주변 공기 필드 내에 배치된 주변 공기 채널을 포함한다. 상기 중앙 연료 채널 또는 상기 중앙 공기 채널 중의 적어도 하나는, 중앙 연료 채널을 통한 수소 연료 흐름을 증가시키거나, 주변 공기 채널을 통한 공기 흐름을 증가시키기 위해, 각각의 주변 연료 채널 또는 각각의 주변 공기 채널 중의 적어도 하나와는, 상이한 단면적 또는 상이한 길이 중의 적어도 하나를 갖는다.

Description

수소 연료에서의 작동을 위해 최적화된 연료 전지 인터커넥트{FUEL CELL INTERCONNECT OPTIMIZED FOR OPERATION IN HYDROGEN FUEL}
본 발명은 연료 전지 스택 구성요소, 특히 인터커넥트 및 연료 전지 스택을 위한 인터커넥트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전형적인 고체 산화물 연료 전지 스택은, 연료 및 산화제의 전달 및 제거를 위한 채널 및 스택 내의 인접한 셀 사이의 전기적 연결을 모두 제공하는 금속 인터커넥트(IC)에 의해 분리된 다수의 연료 전지들을 포함한다. 금속 인터커넥트는 일반적으로 95 중량%의 Cr - 5 중량%의 Fe의 조성을 갖는 CrFe, 또는 94 중량%의 Cr - 5 중량%의 Fe - 1 중량%의 Y 조성을 갖는 Cr-Fe-Y와 같은, Cr-기반의 합급으로 구성된다. CrFe 및 CrFeY 합금은, 공기 및 습한 연료 대기 모두에서 일반적인 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 작동 조건(예컨대, 700 내지 900℃) 하에서 강도를 유지하고 치수적으로 안정적이다.
다양한 실시예에 따르면, 연료 전지 인터커넥트는 인터커넥트의 제1 측면에 배치되고 연료 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 연료 리브(fuel ribs)와, 인터커넥트의 대향하는 제2 측면에 배치되고 공기 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 공기 리브를 포함한다. 연료 채널은 중앙 연료 필드에 배치된 중앙 연료 채널 및 중앙 연료 필드의 대향하는 측면에 배치된 주변 연료 필드 내에 배치된 주변 연료 채널을 포함한다. 공기 채널은 중앙 공기 필드에 배치된 중앙 공기 채널 및 중앙 공기 필드의 대향하는 측면에 배치된 주변 공기 필드 내에 배치된 주변 공기 채널을 포함한다. 중앙 연료 채널 또는 중앙 공기 채널 중의 적어도 하나는, 중앙 연료 채널을 통한 수소 연료 흐름을 증가시키기 위해, 또는 주변 공기 채널을 통한 공기 흐름을 증가시키기 위해, 각각의 주변 연료 채널 또는 각각의 주변 공기 채널 중 적어도 하나와는, 상이한 단면적 또는 길이 중의 적어도 하나를 갖는다.
다양한 실시예에 따르면, 전술한 인터커넥트를 포함하는 연료 전지 스택을 작동시키는 방법은, 연료 채널에 수소 연료를 제공하는 단계로서, 더 많은 수소 연료가 주변 연료 채널을 통하는 것보다 중앙 연료 채널을 통해 흐르는 상기 수소 연료를 제공하는 단계와, 상기 공기 채널에 공기를 제공하는 단계로서, 더 많은 공기 연료가 주변 공기 채널을 통하는 것보다 중앙 공기 채널을 통해 흐르는, 상기 공기를 제공하는 단계를 포함한다.
도 1a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 SOFC 스택의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 스택의 일부에 대한 단면도이다.
도 2a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트의 공기측의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 인터커넥트의 연료측의 평면도이다.
도 3a 내지 3d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트의 연료측의 평면도이다.
도 4a 내지 4d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트의 공기측의 평면도이다.
도 5a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 직교류(crossflow) 인터커넥트의 연료측의 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 인터커넥트의 공기측의 평면도이다.
도 1a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 스택(100)의 사시도이고, 도 1b는 스택(100)의 일부의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 스택(100)은 인터커넥트(10)에 의해 분리된 연료 전지(1)를 포함한다. 도 1b를 참조하면, 각각의 연료 전지(1)는 캐소드 전극(3), 고체 산화물 전해질(5), 및 애노드 전극(7)을 포함한다.
다양한 재료가 캐소드 전극(3), 전해질(5) 및 애노드 전극(7)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 애노드 전극(3)은 니켈 함유 상 및 세라믹 상을 포함하는 서멧을 포함할 수 있다. 니켈 함유 상은 환원된 상태의 니켈로 완전히 이루어질 수 있다. 이 상은 산화 상태일 때 니켈 산화물을 형성할 수 있다. 따라서, 애노드 전극(7)은 산화 니켈을 니켈로 환원시키는 작업 전에 환원 분위기에서 어닐링되는 것이 바람직하다. 니켈 함유 상은 니켈 및/또는 니켈 합금에 추가로 다른 금속을 포함할 수 있다. 세라믹 상은, 가령 이트리아 및/또는 스칸디아 안정화 지르코니아와 같은 안정화 지르코니아 및/또는 가돌리니아, 이트리아 및/또는 사마리아 도핑된 세리아와 같은 도핑된 세리아를 포함할 수 있다.
전해질은 안정화된 지르코니아, 가령 스칸디아 안정화 지르코니아(SSZ) 또는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전해질은 도핑된 세리아와 같은 다른 이온 전도성 재료를 포함할 수 있다.
캐소드 전극(3)은 란타늄 스트론튬 망가나이트(LSM)와 같은 전기 전도성 페로브스카이트 재료와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. LSCo 등과 같은 다른 전도성 페로브스카이트 또는 Pt와 같은 금속도 사용될 수 있다. 캐소드 전극(3)은 또한 애노드 전극(7)과 유사한 세라믹 상을 포함할 수 있다. 전극 및 전해질은 각각 상술한 재료 중의 하나 이상으로 이루어진 하나 이상의 하위층들을 포함할 수 있다.
연료 전지 스택은 종종 평면형 요소, 튜브 또는 다른 기하학적 구조의 형태로 다수의 SOFC(1)로부터 구성된다. 도 1a의 연료 전지 스택은 수직 방향이지만, 연료 전지 스택은 수평 방향 또는 임의의 다른 방향으로 방향을 배향될 수 있다. 연료 및 공기는, 클 수 있는 전기화학적 활성 표면에 제공될 수 있다. 예를 들어, 연료는 각각의 인터커넥트(10)에 형성된 연료 도관(22)(예를 들어, 연료 라이저 개구부)을 통해 제공될 수 있다.
각각의 인터커넥트(10)는 스택(100)에서 인접한 연료 전지(1)를 전기적으로 연결한다. 특히, 인터커넥트(10)는 하나의 연료 전지(1)의 애노드 전극(7)을 인접한 연료 전지(1)의 캐소드 전극(3)에 전기적으로 연결할 수 있다. 도 1b는 하부 연료 전지(1)가 2개의 인터커넥트(10) 사이에 위치하는 것을 도시한다. 선택적인 Ni 메시는 인터커넥트(10)를 인접한 연료 전지(1)의 애노드 전극(7)에 전기적으로 연결하는 데 사용될 수 있다.
각각의 인터커넥트(10)는, 연료 채널(8A)을 적어도 부분적으로 정의하는 연료 리브(fuel ribs; 12A) 및 산화제(예를 들어, 공기) 채널(8B)을 적어도 부분적으로 정의하는 공기 리브(air ribs; 12B)를 포함한다. 인터커넥트(10)는, 스택에서 하나의 전지의 연료 전극(즉, 애노드(7))으로 흐르는 탄화수소 연료와 같은 연료를, 하나의 스택의 인접한 전지의 공기 전극(즉, 캐소드(3))으로 흐르는 공기와 같은 산화제로부터 분리하는 가스-연료 분리기로서 작동할 수 있다. 스택(100)의 양 단부에는 단부 전극에 각각 공기 또는 연료를 공급하기 위한 공기 단부 플레이트 또는 연료 단부 플레이트(미도시)가 있을 수 있다.
각각의 인터커넥트(10)는 전지의 고체 산화물 전해질의 열 팽창 계수와 유사한(예컨대, 0 내지 10%의 차이) 열 팽창 계수를 갖는 가령, 금속 합금(예컨대, 크롬-철 합금)과 같은 전기 전도성 재료로 이루어지거나, 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터커넥트(10)는 금속(예를 들어, 4-6 중량%의 철, 선택적으로 1 중량% 이하의 이트리움 및 나머지 크롬 합금과 같은 크롬-철 합금)을 포함할 수 있고, 하나의 연료 전지(1)의 애노드 또는 연료측을 인접 연료 전지(1)의 캐소드 또는 공기측에 전기적으로 연결할 수 있다. 니켈 접촉층과 같은 전기 전도성 접촉층이 애노드 전극(7)과 각각의 인터커넥트(10) 사이에 제공될 수 있다. 다른 선택적인 전기 전도성 접촉층, 가령, 란타늄 스트론튬 망가나이트 및/또는 망간 코발트 산화물 스피넬 층이 캐소드 전극(3)과 각각의 인터커넥트(10) 사이에 제공될 수 있다.
본 개시내용의 다양한 실시예에 따라, 도 2a는 인터커넥트(10)의 공기측의 평면도이고, 도 2b는 인터커넥트(10)의 연료측의 평면도이다. 도 1b 및 2a를 참조하면, 공기측은 공기 채널(8B)을 포함한다. 공기는 공기 채널(8B)을 통해 인접한 연료 전지(1)의 캐소드 전극(3)으로 흐른다. 링 밀봉부(20)는, 연료가 캐소드 전극과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 인터커넥트(10)의 연료 구멍(22A)을 둘러쌀 수 있다. 주변 스트립형 밀봉부(24)는, 인터커넥트(10)의 공기측 주변부에 위치된다. 밀봉부(20, 24)는, 유리 또는 유리-세라믹 재료로 형성될 수 있다. 주변 부분은 리브 또는 채널을 포함하지 않는 상승된 플래토(elevated plateau)일 수 있다. 주변 영역의 표면은 리브(12B)의 상단과 동일 평면에 있을 수 있다.
도 1b 및 2b를 참조하면, 인터커넥트(10)의 연료측은 연료 채널(8A) 및 연료 매니폴드(28)를 포함할 수 있다. 연료는 연료 구멍들(22A) 중 하나(예컨대, 연료 유입 라이저의 일부를 형성하는 유입 구멍)로부터, 연료 채널(8A)을 통해, 인접한 매니폴드(28)로, 그리고 인접한 연료 전지(1)의 애노드(7)로 유동한다. 잉여 연료는 다른 연료 매니폴드(28)로 유입된 다음 방출구 연료 구멍(22B)으로 유입될 수 있다. 프레임형 밀봉부(26)는, 인터커넥트(10)의 연료측의 주변 영역에 배치된다. 주변 영역은 리브 또는 채널을 포함하지 않는 상승된 플래토(plateau)일 수 있다. 주변 영역의 표면은 리브(12)의 상부와 동일 평면일 수 있다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 연료 구멍(22A, 22B) 중 하나는, 연료를 스택의 각 전지로 전달하고, 대응하는 매니폴드(28)는 연료를 각 연료 채널(8A)로 분배한다. 연료는 각각의 연료 채널(8A) 아래로 곧장 흐르고, 미반응 연료는 다른 매니폴드(28)에 수집되어 다른 연료 구멍(28A, 28B)을 통해 스택을 빠져나간다. 이 흐름 채널 기하학적 구조는, 부분적인 외부 사전-개질이 있는 천연 가스 작업에 최적화되어 있다.
본 발명자들은 도 2a 및 2b에 도시된 인터커넥트(10)가 탄화수소 연료(예를 들어, 천연 가스)가 사용될 때 높은 연료 이용률을 제공하지만, 인터커넥트(10)는 수소가 연료로 사용될 때 충분히 높은 연료 이용률을 제공하지 않을 수 있음을 발견했다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 수소를 연료로 사용하면 열 구배(thermal gradient)가 증가하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 천연 가스 연료 시스템에서 애노드에서 흡열 증기 개질 반응이 발생하고, 연료 전지를 부분적으로 냉각한다. 그러나, 순수한 수소 연료를 사용하면 개질 냉각이 일어나지 않고, 연료 전지에서 발생하는 대부분의 열이 반응물 흐름(예컨대, 주로 공기 흐름)에 의해 제거된다. 이는 전지(1) 내에서(예를 들어, 연료 입구 구멍(22A) 근처의 인터커넥트(10)의 중심에 대응하는 영역에서) 더 높은 열 구배를 초래하고, 따라서 연료가, 가스의 비체적 및 점도가 더 낮은 인터커넥트(10)의 에지들(즉, 주변부들)에 인접한 더 저온의 영역들로 바람직하게 유동함에 따라 연료 분배가 더 불량해진다.
본 개시내용의 실시예는 연료 이용률을 증가시키고/시키거나 열 구배를 감소시키는 방식으로 수소 및/또는 공기를 분배하는 인터커넥트의 구성을 제공한다.
도 3a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(300A)의 연료측의 평면도이다. 인터커넥트(300A)는 인터커넥트(10)와 유사할 수 있다. 따라서, 그들 사이의 차이점만이 상세하게 논의될 것이다.
도 3a를 참조하면, 인터커넥트(300A)의 연료측은 프레임 밀봉 영역(302), 대향하는 연료 매니폴드(304), 연료 구멍(306), 연료 리브(312) 및 연료 채널(310)을 포함할 수 있다. 프레임 밀봉 영역(302)은 인터커넥트(300A)의 둘레로만 연장되는 평면형 표면일 수 있다. 프레임 밀봉 영역(302)은 연료 리브(312)의 상부와 동일 평면에 있을 수 있다. 연료 매니폴드(304)는, 인터커넥트(300)의 대향하는 에지들에서 프레임 밀봉 영역(302) 내부에 배치될 수 있다. 연료 구멍(306)은, 인터커넥트(300A)의 대향하는 제1 및 제2 에지(301, 303)에 인접한 각각의 연료 매니폴드(304)의 중심에 형성될 수 있다.
연료 리브(312) 및 연료 채널(310)은, 인터커넥트(300A)의 대향하는 제3 및 제4 에지(305, 307)에 평행한 방향으로 연료 매니폴드(304) 사이에서 연장될 수 있다. 연료 채널(310) 및 연료 리브(312)는, 연료 매니폴드(304) 사이에서 인터커넥트(300)를 가로질러 연료 흐름을 안내하도록 구성될 수 있다. 인터커넥트(300A)는, 제3 및 제4 에지들(305, 307)에 인접하는, 중앙 연료 필드(314)의 대향 측면에 배치된 주변 연료 필드(316) 및 중앙 연료 필드(314)로 분할될 수 있다. 연료 채널(310)은 중앙 연료 필드(314)에 배치된 중앙 연료 채널(310C) 및 주변 연료 필드(316)에 배치된 주변 연료 채널(310P)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 연료 채널(310)의 약 30% 내지 약 40%와 같이 약 25% 내지 약 50%는 중앙 연료 채널(310C)일 수 있고, 연료 채널(310)의 나머지는 주변 연료 채널(310P)일 수 있다.
인터커넥트(300A)는 주변 연료 채널(310P)을 통하는 것보다 중앙 연료 채널(310C)을 통하는 더 높은 연료(예를 들어, 수소) 질량 흐름(mass flow)을 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, 중앙 연료 채널(310C)은, 주변 연료 채널(310P)의 단면적보다, 제3 및 제4 에지들(305, 307)에 수직인 방향으로 취해진 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙 연료 채널(310C)은, 주변 연료 채널(310P)보다 더 넓고 및/또는 더 깊을 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 연료 채널(310C)의 단면적은 주변 연료 채널(310P)의 단면적보다 5% 내지 40%, 예컨대 8% 내지 30%, 또는 10% 내지 20% 더 클 수 있다. 따라서, 주변 연료 채널(310P)을 통해 연료 전지의 주변 부분에 제공되는 것보다, 중앙 연료 채널(310C)을 통해 인접한 연료 전지의 중앙 부분에 더 많은 연료의 질량 흐름(mass flow)이 제공될 수 있다. 이와 같이, 인터커넥트(300A)는, 연료로서 수소를 사용하기 때문에 더 높은 작동 온도 및 상응하는 더 높은 연료 흐름 저항을 갖는 영역으로 더 많은 수소 연료를 보내도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 연료 채널(310)의 단면적은, 인터커넥트(300A)의 제3 및 제4 에지(305, 307)에 가장 가까운 연료 채널(310)이 가장 작은 단면적을 갖고 인터커넥트(300A)의 중간을 통해 연장되는(예를 들어, 연료 구멍(306) 사이로 연장되는) 연료 채널(310)이 가장 큰 단면적을 갖도록 증분적으로 변화(vary incrementally)할 수 있다.
일부 실시예에서, 연료 매니폴드(304)의 깊이는, 연료 매니폴드(304)가 연료 구멍(306)에 인접하여 최대 깊이, 및 인터커넥트(300A)의 제3 및 제4 에지(305, 307)에 인접한 최소 깊이를 갖도록 길이 방향으로 변경될 수 있다. 깊이의 변화는 주변 연료 채널(310P)을 통한 더 낮은 연료 질량 흐름 및 중앙 연료 채널(310C)을 통한 더 높은 질량 흐름을 초래할 수 있다. 가변하는 깊이의 연료 매니폴드(304)는, 비교적 큰 중앙 연료 채널(310C) 및 비교적 작은 주변 연료 채널(310P)과 함께 사용될 수 있거나, 모두 동일한 크기를 갖는 연료 채널들과 함께 사용될 수 있다.
도 3b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(300B)의 연료측의 평면도이다. 인터커넥트(300B)는 인터커넥트(300A)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점에 대해서만 자세히 설명한다.
도 3b를 참조하면, 주변 연료 채널(310P) 중 적어도 일부는, 중앙 연료 채널(310C)보다 길 수 있다. 즉, 연료 리브(312)와 연료 채널(310)의 길이는, 연료 리브(312)와 연료 채널(310)과 제3 및 제4 에지(305, 307) 사이의 거리가 감소함에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다. 일부 실시예에서, 주변 연료 채널(310P) 및 대응하는 연료 리브(312) 중 적어도 일부는, 연료 매니폴드(304) 내로 연장될 수 있다.
주변 연료 채널(310P)의 길이를 증가시키면 이를 통한 연료 유동 저항이 증가할 수 있다. 이와 같이, 상대적으로 짧은 중앙 연료 채널(310C)은 상대적으로 긴 주변 연료 채널(310P)보다 더 높은 연료 질량 흐름(예를 들어, 더 낮은 유동 저항)을 가질 수 있다.
인터커넥트(300B)의 일실시예에서, 더 짧은 중앙 연료 채널(310C)은 더 긴 주변 연료 채널(310P)보다 더 큰 단면적(즉, 더 큰 폭 및/또는 깊이)을 가질 수 있다. 인터커넥트(300B)의 다른 실시예에서, 더 짧은 중앙 연료 채널(310C)은 더 긴 주변 연료 채널(310P)과 동일한 단면적(즉, 동일한 폭 및 깊이)을 가질 수 있다.
연료 채널(310)의 길이의 변화는, 인접한 연료 전지의 활성 영역을 유리하게 증가시킬 수 있으며, 이는 개선된 전기화학적 성능을 제공할 수 있다. 일실시예에서, 니켈 메시 집전체(미도시)는, 연료 리브(312)와 인접한 연료 전지의 애노드 사이의 접촉을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 더 높은 활성 영역의 이점을 실현하기 위해, Ni 메쉬는 더 긴 연료 리브(312)의 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. 즉, Ni 메쉬는, 중앙 연료 필드(314) 및 주변 연료 필드(316)와 완전히 중첩되도록 구성될 수 있다.
도 3c는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(300C)의 연료측의 평면도이다. 인터커넥트(300C)는 인터커넥트(300A)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점에 대해서만 자세히 설명한다.
도 3c를 참조하면, 인터커넥트(300C)는 하나 이상의 주변 연료 채널(310P)을 가로질러 연장되는 연료 차단기(blockers) 또는 범퍼(318)를 포함할 수 있다. 연료 차단기(318)는, 연료 채널(310)에 수직인 방향에서 길이 방향으로 연장될 수 있다. 연료 차단기(318)는, 중앙 연료 채널(310C)을 통한 연료 질량 흐름이 주변 연료 채널(310P)을 통한 연료 질량 흐름보다 더 높아지도록, 주변 연료 채널(310P)을 통한 연료 질량 흐름을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 연료 차단기(318)는, 중앙 연료 필드(314)로부터 더 멀리 있는 주변 연료 채널(310P)이 중앙 연료 필드(314)에 더 가까운 주변 연료 채널(310P)보다 더 낮은 질량 흐름을 갖게끔 연료 질량 흐름 구배를 생성하도록 구성될 수 있고, 그에 따라 인접한 연료 전지의 중앙 부분에서 연료 이용률을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 연료 차단기(318)에 더하여 또는 그 대신에, 연료 매니폴드(304)를 통해 연료 채널(310) 내로 연료의 방향을 바꾸도록, 연료 매니폴드(304)에 매니폴드 다이버터(manifold diverter; 320)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 다이버터(320)는, 주변 연료 채널(310P)보다 중앙 연료 채널(310C)로 더 높은 연료 질량 흐름을 유도하도록 구성될 수 있다. 다이버터(320)는, 연료 매니폴드(304)에 위치되고 연료 채널(310) 및 리브(312)에 수직으로 연장되는 리브들을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 인접한 연료 전지의 활성 영역을 증가시키는 추가적인 이점을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에서, 중앙 연료 필드(314)에서 연료 흐름 방향으로 연료 구멍(306)과 인접한 연료 리브(312) 사이에 공간(S)이 형성될 수 있다. 공간(S)은 연료 구멍(306)에 인접한 중앙 연료 채널(310C)을 통한 연료 질량 흐름을 증가시키도록 구성될 수 있다.
인터커넥트(300C)의 일부 실시예에서, 중앙 연료 채널(310C)의 단면적은, 중앙 연료 채널(310C)을 통한 연료 질량 흐름을 추가로 증가시키기 위해, 주변 연료 채널(310P)의 단면적보다 클 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 연료 채널(310)은 모두 실질적으로 동일한 단면적을 가질 수 있다.
도 3d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(300D)의 연료측의 평면도이다. 인터커넥트(300D)는 인터커넥트(300C)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점에 대해서만 자세히 설명한다.
도 3d를 참조하면, 인터커넥트(300D)는 각각의 연료 매니폴드(304)에 다수의 연료 구멍(306)을 포함할 수 있다. 다수의 연료 구멍(306)은, 중앙 연료 채널(310C)을 통해 인접한 연료 전지의 중앙 부분으로의 연료 분배를 개선 및/또는 연료 질량 유동을 증가시킬 수 있다.
다양한 실시예에서, 공간(S)은, 연료 흐름 방향에서 중앙 연료 필드(314)에서 연료 구멍(306)과 인접한 연료 리브(312) 사이에 형성될 수 있다. 공간(S)은 인터커넥트(300D)의 대향 측면들 상의 연료 구멍들(306) 사이의, 중앙 연료 채널(310C) 내의 연료 질량 흐름을 증가시키도록 구성될 수 있다.
인터커넥트(300D)의 일부 실시예에서, 중앙 연료 채널(310C)의 단면적은, 중앙 연료 채널(310C)을 통한 연료 질량 흐름을 추가로 증가시키기 위해, 주변 연료 채널(310P)의 단면적보다 클 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 연료 채널(310)은 모두 실질적으로 동일한 단면적을 가질 수 있다.
도 4a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(400A)의 공기측의 평면도이다. 도 4a를 참조하면, 인터커넥트(400A)의 공기측은: 스트립 밀봉 영역(402), 링 밀봉 영역(404), 공기(예를 들어, 산화제) 채널(410), 공기 리브(412) 및 연료 구멍(306)을 포함할 수 있다. 링 밀봉 영역(404)은 연료 구멍(306)을 둘러싸는 평면 영역일 수 있다. 스트립 밀봉 영역(402)은 인터커넥트(400A)의 대향 에지들 상에 배치된 평면 영역일 수 있다. 링 밀봉 영역(404) 및 스트립 밀봉 영역(402)은 공기 리브(412)의 상부와 동일 평면에 있을 수 있다.
공기 리브(412)는 공기 채널(410)을 적어도 부분적으로 정의할 수 있다. 공기 채널(410)은, 스트립 밀봉 영역(402) 사이의 인터커넥트를 가로질러 공기를 안내하도록 구성될 수 있다. 인터커넥트(400A)의 공기측은, 인터커넥트(400A)의 제3 및 제4 에지(305, 307)에 인접하여 중앙 공기 필드(414)의 대향 측면에 배치된 주변 공기 필드(416) 및 중앙 공기 필드(414)로 분할될 수 있다. 공기 채널(410)은 중앙 공기 필드(414)에 배치된 중앙 공기 채널(410C) 및 주변 공기 필드(416)에 배치된 주변 공기 채널(410P)을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 모든 공기 채널(410)은 도 2a에 도시된 비교예의 인터커넥트(10)의 공기 채널(8B)보다 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 이것은 인터커넥트(400A)의 연료측에서 수소가 연료로서 사용될 때 인터커넥트(400A)의 공기측의 공기 냉각을 증가시킨다.
다른 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은 인터커넥트(400A)의 주변 공기 채널(410P)의 단면적보다 클 수 있다. 예를 들어, 중앙 공기 채널(410C)은 주변 공기 채널(410P)보다 더 넓고 및/또는 더 깊을 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은: 주변 공기 채널(410P)의 단면적보다 5% 내지 40%, 예컨대 8% 내지 30%, 또는 10% 내지 20% 더 클 수 있다. 이와 같이, 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 질량 흐름은, 주변 공기 채널(410P)을 통한 공기 질량 흐름보다 상응하게 더 클 수 있다. 중앙 공기 채널(410C)에서 더 많은 공기 질량 흐름은, 수소가 연료로 사용될 때, 인접한 연료 전지의 중심의 냉각을 증가시키고, 연료 전지 및 인터커넥트(400A)의 열 구배를 감소시킨다.
일부 실시예에서, 공기 채널(410)의 단면적은, 인접한 제3 및 제4 에지(305, 307)까지의 거리가 감소함에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은 증분적으로 변할 수 있어서, 중앙 공기 필드(414)의 중앙에 더 가까운 중앙 공기 채널(410C)이 주변 공기 필드(416)에 더 가깝게 배치된 중앙 공기 채널(410C)보다 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 그러나, 다양한 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 적어도 일부는, 주변 공기 채널(410P)보다 더 큰 단면적을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 링 밀봉 영역(404)에 인접한 중앙 공기 필드(414)에 위치한 공기 리브(412)는, 링 밀봉 영역(404) 주위의 공기 흐름을 증가시키도록 공기 공간(S)을 제공하기 위해 상대적으로 짧을 수 있고(즉, 주변 공기 필드(416)에 위치한 공기 리브(412)보다 짧을 수 있고), 그럼으로써, 인터커넥트(400A)의 대향하는 측 상의 링 밀봉 영역(404) 사이에서 연장되는 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 흐름 질량 흐름을 증가시킨다. 즉, 중앙 공기 필드(414)의 공기 리브(412) 중 적어도 일부는, 나머지 공기 리브(412)보다 짧을 수 있어서, 중앙 공기 필드(414)의 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 흐름을 증가시키고, 그럼으로써, 인터커넥트(400A) 및 인접한 연료 전지의 대응하는 부분의 냉각을 증가시킨다. 공기 리브(412)가 중앙 및 주변 공기 필드에서 상이한 길이를 갖는 일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은, 주변 공기 채널(410P)의 단면적보다 클 수 있어서, 중앙 공기 필드(414)의 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 질량 흐름을 추가로 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은 주변 공기 채널(410P)의 단면적과 동일할 수 있다.
도 4b는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(400B)의 공기측의 평면도이다. 인터커넥트(400B)는 인터커넥트(400A)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점만 자세히 설명한다.
도 4b를 참조하면, 인터커넥트(400B)의 공기측은, 곡선형(curved) 또는 구부러진(bent) 주변 공기 채널(410BP) 및 대응하는 곡선형 또는 구부러진 공기 리브(412B)를 포함할 수 있다. 특히, 구부러진 공기 리브(412B)의 단부는, 링 밀봉 영역(404)에 인접한 공기 공간(S)을 형성하도록 형상화될 수 있다. 즉, 인터커넥트(400B)의 에지들(301, 303) 근처에 위치한 구부러진 주변 공기 채널(410BP)의 에지 부분들은, 인터커넥트의 에지(305, 307)에 평행하지 않고, 중앙 공기 채널(410C)에 평행하지 않다. 예를 들어, 인터커넥트(400B)의 에지(301 및 303) 근처에 위치된 구부러진 주변 공기 채널(410BP)의 에지 부분은, 인터커넥트의 에지(305 및 307) 및 중앙 공기 채널(410C)에 대해 30 내지 60 도의 각도로 연장된다. 대조적으로, 인터커넥트(400B)의 중앙에 있는 구부러진 주변 공기 채널(410BP)의 중간 부분들은, 중앙 공기 채널(410C) 및 인터커넥트의 에지(305 및 307)에 평행하다.
공기 공간(S)은, 중앙 공기 필드(414)의 중앙 채널(410C)로의 공기 질량 흐름을 증가시키도록 구성될 수 있다. 특히, 공간(S)은 링 밀봉 영역(404)으로 인한 공기 차단을 보상하도록 작동할 수 있다. 구부러진 공기 리브(412B)는 또한 스트립 밀봉 영역(402)에 인접한 주변 공기 채널(410P)을 통한 공기 질량 흐름을 감소시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 구부러진 공기 리브(412B)의 단부들은, 최외곽의 주변 공기 채널들(410P)로의 공기 흐름을 부분적으로 차단할 수 있다.
일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은, 주변 공기 채널(410P)의 단면적보다 클 수 있어서, 인터커넥트(400B)의 중앙 공기 필드(414)의 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 질량 흐름을 추가로 증가시킨다. 다른 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은, 인터커넥트(400B)의 주변 공기 채널(410P)의 단면적과 동일할 수 있다.
도 4c는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(400C)의 공기측의 평면도이다. 인터커넥트(400C)는 인터커넥트(400B)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점만 자세히 설명한다.
도 4c를 참조하면, 인터커넥트(400C)의 공기측은, 인터커넥트(400C)의 대향 상부 및 하부 측에 배치된 다수의 연료 구멍(306) 및 링 밀봉 영역(404)을 포함할 수 있다. 링 밀봉 영역(404)은 중앙 공기 필드(414)의 외부에 배치될 수 있어서, 중앙 공기 필드(414)의 중앙 공기 채널(410C)은 연료 밀봉부에 의해 방해받지 않는다. 이와 같이, 중앙 공기 필드(414)을 통한 공기 질량 유동은, 연료 밀봉부에 의해 방해받지 않기 때문에 증가될 수 있다.
일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 흐름을 추가로 증가시키기 위해 주변 유동 채널(410P)의 단면적보다 클 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 모든 공기 채널(410)은 실질적으로 동일한 단면적을 가질 수 있다.
도 4d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 인터커넥트(400D)의 공기측의 평면도이다. 인터커넥트(400D)는 인터커넥트(400A)와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점만 자세히 설명한다.
도 4d를 참조하면, 중앙 공기 채널(410C)의 적어도 일부는 주변 공기 채널(410P)보다 짧을 수 있다. 또한, 중앙 공기 필드(414)의 중간에 있는 중앙 공기 채널(410)은, 중앙 공기 필드(414) 주변부의 중앙 공기 채널(410)보다 짧을 수 있다. 또한, 중앙 공기 필드(414)의 중간에 있는 중앙 공기 채널(410)은, 인터커넥트(400D)의 중간으로부터의 거리의 함수로서 증가하는 길이(링 밀봉 영역(404) 사이의 방향으로)를 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙 공기 필드(414)의 중앙에 있는 중앙 공기 채널(410)의 에지들은, 링 밀봉 영역(404)을 중심으로 반원 형상을 형성할 수 있다. 반면에, 중앙 공기 필드(414)의 주변부에 있는 중앙 공기 채널(410)은 동일한 길이를 가질 수 있고, 인터커넥트(400D) 에지(301 및 303)를 향하는 그들의 에지들은 직선을 형성한다.
특히, 중앙 공기 필드(414)에서 공기 리브(412)의 단축으로 인해, 링 밀봉 영역(404) 주위에 공기 공간(S)이 형성될 수 있다. 공기 공간(S)은, 주변 공기 필드(416) 내의 공기 리브(412)와 링 밀봉 영역(404) 사이에 위치한다. 공기 공간(S)은, 공기가 링 밀봉 영역(404) 주위로 흐르도록 추가 공간을 제공함으로써, 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 질량 유동을 증가시키도록 구성될 수 있다. 공간(S)은 또한, 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 질량 흐름 변동을 감소시킬 수 있다.예를 들어, 중앙 공기 채널(410C) 사이의 변동을 통한 공기 질량 흐름은, 가령 20 내지 25%와 같이 25% 미만일 수 있다. 또한, 중앙 공기 채널(410C)을 통한 공기 흐름은, 주변 흐름 채널(410P)을 통한 것보다 30 내지 35% 더 큰 것과 같이 25% 이상 더 클 수 있다.
일부 실시예에서, 중앙 공기 채널(410C)의 단면적은, 중앙 공기 흐름 채널(410C)을 통한 공기 흐름을 추가로 증가시키기 위해, 주변 공기 흐름 채널(410P)의 단면적보다 클 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 모든 공기 흐름 채널(410)은 실질적으로 동일한 단면적을 가질 수 있다.
도 3a 내지 3d 및 4a 내지 4d를 참조하면, 다양한 실시예는 설명된 공기 및 연료측 피처들(features)의 임의의 조합을 갖는 인터커넥트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터커넥트(300A-300D)는, 도 4a-4d에 도시된 공기측 피처들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 인터커넥트(400A-400D)는 도 3a-3d에 도시된 연료측 피처들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 복수의 연료 구멍(306)을 갖는 인터커넥트는, 인터커넥트(300D)의 연료측 피처들 및 인터커넥트(400C)의 공기측 피처들을 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 측방향(lateral) 열 전도를 증가시키기 위해, 도 2a 및 2b에 도시된 비교예의 인터커넥트(10)와 비교하여, 인터커넥트의 두께가 증가될 수 있다. 다른 실시예에서, 인터커넥트의 종횡비는, 주변부 대 활성 영역 비율을 증가시키고, 인터커넥트의 중앙에서 에지까지의 열전도 거리를 감소시키기 위해 수정될 수 있다.
일부 실시예에서, 인터커넥트의 열 전도성이 증가될 수 있다. 예를 들어, 밀도는 출발 크롬 분말을 수정함으로써 증가될 수 있다(예를 들어, 직접 환원된 크롬, 다른 입자 크기 등). 일부 실시예에서, 인터커넥트 재료 분말의 Fe 함량은, 가령 5%에서 약 7 내지 약 10 중량%의 철로 증가될 수 있다. 따라서, 인터커넥트는 7중량%의 Fe 내지 10 중량%의 Fe 및 나머지 Cr(예를 들어, 7 중량% 내지 10 중량%의 철 및 90 중량% 내지 93 중량%의 크롬)의 합금을 포함한다. 증가된 철 함량은 분말 야금을 통해 더 조밀한 인터커넥트의 형성을 허용할 수 있으며, 이는 열 전도를 개선하고 온도 균일성을 증가시킬 수 있다.
다양한 실시예에서, 인터커넥트의 종횡비는, 활성 영역에 대한 주변부의 비율을 증가시키고, 인터커넥트의 중심에서 에지까지의 열전도 거리를 감소시키기 위해, 인터커넥트가 정사각형이 아닌 직사각형이 되도록 증가될 수 있다. 이 구성은 연료와 공기가 평행한 방향으로 흐르는 도 3a-3d 및 4a-4d의 동류 인터커넥트(co-flow interconnects)에 유리할 수 있다. 또한, 이 구성은 연료 및 공기 흐름이 인터커넥트를 가로질러 서로 수직인, 직교류(crossflow) 인터커넥트에 훨씬 더 유리할 수 있다.
도 5a는 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 직교류 인터커넥트(500)의 연료측의 평면도이다. 도 5b는 도 5a의 인터커넥트(500)의 공기측의 평면도이다. 인터커넥트(500)는 전술한 인터커넥트와 유사할 수 있다. 따라서 이들 간의 차이점에 대해서만 자세히 설명한다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 인터커넥트(500)는 연료 매니폴드(304)(도 3a에 도시됨)로서 작동하는 확대된 연료 구멍(308)을 포함할 수 있다. 연료 구멍(308)은 인터커넥트(500) 및/또는 연료 구멍(308)의 구조적 일체성을 증가시키도록 구성된 지지부(예를 들어, 분리기)(308S)를 선택적으로 포함할 수 있다. 인터커넥트(500)는 연료 흐름 방향과 동일 선상일 수 있는 길이 방향(L)으로 연장되는 연료 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 연료 리브(312)와, 폭 방향(W)으로 연장되는 공기 채널(410)을 적어도 부분적으로 정의하는 공기 리브(412)을 포함할 수 있고, 폭 방향(W)은, 공기 흐름 방향과 동일 선상일 수 있으며, 길이 방향(L)에 실질적으로 수직일 수 있다.
인터커넥트(500)는, 가령 110 mm 내지 150 mm와 같이 100 mm 초과의 길이 방향(L)을 취한 길이, 및 가령 100 mm 내지 115 mm와 같이 100 mm 이상의 연료 채널(310) 길이를 가질 수 있다. 인터커넥트(500)는 가령, 70 mm 내지 90 mm와 같이 100 mm 미만의 폭(W) 방향으로 취해진 폭을 가질 수 있다. 따라서, 인터커넥트(500)는 가령, 1.05 내지 2.75 또는 1.25에서 2.5와 같이 1보다 큰 길이 대 폭 비율을 가질 수 있다.
따라서, 일부 실시예에서, 중앙 연료 필드에서 연료 채널의 폭, 깊이, 또는 폭과 깊이 모두를 증가시킴으로써, 인터커넥트는 주변 연료 필드에서보다 중앙 연료 필드에서 더 큰 단면적을 갖는 연료 채널을 포함한다.
다양한 실시예에서, 인터커넥트는, 수소 연료로 작동할 때, 개선된 열적 균일성을 제공하며, 이는 더 높은 연료 이용률 및 시스템 효율로 이어진다. 일부 실시예에서, 더 높은 활성 영역은 전류 밀도를 감소시키고, 연료 전지 성능을 향상시킨다.
본 개시내용의 실시예의 연료 전지 시스템은 온실 가스 배출을 감소시키고 기후에 긍정적인 영향을 미치도록 설계된다.
전술한 내용은 특정의 바람직한 실시예를 언급하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것임이 이해될 것이다. 개시된 실시예에 대해 다양한 수정이 이루어질 수 있고, 그러한 수정이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 인용된 모든 간행물, 특허출원 공보 및 특허 공보는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.

Claims (20)

  1. 연료 전지 인터커넥트로서,
    상기 인터커넥트의 제1 측면 상에 배치되고, 연료 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 연료 리브; 및
    상기 인터커넥트의 대향하는 제2 측면 상에 배치되고, 공기 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 공기 리브;
    를 포함하고,
    상기 연료 채널은: 중앙 연료 필드 내에 배치된 중앙 연료 채널과, 상기 중앙 연료 필드의 대향하는 측면들 상에 배치된 주변 연료 필드 내에 배치된 주변 연료 채널을 포함하고;
    상기 공기 채널은: 중앙 공기 필드 내에 배치된 중앙 공기 채널과, 상기 중앙 공기 필드의 대향하는 측면들 상에 배치된 주변 공기 필드 내에 배치된 주변 공기 채널을 포함하고;
    상기 중앙 연료 채널 또는 상기 중앙 공기 채널 중의 적어도 하나는: 중앙 연료 채널을 통한 수소 연료 흐름을 증가시키거나, 주변 공기 채널을 통한 공기 흐름을 증가시키기 위해, 각각의 주변 연료 채널 또는 각각의 주변 공기 채널 중의 적어도 하나와는, 상이한 단면적 또는 상이한 길이 중의 적어도 하나를 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 연료 채널은 상기 주변 연료 채널보다 큰 단면적을 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중앙 연료 채널의 폭은 상기 주변 연료 채널의 폭보다 크고,
    상기 중앙 연료 채널의 단면적은 상기 주변 연료 채널의 단면적보다 약 5% 내지 약 40% 큰, 연료 전지 인터커넥트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 연료 채널은 상기 주변 연료 채널보다 짧은 길이를 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인터커넥트의 제1 측면 내에 형성되고, 상기 연료 채널에 유체 연결되는 연료 매니폴드; 및
    각각의 연료 매니폴드 내에 배치되고, 상기 인터커넥트를 통해 연장되는 연료 구멍을 더 포함하는, 연료 전지 인터커넥트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주변 연료 채널 및 대응하는 연료 리브 중의 적어도 일부는, 상기 연료 매니폴드 내로 연장되어서, 상기 중앙 연료 필드에 더 가깝게 배치된 주변 연료 채널이 상기 중앙 연료 필드에 더 멀게 배치된 주변 연료 채널보다 더 긴 것인, 연료 전지 인터커넥트.
  7. 제5항에 있어서,
    각각의 연료 매니폴드는, 상기 연료 구멍에 인접한 최대 깊이와, 상기 인터커넥트의 대향하는 에지에 인접한 최소 깊이를 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 연료 매니폴드 내에 배치되고, 상기 주변 연료 채널을 통한 연료 질량 흐름(fuel mass flow)을 감소시키도록 구성된 연료 범퍼를 더 포함하고,
    상기 연료 범퍼와 연료 채널은, 수직인 방향들에서 세로로(lengthwise) 연장되는, 연료 전지 인터커넥트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 주변 연료 필드 내에 배치되고, 상기 주변 연료 채널을 통한 연료 질량 흐름을 감소시키도록 구성된 연료 차단기(fuel blocker)를 더 포함하고,
    상기 연료 차단기 및 상기 주변 연료 채널은, 수직인 방향들에서 세로로 연장되는, 연료 전지 인터커넥트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인터커넥트는: 7 중량% 내지 10 중량%의 철(iron)과, 90 중량% 내지 93 중량%의 크롬을 포함하는 크롬 철 합금을 포함하는, 연료 전지 인터커넥트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 공기 채널은 상기 주변 공기 채널보다 더 큰 단면적을 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중앙 공기 채널의 단면적은 상기 주변 공기 채널의 단면적보다 약 5% 내지 약 40% 더 큰, 연료 전지 인터커넥트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 공기 채널은 상기 주변 연료 채널보다 짧은 길이를 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 주변 공기 채널 중의 적어도 일부는, 상기 중앙 공기 채널을 통한 공기 질량 흐름을 증가시키도록 구성된 공기 공간(air space)을 형성하도록 구부러지는(bent), 연료 전지 인터커넥트.
  15. 제14항에 있어서,
    구부러진 공기 채널은, 적어도 상기 중앙 공기 채널의 일부보다 더 긴, 연료 전지 인터커넥트.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 중앙 공기 필드 내 상기 인터커넥트의 제2 측면 상에 배치된 밀봉 영역; 및
    상기 밀봉 영역 내에 배치되고, 상기 인터커넥트를 통해 연장되는 연료 구멍을 더 포함하고,
    상기 중앙 공기 채널의 적어도 일부는, 상기 주변 공기 채널보다 짧아서, 공기 공간이 상기 밀봉 영역 주위에 형성되고, 공기 공간이 상기 중앙 공기 채널을 통한 공기 질량 흐름을 증가시키도록 구성되는, 연료 전지 인터커넥트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중앙 공기 필드의 중앙에 있는 중앙 공기 채널의 에지들은, 상기 밀봉 영역 주위에 반원 형상을 형성하고,
    상기 중앙 공기 필드의 주변 부분에 있는 중앙 공기 채널은 동일한 길이를 갖고, 상기 인터커넥트의 에지를 향하는 상기 중앙 공기 채널의 에지는 직선을 형성하며,
    상기 공기 공간은 상기 주변 공기 필드의 공기 리브와 상기 밀봉 영역 사이에 위치하는, 연료 전지 인터커넥트.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 연료 채널 중의 적어도 하나는, 상기 중앙 연료 채널을 통한 수소 연료 흐름을 증가시키기 위해, 각각의 주변 연료 채널 중의 적어도 하나보다, 더 큰 단면적 또는 더 짧은 길이 중의 적어도 하나를 갖고,
    상기 중앙 공기 채널 중의 적어도 하나는, 상기 주변 공기 채널을 통한 공기 흐름을 증가시키기 위해, 각각의 주변 공기 채널 중의 적어도 하나보다, 더 큰 단면적 또는 더 짧은 길이 중의 적어도 하나를 갖는, 연료 전지 인터커넥트.
  19. 연료 전지 스택으로서,
    제1항의 연료 전지 인터커넥트에 의해 분리되는 고체 산화물 연료 전지들을 포함하는, 연료 전지 스택.
  20. 제19항의 연료 전지 스택을 작동시키는 방법으로서,
    연료 채널 내에 수소 연료를 제공하는 단계 - 상기 주변 연료 채널을 통하는 것보다 상기 중앙 연료 채널을 통해 더 많은 수소 연료가 유동함 - ; 및
    상기 공기 채널 내에 공기를 제공하는 단계 - 상기 주변 연료 채널을 통하는 것보다 상기 중앙 연료 채널을 통해 더 많은 공기 연료가 유동함 - ;
    를 포함하는, 연료 전지 스택을 작동시키는 방법.
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