KR100331079B1 - A molten carbonate fuel cell - Google Patents
A molten carbonate fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR100331079B1 KR100331079B1 KR1019990031838A KR19990031838A KR100331079B1 KR 100331079 B1 KR100331079 B1 KR 100331079B1 KR 1019990031838 A KR1019990031838 A KR 1019990031838A KR 19990031838 A KR19990031838 A KR 19990031838A KR 100331079 B1 KR100331079 B1 KR 100331079B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrode
- matrix
- plate
- anode
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 53
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 30
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 53
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 10
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 12
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 29
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 용융탄산염 연료전지에 관한 것으로, 전해질판 및 매트릭스가 소정의 무게비에 의하여 여러 개로 나뉘어 어느 하나의 전해질판(171)이 연료극(110)에 맞닿게 적층되며, 연료극(110) 및 산소극(120)이 적절한 두께로 제조되고, 매트릭스(181,182)가 다층으로 적층되어, 전해질이 연료극(110)의 기공내로 원활히 함침되므로 성능 및 내구성이 향상되며, 그 접촉저항이 최소화되고, 가스 기밀성이 최대한 유지되어 단락의 우려가 최소화되는 이점이 있다.The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, in which an electrolyte plate and a matrix are divided into a plurality by a predetermined weight ratio, and any one electrolyte plate 171 is laminated to contact the fuel electrode 110, and the fuel electrode 110 and the oxygen electrode are stacked. The 120 is manufactured to an appropriate thickness, the matrix 181, 182 is laminated in multiple layers, the electrolyte is smoothly impregnated into the pores of the anode 110, the performance and durability is improved, the contact resistance is minimized, the gas tightness is maximized It is advantageous in that the risk of short circuiting is minimized.
Description
본 발명은 용융탄산염 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질판을 소정의 무게비에 의하여 여러 개로 나누어 어느 하나의 전해질판을 연료극에 맞닿게 적층하여 궁극적으로 성능 및 내구성이 향상되도록 한 용융탄산염 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly, to a molten carbonate fuel in which an electrolyte plate is divided into a plurality of layers by a predetermined weight ratio and laminated on one of the electrolyte plates to be in contact with the anode, thereby ultimately improving performance and durability. It relates to a battery.
주지와 같이, 연료전지는 전기화학 반응에 의해 반응물(수소와 산소)의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서 환경 조화성이 우수하고 높은 발전효율이 기대되고 있다.As is well known, a fuel cell is a power generation device that converts chemical energy of reactants (hydrogen and oxygen) directly into electrical energy by an electrochemical reaction, and is expected to have excellent environmental harmony and high power generation efficiency.
연료전지 중에서 용융탄산염 연료전지는 탄산염의 용융물을 전해질로 사용하여 작동온도가 650℃로 높기 때문에 전기화학 반응의 속도가 빨라 저온형 연료전지와는 달리 백금 등의 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 전기와 고온의 배열을 함께 이용할 경우 80% 이상의 열효율을 기대할 수 있어 석탄 가스화에 의한 복합 열병합 발전이 가능하다.Among the fuel cells, molten carbonate fuel cells use a melt of carbonate as an electrolyte and have a high operating temperature of 650 ° C., so the electrochemical reaction is fast, and unlike low-temperature fuel cells, no noble metal catalyst such as platinum is required. When combined with high-temperature arrays, thermal efficiency of 80% or more can be expected, allowing for combined cogeneration with coal gasification.
연료전지에 사용되는 연료가스로서는 천연가스(메탄)나 개질된 혼합수소를 사용하며, 산화제가스로서 공기와 이산화탄소를 사용하고, 전해질로서 탄산리튬(Li2CO3)과 탄산칼륨(K2CO3)의 혼합물을 사용한다. 탄산리튬과 탄산칼륨의 혼합비율은 몰비로 62 대 38이며, 이것의 융점은 약 488℃이다.The fuel gas used in the fuel cell uses natural gas (methane) or reformed mixed hydrogen, air and carbon dioxide as the oxidant gas, and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as electrolytes. ) Is used. The mixing ratio of lithium carbonate and potassium carbonate is 62 to 38 in molar ratio, and its melting point is about 488 占 폚.
용융탄산염 연료전지는 650℃ 부근의 온도에서 운전되므로 이 온도에서 탄산염이 용융되어 물과 유사한 점성을 지닌 액체로 되어 탄산이온(CO3 2-)의 전도성을 보이게 된다.The molten carbonate fuel cell is operated at a temperature near 650 ° C, so that the carbonate melts at this temperature to become a liquid having a viscosity similar to that of water, thereby exhibiting the conductivity of carbonate (CO 3 2- ).
연료극(anode)으로 연료가스를 공급하고 산소극(cathode)으로는 산화제가스를 공급하면 각각의 전극에서 전기화학반응이 발생하여 직류전력이 얻어진다. 이때 전지전체에서는 수소와 산소가 반응하여 물이 생성되는 반응이다.When the fuel gas is supplied to the anode and the oxidant gas is supplied to the cathode, an electrochemical reaction occurs at each electrode, thereby obtaining DC power. At this time, in the entire battery, hydrogen and oxygen react to produce water.
용융탄산염 연료전지의 단위전지(unit cell) 전압은 정격방전시에 약 0.8V로 낮기 때문에 실제 발전에서는 기본 구성셀인 단위전지를 다수 적층하여 전압을 높이고, 셀 면적을 증가시켜 고출력화를 달성하게 된다. 이때 단위전지를 여러 단 적층한 것을 스택(stack)이라고 부른다.Since the unit cell voltage of molten carbonate fuel cell is low at about 0.8V at the rated discharge, in actual power generation, a large number of unit cells, which are basic components, are stacked to increase the voltage and increase the cell area to achieve high output. do. At this time, a stack of unit cells is called a stack.
도 1은 종래 기술에 따른 용융탄산염 연료전지의 단위전지 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a unit cell of a molten carbonate fuel cell according to the prior art.
이에 나타낸 바와 같이 연료전지는, 연료가스의 수소와 탄산이온이 반응하여 물과 탄산가스로 변하면서 전자가 발생되는 연료극(1)과, 산화제가스의 탄산가스와 산소가 전자 2개와 반응하여 탄산이온으로 변하는 산소극(2)과, 연료전지 몸체를 지지하며 연료가스와 산화제가스가 격리되어 연료극(1)과 산소극(2)으로 공급되는 가스의 유로를 형성하는 상분리판(3) 및 하분리판(4)과, 연료극(1)을 지지하며 연료극(1)에서 발생된 전하를 포집하는 연료극집전판(5)과, 산소극(2)을 지지하며 산소극(2)에서 발생된 전하를 포집하는 산소극집전판(6)과, 연료극(1)과 산소극(2)과의 사이에서 이온만 이동시키는 역할을 하는 전해질판(7)과, 이 전해질판(7)의 형태를 유지시키는 기능을 하며 기공이 존재하여 전해질이 함침될 수 있는 다공성 구조로 되어 용융된 탄산염을 흡수하여 수용하는 매트릭스(8)로 구성된다.As shown in the drawing, a fuel cell includes a fuel electrode 1 in which electrons are generated while hydrogen and carbonate ions of a fuel gas react to change into water and carbon dioxide gas, and carbon dioxide and carbonate gas and oxygen of an oxidant gas react with two electrons. Phase separation plate 3 and lower separation which support the oxygen electrode 2 which changes to the fuel cell body, and the fuel gas and the oxidant gas are separated to form a flow path of the gas supplied to the fuel electrode 1 and the oxygen electrode 2. The plate 4, the anode collector plate 5 which supports the anode 1 and collects the charges generated at the anode 1, and the charges generated at the oxygen electrode 2 while supporting the oxygen electrode 2. Oxygen collector plate 6 to be collected, electrolyte plate 7 serving to move only ions between fuel electrode 1 and oxygen electrode 2, and function to maintain the shape of electrolyte plate 7 It has a porous structure that can be impregnated with electrolyte due to the presence of pores It consists of a matrix (8) which absorbs and receives.
이와 같이 구성된 용융탄산염 연료전지는, 전극(1,2)과 분리판(3,4)과의 접촉 및 전극(1,2)과 매트릭스(8)와의 접촉 저항을 줄이기 위해 스택을 실린더로 가압하는데, 650℃로 온도를 올리면 전해질은 액체로 변하여 매트릭스(8)의 기동 사이로 침투되어 없어지고, 용융된 전해질은 매트릭스(8) 기공 사이를 채우며 전극(1,2)의 기공으로 들어간다. 이러한 스택의 성능이 일정하게 유지되려면 전극(1,2) 및 매트릭스(8)에 전해질이 고루 분포되어 수소와 산소가 각각 전극반응에 참여하여야 한다.The molten carbonate fuel cell configured as described above presses the stack with a cylinder in order to reduce the contact resistance between the electrodes 1 and 2 and the separator plates 3 and 4 and the contact resistance between the electrodes 1 and 2 and the matrix 8. When the temperature is raised to 650 ° C., the electrolyte turns into a liquid and penetrates through the start of the matrix 8, and the molten electrolyte fills in the pores of the electrodes 1 and 2, filling the pores of the matrix 8. In order to maintain a constant performance of the stack, electrolytes are uniformly distributed in the electrodes 1, 2 and the matrix 8, and hydrogen and oxygen must participate in the electrode reaction, respectively.
전해질판(7)은 그 적층 순서에 의하면 두장의 매트릭스(8) 사이에 장착되며, 전처리 조건을 거쳐 온도가 650℃로 올라가면 용융되어 매트릭스(8)내로 함침된다.The electrolyte plate 7 is mounted between two matrices 8 according to the stacking order, and when the temperature rises to 650 ° C. through pretreatment conditions, it is melted and impregnated into the matrix 8.
전해질이 함침되면 연료극(1)에는 수소가스와 탄산가스 및 물이 들어가는데, 그 비율은 72:18:10으로 혼합된다.When the electrolyte is impregnated, hydrogen gas, carbon dioxide and water enter the fuel electrode 1, and the ratio is mixed at 72:18:10.
산소극(2)에는 공기와 탄산가스를 70:30의 비율로 공급하고 단위면적당 연료극(1)에는 수소가스를 기준으로 2.88cc를 흘리며 산소극(2)에는 산소를 기준으로 1.44cc를 흘리면 o.c.v가 1.13V로 측정된다. 이때 로드(load)를 단위면적당 150㎃로 걸면 단위셀당 정격방전전압은 0.8V 이상으로 나타난다.Air and carbon dioxide gas are supplied to the oxygen electrode 2 at a ratio of 70:30, 2.88cc of hydrogen gas is flowed to the fuel electrode 1 per unit area, and 1.44cc of oxygen to the oxygen electrode 2 is ocv. Is measured at 1.13V. At this time, if the load is applied at 150㎃ per unit area, the rated discharge voltage per unit cell is over 0.8V.
전술한 바와 같이 용융탄산염 연료전지는 다음과 같은 문제점이 있다.As described above, the molten carbonate fuel cell has the following problems.
첫째: 약 40,000시간을 운전목표로 하는 용융탄산염 연료전지의 내구성에 영향을 미치는 요소 중 전해질의 효율적인 관리가 하나를 차지하며, 양극반응이 일어나는 연료극의 기공내에 전해질이 원활히 함침되지 않아 성능과 내구성이 미진하다.First of all, efficient management of electrolyte is one of the factors affecting the durability of molten carbonate fuel cell, which aims to operate about 40,000 hours, and performance and durability are not improved because electrolyte is not impregnated smoothly in the pores of anode where anode reaction occurs. To be poor.
둘째: 내부저항을 줄이기 위하여 전극, 매트릭스, 분리판, 집전판 등의 접촉저항을 최소화하여야 하는데 고온에서 작동하기 때문에 금속재료인 연료극은 열에 의해 그 부피가 감소하고, 산소극은 승온과정 중 약 400∼500℃ 구간에서 니켈이 니켈산화물로 상변태가 일어나 부피변화가 일어나는데, 상변화가 일어나기 전까지는 금속으로서의 부피감소가 일어나므로 이로 인하여 접촉저항이 증가된다.Second: In order to reduce the internal resistance, the contact resistance of electrodes, matrix, separator, and current collector should be minimized. Because it operates at a high temperature, the anode of a metal material is reduced in volume by heat, and the oxygen electrode is about 400 during the temperature increase process. In the area of ˜500 ° C., the phase change occurs due to the phase change of nickel into nickel oxide, and the volume decreases as the metal until the phase change occurs, thereby increasing the contact resistance.
셋째: 매트릭스의 경우 세라믹 성질을 가져 고온에서 매우 취약하고 산소극의 경우 운전 중 전해질에 녹아서 매트릭스내에 석출하는 현상이 생기고 석출된 니켈입자가 매트릭스의 두께방향으로 띠를 형성하는 크랙(crack)이 발생되어 전지의 단락으로 연결되기 쉽다.Third, the matrix is very fragile at high temperature due to ceramic properties, and in the case of oxygen electrode, it melts in the electrolyte during operation, causing precipitation in the matrix, and cracks occur in which the deposited nickel particles form a band in the thickness direction of the matrix. It is easy to be connected by the short circuit of the battery.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서, 전해질판을 소정의 무게비에 의하여 여러 개로 나누어 어느 하나의 전해질판을 연료극에 맞닿게 적층함으로써, 전해질이 연료극의 기공내로 원활히 함침되게 하여 궁극적으로 성능 및 내구성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is proposed to solve the problems of the prior art as described above, by dividing the electrolyte plate into a plurality by a predetermined weight ratio and stacking one of the electrolyte plates in contact with the anode, the electrolyte smoothly into the pores of the anode. The purpose is to impregnate and ultimately improve performance and durability.
부수적으로는, 연료극 및 산소극을 적절한 두께로 제조하고 매트릭스를 여러 장으로 적층하여, 전극의 접촉저항을 최소화시키며 가스 기밀성을 최대한 유지시킨다.Incidentally, the fuel electrode and the oxygen electrode are manufactured to an appropriate thickness and the matrix is laminated in several sheets, so that the contact resistance of the electrode is minimized and the gas tightness is maintained to the maximum.
도 1은 종래 기술에 따른 용융탄산염 연료전지의 단위전지 단면도.1 is a unit cell cross-sectional view of a molten carbonate fuel cell according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지의 단위전지 단면도.2 is a unit cell cross-sectional view of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.
도 3은 도 2의 주요부분 확대도.3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
3 : 상분리판 4 : 하분리판3: phase separation plate 4: lower separation plate
5 : 연료극집전판 6 : 산소극집전판5: anode collector plate 6: oxygen collector plate
110 : 연료극 120 : 산소극110: fuel electrode 120: oxygen electrode
171 : 제1 전해질판 172 : 제2 전해질판171: first electrolyte plate 172: second electrolyte plate
181 : 제1 매트릭스 182 : 제2 매트릭스181: first matrix 182: second matrix
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지는, 연료가스와 전기화학 반응하는 연료극과, 산화제가스와 전기화학 반응하는 산소극과, 상기 연료가스와 산화제가스가 격리되어 상기 연료극과 산소극으로 공급되는 가스의 유로를 형성하는 상분리판 및 하분리판과, 상기 연료극에서 발생된 전하를 포집하는 연료극집전판과, 상기 산소극에서 발생된 전하를 포집하는 산소극집전판과, 상기 연료극과 산소극과의 사이에서 이온만 이동시키는 역할을 하는 전해질판과, 전해질이 함침될 수 있는 다공성 구조로 되어 용융된 탄산염을 흡수하여 수용하는 매트릭스를 포함하는 용융탄산염 연료전지에 있어서:The molten carbonate fuel cell according to the present invention for achieving the above object is a fuel electrode electrochemical reaction with the fuel gas, an oxygen electrode electrochemical reaction with the oxidant gas, the fuel gas and the oxidant gas is separated from the fuel electrode and oxygen A phase separator plate and a bottom separator plate forming a flow path of a gas supplied to the pole, a fuel collector plate for collecting charges generated from the fuel electrode, an oxygen collector plate for collecting charges generated from the oxygen electrode, and the fuel electrode; A molten carbonate fuel cell comprising an electrolyte plate which serves to move only ions between an oxygen electrode and a matrix having a porous structure in which an electrolyte can be impregnated to absorb and accommodate molten carbonate:
상기 전해질판 및 매트릭스는 각각 소정의 무게비에 의해 적어도 두 개 이상으로 나뉘어 어느 하나의 전해질판은 상기 연료극의 상부에 맞닿게 적층되고, 그 상부에 이외의 전해질판 및 매트릭스가 교번으로 적층된다.The electrolyte plate and the matrix are each divided into at least two or more by a predetermined weight ratio, and any one electrolyte plate is laminated to abut on the upper portion of the fuel electrode, and other electrolyte plates and the matrix are alternately stacked on the upper portion.
본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 종래 기술과 동일한 구성요소에 대하여 그 참조부호를 동일하게 명기하고 그 설명을 생략하기도 한다.There may be a plurality of embodiments of the present invention. Hereinafter, the most preferred embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same reference numerals are used to designate the same components as in the prior art, and the description thereof may be omitted.
도 2는 본 발명에 따른 용융탄산염 연료전지의 단위전지 단면도이고, 도 3은 도 2의 주요부분 확대도이다.2 is a cross-sectional view of a unit cell of a molten carbonate fuel cell according to the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2.
이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 연료전지는, 연료가스의 수소와 탄산이온이 반응하여 물과 탄산가스로 변하면서 전자가 발생되는 연료극(110)과, 산화제가스의 탄산가스와 산소가 전자 2개와 반응하여 탄산이온으로 변하는 산소극(120)과, 연료전지 몸체를 지지하며 연료가스와 산화제가스가 격리되어 연료극(110)과 산소극(120)으로 공급되는 가스의 유로를 형성하는 상분리판(3) 및 하분리판(4)과, 연료극(110)을 지지하며 연료극(110)에서 발생된 전하를 포집하는 연료극집전판(5)과, 산소극(120)을 지지하며 산소극(120)에서 발생된 전하를 포집하는 산소극집전판(6)과, 연료극(110)의 상부에 맞닿게 적층되어 연료극(110)과 산소극(120)과의 사이에서 이온만 이동시키는 역할을 하는 제1 전해질판(171) 및 동일 기능을 수행하는 제2 전해질판(172)과, 전해질판(171,172)의 형태를 유지시키는 기능 및 기공이 존재하여 전해질이 함침될 수 있는 다공성 구조로 되어 용융된 탄산염을 흡수하여 수용하는 기능을 수행하며 상기 제2 전해질판(172)과 함께 상기 제1 전해질판(171)의 상부에 교번으로 적층된 제1, 제2 매트릭스(181,182)로 구성된다.As shown in the drawing, the fuel cell of the present invention includes a fuel electrode 110 in which electrons are generated while hydrogen and carbonate ions of fuel gas react to change into water and carbon dioxide gas, and carbon dioxide and oxygen of oxidant gas react with two electrons. The phase separation plate 3 supporting the oxygen electrode 120 which is converted into a carbonate ion and the fuel cell body, and separating the fuel gas and the oxidant gas to form a flow path of a gas supplied to the fuel electrode 110 and the oxygen electrode 120. And the lower separator 4, the anode collector plate 5 supporting the anode 110 and collecting charges generated from the anode 110, and the oxygen electrode 120. A first electrolyte plate 6 stacked on the upper portion of the fuel electrode 110 to collect the charged electric charges and moving only ions between the fuel electrode 110 and the oxygen electrode 120 ( 171 and the second electrolyte plate 172 and the electrolyte plates 171 and 172 which perform the same function. It has a function of maintaining the shape and the pores to form a porous structure in which the electrolyte can be impregnated to perform the function of absorbing and accepting the molten carbonate and the first electrolyte plate 171 together with the second electrolyte plate 172. The first and second matrices 181 and 182 are alternately stacked on top of each other.
제1, 제2 전해질판(171,172)의 전체 무게는 제1, 제2 매트릭스(181,182)의 전체 무게보다 1.0∼1.5배의 양을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명자가 여러 차례에 걸쳐 실시한 성능 실험의 결과값이며, 이때 전지 성능이 극대화됨을 알 수 있었다.The total weight of the first and second electrolyte plates 171 and 172 is preferably used in an amount of 1.0 to 1.5 times the total weight of the first and second matrices 181 and 182. This is the result of the performance experiment conducted by the inventor several times, it was found that the battery performance is maximized.
제1 전해질판(171)과 제2 전해질판(172)의 무게비는 30:70 내지 60:40으로 제조되는 것이 바람직하다. 다시 말해서 연료극(110)의 상부에 적층된 제1 전해질판(171)의 무게는 전체 전해질판(171,172) 무게의 30∼60%로 제조된다.The weight ratio of the first electrolyte plate 171 and the second electrolyte plate 172 is preferably made of 30:70 to 60:40. In other words, the weight of the first electrolyte plate 171 stacked on the upper portion of the anode 110 is made of 30 to 60% of the weight of the entire electrolyte plates 171 and 172.
그러면, 전해질이 용융시에 연료극(110)의 기공속으로 원활하게 함침되는데,그 이유는 연료극(110) 기공의 평균직경보다 제1, 제2 매트릭스(181,182) 기공의 평균직경이 5∼10배 작아 모세관 현상에 의하여 인접한 제1 매트릭스(181)에 보다 많이 함침하지만 제1, 제2 전해질판(171,172)이 승온과정에서 서서히 액화하므로 연료극(110)에 인접한 제1 전해질판(171)의 전해질은 연료극(110)의 기공내로 보다 많이 함침되는 것이다.Then, the electrolyte is smoothly impregnated into the pore velocity of the anode 110 at the time of melting, because the average diameter of the pores of the first and second matrix 181, 182 is 5 to 10 times larger than the average diameter of the pores of the anode 110. Small impregnated in the adjacent first matrix 181 by the capillary phenomenon, but the first and second electrolyte plates (171, 172) gradually liquefied during the temperature increase process, the electrolyte of the first electrolyte plate 171 adjacent to the anode 110 is More impregnated into the pores of the anode (110).
연료극(110)의 두께(t1)는 하분리판(4)의 전극부 깊이(d)에서 연료극집전판(5)의 두께(t2)를 차감한 값보다 0.05∼0.1㎜ 상위하게 제조된다. 그러면, 승온과정 운전 중 일어나는 부피변화에 관계없이 초기 접촉저항값이 유지된다.The thickness t 1 of the anode 110 is manufactured to be 0.05 to 0.1 mm higher than a value obtained by subtracting the thickness t 2 of the anode current collector 5 from the electrode portion depth d of the lower separator 4. . Then, the initial contact resistance value is maintained regardless of the volume change occurring during the temperature raising process.
아울러, 동일한 이유로 산소극(120)의 두께는 상분리판(3)의 전극부 깊이에서 산소극집전판(6)의 두께를 차감한 값보다 0.06∼0.12㎜ 상위하게 제조된다.In addition, for the same reason, the thickness of the oxygen electrode 120 is manufactured to be 0.06 to 0.12 mm higher than the value obtained by subtracting the thickness of the oxygen electrode current collector plate 6 from the depth of the electrode portion of the phase separation plate 3.
연료극(110)의 두께(t1) 및 산소극(120)의 두께 또한 본 발명자가 여러 차례에 걸쳐 실시한 성능 실험의 결과값이다.The thickness t 1 of the fuel electrode 110 and the thickness of the oxygen electrode 120 are also results of performance tests conducted by the inventors several times.
또한, 제1, 제2 매트릭스(181,182)로 나뉘어 다층으로 적층되므로 단층으로 적층할 때보다 기계적인 강도가 우수하며, 열충격에 의해 어느 하나의 매트릭스에 크랙이 발생하더라도 가스 기밀성이 유지된다.In addition, since it is divided into first and second matrices 181 and 182 and laminated in multiple layers, mechanical strength is superior to that of single layers, and gas tightness is maintained even when cracks occur in any one matrix due to thermal shock.
여기서, 도 2에는 전해질판과 매트릭스가 두 개로 나뉘어 교번으로 적층된 상태를 도시하였지만 본 발명 특허청구범위의 기술적 사상으로부터 알 수 있듯이 세 개 또는 그 이상으로 나누더라도 어느 하나의 전해질판이 연료극(110)의 상부에 맞닿게 적층되면 동등 이상의 기능이 발휘된다.Here, FIG. 2 illustrates a state in which an electrolyte plate and a matrix are alternately stacked in two, but one electrolyte plate is divided into three or more fuel cells 110 as can be understood from the technical idea of the present invention. When laminated in contact with the upper portion of the equivalent function is exhibited.
상술한 바와 같이 본 발명은, 전해질판이 연료극에 맞닿게 적층되어 전해질이 연료극의 기공내로 원활히 함침되므로 성능 및 내구성이 향상되며, 연료극 및 산소극을 적절한 두께로 제조하여 그 접촉저항이 최소화되고, 매트릭스가 다층으로 적층되므로 가스 기밀성을 최대한 유지하여 단락의 우려가 최소화되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the electrolyte plate is stacked in contact with the anode, the electrolyte is smoothly impregnated into the pores of the anode, thereby improving performance and durability, and by manufacturing the anode and the oxygen anode to an appropriate thickness, the contact resistance is minimized, and the matrix Is laminated in multiple layers, thereby maintaining gas tightness as much as possible, thereby minimizing the risk of short circuit.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990031838A KR100331079B1 (en) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | A molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990031838A KR100331079B1 (en) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | A molten carbonate fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010016755A KR20010016755A (en) | 2001-03-05 |
| KR100331079B1 true KR100331079B1 (en) | 2002-04-06 |
Family
ID=19606115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990031838A KR100331079B1 (en) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | A molten carbonate fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100331079B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101374868B1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-03-27 | 트윈에너지(주) | Molten carbonate fuel cell with multi-electrolyte |
-
1999
- 1999-08-03 KR KR1019990031838A patent/KR100331079B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010016755A (en) | 2001-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3216911A (en) | Method of determining gas concentration and fuel cell construction | |
| US4548876A (en) | Integrated current collector and catalyst support | |
| KR100889266B1 (en) | The combination structure of solid oxide fuel cell between electrode and interconnect | |
| EP1537614B1 (en) | Dual-porosity ribbed fuel cell cathode | |
| WO2013048654A1 (en) | Composite solid oxide fuel cell electrolyte | |
| EP1886374A2 (en) | High-lithium electrolyte for use in molten carbonate fuel cells and method for making same | |
| US20100062302A1 (en) | Metal support and solid oxide fuel cell including the same | |
| US11152636B2 (en) | Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack | |
| US3481737A (en) | Matrix construction for fuel cells | |
| KR100331079B1 (en) | A molten carbonate fuel cell | |
| KR100318207B1 (en) | A method for impregnating a electrolyte for molten carbonate fuel cell | |
| KR100195091B1 (en) | Molten carbonate fuel cell | |
| KR100482585B1 (en) | A preparting method of separator of the polymer electrolyte fuel cell using conductive polymer or carbon composite | |
| KR100332302B1 (en) | A pile up method for matrix of molten carbonate fuel cell | |
| KR200301281Y1 (en) | Molten Carbonate Fuel Cell | |
| CN114824346B (en) | Solid oxide fuel cell/electrolytic cell with one end sealed and conductive flat tube supported and cell stack structure | |
| KR20180073394A (en) | Metallic current collector for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell stack comprising the same | |
| JP5387821B2 (en) | Flat type solid oxide fuel cell | |
| KR102254281B1 (en) | Electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and manufacturing method of electrochemical reaction unit | |
| KR100331081B1 (en) | A method for making anode of molten carbonate fuel cell | |
| KR200271497Y1 (en) | Molten carbonate fuel cell with additional electrolyte plate for increased wettability | |
| KR100331082B1 (en) | A method for making anode of molten carbonate fuel cell | |
| KR100259214B1 (en) | Electrolyte quantity used in melt carbonate fuel cell | |
| KR19990040297U (en) | Molten Carbonate Fuel Cell with Reduced Current Resistance | |
| KR100362507B1 (en) | Molten Carbonate Fuel Cell and Method for Making the Same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130318 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140317 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150316 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160315 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190219 Year of fee payment: 18 |
|
| EXPY | Expiration of term |