KR101119396B1 - 고체 산화물 연료전지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지의 구조에 관한 것으로, 다공성의 관형 연료극 지지체에 형성된 다수의 관통홀을 통하여 연료가 유동하고, 상기 관형 연료극 지지체 안쪽으로 전해질 층 및 공기극 층이 코팅되어 상기 공기극 층 안쪽으로는 공기가 유동함에 의하여, 연료 및 공기의 확산 속도를 더욱 빠르게 일으킴으로써 반응속도를 빠르게 하여 효율을 높이고, 연료전지 구조의 외부로는 공기 및 연료의 유동을 없앰으로써 관 안쪽 및 바깥쪽 모두 산화 분위기의 형성을 방지하여 장기 수명과 신뢰성 확보를 가능하게 하는 이점을 지닌다.

고체 산화물, 연료전지, 셀 구조, 산화, 다공성

Description

고체 산화물 연료전지 구조{SOLID OXIDE FUEL CELL STRUCTURE}

본 발명은 고체 산화물 전지의 구조에 관한 것이다.

갈수록 심해지는 환경 오염으로 인하여 지구 온난화 문제가 심각하게 대두되고 있다. 이를 억제하기 위하여 1997년 교토 의정서를 채택하여 이산화탄소의 감축량을 규정하고 에너지 환경문제를 본격적으로 거론하면서 효율이 높고 친환경적인 연료전지 기술이 신에너지 기술로 급부상하고 있다

연료전지란 연료(수소, LNG, LPG 등)와 공기의 화학 에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전기술이 연료의 연소, 증기 발생, 터빈 구동, 발전기 구동 과정을 취하는 것과 달리 연소 과정이나 구동 장치가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이다. 이러한 연료전지는 SOx와 NOx 등의 대기오염물질을 거의 배출하지 않고 이산화탄소의 발생도 적어 무공해 발전이며, 저소음, 무진동 등의 장 점이 있다.

연료전지는 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리형 연료전지(AFC), 고분자전해질 형 연료전지(PEMFC), 직접메탄올 연료전지(DMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등 다양한 종류가 있는데, 이 중 고체산화물 연료전지(SOFC)는 활성화 분극에 바탕한 과전압이 낮고, 비가역적 손실이 적으므로 발전효율이 높다. 또한, 수소뿐만 아니라 탄소 또는 하이드로 카본계의 연료로 사용할 수 있어 연료 선택폭이 넓으며, 전극에서의 반응속도가 높기 때문에 전극 촉매로서 값비싼 귀금속을 필요로 하지 않는다. 게다가, 발전에 부수하여 배출되는 열의 온도가 매우 높기 때문에 열의 이용 가치가 높다. 고체산화물 연료전지에서 발생한 열은 연료의 개질에 이용될 뿐만 아니라, 열병합 발전에서 산업용 이나 냉방용 에너지원으로 이용할 수 있다. 따라서, 고체산화물 연료전지는 향후 수소 경제 사회로의 진입을 위해 필수적인 발전기술이다.

고차산화물 연료전지(solid oxide fuel cell; SOFC)의 기본적인 동작원리를 살펴보면, 고체산화물 연료전지는 기본적으로 수소 및 CO의 산화반응으로 발전하는 장치이고, 연료극 및 공기극에서는 아래의 반응식 1과 같은 전극 반응이 진행된다.

연료극: H₂ + O^{2 -} → H₂O + 2e

CO + O^{2 -} → CO₂ + 2e

공기극: O₂ + 4e → 2O^{2 -}

전반응: H₂ + CO + O₂ → H₂0 + CO₂

즉, 전자는 외부 회로를 거쳐 공기극에 도달하고, 동시에 공기극에서 발생한 산소이온이 전해질을 통해서 연료극으로 전달되어 연료극에서는 수소 또는 CO가 산 소이온과 결합하여 전자 및 물 또는 CO₂를 생성한다.

이에 고체 산화물 연료전지의 구조를 개선함으로써 재료의 산화를 억제하여 더욱 효율적으로 장기 성능을 구현 가능하게 하기 위한 많은 노력이 있었다. 종래의 고체 산화물 연료전지의 구조에는 평판형 방식, 관형 방식, 평관형 방식, 허니콤 방식, 델타형 방식 등이 있었다. 이 중, 지지체를 공기극 물질을 쓰느냐, 또는 연료극 물질을 쓰느냐에 따라, 공기극 지지체 구조와 연료극 지지체 구조로 나누어진다.

일반적인 관형 연료전지에서 공기극 지지체 구조의 경우, 관 안쪽으로 공기가 지나가고, 관 밖으로는 수소 연료가 지나가면서 전기화학 반응을 일으키게 되는 것이다. 이러한 공기극 지지체 구조의 경우, 공기극 물질이 비싸다는 단점은 있지 만 관 밖이 수소 분위기 이므로, 니켈 펠트와 같은 집전체나 언터커넥터 등이 산화되지 않아 장기 수명이나 신뢰성에 장점을 갖는다.

반대로 상대적으로 저렴한 공기극 물질을 이용하여 지지체를 제작하면 관 안쪽으로 수소 연료가 지나가게 되고 관 밖으로 공기가 흐르게 되어 장시간 운전 시 관 밖의 집전 물질이 산화되므로, 이를 방지하기 위한 비싼 집전 재료가 요구된다.

일본공개특허 제2003-297388호의 경우, 관 안쪽의 공간에 전극을 위치시키고, 연료측 전극에 다수의 홀을 형성하여 상기 홀로 연료를 공급하는 형태의 구조를 개시하고 있으나, 이러한 구조에서는 전류의 집전에 있어서의 향상을 가져올 수는 있으나, 상기 언급된 산화의 문제점 및 기존의 구조와 다르지 않은 수명을 가지게 된다.

본 발명에서는 고체 산화물 연료전지의 산화와 관련된 문제점을 개선하여 효율을 높이고, 장기 수명을 달성할 수 있는 새로운 연료극 지지 형태의 고체 산화물 연료전지의 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 공기극 지지 형태의 고체 산화물 연료전지의 구조를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기와 같은 목적의 해결을 위하여,

다공성의 관형 연료극 지지체;

상기 관형 연료극 지지체 안쪽에 위치하는 전해질 층; 및

상기 전해질 층 안쪽에 위치하는 공기극 층;

을 포함하고, 상기 다공성의 관형 연료극 지지체는 그 길이 방향으로 연료의 유동이 가능한 다수의 홀이 형성된 관형 고체 산화물 연료전지를 제공한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 관형 연료극 지지체의 외부에 연료 비투과성 연료극 층이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 관형 고체 산화물 연료전지는 그 단면이 원형 또는 다각형인 것, 또는 평관형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 평관형의 고체 산화물 연료전지는 상기 공기극 층에 하나 이상의 브릿지가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 연료극 지지체에 형성된 다수의 홀은 관형의 축 길이 방향으로 관통 형성되는 허니컴(honeycomeb) 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에 따르면, 본 발명은

다공성의 관형 공기극 지지체;

상기 관형 공기극 지지체 안쪽에 위치하는 전해질 층; 및

상기 전해질 층 안쪽에 위치하는 연료극 층;

을 포함하고, 상기 다공성의 관형 공기극 지지체는 그 길이 방향으로 공기의 유동이 가능한 다수의 홀이 형성된 관형 고체 산화물 연료전지를 제공한다.

본 발명의 일구체예에 따르면, 상기 관형 공기극 지지체의 외부에 공기 비투과성 공기극 층이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 관형 고체 산화물 연료전지는 그 단면이 원형 또는 다각형인 것, 또는 평관형 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 평관형의 고체 산화물 연료전지는 상기 연료극 층에 하나 이상의 브릿지가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일구체예에서는, 상기 공기극 지지체에 형성된 다수의 홀은 관형의 축 길이 방향으로 관통 형성되는 허니컴(honeycomeb) 형상을 이루는 것을 특징 으로 한다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 구조를 통하여 연료 및 공기의 확산 속도를 더욱 빠르게 일으킴으로써 반응속도를 빠르게 하여 효율을 높이고, 관 안쪽 및 바깥쪽 모두 산화 분위기의 형성을 방지하여 장기 수명과 신뢰성 확보를 가능하게 하는 이점을 지닌다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 앞서 설명된 기존의 고체 산화물 연료전지의 구조에 따른 재료의 산화문제를 개선하여 효율을 높일 수 있는 새로운 구조를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 원통형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 원통형 고체 산화물 연료전지의 구조는 다공성의 관형 연료극을 지지체로 하여 형성된다.

일반적인 고체 산화물 연료전지의 구조에서는 지지체 층의 외부로 전해질층, 전극층 등이 순차적으로 코팅되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에서는 상기 연료극 지지체(11) 안쪽으로 전해질층(12)이 코팅되고, 상기 전해질층(12)의 안쪽으로 공기극층(13)이 코팅되는 구조를 갖는다. 이러한 본 발명에 따른 연료극지지 구조의 원통형 산화물 연료전지의 상기 공기극층(13) 내부로는 공기가 유동하는 통로가 형성된다. 즉, 일반적인 연료극지지 구조의 원통형 산화물 연료전지의 경우, 관 내부로 연료가 유동하게 되는 것과 차이를 보인다.

공기극으로는 보통 페로브스카이트형 산화물이 사용된다. 특히 촉매능과 전자전도성이 모두 높은 란탄스트론퓸 망가나이드 (La_{0 .84}Sr_{0 .16})MnO₃이 일반적으로 사용될 수 있다. 산소는 LaMnO₃의 촉매 작용에 의하여 산소이온으로 전환된다. 천이금속을 포함하는 페로브스카이트형 산화물은 이온전도성과 함께 전자전도성을 가지므로 공기극으로서 우수하지만, 망가나이트 이외의 페로브스카이트는 전해질에 사용되는 YSZ와 화학반응을 일으켜 전극 성능을 열화시킬 우려가 있다. 특히, LaCoO₃계 페로브스카이트는 전극 촉매 활성이 유망한 재료이지만 YSZ와의 화학반응 및 열팽창계수의 차이가 있으므로 전극재료로서는 적합하지않다. 그러나 상기 언급된 물질 이외에 적합한 다른 어떠한 물질이 공기극에 사용되어도 무방하다.

상기 연료극으로는 금속 니켈과 산화물 이온 도전체와의 서멧(cermet)이 사용될 수 있다. 금속 니켈은 높은 전자 도전성을 갖는 동시에 수소와 탄화수소계 연료의 흡착이 일어나 높은 전극 촉매 활성을 발휘할 수 있다. 또 백금 등에 비하여 값이 저렴한 점에서도 전극용 재료로 장점을 갖는다. 고온 작동의 고체 산화물 연료전지의 경우, 40% 내지 60%의 지르코니아 가루를 포함한 산화니켈분을 소결한 재료(니켈/YSZ 서멧)가 사용될 수 있다. 그러나 이러한 재료에 한정되는 것은 아니다.

고체 산화물 전해질은 수용액이나 용융염과 같은 액체 전해질에 비하여 이온 전도율이 낮으므로 저항 분극으로 인한 전압 강하를 적게하기 때문에 가급적이면 얇게 형성되는 것이 바람직하나, 미소 간극이나 기공, 또는 흠집이 발생하기 쉽다. 따라서 고체 산화물 전해질은 이온 전도성 이외에도 균질성, 치밀성, 내열성, 기계적 강도 및 안정성 등이 요구된다. 이러한 전해질의 재료로는 지르코니아(ZrO₂)에 이트리아(Y₂O₃)를 3% 내지 10% 정도 녹인 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)가 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 다공성 연료극 지지체(11)는 그 길이 방향으로 연료의 유동이 가능하도록 관통 형성된 다수의 홀(14)을 갖는다. 상기 연료극 지지체(11) 자체가 다공성이지만 다공성인 것만으로는 그 외부로 연료를 공급해주어야 하므로, 연료의 공급을 위한 관통 홀(14)을 형성함으로써, 관형 연료전지 내부로 연료의 유동을 가능하게 하였다.

상기 다공성 연료극 지지체(11)가 외부에 노출된 표면으로 연료 비투과성의 연료극층(15)이 더 코팅될 수 있다. 상기 연료 비투과성 연료극층(15)을 추가적으로 코팅함으로써, 연료가 다공성 연료극 지지체(11)를 지나 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 다공성 연료극 지지체(11)에 형성된 관통홀(14)은 상기 지지체(11)의 길이 방향으로 다수 형성될 수 있으며, 긴 평관형, 원형, 등 여러 형태를 가질 수 있고, 다수의 관통홀이 형성된 허니컴(honeycomb) 형태를 가질 수도 있다.

도 1에서는 원통형 연료전지를 도시하고 있으나, 관형인 어떠한 형태, 즉 사각기둥, 삼각기둥, 육각기둥, 또는 평관형 등의 모양을 가질 수도 있다.

도 2에서는 상기 연료극지지 구조의 원통형 연료전지의 측단면도를 도시하고 있다. 상기 설명한 것과 같이 연료극 지지체(21)를 기준으로 그 내부에 전해질층(22), 공기극층(23)이 코팅되고, 중심으로 공기가 유동하는 공기 유로(24)가 형성되어 있다.

도 2에서 알 수 있듯이 관통홀(25)이 연료극 지지층(21)을 관통하여 형성되어 있으므로, 상기 관통홀(25)을 따라 연료의 주입이 가능해진다.

또한, 연료 비투과성 연료극층(26)이 상기 연료극 지지층(21)의 외부에 코팅되므로, 연료의 손실을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 연료극 지지구조의 고체 산화물 연료전지의 구조에 의하면, 관 내부로 공기가 공급되어지는 통상적인 공기극 지지구조와 동일한 효과, 즉 집전을 위한 셀의 바깥 쪽으로는 산화분위기를 조성하지 않고, 관 내부만을 산화 분위기로 만들 수 있어 재료가 산화하는 것을 상당히 방지할 수 있다.

또한, 이러한 효과를 달성하면서도, 상대적으로 저렴한 연료극 지지체 재료를 사용할 수 있어, 비용적인 측면에서도 상당한 장점을 갖는다.

도 3에서는 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 평관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도가 도시되어 있다. 기본적인 구조는 상기 설명된 연료극 지지체 구 조의 원통형 고체 산화물 연료전지와 동일하다. 즉, 평관형 고체산화물 연료전지에서도 연료극 지지체(31)의 안쪽으로 전해질층(32)이 코팅되고, 상기 전해질층(32)의 안쪽으로 공기극층(33)이 형성되는 구조를 갖는다. 상기 연료극 지지체(31)는 다공성이며, 연료가 유동하는 다수의 관통홀(34)이 형성된다.

상기 연료극 지지체(31)의 외부로 연료의 유출을 방지하기 위한 연료 비투과성의 연료극층(35)이 추가로 코팅될 수 있다.

또한, 연료전지의 적층 등의 경우에 평관형 구조의 추가적인 지지력을 부가하기 위하여 상기 공기극층에서 연장되는 다수의 브릿지(36)가 형성될 수 있다.

종래 평관형 연료전지의 경우 적층을 위하여 상부를 사용하지 못하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 따른 평관형 연료전지는 연료 및 공기가 모두 연료전지의 내부로 유동하게 되므로, 양쪽 면 모두를 활용할 수 있는 추가적인 장점을 지닌다.

도 4에서는 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 경우에도 연료전지 구조의 내부로 연료 및 공기가 모두 유동하게 된다.

통상적인 공기극 지지체 구조의 관형 연료전지의 경우, 공기극 지지체 위로 전해질층, 및 연료극층이 위치하고 연료전지의 내부 공간을 통하여 공기가 유동하나, 연료는 외부를 통하여 공급되는 것이 일반적인 형태이다.

그러나, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공기극 지치 구조의 관형 연료전지는 공기극 지지체(41)의 안쪽으로 전해질층(42)이 코팅되며, 다시 상기 전해질층(42)의 안쪽으로 연료극층(43)이 코팅된다.

또한, 상기 공기극 지지체(41)는 다공성 물질로 이루어져 있으며, 공기가 유동할 수 있는 다수의 관통홀(44)이 형성되어 있다. 상기 관통홀(44)에 의하여, 기존에 원통형 연료전지 구조의 외부로 유동하던 연료를, 지지체를 통하여 유동시킬 수 있게 된다.

상기 공기극 지지체(41)의 외부에 공기 비투과성의 공기극(45)이 코팅될 수 있다. 상기 공기 비투과성 공기극(45)에 의하여 공기가 연료전지 구조의 외부로 새어 나가지 않고 다공성 지지체(41) 내에서 확산되어 전해질층(42)까지 보다 효율적으로 도달할 수 있게 한다.

결국, 연료극 및 공기극 어느 위치에서도 산화 분위기가 형성되지 않아 값싼 물질로 전류를 집전하면서도, 산화에 대한 위험성을 줄일 수 있다. 또한, 산화의 감소에 따라 장기 내구성과 수명이 늘어나는 효과를 갖는다.

도 5에서는 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 측단면도를 도시하고 있다.

상기 설명된 것과 같이 공기극 지지체(51) 안쪽으로 전해질층(52)이 코팅되고, 상기 전해질층(52)의 안쪽으로 연료극(53)이 코팅된다. 상기 연료극(53)의 안쪽 공간으로 연료가 유동하고, 상기 공기극 지지체(51)에 형성된 다수의 관통 홀(54)를 따라 공기가 유동하며 반응을 일으켜, 전류를 생성한다.

상기 공기극 지지체(51)의 외부로 공기 비투과성 공기극(55)가 코팅되어 공기가 상기 다공성의 공기극 지지체(51)를 통하여 전해질층(52)까지 보다 효율적으로 도달할 수 있게 한다.

상기 언급한 것에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 공기극지지 구조의 원통형 연료전지에서는 외부로 연료 및 공기의 유동이 없다. 특히 공기가 연료전지의 외부로 유동하지 않으므로, 산화에 대한 문제점을 해결할 수 있다.

기존의 방식에서는 관 밖으로 공기가 흐르고, 이 공기가 다공성의 지지체에 스며들어 연료전지의 전기 화학 반응을 일으켰다. 그러나, 본 발명에 따른 공기극지지 구조의 관형 연료전지에서는, 공기극 지지체 안쪽으로 직접 공기가 유동하므로 공기의 확산 속도를 더욱 빨라지게 함으로 반응속도가 빨라지게 되어 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는다.

원통형 연료전지에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 연료전지 구조는 관형인 어떠한 형태의 연료전지에서도 적용될 수 있다. 예를 들어, 그 단면이 원형 또는 다각형인 것, 또는 평관형 등 어떠한 형태여도 무방하다.

도 6에서는 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 평관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 도시하고 있다.

기본적인 구조는 상기 설명된 공기극 지지체 구조의 원통형 고체 산화물 연료전지와 동일하다. 즉, 평관형 고체산화물 연료전지에서도 공기극 지지체(61)의 안쪽으로 전해질층(62)이 코팅되고, 상기 전해질층(62)의 안쪽으로 연료극층(63)이 형성되는 구조를 갖는다. 상기 공기극 지지체(61)는 다공성이며, 공기가 유동하는 다수의 관통홀(64)이 형성된다.

상기 공기극 지지체(61)의 외부로 공기의 유출을 방지하기 위한 공기 비투과성의 공기극층(76)이 추가로 코팅될 수 있다.

또한, 연료전지의 적층 등의 경우에 평관형 구조의 추가적인 지지력을 부가하기 위하여 상기 연료극층에서 연장되는 다수의 브릿지(66)가 형성될 수 있다.

종래 평관형 연료전지의 경우 적층을 위하여 상부를 사용하지 못하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 따른 평관형 연료전지는 연료 및 공기가 모두 연료전지의 내부로 유동하게 되므로, 양쪽 면 모두를 활용할 수 있는 추가적인 장점을 지닌다.

도 7 및 8에서는 본 발명에 따른 관형 연료전지 구조에서 관통홀의 형상을 변형시킨 일구체예를 도시하고 있다.

도 7은 연료극 지지구조의 관형 연료전지를 도시하고 있다. 상기 설명된 본 발명에 따른 연료극 지지형 관형 연료전지와 마찬가지로, 연료극 지지체(71) 안쪽으로 전해질층(72), 및 공기극층(73)이 코팅된다. 또한, 상기 다공성의 연료극 지지체(71)에 다수의 관통홀(74)이 형성되는데, 상기 다공성의 연료극 지지체(71)의 단면을 4등분 한 형태의 길다린 평관형의 모양을 갖는다. 이러한 형태를 갖는 경우, 보다 용이하게 연료의 주입을 가능하게 한다. 또한 상기 연료극 지지체(71) 외측으로 연료 비투과성 연료극(75)가 적층될 수 있다.

도 8에서는 공기극 지지구조의 관형 연료전지를 도시하고 있다. 상기 설명된 본 발명에 따른 공기극 지지형 관형 연료전지와 동일하게 공기극 지지체(81) 안쪽으로 전해질층(82), 및 연료극층(83)이 코팅된 구조를 가지나, 상기 도 8의 설명에서와 마찬가지로 관통홀(84)의 형상에 특징을 갖는 것으로 보다 용이하게 공기의 주입을 가능하게 한다. 또한, 상기 공기극 지지체(81)의 바깥으로 공기 비투과성 공기극층(85)이 적층 형성될 수 있다.

또한, 상기 연료전지의 내부로 연료 및 공기 모두가 공급되어 반응하므로, 상기 연료전지의 외부는 불활성 기체로 채워진 상태를 만들어 줄 수 있다. 이러한 경우, 집전체, 및 외부 전극 등의 산화를 방지하는데 유리하다.

한편 본 발명은 기재된 설명에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들 역시 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1는 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 측단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3는 본 발명에 따른 연료극 지지체 구조의 평관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5은 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 관형 고체 산화물 연료전지의 측단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 공기극 지지체 구조의 평관형 고체 산화물 연료전지의 정단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 관형 고체산화물 연료전지의 관통홀의 다른 형태를 나타낸 단면도이다.

※도면 주요 부분의 부호의 설명

11, 21, 31, 71 연료극 지지체 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82 전해질층

13, 23, 33, 73 공기극층 14, 25, 34, 74 관통홀

15, 26, 35, 75 연료 비투과성 연료극층 26 공기 유동로

36, 66 브릿지 41, 51, 61, 81 공기극 지지체

43, 53, 63, 83 연료극층 44, 54, 64, 84 관통홀

45, 55, 65, 85 공기 비투과성 공기극층

Claims (10)

1. 다공성의 관형 연료극 지지체;

   상기 관형 연료극 지지체 안쪽에 위치하는 전해질 층; 및

   상기 전해질 층 안쪽에 위치하는 공기극 층;

   을 포함하고, 상기 다공성의 관형 연료극 지지체는 그 길이 방향으로 연료의 유동이 가능한 다수의 관통홀이 형성된 관형 고체 산화물 연료전지.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 관형 연료극 지지체의 외부에 연료 비투과성 연료극 층이 형성된 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 관형 고체 산화물 연료전지는 그 단면이 원형 또는 다각형인 것, 또는 평관형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 평관형의 고체 산화물 연료전지는 상기 공기극 층에 하나 이상의 브릿지가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 연료극 지지체에 형성된 다수의 관통홀은 관형의 축 길이 방향으로 관통 형성되는 허니컴(honeycomeb) 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
6. 다공성의 관형 공기극 지지체;

   상기 관형 공기극 지지체 안쪽에 위치하는 전해질 층; 및

   상기 전해질 층 안쪽에 위치하는 연료극 층;

   을 포함하고, 상기 다공성의 관형 공기극 지지체는 그 길이 방향으로 공기의 유동이 가능한 다수의 관통홀이 형성된 관형 고체 산화물 연료전지.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 관형 공기극 지지체의 외부에 공기 비투과성 공기극 층이 형성된 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 관형 고체 산화물 연료전지는 그 단면이 원형 또는 다각형인 것, 또는 평관형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 평관형의 고체 산화물 연료전지는 상기 연료극 층에 하나 이상의 브릿지가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.
10. 청구항 6에 있어서, 상기 공기극 지지체에 형성된 다수의 관통홀은 관형의 축 길이 방향으로 관통 형성되는 허니컴(honeycomeb) 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 관형 고체 산화물 연료전지.

Images