KR101289203B1 - Fuel cell stack for high feul utilization - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지와 프로토닉 세라믹 연료전지를 이용하여, 연료 이용율을 향상시키고, 연료전지의 효율을 개선할 수 있는 연료전지 적층체(stack, 스택)을 제공하고자 하는 것으로,
하나 이상의 고체산화물 연료전지 단위전지와 하나 이상의 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 직렬로 적층되어 있는 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택을 제공한다.The present invention is to provide a fuel cell stack (stack, stack) that can improve the fuel utilization rate, and improve the efficiency of the fuel cell using a solid oxide fuel cell and a protonic ceramic fuel cell,
Provided is a fuel cell stack having a high fuel utilization rate in which one or more solid oxide fuel cell unit cells and one or more prototypic ceramic fuel cell unit cells are stacked in series.

Description

연료 이용율이 우수한 연료전지 스택 {FUEL CELL STACK FOR HIGH FEUL UTILIZATION}Fuel cell stack with excellent fuel utilization {FUEL CELL STACK FOR HIGH FEUL UTILIZATION}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고체 산화물 연료전지와 프로토닉 세라믹 연료전지(protonic ceramic fuel cell)를 이용하여 연료의 이용율을 향상시킬 수 있는 고체 산화물 연료전지의 스택에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a stack of a solid oxide fuel cell that can improve the utilization of the fuel by using a solid oxide fuel cell and a protonic ceramic fuel cell.

연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 산화물 전해질을 통해 산화제(예를 들어, 산소)와 기상 연료(예를 들어, 수소)를 전기화학적으로 반응시킴으로써, 직류 전기를 생산하는 에너지 전환 장치로써, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.
A fuel cell is defined as a cell that has the ability to produce direct current by converting the chemical energy of fuel (hydrogen) directly into electrical energy, and through the oxide electrolyte, oxidant (eg oxygen) and gaseous fuel (eg For example, hydrogen) is an energy conversion device for producing direct current electricity by electrochemically reacting, and unlike the conventional battery, has a characteristic of continuously producing electricity by supplying fuel and air from the outside.

연료전지의 종류로는 고온에서 작동하는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 및 비교적 낮은 온도에서 작동하는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 고분자전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cells, DEMFC) 등이 있다.
Examples of fuel cells include a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), and a Phosphoric Acid Fuel (PAFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), and Direct Methanol Fuel Cells (DEMFC).

이 중 고체산화물 연료전지는 고성능의 깨끗하고 효율적인 전원이 될 수 있는 잠재력을 가지며, 다양한 전력 발생 용도로서 개발되고 있다. 고체산화물 연료전지는 공기극(cathod)과 연료극(anode) 및 전해질(electrolyte)로 구성되는 단위전지(cell)의 다층 구조물(stack)로 형성된다. 통상적인 고체산화물 연료전지의 단위전지는, 전해질로서 이트리아 안정화된 지르코니아(Yttria Stabilized Zirconia, YSZ)가 사용되고, 공기극으로는 스트론튬 도핑된 란탄 망가나이트(Lanthanum Strontium Manganite, LSM)(예를 들어, La0.8Sr0.2MnO3)가 사용되고, 연료극으로는 니켈 옥사이드(Nickel Oxide, NiO)와 YSZ가 혼합된 서메트(cermet)(NiO/YSZ)가 사용된다.
Among these, solid oxide fuel cells have the potential to be high performance, clean and efficient power sources, and are being developed for various power generation applications. The solid oxide fuel cell is formed of a multilayer stack of unit cells composed of a cathode, an anode, and an electrolyte. As a unit cell of a conventional solid oxide fuel cell, Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) is used as an electrolyte, and strontium-doped Lanthanum Strontium Manganite (LSM) (for example, La0) is used as an air electrode. .8Sr0.2MnO3) is used, and cermet (NiO / YSZ) in which nickel oxide (NiO) and YSZ are mixed is used as a fuel electrode.

상기 단위전지의 다층 구조물(적층물, 스택, stack)을 형성하기 위해서, 단위전지와 단위전지 사이에 분리판을 포함하여, 이웃한 단위전지들을 물리적으로 분리시키고, 단위 전지를 향한 일면에 수소 또는 산소를 공급하기 위한 채널을 형성하고, 도전성 소재로 제조되어 어느 한 단위전지의 공기극과 이웃한 단위전지의 연료극을 직렬로 연결시킨다.
In order to form a multi-layer structure (stack, stack, stack) of the unit cell, including a separator plate between the unit cell and the unit cell, physically separate neighboring unit cells, hydrogen or one side toward the unit cell A channel for supplying oxygen is formed and made of a conductive material to connect the cathode of one unit cell and the anode of a neighboring unit cell in series.

통상의 고체산화물 연료전지의 단위전지에 대한 개략도를 도 1에 나타내었다. 이하, 도 1을 참고하여 연료전지의 작동원리에 대해 간략히 설명한다. 상기 고체산화물 연료전지의 단위전지(200)는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 전해질(220)로 사용되고 있으며, 공기극(210)에 산소가 공급되고, 연료극(230)에 수소가 공급되면, 공기극(210)에서 산소의 환원 반응으로 생성된 산소 이온이 전해질(220)막을 지나 연료극(230)으로 이동한 후 연료극(230)에 공급된 수소와 반응하여 수증기(H2O)가 생성된다. 이렇게 연료극(230)에서 생성된 전자가 공기극(210)으로 전달되어 소모되는 과정에서 외부 회로로 전자가 흐르며, 단위전지(200)는 이러한 전자 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 상기 단위전지(200) 사이에는 분리판(100, 100')이 존재하며, 분리판에는 연료 또는 공기의 흐름을 위한 채널이 형성되어 있다.
A schematic diagram of a unit cell of a conventional solid oxide fuel cell is shown in FIG. 1. Hereinafter, the operation principle of the fuel cell will be briefly described with reference to FIG. 1. The unit cell 200 of the solid oxide fuel cell uses yttria stabilized zirconia (YSZ) as the electrolyte 220, and oxygen is supplied to the cathode 210, and hydrogen is supplied to the anode 230. Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen at 210 move to the anode 230 after passing through the electrolyte 220 membrane, and react with hydrogen supplied to the anode 230 to generate water vapor (H 2 O). As the electrons generated in the anode 230 are delivered to the cathode 210 and consumed, electrons flow to an external circuit, and the unit cell 200 generates electric energy using the electron flow. Separation plates 100 and 100 ′ exist between the unit cells 200, and channels for flow of fuel or air are formed in the separation plate.

상기 고체산화물 연료전지에서 연료극에 공급되는 수소는 반응 후 수증기가 되지만, 미처 반응이 이루어지지 않고 잔존한 수소가 함께 형성되어 있다. 일반적으로 상기 수증기는 냉각시켜 물로 배출하고, 수소는 촉매 연소기 등에 사용하는 방법으로 처리하고 있다.
In the solid oxide fuel cell, the hydrogen supplied to the anode becomes water vapor after the reaction, but the remaining hydrogen is formed together without reacting. Generally, the said water vapor is cooled and discharged to water, and hydrogen is processed by the method used for a catalytic combustor etc.

상기와 같이, 반응후 형성된 수증기와 잔존한 수소를 단순히 배출하기 보다는 재활용을 통해 연료전지 스택의 효율을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
As described above, there is a need for a technology for improving the efficiency of the fuel cell stack through recycling rather than simply discharging the water vapor and the remaining hydrogen formed after the reaction.

본 발명의 일측면은 고체산화물 연료전지와 프로토닉 세라믹 연료전지를 이용하여, 연료 이용율을 향상시키고, 연료전지의 효율을 개선할 수 있는 연료전지 적층체(stack, 스택)을 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is to provide a fuel cell stack (stack, stack) that can improve the fuel utilization rate, and improve the efficiency of the fuel cell using a solid oxide fuel cell and a prototype ceramic fuel cell.

본 발명은 하나 이상의 고체산화물 연료전지(SOFC) 단위전지와 하나 이상의 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 단위전지가 직렬로 적층되어 있는 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택을 제공한다.
The present invention provides a fuel cell stack having excellent fuel utilization rate in which at least one solid oxide fuel cell (SOFC) unit cell and at least one protonic ceramic fuel cell (PCFC) unit cell are stacked in series.

바람직하게는 상기 고체산화물 연료전지 단위전지가 적층된 제1 단위스택과, 상기 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 적층된 제2 단위스택 및 상기 제1 단위스택과 제2 단위스택 사이에 형성되어 제1 단위스택에서의 가스 유입과 제2 단위스택에서의 가스 유출을 분리하도록 구비된 단위스택 분리판이 적층된 것을 포함한다.
Preferably, the first unit stack in which the solid oxide fuel cell unit cells are stacked, the second unit stack in which the protonic ceramic fuel cell unit cells are stacked, and formed between the first unit stack and the second unit stack are formed. It includes laminating the unit stack separator provided to separate the gas inlet from the first unit stack and the gas outflow from the second unit stack.

또는, 상기 고체 산화물 연료전지 단위전지와 프로토닉 연료전지 단위전지가 교대로 적층된 단위스택 및 가스의 유입과 유출이 하나의 단위스택에서 이루어지도록 형성된 단위스택 분리판을 포함하고, 상기 단위스택은 2이상 적층되는 것을 포함한다.
Or a unit stack in which the solid oxide fuel cell unit cell and the protonic fuel cell unit cell are alternately stacked, and a unit stack separator configured to allow inflow and outflow of gas in one unit stack, and the unit stack includes: It includes two or more laminated.

본 발명에 의하면, 연료전지에서 연료의 이용율을 최대 2배까지 개선시킬 수 있으며, 투입되는 연료 대비 효율이 우수한 연료전지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, it is possible to improve the utilization of the fuel in the fuel cell up to two times, there is an advantage that can provide a fuel cell excellent in efficiency compared to the injected fuel.

도 1은 고체산화물 연료전지의 작동원리를 나타낸 개략도임.
도 2는 본 발명 연료전지 스택의 일예를 나타낸 개략 단면도임
도 3은 본 발명 연료전지 스택의 또다른 일예를 나타낸 개략 단면도임.
도 4는 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC)의 작동원리를 나타낸 개략도임.1 is a schematic view showing the operation principle of a solid oxide fuel cell.
2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the fuel cell stack of the present invention.
Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the fuel cell stack of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the operating principle of the prototypic ceramic fuel cell (PCFC).

본 발명자들은 상기 문제를 해결하고, 연료전지의 연료 이용율을 향상시키고, 이를 통해 연료전지의 효율을 높일 수 있는 방안을 깊이 연구한 결과, 고체 산화물 연료전지에 프로토닉 세라믹 연료전지, 바람직하게는 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC, Protonic Ceramic Fuel Cell)를 이용한 연료전지 스택을 형성하는 방안을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
The present inventors have solved the above problem, improved the fuel utilization rate of the fuel cell, and through this study to find a way to increase the efficiency of the fuel cell, as a result, a solid oxide fuel cell in a protonic ceramic fuel cell, preferably a pro Recognizing a method of forming a fuel cell stack using a tonic ceramic fuel cell (PCFC), the present invention has been achieved.

상기 프로토닉 세라믹 연료전지로서, PCFC는 이트리아가 도핑된 바륨 지르코네이트(Yttria doped Barium Zirconate, BZY)를 전해질로 사용한다. 상기 BZY는 습윤 분위기 즉, 수증기의 농도가 높은 분위기에서 proton defect가 생성되어 높은 proton conductivity를 나타내는 연료전지 전해질이다.
As the protonic ceramic fuel cell, PCFC uses yttria doped Barium Zirconate (BZY) as an electrolyte. The BZY is a fuel cell electrolyte that exhibits high proton conductivity by generating proton defects in a humid atmosphere, that is, an atmosphere of high vapor concentration.

상기 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC)의 작동원리에 대해 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 고체산화물 연료전지는 공기극(cathode)에서 환원이 일어나 산소 음이온이 전해질 이동해 연료극(anode)에서 수소와 결합해 물을 만드는 것에 비해, 상기 PCFC는 공기극(310, cathode)에서 환원이 일어난 산소 음이온은 그대로 있고, 연료극(330, anode)에서 산화가 일어나 생긴 수소 양이온(proton)이 전해질(320)을 통과해 공기극(310, cathode)에서 물을 만드는 과정이다. The operation principle of the prototypic ceramic fuel cell (PCFC) will be described in detail with reference to FIG. 4. In the solid oxide fuel cell, the reduction occurs at the cathode and the oxygen anions move into the electrolyte to combine with hydrogen at the anode to form water, whereas the PCFC reduces the oxygen anions generated at the cathode 310 as they are. In addition, hydrogen protons generated by oxidation at the anode 330 pass through the electrolyte 320 to form water at the cathode 310.

여기서 상기 전해질(320)은 BZY와 같은 proton conducting 전해질의 원리는 다음과 같다. 먼저, Yttira가 도핑된 바륨 지르코네이트에 산소 공공(oxygen vacancy)을 생성하고, 이 물질에 H2O 분위기를 만들어주면 H2O 의 O는 상기 산소 공공(oxygen vacancy)을 채우고, 2개의 pronton (2H+)은 이물질의 interstitial site 를 통해 이동하게 되며, H2O 분압이 증가함에 따라 proton conductivity가 증가하게 된다.Wherein the electrolyte 320 is the principle of the proton conducting electrolyte, such as BZY is as follows. First, oxygen vacancies are generated in Yttira doped barium zirconate, and H 2 O atmosphere is created in this material. O of H 2 O fills the oxygen vacancies. (2H +) moves through the interstitial site of the foreign matter, and the proton conductivity increases with increasing H 2 O partial pressure.

상기 전해질로서, 우수한 proton conductivity를 갖는 BZY외에 BCY (yttria doped barium cerate), BCN (barium-calcium-niobate) 등이 사용될 수 있다.
As the electrolyte, in addition to BZY having excellent proton conductivity, yttria doped barium cerate (BCY), barium-calcium-niobate (BCN), and the like may be used.

즉, 본 발명에서는 고체산화물 연료전지 단위전지와 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지를 이용하여 하나의 스택내에 직렬로 적층함으로서, 고체산화물 연료전지의 연료극에서 반응 후 잔존한 수소 및 수증기를 프로토닉 세라믹 연료전지의 연료극에서 다시 반응시켜 전기를 발생시켜, 연료의 유입은 한번 뿐이지만, 상기 연료의 반응을 두번 이용함으로서, 연료의 이용율을 향상시킬 수 있는 것이다.
That is, in the present invention, by stacking in series in one stack by using a solid oxide fuel cell unit cell and a protonic ceramic fuel cell unit cell, the hydrogen and water vapor remaining after the reaction at the anode of the solid oxide fuel cell is protonic ceramic fuel. By reacting again at the anode of the cell to generate electricity, the fuel is introduced only once, but by utilizing the reaction of the fuel twice, the utilization rate of the fuel can be improved.

상기 고체산화물 연료전지의 전해질은 지르코니아계 또는 세라아계인 것이 바람직하며, 구체적인 예로는 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아) 또는 GDC (Gd doped ceria) 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 프로토닉 세라믹 연료전지의 전해질은 BZY, BCY, BCN 등 높은 프로톤 전도도를 갖는 물질인 것이 바람직하다.
Preferably, the electrolyte of the solid oxide fuel cell is zirconia-based or ceraic-based, and specific examples thereof include YSZ (Yttria stabilized zirconia), GDC (Gd doped ceria), and the like. The electrolyte is preferably a material having high proton conductivity such as BZY, BCY, BCN.

본 발명의 연료전지 스택은 하나 이상의 고체산화물 연료전지 단위전지와 하나 이상의 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 직렬로 적층되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 적층은 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 이하, 다양한 적층 형태의 일예에 대해 상세히 설명한다.
In the fuel cell stack of the present invention, it is preferable that at least one solid oxide fuel cell unit cell and at least one protonic ceramic fuel cell unit cell are stacked in series. In the present invention, the lamination may be made in various forms. Hereinafter, an example of various lamination forms will be described in detail.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 도면은 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings, the present invention will be described in detail. The drawings are only for understanding the present invention and are not intended to limit the present invention.

먼저, 도 2에 본 발명의 일예를 나타내었다. 도 2의 본 발명의 연료전지 스택은 고체산화물 연료전지 단위전지(200)가 분리판(100)을 사이에 두고 적층되어 제1 단위스택을 이루고, 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지(300)가 분리판(100)을 사이에 두고 적층되어 제2 단위스택을 이루며, 상기 제1 단위스택과 제2 단위스택이 직렬로 적층되어 있는 형태를 나타낸다. First, FIG. 2 shows an example of the present invention. In the fuel cell stack of FIG. 2, the solid oxide fuel cell unit cell 200 is stacked with a separator plate 100 interposed therebetween to form a first unit stack, and the protonic ceramic fuel cell unit cell 300 is separated. The stack 100 is interposed with each other to form a second unit stack, and the first unit stack and the second unit stack are stacked in series.

상기 제1 단위스택과 제2 단위스택사이에는 단위스택 분리판(110)이 형성되어 있고, 이 분리판(110) 자체의 역활과 동시에 제1 단위스택에서의 연료 유입과, 제2 단위스탭에서의 수증기 유출을 구분하는 역할도 수행한다.
A unit stack separating plate 110 is formed between the first unit stack and the second unit stack, and at the same time as the separation plate 110 itself, fuel inflow from the first unit stack and the second unit stack are performed. It also plays a role in distinguishing the steam outflow.

즉, 도 2의 본 발명 연료전지 스택에서는 고체산화물 연료전지 단위전지(200)의 연료극으로 유입되는 수소(H2)가 반응하여 전기를 발생시키고, 상기 반응 후 형성된 수증기(H2O)와 미반응의 수소(H2)는 다시 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지(300)의 연료극으로 유입되어 반응을 통해 전기 에너지를 발생하게 된다. 이러한 과정을 통해, 상기 제1 단위스택에서의 연료공급만 이루어지면, 제2 단위스택에는 별도의 연료 공급 없이 작동 할 수 있는 장점이 있다. That is, in the fuel cell stack of the present invention of FIG. 2, hydrogen (H 2 ) flowing into the anode of the solid oxide fuel cell unit cell 200 reacts to generate electricity, and water vapor (H 2 O) formed after the reaction is not generated. Hydrogen (H 2 ) of the reaction is introduced into the anode of the protonic ceramic fuel cell unit cell 300 again to generate electrical energy through the reaction. Through this process, if only the fuel supply is made in the first unit stack, there is an advantage that the second unit stack can operate without a separate fuel supply.

따라서, 한번의 연료를 공급하더라도 두번의 연료전지를 구동시킬 수 있는 점에서, 연료의 이용율이 높아지는 동시에 연료전지의 효율도 상승하는 장점이 있다.Therefore, even if one fuel is supplied, two fuel cells can be driven, thereby increasing fuel utilization and increasing fuel cell efficiency.

상기 도 2의 본 발명 연료전지에서 상기 제1 단위스택의 가스 유입방향과 제2 단위스택의 가스 유입방향은 서로 반대여야 한다. 또한, 고체산화물 연료전지와 프로토닉 세라믹 연료전지는 구동온도가 상이한 문제가 있어, 하나의 스택에 적층하기 곤란한 문제가 있으나, 상기 도 2의 스택에서는 고온에서 작동하는 고체산화물 연료전지를 상부에 적층하고, 저온에서 작동하는 프로토닉 세라믹 연료전지를 하부에 적층하는 구조를 통해, 구동온도의 차이에 의한 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
In the fuel cell of the present invention of FIG. 2, the gas inflow direction of the first unit stack and the gas inflow direction of the second unit stack should be opposite to each other. In addition, the solid oxide fuel cell and the protonic ceramic fuel cell have a problem in that the driving temperature is different, and thus it is difficult to stack them in one stack. However, in the stack of FIG. In addition, through the structure of stacking a protonic ceramic fuel cell operating at a low temperature, there is an advantage that can solve the problem caused by the difference in driving temperature.

한편, 본 발명의 또다른 일예를 도 3에 나타내었다.Meanwhile, another example of the present invention is shown in FIG. 3.

도 3의 본 발명 연료전지 스택은 고체산화물 연료전지 단위전지(200)와 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지(300)가 분리판(130)을 사이에 두고, 직렬로 적층되어 하나의 단위스택을 형성하게 되고, 이렇게 형성된 단위스택들이 단위스택 분리판(120)을 사이에 서로 직렬로 연결되어 있는 형태를 갖는다.In the fuel cell stack of FIG. 3, the solid oxide fuel cell unit cell 200 and the protonic ceramic fuel cell unit cell 300 are stacked in series with a separator plate 130 interposed therebetween to form one unit stack. The unit stacks thus formed have a form in which unit stack separators 120 are connected in series with each other.

즉, 도 3의 연료전지 스택 형태는 고체산화물 연료전지 단위전지와 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 교대로 적층되는 구조를 갖는다. 도 3과 같은 연료전지 스택의 경우에는 고체산화물 연료전지 단위전지 하나에서 반응을 마친 수증기와 수소가 그대로 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지에 전달되는 구조를 가짐으로서, 도 2의 연료전지 스택 형태에 비해, 연료를 1:1로 전달함으로서, 연료의 균일한 분배가 이루어질 수 있는 장점이 있다.
That is, the fuel cell stack of FIG. 3 has a structure in which a solid oxide fuel cell unit cell and a protonic ceramic fuel cell unit cell are alternately stacked. In the case of the fuel cell stack as shown in FIG. 3, the water vapor and hydrogen, which have been completed in one solid oxide fuel cell unit cell, are transferred to the protonic ceramic fuel cell unit cell as it is, compared to the fuel cell stack of FIG. 2. By delivering fuel 1: 1, there is an advantage that a uniform distribution of fuel can be achieved.

도 3과 같은 연료전지 스택 구조를 제조하기 위해서는 고체산화물 연료전지 단위전지와 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지의 두 층을 하나로 묶는 단위스택을 제작하여, 상기 단위전지스택에서는 내부 매니폴드를 통해 가스의 유입-유출-유입-유출을 하나의 단위전지 스택에서 이루어지게 된다.
In order to manufacture the fuel cell stack structure as shown in FIG. 3, a unit stack is fabricated by tying two layers of a solid oxide fuel cell unit cell and a protonic ceramic fuel cell unit cell into one unit. In the unit cell stack, a gas stack is formed through an internal manifold. Inflow-outflow-inflow-outflow takes place in one unit cell stack.

A.....제1 단위스택 B.....제2 단위스택
C.....단위스택
100, 100', 130.....분리판
110, 120.....단위스택 분리판
200.....고체산화물 연료전지 단위전지
210.....고체산화물 연료전지 공기극
220.....고체산화물 연료전지 전해질
230.....고체산화물 연료전지 연료극
300.....프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지
310.....프로토닉 세라믹 연료전지 공기극
320.....프로토닉 세라믹 연료전지 전해질
330.....프로토닉 세라믹 연료전지 연료극A ..... first unit stack B ..... second unit stack
C ..... unit stack
100, 100 ', 130 ..... separator
110, 120 ..... unit stack separator
200 ..... solid oxide fuel cell unit cell
210 ..... Solid oxide fuel cell cathode
220 ..... Solid oxide fuel cell electrolyte
230 ..... Solid oxide fuel cell anode
300 ..... protonic ceramic fuel cell unit cell
310 ..... protonic ceramic fuel cell cathode
320 ..... Protonic Ceramic Fuel Cell Electrolyte
330 ..... protonic ceramic fuel cell anode

Claims (5)

하나 이상의 고체산화물 연료전지 단위전지와 하나 이상의 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 직렬로 적층되어 있는 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택.
A fuel cell stack with excellent fuel utilization, in which one or more solid oxide fuel cell unit cells and one or more prototypic ceramic fuel cell unit cells are stacked in series.
청구항 1에 있어서,
상기 연료전지 스택은 상기 고체산화물 연료전지 단위전지가 적층된 제1 단위스택과, 상기 프로토닉 세라믹 연료전지 단위전지가 적층된 제2 단위스택 및 상기 제1 단위스택과 제2 단위스택 사이에 형성되어 제1 단위스택에서의 가스 유입과 제2 단위스택에서의 가스 유출을 분리하도록 구비된 단위스택 분리판이 적층된 것을 포함하는 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The fuel cell stack is formed between the first unit stack in which the solid oxide fuel cell unit cell is stacked, the second unit stack in which the protonic ceramic fuel cell unit cell is stacked, and the first unit stack and the second unit stack. And stacking unit stack separation plates provided to separate gas inflow from the first unit stack and gas outflow from the second unit stack.
청구항 1에 있어서,
상기 연료전지 스택은 상기 고체 산화물 연료전지 단위전지와 저온형 연료전지 단위전지가 교대로 적층된 단위스택과, 가스의 유입과 유출이 하나의 단위스택에서 이루어지도록 형성된 단위스택 분리판을 포함하고, 상기 단위스택은 2이상 적층되는 것을 포함하는 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택.
The method according to claim 1,
The fuel cell stack includes a unit stack in which the solid oxide fuel cell unit cell and the low temperature fuel cell unit cell are alternately stacked, and a unit stack separator configured to allow inflow and outflow of gas in one unit stack. The unit stack is a fuel cell stack excellent in fuel utilization comprising two or more stacked.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 산화물 연료전지의 전해질은 지르코니아(Zirconia)계 또는 세리아(Ceria)계인 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The electrolyte of the solid oxide fuel cell is a fuel cell stack having excellent fuel utilization rate of zirconia-based or ceria-based.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로토닉 세라믹 연료전지의 전해질은 BZY, BCY 및 BCN 중 어느 하나인 연료 이용율이 우수한 연료전지 스택.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The electrolyte of the protonic ceramic fuel cell is a fuel cell stack having excellent fuel utilization rate of any one of BZY, BCY and BCN.
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