KR20100115392A - 연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법 - Google Patents

연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100115392A
KR20100115392A KR1020107022882A KR20107022882A KR20100115392A KR 20100115392 A KR20100115392 A KR 20100115392A KR 1020107022882 A KR1020107022882 A KR 1020107022882A KR 20107022882 A KR20107022882 A KR 20107022882A KR 20100115392 A KR20100115392 A KR 20100115392A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
cap
substrate
fuel
Prior art date
Application number
KR1020107022882A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101353332B1 (ko
Inventor
스테판 캐딩
옌스 하페-마이스터
우베 베르크만
그레고르 홀스터만
Original Assignee
에너다이 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에너다이 게엠베하 filed Critical 에너다이 게엠베하
Publication of KR20100115392A publication Critical patent/KR20100115392A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101353332B1 publication Critical patent/KR101353332B1/ko

Links

Images

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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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 연료 전지(12)를 지지하는 기판 및 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 밀봉하는 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 전기적으로 절연하기 위하여, 전기적으로 절연 재료, 특히 세라믹의 캡을 포함하는 연료 전지 스택에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 음극 가스를 인도하기 위하여 제공되는 금속 캡(18)은 기판(14)과 함께 연료 전지를 포함하는 캡(16)을 밀봉하며 금속 캡(18)은 밀봉 방식으로 기판(14)에 부착되는 것이 고려된다.
본 발명은 또한 연료 전지 스택(10)을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법{FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF A FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료 전지를 지지하는 기판(base plate) 및 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 부분적으로 밀봉하며 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 전기적으로 절연하기 위하여 전기적으로 절연 재료, 특히 세라믹(ceramic)으로 형성된 캡(cap)을 포함하는 연료 전지 스택에 관한 것이다.
본 발명은 나아가 연료 전지를 지지하는 기판, 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 부분적으로 밀봉하며 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 전기적으로 절연하기 위하여 전기적으로 절연 재료, 특히 세라믹으로 형성된 캡 및 기판과 함께, 연료 전지를 포함하는 캡을 밀봉하는 음극 가스를 인도하기 위하여 제공되는 금속 캡(metal cap)을 포함하며, 상기 금속 캡은 밀봉 방식으로 기판에 부착되는, 연료 전지 스택의 제조 방법에 관한 것이다.
전력을 발생시키기 위한 연료 전지 기술은, 화합물의 전력으로의 직접적인 변환 때문에, 전력을 발생시키기 위한 종래의 방법, 예를 들면 내연 기관(internal combustion engine) 혹은 연결된 발전기를 포함하는 가스 터빈보다도 이론적으로 상당히 더 효과적이다. 현재, 이 중에서 가장 최첨단은, 그 디자인 때문에, 650℃에서 대략 1000℃의 작동 온도를 갖기 때문에 높은 온도 연료 전지의 부류에 속하는 이른바 고체 산화물 연료 전지(SOFC)이다. 고체 산화물 연료 전지 시스템의 높은 작동 온도는 그것들의 구조에 유용한 재료를 한정하며 재료에 작용하는, 예를 들면 다른 온도 팽창 계수에 기인하는 서로 다른 재료로 제조되는 부품의 연결점에서의, 높은 스트레스를 일으킨다.
모든 연료 전지의 기능적 원리는 두 개의 서로 다른 공정의 가스, 예를 들면 수소가 풍부한 연료 가스 및 산화제로서 공급되는 산소가 풍부한 가스가, 활성층을 지나서 개별적으로 인도되며, 대략 0.7 V의 전기 전압이 발생하는 반응 및 생산할 수 있는 유용한 전류에 기인하여 상기 층에 수직으로 발달시키는 것을 기초로 한다.
단일 연료 전지에 의해 생산할 수 있는 전압이 상대적으로 작기 때문에 주로 많은 개개의 연료 전지들이 연속하여 결합되는데, 연료 전지 스택에서 서로의 상단에 개개의 연료 전지를 스태킹(stacking)하는 것은 유용한 것으로 증명되었다. 그러나, 개개의 연료 전지의 스태킹 때문에 또한 양극 가스 및 음극 가스로 언급되는 서로 다른 공정의 가스의 공급이 음극 가스 공간에 대한 양극 가스 공간의 밀봉의 관점에서 더욱 어려워졌다. 그러나, 연료 전지 스택의 효율은 양극 가스가 음극 가스로부터 분리되기 위하여 가스 밀폐의(gastight) 방식으로 인도되며 반응은 오직 이러한 목적을 위하여 제공되는 반응 표면을 거쳐 발생한다는 점에 결정적으로 의존한다.
양극 가스를 갖는 연료 전지 스택을 공급하기 위한 하나의 가능성은 개개의 연료 전지를 쌓는 방향에 수직으로, 연료 전지 스택의 중앙 공급 라인의 배열을 이루는 것인데, 이는 개구부(opening)를 거쳐 연료 전지 스택의 개개의 층을 통하여 이르게 한다. 이러한 연결에 있어서 음극 가스 및 양극 가스의 혼합을 예방하기 위하여 공급 라인에 개개의 층의 가스 밀폐 연결에 주의가 필요하다. 음극 가스와 함께 연료 전지 스택을 공급하기 위하여 유사하게 다른 공급 라인을 제공하는 것도 실행 가능하다. 그러나, 대안으로, 이른바 개방된 음극(open cathode)이 또한 사용될 수 있는데, 음극 가스는 연료 전지 스택의 일 면 상에 공급되며 소모된 음극 가스는 연료 전지 스택의 반대면 상의 연료 전지 스택을 떠난다. 따라서 개방된 음극의 경우에 있어서 공급 라인을 위하여 개구부의 일부분이 생산을 상당히 단순화하도록 생략될 수 있다. 그러나, 연료 전지 스택의 개개의 레벨에 평행하게 연료 전지 스택을 통한 음극 가스의 흐름을 갖도록 하기 위하여 음극 가스가 연료 전지 스택 주위를 바람직하지 않게 흐르는 것을 예방하고 그것을 통하여 지나가지 않도록 연료 전지 스택의 외부 밀봉이 필요하다. 이를 위하여 세라믹 캡은 한편으로는 음극 가스를 연료 전지 스택을 통하여 인도하며, 다른 한편으로는 개개의 연료 전지를 전기적으로 절연하는데 도움을 주도록 제공될 수 있다.
그러나, 이러한 연결에 있어서, 그러한 캡 및 연료 전지 스택의 서로 다른 열적 팽창 계수는 두 개의 부품이 슬라이딩 방식으로 서로 연결되어야만 하는가에 대하여 특히 문제가 있는 것으로 입증된다. 따라서 연결의 가스 밀폐 디자인은 보증될 수 없다. 이러한 이유 때문에 연료 전지 시스템 내로의 외부의 음극 가스의 인도를 포함하는 연료 전지 스택의 통합은 특히 복잡하다.
적어도 부분적으로 위에 설명한 문제점을 해결하려는 것이 본 발명의 목적이다.
상기 목적은 독립 청구항의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명의 유리한 실시 예 및 뒤따르는 개발이 독립 청구항으로부터 자명해질 것이다.
본 발명에 따른 연료 전지 스택은 음극 가스를 인도하기 위하여 제공되는 금속 캡이 기판과 함께 연료 전지를 포함하는 캡을 밀봉하며 금속 캡은 밀봉 방식으로 기판에 부착된다는 기술 수준을 기초로 한다. 밀봉 방식에서 연료 전지 스택을 지지하는 기판에 부착되는 금속 캡의 제공은 간단한 방식으로 연료 전지 스택의 완전 캡슐화(tight encapsulation)를 가능하게 한다. 이러한 방법으로 연료 전지 스택의 연료 전지 시스템으로의 통합은 양극 및 음극 가스의 공급 및 방전이 오직 이러한 목적을 위한 금속 캡 및/혹은 기판에서 제공되는 포트를 거쳐 발생하기 때문에 상당히 촉진된다.
바람직하게는 캡 및 연료 전지 사이에 실링(sealing)이 제공된다. 캡 및 연료 전지 사이의 실링의 제공은 특히, 음극 가스가 연료 전지 스택을 지나서 그것을 통해서 흐를 수 있는 잠재적인 우회에 의한 실행의 손실 없이 연료 전지 스택을 통하여 음극 가스의 향상된 인도를 가능하게 한다. 실링 및 캡은 또한 나아가 생산을 용이하게 하기 위하여 단일 부품으로서 형성될 수 있다.
이 경우에 있어서 실링은 세라믹 페이퍼(ceramic paper)를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 연료 전지 스택 및 캡 사이의 실링 재료로서 세라믹 페이퍼의 사용은 특히, 세라믹 페이퍼가 연료 전지 스택의 활성 혹은 첫 번째 가열 전에 일반 종이와 같이 처리될 수 있기 때문에 실링의 초기 적용을 용이하게 한다.
금속 캡이 연료 전지를 포함하는 캡 상에서 한정된 바이어스를 적용하는 것이 유용하게 고려된다. 많은 연료 전지 스택은 가스 누출을 야기하여 연료 전지 스택 전체를 쓸모없이 되도록 할 수 있는 가능한 미세 균열을 예방하기 위하여 제조 단계 동안 한정된 바이어스 하에서 유지된다. 금속 캡 자체가 바이어싱 장치(biasing device)의 기능을 대신하며 연료 전지 스택에 필요로 하는 바이어스를 적용한다면 생략될 수도 있는 한정된 바이어스를 발생시키기 위하여 때때로 분리된 바이어싱 장치가 제공된다. 이러한 방법으로 또한 캡이 연료 전지의 스택의 표면에 인접한다는 것이 보증된다.
이러한 연결에 있어서 포일이 연료 전지를 포함하는 캡의 윤곽(contour)을 재생하는 기판의 반대되는 부분에 금속 캡이 탄성의 금속 포일(elastic metal foil)을 포함하는 것이 고려되는 것이 특히 바람직하다. 그렇게 적용될 때, 연료 전지를 포함하는 캡의 윤곽을 재생하는 탄성의 금속 포일은 특히, 연료 전지 스택의 작동 동안에 연료 전지 및 금속 캡을 포함하는 캡의 서로 다른 열적 팽창의 중화를 가능하게 할 것이다. 이러한 경우에 있어서, 서로 다른 세로의 팽창은 변형을 흡수하는 탄성의 금속 호일의 탄력성에 의해 중화될 것이다. 이는 특히 금속 캡 및 기판 사이의 영구적인 밀폐 결합을 가능하게 하는데, 연료 전지와 함께 캡은 금속 캡 내부 공간을 연료 전지 내의 음극 가스 덕트(duct)만을 거쳐 연결되는 두 개의 섹션(section)으로 분리된다. 사용되는 호일의 탄성에 기인하는 금속 캡의 바이어스와 관련하여 윤곽의 재생이 달성된다.
이러한 연결에 있어서 연료 전지 스택의 브레이싱이 제공되는 것이 유용하게 고려되는데, 펀치를 거쳐 연료 전지에 전도되는 연료 전지 스택의 내구력이 연료 전지와 함께 캡 위의 탄성의 금속 호일을 동시에 평평하게 프레싱한다. 금속 캡에 의해 적용되는 바이어스와는 다른 연료 전지 스택의 브레이싱은 배열의 충분한 안정성, 특히 연료 전지의 스택의 작동 동안 개개의 연료 전지의 충분한 가스 밀폐를 보장하는 것이 일반적이다. 펀치를 거쳐 브레이싱에 의해 적용되는 내구력(staying force)의 평면 적용은 이상적으로 동시에 연료 전지를 포함하는 캡 위의 탄성의 금속 호일의 평면 프레싱을 가능하게 한다. 따라서 금속 캡 및 연료 전지를 포함하는 캡의 서로 다른 세로의 열적 팽창은 이제 연료 전지의 스택 혹은 캡에 인접하게 배열되는 탄성의 금속 캡에 의해서만 보정될 것이다. 더욱이 탄성의 금속 호일의 접촉 프레싱 음극 가스에 의한 연료 전지 스택의 우회가 표면 압력 때문에 덜 가능하기 때문에 외부 음극 가스 덕트의 가스 밀폐는 증가할 것이다. 외부 음극 가스의 인도의 경우에 있어서 탄성의 금속 호일은 음극 가스의 공급 혹은 방전을 위하여 제공되는 연료 전지의 스택의 면 상에 인접하지 않는다.
기판은 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위한 포트를 포함하는 것이 더 고려될 수 있다. 기판 내에서의 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위한 포트의 제공은, 예를 들면 양극 가스 제공 및/혹은 양극 가스 방전은, 만약 양극 가스를 갖는 연료 전지 스택의 공급이 개구부를 거쳐 스태킹 면(stacking plane)과 관련하여 수직 방향에서 연료 전지 스택을 통하여 이르는 중앙 공급 라인을 거쳐 달성되면 특히 유리하다. 음극 가스 제공 및/혹은 음극 가스 방전을 위한 포트 또한 필요에 따라 기판 내에 통합될 수 있다.
금속 캡은 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위한 포트를 포함하는 것이 더 고려될 수 있다. 특히 금속 캡에 의해 실현되는 개방된 음극 가스 인도의 경우에 있어서 금속 캡 내의 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위한 포트가 유리할 수 있다.
바람직하게는 매체 공급용 모든 포트 및 매체 방전은 서로 평행하게 배열되는 것이 고려된다.
이러한 연결에 있어서 매체 공급 및 매체 방전을 위한 모든 포트는 연료 전지 스택의 일 면에 배열되는 것이 특히 유리하다. 만약 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위한 포트가 서로 평행일 뿐만 아니라 연료 전지 스택의 단일 면 상에 배열되면 연료 전지 스택의 연료 전지 시스템 내로의 통합은 특히 용이하게 된다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 위에서 설명한 종류의 연료 전지 스택을 포함하는 것을 특징으로 한다.
연료 전지 스택을 생산하기 위한 일반적인 방법이 다음의 단계를 포함하는 것으로 더 개발되었다:
- 기판 상의 연료 전지를 쌓는 단계,
- 서로의 상단에 쌓기 위하여 배열되는 연료 전지를 부분적으로 밀봉하기 위하여 캡을 장착하는 단계,
- 연료 전지 및 캡 사이의 접촉 표면을 밀봉하는 단계,
- 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 부분적으로 밀봉하는 캡 위에 금속 캡을 장착하는 단계,
- 한정된 바이어스 하에서 기판 상의 금속 캡을 밀봉하는 동안 금속 캡을 고정하는 단계.
이러한 방법으로 본 발명에 따른 연료 전지의 장점 및 특수성이 또한 연료 전지 스택을 생산하기 위한 방법의 구조 내에서 실현된다. 이는 또한 특히 아래에 설명되는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시 예에 적용된다.
연료 전지 및 캡 사이의 접촉 표면을 밀봉하는 단계는 세라믹 페이퍼의 사용을 고려하는 것으로 유용하게 더 개발된다.
바람직하게는 금속 캡을 장착하는 단계는 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 부분적으로 포함하는 캡의 상부 위의 금속 캡의 상부에 배열되는 탄성의 금속 호일의 프레싱(pressing)을 포함하는 것이 더 고려된다. 특히, 주름 없이(winkle-free) 수행되는 프레싱-온(pressing-on) 때문에, 연료 전지 스택의 열적 팽창 주기 동안에 탄성의 금속 호일에 작용하는 비대칭적 스트레스의 나중의 발생이 예방될 수 있다.
특히 한정된 바이어스 하에서 기판 상의 금속 캡을 고정하는 단계는 기판 위의 금속 캡의 용접을 포함하는 것이 고려될 수 있다. 기판 위의 금속 캡의 용접은 그것들을 밀봉하는 동안 부품을 안전하게 연결하기 위한 단순한 가능성이다.
브레이싱이 펀치를 거쳐 쌓인 연료 전지에 유지력(retaining force)을 전도하는 연료 전지 상에 배열되며, 탄성의 금속 포일은 동시에 연료 전지를 포함하는 캡 위에 평평하게 프레스되는 것이 유용하게 더 고려된다.
본 발명의 바람직한 실시 예가 아래의 관련 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 그 위에 서로의 상단에 쌓인 개개의 연료 전지를 포함하는 기판을 도시한다;
도 2는 그 위에 장착된 캡을 갖는 기판 상의 연료 전지의 스택을 도시한다;
도 3은 금속 캡 내의 연료 전지의 스택을 도시한다;
도 4는 금속 캡 내에 배열되는 이미 부분적으로 장착된 절연체를 포함하는 연료 전지의 스택을 도시하며; 및
도 5는 완성된 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 시스템을 도시한다.
다음의 도면에서 같은 숫자는 같거나 혹은 유사한 부품을 표시한다.
도 1은 서로의 상단에 그 위에 쌓아 올린 개개의 연료 전지를 포함하는 기판을 도시한다. 그러므로 도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 스택을 위한 첫 번째 제조 단계를 도시한다. 개개의 연료 전지(12)는 포트(28, 28')를 포함하는 기판(14) 상의 서로의 상단에 쌓인다. 예를 들면, 포트(28)를 거쳐, 산소가 풍부한 연료가 음극 가스로서 개개의 연료 전지(12)에 공급된다. 이러한 목적을 위하여 연료 전지(12)에 의해 감춰진 적어도 하나의 개구부가 중앙 공급 라인에 연결되는 기판(14) 내에 존재한다. 보이지 않는 공급 라인은 개개의 연료 전지(12) 내의 개구부를 거쳐 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)의 음극 가스 공간과 직접 접촉한다. 소모된 음극 가스의 방전은 개구부를 거쳐 연료 전지(12)의 음극 가스 공간에 유사하게 결합된 또한 보이지 않는 중앙 방전 라인을 통하여 달성된다. 양극 가스 공간의 반대편에 개구부가 가스 밀폐 방식으로 밀봉된다. 더욱이 최상의 위치에 장착된 연료 전지는 그것의 커버 플레이트(cover plate) 내에 개구부가 공급될 필요가 없으며, 혹은 분리된 커버 플레이트는 연료 전지(12)의 스택 위에 장착될 수 있다.
도 2는 그 위에 장착된 캡을 포함하는 기판 상의 연료 전지의 스택을 도시한다. 본 발명에 따른 연료 전지 스택을 생산하기 위한 두 번째 단계는 기판(14) 상의 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12) 상에, 전기적으로 절연 재질, 바람직하게는 세라믹 혹은 적어도 열적 안정성, 전기적 절연 기능 및 가열의 경우에서의 팽창에 관하여 유사한 특징을 갖는 다른 재료의 캡(16)을 장착하는 단계를 포함한다. 캡(16)은 단지 연료 전지(12)의 스택을 부분적으로 밀봉한다. 특히 연료 전지(12)의 스택의 반대되는 두 면은 캡(16)에 의해 덮혀지지 않으며 반면에 바람직하게는 세라믹 페이퍼 혹은 유사한 특성을 갖는 밀봉 재료를 포함하는 실링(20)은 캡(16) 및 연료 전지(12)의 스택의 접촉 표면을 밀봉한다. 도 2에 도시된 표현은 산화제가 풍부한 음극 가스가 연료 전지(12)의 스택의 일 면 상에서 평평하게 흐를 수 있으며 반대면 상의 연료 전지(12)의 스택으로부터 평평하게 방전되는 이른바 개방된 음극과 관련하여 특히 유리하다. 그중에서도 실링(20)은 음극 가스가 연료 전지(12)의 스택을 우회하는 것을 예방하도록 돕는다.
도 3은 금속 캡 내의 연료 전지의 스택을 도시한다. 금속 캡(18)이 이제는 더이상 보이지 않는 연료 전지가 서로의 상단에 쌓이는 기판(14) 상에 장착되며 바람직하게는 밀봉 방식으로 기판(14) 위에 용접된다. 도 2에 보여지는 연료 전지의 스택의 면적을 비교하면 금속 캡(18) 내부의 포트(30, 31)가 연료 전지의 스택 및 캡으로 덮혀지지 않는다는 것이 자명해질 것이다. 포트(30)를 거쳐 제공되는, 예를 들면 공기인, 음극 가스는 그러므로 도 2에서는 보이지 않는 개방된 후면(rear side)으로부터 도 2에 따른 두 면 상에 개방된 연료 전지의 스택에 공급될 수 있으며 연료 전지의 스택으로부터 도 2에 보이는 개방된 프론트 면(front side)을 거쳐 다시 방전된다. 그 후에 소모된 음극 가스는 금속 캡(18)으로부터 포트(30')를 거쳐 방전된다. 도시된 연료 전지 스택은 그러므로 이른바 개방된 음극과 함께 작용한다. 금속 캡(18)의 상부 섹션에서 커버를 형성하는 탄성의 금속 호일(22)이 제공되며 금속 캡(18)의 상부 섹션은 도 3에서 측벽으로서 도시된다. 탄성의 금속 호일(22)의 두께는 0.05 ㎜부터 0.7 ㎜의 범위일 수 있으며, 0.1 ㎜부터 0.5 ㎜의 두께가 바람직하며, 0.2 ㎜의 두께가 특히 바람직하다. 극단적인 경우에 있어서 전체 금속 캡(18) 조차 탄성의 금속 호일(22)로 형성될 수 있다. 금속 캡(18)은 음극 가스 덕트로서의 역할을 하며 서로의 상단에 쌓인 연료 전지 상의 캡의 접합부가 보장되도록 하기 위하여 바이어스에 기인하는 연료 전지를 포함하는 캡의 윤곽을 이미 완전히 감지할 수 있다.
도 4는 금속 캡 내에 배열되며 부분적으로 장착된 절연체를 포함하는 연료 전지의 스택을 도시한다. 본 발명에 다른 연료 전지 스택의 생산의 다음 단계는 도 3에 도시된 중간 생산물의 영구적인 브레이싱을 위한 리세스(36)를 포함하는 절연체(34) 부착의 단계이다. 리세스(36)를 포함하는 절연체(34)는, 이 경우에 있어서, 도 4에 도시되는 것과 같이 금속 캡(18) 상에 배열되며, 내구력을 스택에 균일하게 적용하기 위한 펀치(26)는 더 이상 보이지 않는 기판에 반대되는 연료 전지의 스택의 면 상에 배열된다. 펀치(26)는, 영구적인 브레이싱의 설치 후에, 캡 위에 금속 호일(22)을 동시에 평평하게 누를 것이며, 따라서 탄성의 금속 호일(22)을 고정시킨다. 이것은, 한편으로는, 바라지 않는 양극 가스가 연료 전지의 스택을 우회하는 것으로부터 흐르는 것을 예방하도록 도움을 주며, 다른 한편으로는, 펀치에 의해 고정되지 않는 탄성의 금속 호일(22)의 섹션에 의한 변형을 더 잘 보완할 수 있도록 도움을 준다. 이것들은 실제로 스택에 인접하게 배열되는 포일 부(foil portion)들이다.
도 5는 완성된 연료 전지 스택을 포함하는 연료 전지 시스템을 도시한다. 연료 전지 스택(10)을 포함하는 연료 전지 시스템(32)은 환기 장치(38) 및 포트(30)를 거쳐 산소가 풍부한 음극 가스, 이 경우에서는 공기가 공급되며, 소모된 음극 가스는 포트(30')를 거쳐 방전된다. 필요로 하는 양극 가스는 환기 장치(38') 및 연료 펌프(40)에 의해 포트(28)를 거쳐 수소가 풍부한 개질유(reformate)의 형태로 개질기(42)에 공급된다. 소모된 양극 가스는 포트(28')를 거쳐 방전된다. 연료 전지 스택(10)은 완전히 닫힌 절연체(34), 예를 들면, 영구적으로 필요한 내구력을 펀치(26)를 거쳐 연료 전지 스택(10)의 내부에 배열되는 개개의 연료 전지의 스택에 평평하게 전도하는 내구력을 발생하기 위하여 스프링력을 사용하는 외부의 브레이싱(24)과 함께 도시된다. 브레이싱(24)은 연료 전지 스택(10)의 수명시간 동안 금속 캡에 의해 적용되는 바이어스를 유지한다. 브레이싱(24)을 절연체(34) 외부의 외부 브레이싱으로서가 아니라 절연체(34) 하의 내부 브레이싱으로서 디자인하는 것이 실행 가능하다.
청구항뿐만 아니라 위의 설명, 도면에 기재된 본 발명의 특징들은 본 발명의 실현을 위하여 어떤 조합뿐만 아니라 개별적으로 중요할 수 있다.
10 : 연료 전지 스택
12 : 연료 전지
14 : 기판
16 : 캡
18 : 금속 캡
20 : 실링
22 : 탄성의 금속 호일
24 : 브레이싱
26 : 펀치
28, 28', 30, 30' : 포트
32 : 연료 전지 시스템
34 : 절연체
36 : 리세스
38, 38' : 환기 장치
40 : 연료 펌프
42 : 개질기

Claims (16)

  1. 연료 전지(12)를 지지하는 기판 및
    서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 밀봉하며 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 전기적으로 절연하기 위하여, 전기적으로 절연 재료, 특히 세라믹의 캡을 포함하는 연료 전지 스택(10)에 있어서,
    음극 가스를 인도하기 위하여 제공되는 금속 캡(18)은 기판(14)과 함께 연료 전지(12)를 포함하는 캡(16)을 밀봉하며 금속 캡(18)은 밀봉되기 위하여 기판(14)에 부착되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  2. 제 1항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 캡(16) 및 연료 전지(12) 사이에 실링(20)이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  3. 제 2항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 실링(20)은 세라믹 페이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  4. 전 항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 금속 캡(18)은 연료 전지(12)를 포함하는 캡(16) 위의 한정된 바이어스를 적용하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  5. 전 항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 금속 캡(18)은 기판(14)에 반대되는 부위에서 연료 전지(12)를 포함하는 캡(16)의 윤곽을 재생하는 탄성의 금속 호일(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  6. 제 5항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 연료 전지 스택(10)의 브레이싱(24)이 제공되며, 연료 전지 스택(10)의 내구력은 연료 전지(12)를 포함하는 캡(16)에 대하여 탄성의 금속 호일(22)을 동시에 평평하게 프레싱하는 펀치를 거쳐 연료 전지에 전도되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  7. 제 1항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 기판(14)은 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위하여 포트(28, 28')를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  8. 전 항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 금속 캡(18)은 매체 공급 및/혹은 매체 방전을 위하여 포트(30, 30')를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  9. 제 7항 혹은 8항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 매체 공급 및 매체 방전을 위한 모든 포트(28, 28', 30, 30')는 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  10. 제 7항 내지 9항에 따른 연료 전지 스택(10)에 있어서, 매체 공급 및 매체 방전을 위한 모든 포트(28, 28', 30, 30')는 연료 전지 스택(10)의 일 면 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10).
  11. 전 항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 스택(10)을 포함하는 연료 전지 시스템(32).
  12. 연료 전지(12)를 지지하는 기판,
    서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 밀봉하는 서로의 상단에 쌓인 연료 전지를 전기적으로 절연하기 위하여, 전기적으로 절연 재료, 특히 세라믹의 캡(16); 및
    음극 가스를 인도하며 기판(14)과 함께 연료 전지(12)를 포함하기 위하여 제공되며, 밀봉 방식으로 기판(14)에 부착되는 금속 캡(18)을 포함하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법에 있어서,
    - 기판(14) 상의 연료 전지(12)를 쌓는 단계,
    - 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 밀봉하는 캡(16)을 고정하는 단계,
    - 연료 전지(12) 및 캡(16) 사이의 접촉 표면을 밀봉하는 단계,
    - 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 밀봉하는 캡(16) 위에 금속 캡(18)을 고정하는 단계,
    - 한정된 바이어스 하에서 밀봉 방식으로 기판(14) 상의 금속 캡(18)을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법.
  13. 제 12항에 따른 방법에 있어서, 연료 전지(12) 및 캡(16) 사이의 접촉 표면을 밀봉하는 단계는 세라믹 페이퍼의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법.
  14. 제 12항 혹은 13항에 따른 방법에 있어서, 금속 캡(18)을 고정하는 단계는 서로의 상단에 쌓인 연료 전지(12)를 부분적으로 포함하는 캡(16)의 상부 위의 금속 캡(18)의 상부에 배열되는 탄성의 금속 호일(22)의 프레싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법.
  15. 제 12항 내지 14항에 따른 방법에 있어서, 한정된 바이어스 하에서 기판(14) 상의 금속 캡(18)을 고정하는 단계는 기판(14)에 금속 캡(18)의 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법.
  16. 제 12항 내지 15항에 따른 방법에 있어서, 펀치(26)를 거쳐 쌓인 연료 전지(12)에 내구력을 전도하는 브레이싱이 연료 전지 스택(10) 상에 배열되며, 탄성의 금속 호일(22)은 연료 전지(12)를 포함하는 캡(16) 위에 동시에 평평하게 프레싱되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 스택(10)의 제조방법.
KR1020107022882A 2008-04-14 2009-03-30 연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법 KR101353332B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008018630A DE102008018630B4 (de) 2008-04-14 2008-04-14 Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels
DE102008018630.9 2008-04-14
PCT/DE2009/000443 WO2009127189A1 (de) 2008-04-14 2009-03-30 Brennstoffzellenstapel und verfahren zur herstellung eines brennstoffzellenstapels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100115392A true KR20100115392A (ko) 2010-10-27
KR101353332B1 KR101353332B1 (ko) 2014-01-17

Family

ID=40933737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107022882A KR101353332B1 (ko) 2008-04-14 2009-03-30 연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8691468B2 (ko)
JP (1) JP5318192B2 (ko)
KR (1) KR101353332B1 (ko)
DE (1) DE102008018630B4 (ko)
WO (1) WO2009127189A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012016187A2 (en) 2010-07-30 2012-02-02 Board Of Regents Distributed rate allocation and collision detection in wireless networks
EP2973829B1 (en) * 2013-03-15 2022-05-04 Watt Fuel Cell Corp. Solid oxide fuel cell bundles with flexible power transmission system

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4476196A (en) * 1983-10-12 1984-10-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell having monolithic cross flow core and manifolding
EP0374636A1 (de) * 1988-12-20 1990-06-27 Asea Brown Boveri Ag Verfahren zur Umwandlung von in einem Stoff als chemisches Potential vorliegender Energie in elektrische Energie basierend auf einem elektrochemischen Hochtemperaturprozess
DE4324907A1 (de) * 1993-07-24 1995-01-26 Dornier Gmbh Verschalten von Brennstoffzellen
JPH07335243A (ja) * 1994-06-06 1995-12-22 Toyota Motor Corp 燃料電池
JPH08273694A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池
DE19650903C2 (de) * 1996-12-07 1999-03-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzellenmodul mit einer Gasversorgungseinrichtung
JPH11224684A (ja) * 1998-02-06 1999-08-17 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池
US20050263393A1 (en) * 2004-04-30 2005-12-01 Franklin Fuel Cells, Inc. System and method of performing electrochemical tests of solid oxide fuel cells
DE102004037678A1 (de) * 2004-08-02 2006-03-16 Webasto Ag Brennstoffzellenstapel
JP2008034373A (ja) 2006-06-28 2008-02-14 Ngk Insulators Ltd 固体酸化物形燃料電池、その冷却方法、及び固体酸化物形燃料電池システム
DE102006042109B4 (de) 2006-09-07 2011-12-29 Staxera Gmbh Gehäuse zum Aufnehmen zumindest eines Brennstoffzellenstapels und dessen Verwendung
DE102007002286B4 (de) * 2007-01-16 2009-01-15 Enerday Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Herstellung
KR101451456B1 (ko) * 2007-02-27 2014-10-15 케레스 인텔렉츄얼 프로퍼티 컴퍼니 리미티드 유동 후드를 포함하는 연료전지 스택 조립체 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008018630B4 (de) 2013-05-29
US20110039180A1 (en) 2011-02-17
WO2009127189A1 (de) 2009-10-22
JP2011517049A (ja) 2011-05-26
US8691468B2 (en) 2014-04-08
DE102008018630A1 (de) 2009-10-15
JP5318192B2 (ja) 2013-10-16
KR101353332B1 (ko) 2014-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101542810B (zh) 高分子电解质型燃料电池及高分子电解质型燃料电池中的单电池的电压测量方法
US10297854B2 (en) Fuel cell stack
CA2072953A1 (en) Fully internal manifolded fuel cell stack
KR20070050054A (ko) Ｓｏｆｃ 스택 개념
JPH09259910A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池とこれを用いた発電装置
JP2007214134A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池用分離板及びその製造方法
JP2007227125A (ja) 燃料電池セルスタック及び集電体
CN107431231A (zh) 单元堆装置、模块以及模块收容装置
CN110224154A (zh) 装备框架的膜电极组件及其生产方法，以及燃料电池
JP2555731B2 (ja) 固体電解質型燃料電池
EP1685621B1 (en) Multi-cell fuel layer and system
US7709128B2 (en) Separating plate for fuel cell
KR101353332B1 (ko) 연료 전지 스택 및 연료 전지 스택의 제조방법
US10476087B2 (en) Fuel-cell power generation unit and fuel-cell stack
JP2006108089A (ja) 燃料電池システム及びこれに使用されるスタック
US7989120B2 (en) Separator for high-temperature fuel cell
KR101009621B1 (ko) 연료 전지용 스택 및 이를 구비한 연료 전지 시스템
US20140178787A1 (en) Solid oxide fuel cell assembly and method for forming seal
US20100279206A1 (en) Sealing structure of fuel cell separator
JP3672273B2 (ja) 平板状固体電解質型燃料電池
KR100836417B1 (ko) 연료전지스택의 막전극접합체 구조
KR20110059381A (ko) 자동차용 연료 전지 스택 및 이에 구비되는 세퍼레이터
KR101934082B1 (ko) 통합된 가스 분포 튜브가 장착된 얇은 엔드플레이트를 갖는 연료 전지 스택
KR20220146147A (ko) 연료전지스택 시스템
JPH06251793A (ja) 燃料電池のマニホールド

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
E902 Notification of reason for refusal
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161230

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180104

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190103

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200107

Year of fee payment: 7