KR20130015979A - 고체산화물 연료전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물 연료전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지는 서로 대향하도록 형성된 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하며, 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 각각 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함한다.
이러한 구성에 의하여 단위셀 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고 이로 인하여 전자이동이 용이해지는 효과가 있다.

Description

고체산화물 연료전지 및 그의 제조방법{Solid oxide fuel cell and manufacturing method of the same}
본 발명은 고체산화물 연료전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 자체의 성능을 향상시키기 위한 고체산화물 연료전지와 그 제조방법에 관한 것이다.
고체산화물 연료전지(Solid oxide fuel cell)는 작동온도가 800℃~1000℃로 높고, 비교적 높은 에너지 변환효율을 가지고 있다. 이와 같은 고체산화물 연료전지는 연료극, 전해질층 및 공기극이 순차적으로 적층된 단위셀과 이들을 묶는 번들이나 스택으로 이루어진다. 이중에서 전해질층은 일반적으로 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia)가 재료로 사용된다. 공기극의 재료로서는 페로브스카이트형 산화물인 LSM(LaSrMnO3)이 사용되며, 연료극의 재료로서는 가격이 저렴하고 고온의 환원분위기에서 안정적인NiO-8YSZ 나 Ni-8YSZ와 같은 금속세라믹 복합체(cermet)가 사용된다.
최근에는 연료전지 단위셀 자체의 출력효율을 높이기 위해 단위셀을 구성하는 공기극, 전해질층 및 연료극에 사용되는 소재에 대한 개발이 진행되고 있으며 각 요소들간의 경계에서 발생하는 전극현상에 대한 메커니즘의 규명과 함께 이를 이용한 연구방향도 제시되고 있다.
본 발명의 목적은 전극현상이 활발이 일어나는 전극, 집전체 또는 지지체에서 일어나는 전극반응을 활성화시킴으로써 전지의 전류 발생 효율을 향상시킬 수 있는 고체산화물 연료전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고체산화물 연료전지는 서로 대향하도록 형성된 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하며, 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 각각 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함한다.
여기서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전류를 집전하는 집전체가 연결되고, 상기 집전체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 집전체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체가 형성되고, 상기 지지체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 지지체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함할 수 있다.
한편, 상기 열전자물질은 알칼리 토금속 원소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 열전자물질은 란탄족 원소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 열전자물질은 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금일 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 고체산화물 연료전지의 제조방법은 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제1 전극 사이에 전해질층을 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 있어서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 적어도 어느 하나에 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 각각 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성한다.
또한, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전류를 집전하는 집전체를 연결하는 단계를 더 포함하고, 상기 집전체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 집전체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체가 형성되고, 상기 지지체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 지지체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극, 집전체 또는 지지체에 열전자물질을 함유시킴으로써, 단위셀 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고 이로 인하여 전자이동이 용이해지는 효과가 있다.
또한, 열전자물질의 형성으로 전자와 산소를 만나게 함으로써 산소 이온량을 증가시킬 수 있게 되어 단위셀의 전체적인 출력 성능을 한층 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극, 집전체 또는 지지체에 열전자물질을 함유시킴으로써 간단한 공정의 추가만으로도 전류발생 효율이 우수한 연료전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 단위셀을 개략적으로 나타내는 두께 방향의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전 시간과 열전자물질로부터 방출되는 열전자의 지속 밀도와의 상관 관계를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질의 조성 범위에 대한 연료전지 출력 증가도의 상관 관계를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조공정을 나타내는 블록도.
이하 첨부한 도면을 참고 하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질을 포함하는 고체산화물 연료전지 단위셀에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 단위셀을 개략적으로 나타내는 두께 방향의 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전 시간과 열전자물질로부터 방출되는 열전자의 지속 밀도와의 상관 관계를 도시한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질의 조성 범위에 대한 연료전지 출력 증가도의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 단위셀(1)은 원통형의 제1 집전체(20), 제1 전극(30), 전해질층(40) 및 제2 전극(50) 및 제2 집전체(60)가 순차적으로 적층되어 형성된 중공관 구조로 이루어져 있다. 제1 전극(30)이 연료극이고, 제2 전극(50)이 공기극인 경우를 예로 하여 설명하면, 단위셀(1)은 연료극인 제1 전극(30)을 통해 공급되는 수소와 공기극인 제2 전극(50)을 통해 공급되는 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 생산한다.
여기서, 제1 전극(30)의 내주면 상에는 제1 집전체(20)가 형성되고 제2 전극(50)의 외주면 상에는 제2 집전체(60)가 형성되어, 단위셀(1)에서 생성된 전기는 제1 집전체(20)와 제2 집전체(60)를 통해 외부 장치 또는 회로에 공급된다.
이때, 제2 집전체(60)는 제2 전극(50)의 외주면에 나선형으로 감기어 결합되는 와이어 형태로 형성되는 것이 일반적이다.
또한, 제1 집전체(20)로 제1 전극(30)의 내주면 상에 와이어(wire), 스틱(stick), 금속관, 튜브(tube) 등 다양한 형태의 금속재료가 삽입될 수 있다. 상기 와이어, 스틱, 관, 튜브 등 다양한 형태의 금속재료가 삽입되어 제1 전극(30)의 집전을 수행할 뿐만 아니라 연료전지의 강도 향상에 기여할 수 있다.
또한, 도 1에서와 같이, 제1 전극(30)의 내부에 형성되는 금속 튜브(10) 등에 의해 제1 전극(30)의 내주면과 밀착하여 고정되는 것도 가능하다.
한편, 상기 제1 전극(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 연료가 통과하는 중공을 가지며 단위셀(1)의 지지체 기능을 수행한다.
또한, 제2 전극(50)은 전해질층(40)을 사이에 두고 제1 전극(30)과 대향하도록 배치된다. 본 실시예에 따른 단위셀(1)은 제2 전극(50)의 외주면으로 공기가 공급되는 구조를 가지고 있다.
전해질층(40)은 상기 제1 전극(30)과 제2 전극(50) 사이에 배치되며, 산화 및 환원분위기에서 높은 이온 전도성을 갖고 화학적, 형상적으로 안정성 있는 구조로 가진다. 이와 같은 전해질층(40)은 가능한 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 단위셀(1)은 제2 전극(50)에서 외부로부터 공급된 공기가 산소이온으로 전환되고, 전해질층(40)을 통해 확산되어 제1 전극(30)의 연료와 반응한다. 그 후에 제1 전극(30)에서 발생된 전류는 제1 집전체(20)를 통하여 외부로 이동한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단위셀(1)의 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)은 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 포함한다. 여기서, 열전자물질은 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
열전자 방출 현상은 고온으로 가열된 금속이나 금속산화물 반도체 표면에서 전자가 방출되는 현상이다. 열에 의해 에너지를 얻은 전자가 진동에너지에 의해 전자를 속박하는 정전기력을 이겨내어 분리되어 고체 표면에서 튀어나오는 것으로 진공관, 방전관 등에 응용된다. 어떤 금속에서 전자를 떼어내기 위해서는 최소한 일함수(속박 에너지) 만큼의 에너지가 가해져야 한다. 가열에 의해 금속표면을 이탈한 전자는 (-) 전하를 띠므로 나머지 한 극에 (+) 극을 연결하면 전기력에 의해 이동하게 된다.
Figure pat00001
여기서, A는 상수, T는 금속의 절대온도(K), e는 자연 대수, k는 볼츠만 상수(1.38×10-23J/K), φ는 금속의 일함수이다.
열전자 방출 형상을 이용하여 발생하는 전류를 크게 하려면, 일함수가 작은 금속재료 또는　융점이 높은 금속재료를 사용하거나 절대 온도를 높인다.
상기 조건에 부합하는 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질은 알카리 토금속인 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 라듐(Ra) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 알칼리 토금속은 다른 금속에 비해 낮은 온도에서 열전자 방출이 활발한 특성을 가지고 있다.
또한, 열전자물질은 란탄족 원소인 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd),　프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Er) 및 루테튬(Lu) 중 적어도 어느 하나일 수도 있다. 란탄족 원소는 주기율표 상의 57 내지 71번 해당하는 원소로, 온도증가에 따라 자유전자의 방출이 가속화되는 특성을 가지고 있다.
또한, 열전자물질로 녹는점이 높고 열전자 방출 효율이 좋은 전이 금속인 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금을 사용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같은 열전자물질을 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 함유시킴으로써 단위셀(1)의 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고, 이로 인하여 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에서 전자이동이 용이해지는 효과를 얻는다. 또한, 상기 열전자물질의 형성으로 전자와 산소를 만나게 함으로써 산소 이온량을 증가시킬 수 있게 되어 단위셀(1)의 전체적인 출력 성능을 한층 개선하는 효과가 있다.
여기서, 열전자물질을 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기한 조성 범위는 연료전지 운전 시간(시간, hr)과 열전자물질로부터 방출되는 열전자의 지속도와의 상관 관계 및 열전자물질의 조성 범위에 따른 연료전지 출력의 증가도(%)를 종합하여 적정 범위로 도출한 결과이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전 시간과 열전자물질로부터 방출되는 열전자의 지속 밀도와의 상관 관계를 통하여 열전자물질의 적정 조성 범위를 알 수 있다.
예를 들어, 열전자물질의 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 함량에 대한 질량비로 방출 열전자 밀도를 계산하면 열전자물질로부터 방출되는 열전자 밀도가 지속되는 시간을 알 수 있다. 고체산화물 연료전지의 효과적인 측면에서 바람직한 운전 시간인 약 1000시간 동안 연료전지를 운전하려면, 열전자물질은 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 적어도 1 wt% 이상 함유되어야 한다. 열전자물질이 5 wt%로 함유되면, 약 1800시간 동안, 10 wt%로 함유되면, 약 2800시간 동안 연료전지를 운전할 수 있다. 열전자물질이 15 wt%로 함유되면 약 3200시간 이상 연료전지를 운전하는 것이 가능하고, 도시되지는 않았지만 열전자물질이 15 wt% 이상으로 함유되면 열전자물질이 15 wt%로 함유되는 것보다 연료전지의 운전 가능 시간이 증가할 것을 예상할 수 있다. 다른 예를 들면, 열전자물질이 0.5 wt%으로 함유되면 대략 400 시간 정도의 연료전지 운전 조건까지 열전자 방출을 지속할 수 있다. 그러나, 약 400 시간 정도의 연료전지 운전 조건은 효과적인 측면에서 바람직한 운전 시간인 약 1000시간에 훨씬 못 미치므로, 열전자물질 0.5 wt% 첨가는 열전자물질 첨가 효과를 기대하기 어려운 조성 범위이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질의 조성 범위에 대한 연료전지 출력 증가도(출력비, %)의 상관 관계를 알 수 있다.
다시 말해, 열전자물질을 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 첨가했을 때, 열전자물질의 함량에 따라 예상되는 연료전지 출력이 증가되는 정도를 알 수 있다.
열전자물질은 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 미만의 소량을 첨가하여도 연료전지의 출력을 약간 상승시키는 효과가 있으나, 그 효과는 다소 미미하다고 보여진다. 열전자물질이 1 wt%로 함유되면 약 5% 정도의 연료전지 출력비 향상이 가능하며, 이후 열전자물질이 5 wt%로 함유될 시점까지 연료전지 출력비가 약 15% 정도로 향상된다. 열전자물질이 20 wt%로 함유되면 약 27% 정도의 연료전지 출력비 향상이 가능하고, 도시되지는 않았지만 열전자물질이 20 wt% 이상으로 함유되면 열전자물질이 20 wt%로 함유되는 것보다 연료전지 출력비가 더욱 향상될 것을 예상할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이, 열전자물질이 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 15 wt% 이상으로 함유되어도 연료전지의 운전 가능 시간의 증가(도 2 참조)를 기대할 수 있고, 열전자물질이 20 wt% 이상으로 함유되어도 연료전지 출력비가 더욱 향상될 것을 기대할 수 있다.
그러나, 실제적인 연료전지의 연속운전 지속성과 열전자물질 첨가에 따른 전극물질 저감량을 고려하면, 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 열전자물질을 함유시키는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 열전자물질은 제1 집전체(20) 또는 제2 집전체(60)에 함유될 수도 있는데, 이 경우 열전자물질은 제1 집전체(20) 또는 제2 집전체(60)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 함유될 수 있다.
또한, 열전자물질은 단위셀(1)의 지지체가 되는 금속 튜브(10)에 함유될 수도 있다. 이 경우에도, 열전자물질은 금속 튜브(10)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위 함유되는 것이 바람직하다.
두 가지 경우 모두 단위셀 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고 이로 인하여 전자이동이 용이해지는 효과를 기대할 수 있으므로, 단위셀(1)의 전체적인 출력 성능을 한층 개선하는 효과가 있다.
이하에서는 도 1 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질을 포함하는 고체산화물 연료전지 단위셀 제조공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 단위셀을 개략적으로 나타내는 두께 방향의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조공정을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따라 제조되는 단위셀은 도 1에 도시된 단위셀(1)로서, 원통형 구조의 연료극 지지체식으로 제조된 것이다. 따라서, 단위셀(1)의 종류에 따라 제조공정은 달라질 수 있다.
도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에 따른 열전자물질을 준비한다(S110). 다음, 단위셀(1)의 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질이 함유되도록 한다(S120).
구체적으로, YSZ, NiO-8YSZ 또는 Ni-8YSZ와 같은 금속세라믹 복합체에 열전자물질을 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 혼합한 후, 소성하여 열전자물질을 포함하는 제1 전극(30)을 형성할 수 있다.
또한, 은, LaMnO3, LaCoO3 또는 LSM(LaSrMnO3) 전자전도성이 우수한 순수 전자전도체나 혼합전도체에 열전자물질을 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 혼합한 후, 소성하여 열전자물질을 포함하는 제2 전극(50)을 형성할 수도 있다.
열전자 방출 현상은 고온으로 가열된 금속이나 금속산화물 반도체 표면에서 전자가 방출되는 현상이다. 열에 의해 에너지를 얻은 전자가 진동에너지에 의해 전자를 속박하는 정전기력을 이겨내어 분리되어 고체 표면에서 튀어나오는 것으로 진공관, 방전관 등에 응용된다.
열전자 방출 현상을 이용하여 발생하는 전류를 크게 하려면, 일함수가 작은 금속재료 또는　융점이 높은 금속재료를 사용하거나 절대 온도를 높인다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같은 열전자물질을 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 함유시킴으로써, 단위셀(1)의 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고 이로 인하여 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에서 전자이동이 용이해지는 효과를 얻는다. 또한, 상기 열전자물질의 형성으로 전자와 산소를 만나게 함으로써 산소 이온량을 증가시킬 수 있게 되어 단위셀(1)의 전체적인 출력 성능을 한층 개선하는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서는 제1 전극(30) 또는 제2 전극(50)에 열전자물질을 함유시키는 것을 일예로 하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 열전자물질이 제1 집전체(20) 또는 제2 집전체(60)에 함유되도록 할 수도 있는데, 이 경우 열전자물질은 제1 집전체(20) 또는 제2 집전체(60)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 열전자물질이 단위셀(1)의 지지체가 되는 금속 튜브(10)에 함유되도록 할 수도 있다. 이 경우에도, 열전자물질은 금속 튜브(10)의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위 함유되는 것이 바람직하다.
두 가지 경우 모두 단위셀 구동시 온도증가에 따른 열전자의 방출을 증가시킬 수 있고 이로 인하여 전자이동이 용이해지는 효과를 기대할 수 있으므로, 단위셀(1)의 전체적인 출력 성능을 한층 개선하는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서는 열전자물질이 전극, 집전체 또는 지지체에 함유되는 것을 일예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전극, 집전체 또는 지지체의 표면에 패터닝이나 증착 방식을 통하여 도포될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예로서 설명한 단위셀은 연료극인 제1 전극을 지지체로 사용하는 연료극 지지체식으로 원통형 구조를 가지고 있으나, 단위셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 단위셀의 다른 실시예로서 평관형 등 다양한 단면 형상의 관체 구조도 가능하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
1 : 단위셀 10 : 금속 튜브
20 : 제1 집전체 30 : 제1 전극
40 : 전해질층 50: 제2 전극
60: 제2 집전체

Claims (9)

  1. 서로 대향하도록 형성된 제1 전극과 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 전해질층을 포함하며,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 각각 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하는 고체산화물 연료전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전류를 집전하는 집전체가 연결되고, 상기 집전체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 집전체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체가 형성되고, 상기 지지체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 지지체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열전자물질은 알칼리 토금속 원소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열전자물질은 란탄족 원소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열전자물질은 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지.
  7. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제1 전극 사이에 전해질층을 포함하는 고체산화물 연료전지의 제조방법에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 적어도 어느 하나에 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 각각 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전류를 집전하는 집전체를 연결하는 단계를 더 포함하고,
    상기 집전체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 집전체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극의 적어도 어느 하나의 내부에 지지체가 형성되고, 상기 지지체는 온도증가에 따라 열전자의 방출이 증가하는 열전자물질을 상기 지지체의 전체 조성에 대하여 1 wt% 내지 20 wt%의 조성 범위로 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 제조방법.
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